NO802201L - Apparat og fremgangsmaate for ikke-destruktiv proeving av sement - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og apparat for ikke destruktiv prøving av sementoppslemmingsprøver (64) som. en funksjon av tiden. En prøve (64) plassert i en temperatur og trykk kontrollert autoklave (63) er koplet til omsetterinnretninger under datamaskin (61) styring. Ultralydenergi blir sendt gjennom prøven og gangtiden blir målt.Et forutbestemt forhold angående gangtiden blir anvendt og muliggjør bestemmelsen av trykkfastheten. Målingene blir gjentagende utført på opptil 8 prøver samtidig, og tids-bildet av trykkfasthetsutviklingen blir opptegnet .

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremgangsmåte og apparat for prøving av trykkfasthet til sement og sementoppslemming. Mer spesielt angår oppfinnelsen ikke-destruktive fremgangsmåter og apparater for prøving av slike sementopp-slemminger og sementprøver.

For å bestemme trykkfastheten til sement som

en funksjon av tiden har det tidligere vært nødvendig å pre-parere flere prøver med sement i små prøvesylindere, eller terninger, og så destruktivt prøve (eller knuse) en rekke med slike prøver som en funksjon av tiden når sementen stiv-ner. Prøving av sement-satser på denne måten har gjordt det nødvendig å fjerne sementprøvene fra forhøyede temperatur og trykkomgivelser for å utføre knuseprøven på fasthetsmålende maskiner for dette formålet, i det sementen kan bli latt stivnet ved forhøyede temperaturer og trykk slik som ved f.eks. et borehull. Den aktuelle prøvingen av sementprøvene har således blitt utført i alminnelighet i romtemperatur og ved atmosfærisk trykk, og ikke ved den aktuelle temperatur og trykk tilstede i et borehull.

Det er klart at tidligere kjente fremgangsmåter for prøving av trykkfastheten til sement som en funksjon av tiden i mange tilfeller har vært utilstrekkelige. F.eks. kan prøven tatt fra en spesiell sementsats for å tilveiebringe flere sylindre som er .nødvendig for slike prøver være ujevn. Fjerningen av prøvesylindrene fra forhøyet temperatur og trekk-forhold for prøving ved atmosfærisk trykk og romtemperatur kan på lignende måte muligens endre de fysikalske egenskaper til sementen, d.v.s. selve egenskapene som blir målt. Dessuten er slik prøving ubekvemmelig, brysom og tidkrevende.

Tiden som er nødvendig for sementoppslemmingen, ved olje og gass brønner, til å nå en begynnelsesherding og til å utvikle tilstrekkelig trykkfasthet er viktige paramet-ere i programmet for ytterligere boring eller fullføring av operasjonene. F.eks. krever operasjoner slik som brønntempe-ratur-logging for å lokalisere toppen av sementsøylen, sementbindings-loggingerr "for.å vurdere sementerinsen. fortset-telsen av boring etter herdingen med mellomliggende forskal-ling eller foring, perforering av produksjons-sonene, eller rensingen og brønnstimuleringsbehandlinger etter slike operasjoner som påfølgende sementering, all kunnskap om trykkfastheten og begynnelsesherdingstiden til sement slemmingen benyttet i operasjonen.

Uten pålitelig herdetid og trykkfasthets-data kan temperaturloggingen og sementbindings-loggingen bli kjørt for tidlig eller unødvendig forsinket. Ytterlig boring i et borehull kan også bli utført enten for tidlig eller senere enn nødvendig. Dersom rensingen og stimuleringsbehandlingen blir utført for snart etter sementbehandlingen kan intersone kommunikasjonsproblemer oppstå. På samme måte har man funnet at brønnperforeringer i løpet av et tidlig trinn ved styrke-utviklingen til sementoppslemmingeh rundt en borehullsfor-skalling kan føre til en renere perforering med mindre splint-ring som gir en bedre soneisolasjon. Av disse eksemplene fremgår det at en nøyaktig kunnskap om begynnelsesherdingstiden og fastheten utviklet i sement slemmingen benyttet ved brønnfullføringen eller behandlingene er vesentlige for å ut-føre ovenfor nevnte operasjoner ved det optimale tidspunktet for således å unngå unødvendige forsinkelser.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer fremgangsmåte og apparat for ikke destruktiv prøving av prøver med sementoppslemming for å gi informasjon angående begynnelsesherdingstiden til oppslemmingen og utvikling av mekasnisk trykkfasthet til.oppslemmingen som en funksjon av tiden. Ved høy temperatur og tykk styrt autoklave som inneholder en liten sylinderprøve med sementoppslemming som skal bli prøvet og opprettholder forhøyet temperatur og trykkforhold som beskrevet ved prøven gjennom hele prøveprosedyren. Ultralyd-omsette-element er koplet til motsatte ender av prøven i høy trykk bg. temperatur autoklave. Overføringsomsetteren blir pulset periodisk og gangtiden til ultralydsignalet fra senderomsetteren til mottakeromsetteren blir målt periodisk. Et fullstendig automatisert elektronisk system er tilveiebrakt for å utføre gangtidsmålingene.

Når gangtidsmålingene blir tilveiebrakt blir det benyttet et forutbestemt, emperisk derivert forhold, som gir begynnelses-herdingstiden og trykkfastheten til prøven som en funksjon av gangtiden til ultralydbølgene gjennom prøven. En tidsopptegning ,av gangtiden og den beregnete trykkfastheten kan bli gjordt ved gjentagne prøver uavbrutt som en funksjon av tiden. Systemet ved foreliggende oppfinnelse er således utstyrt for å utlede en fullstendig begynnelsesherdingstid og trykkfasthetskarakteristikk til oppslemmingen som blir prøvd som en funksjon av tiden. Denne in-formasjonen kan bli fremvist enten i grafisk form eller ved hjelp av digitale utlesninger. Systemet er videre tilpas-set til å utføre slike ikke-destruktive målinger av sement-oppslemmingsprøvenes styrke-egenskaper på flere sementprøver samtidig.

Andre og ytterligere fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet i nærmere detaljer ved hjelp av utførelsesformer vist på tegningene hvor: Fig. 1 viser et skjematisk blokk-diagram av en enkelt kanal av systemet i følge foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 viser en skjematisk fremstilling av bølgeformen som viser det mottatte akustiske signalet over-ført gjennom en sementprøve,

fig. 3 viser en kurve av forholdet mellom trykkfastheten til sementprøvene og gangtiden til ultralydsignalet gjennom prøven,

fig. 4 viser en kurve som viser typiske system-utgangs-signaler ved målingen av trykkfastheten til en prøve og gangtiden til ultralydsignal derigjennom og alle som en funksjon av tiden,

fig. 5 viser en kurve som beskriver variasjon-en av gangtiden til et ultralydsignal gjennom en prøve som funksjon av herdetiden til sement,

fig. 6 viser et isometrisk riss av sammenstil-lingen av et sement-analyserings-system i følge foreliggende oppfinnelse,

fig. 7 viser et skjematisk blokk-diagram av en enkelt kanal av en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, og

fig. 8 viser en skjematisk fremstilling av bølgeformen som viser de mottatte akustiske signaler i for-

bindelse med tidsportføringsanordningen til utførelsesformen på fig. 7-

Det ikke destruktive prøvesystemet i følge foreliggende oppfinnelse er basert på måling av gangtiden til et ultralydsignal koplet gjennom en prøve med sement eller sementoppslemming hvis karakteristikker skal bli målt. Et svært nøyaktig forhold angående trykkfasheten til sement-prøvene i forhold til gangtiden til en ultralyd energi derigjennom har blitt utviklet. En teknikk for nøyaktig måling av forandringen i gangtiden gjennom en to tommers (5,08 cm) sylindrisk sementprøve over en tidsperiode og som derved sam-ler en opptegning om dens fasthet.

Gangtiden til et ultralydsignal over en avstand på to tommer i en sementprøve kan ligge innenfor 30-4 0 mikrosekunder i løpet av det tidlige trinnet ved fasthets utviklingen og vil minke til omtrent 10 til 12 mikrosekunder i løpet av det siste trinnet med fasthetsutvikling. Målinger av gangtiden til ultralydsignaler gjennom prøven nødvendig-gjør detektering av svake signalankomster i løpet av begyn-nelsestrinnet med fasthetsutviklingen. Systemet forsøker å måle gangtidsankomsten til den første mottatte toppen til ultralydbølgen som går gjennom prøven til en nøyaktighet på omkring pluss eller minus 30 grader. En 1 prosents detek-terings oppløsning for en 30 mikrosekunders gangtid krever således detektering av mottatte ultralydenergipulser med en nøyaktighet på omkring pluss eller minus 0,3 mikrosekunder. Ved omsetting av dette til én detekteringsfeil som tillater omkring pluss eller minus 30 grader på den første virkelige toppankomsten er således 0,3 mikrosekunder ekvivalent med bruken av frekvens for ultralydsignaler på omkring 277 kHz.. Por å ta med i beregningen utstyrstidsfeil og tidstryggings-feil benytter systemet i følge foreliggende oppfinnelse en lett høyere ultralyd frekvens på omkring 400 kHz. Denne frekvensen har blitt funnet å gi tilstrekkelig overføring av ultralydsignal til å gi-'en pålitelig detekteringsmulighet og tidsoppløsning av den første toppens ankomst i løpet av et tidlig trinn ved trykkfasthetsutviklingen.

En slik frekvens er dessuten sammenlignbar med målingen til begynnelsesherdingstiden til en sementoppslemming. Av denne grunn må frekvensen valgt for bruk være lav nok til

å overføre et detekterbart signal gjennom ukonsolidert opp-slemming, (d.v.s. bølgelengde kort nok) for å forhindre util-børlig splitring fra aggregat partikler i oppslemmingen og høy nok til å gi nødvendig nøyaktighet i gangtidsmålingene.

Fig. 6 viser komponentene til en sementanalys-erings system i følge foreliggende oppfinnelse og er vist som et riss. En styredatamaskin 61 som har flere kanaler er vist forbundet med en enkel måleprøve autoklave 63. Systemet kan behandle opp til 8 slike autoklaver paralelltliggende samtidig. Også forbundet med styredatamaskinen 61 er en digital skriver 62. Styredatamaskinen 6l er utført, med et tastatur 68 for innføring av data og kommandofunksjoner i systemet.

Styredatamaskinen har 7 digitale utlesnings-fremvisnings innretninger 69, 70, 71, 72, 73, 74 og 75. Fremvisningsinnretningen 69 fremviser begynnelsesherdingstiden til en spesiell sementprøve. Fremvisningsinnretningen 70 er en digital utlesning av tiden nødvendig"for å nå en vilkårlig programmerbar verdi av trykkfastheten, henvist til som Fastheten 1. På samme måte viser digetalfremvisningsinnretningen 71 tiden som er nødvendig for å nå en vilkårlig programmerbar fasthetsverdi kalt Fasheten 2. Digitalfremvisningsinnretningen 72 viser verdien av Fastheten 1 i psi (x0,07 kg/cm p). Digitalfremvisningsinnretningen 74 viser verdien til Fastheten 2 i psi (x0,07 kg/cm ). Disse programmerbare verdiene for fasheten som skal bli nådd, er de som er vist ved tidsanord-ningene 70 go 71• Digital fremvisningsinnretningen 73 viser strømgjennomsnittsverdien til trykkfastheten til en sement-prøve. Til slutt viser den digitale fremvisningsinnretningen 75 ultralyd gangtiden løpende målt for en spesiell semetprøve. De nummeriske verdiene fremvist ved et hvert gitt tidspunkt refererer seg til en spesielt valgt kanal til foreliggende system.<;>

Panelfremvisningsinnretningen 77 er kanal tilstanden for enhver av de 8 mulige kanalene som kan være forbundet med styredatamaskinen 6l. LED (lys emitterings dioden) fremvisningsinnretningen viser strøtilstanden til data i hver kanal. Den spesielle kanalen som er valgt har de nummeriske verdiene som angår prøven i den kanalen fremvist i den digitale registrerende fremvisningsinnretningen.tidligere beskrevet . Valget av en spesiell■kanal for fremvisning blir utført ved hjelp av data fra tastaturet 68.

Sementprøver som blir analysert er anbrakt i

en av 8 mulige autoklaver forbundet med kanalene til styredatamaskinen 6l. En typisk temperatur og trykk autoklav 63

er vist på fig. 6. Autoklav enheten 63 ér utført med en trykk beholder 64 som vil inneholde sementprøven som ble:analysert og ultralyd omsetteren (ikke vist) som er akustisk koplet til denne i løpet av analysen. Sementprøven er plassert inne i trykk-kammeret 64 som så blir satt inn i en åpning 64a i toppen av autoklaven 63 hvor den er forbundet med trykkledningen 64b. Måleren 67 på fronten av autoklavpanelet overvåker trykket tilført til prøven i trykk-kammeret 64. Temperaturstigningen til prøven i trykk-kammeret 64 blir styrt av en variabel omsetterstyrer 66 på fronten av autoklaven 63 som styrer strømmen gjennom en varme-spole (ikke vist). Temperaturen målt i selve autoklav-trykkbeholderen blir styrt.og vist på en temperaturstyreeenhet 65 også anbrakt på frontpanelet til autoklavenheten 63. Trykket for trykktilførsel til trykk-kammeret 64 blir tilført via en ytre forbindelse 67a på frontpanelet til autoklaven 63. En sement • eller oppslemmingsprøve som skal bli analysert blir således plassert i trykkbeholderen 64, innsatt i autoklavåpningen 64a og dens temperatur blir styrt via temperaturstyreren 65 og 6.6. Flere opptil 8 slike autoklaver er så forbundet med styredatamaskinen 61 som utfører kontinuerlig prøving av disse.

Resultatene av prøvingen ved en spesiell prøve kan bli opptegnet'på en digital skriver 62, som vist på fig.

6. Et bevegelig elektromekanisk skrivehode 76 drevet av styredatamaskinen 61 kan bli benyttet til å opptegne trykkfastheten og gangtidskurvene som en funksjon av tiden når én prøve på en spesiell prøvekanal er utført. Fig, 4 viser i nærmere detaljer en opptegning av gangtiden og fastheten til en prøve som en funksjon av tiden og er lik' den opptegningen

vist på fig. 6 på digitalskriveren 62. Som det fremgår av fig. 4 avtar gangtiden til det akustiske signalet over prøven som en funksjon av tiden mens trykkfastheten i psi (x0,07 kg/cm p) til prøven øker. 8 slike kurver kunne bli opptegnet for 8 adskilte kanaler ved målesystemet i følge foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 viser en emperisk avledet kurve over forholdet mellom trykkf astheten i psi (x0,07 kg/cm 2)' til sement-prøvene som en funksjon av gangtiden til ultralydsignalet. Kurvet trukket gjennom datapunktene på fig. 3 kan bli uttrykt av en matematisk ligning som er tilgjengelig for styredatamaskinen til systemet. Kurven vist på fig. 3 utgjør resultatene av trykkfasthets målinger gjordt på mange prøver med forskjellig tetthet og kjemisk sammensetning vanlig for bruk i oljefelt-operasjoner. Mens kurveforholdet på fig. 3 er av tilstrekkelig nøyaktighet for bruk ved oljefelt sementeringer kan, dersom mer nøyaktige resultater er ønskelig, en slik ka-libereringskurve for en spesiell type sement bli avledet og satt i stedet for. Man har således sett at ved utledning av kurveforhold slik som det på fig. 3, at dersom gangtiden for et ultralydsignal over en prøve kan bli nøyaktig målt at dette kan bli forenet med trykkfastheten til sementen da gangtiden forandres i løpet av herdingsprosessen. Fig. 5 viser en teknikk for å bestemme begynnelsesherdingstiden til en sementprøve. Sementprøven som blir analysert er plassert i trykkbeholderen 64 på fig. 6 i dens oppslemmede form. Begynnelsesherdingstiden til semehtoppslem-mingen er definert som tiden ved hvilken oppslemmingen har forstoffet seg til et punkt som har tilnærmet 335kg/cm 2 psi. trykkfasthet. Kurveforholdet på fig. 5 viser karakteristikkene til to forskjellige typer med sement alminnelig for bruk ved oljebr^ønnanvendelser. Prøvene vist på fig. 5 er målt ved forskjellige temperaturer. Den horisontale strekete linjen med en verdi på omkring 15,2 mikrosekunder pr. tomme gangtid utgjør en verdi på tilnærmet 335kg/cm 2 psi i følge kurveforholdet på fig. 3. Som det fremgår av fig. 5 når en av de to prøvde sementene deres begynnelsesherdingstid ved omkring 3 timer og 50 minutter fra begynnelsen av prøven.

Den andre prøvde sementen på kurven på fig. 5 når ikke dens fasthet før bortimot 10 timer og 15 minutter etter begynnelsen av prøven. I begge tilfellene forekommer imidlertid begynnelsesherdingstiden, som kan være forskjøvet på digital fremvisningspanelet til styredatamaskinen 6l på fig. 6, når oppslemmingsblandingen har fått en trykkfasthet på tilnærmet 3,5 kg/cm psi. Målinger av begynnelsesherdingstiden ville ha vært umulig å gjøre under styrt temperatur og trykkforhold som ved tidligere kjente anordninger. Ved bruk av systemet i følge foreliggende oppfinnelse blir imidlertid slike målinger lett tilveiebrakt.

Fig. 1 og 2 viser et målesystem for en enkel kanal for måling av gangtiden til et ultralydsignal gjennom en sementprøve og for fremvisning av resulterende målinger av trykkfastheten, hvor innretningen er vist' skjematisk i blokkdiagramform. Fig. 2 viser skjematisk en vanlig spen-ningsbølgeform fra ultralyd mottaker omsetteren vist som en funksjon av tiden.

På fig. 1 er målesystemet inneholdt i autoklavenheten til venstre for den stiplede linjen. Delen av målesystemet i styredatamaskinen er til høyre for den vertikal stiplede linjen. En sementprøve, hvis fasthets karakteristikker skal bli analysert som en funksjon av tiden blir akustisk koplet til en sender omsetter 14 og til en mottaker omsetter 16 i autoklavenheten. Disse omsetterene innebefatter piezo-elektriske krystaller som har en sentral drift-frekvens på 400 kHz som tidligere nevnt. Et trykkstyresys-tem 17 og et temperaturstyresystem 18 av vanlig type virker på prøven 15 for å opprettholde den ved en på forhånd bestemt temperatur og trykk gjennom prøven. Når sende-omsetteren 14 påvirkes, blir en signalbølgeform sendt gjennom en prøve og mottatt av mottaker-omsetteren 16. Fra mottaker-omsetteren 16 blir et signal analogt med bølgeformen vist på fig. 2 tilført den ene inngangen til en komparator 19. En referansespenning blir tilført den motsatte inngangen til komparatoren 19 fra styredatamaskinen. Referansespenningen til-ført komparatoren 19 blir tilveiebrakt i digital form av et referanse-spenningsprogram 28 og omformet til analog form via en digital/analog omformer (D/A) 21 før det blir tilført komparatoren 19-Styreprogrammet som tilveiebringer referansespenningen vil bli forklart nærmere i det påfølgende. Til dette punktet anses det å være tilstrekkelig å si at referansespenningen tilført til komparatoren 19 bestemmer signalterskelen for detektering av signalankomsten ved mottaker-omsetteren 16 fra sende-omsetteren 14 etter at signalet har gått gjennom prøven med sement som skål bli analysert.

I styredatamaskinen tilfører en 20 mHz klokke oscillator 11 signaler til en synkronisering eller synkron-pulsgenerator 12, til en teller 22, og til programmet 24

som måler gangtiden og omformer denne til trykkfasthet for sementprøven. Synkroniseringspulsgeneratoren 12, som kan innebefatte en deler kjede eller lignende tilfører synkron-iserings-signaler til telleren 22 og via en port 29 til en pulsskyver 13 plassert i autoklåvenheten. Inngangs instr-uksjoner fra system operatøren blir tilført via tastaturet 26 og styreprogrammet 27 til fremvisningssystemet 25 og måleprogrammet 24. Disse instruksjonene innebefatter inngangs-informasjon, som til verdiene til Pashet 1 og Fasthet 2, hvis to programmerbare fasthetsverdier vil resultere i en tid som blir fremvist på digital fremvisning -som beskrevet i forbindelse med fig. 6. Instrukser for å forandre frem-visningsverdiene fra en kanal til en annen, eller til å forandre tilstanden til en prøve i en gitt kanal, kan på lignende måte bli utført via tastaturen 26.

I praksis blir styredatamaskinen programmert til å veksle fra kanal til kanal ved å utføre målinger ved gangtiden til ultralydsignalet gjennom prøven i hver kanal. En fullstendig syklus gjennom alle målingskanalene blir ut-ført en gang hvert lOende sekund i løpet av prosessen. Den sist målte gangtiden i hver kanal blir gjennomsnittsbereg^net med tidligere verdier etter digital filtrering gjennom hver syklus av styredatamaskinen.

Ved begynnelsen av hver syklusmåling på en gitt kanal blir et støynivå for kanalen etablert på følgende måte. Måleprogrammet 24 instrueres via referansespenningsprogrammet

28 med en sekvens av begynnelsesreferansespenninger., Pulsskyveren 13 er sperret via porten 29 i løpet av denne sek-vensen. Disse referansespenningene starter ved en høy verdi og blir avtrappet i trinn inntil en støyterskelspenning som vist på fig. 2 er nådd. Ved dette punktet vil komparatoren 19 detektere elektrisk støy i systemet som overskrider noen av verdiene til referansespenningen. Dette gir støyterskel-spenningen. Når dette forekommer frembringer generatoren 19 en utgangspuls til pulsgeneratoren 20 som tilfører en signal-puls til styreprogrammet 27 i den styrte datamaskinen. Når omgivende støynivå således er etablert åpner styreprogrammet 27 porten 29 for å slippe gjennom synkroniseringspulser fra synkroniseringspulsgeneratoren 12 til pulsskyveren 13- Ved den neste syklusen åpnes det for synkronpulsgeneratoren 12 til å gi signal til pulskretsen 13 i autoklaven. Puls kretsen 13 tilfører pulser til sendeomsétteren 14 med en spennings-puls frembringende ultralydenergi fra senderomsetteren 14. Ultralydenergien passerer gjennom prøven 15 til mottakeromsetteren 16. Samtidig med signalgivningen til pulsskyveren 13, blir en tilbakestillings/startpuls tilført telleren 22. Denne startpulsen åpner telleren 22 til å begynne å telle 20 mHz klokke oscillator signaler fra klokke oscillatoren 11. Ved påvirkning av puls kretsen 13, samvirker styreprogrammet 27 og 27 og måleprogrammet 24 ved å etablere et signaldetek-terings kriterium. En signal. dét.ekterings nivåspenning blir etablert ved å tillegge et forutbestemt signal til støyfor-hold spenningen med referansespenningen tilført komparatoren 19 for å tilveiebringe støy referanseterskelen. Signal til støyforholdet nødvendig for detektering av signalankomsten er fra 15 til omtrent 75 db større enn støyterskelen som net-topp har blitt etablert. Når ultralydsiganlet fra senderen 14 når mottakeren 16 blir en spenningsbølgeform lignende den vist på fig. 2 frembrakt. Den første bølgeankomsten når komparatoren 19. Når spenningsnivået fra ultralydmottakeren 16 overskrider terskelspenningen til referansespenningsprogrammet 28 (via D/A 21) frembringer komparatoren 21 et utgangs-signal. Utgangen fra komparatoren 19 blir ført til pulsgeneratoren 20 som sender en stopp puls til telleren 22 i datamaskinenheten. Stopp pulsen stopper telleren 22 ved for-løpen tid siden påvirkningen av den akustiske sendeomsetteren. Telleren 22 vil således inneholde et binært tall som utgjør tiden til den akustiske bølgen over prøven 15. • Dette antallet blir synkroninnført i AT registeret 23, og blir derved gjordt tilgjengelig for måleprogrammet 24.

Måleprogrammet 24 utfører logisk filtrering på gangtiden for å sikre at det er en fornuftig verdi når den blir sammenlignet med tidligere bestemt gangtid ved tidligere målesykluser. Måleprogrammet 24 omformer så gangtidsmålingen til nåværende trykkfasthet til sementprøven som blir analysert ved å benytte ligningen som representerer kurveforholdet på fig. 3. Denne verdien kan så bli ført inn i fremvisningssystemet 25- Premvisningssystemet 25 gir en løpende gjennomsnitt av siste få målinger over gangtiden. Denne'■.gjennom-snitten blir fremvist via digital utlesning på frontpanelet til styredatamaskinen og kan også bli tilført digitalskriveren tidligere beskrevet i sammenheng med fig. 6.

Figurene 7 og 8 viser en alternativ anordning av sementanalysatoren i følge foreliggende oppfinnelse i blokkdiagramform. Fig. 8 viser skjematisk en typisk spen-ningsbølgeform fra ultralyd sender-mottaker omsetteren på fig. 7 som en funksjon av tiden. Systemet på fig. 7 kan best bli forstått med henvisning til fig. 7 og 8 i forbindelse med hverandre.

På fig. 7 er den delen av målesystemet som inneholder autoklavenheten til venstre for den vertikale stiplede linjen. Delen av målesystemet som angår styredatamaskinen er til høyre for-den vertikal stiplede linjen. En sementprøve 87, hvis fasthets karakteristikker skal bli analysert som en funksjon av tiden, er akustisk koplet til en sende-mottaker omsetter 86 i autoklavenheten. En metallisk reflekterende del 88 er koplet til den motsatte siden av prøven 87. Ved utførelsesformen på fig. 7 utstråler sender- mottaker omsetteren 86 en svært kort serie med ultralydserier som går gjennom prøven 87 i en retning bort fra sender-mottakeren og blir reflektert fra reflektoren 88 tilbake gjennom prøven 87. De reflekterte bølgene blir mottatt av sender-mottaker omset teren 86 som ved dette tidspunktet drives i mottaker modusen.

Sender-mottaker omsetteren 86 kan innebefatte

er piezo-elektrisk krystall som har en sentral driftsekvens på tilnærmet 400 kHz som tidligere beskrevet. Et trykkstyre-system 85 og et temperaturstyresystem 84 av vanlig type virker på prøven 87 for å opprettholde den ved en forutbestemt temperatur og trykk gjennom hele prøven.

Når sender-mottaker omsetteren 86 blir påvirket til å utsende et signal passerer ultrasignalenergi i to ret-ninger gjennom prøven 87. Etter å ha blitt reflektert av reflektoren 88 returnerer ultralydsignalet til sender- mottakeromsetteren 86. Signalbølgeformen, som er analog med den vist på fig. 8 blir så tilført via en tidsport 893til en komparator 90. En referansespenning blir tilført en motsatt inngang av komparatoren 90 fra styredatamaskinen. Referansespenningen tilført komparatoren 90 blir frembrakt i digital form av et styreprogramm 97 og en referansespenning som frembringer program 98 i styredatamaskinen. Digital utgangen til referansespennings-programmet 98 blir omformet til analog form via en digital/analog omformer (D/A) 99 før det blir tilført komparatoren 90. Styreprogrammet 97 og programmet 98 som frembringer tildsporten og referansespenningen vil bli forklart nærmere i det påfølgende. Referansespenningen blir bestemt ved frembringelse av. programmet 98, som på samme måte som tidligere beskrevet i forbindelse med fig. 1 og 2, og dette vil nå bli ytterligere beskrevet.

I styredatamaskinen på fig. 7 tilfører en

20 mHz klokke oscillator 81 signaler til en synkroniserings-eller synkro-pulsgenerator 82, til en teller 92, og til et programm 94 som måler gangtiden til ultralydsignalet over sementprøven og omformer dette til en trykkfasthet for fremvisning. Synkro-pulsgeneratoren 82, som kan innebefatte en deler kjede eller lignende, tilfører også synkropulser til telleren 92 og til en puls-skyver 83 anbrakt i autoklave-enheten. Synkropulsgeneratoren 82 tilfører ytterligere syn-krosignaler til programmet 98 for frembringelse av portsign-aler som blir tilført tidsporten 89 i autoklavenheten. Tidsporten 89 blir således benyttet for å forhindre uønsket støy fra støy som forekommer i kretsen til autoklavenheten eller fra mulig tilbakereflektering eller gjenlyd til sender-mottaker omsetteren 86 fra den utsendte pulsen. I drift av programmet 98 er det tilgjengelig tidligere gjennomsnitt av gangtider for ultralydsignaler gjennomgåtte prøve 87 da bestemt av programmet 95• Programmet 98 vet således tilnærmet ankomsttid som kan bli ventet for neste puls til sender-mottaker omsetteren 86 da denne verdien vil forandre seg hel-ler langsomt som en funksjon av tiden. Ved mottakelse av synkropulsen fra synkropulsgeneratoren 82 instuerer programmet 98 tidsporten 89 til å åpnes kun etter passering av en forutbestemt lengde med tid basert på siste gangtidsmåling.

Dette er vist nærmere på fig. 8. Programmet

98 styrt av den tidligere gangtiden, AT, ble målt som et resultat av tidligere sendte aktivering. Ved strømsender aktiveringen så er tidsporten 89 brakt til å åpne før enn (d.v.s. 6t før enn) den ventede gangtidsankomsten til ultralydenergien. Tidsporten 89 er således i stand til å slippe gjennom .ultralydenergisignaler fra sender-mottaker omsetteren 86 kun etter at en forhåndsbestemt tidsperiode er forløpt fra senderaktiveringen. Dette forhindrer støytopper eller sender-mottaker gjenlyd, slike som vist på fig. 8, fra falsk trigging av detektor komparator 90 ved ankomsten av ultralydsignal reflektert fra motsatt side av prøven. Tilfeldig elektrisk støy eller andre effekter fra påvirkningen av sender- mottaker omsetteren 86, som en sender, er ikke detektert av komparatoren 90.

Ved åpning av tidsporten 89, blir ultralydsignaler tilført komparatoren 90 og sammenlignet med referanse spenningen fra D/A 99 som blir bestemt som tidligere beskrevet. Ankomsten av reflekterte ultralydsignaler bevirker en utgangspuls fra komparatoren 90 som blir tilført pulsgeneratoren 91• Pulsgeneratoren 91 frembringer så et stoppsignal som blir til-ført telleren 92. Telleren 92 har tidligere blitt startet av frembringelsen av synkro-pulssignal fra synkro-pulsgeneratoren 82 til å telle utgangssignaler fra 20 mHz klokke oscillatoren 81. Når telleren 92 således mottar stoppsig-nalet fra pulsgeneratoren 91, inneholder telleren 92 et bi nært tall eller verdi som. er direkte proposjonal med gangtiden til ultralydenergien gjennom prøven 87 plassert i autoklavenheten. Dette antallet blir synkronisert innført i et A T register 93, og blir derved gjordt tilgjengelig for måleprogrammet 94.

Operasjonen av styreprogrammet 97, tastaturet 96, måleprogrammet 94 og fremvisningsystemet 95 på fig. 7

er direkte analog med tilsvarende komponenter tidligere beskrevet i samband med fig. 1.

Den andre utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er tilveiebrakt ved å benytte en enkelt sender-mottaker omsetter og en reflektor i stedet for å benytte adskilte sender og mottaker omsettere. Virkningen av tidsporten 89 på fig. 7 kan også bli benyttet til å kontrollere u-ekte trigging av detekteringskretsen på grunn av støytilfel-ler som kunne forekomme i løpet av forløpet tid mellom senderstartingen og mottakingen av reflektert signal ved sender-mottaker omsetteren. Dette prinsippet er naturligvis også anvendbart ved systemet på fig. 1 dersom ønskelig.

I drift overvåker systemet i en virkelig tid gangtiden til et ultralydsignal gjennom en sementprøve i et tidsinterval som kan strekke seg over 1000 timer eller mer. En fullstendig oversikt blir således oppnådd over trykkfastheten til sementprøven under styrt hevet temperatur og trykkforhold, slik som er tilstede i borehullet. Prosessen med å etablere støynivå og gangtid gjennom sementprøven blir gjentatt hvert 10 sekund på hver av de opp til 8 paralell-koplede autoklavene til foreliggende system. Opp til en 8 timers oversikt over utviklingen til fastheten i sementprøv-en kan således bli tilveiebrakt.

På bakgrunn av foreliggende beskrivelse kan fagmannen på området naturligvis foretå alternative anordninger i følge foreliggende oppfinnelse. Hensikten med foreliggende krav er således å dekke alle slike forandringer og modifikasjoner som ligger innenfor hensikten og tanken med foreliggende oppfinnelse.

Claims (25)

1. System for ikke destruktiv måling av trykkfastheten til en sementoppslemmingsprøve, karakterisert ved at den innebefatter beholderinn-retning for en sementoppslemmingsprøve og for styring av trykket og temperaturen på prøven, innretning for frembringelse av et ultralydsignal koplet til prøven, innretning for måling av gangtiden til ultralydsignalet gjennom prøven og for å frembringe målesignal i forhold dertil; innretning som reagerer på målesignaler for frembringelse av et signal i forhold til trykkfastheten til prøven i følge et forutbestemt forhold i forhold til gangtiden til trykkfastheten, og innretning for opptegning av trykkfasthets-signaler.

2. System i følge krav 1, karakteri-' sert ved styreinnretning for styring av frem-bringelseinnretningen og måleinnretningen for å utføre gjentatte målinger av gangtiden og trykkfastheten, og innretning for opptegning av de gjentatte målinger av trykkfastheten som en funksjon av tiden for derved å tilveiebringe en tidsover-sikt over trykkfastheten til sementprøven.

3- System i følge krav 2, karakterisert ved innretning for sammenligning av de gjentatte målesignalene med et vilkårlig sammenligningssignal for å bestemme når målesignalet når nivået til sammenlignings-signalet som en funksjon av tiden, og innretning for opptegning av tiden ved hvilken sammenligningssignalnivået blir nådd.

4. System i følge krav 3j karakterisert ved at sammenlignings-signalet innebefatter et signal representativt for begynnelses herdingstiden for sementoppslemmingsprøven.

5-. System i følge krav 3, karakterisert ved at sammenlignings-signalet innebefatter et signal som representererjen vilkårlig variabel fasthet til sement: opp s rémmihgsprø ven

6. System i følge krav 1, karakterisert ved innretning for måling av gangtiden til ultralydsignaler innebefattende innretninger for etablering av en støynivå karakteristikk til målesystemet og innretninger for detektering når et ultralydsignal sendt gjennom prøven overskrider støynivået med en forutbestemt verdi.

7- System i følge krav 6, karakterisert ved tidsportinnretning som reagerer på tidligere gangtidsmålinger gjennom en prøve for etablering av et tidsportmottaker interval i forhold til de tidligere gangtidsmålingene for mottakelse av ankomsten av ultralydsignal gjennom prøven.

8. Sysltem i følge krav 1, karakterisert ved innretning for frembringelse av et ultralydsignal gjennom prøven innebefattende piezoelektrisk omsetterinnretning koplet til prøven.

9. System i følge krav 8, karakterisert ved at den piezoelektriske omsetterinnretningen drives i frekvensområdet fra 100 kHz til 1 MHz.

10. System i følge krav 9, karakterisert ved piezoelektrisk omsetterinnretning som drives ved tilnærmet 400 kHz.

11. System i følge krav 8, karakterisert ved en piezoelektrisk omsetterinnretning koplet til prøven på en motsatt side av■signalfrembringelsesinnret-ningen for mottakelse av ultralydsignal sendt gjennom prøven.

12. System i følge krav 8, karakterisert ved at den piezoelektriske omsetterinnretningen innebefatter en sender-mottaker omsetterinnretning for både sending og mottaking av ultralydsignaler koplet til prøven.

13- System i følge krav 12, karakterisert ved ultralydsignal reflekterende innretning koplet til prøven på en side motsatt sender-mottaker omsetterinnretningen.

14. Fremgangsmåte for ikke destruktiv måling av trykkfastheten til en sementoppslemmingsprøve, karakterisert ved at den innebefatter trinn med å opprettholde en sementoppslemmingsprøve ved styrt temperatur og trykk; sending av et ultralyd signal gjennom prøven; detektering av ultralydsignalet - påfølgende dets gjennom-sending av prøven og måling av tiden nødvendig for signalet å gå gjennom prøven, bestemmelse av trykkfastheten til prøven i samsvar med et forutbestemt forhold angående gangtiden til trykkfastheten; og opptegning av trykkfastheten til prøven.

15- Fremgangsmåte i følge krav 14, karakterisert ved at trinnene blir utført gjentagende og trykkfastheten til prøven blir opptegnet som en funksjon av tiden som derved gir et tidsbilde av trykkfastheten til prøven.

16. Fremgangsmåte i følge krav 15, karakterisert ved at det ved hver gjentatte måling av fastheten til prøven sammenlignes trykkfasheten med en vilkårlig fasthet og tiden når trykkfastheten når den vilkårlige fasthetsnivået bestemmes, og tiden ved hvilken trykkfastheten når det vilkårlige fasthetsnivået opptegnes.

17. Fremgangsmåte i følge krav 16, karakterisert ved at det vilkårlige fasthetsnivået representerer verdien til begynnelsesherdingstiden til prøven.

18. Fremgangsmåte i følge krav 16, karakterisert ved at det vilkårlige fasthetsnivået representerer en vilkårlig variabel fasthet til sementopp-slemmingsprøven.

19- Fremgangsmåte i følge krav 14, karakterisert ved at ultralydsignalet detekteres og dets gangtid måles inklusive etableringen av støynivåkarak-teristikken til målesystemet, og at ultralydsignalet detekteres når dét overskrider støynivå karakteristikken.

20. Fremgangsmåte i følge krav 19, karakterisert ved etablering av et tidsområde, basert på tidligere måinger av gangtiden til et ultralydsignal over prøven, i hvilke tidsområdet ankomsten, av ultralydsignalet skal detekteres.

21. Fremgangsmåte i følge krav 14, karakterisert ved utsending av detekteringstrinnene utføres ved hjelp av separate piezoelektriske omsetterelement-er koplet til prøven.

22. Fremgangsmåte i følge krav 14, karakterisert ved at sende og detekteringstrinnene blir utført ved hjelp av enkle piezoelektriske sender-mottaker omsettere koplet til den ene siden av prøven.

23. Fremgangsmåte i følge krav 22, karakterisert ved at reflekterings elementet er koplet til den motsatte siden av prøven.

24. Fremgangsmåte i følge krav 14, karakterisert ved at trinnene blir utført under bruk av en ultralydfrekvens i området fra 100 kHz til 1 MHz.

25. Fremgangsmåte i følge krav 14, karakterisert ved at trinnene blir utført ved en frekvens på tilnærmet 400 kHz.