NO851561L - System for bestemmelse av frigjoeringspunktet for et roer som sitter fast i et borehull. - Google Patents

Abstract

System for bestemmelse a-v f astsi-ttingspuriktet Tor et rør (60) i et borehull, innbefattende en signallinjeinnretning som har en eksiteringsspole (61) og en mottakerspole (63) som er aksielt adskilt fra hverandre. Eksiteringsspolen (61) drives med en forutvalgt lav frekvens og spenningen som induseres i mottakerspolen (63) er relatert til den magnetiske permeabilitet for et rør gjennom hvilket innretningen føres. En spenningslogging for mottakerspolen tas for seksjonen av røret (60) i området for fastsittingspunktet først mens det området er i alt vesentlig fritt for mekanisk påkjenning. En andre logging av samme område foretas med røret (60) under mekanisk påkjenning. Sammenligning av de to logginger bestemmer fastsittingspunktet på basis av forskjeller i magnetisk permeabilitet for røret under påkjenning over fastsittingspunktet og røret som er uten påkjenning under fastsittingspunktet.

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og anordning for å bestemmelse av punktet ved hvilket et rør sitter fast i et borehull og nærmere bestemt et system for magnetisk å bestemme et rørs frigjøringspunktsted uten nødvendigheten av å feste anordningen til rørveggen.

Under boring av olje og gassbrønner gjennom jordforma-sjoner skjer det ofte at borerøret setter seg fast i det dannede borehullet. Dette kan skje p.g.a. en kollaps eller et vas i den underjordiske formasjonen som omgir borehullet. Det kan også opptre som et resultat av væske-absorpsjon og svelling av visse formasjoner nedover langs hullet som begrenser bevegelsen av borerøret i borehullet, samt som følge av andre grunner. Når dette fenomen opptrer, blir borerøret låst, operasjonen opphører og ingen ytterligere fremdrift kan foretas for å gjøre borehullet dypere før det fastelåste røret er fjernet.

Det første trinnet for å klargjøre et fastkilt rør i et borehull er å lokalisere punktet langs borehullet, ofte flere hundre meter under overflaten, ved hvilket røret sitter fast. Tallrike teknikker er blitt utviklet i årenes løp for lokalisering av rørets frigjøringspunkt i borehullet slik at den rørdelen som befinner seg over det fastsittende området kan fjernes. Den mest populære teknikk involverer senkning av et verktøy nedover langs den sentrale passasjen i borerøret og festing av et par relativt bevegelige avfølerorganer på rørveggens innside. Borerøret strekkes så enten i langsgående retning eller under dreiemoment slik at enhver relativ bevegelse mellom de to faste organene indikerer at organene er festet til rørveggen ved et sted over fastsittingspunktet. Selvfølge-lig blir påkjenninger i borestrengen som induseres fra overflaten kun gjengitt i den del av borestrengen som er over fastsittingspunktet. Så snart som avfølerparet er festet til veggene av røret under fastsittingspunktet og borestrengen utsettes for påkjenning, vil der ikke bli noen relativ bevegelse mellom de to organene. Således, ved sekvensmessig måling og bevegelse av avfølerene langs borerørets innside, blir fastsittingspunktet lokalisert. Systemer av denne type er imidlertid relativt seende ettersom den sekvensmessige festing og løsgjøring av av-følerorganene krever tid og tid under operasjon av en borerigg er meget kostbar. I tillegg krever den kontaktdannende typen av detektorer for fastsittende rør også avanserte mekaniske eller magnetiske midler for å feste avfølerorganene til rørets vegg.

En kjent karakteristikk ved et ferromagnetisk rør at den magnetiske permeabilitet for materialet endrer seg som en funksjon av påkjenningene i materialet. Et annet tidligere kjent fastsittingspunkt detektorsystem har anvendt dette prinsipp i stedet for den mekaniske forlengelse av røret. Anvendelse av denne teknikk tillater konstruksjonen og bruken av en ikke-kontaktdannende fastsittingspunktdetektor som ikke trenger å danne inngrep med rørets sidevegger. Som vist i US-patent nr. 2.686.039 er en høy-frekvent oscillator avstemt til en frekvens av 20 til 50 KHz ved hjelp av en spole og senkes ned i den aksielle boringen hos et borerør som sitter fast. Spolen koples induktivt til veggen av stålrøret som belaster spolen og således er en del av den avstemte tankkretsen for oscillatoren. Den magnetiske permeabilitet for røret bestemmer belastningsgraden for spolen, og derfor induktansen for tankkretsen og oscillatorens frekvens. Ettersom spolen passerer fastsittingspunktet for et borerør under påkjenning, vil oscillatoren forandre seg i frekvens på grunn av det faktum at den magnetiske permeabilitet for røret som er uten påkjenning under punktet er forskjellig fra den for røret under påkjenning over fastsittingspunktet. Selv om systemet ifølge det nevnte US-patent er i stand til å detektere fastsittingspunktet uten fysisk festing av av-feiere til rørveggene, innbefatter et slikt system et antall av naturlige ulemper. Det størte av disse er kanskje at den induktive kopling av røret inn i en oscillatortankkrets krever bruken av relativt høye frekvenser. Gjennomtrengningsdybden for høyfrekvente elektromagnetiske bølger er begrenset - av skinneffekt og således er den totale nøyaktighet og pålitelighet ved teknikken begrenset. Følsomheten ifølge det nevnte system er også begrenset av læren om en enkelt loggingsforløp for å detektere fastsittingspunkt som ikke tillater til-strekkelig toleranse for magnetisk permeabilitetsvarians mellom forskjellige rørmaterialer og størrelser.

Selv om visse andre kjente verktøy har innbefattet midler for å måle permeabiliteten for rør, anvendes disse generelt kun i gaplere verktøy for å bestemme tykkelser og den innvendige diameter av rør som ikke er utsatt for påkjenning. Eksempelvis anvender både løsningen ifølge britisk patent søknad nr. 2.037.439 og US-patent nr. 2.992.390 anvender forskjellige aspektere ved magnetisk permeabilitet for rørmålinger.

Ifølge den nevnte britiske søknad nr. 2.037.439 er der beskrevet et verktøy for måling av vekttykkelsen i en brønnforing ved hjelp av magnetisk flux. Tre par av sender og mottakerspoler anvendes, en for å måle innerdiameteren, en for å måle foringens tykkelse og en for å måle foringsveggens permeabilitet. Variasjoner i hver av disse parametere påvirker hverandre slik at mål-ingene av samtlige tre samtidig kan anvendes til å korrigere hverandre og frembringe en meget nøyaktig tykkelsesmåling. Selv om den britiske søknaden omhandler en tospolet, tologgingsløsning for magnetisk permeabili-tetsmåling, er denne kun omhandlet i forbindelse med et gaplæreverktøy og ingen av disse forslag har kulminert i en kommersielt tilfredsstillende fastsittingspunktdetektor.

Selv om den kjente teknikk er overfylt med både fremgangsmåte og anordning for måling nedover langs hullet av et rørs permeabilitet, har problemet med nøyaktig lokalisering av fastsittende rør i et borehull fortsatt eksistert. Systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse har over-vunnet ulempene ved den kjente teknikk ved å tilveiebringe et meget vellykket verktøy under tilveiebringelsen av en ikke-kontaktdannende magnetisk fastsittingspunktdetektor som anvender relativt lav frekvens for å detektere endringer i permeabilitet som oppstår i rør under påkjenning i et borehull. På denne måte tilveiebringes et effek-tivt system og fremgangsmåte for lokalisering av punktet langs borehullet ved hvilket en borerørseksjon er beligg-ende .

Oppfinnelsen omfatter et system for bestemmelse av fastsittingspunktet for et rør innenfor et borehull ved tilveiebringelsen av et par spoler som er plassert på en felles akse og adskilt med en foreskrevet avstand. Eksiteringsspolen energiseres med en relativt lav forutvalgt frekvens mens spolene senkes inn i borerøret når røret er i en tilstand som er generelt uten påkjenning. En logging av utmatningen fra mottagerspolen tas. Deretter plasseres sideveggene for røret under påkjenning og prosessen gjen-tas for å ta en andre logging. En sammenligning av de to loggingene foretas på å gi en indikasjon av stedet for fastsittingspunktet innenfor borehullet på grunn av endringen i signal mottat av spolen. Signalendringen er et resultat av den magnetiske permeabilitetforskyvning mellom tilstandene med og uten påkjenning av borerøret over og under fastsittingspunktet.

Ifølge et annet trekk innbefatter oppfinnelsen en for-bedret fremgangsmåte for å detektere fastsittingspunktets sted for borerøret som befinner seg i et borehull av den type hvor et verktøy senkes gjennom ferromagnetiske rør-seksjoner for detektering av permeabilitetsendringer i disse. Forbedringen omfatter trinnene å tilveiebringe et signallinjeverktøy som har et par adskilte spoler som er tilpasset for senkning innenfor borerøret for å avføle rørets permeabilitet. En primær magnetisk flux med vekslende frekvens genereres med en av verktøyets spoler og induseres i borerørets vegger. Det sekundære fluxsignalet som genereres av virvelstrømmer indusert i borerøret detekteres av mottakerspolen for verktøyet som et indisium på permeabilitet. Verktøyet beveges langs borerøret innenfor borehullet, med røret i en tilstand uten påkjenning, for generering av en første logging av rørpermeabili-teten. Verktøyet beveges så langs borerøret innenfor borehullet, med røret i en tilstand under påkjenning, for generering av en andre logging av rørets permeabilitet. De første og andre logginger sammenlignes så for å lokalisere variasjonen i permeabilitet som indikerer fastsittingspunktet for røret innenfor borehullet.

I ennu et annet henseende innbefatter den tidligere nevnte fremgangsmåte for generering av den første loggingen, trinnet med å fastsette dybden innenfor borehullet av fastsittingspunktet, beregner den om den omtrentlige vekt av borerøret over fastsittingspunktet, og tilføre en oppadrettet kraft på borestrengen innenfor borehullet for i alt vesentlig å fjerne kompresjonskreftene fra borerøret i området av fastsittingspunktet. Trinnet med å frembringe den andre loggingen innbefatter så trinnet med å tilføre en kompresjonskraft på borestrengen innenfor borehullet for å øke påkjenningen innenfor borerørets seksjon i området av fastsittingspunktet. Trinnet med å generere den andre loggingen kan også innbefatte trinnet med å til-føre en bidningsmomentbelastning på borestrengen innenfor borehullet for å påføre en høy dreiemomentpåkjenning på borerørseksjonen i området av fastsittingspunktet. Fremgangsmåten kan også innbefatte trinnet med å adskille nevnte første og andre spoler innenfor verktøyet i en avstand fra hverandre med en foreskrevet avstand av størrelsesorden 152,4 mm og eksitere den første spolen med en frekvens av størrelsesorden 130 Hz.

For en mer fullstendig forståelse av den foreliggende oppfinnelse og for ytterligere formål og fordeler ved denne, skal det nå henvises til den etterfølgende beskrivelse i forbindelse med de vedlagte tegninger. Fig. 1 er et vertikalriss fra siden, delvis i tverr-snitt, av en borerigg som danner et borehull. Fig. 2A-2F frekvensmessig forstørrede, delvis side-vertikal og delvis langsgående tverrsnittriss av et fastsittingspunkt-deteksjons-verktøy konstruert ifølge prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 er et blokkskjerna over systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 er en rekke diagrammer over mottagerspolens utmatningsspenninger som en funksjon .av avstanden mellom spolene innenfor verktøyet i fig.

2 og eksiteringsfrekvensen.

Fig. 5A og 5B er koplingsskjemaer over en utførelsesform av en krets som anvendes i forbindelse med den foreliggende oppfinnelsens sted.

I fig. 1 er vist en borevegg 11 anbragt på toppen av et borehull 12. Riggen 11 innbefatter trekkutstyr som har en kronblokk 13 montert på toppen av riggen og en bevegelig blokk 14 som er opphektet i den øvre enden av borestrengen 18. Borestrengen 18 består av en flerhet av seriekoplede seksjoner av borerør 15 som er gjenget ende til ende på en konvensjonell måte. Et boreskjær 22 er plassert ved den nedre enden av borestrengen 18 ved hjelp av en borekrave 19. Boreskjæret 22 tjener til å grave ut borehullet 12 gjennom jordformasjonene 24. Boreslam 26 pumpes fra et lagerreservoar grop 27 når borehullet 28 ned langs en aksial passasje gjennom midten av hvert av borerørene 15 som utgjør borestrengen 18, ut av åpningene i skjæret 22 og tilbake til overflaten gjennom den ringformede regionen 16. Et hylster 29 av metall er vist plassert i borehullet 12 nær overflaten for opprettholdelse av integriteten av borehullets 12 øvre parti.

Idet det fortsatt henvises til fig. 1, danner ringen 16 mellom borestammen 18 og sideveggene 20 i borehullet 12 turstrømningsveien for boreslammet. Slam pumpes fra lagergropen 26 nær brønnhodet 28 ved hjelp av pumpe-systemet 30. Slammet beveger seg gjennom en slamtilfør-selsledning 31 som er koplet til den sentrale passasjen som forløper gjennom borestrengens 18 lengde. Boreslammet blir på denne måte tvunget ned gjennom strengen 18 og eksisterer i borehullet gjennom åpninger i boreskjæret 22 for avkjøling og smøring av boreskjæret og for å føre med seg formasjonsavkuttingene som tilveiebringes under boreoperasjonen tilbake til overflaten. En fluidumsutløps-ledning 32 er forbundet med den ringformede passasjen 16 ved brønnhodet for å lede returslamstrømmen fra borehullet 12 til slamgropen 27.

Slik det også er vist i fig. 1 kan en sammenstyrtning av veggene i borehullet skje rundt borestammen 18 slik at rørseksjonen 15a setter seg fast i hullet, slik som vist ved punktet S. Systemet ifølge oppfinnelsen virker til å lokalisere dette punktet S langs lengden av borehullet 12 og borestammen 18 ved en målt avstand fra brønnhodet, slik at samtlige de frie seksjoner av borerøret 15 over en rør-forbindelse 15a, som er ubevegelig fastkilt i borehullet 12, kan fjernes. Så snart hele røret over frigjørings-punktet S er fjernet, kan utstyret bringes inn i borehullet 12 for å løsgjøre overgangen 15a og deretter å

gjenoppta boreoperasjonen.

Det vil forstås at systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse innbefatter en signallinjeverktøy som senkes ned gjennom den sentrale boring dannet i hver av seksjonene av borerøret ved hjelp av viste midler. De nødvendige sig-nallin jevogner, ledehjul og lignende er plassert over borehullet ved brønnhodet på en konvensjonell måte for å betjene verktøyet mens man samtidig kontrollerer vekten av skjæret 22 og borestrengen 18 ved hjelp av kron og bevegelsesblokkene 13 og 14.

Idet det fortsatt henvises til fig. 1 blir et verktøy 10, konstruert ifølge den foreliggende oppfinnelsesprinsipper, senket ned i borehullet 12 gjennom den sentrale passasjen i borestrengen 18 ved hjelp av en signallinje (ikke vist). Signallinjen er konvensjonell og består av en armert koaksial tolederkabel som tilveiebringer både en mekanisk og elektrisk forbindelse mellom verktøyet 10 og signal-linjestyre og overvåkningsstyret ved overflaten. Verktøy-et 10 synkes ned gjennom den sentrale åpningen i borestrengen 18 fra brønnhodet for å lokalisere fastsittingspunktet S gjennom målbare endringer i de fysiske karakter-istika for røret som er relatert til dette.

Det er velkjent at når et ferromagnetisk organ, slik som et borerør, strekkes, kompremeres eller utsettes for dreiemoment, vil den magnetiske permeabilitet for materialet endre seg. Dessuten, hvis et magnetfelt induseres i borerørets vegger, vil virvelstrømmer frembringes i bore-rørets vegg. Mønsteret og styrken av virvelstrømmene vil være relatert til permeabiliteten for materialet som røret omfattes av. Den foretrukne måte å måle de permeabilitet-relaterte virvelstrømmer i et borerør er ved anvendelse av en mottagerspole for å detektere de elektromagnetiske felt som frembringes av disse virvelstrømmene i rørmaterialet. Generelt defineres måleparameterene ved den klassiske virvelstrømligningen:

Ligningen ovenfor definerer magnetisk fluxtetthet B, ved en dybde d, i materialet når:

Bq = magnetisk fluxtetthet på overflaten,

d = dybde i cm,

f = frekvens i Hz,

y = magnetisk permeabilitet,

'P = spesifikk motstand i mikro ohm cm, og

t = tid i sekunder.

Amplitudevariasjonen for magnetisk fluxtetthet med dybde i materialet er:

Amplitude B = Bge

Faseforskyvningen ved dybden d angis av den etterfølgende ligning:

Magnetisk flux som induseres i borerøret med hjelp av et inngangssignal vil således frembringe virvelstrømmer som i sin tur vil skape et elektromagnetisk felt. Dette sekundære magnetiske feltet frembragt ved hjelp av virvel-strømning i røret kan detekteres av en mottagningsspole. Hvis inngangssignalet samt alle andre variabler holdes konstante, vil signalet på mottagningspolen variere i amplitude og fase som en funksjon av den magnetisk permea-

bilitet for røret.

Idet det fortsatt henvises til fig. 1, innbefatter fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse flere trinn for å forbedre nøyaktighet og pålitelighet ved de kritiske målinger nedover langs hullet. En boreoperatør som står overfor et fastsittende rør vil anvende systemet 10 ved å foreta en tilnærmet beregning av dybden innenfor borehullet 12 hvor røret sitter fast. Dette kan gjøres ved å trekke borestrengen oppad ved hjelp av kornblokken og bevegelsesblokkene 13 og 14 med en forutvalgt kraftstørr-else. Eksempel vil en oppadretted kraft lik 9071,8 kg oppad frembringe en målbar grad av forlengelse i borestrengen 15. Under kjennskap til graden ved hvilken bore-røret av stål av en kjent type forlenger seg under en forutvalgt kraft, kan operatøren så beregne lengden fra overflaten til fastsittingspunktet S over hvilket strekk-ingen av røret skjer. På denne måte kan det omtrentlige stedet for fastsittingspunktet S for borerøret 15 beregnes med en nøyaktighet av noen titallsmeter. Den omtrentlige lengden av røret mellom brønnhodet og fastsittingspunktet S nede i hullet tillater beregning av vekten av det røret som befinner seg ned til den dybden og størrelsen av den oppadrettede kraft som er nødvendig for i alt vesentlig å fjerne vekten av røret fra seksjonen 15a som befinner seg ved fastsittingspunktet. Dette skaper en generelt null påkjenningstilstand innenfor rørseksjonen 15a i området for fastsittingspunktet S.

Når rørseksjonen 15a i området av fastsittingspunktet S understøttes i en tilstand med generelt null påkjenning, tas en første logging av borerørets permeabilitet. Denne logging registrerer permeabiliteten for borestrengen langs det omtrentlige området hvor røret antas å sitte fast. Deretter plasserer boreoperatøren en forutvalgt grad av påkjenning på røret i området for fastsittingspunktet. Påkjenning i borestrengen i området for seksjonen 15a kan skapes enten ved å plassere røret under en høy grad av strekk under trekking av strengen, ved å plassere røret under kompresjon ved å frigi vekten av borestrengen på området eller ved å tilføre dreiemoment på borestrengen ved vridning.

Når borestrengen 18 i området av seksjonen 15a og fastsittingspunktet S er i en tilstand under mekanisk påkjenning, blir en andre borerørpermeabilitetslogging tatt ved hjelp av systemet 10. Loggingen under påkjenning sammenlignes så med loggingen tatt uten påkjenning for det samme området. Sammenligningen indikerer klart punktet ned i hullet hvor påkjenningen på borestrengen plutselig lettes, dvs. punktet under fastsittingspunktet S. Verktøyet 10 anvendt i forbindelse med systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse kan også innbefatte midler nær dets nedre ende for montering av et strengskudd, kjemisk kutter eller lignende for løsgjøring eller deling av borerøret umiddelbart over seksjonen 15a og fastsittingspunktet S slik at borestrengen i det øvre partiet av borehullet kan fjernes.

Idet det nå henvises til fig. 2A-2E er der vist en serie av langsgående tverrsnittriss av et verktøy 10 konstruert ifølge den foreliggende oppfinnelsesprinsipper. Idet det først henvises til fig. 2C-2E er der vist et parti av instrumenthusdelen for verktøyet 10 som omfatter et ytre sylindrisk hus eller skall 41 dannet av umagnetisk materiale, slik som umagnetisk legering av rustfritt stål. De ytre husveggene er relativt tykke for derved å beskytte de innvendige spoler og elektronikken i verktøyet 10. Huset 41 er også konstruert til å motstå sjokkene som frembringes ved eksplosive ladninger av den type som anvendes for å frakople borerørskjøtene i borehullet 12 så snart fastsittingspunktet er blitt lokaliseret. Som vist i fig. 2b er den øvre enden av det sylindriske huset 41 koplet til en sylindrisk aksen 42 som har en sentral åpning 43 som er dannet gjennom denne. Den sentrale akselen 42 danner gjengeinngrep med en sokkel 44 i den øvre enden av verk-tøyhuset 41. Som vist i fig. 2a, innbefatter den øvre enden av akselen 42 en mekanisk og elektrisk forbindelses-sokkeldel 45 for mottagelse og kopling til den nedre enden av en koaksial signallinje (ikke vist) som anvendes til å senke verktøyet 10 ned i den sentrale åpningen i borerøret og tilveiebringe forbindelse mellom verktøyet og den nød-vendige krafttilførsel og styreutstyret ved overflaten. Tilligende sokkeldelen 45 befinner det seg en øvre fjær-føringsdel 46 som har en flerhet av azimutemessig adskilte føringsslisser 47 dannet i denne som mottar en ende av en sentraliserende fjær 48. Som vist i fig. 2B er den andre enden av den sentraliserende fjæren 48 montert i en nedre føringsslisse 49 hos en nedre bøssing 51. Der finnes fortrinnsvis tre sentaliserende fjærer 48 adskilt 120° rundt verktøyets akse. En skruefjærenhet 52 sikrer at disse tre sentraliserende fjærer 48 sentrerer verktøyets 10 akse innenfor borerøråpningens sentrale akse.

Idet det henvises til den del av verktøyet som er vist i fig. 2A og 2B, bærer den sentrale åpningen 43 en koaksial leder 50 som er elektrisk isolert fra den sentrale åpningens 43 sidevegger og fører elektrisk kraft og signaler fra den sentrale lederen i koaksialsignallinjen til instrumentdelen av verktøyet gjennom koplingsenheten 53. Lederen 50 er koplet mellom signallinjen og den elek-troniske kretsen i huset i 54 (fig. 2D) hvor likestrøms-effekt fra overflaten leveres til elektronikken i verk-tøyet 10 og hvorfra vekselsspenningsdatasignal føres tilbake opp langs signallinjen til overflaten.

Som vist i fig. 2C og 2D rommer det umagnetiske ytre skallet 41 for huset 10 ved en eksiteringsspole 61 omfattende flere tørn av tråd viklet om en kjerne 62 dannet av et magnetisk materiale. En mottakerspole 63 er adskilt med en forutvalgt avstand "d" fra eksiteringsspolen 61 og omfatter også et flertall tørn av tråd viklet omkrets- messig om en isolerende spolekjerne 64. De to spolene 61 og 63 er adskilt fra hverandre i den foretrukne avstand med et spoleavstandsorgan 65 som er festet til de motstående flensforsynte ender av de respektive spolekjerner 62 og 64. Elektronikken plassert i kammeret 54 omfatter kretser som vil bli beskrevet nedenfor til anvendelse i forbindelse med generering av eksiteringssignalet og måling av et mottatt signal ifølge den foreliggende opp-finnelses lære.

Det nedre partiet av verktøyet 71 vist i fig. 2E innbefatter midler 72 for å feste den nedre enden til en eksplosiv ladning eller en kjemisk kutter etter behov med hensyn til den spesielle tilstand som er tilstede nede i hullet. I tillegg tilveiebringer den nedre enden 41 et koplingsorgan 73 for kopling av et signal fra signallinjen til overflaten for å detonere den eksplosive ladningen eller for å aktivere den kjemiske kutteren. Denne hand-ling er nødvendig for å adskille borerøret 15a som befinner seg i nærheten av fastsittingspunktene fra resten av borestrengen over den slik at strengen kan fjernes. Således vil den fastsittende del av strengen bli håndtert på riktig måte for fjerning eller forbipassering ifølge kjente teknikker.

Idet det nå henvises til blokkskjemaet i fig. 3, er der vist operasjonsmåten for det totale systemet. Som vist drives en eksiteringsspole 61 ved hjelp av en oscillator 81 gjennom en drivforsterker 82 for å frembringe en vekselstrømsvariasjon for den magnetiske fluxen. Denne fluxvariasjon anvendes til å frembringe virvelstrømmer i borerørets vegg som skjematisk og illustrerende vist med henvisningstallet 60. Mottakerspolen 63 for en spenning indusert i seg av den magnetiske flux i rørveggen som den utsettes for på grunn av de flytende virvelstrømmene. Utgangen fra mottakerspolen 63 er koplet gjennom en mot-takerforsterker 83 til en spiss verdidetektor 84 som måler spiss-til-spiss spenningen i utmatningen fra forsterkeren 83. Utmatningen fra spissverdidetektoren 84 koples gjennom en spenning-til-frekvensomformer 85 som frembringer en rekke utgangspulser. Frekvensen for pulsene fra den spenningsstyrte oscillatoren som befinner seg i spenning-til-frekvensomformeren 85 styres av verdien av signalet fra spissverdidetektoren 84. Utgangssignalet fra omformeren 85 føres tilbake opp langs signallinjen 86 til overflaten hvor den mates inn i en forholdsmåler 87. Et signal som indikerer frekvensen nede i hullet frembringes ved hjelp av forholdsmåleren 87 og logges som en funksjon av verktøyposisjonen ved hjelp av registreringsinnretningen 88. En likestrømseffekttilførsel 89 mater en likespenning ned langs signallinjen 86 for kraftforsyning til elektronikken og for å drive eksiteringsspolen 61 og mottar signalet fra oppfagningsspolen 63. Registreringsinnretningen 88 kan være av konvensjonell strimmeldiagram registreringstype for generering av logginger av rørets magnetiske permeabilitet som en funksjon av posisjonen for signallinjeverktøyet langs borehullet. Således kan mekaniske diagrammer frembringes for sammenligningsformål. Alternativt kan registreringsinnretningen 88 innbefatte datalagrings og behandlingsmidler som registrerer, analys-erer og sammenligner sekvensmessige loggingsmålinger for å gi en direkte utmatning av variasjonene mellom disse.

Ved fremgangsmåten og anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse har man funnet at der finnes flere betydelige parametere som må tilfredstilles med hensyn til den vel-lykkede operasjon av systemet. Eksempelvis er frekvensen med hvilken eksiteringsspolen 61 drives viktig for maksimum følsomhet og nøyktig måling av magnetisk permeabilitet nede i hullet. Man har også funnet at avstanden d mellom eksiterings og mottakerspolene 61 og 63 er av særlig betydning og er også relatert til eksiteringsfrekvensen ved hvilken maksimum følsomhet overfor permeabilitetsendringer i borerøret av stål er tilstede i systemet. Idet det nå henvises til fig. 4, er der vist en oppstill-ing av tre overlagrede diagrammer for utgangsspenningen for en konstant innmatning som en funksjon av eksiteringsfrekvensen for hver av de tre forskjellige avstander mellom henholdsvis eksiterings og mottakerspolene 61 og 63. Den nedre kurven 91 viser normaliserte mottatte spenningsverdier for en avstand av ca. 127 mm mellom de motstående ender av eksiterings og mottakningsspolene 61 og 63. Toppf ølsomheten for den avstand skjer med en frekvens av størrelsesorden 130 Hz. På tilsvarende måte viser kurven 92 mottakerspolespenning på en avstand lik ca. 178 mm mellom spolene med en tilsvarende toppfølsomhet som opptrer i området av 130-150 Hz. Den øvre kurven 93 viser at maksimum motakerspenningsfølsomhet oppnås med en avstand av ca. 152 mm mellom eksiterings og mottakerspolene og ved en frekvens av størrelsesorden 130 Hz. Således vil man se at en opererende eksiteringsf rekvens av størrelsesorden 130 Hz og en avstand lik ca. 152 mm mellom eksiterings og mottakningsspolene gir optimale resultater med hensyn til å oppnå den maksimale følsomhet for deteksjonen av en endring i magnetisk permeabilitet hos et ferromagnetisk rør som en funksjon av påkjenning i dette.

Slik det ble generelt diskutert ovenfor, kunne systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse, som illustrert i kretsen ifølge fig. 3, også forsynes med en fasedetektor på utgangen av forsterkeren 83 i stedet for amplitude-detektoren 84. En fasedetektor ville selvfølgelig kreve forbindelse med utgangen fra forsterkeren 82 som en referansefase for å detektere faseforskyvningen av signalet på mottakerspolen 63 relativt drivsignalet på eksiteringsspolen 61. Faseforskyvning kunne anvendes til å detektere den magnetiske permeabilitetsendringen i et rør under påkjenning over området for et fastsittingspunkt.

Idet det nå henvises til fig. 5A og 5B, er der vist et kretsskjerna over kretsen i fig. 3. Nærmere bestemt drives eksiteringsspolen 61 ved hjelp av en oscillatorkrets 81 som omfatter en krystalloscillator 101 koplet gjennom en delende teller 102. Krystalloscillatoren opererer på en frekvens av størrelsesorden 1 MHz og deles ned gjennom en teller 102 til utgangsledere 103, 104 og 105, og til en OG/ELLER VELG portkrets 106. OG/ELLER VELG porten 106 er av en type slik som CD4019B som tilveiebringer en egnet drift for en spoledrivkrets 107 av brotypen.

Drivkretsen 107 består av fire felteffekttransistorer (FETS) og 108, 109, 110 og 111. FETS 108 og 109 er koplet i tandem, mens FETS 110 og 111 også arbeider tandem. OG/ELLER VELG portkretsen 106 virker slik at FETS 108 og 109 innkoples for en forutvalgt tidsperiode og så utkoples for en forutvalgt endelig tidsperiode forutfor innkop-lingen av FETS 110 og 111. På denne måte beskyttes de følsomme transistorene 108-110 mot mulighet for overbelastning og skade. Firkantbølgeomvekslingen av nevnte FETS omdannes til et utjevnet sinusformet eksiter-ingssignal ved hjelp av induktansspoler 112 og 113 som virker gjennom kondensator 114 og 115. Eksiteringsspolen 61 drives således med en forutvalgt vekselsstrømfrekvens ved hjelp av et sinusformet signal.

Idet det fortsatt henvises til fig. 5A og 5B, er mottakerspoler 63 forbundet med inngangen hos forsterkeren 83 og ved hjelp av kondensatorer 121 koplet inn i et første trinns forsterker 122, hvis utgang er forbundet med et andre forsterkningstrinn 123. Utgangen fra den andre forsterkeren 123 er koplet inn i et par seriekoplede for-sterkere 124 og 125 som er forbundet i en spiss-til-spiss detektorkonfigurasjon. Utgangen fra detektoren 84 koplet gjennom koplingsmotstanden 126 til spenning-til-frekvensomformeren 85. Omformeren 85 omfatter en integratorfor-sterker 127 og en komparatorforsterker 128 koplet til å styre frekvensen for operasjonen av en pulsgenerator 131 gjennom en omveksler 132. Utgangen fra spenning-til-frekvensomformeren 85 er koplet gjennom en operasjonsfor-sterkerdrivkreft 133 og til en lin jedrivkrets 134 som plasserer en serie av linjespenningspulser hvor signallinjen 9, for transmisjon til overflateutstyret. Signallinjen 9 fører også, mellom armeringen 9b og den midtre kjernelederen 9a, en likespenning som koples inn i kraft-tilførselen 89, omfattende en første spenningsregulator 141 som reduserer 30 voltsinnmatningen til 15 volt. En andre spenningsregulator 142 er koplet til regulatoren 141 for frembringelse av en lavere krafttilførselsspenning lik 7,5 volt som er egnet til å drive operasjonsforsterkende i den foreliggende kretsen.

Som omtalt ovenfor tjener oscillatoren 81 til å drive eksiteringsspolen 61 ved hjelp av brodrivkretsen 107. Denne frembringer en vekselsstrømsvariasjon for den magnetiske flux i eksiteringsspolen 63 med en frekvens av størrelsesorden 128-130 Hz. Signalet som induseres i mottakningsspolen 63 forsterkes gjennom forsterkeren 83 og måles så i spiss-til-spiss detektoren 84. Utgangen fra spiss-til-spiss detektoren 84 er koplet til spenning-til-frekvensomformeren 85 som frembringer en serie av utgangspulser, hvis frekvens indikerer inngangsspenningen. Ut-gangspulsene føres gjennom linjedrivkretsen 134 og tilbake opp langs signallinjen 9 til overflaten hvor de mottas av forholdsmåleren og registreres.

Sammenfatningsvis hva angår operasjonen, tas en første signallinjelogging av den magnetiske permeabilitet for stålveggene i borerørets 15 seksjoner i området for fastsittingspunktet med hele påkjenningen fjernet fra borestrengen som beskrevet ovenfor. Deretter settes borestrengen under påkjenning ved tilføring av kraft til bore-røret ved overflaten ved hjelp av langsgående strekk, kompresjon eller rotasjonsmessig dreiemoment, og en andre logging tas langs det samme området av røret. En sammenligning av de to logginger vil gi en skarp variasjon i magnetisk permeabilitetsverdi ved fastsittingspunktet S p.g.a. forskjellene i påkjenning over og under fastsittingspunktet. Den variasjon i permeabilitet vist ved sammenligning av de to logginger lokaliserer nøyaktig sammenføyningsstedet for borerøret 15a som sitter fast i borerøret. En eksplosiv ladning som bæres ved den nedre enden av verktøyet 10 kan så detoneres umiddelbart fra overflaten mens dreiemoment påføres strengen og den øvre delen av borestrengen løsnes ved det sammenføyningsstedet. Alternativt kan den kjemiske kutteren som bæres av den nedre enden av verktøyet også anvendes til å kutte bore-strengseks jonen slik at den øvre delen av denne kan fjernes fra borehullet.

Det ansees således at operasjonen og konstruksjonen ifølge den foreliggende oppfinnelse vil være tydelig fra den foregående beskrivelse. Seiv om fremgangsmåten og anordningen som er vist og beskrevet er blitt kjennetegnet som foretrukket, vil det være innlysende at forskjellige endringer og modifikasjoner kan foretas i disse uten å avvike fra oppfinnelsens ide og omfang som angitt i de etterfølgende patentkrav.

Claims (10)

1. System for å detektere ved måling av magnetisk permeabilitet stedet ved hvilket en ferromagnetisk rørseksjon sitter fast i et borehull, karakterisert ved at midler for å generere en magnetisk permeabilitets-logging av nevnte rør,

   idet nevnte genereringsmidler innbefatter en første spole for frembringelse av en vekslende magnetisk flux i nevnte rør, og en andre spole for mottakelse av et fluxsignal fra nevnte rør,

   midler for å sette nevnte rør i fastsittingsområdet under påkjenning og å fjerne påkjenningen,

   midler for å registrere første og andre permeabilitetslogginger av nevnte rør når nevnte rør først er i en tilstand uten påkjenning og dernest i en tilstand under påkjenning, og

   midler for å sammenligne nevnte første og andre logginger for å lokalisere variasjonen i permeabilitet som skyldes variasjon i påkjenning i nevnte rør og derved definere stedet for fastsittingspunktet i borerøret.
2. 2.

   System som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte midler for å sette nevnte rør under påkjenning og å fjerne påkjenningen innbefatter en kronblokk i en borerigg som anordnet ved borehullets topp.
3. 3.

   Signallinjeinnretning for detektering av stedet hvor et

   borerør sitter fast i et borehull, av den type hvor første og andre permeabilitetslogginger av borerøret frembringes ved hjelp av innretningen som senkes ned gjennom bore-røret, karakterisert ved at innretningen omfatter:

   en første eksiteringsspole anbragt inne i innretningen for frembringelse av en vekslende magnetisk flux som er tilpasset for induksjon i sideveggene av nevnte rør innenfor borehullet og genereringen av virvelstrømmer i røret,

   en mottakerspole adskilt fra nevnte eksiteringsspole og tilpasset til å motta et fluxsignal som frembringes av virvelstrømmene som flyter i nevnte borerør,

   midler for å frembringe et loggingssignal som et indisium for en karakteristikk av virvelstrømmen som induseres i nevnte rørvegger og den magnetiske flux som frembringes fra disse, og

   midler for å sammenligne nevnte første og andre logginger for å lokalisere variasjonene i magnetisk permeabilitet i nevnte rørvegger og derved definere stedet for fastsittingspunktet .
4. 4.

   Innretning som angitt i krav 3, karakterisert ved at nevnte første og nevnte andre spoler er innbyrdes adskilt i en avstand av størrelsesorden 152 mm og at nevnte første spole eksiteres med en frekvens av størrelsesorden 130 Hz.
5. 5.

   Innretning som angitt i krav 3, karakterisert ved at nevnte middel for generering av loggingssignal frembringer en signalkarakteristikk av størrelsen av den mottatte magnetiske flux som frembringes av virvelstrømm-ene som flyter i rørveggene.
6. 6.

   Innretning som angitt i krav 3, karakterisert ved at nevnte middel for generering av loggingssignal frembringer en signalkarakteristikk av faseforskjellen mellom den mottatte magnetiske flux frembragt av virvel-strømmene som flyter i rørveggene og den flux som genereres av dennes eksiteringsspole.
7. 7.

   Innretning som angitt i krav 3, karakterisert ved at det dessuten innbefatter midler for å adskille seksjoner av borerøret i et borehull, idet nevnte midler er anbragt tilliggende nevnte innretning for adskillelse av borerøret i nærheten av nevnte fastsittingspunkt.
8. 8.

   Fremgangsmåte for detektering av stedet for et fastsittingspunkt for et borerør i et borehull av den type hvor ferromagnetiske rørseksjoner er anbragt i et borehul for boring av dette og blir sittende fast ved et eller annet punkt langs dette, karakterisert ved å tilveiebringe en signallinjeinnretning tilpasset for nedsenkning innenfor borerøret som befinner seg i borehullet og innrettet for avføling av den magnetiske permeabilitet for røret,

   å generere en vekslende magnetisk flux i nevnte innretning for derved å indusere nevnte magnetiske flux i nevnte borerør,

   å motta et magnetisk fluxsignal med nevnte innretnings-mottakerspole, idet nevnte signal stammer fra virvel-strømmer i nevnte borerør og er et indisium på permeabiliteten i røret,

   å bevege nevnte innretning langs borerøret innenfor nevnte borehull for frembringelse av en første logging av rørets magnetiske permeabilitet med nevnte rør i en tilstand uten påkjenning,

   å bevege nevnte innretning langs borerøret innenfor nevnte borehull for frembringelse av en andre logging av rørets magnetiske permeabilitet med nevnte rør i en tilstand under påkjenning, og

   å sammenligne nevnte første og andre permeabilitetslogginger for å lokalisere variasjonen i permeabilitet som indikerer fastsittingspunktet for nevnte rør innenfor nevnte borehull.
9. 9.

   Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at genereringen av den første loggingen innbefatter å beregne dybden innenfor nevnte borehull av fastsittingspunktet, beregne den omtrentlige vekt av borerøret over nevnte fastsittingspunkt, og å tilføre en oppadrettet kraft på nevnte borestreng innenfor nevnte borehull for i alt vesentlig å fjerne samtlige kompre-sjonskrefter i nevnte borerør på nevnte fastsittingspunkt.
10. 10.

    Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at genereringen nevnte andre logging innbefatter å tilføre en kompresjonskraft eller en dreie-momentbelastning på nevnte borestreng innenfor nevnte borehull for å øke påkjenningen på eller å påføre en høy posjonsmessig påkjenning på nevnte borerørseksjon ved det nevnte fastsittingspunktet for å muliggjøre deteksjonen av påkjenningskonsentrasjoner over dette.