NO156588B - Apparat for lokalisering og vurdering av defekter i ferromagnetiske foringsroer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat for å opp-

dage lokalisering og alvorlighetsgrad av defekter i ferromagnetiske foringsrør for oljebrønner. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen et apparat for inspeksjon av foringsrør der virvelstrømprinsippene utnyttes for påvisning av små defekter og andre uregelmessigheter i foringsrør i oljebrønner.

I olje og gass-industrien blir det i stor utstrekning brukt nedgravde rør til transport av hydrokarbonprodukter. Siden utsiden av disse foringsrørene ikke er lett tilgjengelige for påvisning av korrosjon og andre eldningsfaktorer, er det nødvendig å inspisere røret fra innsiden. Kontinuerlig vedlikehold av foringsrøret ved periodiske indre inspeksjoner reduserer nød-reparasjoner, forhindrer uventede utkoblinger, tillater plan-messig utskiftning av foringsrør som ikke er i orden, og for-sterker den generelle totale effektivitet av transport-operasjonen.

Det er vanlig å inspisere den totale tilstand til forings-rør og andre ferromagnetiske materialer ved å generere et magnetisk felt inne i organet som undersøkes. Det er mange parametere for foringsrør som kan undersøkes ved slike inspeksjoner. For eksempel bestemmer noen inspeksjonsinnretninger den totale tykkelse av foringsrøret. Andre innretninger er konstruert for å påvise små defekter slik som groper, hull, sprekker og andre lokaliserte uregelmessigheter i foringsrøret. Ytterligere andre innretninger er konstruert for å bestemme om en eventuell gitt defekt er på foringsrørets indre eller ytre vegg. For mer nøyaktig å detektere tilstanden til foringsrøret eller rørledningen innbefatter mange eksisterende innretninger midler for å bestemme kombinasjoner av de ovenfor refererte parametere.

Det finnes apparater og fremgangsmåter for inspeksjon av foringsrør som utnytter DC-fluks til å energisere en oljebrønn-foring for å påvise lokaliseringen av defekter i denne. En slik innretning er beskrevet i US-patent nr. 3.940.689 som omfatter en sentral likestrøms elektromagnet med endepolstykker for frembringelse av et magnetisk felt inne i foringsrøret, og et par mottagergrupper anordnet mellom endepolstykkene for å detektere diskontinuiteter inne i foringsrørveggene. i denne type innretninger som benytter seg av flukslekkasjemålinger, blir seksjoner av foringsrørveggen som inspiseres, magnetisert med

magnetisk DC-fluks.

Det er kjent at i en foringsrørseksjon uten skader flyter den magnetisk fluksen i foringsrøret i langsgående retning på

en uniform måte. Det er også kjent at et hull i foringsrøret forårsaker en lokal økning i den magnetiske reluktansen til foringsrøret. Dette forstyrrer igjen det langsgående fluks-mønster, og flukslinjer buler derfor ut fra veggene i forings-røret. Denne utbuktende fluks, eller kantfluks, er den lekkfluks som detekteres av mottagerspoler anordnet like ved foringsveggen. Sett av to mottagerspoler som er aksialt forskjøvet og er viklet flatt eller er utført som trykte kretser, blir brukt til å detektere kantfluks omkring en diskontinuitet i foringsveggen. DC-fluksen som frembringes av elektromagnetene, har normalt en størrelse av størrelsesorden 20 gauss. Siden det magnetiske felt har en slik stor intensitet, kan mottagerspolene omfatte et lavt antall vindinger, i størrelsesorden 15 pr. spole. Dette kravet på 15 vindinger muliggjør bruk av trykte krets-spoler eller flatviklede mottagerspoler.

En hovedulempe ved inspeksjonsinnretningen for foringsrør som energiseres av en likestrømskilde for å påvise diskontinuiteter ved hjelp av en magnetisk kantfluks i foringsrøret er, at jo større foringsrøret er, jo større må dimensjonen på den magnetiske kjernen være for å magnetisere foringsrøret skikkelig. Med økningen av dimensjonen på den magnetiske kjernen blir dermed selve inspeksjonsapparatet proporsjonalt tyngre.

US-patent nr. 3.940.689 beskriver videre en anordning for

å detektere om foringsrørdefekten er inne i eller utenpå foringsveggen. Denne bestemmelse blir foretatt ved å bruke lokaliserte virvelstrøm-målinger som er følsomme bare for defekter på foringsrørets innervegg, siden virvelstrøminntreng-ningen bare er omkring en millimeter inn i foringsrørveggen. For effektivt å indusere virvelstrømmene i et lokalisert område av foringsrørveggen, er det anordnet en andre senderspole parallelt med foringsrørveggen, og som energiseres for å generere et høy-frekvent magnetisk vekselfelt.

Den andre senderspolen som genererer det høyfrekvente magnetiske vekselfelt, er beskrevet i US-patent nr. 3.940.689 som anbrakt inne i sideveggputen sammen med mottagerspolene. Siden en trykt spolekrets blir benyttet for å foreta lekkfluksmålingen, medfører plasseringen og innrettingen av den andre mottagerspolen i sideveggputen for mottagerne slik at mottagerspolen måler høyfrekvensfeltet, økede vanskeligheter ved fremstillingen.

Målinger av tykkelse og lokal gropdannelse i foringsrør i oljebrønner blir også foretatt ved å bruke magnetiske veksel-felter. US-patent nr. 2.992.390 beskriver et inspeksjonsapparat som benytter et magnetisk kjerne-organ på hvilket det er anordnet en senderspole. Senderspolen blir drevet av en veksel-strømkilde og genererer et magnetisk vekselfelt i foringsrøret. Den magnetiske kjernen er laminert for å forhindre virvel-strømmer fra å flyte i kjernen. Mottagerspoler er anbrakt i forutbestemte avstander fra senderspolen for å påvise generelle tykkelsesvariasjoner, lokal gropdannelse, og permeabilitets-forandringer ved å måle den energi som mottas ved deres bestemte posisjon. Mottagerspolene er viklet omkring tapper eller frem-spring fra den magnetiske kjernen, men hver tapp lokalisert i en fast avstand fra senderen i avhengighet av den parameter som skal måles.

Tidligere apparater for måling av magnetisk DC-lekkfluks

i foringsrør er beheftet med en alvorlig ulempe fordi de ikke er i stand til å skjelne magnetiske uregelmessigheter fra virkelige defekter i foringsrøret. Den totale vekt av disse innretninger kan videre bli altfor stor på grunn av kravene til den elektro-magnetiske kjernen. Tidligere kjente apparater for virvelstrøm-målinger i foringsrør har benyttet seg av sentrale magnetkjerner og flerfrekvens-eksitasjon med resulterende tungt og komplisert utstyr.

Bruken av flatviklete eller plane trykte spolekretser som mottagerspoler, har også den ulempe at de krever et magnetisk felt av størrelsesorden 20 gauss på grunn av det lave antall vindinger pr. spole.

Et generelt formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et nytt og forbedret apparat for undersøkelse av foringsrør.

Nærmere bestemt tar således oppfinnelsen utgangspunkt i

et apparat for lokalisering og vurdering av defekter i ferromagnetiske foringsrør, hvilket apparat er av den type som omfatter : et langstrakt legeme anordnet for opphengning i forings-

røret i en loggekabel,

første midler som er anordnet inne i foringsrøret og anbrakt på nevnte legeme, for generering av et magnetisk vekselfelt langs en del av den langsgående aksen av forings-røret, og som induserer omkretsmessige strømmer i dette,

andre midler anordnet for å kunne anbringes inne i forings-røret og anbrakt på nevnte legeme, idet nevnte andre midler er anordnet aksialt i avstand fra nevnte første midler,

for generering av minst et signal som respons på forstyrrelser av den omkretsmessige strømmen i foringsrøret, og

en signalprosessor koblet til de andre midlene for å bestemme defektens karakteristikker, samt

et ikke-ledende bæreorgan.

I tilknytning til ovenstående kan det som ytterligere eksempel på kjent teknikk henvises til at US-patent 3.449.662 beskriver et ikke-ledende bæreorgan.

Det nye og særegne ved apparatet ifølge oppfinnelsen består i: en første spole med N vindinger understøttet av

bæreorganet,

en andre spole anbrakt ved siden av den første

spolen og med 2N vindinger som er seriekoblet og motsatt viklet av vindingene i den første spolen,

og

en tredje spole ved siden av den andre spolen og

med N vindinger seriekoblet med og motsatt viklet av vindingene i den andre spolen.

De nye og særegne trekk samt fordelene ved oppfinnelsen

vil fremgå tydeligere av den følgende detaljerte beskrivelse der det refereres til tegningene, hvor: Figur 1 er en skjematisk skisse av en foretrukket utførelses-form av inspeksjonsapparatet for foringsrør i samsvar med prin-sippene i oppfinnelsen,

figur la er en forstørret skisse av mottagergruppen på figur 1.

figur 2A er en illustrerende skisse av en foretrukket ut-førelsesform av det enestående effektive differensialspole-arrangement i apparatet i henhold til oppfinnelsen,

figur 2B er en illustrerende skisse av et differensial-

spolepar av plan konstruksjon som identifisert i teknikkens stand,

figur 3 er en skjematisk representasjon av et forstyrret magnetisk felt ved en defekt i et foringsrør i en oljebrønn,

figurene 4A og 4B er grafiske representasjoner av fasen og amplityden til spenningssignalet som leveres fra mottagervegg-puten,

figur 5 er et blokkskjema over elektronikk-kretsen som brukes til å måle fasen og amplityden av spenningssignalet som leveres i henhold til en utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen, og

figurene 6A, 6B og 6C illustrerer alternative utførelses-former av sender- og mottager-spolearrangementer i apparatet i henhold til oppfinnelsen.

På figur 1 er det vist en foretrukket utførelsesform av inspeksjonsapparatet 10 for foringsrør anordnet i en oljebrønn-foring 12 ifølge normal drift av apparatet. Apparatet 10 blir brukt til å undersøke foringsrøret 12, typisk er foringsrør for olje- og gass-brønner, med hensyn til feil slik som grop- eller sprekk-dannelse. Apparatet 10 henger vanligvis i en logge-

kabel eller vaier 14. Bruk av vaieren 14 muliggjør bevegelse av apparatet over hele lengden av foringsrøret 12. Vaieren 14 tilveiebringer også ledere for signaloverføring mellom apparatet 10 og overflateutstyr hvor signalene blir registrert og vurdert.

I tillegg tilveiebringer vaieren 14 energi via en kraftforsyning 15 på overflaten til undersøkelsesapparatet 10 og dets til-hørende kretser.

For å koordinere de registrerte målinger som gjøres av inspeksjonsapparatet 10 med dybden av apparatet ved målestedet i foringsrøret 12, er det anordnet et målehjul 16 som drives av bevegelser av kabelen 14 av og på kabelvinsjen som er sam-virkende koblet, for eksempel ved hjelp av en pulsgenerator eller en passende mekanisk kobling 17, til en registrerings-anordning 18 for på denne å tilveiebringe registreringer som er en funksjon av dybden av apparatet 10. Siden det vanligvis foretrekkes at de mange loggeregistreringene som tilveiebringes av registreringsanordningen 18 alle blir presentert med en felles dybdeskala, er kretsen på overflaten også anordnet for å omfatte et "dybdelager" 20, som blir drevet av målehjulet 16 for forbigående lagring av et sett datasignaler fra apparatet 10 for samtidig presentasjon pa registreringsanordningen med den eller flere andre sett med datasignaler fra apparatet 10. Passende lagerkretser er vist i US-patent nr. 3.166.709 og US-patent nr. 3.405.349.

I den beskrevne utførelsesform av oppfinnelsen er under-søkelsesapparatet 10 forsynt med et par koaksiale sendere 22 opphengt fra et langstrakt legeme 11. Det langstrakte legemet eller spindelen 11 er hovedsakelig ikke-magnetisk og ikke-ledende og kan være laget av fiberglassmateriale med metallarmering slik at der ikke er noen ledende baner.

De koksiale senderne 22 som er opphengt i kabelen 14, blir elektrisk drevet av en vekselstrømkilde 15 via en leder i kabelen 14 ved en frekvens i området 30 til 40 hertz. I motsetning til tidligere kjente undersøkelsesapparater som benytter målinger av magnetisk DC-lekkfluks, benytter apparatet 10 i henhold til oppfinnelsen generering av vekselstrømfluks, noe som medfører at det ikke er nødvendig med en tung jernkjerne for å tilveiebringe fluksdata med lav reluktans.

De koaksiale senderne 22 er anordnet i en forutbestemt avstand fra hverandre og har første og andre grupper av sidevegg-puter 24 og 26 med mottagere anordnet mellom senderne og også festet til det langstrakte legemet 11. Det er tilveiebrakt en hylse 28A for å romme kretsene som er vist i blokkskjemaet på figur 5 og beskrevet nedenfor, for evaluering av fasen og amplityden til spenningssignalet som detekteres ved hver mottagerpute 30 i gruppene 24 og 26. Det er tilveiebrakt en hylse 28B for å romme digitale telemetrikretser, som beskrives nedenfor,

for å levere et fase-amplityde-signalprodukt til telemetri-mottageren 27 på overflaten, vist på figur 1. Sentraliserings-organer 32 samvirker med det langstrakte legeme 11 for å sentrere apparatet 10 i foringsrøret 12.

Senderspolene 22 på figur 1 er adskilt med en forutbestemt avstand fra hver av mottagergruppene 24 og 26 slik at avstanden er liten nok til at det oppnås rimelige signalnivåer i mottagerspolene, men stor nok til at den direkte gjensidige kobling fra senderne ikke domin erer signalet som skyldes defekten.

Når den ytre diameteren av foringsrøret 12 er 7,5" eller mindre, kan senderne 22 og mottagergruppene 24 og 26 fortrinns-vis være adskilt med en avstand på 17,5" fra senter til senter.

Foringsrør med en ytre diameter større enn 7,5" kan ha sendere

22 og mottagergrupper 24 og 26 adskilt med en avstand på 21"

fra senter til senter.

Inspeksjonsapparatet 10 for foringsrøret er forsynt med tolv mottagerputer 30 anordnet i to grupper 24 og 26 mellom de koaksiale senderne 22,ogdeer anordnet slik i forhold til hverandre at det tilveiebringes en hel 360° inspeksjon av den indre overflaten av foringsrøret 12. Som skissert på figur 1 oppnås denne fullstendige omkretsmessige dekning best ved å dele flere inspeksjonsmottagere og anordne . halvparten av disse symmetrisk med like mellomrom omkring en del av legemet 11, og anordne resten av mottagerspolene 30 ved en andre posisjon på legemet 11. Ved vinkelmessig forskyvning av mottagerputene i gruppe 24 i forhold til mottagerputene i gruppe 26, vil hver av putene i gruppen 26 henholdsvis undersøke en smal langsgående stripe av foringsrøret 12 som ligger mellom de svakt over-lappende to tilstøtende stripene av foringsrøret som blir under-søkt av inspeksjonsmottagerspolene umiddelbart ovenfor. Etter som inspeksjonsapparatet 10 blir beveget gjennom foringsrøret 12 vil den øvre mottagergruppen 24 kontinuerlig undersøke et antall omkretsmessig adskilte bånd eller langsgående striper langs foringsveggen, mellom hvilke det er gap, og den nedre gruppen 26 vil kontinuerlig undersøke disse gapene for å sikre en full-stendig undersøkelse av foringsrørveggen 12.

Figur IA illustrerer et mekanisk arrangement som kan an-vendes til å holde mottagerputene 30 i gruppene 24 og 26 i opera-tiv kontakt med innerveggen i foringsrøret 12. For eksempel kan flere mottagerspoler 30 være montert på apparatlegemet 11 i henhold til hva som er kjent fra US-patent nr. 2.736.967. Som vist på figur IA plasserer imidlertid den foretrukne utførelsesform i henhold til oppfinnelsen mottagergruppen slik at mottagerspolene 20 er svingbart koblet til de ytre endene av stive armer 29a som igjen har sine indre ender svingbart koblet til i lengde-retningen adskilte kraver 29B som er glidbart montert omkring apparatlegemet 11. Fjærer 29C er anordnet for å tvinge mottagerspolene i glidekontakt med veggen i foringsrøret 12.

Et enestående spolearrangement av mottagerputene 30 som er illustrert på figur 2A, er tilveiebrakt, i henhold til oppfinnelsen, som en del av inspeksjonsapparatet 10. Hver mottagerpute 30 omfatter tre individuelle spoler 33, 34 og 35 med henholdsvis N, 2N og N vindinger. Spolene 33, 34 og 35 er viklet på en spolekjerne 36 ved siden av hverandre. Selv om spolene 33, 34 og 35 er koblet i serie med hverandre, kan tilstøtende spoler være viklet i motsatte retninger for å danne et effektivt differ-ensialspole-arrangement. Som vist på 2A med pilene 33A og 34A

er tilstøtende spoler 33 og 34 viklet i motsatte retninger. Spole 35 er viklet i motsatt retning av spole 34 som antydet med pilene 34A og 35A. Dette arrangement tilveiebringer en differ-ensialmåling av forandringen i fluksen til et magnetisk felt som er generert av de koaksiale senderne 22 inne i foringsrøret 12 .

Figur 2B illustrerer en plan, trykt differensialspolekrets

i henhold til teknikkens stand.

De tre spolene som er anordnet på en spoleform som vist på figur 2A, er elektrisk ekvivalente med det tidligere kjente flate spolearrangement som er illustrert på figur 2B, når de brukes til å avføle forekomsten av fluksforstyrrelser som strekker seg i en kort avstand fra et ferromagnetisk foringsrør. Spenningen V"t mellom endene av spolene 33 og 35 gir en måling som en elektrisk ekvivalent med spenningen Vfc for det flate spolearrangement på figur 2B for det samme antall vindinger. Ekvivalensen kan forståes ved å erkjenne at det flate spolearrangementet på figur 2B har N' vindinger for ledning av strøm i den positive retningen på den venstre siden av spolearrangementet, 2N' vindinger for ledning av strøm i den negative retningen i den midtre del av arrangementet, og NT vindinger for ledning av strøm i den positive retningen på den høyre siden av spolearrangementet. Spenningene V og V2 på figur 2B blir subtrahert elektrisk for å gi en spenning Vfc som illustrert, og som er en måling av fluks-differensen som forbinder de to spolene. Den plane spolekon-struksjonen på figur 2B har den iboende begrensning at de bare kan ha et lite antall vindinger, mens de tre spolearrangementene (på figur 2A) som i henhold til oppfinnelsen har en spoleform-kjerne, kan motta 1500 til 2000 vindinger. Denne økning i antall vindinger pr. spole letter deteksjonen av et magnetisk felt med uhyre liten størrelse, for eksempel i størrelsesorden 200 mikro-gauss.

Det vises igjen til figur 1 hvor senderne 22 blir drevet av vekselstrømkilden 15 for å generere et magnetisk vekselfelt inne i og omkring foringsrøret 12. Virkningen av det magnetiske vekselfelt er å indusere periferistrømmer i foringsrørveggen.

Når der er en foringsuregelmessighet i form av en grop eller sprekk, deler strømmen seg og flyter omkring sidene på uregelmessigheten (analogt til en vannstrøm som flyter rundt en sten-blokk eller lignende). Denne deformasjon i strømningen av den omkretsmessige strømmen, gir opphav til en forstyrrelse eller uregelmessighet i det magnetiske felt i nærheten av defekten.

Det magnetiske felt rundt defekten kan ansees som over-lagringssummen av to magnetiske felter. Den første delen av summen er det magnetiske felt som vil være til stede ved posi-sjonen for defekten hvis der ikke var noen defekt, kalt det nominelle feltet. Den andre :"delen av summen er det forstyr-relses-feltet som ene og alene skyldes deformasjonen av periferi-strømmen omkring defekten, slik som det forstyrrelsesfeltet som er vist på figur 3 med benevnelsen 40. Størrelsen av dette forstyrrelsesfeltet 40 er proporsjonal med den aksiale lengde og dybde av inntrengningen av defekten eller korrosjonen 41. Et viktig aspekt ved forstyrrelsesfeltet 40 er fasedifferensen mellom det og det nominelle feltet. Hvis man beveger seg i aksialretningen en avstand fra seneren 22 lang nok til at de magnetiske feltlinjene som passerer gjennom et plan som er perpendikulært til foringsrøraksen, passerer gjennom foringsrørveggen ved det punktet to ganger, vil den omkretsmessige strømmen eller peri-feristrømmen som flyter i foringsrørveggen ligge 90° etter det nominelle feltet. Forstyrrelsesfeltet 40 har den samme fase som periferistrømmen siden det totalt avhenger av deformasjonen av periferistrømmen. Når derfor forstyrrelsesfeltet 40 omkring defekten 41 er av omtrent den samme styrke som det nominelle feltet eller sterkere, og mottagerputen 30 blir trukket over defekten 41 med en jevn hastighet, vil det oppstå så vel en fasemodulasjon som en amplitydemodulasjon av mottager-vekselspenningen.

Figur 4 viser fase- og amplityde-bølgeformer frembrakt av apparatet i henhold til oppfinnelsen. Hvis forstyrrelsesfeltet 40 (figur 3) er dominerende slik at det nominelle feltet er neglisjerbart, vil, når mottagerputen 30 beveges over defekten 41, fasen til mottagervekselspenningen forandre seg fra (se f.eks. bølgeformen ved "D" på figur 4A) 0° til -90°, gjennom 0° til +90°, så til -90° og tilbake til 0°, idet de positive og negative faseforandringer skyldes differensialkoblingen av spolene i mottagerputen 30. Eventuell økning av volumet av defekten 41 vil ikke endre denne karakteristiske fasemodulasjon når forstyr-relses-feltet 40 er dominerende. Amplityden av differensial-bølgeformen fra apparatet i henhold til oppfinnelsen er imidlertid proporsjonal med det effektive volumet av uregelmessigheten i foringsrøret. For defekter som er større i aksialretningen enn de er i den omkretsmessige retningen, blir det effektive volum grovt funnet ved å ta den aksiale utstrekningen av gropen eller sprekken og bruke den som diameteren for en sirkulær

defekt med den samme inntrengningsdybde i veggen som den virkelige defekten. For defekter som er lengre i den omkretsmessige retningen enn de er i aksialretningen, er det effektive volumet grovt regnet det samme som det aktuelle volumet. Amplityde-bølgeformer fra apparatet i henhold til oppfinnelsen er vist på figur 4B.

For noen magnetiske uregelmessigheter (plutselige forandringer i magnetiske egenskaper begrenset til et lite område av størrelse som overflatearealet av mottagerspolen) har man oppdaget at fasemodulasjonskarakteristikken er forskjellig fra den som detekteres ved en virkelig defekt. Når forstyrrelsesfeltet omkring den magnetiske uregelmessighet er dominerende eller endog av samme størrelsesorden som det nominelle feltet, forandres fasemodulasjonen av mottagervekselspenningen fra 0°

(over et nominelt foringsrør) mot -90°, og så tilbake til 0° igjen. Amplityden av mottagervekselspenningen er proporsjonal med alvorlighetsgraden av den magnetiske uregelmessighet, men sammenlignet med virkelige defekter kan amplityderesponsen ansees forholdsvis ufølsom for magnetiske uregelmessigheter. Denne effekten er illustrert på figurene 4A og 4B ved punktene 42 og 44 hvor amplityderesponsen 44 er liten og faseresponsen 42 er negativ. Fordelene ved det foreliggende system er følgelig: (1) fasekarakteristikken for en magnetisk uregelmessighet er forskjellig fra fasekarakteristikken for en virkelig defekt, og (2) amplityderesponsen for en magnetisk uregelmessighet er forholdsvis liten sammenlignet med virkelige defekter.

Det kan derfor foretaes en utvetydig bestemmelse av tilstanden til foringsrøret basert på avhengigheten av fasemodulasjonen ved forekomsten av en uregelmessighet og den propor-sjonale avhengighet av amplitydemodulasjonen av mottagervekselspenningen av uregelmessighetens volum.

Ved å se på de typiske fase- og amplityde-bølgeformer som

er vist på figurene 4A og 4B, skulle det være klart at en kunne multiplisere de to bølgeformene punkt for punkt, uten å tape informasjon. Fordelene ved å multiplisere bølgeformene er to-foldige .

Først, hvis det ikke er defekter til stede under mottager-puten 30, er amplityden meget liten, og multiplisering av amplityde og fase i dette tilfelle vil fjerne mesteparten av den "støyen" som er til stede i fasekurven. Denne "støyen" skyldes det faktum at de magnetiske egenskapene varierer litt centimeter til centimeter. Det vil kreve en alvorlig forandring i magnetiske egenskaper for å gi opphav til en magnetisk uregelmessighet. Disse mindre variasjonene blir vanligvis ikke betraktet som magnetiske uregelmessigheter.

Den andre fordelen er at fordi fasemodulasjonskarakteristikken for en magnetisk uregelmessighet og en defekt er forskjellig, gir multiplisering av de to bølgeformer over en virkelig defekt en "bi polar" bølgeform, mens produktbølgeformen over en magnetisk uregelmessighet hovedsakelig er ensidig. Fase-signalet blir viktig bare når der er en økning i amplityden av mottagerspenningen på 35 Hz. Multiplikasjon av bølgeformene reduserer således den datahastigheten som er nødvendig for å overføre all informasjonen, og den forenkler også fremvisnings-problemene ved å redusere antall bølgeformer som skal fremvises.

Deteksjon av fasemodulasjonen kan utføres ved å bruke en FM-diskriminator. Mer hensiktsmessig er imidlertid bruk av en referanse-mottagerspole 48 eller et spolepar som er differensial-koblet, konsentrisk med apparatets 10 akse og anbrakt direkte under mottager-puten 30 som beskrevet ovenfor (se figur 1). I tillegg kan amplityden og/eller fasen i forhold til senderstrømmen for det signalet som mottas av en slik mottagerpute 30, brukes til å normalisere de enkelte responser fra putemottagerne slik at loggen presenterer prosentandelen av veggtykkelsesreduksjonen.

Den elektroniske signalbehandlingskretsen som er forbundet med mottagerputene 30, er vist på figur 5.

Signalbehandlingskretsen som brukes til å analysere spenningssignalet fra hver av mottagerputene 30, er anordnet i en hylse slik som hylsen 28A pa figur 1. Spenningssignalet som genereres ved å bevege mottagerputen 30 over foringsrøret 12, indikerer at enten en virkelig uregelmessighet eller bare en magnetisk uregelmessighet finnes i foringsrøret. En magnetisk uregelmessighet er en iboende materialfeil i foringsrøret som er kjenne-tegnet ved at den oppviser magnetiske egenskaper som er forskjellige fra de for resten av foringsrørmaterialet.

Signalet fra hver mottagerpute 30 blir matet via en skjermet snodd kabel 50 til en krets med en differensialforsterker 51 med en annen ordens høypasskarakteristikk. Utgangen fra denne for-sterkeren 51 mates til to forskjellige båndpassfiltere 52 og 54.

Et båndpassfilter 52 har en fjerde ordens karakteristikk med senterfrekvens lik senterfrekvensen for den lavfrekvente sender 22 (30-40 Hz).

Det andre båndpassfilteret 54 har en annen ordens karakteristikk med en senterfrekvens på 2 kHz. Frekvensen på 2 kHz er den frekvens ved hvilken en lokalisert virvelstrømsender 37 vil arbeide som vist på figur 2A, anordnet ortogonalt til mottagerspolen. Denne senderspolen 37 blir brukt for å skjelne mellom indre og ytre defekter. Den ortogonale senderspolen 37 indu-

serer virvelstrømmer i foringsrøret 12 i et plan som er parallelt til spoleplanet. Virvelstrømmen produserer et andre magnetisk felt som er motsatt rettet det eksitasjonsfeltet som induseres av de koaksiale senderne 22. Det resulterende magnetiske felt er vektorsummen av det høy- og det lav-frekvente eksitasjonsfelt. Når derfor mottagerputen 30 som har en andre påviklet senderspole 37, beveges langs innerveggen av foringsrøret og defekten er på innerveggen, vil strømmen av høyfrekvente virvelstrømmer bli hindret og forårsaker forstyrrelser i det andre magnetiske feltet. Dette forstyrrede magnetiske felt blir detektert av det virksomme spoleparet på grunn av ubalansen i feltet som måles. Denne ubalanse skaper en økning i den 2 kHz spenningssignalutgangan fra spoleparet. Bruken av den 2 kHz lokaliserte virvelstrømteknikken er en stan-darmetode på området for å bestemme defekter på innerveggen.

Bruken av denne virvelstrøm-teknikken er illustrert i US-patent

nr. 3.940.689.

Det vises igjen til figur 5 der utgangen f ra det 2 kHz båndpassfilteret 54 blir likerettet og detektert ved hjelp av en tilbakestillbar toppdetektor 55. Utgangen fra toppdetektoren 55 blir matet inn i en sample- og holde-krets 57. Denne sample- og holde-kretsen 57 sampler toppdetektorspenningen like før den til-bakestilles til null. Denne operasjonen inntreffer ved hver negativt hellende nullgjennomgang av mottagerputespenningen.

Et øyeblikk etter at sample- og holde-kretsen 57 går inn i holde-modus, blir toppdetektoren 55 tilbakestilt til null.

Utgangen fra det 35 Hz båndpassfilteret 52 blir matet inn i en helbølgelikeretter 56 hvis utgang blir matet til en tilbakestillbar toppdetektor 58. Ved den negativt gående nullgjennomgang av putemottagerspenningen blir utgangen fra toppdetektoren 58 samplet av en sample- og holde-krets 60 og tilbakestilt til null når sample- og holde-kretsen 60 er i holde-modus. Disse hendelsene opptrer samtidig med toppdetektoren 55 og sample- og holde-kretsen 57 for 2 kHz signalet.

Ved opptreden av en positivt gående nullgjennomgang av referansemottagerspenningen tilknyttet den spesielle putegruppe 24 eller 26, blir den samplede 2 kHz virvelstrømme analoge spenning og den analoge samplede 35 Hz spenning hver multiplekset i multiplekser-kretsene 61 og 63, slik som en multiplekser modell DC-508 som lages av Siliconix Inc., Santa Clara, California, med de samme to spenningene fra de andre seks putene i den separate gruppen i to respektive analog/digital-omformere 62 og 64.

Utgangen fra den 2 kHz analog/digital-omformeren 64 blir så matet inn i et utgangsbuffer 66 hvor den blir lagret for over-føring til overflaten av telemetrikretsen 85. Utgangen fra den 35 Hz analog/digital-omformeren 62 blir matet inn i et mellomliggende underlager 68. Hver mottagerpute har så et amplityde-ord ved 35 kHz forbundet med sitt tilsvarende putefase-ord og matet inn i en digital multipliseringskrets 70.

Fase-ordet blir generert ved å åpne en teller i fasediffer-ens-kretsen 74 ved den positivt gående nullgjennomgangen av referansemottagerspenningen 48 som illustrert på figur 5 i tilknytning til en gitt gruppe mottagerputer 24 eller 26. En referansemottager er tilveiebrakt for hver putegruppe 24 og 26

som vist på figur 1. Telleren teller ved en frekvens som er forutbestemt av en klokke som også befinner seg i kretsen 74. Klokke-frekvensen er valgt slik at hvis klokken blir startet for en hel 35 Hz periode, er der full telling i telleren. Telleren stopper å telle når den negativt gående nullgjennomgang av den 35 Hz putemottagerspenningen inntreffer. Dette gir et "bipolart" fase-ord uttrykt ved en binær forskyvningskode, det vil si at null grader er proporsjonalt med halvparten av den maksimale teller-verdi. Før hvert fase-ord blir forbundet med amplityde-ordet i multipliseringskretsen 70, blir det omformet til stør-relses- og fortegns-komponenter av den aritmetiske kretsen 75. Størrelsesdelen av ordet blir matet direkte inn i multipli-ser ingskretsen 70. Fortegnet blir matet forbi multipliseringskretsen 70 direkte til kretsen 76 som endrer fortegnet av pro-duktet. Denne formen for amplityde-fase-produkt blir så matet inn i utgangsbufferet 66.

Tidsstyrekretsen 77 er tilveiebrakt for å styre tilbakestillingen av alle toppdetektorene og sample- og holde-kretsene, og for videre å styre multipleksingen av mottagerputene 30 i multiplekserne 61 og 63.

Siden referansemottagerfasen er variabel i forhold til senderfasen, og data blir genenert i forhold til referansemottagerfasen, er det nødvendig å tilveiebringe data-avbunting av utgangs-dataene. Når dette er gjort, vil dataene bli tilført utgangen med en konstant hastighet på en blokk av data 35 ganger i sekundet, uten hensyn til fasemodulasjonen av referansemottageren 48.

Signalet fra referansemottageren 48 blir matet til en differensialforsterker 78 med de samme høypassfilter-karakteristikker som differensialforsterkerne 51 for mottagerputen 30.

Det blir så ført gjennom et 35 Hz båndpassfilter 79, helbølge-likerettet i en helbølgelikeretter 80, og matet inn i en tilbakestillbar toppdetektor 81 som blir samplet av en sample- og holde-krets 82 like før den skal nullstilles. Tilbakestillingen inntreffer ved hver positivt gående nullgjennomgang av referansemottagerspenningen ut av båndpassfilteret 79 på 35 Hz. Sample-

og holde-kretsen 82 på utgangen blir så matet inn i analog/ digital-omformeren 64 via multiplekseren 63. Denne omformingen finner sted hovedsakelig samtidig med omformingen av signalene fra mottagerputene 30 i den respektive putegruppe for vedkommende referansemottager.

Fasen til referansemottageren 48 blir målt i forhold til strømfasen for senderen 22, på samme måte som fasen til pute-mottager 30 blir målt i forhold til referansemottageren ved å anvende like fasedifferansekretser 83. Det digitale ordet blir så matet inn i et mellomliggende bufferlager 84 og blir dirigert inn i utgangsbufferlageret 66. Amplitude-ordet for réferahse-mottageren 48 kan brukes til å bestemme om referansemottagerens fase ligger mellom 0° -360° eller 360° -720°. Dette fase-signalet og/eller amplityden kan brukes til å normalisere mot-tagerputesignalet mot mikroskopiske forandringer og total/midlere veggtykkelse, magnetiske egenskaper, og variasjoner i sender-effekten. Denne normaliseringen kan gjøres nede i hullet eller ved overflaten.

Det digitale telemetrisystemet 85 vil så låses på dataene

i utgangsbufferlageret 66 og sende dem opp over kabelen. Motr tageren 27 ved overflaten som er illustrert på figur 1, vil så rekonstruere datablokken og bringe den i et annet format og presentere informasjonen på loggen som en funksjon av dybden.

Fremvisningen består av 24 spor delt i grupper på tolv.

På en side blir de tolv 2 kHz virvelstrømamplitydene fremvist, mens de tolv 35 Hz amplityde-fase-produktsignaler blir fremvist på den andre siden. Ytterligere signaler av interesse kan fremvises, slik som referansemottagerfasen i forhold til sender-spenningen, og referansemottageramplityden for hver referansemottager 48.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i detalj bare med hensyn til den foretrukne utførelsesformen, det vil si en innretning med to sendere, vil fagfolk på området forstå at andre sender/putegruppe-arrangementer kan brukes for å oppnå lignende resultater. For eksempel er arrangementene av sender/putegruppene som er vist på figurene 6A og 6B, alternative utførelses-former til konstruksjonen med to sendere. Det alternative arrangement som er vist på figur 6A i skjematisk form, illustrerer bruk av en sender 140 anordnet inne i et foringsrør 142. Senderen er anordnet i en forutbestemt avstand mellom pute-grupper 144 og 146. Hovedkriteriet for avstanden mellom sendere 140 og putegruppene 144 og 146 er reduksjonen av virkningen av den direkte flukskobling mellom senderen og gruppene uavhengig av foringsrørveggen. I den andre alternative utførelseform på figur 6B er senderen 140 anbrakt inne i foringsrøret 142 i en første forutbestemt avstand fra en første putegruppe 144 ved siden av en andre putegruppe 146. Som i den første alternative utførelsesform er de forutbestemte avstander avhengig av å redusere det direkte gjensidige signal fra senderen 140 til putegruppene 144 og 146. Den andre alternative formen adskiller seg imidlertid fra den første ved at den andre putegruppen som ligger lenger fra senderen 140, sampler et svakere magnetisk felt, og derfor må signalet fra mottagerputene i putegruppen 146 forsterkes med en høyere forsterkningsfaktor.

Et alternativ for å tilveiebringe de tolv mottagerspolene på putene omkring omkretsen av apparathuset ved å bruke tre koaksiale spoler med liten avstand fra hverandre, er illustrert på figur 6C. Det koaksiale mottagerspole-arrangement 150 er anbrakt inne i foringsrøret 142 ved en fast avstand fra senderen 140 for å detektere differensielt, i et enkelt signal, tilstede-værelse eller fravær av huller eller korrosjon i foringsrør-veggen ved koaksialspolen 150. De tre koaksiale spolene er koblet i serie elektrisk, slik at de to endespolene med N vindinger fører reduserte strømmer i en felles retning motsatt av strømmen i spolen med 2N vindinger.

Claims (1)

1. Apparat for lokalisering og vurdering av defekter i ferromagnetiske foringsrør, omfattende

   et langstrakt legeme anordnet for opphenging i forings- røret i en loggekabel,

   første midler som er anordnet inne i foringsrøret og an- brakt på nevnte legeme, for generering av et magnetisk vekselfelt langs en del av den langsgående aksen av forings- røret, og som induserer omkretsmessige strømmer i dette,

   andre midler anordnet for å kunne anbringes inne i forings- røret og anbrakt på nevnte legeme, idet nevnte andre midler er anordnet aksialt i avstand fra nevnte første midler, for generering av minst et signal som respons på forstyr- relser av den omkretsmessige strømmen i foringsrøret, og en signalprosessor koblet til de andre midlene for å be- stemme defektens karakteristikker, samt

   et ikke-ledende bæreorgan,

   karakterisert ved at nevnte andre midler omfatter:

   en første spole (33) med N vindinger understøttet av bæreorganet (36),

   en andre spole (34) anbrakt ved siden av den første spolen og med 2N vindinger som er seriekoblet og motsatt viklet av vindingene i den første spolen, og

   en tredje spole (35) ved siden av den andre spolen og med N vindinger seriekoblet med og motsatt viklet av vindingene i den andre spolen (34).