-
Vorrichtung zur Bestimmung der akustischen Eigenschaften der ein
mit Flüssigkeit gefülltes Bohrloch umgebenden Erdschichten Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der akustischen Eigenschaften der von einem
Bohrloch dnrchschlagenen Gesteine und Erdschicbten.
-
Nach dem Stande der Technik wird ein druckgeschützter Versenkkörper.
an einem. Kabel in das mit Spülflüssigkeit gefüllte Bohrloch hinabgelassen. Während
der Seilfahrt wird von einem in den Versenkkörper eingebauten Schallsender in meist
periodischer Folge ein kurzer Schallimpuls ausgesandt, der über die Spülung in die
Bohrolchwandung eindringt und dort im Gestein entlang dem Bohrloch läuft.
-
Hierbei wird fortlaufend eine Kopfwelle durch die Spülung refraktiert.
Diese Welle wird schließlich in einem doer mehreren Schallempfängern, die in dem
akustisch vom Senderteil getrennten Empfangsteil des Versenkkörpers im Abstand von
etwa 1 m angeordnet sind, in elektrische Impulse zurückverwandelt. Sowohl der gesendete
wie auch der empfangene Impuls werden meist in. Form elektrischer Impulse von dem
erwähnten Kabel znr Erdoberfläche geleitet, und dort wird der zeitliche Abstand
zwischen den einzelnen Impulsen zur Anzeige gebracht. Da die vom Schall durchlaufene
Wegstrecke durch die räumliche Anordnung Sender-Empfänger bekannt ist, erhält man
aus der Zeitmessung damit auch direkt die Werte der Schallgeschwindigkeit in der
angrenzenden Formation.
-
Wie aus dem Dargelegten erkennbar ist, treten Schwierigkeiten auf,
wenn die Schal lgeschvindigkeit in dem umgebenden Gestein gleich groß oder geringer
als die der meist aus Wasser bestehenden Spülfiüssigkeit im Bohrloch wird. Dies
ist insbesondere in den der Erdoberfläche nahen Schichten der Fall. Es beträgt z.
B. die Schallgeschwindigkeit im Wasser etwa 1485 m/s, im Sand etwa. 300 m/s.
-
Es ist schon vorgeschlagen worden, den über tragungsweg der Schallempfänger
für das Zeitintervall der eintreffenden direkten Wasserwellen. zu sperren. Damit
kann man zwar Irrtümer verhindern, ist jedoch nicht in der Lage, die Schallgeschwindigkeit
von Brdformationen zu ermitteln, die gleich oder geringer als die der Spülungsflüssigkeit
ist. Dies ist ein entscheidender Nachteik Man. erhält nämlich. die Laufzeit für
eine Schallwelle von der Erdoberfläche (Bohrlochmund) bis zur jeweiligen Tiefe,
indem man die für diese Strecke aneinandergereihten Intervallgeschwindigkeiten integriert.
Da aber eine Messung der Schichten mit Schallgeschwindkigkeiten gleich oder geringer
als der des Wassers nicht vorhanden ist, fehlt gerade das obere und wegen der geringen
Geschwindigkeiten zeitlich bedeutende Stück der Laufzeitkurve.
-
Erfin dungsgem äß wird vorgeschlagen, den direkten
Schallweg vom Sender
über die Spülflüssigkeit zum Empfängersystem dadurch zw unterbinden, daß zwischen
dem Sender und dem Empfänger ein den Bohrlochquerschnitt an mindestens einer Stelle
ausfüllender, den direkten Schallweg vom Sender über die Spülflüssigkeit zum Empfänger
unterbrechender akustischer Isolator zwischen Sender und Empfänger angeordnet ist.
Dadurch erhält man am Ort des Schallempfängers keine Schallwellen mehr, die direkt
durch die Spülung gelaufen sind.
-
Ein geeigneter akustischer Isolator der insbesondere eine reibungsfreie
Abdichtung bewirkt, besteht z. B. in einem zwischen dem Sender und dem Empfänger
durch ein keramisches Feinporenfilter unter hohem Druck ausströmenden Gasschleier.
Bei günstiger Wahl des mittleren Blasendurehmessers kann man hierdurch Dämpfungswerte
von 30 dB/cm erreichen.
-
Es ist dafür zu sorgen, daß einerseits die Gasbläschen den ringförmigen
Querschnitt zwischen dem Versenkkörper und dem Bohrloch restlos ausfüllen, sich
also nicht vorzeitig in der Bohrlochflüssigkeit lösen, andererseits aber das Lösen
des Gases (Luft) in der Bohrlochflüssigkeit vollständig erfolgt ist, bevor Gasbläschen.
in den Bereich des Senders gelangen, dessen Wirkung sie beeinträchtigen würden.
Da Idie Spülflüssigkeit eine von Fall zu Fall verschiedene Lösungsfähigkeit für
Gase hat, wird vorgeschlagen, den Blasenstrom ersatzweise außer oder statt mit Luft
auch mit Gasen größerer oder geringerer Lösungsfähigkeit, wie z. B. Kohlendioxyd,
Methan od. dgl., zu speisen. Es ist demgemäß ein Merkmal der Erfindung, daß der
Gasschleier aus einem Gas besteht,
das den Lösungseigenschaften
der Bohrlochflüssigkeit angepaßt ist.
-
Der Erfindungsgegenstand ist auf der Zeichnung erläutert; in dieser
sind der Deutlichkeit halber die Größenverhältnisse verzehrt wiedergegeben.
-
Fig. 1 erläutert den Stand der Technik, während Fig. 2 und 3 zwei.
Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes zeigen.
-
Ein Bohrloch 1 hat mehrere Erdschichten 2, 3, 4 durchteuft. An einem
Kabel 16 hängt in dem Bohrloch 1 ein Versenkkörper 5, in dem ein Schallsender 6
und ein Schallempfänger 7 eingebaut sind. Der Verlauf einer Schallwelle 8a geht
vom Sender 6 durch die Spülflüssigkeit 9 zur Schicht 3, in der die Welle entlang
läuft und über die Spülung 9 zum Empfünger 7 eine Kopfwelle refraktiert. Da die
Schicht 3 eine Schallgeschwindigkeit hat, die kleiner als die der Spülflüssigkeit
9 ist, trifft, die Schallwelle 8a zeitlich später am Ort des Empfängers ein als
die Schallwelle 8b, die ihren Weg direkt vom Sender 6 über die Spülung 9 zum Empfänger
7 genommen hat. Da das an der Erdoberfläche 10 angeordnete Zeitmeßgerät 11 jeweils
die Zeit vom Aussenden eines Sendeimpulses bis zum Eintreffen dern ersten Schallwelle
am Empfänger 3 mißt, wird hierbei lediglich die Schallgeschwindigkeit der Spülung
angezeigt.
-
In Fig. 2 ist der Versenkkörper 5 mit der erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Unterdrückung der Schallausbreitung über die Spülung dargestellt. Eine Stahldruckflasche
12 enthält CH4-Gas von z. B. 40 at Druck. Über ein keramisches Feinporenfilter 13
tritt das C H4 rings um den Versenkkörper 5 zwischen Sender 6 und Empfänger 7 radial
aus. Die Blasen erfüllen in ringförmiger Wolke den Bohrlochquerschnitt und bilden
damit einen mit dem Versenkkörper räumlich verbundenen akastischen Isolator 14.
-
Vor Erreichen des Senders 6 löst sich das CH4 in der Spülung 9 atf.-Sinkt
wider Versenkkörper tiefer, so schließt sich das zwischen Filter 13 und Stahldruckflasche
12 befindliche Rückschlagventil 15 beim Zutritt von Spülfiüssigkeit und verhindert
Ideren Eindringen in die Stahldruckflasche 12. Es können auch Mittel vorgesehen
werden, die abhängig von einem elektrischen Schaltkommando ein Schließen des Ventils
15 bewirken.
-
Eine andere Folrm der Verhinderung der Schallausbreitung über die
Spülung ist in Fig. 3 gezeigt.
-
An dem Versenkkörper 5 sind zwischen Sender 6 und Empfänger 7 eine
oder mehrere ringförmige Manschetten 17 angeordnet, die einen mit Zellgummi 18 gefüllten
Innenraum 19 besitzen. Der hydrostatische
Druck der Spülung ist in der Nähe der Erdoberfläche
noch gering, und gerade hier werden fast ausscEließlich Erdschichten mit geringeren
Schallgeschwindigkeiten als der des Wassers angetroffen. Demnach ist die Ausführungsform
nach Fig. 3 gut verwendbar; denn ein Zusammenpressen der Manschette unter dem Wasserdruck
und damit eine Verringerung ihrer schalldämmenden Wirkung braucht hier nicht befürchtet
zu werden.
-
PATENTANSPRCCEIE : 1. Vorrichtung zur Bestimmung der akustischen
Eigenschaften der ein mit Flüssigkeit gefülltes Bohrloch umgebenden Erdschichten
mittels an einer Stelle des Bohrloches gesendeter, voneinander getrennter akustischer
Impulse, die nach dem Laufen durch die Bohrlochflüssigkeit und die Erdschichten
von einem in bestimmtem Abstand von dem Sender angebrachten Empfänger aufgenommen
werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sender (6) und dem Empfänger (7)
ein den Bohrlochquerschnitt an mindestens einer Stelle ausfüllender, den direkten
Schallweg vom Sender über die Spülflüssigkeit zum Empfänger unterbreckender akustischer
Isolator (14, 18) angeordnet ist.