DE3628087A1

DE3628087A1 - METHOD AND DEVICE FOR PROTECTING A MAGNETOMETER ARRANGEMENT FROM THE INFLUENCE OF NEARBY MAGNETIC FIELDS

Info

Publication number: DE3628087A1
Application number: DE19863628087
Authority: DE
Inventors: Ronald L Spross; William C Paske
Original assignee: NL Industries Inc
Current assignee: NL Industries Inc
Priority date: 1985-08-21
Filing date: 1986-08-19
Publication date: 1987-02-26
Also published as: GB2179455A; NO861800L; FR2586483A1; GB8617368D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schützen einer Magnetometeranordnung vor den Einflüssen von in der Nähe fließenden elektrischen Strömen.The invention relates to a method and a device to protect a magnetometer arrangement from the influences of nearby electrical currents.

Die Verwendung von Magnetometern zum Messen der Anteile des Erdmagnetfeldes ist bekannt. Eine besonders wichtige Anwen dung finden Magnetometer beim Aufzeichnen der Position und Richtung von Bohrlöchern im Erdboden. Dazu wird eine Gruppe von wenigstens drei Magnetometern in einer Sonde zusammen gebaut, um das Erdmagnetfeld in drei zueinander senkrechten Richtungen zu messen. Während normalerweise derartige Anord nungen völlig ausreichend sind, treten dann Schwierigkeiten auf, wenn eine Energieversorgung in der Sonde über die Magne tometer hinaus benötigt wird, was es erforderlich macht, Stromleitungsdrähte vorzusehen, die in unmittelbarer Nähe der Magnetometer verlaufen. Der durch diese Drähte fließende Strom erzeugt ein Magnetfeld, das die Ausgangssignale der Magneto meter beeinflußt. Bisherige Versuche das Auftreten eines der artigen Fehlers zu vermeiden, schließen die Verwendung von abgeschirmten Kabeln oder Koaxialkabel ein. Diese Kabel sind jedoch mit einer Vielzahl von Schwierigkeiten einschließlich der räumlichen Anordnung des abgeschirmten Drahtes oder Kabels in der Sonde und Erdungsproblemen verbunden, was zu einem teilweise unausgeglichenen Strom durch die Segmente der Kabel führt. The use of magnetometers to measure the proportions of the Earth's magnetic field is known. A particularly important application magnetometer when recording the position and Direction of boreholes in the ground. This will be a group of at least three magnetometers in one probe built to the earth's magnetic field in three mutually perpendicular To measure directions. While usually such an arrangement difficulties are sufficient, difficulties then arise on when an energy supply in the probe via the magne tometer is needed, which makes it necessary Provide power line wires that are in close proximity to the Magnetometer run. The current flowing through these wires generates a magnetic field that the output signals of the magneto meter affected. Previous attempts to determine the occurrence of one of the To avoid such errors, exclude the use of shielded cables or coaxial cables. These cables are however with a variety of difficulties including the spatial arrangement of the shielded wire or cable connected in the probe and grounding problems, resulting in a partially unbalanced current through the segments of the cables leads.

Durch die Erfindung werden die Schwierigkeiten der bekannten Anordnung dadurch überwunden, daß ein langgestrecktes durch gehend zylindrisches Element aus einem gleichmäßig starken leitenden Material vorgesehen ist, in dem die Magnetometer anordnung aufgenommen ist und das seinerseits in einem Druck gehäuse einer Sonde elektrisch isoliert angebracht ist. Der leitende Zylinder leitet den Strom gleichförmig an den Magne tometern vorbei, so daß im wesentlichen keine störenden Mag netfelder im Zylinder erzeugt werden. Für die erfindungsge mäße Ausbildung ist es wichtig, daß zwischen der Innen- und der Außenwand des leitenden Zylinders eine Konzentrizität be steht, d. h. daß der Zylinder über seine gesamte Länge eine gleichmäßige Stärke hat. Der leitende Zylinder ist durchgehend ausgebildet, d. h. er weist keine Mündungen oder andere Öffnun gen in der Wand auf und kann offen enden oder gleichmäßig an einem Ende oder beiden Enden konisch oder halbkreisförmig ver jüngt ausgebildet sein. Der leitende Zylinder ist mit einer elektrischen Anschlußeinrichtung versehen, die einen elektri schen Strom gleichförmig an den Zylinder legt und vom Zylinder aufnimmt. Die Magnetometeranordnung sollte im Zylinder in einem Abstand vom nächstgelegenen offenen Ende des Zylinders angeordnet sein, der wenigstens das Dreifache des Zylinder durchmessers beträgt.The invention overcomes the difficulties of the known Arrangement overcome in that an elongated by cylindrical element made of a uniformly strong conductive material is provided in the magnetometer arrangement is included and in turn in one print housing of a probe is attached electrically insulated. The conductive cylinders conduct the current uniformly to the magne tomometer over, so that essentially no annoying mag net fields are generated in the cylinder. For the fiction moderate training it is important that between the interior and the outer wall of the conductive cylinder be concentric stands, d. H. that the cylinder is one over its entire length uniform strength. The conductive cylinder is continuous trained, d. H. it has no mouths or other openings on the wall and can end openly or evenly ver one or both ends conical or semicircular be young. The conductive cylinder is with a electrical connection device provided that an electri current applied uniformly to and from the cylinder records. The magnetometer arrangement should be in the cylinder a distance from the nearest open end of the cylinder be arranged at least three times the cylinder diameter is.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein beson ders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher be schrieben. Es zeigenThe following is a special with the accompanying drawing ders preferred embodiment of the invention be closer wrote. Show it

Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht eine bekannte Sonde, Fig. 1 in a partially sectioned perspective view of a known probe,

Fig. 2 in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht eine Sonde gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und Fig. 2 is a partially sectioned perspective view of a probe according to an embodiment of the invention and

Fig. 3 eine Querschnittsansicht durch die in Fig. 2 dargestellte Sonde. Fig. 3 is a cross-sectional view through the probe shown in Fig. 2.

Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Ausbildung wird zu nächst die bekannte Anordnung beschrieben, um die Schwierig keiten darzustellen, die gemäß der Erfindung überwunden wer den sollen. Bekannte Anordnungen bestehen im allgemeinen aus einer Gruppe von Magnetometern 10, 12, 14, die in einem Druck gehäuse 16 senkrecht zueinander so angeordnet sind, daß sie das Magnetfeld in drei Ebenen anzeigen. Während das normaler weise keine besonderen Schwierigkeiten bereitet, treten dann Probleme auf, wenn ein Strom von einer Energiequelle, beispiels weise von Batterien auf einer Seite der Magnetometer zu elek tronischen Einrichtungen auf der gegenüberliegenden Seite der Magnetometer geleitet werden muß. Das erfolgte bisher dadurch, daß ein Kabel 18 an der Außenseite des Druckgehäuses 16 ange ordnet wird, das von der nicht dargestellten Energiequelle zu den gleichfalls nicht dargestellten elektronischen Einrich tungen führt. Natürlich bewirkt ein einzelner Draht, daß ein Magnetfeld erzeugt wird, wenn Strom über ihn geleitet wird. Wenn das Kabel ein Koaxialkabel oder ein anderes abgeschirmtes Kabel ist, kann jedoch dieses Feld zum Verschwinden gebracht werden, wenn der Rückstrom vollständig entlang der Rückfüh rungsabschirmung fließt. Aufgrund der asymmetrischen Anordnung des Drahtes und der Rückführungsabschirmung bezüglich der Mag netometer und Erdungsproblemen, die zu Mehrfachrückleitungs wegen bei der bekannten Anordnung führen können, bestand bis her immer die Möglichkeit, daß unausgeglichene oder unsymmetri sche Drahtsegmente auftreten, die ein Magnetfeld erzeugen, das ausreicht, um in den Magnetometern zu Fehler zu führen.To explain the training according to the invention, the known arrangement is first described in order to illustrate the difficulties that should be overcome according to the invention. Known arrangements generally consist of a group of magnetometers 10 , 12 , 14 which are arranged in a pressure housing 16 perpendicular to each other so that they display the magnetic field in three planes. While this is normally not particularly difficult, problems arise when a current from an energy source, for example from batteries on one side of the magnetometer, has to be conducted to electronic devices on the opposite side of the magnetometer. So far, this has been done in that a cable 18 is arranged on the outside of the pressure housing 16 , which leads from the energy source, not shown, to the likewise not shown electronic devices. Of course, a single wire causes a magnetic field to be generated when current is passed through it. However, if the cable is a coaxial cable or other shielded cable, this field can be made to disappear if the reverse current flows completely along the return shield. Because of the asymmetrical arrangement of the wire and the return shielding with respect to the magnetometer and grounding problems, which can lead to multiple return lines due to the known arrangement, there has always been a possibility that unbalanced or asymmetrical wire segments occur which generate a magnetic field that is sufficient, to cause errors in the magnetometers.

Gemäß der Erfindung wird diese Schwierigkeit dadurch vermie den, daß ein langgestrecktes durchgehendes zylindrisches Ele ment 20 aus einem gleichmäßig starken leitenden Material vor gesehen ist, das die Gruppe von Magnetometern 22, 24, 26 um schließt und in einem Druckgehäuse 28 über isolierende Ab standseinrichtungen 30 angeordnet ist. Das Druckgehäuse 28 liefert den Rückleitungsweg. Das zylindrische Element 20 ist an beiden Enden mit einer Vielzahl von elektrischen An schlüssen 32, 34 versehen, die über Drähte 36, 38 mit An schlußkästen 40, 42 verbunden sind. Die Drähte 36, 38 bilden einen konischen Käfig, der koaxial vom jeweiligen Ende des Elementes 20 ausgeht. Die Anschlüsse sind vorzugsweise gleich mäßig an den jeweiligen Enden des zylindrischen Elementes 20 beabstandet. Es sei daran erinnert, daß das zylindrische Ele ment 20 durchgehend ist, d. h. keine Löcher oder Öffnungen aufweist, eine gleichmäßige Stärke hat, d. h. konzentrische Innen- und Außenwandflächen hat und keine inneren Blasen oder Oberflächenfehler aufweist, was einzeln oder in Kombination zur Erzeugung eines internen magnetischen Feldes beim Fließen eines Stromes durch das zylindrische Element führen könnte.According to the invention, this difficulty is avoided by the fact that an elongated continuous cylindrical element 20 is seen from a uniformly strong conductive material before, which closes the group of magnetometers 22, 24, 26 and in a pressure housing 28 via insulating spacers 30th is arranged. The pressure housing 28 provides the return path. The cylindrical member 20 is provided at both ends with a plurality of electrical connections 32 , 34 , which are connected via wires 36 , 38 to connection boxes 40 , 42 . The wires 36 , 38 form a conical cage which extends coaxially from the respective end of the element 20 . The connections are preferably evenly spaced at the respective ends of the cylindrical element 20 . It should be remembered that the cylindrical element 20 is continuous, ie has no holes or openings, has a uniform thickness, ie has concentric inner and outer wall surfaces and has no inner bubbles or surface defects, which individually or in combination to produce an internal one magnetic field when a current flows through the cylindrical element.

Es versteht sich, daß der entlang des zylindrischen Elementes bei der erfindungsgemäßen Anordnung fließende Strom gleich mäßig um die Magnetometer herum verteilt ist, so daß kein magnetisches Feld in dem Hohlraum erzeugt wird, der von dem leitenden Element begrenzt wird.It is understood that along the cylindrical element current flowing in the arrangement according to the invention is the same is moderately distributed around the magnetometer, so that no magnetic field is generated in the cavity by that conductive element is limited.

Es sei darauf hingewiesen, daß das zylindrische Element 20 wesentlich länger als die Magnetometeranordnung ist. Vorzugsweise liegen die Magnetometer im Element 20 in einem Abstand von beiden offenen Enden der wenigstens das Dreifa che des Durchmessers des Zylinders beträgt. Das zylindrische Element 20 ist mit einer Vielzahl von elektrischen Anschlüs sen versehen, um eine gleichmäßige Verteilung des Stromes im Element insbesondere in der unmittelbaren Umgebung der Magne tometer sicherzustellen. Die Zuleitungen zu den Anschlüssen sind gleichmäßig bezüglich der Achse des zylindrischen Ele mentes verteilt. It should be noted that the cylindrical element 20 is significantly longer than the magnetometer arrangement. The magnetometers in element 20 are preferably at a distance from both open ends which is at least three times the diameter of the cylinder. The cylindrical element 20 is provided with a plurality of electrical connections to ensure a uniform distribution of the current in the element, in particular in the immediate vicinity of the magnetometer. The leads to the connections are evenly distributed with respect to the axis of the cylindrical element.

Während das Element 20 bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ein offen endender Zylinder ist, können eines oder beide Enden des Elementes entweder halbkreis förmig oder konisch verjüngt ausgebildet sein, und kann dazu ein elektrischer Anschluß verwandt werden, der koaxial mit dem zylindrischen Element verläuft.While element 20 is an open ended cylinder in the preferred embodiment shown, one or both ends of the element may be either semicircular or tapered, and an electrical connection may be used that is coaxial with the cylindrical element.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Magneto meter jeweils als kurze Zylinder dargestellt, die auf einer jeweiligen Achse ausgerichtet sind. Bei der in Fig. 3 dar gestellten Schnittansicht ist die Magnetometeranordnung schematisch in Form eines Blockes dargestellt, um zu zeigen, daß die Magnetometer nicht koaxial im zylindrischen Element angebracht werden müssen. Das Element 20 ist in einem Druck gehäuse 28 angebracht, das beispielsweise aus Edelstahl mit einer Stärke von etwa 2,5 cm besteht. Isolierende Zentrie rungseinrichtungen 30 halten das Element 20 im Druckgehäuse 28.In the illustrated embodiment, the Magneto meters are each shown as short cylinders that are aligned on a respective axis. In the sectional view shown in Fig. 3, the magnetometer arrangement is shown schematically in the form of a block to show that the magnetometers do not have to be mounted coaxially in the cylindrical element. The element 20 is mounted in a pressure housing 28 , which consists for example of stainless steel with a thickness of about 2.5 cm. Insulating centering devices 30 hold the element 20 in the pressure housing 28 .

Das zylindrische Element 20 besteht vorzugsweise aus einem nicht magnetischen Material wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, Messing oder Titan und hat ausreichende Abmessungen, um die Magnetometeranordnung darin in einem Abstand vom offe nen Ende aufzunehmen, der wenigstens gleich dem Dreifachen des Durchmessers des Zylinders ist. Es ist gleichfalls bevor zugt, daß das Druckgehäuse aus nicht magnetischen Materialien besteht.The cylindrical member 20 is preferably made of a non-magnetic material such as aluminum, copper, brass or titanium and is of sufficient dimensions to accommodate the magnetometer assembly therein at a distance from the open end which is at least three times the diameter of the cylinder. It is also preferred that the pressure housing is made of non-magnetic materials.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung eignet sich besonders bei Brunnenbohrungen. Es ist jedoch möglich, die erfindungsgemäße Anordnung in jedem Fall dann zu verwenden, wenn eine Nichtgleichförmigkeit in den Wänden eines Zylinders beispielsweise einer Rohrleitung oder im Kühlrohr eines Dampf generators festgestellt werden soll. In diesem Fall wird das zylindrische Element 20, das die Gruppe von Magnetometern ent hält, in einem geeigneten Transportmechanismus beispielsweise in einem Seilbahnwagen angeordnet und durch den zu prüfen den Zylinder gezogen oder getrieben, während am Zylinder ein Strom liegt. Der im Zylinder fließende Strom bewirkt, daß immer dann ein Magnetfeld erzeugt wird, wenn eine Nichtgleich förmigkeit auftritt, was leicht durch die Magnetometer fest gestellt werden kann.The embodiment of the invention described above is particularly suitable for well drilling. However, it is possible to use the arrangement according to the invention in any case when a non-uniformity is to be determined in the walls of a cylinder, for example a pipeline or in the cooling tube of a steam generator. In this case, the cylindrical element 20 , which contains the group of magnetometers, is arranged in a suitable transport mechanism, for example in a cable car, and is pulled or driven through the cylinder to be checked while there is a current on the cylinder. The current flowing in the cylinder causes a magnetic field to be generated whenever a non-uniformity occurs, which can easily be determined by the magnetometer.

Claims

1. A device for protecting an arrangement of at least one magnetometer from magnetic fields that are generated by elec trical currents in the immediate vicinity of the arrangement, characterized by an elongated continuous cylindrical element ( 20 ) made of a uniformly strong conductive material has means for mounting the magnetometer assembly (22 - 26) - a Wesent Lich greater length than the magnetometer array (26 22) in the cylindrical member (20) and means for passing an electric current through the cylindrical member (20) such that the through the current flowing through the cylindrical element ( 20 ) generates a magnetic field which is substantially zero in the cylindrical element ( 20 ).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the means for conducting an elec trical current through the cylindrical element ( 20 ) comprise a lot of electrical connections ( 32, 34 ), which are uniform around the opposite ends of the cylindrical ele mentes ( 20 ) are distributed around in order to apply the current substantially uniform.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that at least one end of the cylindrical element ( 20 ) is tapered uniformly up to the closure and the means for conducting the electrical current's are coaxially attached to the closed end.

4. The device according to claim 3, characterized indicates that the uniform taper is conical.

5. The device according to claim 3, characterized records that the uniform taper is semicircular is shaped.

6. The device according to claim 1, characterized in that the cylindrical element ( 20 ) has concentri cal inner and outer surfaces.

7. The device according to claim 1, characterized in that the inner and outer surfaces of the cylindrical element ( 20 ) are free of surface defects.

8. The device according to claim 1, characterized in that the cylindrical element ( 20 ) is free of internal defects.

9. The device according to claim 1, characterized in that the cylindrical element (20) has a length sufficient so that the magnetometer assembly (22-26) arranged withdrawn by a distance from the open end who can the, at least three times the Diameter of the cylindrical element ( 20 ).

10. Method of protecting a magnetometer assembly from the influence of magnetic fields caused by neighboring electrical currents are generated, characterized records that the magnetometer arrangement inside an elongated cylinder from a uniform star ken conductive material is arranged in the cylinder Inside a pressure housing is attached and an electri shear current in a first direction through the cylinder is conducted, the current passing through in a second direction the pressure housing flows back, so that through the flow field generated in the cylinder near the magnetometer arrangement voltage is essentially zero.