DE1178613B - Bohrlochuntersuchungssystem mit mindestens zwei akustischen Schwingungsübertragern. - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: GOIc

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 42 c - 42

S 50267 IXb/42 c
6. September 1956
24. September 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein akustisches Bohrlochuntersuchungssystem und insbesondere auf Anordnungen zur Halterung und Führung von Schwingungsübertragern in einem vorbestimmten Abstand zueinander nach dem Hauptpatent 1047 459, das ein Bohrlochuntersuchungssystem mit mindestens zwei Schwingungsübertragern (Sender und Empfänger), die mittels einer ein akustisches Filter bildenden mechanischen Konstruktion miteinander verbunden sind, betrifft. Dieses akustische Filter ist für Wellen oberhalb einer vorgegebenen Frequenz nicht durchlässig; der Empfänger ist mit einem elektrischen Filter versehen, welches nur für Frequenzen oberhalb der genannten vorgegebenen Frequenz durchlässig ist. Dadurch kann keine merkliche direkte Übertragung akustischer Energie von einem Senderübertrager zu ein oder mehreren Empfängerübertragern stattfinden. Ein Fluß akustischer Energie von dem Sender zu den ein oder mehreren Empfängern kann daher im wesentlichen nur auf dem Wege über die dem Bohrloch benachbarten Formationen erfolgen.

Das akustische Filter nach dem Hauptpatent besteht aus einem zwischen den beiden Schwingungsübertragern gelegenen Träger, zweckmäßig in Form von Stangen, Röhren oder einer Hülse, und einer Mehrzahl von Gewichten, die an dem Träger in Abständen angeordnet sind, welche kurz im Verhältnis zu der von dem Sender erzeugten Wellenlänge sind. Der Träger ist starr ausgebildet und an seinen Enden mit den dadurch in festem Abstand voneinander gehaltenen Übertragern verbunden. Die Gewichte können aus einer Mehrzahl von Scheiben bestehen, die koaxial zur Längsachse des Trägers angebracht sind. Die erforderlichen elektrischen Zuleitungen werden z. B. durch die den Träger bildenden Röhren geführt.

Das Bohrlochuntersuchungssystem gemäß dem Hauptpatent weist zahlreiche Vorzüge gegenüber den bis dahin bekanntgewordenen Einrichtungen auf. Jedoch hat sich herausgestellt, daß der Fluß akustischer Energie von einem Sender über die Kupplungseinrichtung zu einem Empfänger noch weiter herabgesetzt werden kann, sofern gemäß der Erfindung der Träger aus einem langgestreckten biegsamen Glied besteht und die Gewichte mit Bezug auf die Masse der Trägerabschnitte zwischen ihnen so abgestimmt sind, daß praktisch keine akustische Energie durch den Träger übertragen wird. Das langgestreckte biegsame Glied der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht vorzugsweise aus einem schraubenförmig gewickelten Metallkabel.

Bohrlochuntersuchungssystem mit mindestens
zwei akustischen Schwingungsübertragern

Zusatz zum Patent: 1047459

Anmelder:

Socony Mobil Oil Company, Inc.,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. E. Wiegand, München 15, Nußbaumstr. 10,

und Dipl.-Ing. W. Niemann, Hamburg 1,

Patentanwälte

Als Erfinder benannt:

Gerald Clifton Summers, Dallas, Tex.,

Wilton Gravley, Carollton, Tex. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 13. Februar 1956

(565 204)

An diesem Metallkabel ist eine Mehrzahl von Gewichten angebracht, deren Masse groß ist im Vergleich zur Masse einer entsprechenden Länge des Kabels; die Gewichte sind im Abstand voneinander angeordnet und bilden eine akustische Sperre zwischen jedem Gewicht und dem dazwischenliegenden Kabel.

Es wurde gefunden, daß eine solche Anordnung den Fluß akustischer Energie vom Sender zum Empfänger durch einen Absorptionsprozeß vielmehr zerstreut und vernichtet als filtriert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein langgestreckter hohler Kautschukmantel flüssigkeitsdicht an jedem seiner Enden mit einem der Übertrager verbunden; die Querschnittsabmessungen der Gewichte sind annähernd gleich dem Innendurchmesser des Mantels; der Hohlraum zwischen dem langgestreckten biegsamen Glied, den Gewichten und der Innenwand des Kautschukmantels ist vollständig mit einer Flüssigkeit gefüllt, wobei die Flüssigkeit und der Kautschukmantel vorzugsweise gleiche Druckkoeffizienten haben. Zweck-

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mäßig ist am unteren Ende des Bohrlochuntersuchungsgeräts ein Gewicht angeordnet, das den im Bohrloch auftretenden Kräften, welche den Abstand zwischen den Übertragern zu kürzen suchen, entgegenwirkt und das langgestreckte biegsame Glied bzw. Kabel ständig unter Spannung hält.

Vorzugsweise ist jeder Schwingungsübertrager mit einem konisch geformten Endglied mit einer axialen Öffnung versehen und das langgestreckte biegsame Kabel mit seinen Enden in der betreffenden öffnung lösbar befestigt. Die erforderlichen elektrischen Leitungen können mit ihren Enden in Kopfstücken, welche ebenfalls in den axialen Öffnungen der Endglieder liegen, befestigt sein und parallel zu dem langgestreckten Kabel durch den Hohlraum im Kautschukmantel kufen. Diese Ausbildung ermöglicht, das biegsame Kabel, die Gewichte und die elektrischen Leiter zusammen als eine Einheit in den isolierenden Kautschukmantel einzusetzen und wieder herauszuziehen. Demgemäß kann bei der Herstellung ein verhältnismäßig billiges dickwandiges Gummirohr mit den konischen Endgliedern verbunden, das Kabel mit den Gewichten und Leitern eingesetzt und das System zur Fertigstellung mit der Flüssigkeit gefüllt werden. Die gute Zugänglichkeit erleichtert die Handhabung bei eventuell erforderliehen Reparaturen im Bohrfeld und schafft Spielraum für Änderungen der Leitungsverbindungen.

Bei dem Bohrlochuntersuchungssystem gemäß der Erfindung ist ein äußeres elektrisches Filter, wie es bei dem Bohrlochuntersuchungssystem gemäß dem Hauptpatent verwendet wird, nicht erforderlich.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Beispieles weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine mögliche Betriebsweise eines Bohrlochuntersuchungssystems gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt, teilweise im Schnitt, das obere Ende eines Bohrlochuntersuchungsgeräts mit einer vorzugsweisen Ausführungsform einer Kupplungseinrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 3 ist eine Schnittansicht eines Mittelteiles der Kupplungseinrichtung;

F i g. 4 zeigt, teilweise im Schnitt, das untere Ende einer bevorzugten Kupplungseinrichtung in Verbindung mit einem Teil des Unterabschnitts des Bohrlochuntersuchungsgeräts.

F i g. 1 zeigt ein akustisches Bohrlochuntersuchungssystem 9 mit einer akustisch isolierenden Kupplungseinrichtung 10 gemäß der Erfindung, die einen unteren Übertrager 10 a, beispielsweise einen Sender T und einen oberen Übertrager 10 b, beispielsweise einen Empfänger/?, mechanisch verbindet. Während des Laufs des Untersuchungsgerätes durch das Bohrloch 8 hält die Kupplungseinrichtung 10 die Übertrager in einem vorbestimmten Abstand voneinander. In das Untersuchungsgerät kann eine Ver-Stärkereinrichtung 10c eingebaut sein, deren Ausgang mittels in einem Tragekabel 10 d geführter Leitungen an die zugehörigen Meßgeräte angeschlossen ist, die an der Oberfläche angeordnet sind.

Durch den Sender T werden eine Reihe akustischer Impulse 10 p und 10 s mit einer Wiederholungsgeschwindigkeit im unteren Hörfrequenzbereich, beispielsweise von 20 bis 60 Hz, erzeugt. Jeder akustische Impuls 10 p, 10 s kann die Schwingungscharakteristik eines 10 000-Hz-Signals haben. Nach dem Durchgang jedes Impulses durch die Bodenschichten neben dem Bohrloch 8 erregt die akustische Energie den Empfänger R und bringt mit einer Zeitverzögerung in bezug auf die vorher gesendeten Impulse 10p bzw. 1Oi die Impulse 10 m bzw. 10« hervor. Es kann die Amplitude der empfangenen Impulse 10 m und 10« oder die Verzögerung, die durch deren Lauf vom Sender zum Empfänger eintritt, gemessen werden. In bekannter Weise werden die Impulse 10/7 und 10s in Intervallen mittels eines Verbindungskanals 4 übertragen, der vom Sender T zu einem Generator 6 verläuft, um die Erzeugung einer Gleichspannung zu steuern. Die Impulse 10 m und 10« aus dem Empfänger R werden mittels einer Filterschaltung 5 zum Generator 6 zwecks Steuerung der Gleichspannung in der Weise übertragen, daß diese Spannung proportional zur Laufzeit eines Impulses durch die Formation gehalten wird, die von der Kupplungseinrichtung zwischen dem Sender T und dem Empfänger R überdeckt ist. In F i g. 1 ist eine Meßvorrichtung durch ein Instrument 7 dargestellt, mit dem die der vorerwähnten Laufzeit proportionale Spannung gemessen wird.

Die akustisch isolierende Kupplungseinrichtung 10 gewährleistet, daß die vom Sender T entwickelte akustische Energie durch die Formation neben dem Bohrloch fließt und eine Energieübertragung vom Sender T über die Kupplung 10 auf den Empfänger R im wesentlichen ausgeschlossen ist.

Von der in den F i g. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind der Kopf, ein Zwischenstück und der Bodenteil der Kupplungseinrichtung dargestellt. Im einzelnen ist gemäß Fig. 2 ein Endglied 11 vorgesehen, das entweder den akustischen Sender 10 a oder den Empfänger 10 έ trägt oder damit verschraubt ist; z.B. ist das Endglied 11 mit seinem oberen Ende in das untere Ende einer Stütze für den Empfänger 10b eingeschraubt. Ein biegsames Glied oder Kabel 16 ist am unteren Teil des Endgliedes 11 befestigt. Die Übertrager 10 a und 10 ft können beispielsweise magnetostriktive oder andere bekannte Elemente aufweisen. Übertrager, die in der Lage sind, eine hohe akustische Ausgangsenergie hervorzubringen, verdienen den Vorzug.

Der untere Teil des Endgliedes 11 ist konisch geformt und mit äußeren Umfangsrillen versehen, die eine relativ große Oberfläche bilden und auf die eine Kautschukumkleidung aufgepreßt ist. Das Endglied 11 ist vom oberen Ende her durchbohrt, um in ihm einen Kabelsockel 13 unterzubringen. Der Sockel 13 ist mit einer oberen zylindrischen öffnung 13 a versehen, von der eine trichterförmige Einführungsöffnung 13 b ausgeht, welche am unteren Ende des Sockels 13 mit einem dem Durchmesser des Kabels 16 entsprechenden Durchmesser endet. Das Kabel 16 wird in dem Sockel 13 durch Einführen seines oberen Endes in die öffnung 13b z.B. durch Vergießen mit geschmolzenem Zink verankert; der Sockel 13 wird von dem Endglied 11 durch dessen untere, sich nach innen erstreckende Schulter 11 a getragen.

Ein Kopfstück 14 ist oberhalb des Kabelsockels angeordnet, es weist eine ringförmige Nut auf, in welcher ein Verschluß wie beispielsweise ein O-Ring oder Dichtungsring 17 angeordnet ist. Ein mit Gewinde versehener Verriegelungsbund 18 wird gegen das Kopfstück 14 geschraubt, um den Kabelsockel

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13 gegen die Schulter 11 α des Endgliedes 11 zu Das Kopfstück 35 ist mit druckbeständigen Durchpressen, führungsisolatoren 40 versehen, um eine flüssigkeits-

Das Kopfstück 14 ist mit Aussparungen 14 α ver- dichte elektrische Leitungsführung durch den Isosehen, in denen druckfeste Isolatoren 14 b für den lator zu bilden. Als Beispiel ist der Leiter 14 c durch Durchgang elektrischer Leitungen vom Träger des 5 einen der Isolatoren 40 hindurchgeführt. Das untere Übertragers 10 b über die Kupplungseinrichtung 10 Ende des Kupplungsgliedes 24 ist an dem Senderangebracht sind. Die elektrischen Leitungen 14 c ver- übertrager 10 α angeschlossen, zwischen den aneinlauf en weiter durch Kanäle 13 c durch den Sockel anderstoßenden Enden ist eine Abschlußdichtung, 13 nach unten. z· B. ein O-Ring 42, vorgesehen.

In einem Abstand unter dem Ende des End- ίο Infolge der Elastizität des Mantels 20 suchen gliedes 11 ist an dem Kabel 16 ein Gewicht 21 be- hydrostatische Kräfte, die an seiner Außenfläche festigt, das hier zylindrisch dargestellt ist; es weist durch die normalerweise in tiefen Bohrlöchern voran beiden Enden Bohrungen auf, um mittels Lot- handene Flüssigkeitssäule angreifen, den Kautschukmaterial 22, z.B. Zink, Lötmetall oder reines Blei, mantel zusammenzudrücken. Es wurde gefunden, das Gewicht 21 an dem Kabel 16 festzuhalten. 15 daß bei hydrostatischen Drücken von 900 kg/cm²

Unterhalb des Gewichtes21 (Fig. 3) ist ein die Kautschukumkleidung derart zusammengezweites Gewicht 23 in ähnlicher Weise an dem Kabel drückt wird, daß ihre Abmessungen etwa um 5°/o 16 befestigt. Die Anzahl der an dem Kabel 16 im abnehmen. Eine radiale Kontraktion kann unter dem Abstand voneinander angeordneten Gewichte ist je Gesichtspunkt der Entwicklung von Reibungskräften nach dem besonderen Abschwächungsgrad, der für ao zwischen der Innenfläche des Mantels 20 und den bestimmte Arbeitsfrequenzen erwünscht ist, ver- Außenflächen der im Abstand angeordneten Geschieden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wichte 21, 23 usw. erwünscht sein, um jeglichen wurden sechs Bleigewichte von je 76 mm Länge, Energielauf über das Kabel 16 weiter zu dämpfen. 22 mm Durchmesser und mit einer Bohrung zur Jedoch hat eine Längskontraktion die unerwünschte Aufnahme eines 8 mm starken Kabels als ausrei- 25 Wirkung, den Abstand zwischen dem Sender 10 a chend gefunden, wobei der Abstand 230 mm und und dem Empfänger 10 b zu vermindern. Durch der Gesamtabstand zwischen den Enden der Kabel- Längenänderungen wird ein veränderlicher Fehler sockel etwa 1400 mm betrug. Jedes derartige Ge- bei allen Geschwindigkeitsmessungen eingeführt, wicht ist außen mit Längsrillen versehen, deren An- Der Fehler hängt ab von der Tiefe, bis zu der das zahl der Zahl der von dem Kopfstück 14 hergeführ- 30 Untersuchungsgerät in Bohrlochmedien eingetaucht ten Leitungen entspricht. Die Leitungen sind in den ist. Das Kabel 16 würde zwischen dem Sender 10 a Rillen angeordnet und befestigt, so daß sie in der und dem Empfänger 10 b in eine gewundene Form gewünschten Lage verbleiben. geraten, da seine Enden in den Kupplungsend-

Der Kautschukmantel 20, vorzugsweise aus künst- gliedern 11 und 24 befestigt sind. Wenn sich das

lichem Kautschuk, ist ein schlechter Leiter für aku- 35 Kabel frei bewegen kann, so würden die elektrischen

stische Energie und kann allein keine feststellbaren Leiter, z.B. der Leiter 14c, der Abnutzung und

akustischen Signale auf direktem Wege vom Sender möglicherweise einem Bruch ausgesetzt. Um solche

10 a zum Empfänger 10 & übertragen. Der Kautschuk- Schwierigkeiten zu vermeiden und zu gewährleisten,

mantel 20 ist auf die gewellte Außenfläche des End- daß das Kabel 16 ständig unter Spannung gehalten

gliedes 11 aufgezogen und erstreckt sich, wie in den 40 wird, ist ein Gewicht W (Fig. 1; schematisch als Ge-

F i g. 3 und 4 gezeigt, bis zu einem Endglied 24 der wicht W in F i g. 4 angedeutet), das die die Kupp-

Kupplung. Das Kupplungsglied 24 hat ein konisch lung zu verkürzen suchenden Druckkräfte übersteigt,

geformtes Ende, das durch Umfangsrillen gewellt ist am unteren Ende der Untersuchungsvorrichtung an-

und einen Sitz für die Befestigung des unteren Endes gebracht. Normalerweise wird das Gewicht W min-

des Kautschukmantels 20 bildet. Der Mantel 20 weist 45 destens zum Teil durch den Sender 10 α und zuge-

eine zentrale Öffnung 27 auf, die annähernd den hörige elektrische Gerätsteile zur Betätigung des

gleichen Durchmesser hat wie die Gewichte 21, 23 Senders gebildet und zweckmäßig in der Gewichts-

usw., so daß diese beim Zusammenbau des Geräts einrichtung PF (F i g. 1) untergebracht,

eingeführt werden können. Das untere Ende des Die Kupplungseinrichtung hat einen ringförmigen

Kabels 16 ist in ähnlicher Weise in einem Ver- 50 Hohlraum zwischen dem Kabel 16 und der Innen-

riegelungsglied 30 befestigt wie das obere Ende des wand des Mantels 20, der mit einer nichtleitenden

Kabels. Das Verriegelungsglied 30 hat einen Durch- Flüssigkeit, die etwa den gleichen Druckkoeffizienten

messer, der etwa mit dem Durchmesser der Ge- wie der Kautschukmantel 20 hat, z. B. Rizinusöl,

wichte 21, 23 usw. übereinstimmt. Ein Zylinder 31 gefüllt wird.

ist mit einer abgesetzten Öffnung versehen, um eine 55 Das Untersuchungssystem ist somit biegsam und Schulter 32 zu bilden. Ein Verriegelungsring 33 kann verhältnismäßig rauhen Behandlungen beim paßt in eine Rille im Umfang des Verriegelungs- Transport zu den Benutzungsorten sowie im Betrieb gliedes 30 und liegt gegen die Schulter 32. Ein ver- ausgesetzt werden. Das Kabel 16 läßt keine Verhältnismäßig dünnes Rohr 34 ist in die abgesetzte längerungen zu und hält daher Sender und Empfän-Öffnung im Zylinder 31 eingesetzt und legt sich 60 ger in einem vorbestimmten Abstand auseinander, gegen die zu der Schulter 32 entgegengesetzt Die elektrischen Leitungen, die sich durch das liegende Fläche des Ringes 33. Ein Kopfstück 35 Gerät hindurch erstrecken, sind durch das flüssige mit druckdichtem Abschluß, beispielsweise durch Medium, in welches sie eingetaucht sind, vor der einen O-Ring 36, ist tragend unter den unteren Einwirkung von Kräften geschützt. Reibungskräfte, Enden des Zylinders 31 und des Rohres 34 auge- 65 die auf die Außenfläche der Gewichte längs des ordnet. Eine Mutter 37 ist in das Ende der Öffnung Kabels übertragen werden, dienen zur Dämpfung des Gliedes 24 eingeschraubt, um das Kopfstück 35 jeglicher durch das Kabel übertragener akustischer gegen den Zylinder 31 und das Rohr 34 zu drücken. Energie.

Als Ausführungsbeispiel wurde hier ein System mit einem Empfänger dargestellt und beschrieben, jedoch kann in gleicher oder ähnlicher Weise auch ein System mit zwei Empfängern mit Einrichtungen der angegebenen Art versehen werden, um einen direkten Fluß akustischer Energie nicht nur vom Sender zu einem ersten Empfänger, sondern auch über das Intervall zwischen den beiden Empfängern eines solchen Systems zu unterbinden. Die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung sind also nicht auf die hier im einzelnen erläuterten Beispiele beschränkt. Es können z. B. der Abstand der Gewichte, ihre Querschnittsfläche, Gestalt, Länge und Anzahl je nach dem besonderen Anwendungszweck verändert werden. Es sollten mindestens drei Gewichte benutzt werden, und die durch sie geschaffenen akustischen Diskontinuitäten sollen beträchtlich sein, d. h. von einer Größenordnung, wie sie mit den oben beschriebenen Ausführung erreicht wird. ao

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Bohrlochuntersuchungssystem, insbesondere nach Patent 1047 459, mit mindestens zwei Schwingungsübertragern, die mechanisch durch einen Träger miteinander verbunden sind, an dem eine Mehrzahl von Gewichten im Abstand voneinander befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einem langgestreckten biegsamen Glied (16) besteht und die Gewichte mit Bezug auf die Masse der Trägerabschnitte zwischen ihnen so abgestimmt sind, daß praktisch keine akustische Energie durch den Träger übertragen wird.

2. Bohrlochuntersuchungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte biegsame Glied (16) aus einem schraubenförmig gewickelten Kabel besteht.

3. Bohrlochuntersuchungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein langgestreckter hohler Kautschukmantel (20) flüssigkeitsdicht an jedem seiner Enden mit einem der Übertrager verbunden ist, daß jedes der Gewichte (21, 23) Querschnittsabmessungen hat, die annähernd gleich dem Innendurchmesser des Mantels (20) sind, und daß eine Flüssigkeit den Hohlraum zwischen dem langgestreckten biegsamen Glied (16), den Gewichten (21, 23) und der Innenwand des Kautschukmantels (20) vollständig ausfüllt.

4. Bohrlochuntersuchungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit und der Kautschukmantel (20) annähernd gleiche Druckkoeffizienten haben.

5. Bohrlochuntersuchungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewicht (W) an dem unteren Ende des Systems angeordnet ist, um den Kräften, welche den Abstand zwischen den Übertragern zu kürzen suchen, entgegenzuwirken und das langgestreckte biegsame Glied (16) ständig unter Spannung zu halten.

6. Bohrlochuntersuchungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Übertrager mit einem konisch geformten Endglied (11, 24) mit einer axialen öffnung versehen ist und das langgestreckte biegsame Glied (16) mit seinen Enden in der betreffenden Öffnung lösbar befestigt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1110 921.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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