JPH0466995B2 - - Google Patents

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JPH0466995B2
JPH0466995B2 JP60093924A JP9392485A JPH0466995B2 JP H0466995 B2 JPH0466995 B2 JP H0466995B2 JP 60093924 A JP60093924 A JP 60093924A JP 9392485 A JP9392485 A JP 9392485A JP H0466995 B2 JPH0466995 B2 JP H0466995B2
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JP
Japan
Prior art keywords
pipe
borehole
stuck
magnetic flux
generating
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP60093924A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6157795A (en
Inventor
Jii Sutoraudo Sutanree
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UESUTAN ATORASU INTERN Inc
Original Assignee
UESUTAN ATORASU INTERN Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by UESUTAN ATORASU INTERN Inc filed Critical UESUTAN ATORASU INTERN Inc
Publication of JPS6157795A publication Critical patent/JPS6157795A/en
Publication of JPH0466995B2 publication Critical patent/JPH0466995B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/09Locating or determining the position of objects in boreholes or wells, e.g. the position of an extending arm; Identifying the free or blocked portions of pipes

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、穿孔内においてパイプが動けなくな
つた点を測定する方法および装置、詳しくはパイ
プ壁に装置を取り付ける必要もなくパイプの自由
点の場所を磁気的に測定する装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for measuring the point at which a pipe becomes stuck in a borehole, and more particularly for measuring the location of a free point in a pipe without the need for mounting the device on the pipe wall. related to a device for measuring

従来技術の履歴 地層を掘穿して油田および天然ガス井を形成す
る場合には、形成されつつある穿孔内で掘穿パイ
プが動けなくなることがしばしば発生する。これ
は穿孔を取り囲んでいる地層が崩壊したりまたは
陥没するために発生するものである。また、これ
はある穿孔下部の地層の流体吸収および隆起の結
果として発生することもあり、これは穿孔内の掘
穿パイプの動きを制限する。また、これはその他
多くの理由によつて発生する。この現象が発生す
ると、穿孔パイプは詰まつて動けなくなり、動作
は停止し、動けなくなつたパイプが取り除かれる
まで穿孔を更に深く掘り下げる動作を行なうこと
はできない。
History of the Prior Art When drilling through geological formations to form oil and natural gas wells, it often occurs that the drilling pipe becomes stuck within the borehole that is being formed. This occurs because the strata surrounding the borehole collapse or cave in. It can also occur as a result of fluid uptake and uplift of the formations below certain boreholes, which restricts the movement of the borehole pipe within the borehole. This can also occur for many other reasons. When this phenomenon occurs, the perforated pipe becomes jammed and the operation ceases, and no action can be taken to dig deeper into the perforation until the stuck pipe is removed.

穿孔内には詰まつて動けなくなつたパイプを取
り除く第1のステツプは、穿孔に沿つてしばしば
地表から数千フイート下にあるパイプが動けなく
なつている点を見付け出すことである。動けなく
なつた部分より上のパイプ部分を取り除くように
穿孔内のパイプの自由な点を見付け出すための多
くの技術が長年開発されている。最も普及してい
る技術は、掘穿パイプの中心通路に器具を降下さ
せ、パイプの内壁に一対の相対的に移動し得るセ
ンサ部材を取り付けることである。それから、掘
穿パイプは長手方向または捻り方向に引き伸さ
れ、2つの固定部材間の相対的移動によつて該部
材がパイプの動けなくなつた点より上の位置でパ
イプ壁に固定されていることを知ることである。
勿論、地表から誘発されるドリルストリングの応
力はドリルストリングの動けなくなつた部分より
上にある部分で反射されるのみである。対のセン
サが動けなくなつた点の下のパイプの壁に貼付さ
れ、ドリルストリングに応力が加えられて直ぐの
場合には2つの部材間には相対的な移動はないで
あろう。このようにして、センサをドリルパイプ
の内側に沿つて連続的に移動しながら測定するこ
とによつて動けなくなつた点が検出される。しか
しながら、この種の装置はセンサ部材を順次取り
付けたり、取り外すのに時間がかかるため、比較
的遅く、掘穿機械の動作時間は非常に高価になつ
ている。更にこの接触型の動けなくなつたパイプ
検出器はまたパイプの壁にセンサ部材を取り付け
るための複雑な機械的または磁気的手段を必要と
する。
The first step in removing a stuck pipe in a borehole is to find the point along the borehole, often thousands of feet below the surface, where the pipe is becoming stuck. A number of techniques have been developed over the years for locating a free point of pipe within a borehole so as to remove the section of pipe above the stuck section. The most popular technique is to lower an instrument into the central passage of a bore pipe and attach a pair of relatively movable sensor members to the inner wall of the pipe. The bore pipe is then stretched longitudinally or torsionally, and relative movement between the two fixing members fixes the members to the pipe wall at a position above the point where the pipe becomes stuck. It's about knowing that.
Of course, the stresses in the drill string induced from the ground surface are only reflected by the portion of the drill string that is above the stuck portion. If a pair of sensors is affixed to the wall of the pipe below the stuck point and the drill string is stressed, there will be no relative movement between the two members. In this way, the stuck point is detected by taking measurements while continuously moving the sensor along the inside of the drill pipe. However, this type of device is relatively slow due to the time required to sequentially install and remove the sensor elements, making the operating time of the drilling machine very expensive. Additionally, this contact type stuck pipe detector also requires complex mechanical or magnetic means for attaching the sensor member to the pipe wall.

強磁性体パイプの周知の特性は、材料の透磁率
が材料に加えられる応力の関数として変化するこ
とである。他の従来の動けなくなつた点を検出す
る装置はパイプの機械的な伸長よりもむしろこの
原理を利用している。この技術を使用することに
よりパイプの側壁に係合することを必要としない
非接触型構造の不可動点検出器の使用を可能にし
ている。Benderの米国特許第2686039号に示され
ているように、高周波発振器10がコイル12に
よつて20乃至50KHzの周波数に同調し、動けなく
なつた掘穿パイプの軸方向の穿孔内に降下させら
れる。コイルは、コイルを負荷とし、従つて発振
器10の同調タンク回路の一部である鋼鉄製のパ
イプの壁に誘導的に連結される。パイプの透磁率
は、コイル12の負荷の度合、従つてタンク回路
のインダクタンスおよび発振器の周波数を決定す
る。コイルが応力を受けている掘穿パイプの動け
なくなつた点を通過すると、該動けなくなつた点
の下の応力を加えられていないパイプの透磁率が
該動けなくなつた点の上の応力を加えられている
パイプの透磁率と異なるために、発振器の周波数
は変化する。Benderの装置はパイプの壁にセン
サを物理的に取り付けることもなく動けなくなつ
た点を検出することができるが、この装置は多く
の固有の欠点を有している。おそらくこれらの欠
点の最も大きなものはパイプを発振器のタンク回
路に誘導的に連結するのに比較的高い周波数を必
要とすることである。高周波電磁波の浸透の深さ
は表皮降下によつて制限され、従つて本技術の全
体の正確さおよび信頼性は制限されている。ま
た、Benderの装置の感度は、異なるパイプの材
質および大きさに対する透磁率の変化に対して十
分な許容差を見込んでいないという動けなくなつ
た点を検出する単一のデータ記録動作の教示によ
つて制限されている。
A well-known property of ferromagnetic pipe is that the magnetic permeability of the material changes as a function of the stress applied to the material. Other conventional stuck point detection devices utilize this principle rather than mechanical stretching of the pipe. The use of this technique allows the use of fixed point detectors of non-contact construction that do not require engagement with the side walls of the pipe. As shown in Bender U.S. Pat. No. 2,686,039, a high frequency oscillator 10 is tuned by a coil 12 to a frequency of 20 to 50 KHz and lowered into the axial bore of the stuck bore pipe. . The coil is inductively coupled to the wall of a steel pipe that loads the coil and is therefore part of the tuned tank circuit of the oscillator 10. The magnetic permeability of the pipe determines the degree of loading of the coil 12 and thus the inductance of the tank circuit and the frequency of the oscillator. As the coil passes through a stuck point in the stressed bore pipe, the permeability of the unstressed pipe below the stuck point increases with the stress above the stuck point. Due to the different permeability of the pipe being applied, the frequency of the oscillator changes. Although Bender's device can detect stuck points without physically attaching a sensor to the pipe wall, the device has a number of inherent drawbacks. Perhaps the greatest of these drawbacks is the relatively high frequency required to inductively couple the pipe to the oscillator's tank circuit. The depth of penetration of high frequency electromagnetic waves is limited by the skin drop, thus limiting the overall accuracy and reliability of this technique. Additionally, the sensitivity of Bender's device is such that the teaching of a single data-recording motion detects the stuck point of not allowing sufficient tolerance for changes in permeability for different pipe materials and sizes. Therefore, it is limited.

他の従来の器具はパイプまたはチユーブの透磁
率を測定する手段を有しているが、これらは一般
に応力を受けないパイプの厚さおよび内径を測定
するカリパ器具にのみ使用されている。例えば、
Schlumberger Limitedの英国特許出願第
2037439号およびDewitteに発行された米国特許
第2992390号はパイプ測定のために透磁率の種々
の様相を利用している。
Other conventional instruments have means for measuring the magnetic permeability of pipes or tubes, but these are generally used only in caliper instruments to measure the thickness and inner diameter of unstressed pipes. for example,
Schlumberger Limited UK Patent Application No.
No. 2,037,439 and US Pat. No. 2,992,390 issued to Dewitte utilize various aspects of magnetic permeability for pipe measurements.

例えば、Schlumbergerの英国特許出願には磁
束によつて井戸ケーシングの壁の厚さを測定する
器具が記載されている。3つの対の送信機および
受信機用コイルが使用され、その1つは内径を測
定し、1つはケーシングの厚さを測定し、また1
つはケーシングの壁の透磁率を測定するために使
用されている。これらの各パラメータにおける変
動は互いは影響し合い、3つのすべてを同時に測
定することにより互いを補正し、高い精度の厚さ
測定を行なうことができる。Schlumbergerの英
国特許出願は透磁率の測定に2つのコイルによる
2つのデータ記録方法を開示しているが、カリパ
器具に関連して開示しているのみで、これらの提
案のどれも商用的に完全な不可動点検出器を最高
のものに完成していない。
For example, the British patent application to Schlumberger describes an instrument for measuring the wall thickness of well casings by means of magnetic flux. Three pairs of transmitter and receiver coils are used, one to measure the inner diameter, one to measure the casing thickness, and one to measure the casing thickness.
One is used to measure the magnetic permeability of the casing wall. Variations in each of these parameters influence each other, and by measuring all three simultaneously, they can compensate for each other and provide highly accurate thickness measurements. Schlumberger's UK patent application discloses two data recording methods with two coils for magnetic permeability measurements, but only in relation to a caliper instrument, and none of these proposals have been commercially fully developed. The best fixed point detector has yet to be completed.

従来技術はパイプの透磁率の穿孔下部測定用の
方法および装置を十分に備えているが、穿孔内の
動けなくなつたパイプの位置を正確に検出する問
題がまだ残つている。本発明の装置は、従来の欠
点を克服し、比較的低い周波数を使用して穿孔内
において応力を加えられたパイプに発生する透磁
率の変化を検出する非接触型の磁気式不可動点検
出器を提供することにより非常に優れた器具を形
成している。このように掘穿パイプ部が入れられ
ている穿孔に沿つて動けなくなつた点を見付け出
す効果的な装置および方法が提供されている。
Although the prior art is well equipped with methods and apparatus for below-bore measurements of pipe permeability, the problem of accurately detecting the location of a stuck pipe within a borehole still remains. The device of the present invention overcomes the drawbacks of the prior art and provides a non-contact magnetic fixed point detection method that uses relatively low frequencies to detect changes in magnetic permeability that occur in a stressed pipe within a borehole. By providing a container, a very excellent device is formed. Thus, an effective apparatus and method is provided for locating stuck points along a borehole into which a bored pipe section is placed.

発明の概要 本発明は、共通軸上に規定距離離れて配設され
た一対のコイルを設けることによつて穿孔内のパ
イプの動けなくなつた点を測定する装置を有して
いる。励磁コイルは比較的低い予め選択された周
波数で付勢され、コイルはパイプが通常応力を加
えられていない状態にある時掘穿パイプ内を降下
する。受信コイルの出力データが取られる。その
後、パイプの側壁に応力が加えられ、第2のデー
タを取る処理が繰返される。2つのデータが比較
され、コイルによつて受信された信号の変化によ
つて穿孔内の動けなくなつた点の位置が示され
る。信号の変化は動けなくなつた点の上および下
における掘穿パイプに応力が加えられた状態およ
び応力が加えられていない状態間における透磁率
の変化の結果である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention includes an apparatus for measuring the stuck point of a pipe within a borehole by providing a pair of coils spaced a predetermined distance apart on a common axis. The excitation coil is energized at a relatively low, preselected frequency, and the coil is lowered within the drilled pipe when the pipe is in its normally unstressed condition. The output data of the receiving coil is taken. Stress is then applied to the sidewall of the pipe and the process is repeated to obtain a second data set. The two data are compared and the change in the signal received by the coil indicates the location of the stuck point within the borehole. The change in signal is a result of the change in magnetic permeability between the stressed and unstressed conditions of the bore pipe above and below the stuck point.

他の様相においては、本発明は、器具が強磁性
パイプ部を降下してパイプにおける透磁率の変化
を検出する形式の穿孔内に設けられた掘穿パイプ
の動けなくなつた点の位置を検出する改良された
方法を有している。この改良点は掘穿パイプ内を
下降してパイプの透磁率を検出する一対の間隔を
あけて配設されたコイルを有するワイヤ線器具を
備えている。交番周波数の一次磁束が器具の一方
のコイルから発生し、掘穿パイプの壁に誘導され
ている。掘穿パイプに誘導された渦電流によつて
発生する二次磁束信号が器具の受信コイルによつ
て透磁率を表示するものとして検出される。器具
は穿孔内の掘穿パイプに沿つて移動して応力を加
えられていない状態のパイプから第1の透磁率デ
ータを発生する。それから、器具は穿孔内を掘穿
パイプに沿つて移動し、応力を加えられている状
態のパイプから第2の透磁率データを発生する。
それから第1および第2のデータは比較され、穿
孔内のパイプの動けなくなつた位置を表す透磁率
の変化点を見付け出す。
In another aspect, the invention detects the location of a stuck point in a bored pipe in a borehole of the type in which an instrument descends down a ferromagnetic pipe section to detect changes in magnetic permeability in the pipe. We have an improved method to do this. This improvement includes a wire wire instrument having a pair of spaced apart coils that travel down the bore pipe to detect the permeability of the pipe. A primary magnetic flux of alternating frequency is generated from one coil of the instrument and directed into the wall of the bore pipe. A secondary magnetic flux signal generated by the eddy currents induced in the bore pipe is detected by the instrument's receiver coil as an indication of magnetic permeability. The instrument moves along the drilled pipe within the borehole to generate first magnetic permeability data from the pipe in an unstressed condition. The instrument then moves along the drilled pipe within the borehole and generates second permeability data from the pipe under stress.
The first and second data are then compared to find a point of change in permeability that represents the stuck position of the pipe within the borehole.

更に他の様相においては、第1のデータを発生
する上述した方法は、動けなくなつた点の穿孔内
における深さを算定し、動けなくなつた点の上の
掘穿パイプの大体の重量を計算し、穿孔内のドリ
ルストリングに上昇力を印加して動けなくなつた
点の領域にある掘穿パイプから圧縮力を実質的に
取り除くようにしている。それから、第2のデー
タを発生するステツプは、穿孔内のドリルストリ
ングに圧縮力を印加して動けなくなつた点の領域
における掘穿パイプ部内の応力を増大するステツ
プを有している。また、第2のデータを発生する
ステツプは、穿孔内のドリルストリングに捻り負
荷を与えて動けなくなつた点の領域の掘穿パイプ
部に高い捻り応力を与えるステツプを有してい
る。また、この方法は、器具内の第1および第2
のコイルを互いに約6インチ(15.24cm)の規定
の距離分離し、約130Hzの周波数で第1のコイル
を励磁するステツプを有している。
In yet another aspect, the above-described method of generating the first data includes determining the depth within the borehole of the stuck point and determining the approximate weight of the bore pipe above the stuck point. The calculations are made to apply a lifting force to the drill string in the borehole to substantially remove compressive forces from the bore pipe in the area of the stuck point. The step of generating the second data then includes applying a compressive force to the drill string within the borehole to increase the stress within the bore pipe section in the region of the stuck point. The step of generating the second data also includes a step of applying a torsional load to the drill string in the borehole to impart a high torsional stress to the portion of the drill pipe in the region of the stuck point. This method also includes the first and second
The coils are separated from each other by a prescribed distance of about 6 inches (15.24 cm) and include a step for energizing the first coil at a frequency of about 130 Hz.

本発明、その他の目的および利点を完全に理解
するために、次に添付図面に関連した次の説明を
参照しなければならない。
For a complete understanding of the invention, other objects and advantages, reference should now be made to the following description in connection with the accompanying drawings.

好適実施例の詳細な説明 最初に第1図を参照すると、穿孔12の上部に
配設されている掘穿機械11が示されている。こ
の機械11は機械の上部に設けられたクラウンブ
ロツク13およびドリルストリング18の上端部
に引つ掛けて設けられたトラベリングブロツク1
4を有する引つ張り装置を備えている。ドリルス
トリング18は通常の方法におけるように端部ね
じが形成された複数の掘穿パイプ15を直列に接
続して構成されている。ドリルビツト22がドリ
ルストリング18の下端部にドリルカラー19に
よつて位置付けられている。ドリルビツト22は
地層24を刻んで穿孔12を形成するのに役立つ
ている。掘穿泥水26は井戸地上28側近の蓄積
貯蔵孔27からドリルストリング18を構成する
各ドリルパイプ15の中心部を通る軸方向通路に
沿つてビツト22の開口部から地表部に環状部分
16を通つて押し出されている。金属ケース29
が穿孔12の上部の完全性を維持するために地表
近くの穿孔12に位置付けられて示されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring first to FIG. 1, a drilling machine 11 is shown disposed on top of a borehole 12. As shown in FIG. This machine 11 consists of a crown block 13 provided at the top of the machine and a traveling block 1 hooked onto the upper end of a drill string 18.
It is equipped with a tensioning device having 4. The drill string 18 is constructed of a plurality of end-threaded drilling pipes 15 connected in series in a conventional manner. A drill bit 22 is positioned at the lower end of drill string 18 by drill collar 19. Drill bit 22 serves to cut through formation 24 to form borehole 12. Drilling mud water 26 passes through the annular portion 16 from the opening of the bit 22 to the ground surface along an axial path passing through the center of each drill pipe 15 constituting the drill string 18 from the accumulation storage hole 27 near the surface of the well 28. It's being pushed out. metal case 29
is shown positioned in the borehole 12 near the surface to maintain the integrity of the top of the borehole 12.

更に第1図を参照すると、ドリルステム18と
穿孔12の側壁20との間の環状部16は掘穿泥
水用の帰還流路を形成している。泥水はポンプ装
置30によつて井戸地上部28近くの蓄積孔26
からくみだされている。泥水はドリルストリング
18の長手方向に延出する中心通路に連結されて
いる泥水給水パイプ31を通過する。このように
して、掘穿泥水はストリング18を通つて押し下
げられ、ドリルビツト22の開口部を介して穿孔
内に存在し、ドリルビツトを冷却し円滑化すると
ともに、掘穿動作の間に生じた地層切断部を地表
に戻す。流体排水管32が井戸地上部の環状通路
16から接続され、帰還泥水流を穿孔12から泥
水孔26に接続している。
Still referring to FIG. 1, the annulus 16 between the drill stem 18 and the sidewall 20 of the borehole 12 defines a return flow path for drilling mud. The muddy water is pumped to an accumulation hole 26 near the above-ground part 28 of the well by a pump device 30.
It's being extracted from. The muddy water passes through a muddy water supply pipe 31 connected to a central passage extending in the longitudinal direction of the drill string 18 . In this way, drilling mud is forced down through the string 18 and into the borehole through the opening in the drill bit 22, cooling and smoothing the drill bit and removing formation cuts that occur during the drilling operation. part back to the surface. A fluid drain pipe 32 is connected from the annular passage 16 above the surface of the well, connecting the return mud flow from the borehole 12 to the mud hole 26.

また、第1図に示すように、穿孔の壁にはドリ
ルステム18の周りに陥没が発生しており、点S
で示すようにパイプ部15aは穿孔内で動けなく
なつている。本発明の装置は穿孔12およびドリ
ルステム18の長手方向に沿つてこの点Sを見付
け出して、井戸地上部からの距離を測定するよう
に機能し、穿孔12内で詰まつて動けなくなつて
固定されているパイプ接合部15aの上の掘穿パ
イプ15のすべての自由部分を取り除くことがで
きるようにしている。自由点S上のすべてのパイ
プが取り除かれると、装置が穿孔12内に持ち込
まれて接合部15aを取り除き、その後掘穿動作
を開始することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 1, a depression has occurred in the wall of the drilling hole around the drill stem 18, and the point
As shown in the figure, the pipe portion 15a is becoming stuck inside the borehole. The device of the invention functions to locate this point S along the length of the borehole 12 and the drill stem 18 and measure its distance from the well above ground to determine if it is stuck in the borehole 12. All free parts of the bored pipe 15 above the fixed pipe joint 15a can be removed. Once all the pipes on the free point S have been removed, a device can be brought into the borehole 12 to remove the joint 15a and then start the drilling operation.

本発明の装置は、図示されていない手段によつ
て掘穿パイプの各部に形成された中心孔を介して
降下させられるワイヤ線器具を有していることを
理解されたい。必要なワイヤ線トラツク、案内プ
ーリ等は井戸地上部の穿孔上方に通常の方法で位
置付けられてクラウンブロツク13およびトラベ
リングブロツク14によつてビツト22およびド
リルストリング18にかかる重量を制御しながら
器具を作動している。
It will be appreciated that the apparatus of the present invention includes a wire line instrument that is lowered through a central hole formed in each section of the bore pipe by means not shown. The necessary wire line tracks, guide pulleys, etc. are positioned in the conventional manner above the borehole above the surface of the well to operate the instrument while controlling the weight on the bit 22 and drill string 18 by the crown block 13 and traveling block 14. are doing.

更に第1図を参照すると、本発明の原理によつ
て構成される器具10がワイヤ線(図示せず)に
よつて穿孔12内をドリルストリング18の中心
通路を通つて降下させられている。ワイヤ線は通
常のものであり、外装された同軸の2本の導体ケ
ーブルで構成され、このケーブルは器具10と地
表部におけるワイヤ線制御および監視装置間の機
械的電気的接続を行なつている。器具10はドリ
ルストリング18内の中心開口部を通つて降下さ
せられ、関連するパイプの物理的特性における測
定し得る変化によつて動けなくなつた点Sを見付
け出している。
Still referring to FIG. 1, an instrument 10 constructed in accordance with the principles of the present invention is lowered into borehole 12 and through the central passage of drill string 18 by a wire (not shown). The wire line is conventional and consists of a sheathed coaxial two-conductor cable that provides the mechanical and electrical connection between the instrument 10 and the wire line control and monitoring equipment at the surface. . The instrument 10 is lowered through a central opening in the drill string 18 to locate a point S that is immobilized by a measurable change in the physical properties of the associated pipe.

掘穿パイプのような強磁性部材が引き伸された
り、圧縮されたりまたは捻られると、該部材の透
磁率が変化することは周知である。更に、磁界が
掘穿パイプの壁に誘導されると、渦電流が掘穿パ
イプの壁に発生する。渦電流のパターンおよび強
さはパイプを構成する材料の透磁率に関係してい
る。掘穿パイプの渦電流に関連する透磁率を測定
する好適な方法は、受信コイルを使用してパイプ
材料内の渦電流によつて発生する電磁界を検出す
ることである。一般に、測定パラメータは古典的
な渦電流の式によつて定められる。
It is well known that when a ferromagnetic member, such as a bore pipe, is stretched, compressed or twisted, the permeability of the member changes. Furthermore, when a magnetic field is induced in the wall of the bore pipe, eddy currents are generated in the wall of the bore pipe. The pattern and strength of the eddy currents are related to the magnetic permeability of the material that makes up the pipe. A preferred method of measuring the magnetic permeability associated with eddy currents in a bored pipe is to use a receiver coil to detect the electromagnetic field generated by the eddy currents in the pipe material. Generally, the measurement parameters are determined by classical eddy current equations.

上式は材料内の深さdにおける磁束密度Bと等
しいものを定めている。ここにおいて、 Bo=地表の磁束密度 d=深さ(センチメートル) f=周波数(Hz) μ=透磁率 ρ=固有抵抗(マイクロ−オームセンチメート
ル) t=時間(秒) 材料内の深さに対する磁束密度の振幅変化は次
式のとおりである。
The above equation defines a magnetic flux density equal to B at depth d within the material. Where: Bo = Magnetic flux density at the surface d = Depth (cm) f = Frequency (Hz) μ = Magnetic permeability ρ = Resistance (micro-ohm cm) t = Time (sec) vs. depth within the material The amplitude change in magnetic flux density is as follows.

深さdの位相変化は次式によつて示される。 The phase change with depth d is given by the following equation.

入力信号によつて掘穿パイプに誘導される磁束
はこのようにして渦電流を発生し、渦電流はまた
電磁界を形成する。パイプ内の渦電流の流れによ
つて発生するこの二次磁界が受信コイルによつて
検出される。入力信号および他のすべての変数が
一定に維持されている場合には、受信コイル上の
信号はパイプの透磁率の関数として振幅および位
相が変化する。
The magnetic flux induced in the bore pipe by the input signal thus generates eddy currents, which in turn form electromagnetic fields. This secondary magnetic field, generated by the flow of eddy currents in the pipe, is detected by the receiver coil. If the input signal and all other variables are held constant, the signal on the receive coil will vary in amplitude and phase as a function of the pipe's permeability.

更に第1図を参照すると、本発明の方法は重要
な穿孔下部測定における正確さおよび信頼性を増
大するいくつかのステツプを有している。動けな
くなつたパイプに直面した掘穿者は装置10を使
用して穿孔12内のパイプが動けなくなつている
深さを近似することができる。これはクラウンブ
ロツクおよびトラベルングブロツク13および1
4によつて予め選択された力でドリルストリング
を上方に引き上げることによつて達成される。例
えば、20000ポンド(9880Kg)の上方力はドリル
ストリング15において測定し得る程度の伸長を
発生する。周知の型の鉄鋼掘穿パイプが予め選択
された力で伸長する程度を知ることにより作業者
はパイプの引き伸しが発生した地表から動けなく
なつた点Sまでの長さを算定することができる。
この方法においては、掘穿パイプ15の動けなく
なつた点Sのおおよその位置が数百フイートの正
確さで算定される。井戸地上部と穿孔下部の動け
なくなつた点Sとの間のパイプのおおよその長さ
によつてその深さまでのパイプの下方の重量およ
び動けなくなつた点にある部分15aからパイプ
の重量を実質的に取り除くに必要な上方力の量を
計算することを可能にしている。これは動けなく
なつた点Sの領域におけるパイプ部分15a内の
応力状態をほぼゼロにする。
Still referring to FIG. 1, the method of the present invention includes several steps that increase accuracy and reliability in critical underbore measurements. A driller faced with a stuck pipe can use the device 10 to approximate the depth within the borehole 12 to which the pipe is becoming stuck. This includes crown blocks and traveling blocks 13 and 1.
This is accomplished by pulling the drill string upwards with a preselected force by 4. For example, an upward force of 20,000 pounds (9880 Kg) will produce a measurable elongation in the drill string 15. By knowing the extent to which a steel bore pipe of a known type will be stretched by a preselected force, an operator can calculate the length of the pipe from the ground surface where the stretch occurs to the point S at which it becomes stuck. can.
In this method, the approximate location of the stuck point S of the bore pipe 15 is determined to an accuracy of several hundred feet. Depending on the approximate length of the pipe between the above-ground part of the well and the stuck point S at the bottom of the borehole, the weight of the pipe down to that depth and the weight of the pipe from the part 15a at the stuck point can be calculated. It is possible to calculate the amount of upward force required to substantially remove it. This reduces the stress state within the pipe section 15a to approximately zero in the region of the stuck point S.

動けなくなつた点Sの領域においてパイプ部分
15aがほぼゼロの応力状態で支持されている
時、掘穿パイプの透磁率の第1のデータが取られ
る。このデータはパイプが動けなくなつていると
考えられる近似領域に沿つてドリルストリングの
透磁率を記録している。その後、掘穿者は動けな
くなつた点の領域のパイプに予め選択された応力
を加える。パイプ部分15aの領域におけるドリ
ルストリング18に加えられる応力は、ストリン
グを引つ張つてパイプに高い張力を加えたり、該
領域部分上にドリルストリングの重量を解放して
パイプを圧縮したり、またはドリルストリングに
捻りを加えることにより形成され得る。
A first data of the permeability of the drilled pipe is taken when the pipe section 15a is supported in a substantially zero stress state in the region of the stuck point S. This data records the permeability of the drill string along the approximate region where the pipe is believed to be stuck. The driller then applies a preselected stress to the pipe in the area of the stuck point. Stresses applied to the drill string 18 in the area of the pipe section 15a can be either by pulling the string to put a high tension on the pipe, by releasing the weight of the drill string onto the area section and compressing the pipe, or by pulling the string and compressing the pipe. It can be formed by twisting the string.

部分15aの領域および動けなくなつた点Sの
ドリルストリング18が機械的に応力を受けた状
態にある場合には、掘穿パイプの第2の透磁率デ
ータが装置10によつて得られる。この応力を加
えられた状態のデータはそれから同じ領域の応力
を加えられていない状態のデータと比較される。
この比較は明らかにドリルストリング上の応力が
突然取り除かれている穿孔下部の点、すなわち動
けなくなつた点Sの下の点を指示している。ま
た、本発明の装置に関連して使用される器具10
は、その下端部近くに部分15aおよび動けなく
なつた点Sの直ぐ上の掘穿パイプを分離または切
断し、穿孔の上部のドリルストリングを取り除く
ストリングシヨツト用の化学的カツタ等を取り付
ける手段を有している。
If the drill string 18 in the region of the section 15a and the stuck point S is in a mechanically stressed state, second permeability data of the drilling pipe are obtained by the device 10. This stressed data is then compared to unstressed data for the same area.
This comparison clearly points to a point at the bottom of the drill hole where the stress on the drill string is suddenly removed, ie, below the stuck point S. Also, an instrument 10 used in connection with the device of the invention
near its lower end section 15a and a means of attaching a chemical cutter or the like for a string shot which separates or cuts the bore pipe immediately above the stuck point S and removes the drill string at the top of the borehole. have.

次に第2A図−第2E図を参照すると、本発明
の原理に従つて構成される器具10の一連の縦断
面図が示されている。最初に第2C図−第2E図
を参照すると、非磁性ステンレス合金のような非
磁性材料から形成される外側円筒ハウジングまた
はシエル41を有する器具10の装置ハウジング
部の一部が示されている。ハウジングの外壁は器
具10の内部コイルや電子装置を保護するために
比較的厚い。また、ハウジング41は動けなくな
つた点Sが見付け出された場合に穿孔12内の掘
穿パイプの接合部の連結を外すために使用される
爆発性弾薬によつて発生する衝撃に耐えるように
構成されている。第2B図に示すように、円筒形
ハウジング41の上端部は円筒形軸42に連結さ
れ、該軸42は内部を貫通して形成された中央開
口部43を有している。中心軸42は器具ハウジ
ング41の上端部のソケツト44にねじ受けされ
ている。第2A図に示すように、軸42の上端部
は同軸ワイヤ線(図示せず)の下端部を受け入れ
て連結するための機械的電気的接続ソケツト部4
5を有しており、ワイヤ線は器具10を掘穿パイ
プの中央開口部内に降下し、器具と地表の必要な
電源および制御装置間の通信を行なうために使用
されるものである。ソケツト部45に隣接して上
部ばねガイド部46が設けられ、このガイド部4
6には中心集中用ばね48の一端を受け入れてい
る方位角方向に間隔をあけて配設されている複数
のガイドスロツト47が形成されている。第2B
図に示すように、中心集中用ばね48の他端は下
部ブツシング51の下部ガイドスロツト49に取
り付けられている。器具の軸の周りに120度ずつ
の間隔をあけて3つの中心集中用ばね48が設け
られていることが好ましい。螺旋状のばね組立体
52は、3つの中心集中用ばね48が器具10の
軸の中心を掘穿パイプ開口部の中心軸内に位置付
けることを確実にしている。
2A-2E, a series of longitudinal cross-sectional views of instrument 10 constructed in accordance with the principles of the present invention are illustrated. 2C-2E, a portion of the device housing portion of instrument 10 is shown having an outer cylindrical housing or shell 41 formed from a non-magnetic material, such as a non-magnetic stainless steel alloy. The outer wall of the housing is relatively thick to protect the internal coils and electronics of device 10. The housing 41 is also designed to withstand shocks caused by explosive ammunition used to uncouple the joints of the bored pipes in the borehole 12 in the event that the stuck point S is located. It is configured. As shown in FIG. 2B, the upper end of the cylindrical housing 41 is connected to a cylindrical shaft 42 having a central opening 43 formed therethrough. The central shaft 42 is screwed into a socket 44 at the upper end of the instrument housing 41. As shown in FIG. 2A, the upper end of the shaft 42 has a mechanical and electrical connection socket portion 4 for receiving and coupling the lower end of a coaxial wire line (not shown).
5, and the wire line is used to lower the instrument 10 into the central opening of the bore pipe and to provide communication between the instrument and the necessary power and control equipment at the surface. An upper spring guide section 46 is provided adjacent to the socket section 45, and this guide section 4
6 is formed with a plurality of azimuthally spaced guide slots 47 which receive one end of a centering spring 48. 2nd B
As shown, the other end of centering spring 48 is attached to lower guide slot 49 of lower bushing 51. Preferably, there are three centering springs 48 spaced 120 degrees apart about the axis of the instrument. The helical spring assembly 52 ensures that the three centering springs 48 center the axis of the instrument 10 within the central axis of the bore pipe opening.

第2A図および第2B図に示す器具10の部分
を参照すると、中央開口部43には同軸導体50
が設けられ、この導体50は中央開口部43の側
壁から電気的に絶縁され、電力および信号を同軸
ワイヤ線の中央導体から器具の装置部にコネクタ
組立体53を介して供給している。導体50はワ
イヤ線とハウジング54(第2D図)内の電子回
路との間を接続し、地表からDC電力を器具10
の電子回路に供給し、また電子回路からAC電圧
データ信号をワイヤ線を介して地表に送つてい
る。
Referring to the portion of device 10 shown in FIGS. 2A and 2B, central opening 43 includes a coaxial conductor 50.
is provided, the conductor 50 being electrically isolated from the sidewalls of the central opening 43 and providing power and signals from the central conductor of the coaxial wire line to the apparatus portion of the instrument via a connector assembly 53. A conductor 50 connects between the wire line and electronic circuitry within a housing 54 (FIG. 2D) to provide DC power from the ground to the fixture 10.
The electronic circuitry also sends AC voltage data signals to the earth's surface via wire lines.

第2C図および第2D図に示すように、器具1
0の非磁性外側シエル41は励磁コイル61を収
納しており、このコイル61は磁性材料からなる
コア62の周りに多数回巻かれた巻線を有してい
る。受信コイル63は励磁コイル61から予め選
択された距離dだけ離れて配設され、また絶縁コ
イルコア64の周囲に複数巻かれた巻線を有して
いる。2つのコイル61および63はコイルスペ
ーサ65によつて予め選択された距離互いに間隔
をあけて配設され、該コイルスペーサ65は各コ
イルコア62および64の対向する鍔部状の端部
に貼付されている。室54内に設けられた電子回
路は本発明の教示に従つて励磁信号を発生し、受
信信号を測定するのに使用され、下記に説明され
る回路を有している。
As shown in FIGS. 2C and 2D, the device 1
0's non-magnetic outer shell 41 houses an excitation coil 61, which has a winding wound a number of times around a core 62 of magnetic material. The receiving coil 63 is disposed a preselected distance d from the excitation coil 61 and has a plurality of windings wound around an insulated coil core 64 . The two coils 61 and 63 are spaced apart from each other by a preselected distance by a coil spacer 65, which is attached to the opposing flanged ends of each coil core 62 and 64. There is. Electronic circuitry located within chamber 54 is used to generate the excitation signal and measure the received signal in accordance with the teachings of the present invention, and includes the circuitry described below.

第2E図に示す器具71の下部は、特定の穿孔
下部状態に応じて爆発性弾薬または化学的カツタ
に下端部を取り付けるための手段72を有してい
る。更に、下端部71はコネクタ73を備えてお
り、このコネクタ73は信号をワイヤ線から地表
に連結し、爆発性弾薬を爆発させたり、または化
学的カツタを作動させるものである。この動作は
動けなくなつた点の近傍に設けられている掘穿パ
イプ15をその上の残りのドリルストリングから
分離し、該ストリングを取り除くために必要であ
る。このようにして、ストリングの動けなくなつ
た部分は周知の技術によつて取り除かれたりまた
はバイパスされて適当に処理されるのである。
The lower portion of the device 71 shown in FIG. 2E has means 72 for attaching the lower end to an explosive charge or chemical cutter depending on the particular drilling condition. In addition, the lower end 71 is provided with a connector 73 for coupling signals from the wire to the ground to detonate explosive munitions or to activate a chemical cutter. This action is necessary to separate the drilling pipe 15 located in the vicinity of the stuck point from the rest of the drill string above it and to remove the string. In this manner, the stuck portion of the string can be removed or bypassed and appropriately disposed of by well known techniques.

次に、第3図のブロツク図を参照すると、全装
置の動作方法が示されている。図示のように、励
磁コイル61は発振器81によつて駆動増幅器8
2を介して駆動され、磁束のAC変化を発生する。
この磁束の変化は15として概略的に図示する掘
穿パイプの壁に渦電流を発生するために使用され
る。受信コイル63には影響を受けたパイプ壁に
流れる渦電流による磁束によつて電圧が誘導され
る。受信コイル63からの出力は受信増幅器83
を介してピーク検出器84に接続され、このピー
ク検出器84は増幅器83の出力をピーク電圧を
測定する。ピーク検出器84の出力は一連の出力
パルスを発生する電圧対周波数変換器85に接続
されている。電圧対周波数変換器85内に設けら
れている電圧制御発振器からのパルスの周波数が
ピーク検出器84からの信号の値によつて制御さ
れている。変換器85からの出力信号はワイヤ線
86を介して地表に送られ、そこで計数率計87
に供給される。穿孔下部の周波数を表す信号が計
数率計87によつて発生させられ、器具位置の関
数として記録装置88に記録される。DC電源8
9はDC電圧をワイヤ線86を介して供給して電
子装置に電力を供給し、励磁コイル61を駆動
し、ピツクアツプコイル63からの信号を受信す
る。記録装置88は穿孔に沿つてワイヤ線器具の
位置の関数としてパイプの透磁率のデータを発生
する従来の帯形記録計式のものである。そして、
機械的グラフが比較のために形成される。代りと
して、記録装置88は逐次連続的なデータを記録
し、分析し、比較してそれらの変化出力を直接発
生するデータ蓄積および処理手段を有していても
よい。
Referring now to the block diagram of FIG. 3, it is shown how the entire system operates. As shown, the excitation coil 61 is connected to the drive amplifier 8 by an oscillator 81.
2 to generate an AC change in magnetic flux.
This change in magnetic flux is used to generate eddy currents in the wall of the bore pipe, shown schematically at 15. A voltage is induced in the receiving coil 63 by the magnetic flux caused by the eddy current flowing in the affected pipe wall. The output from the receiving coil 63 is sent to the receiving amplifier 83.
is connected to a peak detector 84 which measures the peak voltage of the output of the amplifier 83. The output of peak detector 84 is connected to a voltage to frequency converter 85 which generates a series of output pulses. The frequency of the pulses from a voltage controlled oscillator provided within voltage-to-frequency converter 85 is controlled by the value of the signal from peak detector 84. The output signal from transducer 85 is sent to the surface via wire line 86 where it is connected to count rate meter 87.
is supplied to A signal representing the frequency of the bottom of the drill hole is generated by a count rate meter 87 and recorded on a recording device 88 as a function of instrument position. DC power supply 8
9 supplies DC voltage via wire line 86 to power the electronic device, drive excitation coil 61, and receive signals from pickup coil 63. Recording device 88 is of the conventional strip recorder type that generates data on the permeability of the pipe as a function of the position of the wireline instrument along the borehole. and,
A mechanical graph is created for comparison. Alternatively, the recording device 88 may include data storage and processing means for recording, analyzing, and comparing successive data directly to produce a variable output thereof.

本発明の方法および装置においては、本装置の
完全な動作に対して満足されなければならないい
くつかの重要なパラメータがあることが見出され
ている。例えば、励磁コイル61を駆動する周波
数は穿孔下部の透磁率の最大感度および正確な測
定のために重要である。また、励磁コイル61と
受信コイル63間の間隔dは特に重要であり、ま
た鋼製掘穿パイプにおける透磁率の変化に対して
最大感度が本装置に存在する励磁周波数に関係し
ていることも見出されている。
In the method and apparatus of the present invention, it has been found that there are several important parameters that must be satisfied for complete operation of the apparatus. For example, the frequency at which the excitation coil 61 is driven is important for maximum sensitivity and accurate measurement of permeability below the borehole. It is also noted that the spacing d between the excitation coil 61 and the receiver coil 63 is particularly important, and that the maximum sensitivity to changes in magnetic permeability in the steel bore pipe is related to the excitation frequency present in the device. It has been discovered.

次に、第4図を参照すると、励磁コイル61お
よび受信コイル63間の3つの異なる距離の各々
に対しての励磁周波数の関数としての一定入力に
対する出力電圧の一連の3つの重なり合つたグラ
フが示されている。下部の曲線91は例示コイル
61および受信コイル63の対向する端部間が約
5インチ(12.7cm)の間隔の場合の正規化された
受信電圧値を示している。この間隔におけるピー
ク感度は約130Hzの周波数の所に発生している。
同様にして、曲線92はコイル間が約7インチ
(17.78cm)の間隔の場合の受信コイル電圧を示し
ており、同様なピーク感度が130−150Hzの範囲に
発生している。上部曲線93は励磁コイルおよび
受信コイル間に約6インチ(15.24cm)の間隔が
設けられていて、約130Hzの周波数において最大
受信電圧感度が得られていることを示している。
このように約130Hzの動作励磁周波数および励磁
コイルと受信コイル間が約6インチ(15.24cm)
の間隔の場合に最適の結果が得られ、この場合に
強磁性パイプ内の応力の関数としての該強磁性パ
イプの透磁率における変化を検出するのに最高の
感度が得られている。
Referring now to FIG. 4, a series of three overlapping graphs of output voltage for constant input as a function of excitation frequency for each of three different distances between excitation coil 61 and receiver coil 63 is shown. It is shown. The lower curve 91 shows the normalized received voltage value for a spacing of approximately 5 inches (12.7 cm) between the opposing ends of the exemplary coil 61 and receive coil 63. Peak sensitivity in this interval occurs at a frequency of approximately 130Hz.
Similarly, curve 92 shows the receive coil voltage with approximately 7 inches (17.78 cm) spacing between the coils, with similar peak sensitivity occurring in the 130-150 Hz range. Upper curve 93 shows a spacing of approximately 6 inches (15.24 cm) between the excitation coil and the receive coil, providing maximum receive voltage sensitivity at a frequency of approximately 130 Hz.
In this way, the operating excitation frequency is approximately 130Hz and the distance between the excitation coil and the receiving coil is approximately 6 inches (15.24cm).
Optimum results have been obtained for a spacing of , where the highest sensitivity has been obtained for detecting changes in the permeability of a ferromagnetic pipe as a function of stress within the pipe.

一般に上述したように、第3図に示す回路に図
示されている本発明の装置はまた振幅検出器84
よりもむしろ増幅器83の出力に位相検出器を備
えることもできる。勿論、位相検出器は励磁コイ
ル61の駆動信号に対する受信コイル63の信号
の位相変化を検出するために基準位相として増幅
器82の出力に接続されることを必要とする。位
相の変化は、動けなくなつた点の領域における応
力を加えられたパイプの透磁率の変化を検出する
ために使用される。
As generally discussed above, the apparatus of the present invention illustrated in the circuit shown in FIG.
Rather, a phase detector can also be provided at the output of amplifier 83. Of course, the phase detector needs to be connected to the output of the amplifier 82 as a reference phase in order to detect the phase change of the signal of the receiving coil 63 with respect to the drive signal of the excitation coil 61. The change in phase is used to detect the change in magnetic permeability of the stressed pipe in the region of the stuck point.

次に、第5A図および第5B図を参照すると、
第3図に示す回路の構成図が示されている。特
に、励磁コイル61を分周カウンタ102を介し
て接続されている水晶発振器101を有する発振
回路81によつて駆動されている。水晶発振器1
01は1MHz台の周波数で作動し、カウンタ10
2を介して出力リード線103,104および1
05に逓減されてAND/OR選択ゲート回路10
6に供給されている。AND/OR選択ゲート10
6はブリツジ形コイル駆動回路107を適切に駆
動するCD4019Bのような形式のものである。
Next, referring to FIGS. 5A and 5B,
A block diagram of the circuit shown in FIG. 3 is shown. In particular, the excitation coil 61 is driven by an oscillation circuit 81 having a crystal oscillator 101 connected via a frequency dividing counter 102 . crystal oscillator 1
01 operates at a frequency in the 1MHz range, and the counter 10
Output leads 103, 104 and 1 through 2
05 and AND/OR selection gate circuit 10
6. AND/OR selection gate 10
6 is of the type CD4019B which properly drives the bridge coil drive circuit 107.

駆動回路107は4つの電界効果トランジスタ
(FET)108,109,110および111で
構成されている。FET108および109はタ
ンデムに接続され、またFET110および11
1もタンデムに作動する。AND/OR選択ゲート
回路106はFET108および109が予め選
択された期間オンになり、それからFET110
および111がオンになる前に予め選択された一
定期間オフになる。このようにして、感知トラン
ジスタ108−110は過負荷および損傷するこ
とから保護されているFETによる矩形波スイツ
チング信号はコンデンサ114および115を介
して作動してインダクタンスコイル112および
113により円滑な正弦波の励磁信号に変換され
る。このようにして励磁コイル61は予め選択さ
れたAC周波数の正弦波信号によつて駆動される。
The drive circuit 107 is composed of four field effect transistors (FETs) 108, 109, 110 and 111. FETs 108 and 109 are connected in tandem, and FETs 110 and 11
1 also operates in tandem. AND/OR selection gate circuit 106 turns on FETs 108 and 109 for a preselected period, then FET 110
and 111 are turned off for a preselected period of time before being turned on. In this way, sense transistors 108-110 are protected from overloading and damage. The square wave switching signal from the FETs is driven through capacitors 114 and 115 and smoothed into a sinusoidal wave by inductance coils 112 and 113. It is converted into an excitation signal. In this way, the excitation coil 61 is driven by a sinusoidal signal of a preselected AC frequency.

更に第5A図および第5B図を参照すると、受
信コイル63は増幅器83の入力にコンデンサ1
21を介して接続され、このコンデンサ121は
第1段目の増幅器122に連結され、この増幅器
の出力は第2段目の増幅器123に接続されてい
る。第2の増幅器123の出力はピーク検出器構
成に接続された一対の直列に接続された増幅器1
24および125に接続されている。検出器84
の出力はカツプリング抵抗126を介して電圧対
周波数変換器85に接続されている。変換器85
は積分増幅器127およびスイツチ132を介し
てパルス発生器131の動作周波数を制御するよ
うに接続された比較増幅器128を有している。
電圧対周波数変換器85の出力は演算増幅器型ド
ライバ133を介してラインドライバ134に連
結され、このドライバ134は一連のライン電圧
パルスを地表装置に伝送するためにワイヤ線9に
供給している。また、ワイヤ線9は外装9bおよ
び中心導体9a間に電源89に連結されたDC電
圧を供給し、電源89は30ボルトの入力電圧を15
ボルトに降下する第1の電圧レギユレータ141
を有している。第2の電圧レギユレータ142は
レギユレータ141に連結され、本回路の演算増
幅器の動作に適する7.5ボルトの低い電源電圧を
発生している。
Still referring to FIGS. 5A and 5B, receiver coil 63 connects capacitor 1 to the input of amplifier 83.
21, this capacitor 121 is connected to a first stage amplifier 122, and the output of this amplifier is connected to a second stage amplifier 123. The output of the second amplifier 123 is connected to a pair of series connected amplifiers 1 connected in a peak detector arrangement.
24 and 125. Detector 84
The output of is connected to a voltage-to-frequency converter 85 via a coupling resistor 126. converter 85
has a comparator amplifier 128 connected to control the operating frequency of the pulse generator 131 via an integrating amplifier 127 and a switch 132.
The output of the voltage to frequency converter 85 is coupled via an operational amplifier type driver 133 to a line driver 134 which provides a series of line voltage pulses to the wire line 9 for transmission to surface equipment. The wire line 9 also supplies a DC voltage between the sheath 9b and the center conductor 9a connected to a power supply 89, which supplies an input voltage of 30 volts to 15
First voltage regulator 141 dropping to volts
have. A second voltage regulator 142 is coupled to regulator 141 and provides a low 7.5 volt supply voltage suitable for operation of the operational amplifier of the circuit.

上述したように、発振器81はブリツジ駆動回
路107により励磁コイル61を駆動するために
使用されている。これは励磁コイルに約128−130
Hzの周波数の磁束のAC変化を発生する。受信コ
イル63に誘導された信号は増幅器83を介して
増幅され、それからピーク検出器84で測定され
る。ピーク検出器84の出力は電圧対周波数変換
器85に接続され、この変換器85は入力電圧を
表す周波数を有する一連の出力パルスを発生す
る。この出力パルスはラインドライバ134およ
びワイヤ線9を介して地表に戻されて、計数率計
で受信され記録される。
As mentioned above, oscillator 81 is used by bridge drive circuit 107 to drive excitation coil 61. This is approximately 128−130 for the excitation coil.
Generates AC changes in magnetic flux with a frequency of Hz. The signal induced in the receiving coil 63 is amplified via an amplifier 83 and then measured by a peak detector 84. The output of peak detector 84 is connected to a voltage to frequency converter 85 which generates a series of output pulses having a frequency representative of the input voltage. This output pulse is returned to the surface via line driver 134 and wire line 9 where it is received and recorded by a count rate meter.

動作の概要を説明すると、掘穿パイプ15の各
部の鋼製壁の第1の透磁率データがワイヤ線を介
して上述したようにドリルストリングからすべて
の応力が取り除かれた状態で動けなくなつた点の
領域に対して収集される。その後、ドリルストリ
ングは長手方向の伸長、圧縮または回転トルクに
より地表部の掘穿パイプに力が加えられて応力が
かけられ、パイプの同じ領域に沿つて第2のデー
タが収集される。2つのデータの比較により動け
なくなつた点の上および下における応力の差によ
り動けなくなつた点Sの透磁率の値の急激な変化
が検出される。この2つのデータの比較によつて
示される透磁率の変化は穿孔内で動けなくなつて
いる掘穿パイプ15の接合部の位置を正確に見付
け出す。それから、器具10の下端部に設けられ
ている爆発性弾薬を地表から直ちに爆発するとと
もに、トルクをストリングに加えてドリルストリ
ングの上部をその接合部から分離する。代りとし
て、器具の下端部に設けられた化学的カツタをま
た作動してドリルストリングの部分を切断し、そ
の上部を穿孔から取り除くこともできる。
To summarize the operation, the first magnetic permeability data of the steel wall of each section of the drilling pipe 15 is transferred through the wire line to the drill string stuck with all stress removed as described above. Collected over a region of points. The drill string is then stressed by applying a force to the surface drilling pipe by longitudinal extension, compression or rotational torque, and a second set of data is collected along the same region of the pipe. By comparing the two data, a sudden change in the magnetic permeability value of the stuck point S is detected due to the difference in stress above and below the stuck point. The change in magnetic permeability indicated by the comparison of these two data pinpoints the location of the joint of the borehole pipe 15 that is stuck in the borehole. The explosive charge provided at the lower end of instrument 10 is then immediately detonated from the ground and torque is applied to the string to separate the top of the drill string from its joint. Alternatively, a chemical cutter on the lower end of the instrument can also be actuated to cut a portion of the drill string and remove its upper portion from the borehole.

以上のように、本発明の動作および構成は上述
した記載から明らかになるであろうと考えられ
る。図示し説明した方法および装置は好適なもの
として特徴付けられているものであるが、特許請
求の範囲に記載されている本発明の精神および範
囲から逸脱することなく多くの変形および変更を
行なうことができることは明らかであろう。
As described above, it is believed that the operation and structure of the present invention will be apparent from the above description. While the method and apparatus shown and described have been characterized as preferred, many modifications and changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the claims below. It is clear that it can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は穿孔を形成する掘穿機械の側部部分断
面図であり、第2A図−第2E図は本発明の原理
によつて構成された動けなくなつた点を検出する
器具の連続的な拡大された側部部分縦断面図であ
り、第3図は本発明の装置のブロツク図であり、
第4図は第2図の器具内のコイル間における間隔
の関数としての受信コイル出力電圧と励磁周波数
を示す一連のグラフであり、第5A図および第5
B図は本発明の装置に関連して使用される回路の
一実施例の構成図である。 10……器具、11……掘穿機械、12……穿
孔、15……掘穿パイプ、18……ドリルストリ
ング、22……ドリルビツト、28……井戸地上
部、61……励磁コイル、63……受信コイル、
81……発振器、82……駆動増幅器、83……
受信増幅器、84……ピーク検出器、85……電
圧対周波数変換器、86……ワイヤ線、87……
計数率計、88……記録装置、89……DC電圧
電源。
FIG. 1 is a side partial cross-sectional view of a drilling machine forming a borehole, and FIGS. 2A-2E show a series of stuck point detection instruments constructed in accordance with the principles of the present invention. FIG. 3 is a block diagram of the device of the present invention;
4 is a series of graphs showing receiver coil output voltage and excitation frequency as a function of spacing between coils in the apparatus of FIG. 2; FIG. 5A and FIG.
FIG. B is a block diagram of one embodiment of a circuit used in connection with the apparatus of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Instrument, 11... Drilling machine, 12... Drilling, 15... Drilling pipe, 18... Drill string, 22... Drill bit, 28... Well above ground part, 61... Excitation coil, 63... ...receiving coil,
81... Oscillator, 82... Drive amplifier, 83...
Receiving amplifier, 84... Peak detector, 85... Voltage to frequency converter, 86... Wire line, 87...
Count rate meter, 88...recording device, 89...DC voltage power supply.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 透磁率を測定することにより穿孔内で強磁性
体のパイプ部分が動けなくなつた場所を検出する
装置であつて、 前記パイプに交番周波数の磁束を発生する第1
のコイルおよび前記パイプから磁束信号を受信す
る第2のコイルを有し、前記パイプの透磁率デー
タを発生する手段と、 動かなくなつた領域の前記パイプに応力を加え
たり解除する手段と、 前記パイプが応力を加られていない第1の状態
にある時および応力を加られた第2の状態にある
時の前記パイプの第1および第2の透磁率データ
を記録する手段と、 前記第1および第2のデータを比較して前記パ
イプにおける応力の変化による透磁率の変化を検
出し、穿孔内で動けなくなつた点の場所を画定す
る手段と、 を有する前記装置。 2 特許請求の範囲第1項記載の装置であつて、
前記第1のコイルは前記第2のコイルから約6イ
ンチ(15.24cm)離れて配設されている前記装置。 3 特許請求の範囲第2項記載の装置であつて、
前記交番周波数は約130Hzである前記装置。 4 特許請求の範囲第1項記載の装置であつて、
前記パイプに応力を加えたり解除する前記手段は
穿孔上部に配設された掘穿機械のクラウンブロツ
クを有している前記装置。 5 強磁性パイプ部分が穿孔を掘穿するべく穿孔
内に配設され、穿孔に沿つて穿孔内のある点で設
けられている形式のものであつて、穿孔内におけ
る掘穿パイプの動けなくなつた点の場所を検出す
る改良された方法であつて、 穿孔内に配設された掘穿パイプ内を降下して前
記パイプの透磁率を感知するワイヤ線器具を設
け、 前記器具で交番周波数の磁束を発生して前記掘
穿パイプに前記磁束を誘導し、 前記器具の受信コイルで前記掘穿パイプの渦電
流から発生する磁束信号を掘穿パイプの透磁率を
表す信号として受信し、 前記穿孔内を掘穿パイプに沿つて前記器具を移
動して応力を加えられていない状態における前記
パイプの第1の透磁率データを発生し、 前記穿孔内を掘穿パイプに沿つて前記器具を移
動して応力を加えられている状態における前記パ
イプの第2の透磁率データを発生し、 前記第1および第2の透磁率データを比較して
前記穿孔内のパイプの動けなくなつた点を表す透
磁率の変化を検出する。 ステツプを有する前記方法。 6 特許請求の範囲第5項記載の方法であつて、
前記第1のデータを発生するステツプは、前記動
けなくなつた点の穿孔内の深さを算定し、前記動
けなくなつた点より上方の掘穿パイプのおおよそ
の重量を計算し、前記穿孔内のドリルストリング
に上方力を印加して前記動けなくなつた点上の掘
穿パイプにかかるすべての圧縮力を実質的に取り
除くステツプを有する前記方法。 7 特許請求の範囲第6項記載の方法であつて、
前記第2のデータを発生するステツプは、前記穿
孔内のドリルストリングに圧縮力を加えて前記動
けなくなつた点の掘穿パイプ部分の応力を増大
し、該動けなくなつた点上に集中して加えられる
応力の検出を容易にするステツプを有する前記方
法。 8 特許請求の範囲第6項記載の方法であつて、
前記第2のデータを発生する前記ステツプは、前
記穿孔内のドリルストリングに捻り負荷を加えて
前記動けなくなつた点の掘穿パイプ部分に高い捻
り応力を与え、該動けなくなつた点上に集中して
加わる応力の検出を容易にするステツプを有する
前記方法。 9 特許請求の範囲第5項記載の方法であつて、
前記器具を設ける前記ステツプは、非磁性外側ハ
ウジング内に第1および第2のコイルを設けて、
前記掘穿パイプ部分に磁束を発生し受信し、前記
掘穿パイプの透磁率を表す掘穿パイプ内における
磁束の変化に応答する信号を発生するステツプを
有する前記方法。 10 特許請求の範囲第9項記載の方法であつ
て、前記器具内に第1および第2のコイルを設け
るステツプは、更に前記コイルを互いに約6イン
チ離して配設し、前記第1のコイルを約130Hzの
周波数で励磁するステツプを有する前記方法。 11 掘穿パイプの第1および第2の透磁率デー
タが該掘穿パイプを降下する器具によつて発生す
る形式であつて、掘穿パイプが穿孔内で動けなく
なつた場所を検出する改良されたワイヤ線器具で
あつて、 前記器具内に配設され、前記穿孔内のパイプの
側壁に誘導するように交番周波数の磁束を発生し
て該パイプ側壁内に渦電流を発生する第1の励磁
コイルと、 前記駆動コイルから間隔をあけて配設され、前
記掘穿パイプ内に流れる渦電流によつて発生する
磁束信号を受信する受信コイルと、 前記パイプ壁内に誘導される渦電流および渦電
流から発生する磁束の特性を表すデータ信号を発
生する手段と、 前記第1および第2のデータを比較して前記パ
イプ壁の透磁率の変化を検出し、これにより動け
なくなつた点の場所を画定する手段と、 を有する前記器具。 12 特許請求の範囲第11項記載の装置であつ
て、前記第1および第2のコイルは互いに約6イ
ンチ(15.24cm)離れて配設され、第1のコイル
は約130Hzの周波数で励磁されている前記装置。 13 特許請求の範囲第11項記載の装置であつ
て、前記データ信号発生手段は、パイプ壁内の渦
電流の流れによつて発生する受信された磁束の大
きさの特性の信号を発生する前記装置。 14 特許請求の範囲第11項記載の装置であつ
て、前記データ信号発生手段は、パイプ壁内の渦
電流の流れによつて発生する受信された磁束と励
磁コイルによつて発生された磁束との間の位相差
の特性を有する信号を発生する前記装置。 15 特許請求の範囲第12項記載の装置であつ
て、更に穿孔内の掘穿パイプの部分を分離する手
段を有し、該手段は前記器具に隣接して配設さ
れ、前記動けなくなつた点の付近で前記掘穿パイ
プを分離するようになつている前記装置。
[Scope of Claims] 1. A device for detecting a location where a ferromagnetic pipe section becomes stuck in a borehole by measuring magnetic permeability, comprising: a first device that generates a magnetic flux at an alternating frequency in the pipe;
a second coil for receiving a magnetic flux signal from the pipe and generating magnetic permeability data for the pipe; means for stressing and releasing stress from the pipe in the stuck region; means for recording first and second magnetic permeability data of the pipe when the pipe is in a first unstressed state and when the pipe is in a second stressed state; and means for comparing second data to detect changes in magnetic permeability due to changes in stress in the pipe to define the location of a point stuck within the borehole. 2. The device according to claim 1,
The device wherein the first coil is disposed about 6 inches (15.24 cm) from the second coil. 3. The device according to claim 2,
The device wherein the alternating frequency is about 130Hz. 4. The device according to claim 1,
Said means for stressing and unstressing said pipe comprises a crown block of a drilling machine disposed at the top of the borehole. 5 A section of ferromagnetic pipe is placed in the borehole to drill the borehole, and is of the type provided at a point along the borehole in order to prevent the boring pipe from becoming immovable within the borehole. An improved method for detecting the location of a point, comprising: providing a wire instrument that descends within a borehole pipe disposed within a borehole to sense the magnetic permeability of said pipe; generating a magnetic flux and inducing the magnetic flux in the boring pipe; receiving a magnetic flux signal generated from an eddy current in the boring pipe with a receiving coil of the device as a signal representing the magnetic permeability of the boring pipe; moving the instrument along the borehole pipe to generate first permeability data for the pipe in an unstressed state; moving the instrument along the borehole pipe; generating second permeability data for the pipe under stress; and comparing the first and second permeability data to determine a permeability representative of the point at which the pipe in the borehole becomes stuck. Detect changes in magnetic flux. The method comprising the steps of: 6. The method according to claim 5, comprising:
The step of generating the first data includes calculating the depth within the borehole of the stuck point, calculating the approximate weight of the bore pipe above the stuck point, and determining the depth of the stuck point within the borehole. the step of applying an upward force to the drill string of the drill string to substantially remove all compressive forces on the drill pipe above the stuck point. 7. The method according to claim 6, comprising:
The step of generating the second data includes applying a compressive force to the drill string in the borehole to increase stress in the portion of the drill pipe at the stuck point and to concentrate the stress on the stuck point. said method, comprising the step of facilitating the detection of stress applied by said method. 8. The method according to claim 6, comprising:
The step of generating the second data includes applying a torsional load to the drill string in the borehole to create a high torsional stress on the portion of the drill pipe at the stuck point, so that the drill string on the stuck point The method includes steps for facilitating the detection of concentrated stress. 9. The method according to claim 5, comprising:
the step of providing the device includes providing first and second coils within a non-magnetic outer housing;
The method includes the steps of generating and receiving a magnetic flux in the bore pipe section and generating a signal responsive to changes in the magnetic flux within the bore pipe indicative of the magnetic permeability of the bore pipe. 10. The method of claim 9, wherein the step of providing first and second coils within the device further comprises disposing the coils approximately 6 inches apart from each other; The method comprises the step of: exciting the magnetic field at a frequency of about 130 Hz. 11, wherein the first and second permeability data of a borehole pipe are in the form generated by an instrument lowering the borehole pipe, an improved method for detecting where the borehole pipe becomes stuck within the borehole; a wire line device disposed within the device, a first excitation for generating an alternating frequency magnetic flux to induce eddy currents in the side wall of the pipe within the borehole; a receiving coil spaced apart from the drive coil for receiving magnetic flux signals generated by eddy currents flowing in the bore pipe; means for generating a data signal representing a characteristic of the magnetic flux generated from the current; and comparing said first and second data to detect a change in magnetic permeability of said pipe wall, thereby determining the location of the stuck point. and means for defining. 12. The apparatus of claim 11, wherein the first and second coils are disposed about 6 inches (15.24 cm) apart from each other, and the first coil is energized at a frequency of about 130 Hz. said device. 13. The apparatus of claim 11, wherein the data signal generating means generates a signal characteristic of the magnitude of the received magnetic flux generated by the flow of eddy currents in the pipe wall. Device. 14. The apparatus according to claim 11, wherein the data signal generating means combines a received magnetic flux generated by the flow of eddy currents in the pipe wall and a magnetic flux generated by the excitation coil. Said device for generating a signal having the characteristic of a phase difference between. 15. The apparatus of claim 12, further comprising means for separating a portion of the drilled pipe within the borehole, said means being disposed adjacent to said device and said means for separating said portion of said stuck pipe. Said device adapted to separate said bore pipe in the vicinity of a point.
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