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Verfahren und Anordnung zur Untersuchung von Erdformationen Die Erfindung
betrifft Verfahren und Anordnungen zur Untersuchung der von einem Bohrloch durchquerten
Erdformationen, bei denen in dem Bohrloch plötzlich einsetzende Schallwellenimpulse
erzeugt und erfaßt werden.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß stets, wenn Schallimpulse
einer Impulsquelle mit festem Frequenzspektrum durch Bodenschichten verschiedener
Konsistenz hindurchgeschickt werden, Frequenzänderungen oder, genauer gesagt, Verschiebungen
der vorherrschenden Frequenzen auftreten. Diese Erscheinung beruht darauf, daß die
von den Schallsignalen durchquerten Bodenschichten als Filter wirken, welcher selektiv
einige Komponenten des Schallsenderausganges mehr als andere dämpft. Beispielsweise
ist die sich in einer Formation einer ersten Art, beispielsweise Sand, einstellende
Dämpfung verschieden von derjenigen einer kontrastierenden Formation, beispielsweise
Muschelkalk oder Kreide. Man kann daher, wenn man ein aus Sender und Empfänger bestehendes
Aggregat längs eines Bohrloches verschiebt, aus etwa auftretenden Änderungen im
Frequenzspektrum der empfangenen Signale auf die Eigenschaften der umgebenden Erdformationen
Rückschlüsse ziehen.
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Basierend auf der vorstehenden Erkenntnis wird das neue Untersuchungsverfahren
darin gesehen, daß die Wellenlängen von Schallsignalen eines mit festem Frequenzspektrum
arbeitenden Schallsenders nach dem Durchlaufen der Gesteinsschichten in einem in
konstanter Entfernung vom Sender angeordneten Empfänger in Abhängigkeit von der
Erfassungstiefe gemessen werden. Vorzugsweise wird zur Bestimmung der Wellenlänge
nur eine begrenzte Anzahl von beispielsweise drei Halbwellen der als erste den Empfänger
erreichenden Schwingungen verwendet. Das den zu empfangenden Halbwellen entsprechende
Zeitintervall sollte möglichst kleiner sein als der Abstand zwischen Sender und
Empfänger geteilt durch die Schallgeschwindigkeit in der Bohrlochflüssigkeit.
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Zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens kann eine Anordnung mit
einem Sender und einem Empfänger in fester, räumlicher Beziehung zueinander zum
Hindurchbewegen durch das Bohrloch und einer Einrichtung dienen, welche den Ausgang
des Empfängers mit der Tiefe des Empfängers in Beziehung setzt, wobei dann der Empfänger
auf eine zuvor festgelegte Anzahl von Schwingungen, z. B. drei Halbwellen der empfangenen
Schallwellenimpulse anspricht und die Zeitdauer für diese Anzahl von Schwingungen
anzeigt. Zur Anordnung gehört eine elektrische Schaltung, die die von dem Empfänger
empfangenen akustischen Schwingurigen in elektrische Impulsspitzen gleicher Polarität
derart umwandelt, daß jedem Durchgang der akustischen Schwingung durch die Nullinie
ein elektrischer Impuls entspricht, und die eine stetig ansteigende Spannung derart
erzeugt, daß ihr mit der letzten Impulsspitze zeitlich zusammenfallender Spannungswert
ein Maß für die Wellenlänge der empfangenen Schwingungen bildet. Auch kann ein elektrischer
Meßkreis mit einem an sich bekannten Binärzähler mit Hilfe der stetig steigenden
Spannung die mittlere Wellenlänge der empfangenen Schwingungen messen.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind darauf gerichtet, daß die Amplitude
der stetig ansteigenden Spannung mit Hilfe eines Differenzierkreises und eines Torkreises
gemessen wird, wobei die stetig ansteigende Spannung vorzugsweise bei der ersten
Impulsspitze einsetzt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, die in den Zeichnungen
beispielsweise veranschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein Schema
einer erfindungsgemäßen Untersuchungsanordnung,
Fig. 2 eine Darstellung
von mehreren Spannungswellenzügen, die in der Schaltung der Fig. 1 auftreten, Fig.3
ein Schema einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, Fig.4 ein elektrisches
Schaltbild einer abgewandelten Torschaltung und Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild
einer noch anders ausgebildeten Torschaltung.
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Die in der Fig. 1 dargestellte Sonde 10 enthält an ihrem unteren Ende
einen Sender 11 und am oberen Ende einen Empfänger 12. Die Sonde 10 hängt
an einem Kabel 13 mit einem ersten Kanal 14, über den eine Impulsenergiequelle 15
mit dem Sender 11 verbunden wird. Ein zweiter Kanal 16 des Kabels 13 dient zum Anschluß
des Meßsystems 20. Die aus der Quelle 15 dem Sender 11 zugeführte Impulsenergie
führt zu einer wiederholten Erregung des Senders 11 und damit zur Erzeugung von
scharfen und zeitlich getrennten akustischen Impulsen.
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Die Schallenergie wandert vom Sender 11 zum Empfänger 1.2 sowohl
durch die benachbarten Erdformationen als auch durch die Bohrlochflüssigkeit. Da
in den Erdformationen im allgemeinen höhere Schallgeschwindigkeiten auftreten als
in Flüssigkeiten, trifft die durch die Erdformationen wandernde Schallenergie im
allgemeinen als erste am Empfänger 12 ein, um dann dort zu Angaben ausgewertet zu
werden, die allein von den akustischen Eigenschaften der Erdformationen abhängen.
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In Fig. 2 A ist die empfangene Energie als komplexer Wellenzug dargestellt,
welcher die Summe aller Wellen enthält, die auf irgendwelchen Wegen vom Sender 11
zum Empfänger 12 gelangen. Gleichzeitig mit der Erzeugung eines Schallimpulses im
Sender 11 wird dem Kanal 16 eine Zeitmarke oder ein Anfangsimpuls
21 zugeführt. Dieser Impuls 21 kann in nachfolgend zu beschreibender Weise zu Steuerzwecken
verwendet werden.
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Das Hauptinteresse für die vorliegende Erfindung liegt bei den ersten
wenigen Schwingungen des Wellenzuges 22, welche mit einem gestrichelten Kreis B
umgeben und in vergrößerter Form in Fig. 2 B dargestellt sind. Diese empfangene
Energie gemäß Wellenzug B hat gegenüber der Nullachse 23 relativ große Amplituden.
Je nach dem Anschluß des Empfängers 12 an den Meßkreis 20 kann die erste Auswandung
gegenüber der Nullachse positiv oder negativ sein. Es ist hier in der zeichnerischen
Darstellung angenommen, daß zunächst eine negative Auswanderung 24 erscheint. Auf
diese erste negative Auswanderung 24 folgen weitere Schwingungen mit größerer Amplitude
und anderen Frequenzen, die von der Belastung des Senders 11 durch die Bohrlochflüssigkeit
und die benachbarten Formationen, von der Art der Erregung und der Dämpfung zwischen
Sender 11 und Empfänger 12 abhängen. Es konnte festgestellt werden, daß die
Frequenz dieser Signale wenigstens teilweise von den Eigenschaften der Erdformation
bestimmt wird. Die Erfindung befaßt sich daher zunächst mit der Messung der mittleren
Frequenz der ersten wenigen Schwingungen des empfangenen Wellenzuges 22. Bei der
Anordnung der Fig. 1 wird das Zeitintervall 26 gemessen, welches gleich der
Summe der Zeitdauer der ersten drei Auswanderungen des Wellenzuges 22 ist.
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Das Signal 22 wird vom Empfänger 12 über den Kanal 16 dem Verstärker
und Begrenzer 30 zugeführt, an dessen Ausgang eine Rechteckwelle entsteht,
wie sie in Fig. 2 C dargestellt ist. Der Verstärker 30 kann in bekannter Weise ausgebildet
sein, um durch hohe Verstärkungen steile Nulldurchgänge zu erzeugen. Nach einer
Beschneidung der entstehenden Signale erhalten diese eine rechteckige Gestalt. Die
Rechteckwellen gemäß Fig. 2 C werden über den Kondensator 29 dem Eingang einer Torschaltung
zugeführt. Der Kondensator 29 hat vorzugsweise eine große Kapazität und ist für
eine niedrige Arbeitsfrequenz vorgesehen, damit seine Ladung während des Meßvorganges
möglichst keine Änderung erfährt. Die am Kondensator 29 angeschlossene Torschaltung
enthält eine Triode 31 und eine als Diode geschaltete Triode 32. Ferner gehören
zur Torschaltung zwei Reihenwiderstände 33, 34 und ein Ausgangswiderstand 35. Der
Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 34 und 35 ist mit dem Differenzierkreis
36 verbunden. Das untere Ende des Widerstandes 35 liegt an Erde.
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Die Kathode der Diode 32 ist geerdet und ihre Anode mit dem Verbindungspunkt
der Widerstände 33 und 34 und der Kathode der Röhre 31 verbunden. Die Anode der
Röhre 31 ist über den Widerstand 37 mit der positiven Klemme einer geeigneten Spannungsquelle
verbunden, die hier in der Zeichnung als Batterie 38 dargestellt ist. Das Gitter
der Röhre 31 ist über den Widerstand 39 mit der positiven Klemme der Batterie 38
und über den Kondensator 40 mit der Anode einer Steuerröhre 41 verbunden. Die Anode
der Röhre 41 ist über den Widerstand 42 an die positive Spannungsquelle B+ angeschlossen
und mit ihrer Kathode geerdet. Der Gitterkreis ist mit Hilfe der Batterie 43 so
vorgespannt, daß die Röhre normalerweise nichtleitend ist.
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Die Vorspannung am Gitter der Röhre 31 ermöglicht einen relativ großen
Röhrenstrom, der dann über die Röhre 32 zur Erde abfließt. Durch den großen Stromfluß
kann das Signal aus dem Verstärker 30 am Ausgangswiderstand 35 keine
merkliche Spannungsänderung hervorrufen.
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Wenn die Röhre 41 Strom führt, liegt deren Anode an geringerer Spannung
als bei Nichtfließen eines Röhrenstromes. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß die
Anodenspannung so gering ist, daß die Triode 31 keinen Strom führen kann. In diesem
Falle erscheinen die negativen Teile des Wellenzuges gemäß Fig. 2 C am Ausgangswiderstand
35, während die positiven Halbwellen von der Diode 32 abgeschnitten werden.
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Das zum Differenzierkreis 36 geleitete Signal hat die in Fig. 2D dargestellte
Form. Die positiven Halbwellen des Wellenzuges der Fig. 2C sind abgeschnitten, so
daß nur die negativen Halbwellen verbleiben. Der Kreis 36 enthält einen Differentiator
und einen Vollwellen-Gleichrichter, der in üblicher Weise ausgebildet sein kann,
um an seinem Ausgang eine Reihe von negativen Spannungspitzen oder Impulsen zu erzeugen,
die zeitlich mit den Nulldurchgängen des Wellenzuges der Fig. ZB zusammenfallen.
Diese negativen Impulse, die in Fig.2E dargestellt sind, werden über den Kondensator
48 und die Widerstände 49 und 50 den Anoden eines ersten dekadischen Zählwerkes
51 zugeführt. Da der Aufbau und die Arbeitsweise von dekadischen Binärzählern T
allgemein bekannt ist, wird deren Schaltung hier nicht näher beschrieben. Es sei
jedoch kurz erwähnt, daß das Gitter des ersten Triodensystems 52 über die Impedanz
53
geerdet und das Gitter des zweiten Triodensystems 54 über die Impedanz
55 mit der Ausgangsklemme 56 eines Rückstellkreises verbunden ist.
Die Anode des ersten Röhrensystems 52 ist über die Kondensatoren 57 und 58
mit den Steuergittern der zweiten Zählerstufe 60 verbunden. Der Zähler 60
entspricht im Aufbau dem Zähler 51; sein Eingangsgitter ist über die Impedanz
61 geerdet, während das Gitter der Ausgangsstufe über die Impedanz
62 mit der Klemme 56 des Rückstellkreises verbunden ist. Die Anode der Eingangsstufe
ist über die Leitung 63 mit der Eingangsklemme 64 des Rückstellkreises und über
die Leitung 65 mit der Eingangsklemme 66 eines monostabilen Multivibrators 67 verbunden.
Ein zweiter Eingang 68 des Multivibrators 67 ist über eine Leitung
69 mit dem Kanal 16 verbunden, während der Ausgang des Multivibrators
67 über die Leitung 69 a zum Eingangsgitter der Steuerröhre 41 führt.
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Die soweit beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt: Zum Zeitpunkt
70 beim Eintreffen des empfangenen Wellenzuges gemäß Fig. 2 B schaltet die
Spannung im Kanal 16 - den monostabilen Multivibrator 67 vom stabilen Schaltzustand
zum instabilen Schaltzustand um, so daß die Spannung am Gitter der Röhre
41 ansteigt, die Röhre 41 leitend wird und dann die Spannung am Gitter
der Röhre 31 abfällt. Durch diese Schaltwirkung wird die Röhre 31 gesperrt, so daß
die Signale durch die mit den Röhren 31 und 32 ausgelegte Torschaltung hindurchgehen
können. Das Signal gemäß Fig. 2 B wird ferner zum Verstärker 30 geleitet, wo es
rechteckig geformt und begrenzt wird, so daß es am Ausgang eine Wellenform hat,
wie sie die Fig. 2 C zeigt. Dieser Wellenzug geht durch die Torschaltung hindurch,
wo die positiven Halbwellen abgeschnitten werden, während die negativen Halbwellen
dem Differenzierkreis 36 zugeführt werden. Im Differenzierkreis kommt es zu einer
Differenzierung der Halbwellen und einer Gleichrichtung, wodurch dann negative Spitzen
entstehen, wie sie in Fig. 2 E dargestellt sind.
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Die erste Spitze 71 gemäß Fig. 2 E schaltet die normalerweise leitende
Röhre 52 aus und zündet die Röhre 54. Der zweite Impuls 72 schaltet die Röhre 54
aus und macht die Röhre 52 wieder leitend.
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Damit entsteht an der Anode der Röhre 52 ein negativer Impuls, der
über den Kondensator 58 dem Gitter der zweiten Röhre des Zählers 60 zugeführt wird,
um diese Röhre leitend und die erste Röhre des Zählers 60 nichtleitend zu
machen. Ein dritter Impuls 73 löscht die Röhre 52 und bringt die Röhre 54 zum Leiten.
Ein vierter Impuls 74 löscht die Röhre 54 und bringt die Röhre 52 zum Leiten,
so daß von der Anode der Röhre 52 über den Kondensator 57 dem Gitter der ersten
Stufe des Zählers 60 ein negativer Impuls zugeführt wird. Hierdurch wird
die zweite Stufe des Zählers 60 ausgeschaltet und an der Anode der zweiten
Stufe ein positiver Impuls und an der Anode der ersten Stufe ein negativer Impuls
erzeugt. Der letzterwähnte negative Impuls wird zur Rückstellung des Zählers über
die Leitung 63 weitergegeben, um die ersten Stufen der Zähler 51 und
60
wieder leitend zu machen. Der gleiche Impuls wird auch über die Leitung
65 dem monostabilen Multivibrator 67 zugeführt, der dann plötzlich wieder in seinen
stabilen Schaltzustand kommt. Damit wird die Röhre 41 gesperrt und die Röhre
31 wieder leitend gemacht. Die auf den Impuls 74 folgenden Teile des
Wellenzuges gemäß Fig. 2B können dann nicht mehr in den Zähler gelangen.
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Es sei aber noch erwähnt, daß der Ausgang des Differenzierkreises
36 über die Leitung 82 mit der Steuerklemme 83 des Funktionsgenerators 84 verbunden
ist. Der erste Impuls 71 gemäß der Fig. 2 E dient zum Einschalten des Funktionsgenerators
84. Dieser Funktionsgenerator erzeugt vorzugsweise eine vom Zeitpunkt 71 an steigende
Spannungsfunktion gemäß Fig. 217, deren Anstiegzeit wesentlich größer ist als die
Zeit, in der die ausgewählte Anzahl von empfangenen Impulsen auftritt. Der Ausgang
des Funktionsgenerators 84 führt zu einem Begrenzer, der aus der mit einem
Kondensator 90a in Reihe geschalteten Doppeltriode 90 besteht. Bei dieser Doppeltriode
ist die Anode des ersten Triodensystems mit der Kathode des zweiten Triodensystems
verbunden. Die Kathode des ersten Triodensystems ist mit der Anode des zweiten Triodensystems
verbunden. Eine im Gitterkreis des ersten Systems liegende Batterie 91 hält das
erste System normalerweise gesperrt. Eine im Gitterkreis des zweiten Systems liegende
Batterie 92 hält auch das zweite System normalerweise gesperrt. Die in den Gitterkreisen
liegenden Transformatorwicklungen 93 und 94 des ersten bzw. zweiten Systems werden
über magnetische Kopplungen, die mit den gestrichelten Linien 95 und 96 angedeutet
sind, von dem Sperrschwinger 81 erregt.
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Zusammen mit der Impulsspitze 74 erscheint an der Anode der zweiten
Stufe des Zählers 60 ein positiver Impuls, der über die Leitung
80 dem Sperrschwinger 81 zugeführt wird. Hier entsteht in einem Magnetkern
des Sperrschwingers 81, welch ersterer auch die Wicklungen 93 und 94 trägt,
ein resultierender Impuls, welcher zum Zeitpunkt der Impulsspitze 74 (Fig. 2 E)
einen momentanen Stromfluß durch das Doppeltriodensystem ermöglicht, so daß der
Funktionsgenerator 84 den Kondensator 90 a aufladen kann. Der Kondensator
90a wird auf eine Spannung aufgeladen, die der Größe der Funktion 85 bei
Auftreten der Impulsspitze 74 entspricht. In Fig. 217 ist diese letzterwähnte Spannung
mit dem Bezugszeichen G versehen. Die Spannung G ist unmittelbar dem Zeitintervall
26 der Fig. 2 B proportional. Die Spannung am Kondensator 90 a wird mit der
Aufzeichnungsvorrichtung 90b festgehalten. Das Aufzeichnungsblatt wird über eine
mechanische Kupplung 90 c von der Laufrolle 90 d angetrieben, welche das Kabel 13
beaufschlagt.
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Im Betrieb wird die Sonde 10 längs des Bohrloches bewegt, und es werden
die zuvor beschriebenen Arbeitsgänge in verschiedenen Tiefen wiederholt, um das
Doppeltriodensystem 90 in Abhängigkeit von jedem empfangenen Impuls leitend
zu machen und die Ladung des Kondensators 90 a nachzuregeln, so daß diese
Ladung stets dem Zeitintervall einer ausgewählten Anzahl von Halbwellen des empfangenen
Wellenzuges 22 gegenüber der Nullinie unmittelbar proportional wird. Es ist
offensichtlich, daß eine beliebige Anzahl von Halbwellen des empfangenen Wellenzuges
zur erfindungsgemäßen Messung verwendet werden kann. Zum Zwecke der Erläuterung
ist hier von drei Halbwellen oder vier Nulldurchgängen ausgegangen.
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Im allgemeinen ist es vorzuziehen, die auf die Erzeugung eines Schallimpulses
folgende Zeit, in der die Messung durchgeführt wird, zu begrenzen, damit
diese
Messungen nicht durch Schallenergie beeinträchtigt werden, die durch die Bohrlochflüssigkeit
hindurchwandert. Das Zeitintervall, welches die Energie benötigt, um den Empfänger
über die Bohrlochflüssigkeit zu erreichen, läßt sich dadurch berechnen, daß man
das Verhältnis von Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit mit dem Abstand zwischen
Sender 11 und Empfänger 12 in Beziehung setzt.
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An Stelle des Funktionsgenerators 84 können auch andere Generationen
treten, die keine linear ansteigende Spannung erzeugen. Maßgeblich ist allein, daß
die Grenzen des zu messenden Zeitintervalls durch die Impulsspitzen 71, 74 (Fig.
2E) festgelegt werden, welche als Steuerimpulse über die Leitungen 82 und 80 zugeführt
werden.
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Bezüglich der Störgeräusche wurde bei der vorstehenden Beschreibung
von einem Idealzustand ausgegangen. Wie die Fig. 2A zeigt, ist der Empfängerkanal
16 in dem Intervall zwischen der Erzeugung eines jeden Schallimpulses 21 durch den
Sender 11 und dem Empfang der Impulsfolge 22 durch den Empfänger 12 frei
von Störgeräuschen. Die Praxis kann dagegen erweisen, daß auch Störgeräusche die
Schaltung der Fig. 1 in Betrieb setzen können, so daß die ersten wenigen Schwingungen
einer Störenergie gezählt werden. Solche Fehlmessungen kann man dadurch vermeiden,
daß man einen besonderen Diskriminator 99 vorsieht, welcher auf Störgeräusche anspricht
und nur dann eine Signalübertragung zur Meßschaltung 20 ermöglicht, wenn die Störgeräusche
in dem Intervall zwischen dem Impuls 21 und dem empfangenen Wellenzug 22 unter einem
zuvor festgelegten Pegel liegen.
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Die Fig. 3 erläutert eine andere Ausführungsform der Erfindung. Hier
wird in vorbestimmter Entfernung S vom Empfänger 101 eine Sprengladung 100 angeordnet.
Die Sprengladung 100 wird mit dem Zündgerät 102 gezündet und erzeugt Schallwellen,
die durch die Bohrlochflüssigkeit und dieumgebenden Erdformationen zum Empfänger
101 gelangen. Der Empfänger 101 ist über den Signalkanal 103 mit einem Verstärker
104 verbunden, dessen Ausgang mit einem Galvanometer 105 in Verbindung steht. Zwischen
der Zündeinrichtung 102 und dem Verstärker 104 befindet sich ein Synchronisierkanal
106, der letztlich die Aufzeichnung der Signale aus dem Empfänger 101 steuert. Das
von einer Lichtquelle 107 kommende Licht wird auf das Spiegelgalvanometer 105 gerichtet,
von dort auf ein Aufzeichnungsblatt 108 geworfen und dort in bekannter Weise
registriert, so daß die zeitlichen Änderungen der vom Empfänger 101 aufgenommenen
Signale aufgezeichnet werden. Das Aufzeichnungsblatt 108 enthält mehrere
Aufzeichnungsbeispiele. Die erste Kurve 110 gibt die empfangenen Signale in geringer
Tiefe wieder. Die übrigen Kurven 111, 112. 113 usw. zeigen die empfangenen Signale,
wenn sich der Empfänger 101 und die im Abstand S davon angeordnete Sprengkapsel
in stetig größeren Tiefen befinden. Durch Aufzeichnung der erfaßten Wellenzüge lassen
sich die Auswanderungen gegenüber der Nullinie leicht erkennen. Einander zugeordnete
Auswanderungen kann man durch Auszählen Nulldurchgänge kenntlich machen und beispielsweise
mit der gestrichelten Linie 114 verbinden.
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Auf diese Weise erhält man auf graphischem Wege eine Funktion der
Bohrlochformationen und eine AnzeigeüberdieVerschiebungenvonBodenschichten. Die
Aufzeichnung auf dem Blatt 108 können automatisch mit der Anordnung der Fig. 1 erhalten
werden. Das an Hand der Fig. 3 erläuterte Verfahren erfordert es jedoch, daß man
die Wellenzüge untersucht, um die entsprechenden Punkte für die vorbestimmte Anzahl
von Halbwellen mit der Hand zu verbinden.
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Abweichend hiervon kann auch jeder vom Empfänger 101 gewonnene Wellenzug
auf einem Kathodenstrahloszilloskop dargestellt und auf photographischem Wege festgehalten
werden. Das Untersuchungsergebnis wird dann dadurch gewonnen, daß man auf manuellem
Wege auf diesen Photographien das von einer ausgewählten Anzahl von Halbwellen benötigte
Zeitintervall ausmißt und dann dieses Zeitintervall an entsprechenden Punkten einer
Tiefenskala aufträgt. Auch diese Aufzeichnung kann gemäß Fig. 1 vollständig automatisch
oer auch gemäß Fig. 3, wie zuvor beschrieben, manuell ausgeführt werden, wobei in
jedem Falle die gewonnene Aufzeichnung eine Funktion der Frequenz des empfangenen
Wellenzuges ist.
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Die Fig. 4 zeigt eine anders ausgebildete Torschaltung, die in einigen
Fällen der Torschaltung gemäß Fig.1 mit den Röhren 31 und 32 überlegen sein kann.
In der Fig. 4 sind Bauelemente mit ähnlichen Funktionen mit gleichen Bezugszeichen
wie in der Fig. 1 belegt, wobei jedoch zur Unterscheidung der Index »a« angefügt
ist.
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Das Signal aus dem Verstärker 30a wird über den Widerstand 33
a den Dioden 31 a und 32 a zugeführt. Die Anode der Diode 31a ist
über den Widerstand 37 a mit der positiven Spannungsquelle B -I- verbunden, während
die Kathode mit der Anode der Diode 32a verbunden ist. Die Kathode der Diode 32a
liegt über den Widerstand 32b an Erde. Die Kathode der Röhre 31 a ist über
den Widerstand 34 a mit einer Ausgangsklemme verbunden, die über die Impedanz
35 a an Erde liegt. Die Steuertriode 41 a ist mit ihrer Kathode
über den Kondensator 41 b mit der Kathode der Röhre 32 a verbunden. Die Anode der
Röhre 41 a steht über dem Kondensator 41 c mit der Anode der Diode 31 a in Verbindung.
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Diese Torschaltung arbeitet wie folgt: Wenn die Röhre 41a leitend
ist, haben die Dioden 31a, 32a eine hohe Impedanz, so daß die Signale den Torkreis
passieren und am Ausgangswiderstand 35a erscheinen. Ist die Röhre 41 a dagegen
nichtleitend, haben die Dioden im Vergleich mit den Widerständen 33 a und 34a eine
geringe Impedanz, um die Signale aus dem Verstärker 30 a kurzzuschließen.
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Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß der Wellenzug D gegenüber dem Wellenzug
gemäß Fig. 2C nur halb so große Amplituden hat. Die Verwendung der Torschaltung
der Fig.4 vermeidet diese Verminderung der Signalamplitude, so daß in dieser Beziehung
die Torschaltung der Fig. 1 mit den Röhren 31 und 32 mit geringerem Wirkungsgrad
arbeitet als die Schaltung der Fig. 4.
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Bei der Durchführung des Verfahrens wird eine Reihe von gleichartigen
Schallimpulsen erzeugt, damit in den Erdformationen neben einem Bohrloch Schallfelder
entstehen. An jedem einzelnen einer Mehrzahl von Meßpunkten des Bohrlohes werden
die Schallfelder untersucht. Bei jedem Eintreffen eines solchen Schallfeldes an
einem vorgegebenen Punkt des Bohrloches wird eine Funktion erzeugt, deren Größe
sich in Abhängigkeit von der Zeit ändert. Die Größe dieser Funktion wird am Ende
einer vorbestimmten Anzahl von Schallschwingungen des Schallfeldes gemessen
und
zu diesem Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Tiefe des Meßpunktes aufgezeichnet.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es besonders
erwünscht, daß die Schallenergie, die vom Sender 11 unmittelbar über die Bohrlochflüssigkeit
zum Empfänger 12 gelangt, die Messung nicht merklich beeinflussen kann. Da die Schallgeschwindigkeit
in den Erdformationen im allgemeinen größer als in der Flüssigkeit ist, können unerwünschte
Störungen durch zeitliche Beschränkungen ausgeschlossen werden. Die Erzeugung der
Steuerimpulse, beispielsweise der Impulsspitzen 71 bis 74, wird daher auf das Zeitintervall
beschränkt, welches unmittelbar auf die Erzeugung der Schallimpulse folgt. Dieses
Zeitintervall ist gleich dem Abstand zwischen Sender 11 und Empfänger 12 geteilt
durch die Schallgeschwindigkeit in der Bohrlochflüssigkeit.
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Bei der vorstehenden Beschreibung wurde davon ausgegangen, daß die
Funktion 85 gemäß Fig. 2 eine linear anwachsende Spannung ist. In ähnlicher Weise
kann auch eine Folge von Impulsen eine linear anwachsende Funktion sein, wenn sich
bei dieser innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls das Vorzeichen der Steigung
nicht ändert.
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Bei der vorstehenden Beschreibung wurde auch davon ausgegangen, daß
die Impulsspitzen 71 bis 74 gleichzeitig mit den Nulldurchgängen einer Schwingung
am Ausgang des Empfängers 12 erzeugt werden. Die Frequenzen der empfangenen Signale
können aber auch dadurch untersucht werden, daß man die Steuerimpulse in zeitlicher
Übereinstimmung mit den Spitzen und Tiefpunkten des empfangenen Wellenzuges erzeugt.
Verwendet man die Nulldurchgänge, läßt sich der Übergang von positiver zur negativen
Spannung erfassen. Verwendet man dagegen die Spitzen und Tiefpunkte, kann man die
Änderung der Steigung von positivem zu negativem Wert oder umgekehrt erfassen. Durch
geeignete Differentiationen vor dem Beschneiden und Gleichrichten der empfangenen
Signale lassen sich dann in Abhängigkeit von den Steigungsänderungen Steuerimpulse
erzeugen.
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Die Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Torkreises mit
Differentiator und Vollweg-Gleichrichter 36; auch diese Ausführungsform kann in
verschiedenen Fällen vorteilhaft sein. Die der Fig. 4 entsprechenden Schaltelemente
der Fig. 5 tragen gleiche Bezugszeichen mit dem Zusatz »d«.
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Das Signal aus dem Verstärker und Begrenzer 30 d gelangt zum Differentiator
und Vollweg-Gleichrichter 36d. Der Ausgang des Kreises 36d gelangt über den Kondensator
29 d zu der von den beiden Dioden 31 d und 32 d gebildeten Torschaltung. Hierbei
ist der Kondensator 29 d an dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode
31d und der Anode der Diode 32d über einen Vorwiderstand 33d angeschlossen. Der
letzterwähnte Verbindungspunkt steht auch über den Kondensator 134 d und
den Reihenwiderstand 134 mit der Eingangsklemme 34 b des Binärzählers in Verbindung.
Die Diode 32 d liegt über den Widerstand 32e an Erde. Die Anode der Diode 31 d ist
über den Widerstand 37 d an die positive Spannungsklemme angeschlossen.
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Die Anode der Röhre 31d ist ferner über den Kondensator 41d mit der
Anode der Triode 141 verbunden. Die Kathode der Röhre 32d ist über den Kondensator
132 mit der Kathode der Röhre 141 gekoppelt. Die Röhre 141 ist eine Steuerröhre,
deren Anode über den Widerstand 42d an einer positiven Spannungsquelle angeschlossen
ist. Die Kathode der Röhre 141 ist über den Widerstand 142 geerdet. Das Gitter der
Röhre 141 ist mit der zwischen Gitter und Erde liegenden Batterie 143 derart vorgespannt,
daß die Röhre 141 normalerweise gesperrt ist und genauso arbeiten kann wie die Röhre
41 der Anordnung gemäß Fig. 1. Wenn die Röhre 141 gesperrt ist, ermöglichen die
Spannungen an der Anode der Röhre 31 d und der Kathode der Röhre 32d einen
Stromfluß durch die Dioden 31d und 32d von der positiven Spannungsquelle zur Erde.
Dieser große Strom sorgt dafür, daß die Signale aus dem Kreis 36d an der Ausgangsimpedanz
35d der Torschaltung merkliche Spannungsänderungen hervorrufen können.
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Wenn die Röhre 141 leitend ist, liegt ihre Kathode auf höherem positivem
Potential und hat ihre Anode ein tiefer liegendes Potential, als wenn diese Röhre
gesperrt ist. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß Spannungsänderungen an der Anode
der Röhre 141 groß genug sind, um die Arbeitskennlinien der Dioden 31 d und 32 d
zu ändern. Hierbei können bei leitender Röhre 141 die Dioden 31 d und 32 d sperren,
damit am Ausgangswiderstand 35 d scharfe Spannungsspitzen erscheinen, wie
sie in der Fig. 2E dargestellt sind. Diese Spannungsspitzen entstehen durch Differentiationen
und Vollwellen-Gleichrichtung in dem Kreis 36d. Die Bauelemente des Kreises 36d
können in bekannter Weise so bemessen sein, daß die über den Kondensator 29d übertragenen
negativen Spannungsspitzen in zeitlicher Übereinstimmung mit den Durchgängen des
Wellenzuges durch die Nullachse 23 der Fig. 2 B auftreten. Diese negativen, in Fig.
2E dargestellten Spannungsspitzen werden über den Kondensator 48 den Anoden eines
ersten dekadischen Zählwerks zugeführt.