DE1215079B - Borehole measuring device for examining deep boreholes - Google Patents
Borehole measuring device for examining deep boreholesInfo
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Description
Bohrlochmeßgerät zur Untersuchung von Tiefbohrungen Die Erfindung betrifft ein Bohrlochmeßgerät zur Untersuchung von Tiefbohrungen, insbesondere zur Kontrolle des hinter einer Verrohrung der Tiefbohrung befindlichen Zements mit einer Meßsonde, die, ausgehend von einer Meßstation, an einem Kabel in die Tiefbohrung einsenkbar ist und in vertikalem Abstand liegende Sende- und Empfangsmittel für akustische Wellenimpulse enthält. Diese Meßgeräte werden üblicherweise als »Zementlog« bezeichnet.Borehole measuring device for the investigation of deep boreholes The invention relates to a borehole measuring device for the investigation of deep boreholes, in particular for Check the cement behind a casing of the deep borehole with a Measuring probe which, starting from a measuring station, is attached to a cable in the deep borehole is retractable and vertically spaced transmitting and receiving means for contains acoustic wave pulses. These measuring devices are usually called "cement log" designated.
Bei bekannten Meßgeräten dieser Art hängt der Versenkkörper an einem Kabel, das mehrere Leiter umfaßt. Hierdurch leidet die Festigkeit des Kabels. Außerdem lassen sich mit den bekannten Geräten wegen der einfachen Meßmethode keine hinreichend genauen Schlüsse aus den Untersuchungen ziehen.In known measuring devices of this type, the sinker hangs on one Cable comprising several conductors. The strength of the cable suffers as a result. aside from that cannot be adequately achieved with the known devices because of the simple measuring method draw precise conclusions from the investigations.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bohrlochmeßgerät zu schaffen, in dessen Kabel nur ein einziger Leiter verwendet wird. Dieses ermöglicht deshalb Vermessungen in größeren Tiefen, außerdem hat es ein Meßsystem, das genaue Rückschlüsse auf die Verhältnisse in -der Umgebung der Tiefbohrung. zu ziehen gestattet.The object of the invention is to provide a borehole measuring device in whose cable only uses a single conductor. This therefore enables measurements at greater depths, it also has a measuring system that allows precise conclusions to be drawn about the Conditions in the area around the deep borehole. allowed to draw.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Sender zur Laufzeitmessung mit einem Empfänger über einen einzigen Leiter des Meßsondenkabels der Meßstation verbunden ist und daß in der Meßstation Registriereinrichtungen an den einzigen Leiter des Kabels anschaltbar sind.According to the invention this object is achieved in that the transmitter for runtime measurement with a receiver via a single conductor of the measuring probe cable the measuring station is connected and that in the measuring station recording devices the only conductor of the cable can be connected.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Teilansicht eines Zementlogs gemäß der Erfindung, wobei sein Versenkkörper innerhalb eines verrohrten Bohrloches dargestellt ist, F i g. 2 einen Schaltplan der in dem Versenkkörper vorgesehenen Schaltungen, F i g. 3 eine Gruppe von typischen Impulsformen, die zur Erklärung der Arbeitsweise des Systems gemäß F i g. 1 dienen.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows F i g. 1 is a schematic partial view of a cement log according to the invention, its sinker is shown inside a cased borehole, F i g. 2 shows a circuit diagram of the circuits provided in the sinker, F i G. 3 a group of typical pulse shapes used to explain the operation of the system according to FIG. 1 serve.
In F i g. 1 weist das Zementlog gemäß der Erfindung einen Versenkkörper 10 auf, der innerhalb eines Bohrloches 11 angeordnet ist. In das Bohrloch 11 sind Rohre 12 eingelassen, die an ihrem Ende miteinander durch Muffen 13 verschraubt sind.In Fig. 1, the cement log according to the invention has a sinker 10 which is arranged within a borehole 11. Pipes 12, which are screwed together at their ends by sleeves 13, are let into the borehole 11.
Zwischen .den Rohren 12 und den Wänden des Bohrloches 11 ist Zement 15 eingegossen. Er veibindet sich nicht stets fest mit dem äußeren Umfang der Rohre 12. Es können dabei Stellen entstehen, wie sie bei 16 angedeutet sind, wo die Bindung sehr gut ist, und ferner auch Stellen, wie bei 17 angedeutet, wo wenig oder kein Zement vorhanden ist, und ferner noch Stellen, wie bei 18 angedeutet, wo die Zementbindung eine mittlere Qualität aufweist. Zur Anzeige der Qualität der Zementbindung in verschiedenen Bohrlochtiefen wird gleichzeitig eine Amplituden- oder Dämpfungskurve, eine Geschwindigkeits- oder Laufzeitkurve und eine Gehäusemuffenkurve zur Anzeige der Tiefe des Bohrloches erzeugt. Um diese drei Kurven zu erzeugen, weist der Versenkkörper 10 eine zum Feststellen einer Muffe dienende Baugruppe 20, eine Senderbaugruppe 21, eine Empfängerbaugruppe 22, eine akustische Isolierbaugruppe 23, wodurch 'die Senderbaugruppe 21 und 22 im Abstand gehalten und elektrisch isoliert sind, und schließlich eine elektronische Baugruppe 24 auf, die die elektronischen Bauelemente des Versenkkörpers enthält: Die oberste Baugruppe 20 ist am Kabelkopf 25 befestigt, der seinerseits am unteren Ende eines Kabels 26 vorgesehen ist, das im Bohrloch hängt und an der Erdoberfläche mit der Übertageeinrichtung verbunden ist, die als Ganzes mit 27 bezeichnet ist. Das Kabel 26 stellt die notwendigen elektrischen Verbindungen zwischen dem im Bohrloch befindlichen Versenkkörper 10 und der Oberflächeneinrichtung 27 her, und zwar unter Verwendung eines einzigen inneren Leiters 28, der in einem äußeren leitenden Mantel 31 "angeordnet ist. Der äußere Mantel ist bei 29 am Versenkkörper 10 und bei 30 an der Oberflächeneinrichtung geerdet. Über Tage wird das Kabel 26 über eine Seilscheibe 33 geführt, die motorangetrieben ist und den Versenkkörper 10 innerhalb des Bohrloches anheben oder absenken kann. Die elektrische Energie für die Schaltungen des Versenkkörpers 10 wird von einem handelsüblichen Wechselstromgenerator 32 der Oberflächeneinrichtung 27 geliefert. Sein Strom fließt .durch ein entsprechendes Filter 34 und durch den Leiter 28. Die Rückleitung wird durch den äußeren Mantel 31 gebildet. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird .die Wechselstromenergie einem Mischstromkreis 35 (F i g. 2) zugeführt, der nicht nur Energie dem Werkzeug zuführt, sondern auch zur Weitergabe an die Oberflächeneinrichtung 27 die Muffensignale, die Synchronisierimpulse und die vom Empfänger 22 aufgenommenen Signale kombiniert. Zu diesem Zweck weist der Mischstromkreis vier Zweige 36, 37, 38 und 39 auf, die an vier Klemmen 40, 41, 42 und 43 miteinander verbunden sind. Die Klemme 42 ist geerdet und mit dein Mantel 31 leitend verbunden. Die Klemme 41 ist mit dem einzigen Leiter 28 des Kabels verbunden. Die von der Muffensignalbaugruppe kommenden Muffensignale werden über zwei groß in Reihe liegende Kondensatoren 45 und 46 von je 80 uF, die den Zweig 39 bilden, so angelegt, daß diese Signale der Oberflächeneinrichtung zugeführt werden können. Die vom Empfänger 22 kommenden Signale werden über einen Verstärker 47 geleitet, dessen Ausgang einer Wicklung 48a eines Transformators 48 zugeführt wird, während die andere Wicklung 48b in Reihe mit einem relativ großen Kondensator 44 liegen und den Zweig 36 bilden. Die Synchronisierimpulse, die zusammen mit den akustischen Impulsen vom Sender 21 entwickelt werden, werden an einen relativ kleinen Widerstand 49 des Zweigs 37 weitergegeben. Einer der Synchronisierimpulse 49 ß ist in p' i g. 3 dargestellt. Das Empfängerausgangssignal ist in F i g. 3 mit 22a bezeichnet. Der dort gezeigte Spannungsverlauf stellt ein kombiniertes Signal dar, wie es zwischen der Klemme 41 und Masse erscheint.Cement 15 is poured between .den pipes 12 and the walls of borehole 11. It does not always bind firmly to the outer circumference of the tubes 12. It can create places like those indicated at 16, where the bond is very good, and also places, as indicated at 17, where little or no cement is present is, and also places, as indicated at 18, where the cement bond has a medium quality. To display the quality of the cement bond in different borehole depths, an amplitude or damping curve, a speed or transit time curve and a housing socket curve to display the depth of the borehole are generated at the same time. In order to generate these three curves, the sinker 10 has an assembly 20 serving to fix a sleeve, a transmitter assembly 21, a receiver assembly 22, an acoustic isolation assembly 23, whereby the transmitter assembly 21 and 22 are kept at a distance and electrically isolated, and finally an electronic assembly 24, which contains the electronic components of the sinking body: the uppermost assembly 20 is attached to the cable head 25, which in turn is provided at the lower end of a cable 26 that hangs in the borehole and is connected at the surface of the earth to the surface equipment, the is designated as a whole with 27. The cable 26 provides the necessary electrical connections between the downhole sinker 10 and the surface facility 27 using a single inner conductor 28 disposed in an outer conductive jacket 31 ". The outer jacket is at 29 on the sinker 10 and grounded to the surface device at 30. Above ground, the cable 26 is routed over a sheave 33 which is motor-driven and can raise or lower the sinker 10 within the borehole. The electrical energy for the circuits of the sinker 10 is provided by a commercially available alternator 32 of the surface device 27. Its current flows through a corresponding filter 34 and through the conductor 28. The return line is formed by the outer jacket 31. According to a further feature of the invention, the alternating current energy is supplied to a mixed circuit 35 (FIG. 2 ) that not only supplies energy to the tool rt, but also combines the sleeve signals, the synchronization pulses and the signals picked up by the receiver 22 for transmission to the surface device 27. For this purpose, the mixed circuit has four branches 36, 37, 38 and 39 which are connected to one another at four terminals 40, 41, 42 and 43. Terminal 42 is grounded and conductively connected to jacket 31. The terminal 41 is connected to the single conductor 28 of the cable. The sleeve signals coming from the sleeve signal assembly are applied via two large series capacitors 45 and 46 of 80 uF each, which form the branch 39, so that these signals can be fed to the surface device. The signals coming from the receiver 22 are passed through an amplifier 47, the output of which is fed to one winding 48a of a transformer 48, while the other winding 48b is in series with a relatively large capacitor 44 and forms the branch 36. The synchronization pulses, which are developed together with the acoustic pulses from the transmitter 21, are passed on to a relatively small resistor 49 of the branch 37. One of the synchronizing pulses 49 β is in p 'i g. 3 shown. The receiver output is shown in FIG. 3 denoted by 22a. The voltage curve shown there represents a combined signal as it appears between terminal 41 and ground.
Der Wechselstrom vom Wechselstromgenerator 32 fließt über den Leiter 28 durch eine Hochfrequenzdrossel 50, durch die Primärwicklung 51a eines Transformators 51 und durch die Kondensatoren 45 und 46 und dann. zu dem an Masse liegenden Mantel 31. Der Transformator 51 hat eine erste Sekundärwicklung 51 b zur Stromversorgung der Muffenbaugruppe 20 und eine zweite Wicklung 51 e zur Stromversorgung des Senders 21. Die Drossel 50 und die Primärwicklung 51a liegen in Reihe zwischen den Klemmen 41 und 43 und bilden den Zweig 38. Die Hochfrequenzdrossel50 stellt eine hohe Impedanz für die 20 000-Hz-Ausgangsfrequenz des Empfängers 22 und ferner für die Synehronisierimpulse dar, so daß der Transformator von diesen beiden Signalen getrennt ist. Andererseits stellt diese Drossel eine niedrige Impedanz für die 60 oder 50 Hz aufweisende Stromversorgung dar. Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der sich sehr befriedigende Resultate ergaben, hatte der Kondensator 44 ungefähr die Größe von 1,u F, während der Widerstand 49 ungefähr 2 Sä betrug. Für die 60- oder 50-Hz-Stromversorgung hatte der Kondensator 44 einen Blindwiderstand von 6700 9, so daß er die gewünschte Frequenzsperrung an der Wicklung 48 b des Transformators erzielt. Hierdurch gelangt die Frequenz nicht zu den Kollektorstromkreisen der Transistoren des Verstärkers 47. Bei der charakteristischen Frequenz des akustischen Signals oder bei ungefähr 20 kHz hat der Kondensator einen Blindwiderstand von 8 52 und bietet daher dein vom Verstärker 47 kommenden akustischen Signal oder den am Widerstand 49 stehenden Synchronisiersignalen nur einen geringen Widerstand.The alternating current from alternator 32 flows through conductor 28, through high frequency reactor 50, through primary winding 51a of transformer 51, and through capacitors 45 and 46, and then. to the grounded jacket 31. The transformer 51 has a first secondary winding 51b for powering the sleeve assembly 20 and a second winding 51e for powering the transmitter 21. The choke 50 and the primary winding 51a are in series between the terminals 41 and 43 and form branch 38. The high frequency choke 50 provides a high impedance for the 20,000 Hz output frequency of the receiver 22 and also for the synchronization pulses, so that the transformer is isolated from these two signals. On the other hand, this choke represents a low impedance for the 60 or 50 Hz power supply Sa fraud. For the 60 or 50 Hz power supply, the capacitor 44 had a reactance of 6700 9, so that it achieved the desired frequency blocking on the winding 48 b of the transformer. As a result, the frequency does not reach the collector circuits of the transistors of amplifier 47. At the characteristic frequency of the acoustic signal or at approximately 20 kHz, the capacitor has a reactance of 8 52 and therefore offers the acoustic signal coming from amplifier 47 or the one at resistor 49 Synchronization signals only have a low resistance.
Wie in F i g. 2 dargestellt ist, umfaßt der Sender 21 einen akustischen Signalgeber und eine Hochleistungs-Impulsquelle 52. Die Impulsquelle 52 erhält ihre Gleichstromversorgung über einen üblichen Doppelweggleichriehter 53 und strahlt akustische Impulse mit einer geeigneten Frequenz von 15 bis 30 Impulsen pro Sekunde aus. Bei der nachfolgenden Beschreibung ist eine solche Frequenz von 20 Impulsen pro Sekunde angenommen, so daß also zwischen aufeinanderfolgenden-Impulsen eine Zeitdauer von 50Millisekunden vorhanden ist. Zwar kann der Empfänger 22 vom Sender 21 irgendeinen geeigneten Abstand haben, und zwar vorzugsweise 1,20 bis 2,50 m, was durch Einfügen eines akustischen Teilstückes 23 geeigneter Länge hergestellt werden kann. Auf jeden Fall ist der Abstand derart, daß die ganze für die Erzeugung der Gesehwindigkeits- und Amplitudenkurven notwendige Energie am Empfänger 22 innerhalb einiger weniger Millisekunden nach dem akustischen Impuls ankommt und daher die Geschwindigkeits- und Amplitudenmessungen während dieses kurzen. Intervalls gemacht werden, das im folgenden als Meßintervall bezeichnet werden soll, Bei den Impulsdiagrammen gemäß F i g. 3 wurden nur die Ereignisse dargestellt, die während des Meßintervalls auftreten, da die übrigen Teile des betreffenden 50-Millisekunden-Intervalls nicht von Bedeutung sind. Der Signalgeber und die mit ihm zusammenwirkende Impulsquelle 52 weisen Mittel auf, um eine Reihe von akustischen Impulsen zu erzeugen, die durch die Bohrlochflüssigkeit über die Rohre 12 und den Zement 15 in das Gebirge geschickt werden. Es wird ein kleiner Teil der einzelnen Impulse des Signalgebers dazu verwendet, den Synehronisierimpuls 49 a zu erzeugen, der an einer Leitung 54 erscheint, die an die Klemme 40 angeschlossen ist. Der Synehronisierimpuls fließt durch die Wicklung 48 b, die wie ein 50-9-Widerstand wirkt, wenn die Primärwicklung des Transformators 48 an einem entsprechenden Verstärker 47 liegt. Der Synchronisierimpuls fließt dann durch die Wicklung 48 b und durch den Kondensator 44 der Klemme 41, wo er an die hochohmige Drossel 50 gelangt und daher nicht durch die Zweige 38 und 39 zur Erde abfließen kann. Der Impuls fließt daher über den Leiter 28 zur Oberflächeneinrichtung 27, wo er als Zeitimpuls benutzt wird, wie dies weiter unten noch näher beschrieben wird.As in Fig. 2, the transmitter 21 includes an acoustic signal generator and a high power pulse source 52. The pulse source 52 receives its DC power supply via a conventional two-way rectifier 53 and emits acoustic pulses at a suitable frequency of 15 to 30 pulses per second. In the following description, such a frequency of 20 pulses per second is assumed, so that there is a period of 50 milliseconds between successive pulses. It is true that the receiver 22 can be at any suitable distance from the transmitter 21, specifically preferably 1.20 to 2.50 m, which can be produced by inserting an acoustic section 23 of suitable length. In any case, the spacing is such that all of the energy required to generate the speed and amplitude curves arrives at the receiver 22 within a few milliseconds after the acoustic pulse and therefore the speed and amplitude measurements during this short one. Interval are made, which is to be referred to below as the measurement interval, In the pulse diagrams according to FIG. 3 only those events are shown that occur during the measurement interval, since the remaining parts of the relevant 50 millisecond interval are of no importance. The signal transmitter and the pulse source 52 interacting with it have means for generating a series of acoustic pulses which are sent through the borehole fluid via the pipes 12 and the cement 15 into the rock. A small part of the individual pulses from the signal generator is used to generate the synchronization pulse 49 a, which appears on a line 54 which is connected to the terminal 40. The synchronization pulse flows through winding 48 b, which acts like a 50-9 resistor when the primary winding of transformer 48 is connected to a corresponding amplifier 47. The synchronization pulse then flows through the winding 48b and through the capacitor 44 of the terminal 41, where it reaches the high-resistance choke 50 and therefore cannot flow through the branches 38 and 39 to earth. The pulse therefore flows via conductor 28 to surface device 27, where it is used as a timing pulse, as will be described in more detail below.
Der Empfänger weist einen akustischen Signalempfänger üblicher Konstruktion zum Umwandeln der aufgenommenen akustischen Energie in entsprechende elektrische Signale auf, die dann durch den Verstärker 47 durch den Zweig 36 über den Kondensator 44 an die Klemme 41 gelangen. Wie oben angedeutet, verhindert die Drossel 50 das 20 000-Hz-Empfängersignal daran, durch die Zweige 38 und 39 hindurchzufließen. Es fließt deshalb durch den Leiter 28 zur Oberflächeneinrichtung 27. Die Baugruppe 20 ist vorzugsweise von bekannter Bauart und hat zwei symmetrische Abnahmespulen 55 und 56, die eine gleiche Anzahl von Windungen haben. Die Spulen sind miteinander verbunden, und ihr Verbindungspunkt ist, wie bei 59 angedeutet, an Erde angeschlossen. Die zur Erregung der Spulen erforderliche Wechselspannung wird von der Sekundärwicklung 51b geliefert und erscheint an zwei gleich großen Widerständen 57 und 58. Damit werden den beiden Spulen gleiche Spannungen von der Sekundärwicklung 51 b zugeführt.The receiver has an acoustic signal receiver of conventional design for converting the acoustic energy picked up into corresponding electrical signals, which then pass through the amplifier 47 through the branch 36 via the capacitor 44 to the terminal 41. As indicated above, the choke 50 prevents the 20,000 Hz receiver signal from flowing through the branches 38 and 39. It therefore flows through the conductor 28 to the surface device 27. The assembly 20 is preferably of a known type and has two symmetrical pick-up coils 55 and 56 which have an equal number of turns. The coils are connected to one another and their connection point is, as indicated at 59, connected to earth. The required for energizing the coil alternating voltage is supplied from the secondary winding 51b and appears at two equal resistors 57 and 58. Thus, the two coils equal voltages are supplied from the secondary winding b 51st
Wenn der Versenkkörper 10 durch das Bohrloch bewegt wird, so ändert sich die an den Spulen liegende Spannung, wenn sie sich einer Muffe 13 nähern, und zwar deswegen, weil dort die Verrohrung durch ihre erhöhte Dicke eine Wirkung auf den gegenseitigen Fluß zwischen den beiden Spulen ausübt. Diese Verstimmung erzeugt ein Steuersignal, das über einen Wechselstromverstärker 60 einem Halbweggleichrichter 61 zugeführt wird. Das Gleichstromausgangssignal des Halbweggleichrichters 61 wird durch einen Gleichstromverstärker 62 verstärkt ,dessen Ausgang über eine Leitung 63 mit der Klemme 43 verbunden ist. Die Gleichstrommufffensignale oder die eine sehr niedrige Frequenz aufweisenden Muffen-Signale, wie sie auf der Leitung 63 erscheinen, werden natürlich durch die Kondensatoren 45 und 46 gesperrt, doch fließen sie durch die Primärwicklung Sla und durch die Hochfrequenzdrossel50 zu dem Anschluß weiter. Der Kondensator 44 trennt die Muffensignale von der Wicklung 481 oder dem Widerstand 49, so daß diese Signale von der Klemme 41 durch den Leiter 28 zur Oberflächeneinrichtung 27 fließen. Wenn der Versenkkörper mit konstanter Geschwindigkeit durch,das Bohrloch bewegt wird, so Werden die Muffen 13 jeweils nach gleichmäßigen Zeitintervallen fetsgestellt, da die Rohre 12 eine gleiche Länge aufweisen. Da normalerweise die Rohre etwa 1,8 m lang sind, ergibt sich, daß die Mufffenhäufigkeit im Vergleich zu der Impulsfrequenz des Senders 21 verhältnismäßig selten sind, Damit werden die meisten der Meßperioden durch die Anwesenheit der Muffen nicht beeinflußt.When the sinker 10 is moved through the borehole, it changes the tension on the coils as they approach a sleeve 13, and because there the piping has an effect due to its increased thickness exerts the mutual flux between the two coils. This creates an upset a control signal that is sent via an AC amplifier 60 to a half-wave rectifier 61 is fed. The DC output of the half-wave rectifier 61 becomes amplified by a DC amplifier 62, the output of which is via a line 63 is connected to terminal 43. The DC sleeve signals or the one very low frequency sleeve signals as appearing on line 63 are of course blocked by the capacitors 45 and 46, but they flow through the primary winding Sla and through the high frequency choke 50 to the connection. The capacitor 44 separates the sleeve signals from the winding 481 or the resistor 49 so that these signals from terminal 41 through conductor 28 to the surface device 27 flow. When the sinker passes through at constant speed, the borehole is moved, the sleeves 13 each after equal time intervals fixed, since the tubes 12 have the same length. Since usually the Pipes are about 1.8 m long, it turns out that the socket frequency in comparison to the pulse frequency of the transmitter 21 are relatively rare, so that the most of the measurement periods are not affected by the presence of the sleeves.
Die Synchronisierimpulse 49a, die Muffensignale und das Empfängerausgangssignal 22a werden in der Oberflächeneinrichtung 27 einem Amplitudenmeßkanal64, einem Zeitmeßkana165, einem Geschwindigkeitsmeßkanal 66 und einem Mufffenanzeigekanal 67 zugeführt. Letzterer spricht auf die Mufffensignale an, so daß diese vermessen werden können. Der Amplitudenmeßkanal64 gibt eine Amplitudenmessung, und der Geschwindigkeitskanal 66 ergibt die Geschwindigkeit oder eine Laufzeitmessung. Der Zeitmeßkanal65 wirkt als Torschaltung sowohl für den Amplitudenmeßkanal als auch für den Geschwindigkeitsmeßkanal, so daß diese Kanäle nicht durch falsche Geräusche od. dgl, geschaltet werden und daher nur auf die gewünschten Signale ansprechen, die am Empfänger 22, vom Sender 21 ausgehend, ankommen. Der Amplitudenmeßkanal64 weist einen Verstärker 68 zum Empfängerausgangssignal22a auf, worauf dann diese Signale einem Vollweggleichrichter 69 zugeführt werden, der Gleichstromsignale zur Weitergabe an ein Amplitudentor 70 erzeugt. Das Amplitudentor 70 wird für ein kurzes bestimmtes Zeitintervall leitend gemacht, um gleichgerichtete Signale einem üblichen Amplitudendetektor 71 zuzuführen, der ein Gleichstromausgangssignal abgibt, das proportional der Spitzenamplitude der vom Empfänger 22 während des Zeitintervalls aufgenommenen Signale ist. Das Gleichstromausgangssignal vorn Amplitudendetektor 71 wird einem ersten Antrieb eines üblichen Registriergerätes 72 zugeführt. Dieses kann eine Vielzahl von Galvanometern aufweisen, von denen eines durch den ersten Antrieb zum Ablenken eines Lichtstrahles angetrieben ist, der auf ein sensibilisiertes Registriermedium auftrifft, das am Strahl synchron zeit der Seilscheibe 33 vorbeibewegt wird. Die Ablenkung des Strahles ist natürlich proportional der Gleichstromspannung des Amplitudendetektors 71. Damit entwickelt das Registriergerät eine erste fortlaufende Kurve entsprechend der Spitzenamplitude der am Empfänger während des Zeitintervalls ankommenden Impulse. Gegebenenfalls kann der erste Antrieb auch einen Schreibgriffel steuern, der auf ein. Registriermedium schreibt. In beiden Fällen stellt die von dem ersten Registriergeräteantrieb entwickelte Kurve eine übliche Amplitudenkurve dar, und die Registrierung kann gegebenenfalls als Funktion der Dämpfung dargestellt werden,, und zwar, weil die Amplitude des aufgenommeneu Signals umgekehrt proportional der durch das Gebirge und das Rohr bewirkten Dämpfung ist.The synchronization pulses 49a, the sleeve signals and the receiver output signal 22a are fed in the surface device 27 to an amplitude measuring channel 64, a time measuring channel 165, a speed measuring channel 66 and a sleeve indicating channel 67. The latter responds to the socket signals so that they can be measured. The amplitude measuring channel 64 gives an amplitude measurement and the speed channel 66 gives the speed or a time of flight measurement. The time measuring channel 65 acts as a gate circuit for both the amplitude measuring channel and the speed measuring channel, so that these channels are not switched by false noises or the like and therefore only respond to the desired signals that arrive at the receiver 22 from the transmitter 21. The amplitude measuring channel 64 has an amplifier 68 for the receiver output signal 22a, whereupon these signals are fed to a full-wave rectifier 69 which generates direct current signals for forwarding to an amplitude gate 70. The amplitude gate 70 is made conductive for a short specific time interval in order to apply rectified signals to a conventional amplitude detector 71 which provides a direct current output signal proportional to the peak amplitude of the signals picked up by the receiver 22 during the time interval. The direct current output signal from the amplitude detector 71 is fed to a first drive of a conventional recording device 72. This can have a plurality of galvanometers, one of which is driven by the first drive to deflect a light beam that strikes a sensitized recording medium that is moved past the beam synchronously with the pulley 33. The deflection of the beam is of course proportional to the DC voltage of the amplitude detector 71. The recorder thus develops a first continuous curve corresponding to the peak amplitude of the pulses arriving at the receiver during the time interval. If necessary, the first drive can also control a stylus that clicks on. Recording medium writes. In both cases, the curve developed by the first recorder drive represents a common amplitude curve, and the registration can optionally be represented as a function of the attenuation, because the amplitude of the signal picked up is inversely proportional to the attenuation caused by the rock and the pipe .
Der Zeitmeßkana165 weist einen monostabilen Multivibrato- 73 auf, der auf die einzelnen Synchro,-nisierimpulse 49a in der Weise anspricht, daß er einen rechtwinkligen Ausgangsimpuls 73 a erzeugt, der einem. Tor 74 zugeführt wird. Die rechteckigen Ausgangsimpulse 73 a haben eine Dauer, die etwas größer als die Zeit ist, die die akustischen Impulse für ihren Lauf vom Sender 21 bis zum Empfänger 22 benötigen. Sie können beispielsweise eine Breite von 2 Millisekunden haben. Das Tor 74 ist normalerweise nichtleitend, wird jedoch durch den Ausgangsimpuls 73a leitend gemacht. Damit haben Geräusch- und Fehlersignale, die nach dem Ausgangsimpuls 73 a ankommen, keine Wirkung auf den Zeitmeßkanal 65. Die von dem Multivibrato- kommende Rechteckspannung wird einem Sägezahngenerator 75 zur Entwicklung eines sich allmählich und monoton ändernden Ausgangssignals 75a zugeführt. Vorzugsweise ist der Generator 75 ein üblicher Sägezahngenerator, der zeit dem Synchronisierimpuls 49 a beginnt und linear während der Dauer des Ausgangsimpulses 73 a ansteigt.The Zeitmeßkana165 has a monostable multivibrato 73, which responds to the individual synchro, -nisierimpulse 49a in such a way that he a rectangular output pulse 73 a generated, the one. Gate 74 is fed. The rectangular output pulses 73 a have a duration that is slightly greater than that The time it takes for the acoustic impulses to travel from the transmitter 21 to the receiver 22 need. For example, they can be 2 milliseconds wide. That Gate 74 is normally non-conductive, but is activated by the output pulse 73a made conductive. So have noise and error signals after the output pulse 73 a arrive, no effect on the timing channel 65. The multivibrato- coming square wave voltage is a sawtooth generator 75 to develop a gradually and monotonically changing output signal 75a supplied. Preferably If the generator 75 is a conventional sawtooth generator, the time of the synchronization pulse 49 a begins and increases linearly during the duration of the output pulse 73 a.
Der Zeitmeßkanal 65 weist ferner ein erstes Tor 76 zum Entwickeln. eines verhältnismäßig schmalen Impulses 76a zur Steuerung des Leitzustandes des Amplitudentores 70 und ferner ein zweites Tor 77 zum Entwickeln einer breiteren Rechteckspannung 77a zum Schaltcri des Geschwindigkeitsmeßkanals 66 auf. Die Tore 76 und 77 weisen ähnlich wie der Multivibrato- 73 vorzugsweise monostabile Multivibratoren auf. Um die Impulse 76a und 77a zur richtigen Zeit zu erzeugen, wird das Ausgangssignal des Multivibrators 73 durch eine einstellbare Varzögerungsschaltung 78 zur Verzögerung :der Impulse 76a und 77a für eine vorbestimmte, jedoch einstellbare Zeit t, nachdem der Synchronisierimpuls 49 a hindurchgeschickt worden ist. Die Verzögerungsperiode t kann durch die Verzögerungsschaltung 78 so eingestellt werden, daß sie mit dem Durchmesser der Verrohrung übereinstimmt und Unterschiede in. der Laufzeit der Impulse durch das Bohrlochfluidum kompensiert, wenn Bohrlöcher mit unterschiedlichen Rohrdurchmessern geortet werden. Während der Ortung eines bestimmten Bohrloches wird die Verzögerungsschaltung 78 nicht eingestellt und führt daher eine bestimmte Zeitverzögerung ein. Auf jeden Fall wird die Verzögerungsperiode t so gewählt, daß sie um ein weniges kleiner als die Zeit ist, die der akustische Impuls für seinen Durchgang vom Sender 21 durch die Bohrlochflüssigkeit, durch die Rohre 12 und zurück durch die Flüssigkeit zum Empfänger 22 benötigt. Die beiden Tore 76 und 77 weisen je einen monostabilen Multivibrator auf, der durch die Vorderflanke der verzögerten Rechteckspannung der Verzögerungsschaltung 78 getriggert wird. Die Dauer des Impulses 76a kann in bekannter Weise eingestellt werden, doch hat vorzugsweise dieser Impuls eine feste Länge, die zwischen 65 und 265 Mikrosekunden liegt. Die Geschwindigkeiten der durch das Rohr durchgehenden Signale sind natürlich konstant, und deshalb kommen diese Signale am Empfänger 22 manchmal in der Nähe der Mitte des Impulses 76a an. Das Amplitudentor 70 ist so lange nichtleitend, bis es den Impuls 76a erhält, und folglich werden sowohl während der Verzögerungsperiode t als auch nach Beendigung des Impulses 76 a keine Signale dem Amplitudendetektor 71 zugeführt. Hierdurch spricht der Amplitudenmeßkana164 nicht auf Geräusche oder andere Signale an, die nicht innerhalb des Torintervalls des Impulses 76a ankommen. Signale, die von dem Empfänger 22 während der Periode des Impulses 76a aufgenommen werden, werden dann an den Amplitudendetektor 71 zur Durchführung der Amplitudenmessung, wie oben beschrieben, weitergegeben.The timing channel 65 also has a first port 76 for developing. a relatively narrow pulse 76a for controlling the conducting state of the amplitude gate 70 and also a second gate 77 for developing a wider square-wave voltage 77a for switching the speed measuring channel 66. The gates 76 and 77, like the multivibrato 73, preferably have monostable multivibrators. In order to generate the pulses 76a and 77a at the right time, the output signal of the multivibrator 73 is through an adjustable Varzögerungsschaltung 78 to the delay: of the pulses 76a and 77a for a predetermined but adjustable time t after the synchronizing pulse has been passed ball 49 a. The delay period t can be adjusted by the delay circuit 78 to match the diameter of the casing and to compensate for differences in the travel time of the pulses through the borehole fluid when locating boreholes of different tube diameters. During the location of a particular borehole, the delay circuit 78 is not set and therefore introduces a particular time delay. In any event, the delay period t is chosen to be slightly less than the time it takes for the acoustic pulse to travel from the transmitter 21 through the borehole fluid, through the pipes 12 and back through the fluid to the receiver 22. The two gates 76 and 77 each have a monostable multivibrator which is triggered by the leading edge of the delayed square-wave voltage of the delay circuit 78. The duration of the pulse 76a can be adjusted in a known manner, but preferably this pulse has a fixed length which is between 65 and 265 microseconds. The speeds of the signals passing through the pipe are of course constant and therefore these signals sometimes arrive at receiver 22 near the center of pulse 76a. The amplitude gate 70 is non-conductive until it receives the pulse 76a, and consequently no signals are fed to the amplitude detector 71 either during the delay period t or after the end of the pulse 76a. As a result, the amplitude measuring channel 164 does not respond to noises or other signals that do not arrive within the goal interval of the pulse 76a. Signals picked up by receiver 22 during the period of pulse 76a are then passed to amplitude detector 71 to perform the amplitude measurement as described above.
Der Geschwindigkeitsmeßkanal 66 weist einen Verstärker 79 zur Verstärkung des Empfängerausgangssignals 22a auf. Das Ausgangssignal des Verstärkers 79 wird einem Geschwindigkeitstor 80 zugeführt, dessen Leitfähigkeit durch die Rechteck-Spannung 77a gesteuert wird. Diese Spannung hat eine Länge und eine Dauer, die erheblich größer als die des Impulses 76a ist, beispielsweise ungefähr 1;5 Millisekunden. Das Geschwindigkeitstor 80 ist normalerweise nichtleitend, wird jedoch durch die Rechteckspannung 77a leitend gemacht, so daß nun die Signale an den Sperrschwinger 81 weiterwandern können. Das Geschwindigkeitstor 80 kann offensichtlich keine Signale an den Sperrschwinger sowohl während der einstellbaren Verzögerungsperiode t als auch nach der Beendigung der Rechteckspannung 77 a weitergeben, und der Geschwindigkeitsmeßkanal spricht daher nur auf Signale an, die am Empfänger 22 während des Intervalls der Rechteckspannung 77a ankommen. Bei seinem Ansprechen auf den ersten am Empfänger während des zuletzt genannten Intervalls ankommenden Impuls erzeugt der Sperrschwinger 81 einen scharfen Triggerimpuls und steuert einen Gleichrichter 82 an, der von dem Sägezahngenerator 75 eine lineare Sägezahnspannung 75 a empfängt. Der Gleichrichter bewirkt eine Steuerung der Ladung und Entladung- des Kondensators 83, die am Ausgang angeschlossen ist. Es ergibt sich, daß der Sperrschwinger 81 den Gleichrichter.82 so triggert, daß der Kondensator 83 auf eine Höhe entsprechend der Amplitude des Ausgangssignals 75a zu einer Zeit aufgeladen wird, die dem Augenblick der ersten Ankunft des akustischen Impulses vom Sender 21 am Empfänger 22 während der Rechteckspannung 77 a entspricht. Der Sperrschwinger 81 wird entweder durch die Rohrsignale, wie sie am Empfänger ankommen, oder durch Signale getriggert, die durch das Gebirge hindurchgehen und am Empfänger entweder kurz vor den Gehäusesignalen oder etwas danach ankommen. Während des nächsten darauffolgenden Zyklus, wenn die erste Reflexion am Empfänger 22 früher als die vorhergehende auftritt, wird eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit angezeigt, und das Ausgangssignal 75 a hat eine niedrigere Höhe zu der Zeit erreicht, wenn der Sperrschwinger 81 getriggert wird, so daß .der Kondensator 83 sich auf eine etwas geringere Höhe entlädt. Wenn andererseits die erste am Empfänger während des nächsten Zyklus ankommende reflektierte Energie später als die vorhergehende ist, so wird die Ladung des Kondensators 83 auf einen höheren Wert gebracht.The speed measuring channel 66 has an amplifier 79 for amplifying the receiver output signal 22a. The output of the amplifier 79 is fed to a speed gate 80 , the conductivity of which is controlled by the square wave voltage 77a. This voltage has a length and duration which is considerably greater than that of pulse 76a, for example approximately 1.5 milliseconds. The speed gate 80 is normally non-conductive, but is made conductive by the square-wave voltage 77a , so that the signals can now travel on to the blocking oscillator 81. The speed gate 80 obviously cannot transmit any signals to the blocking oscillator during the adjustable delay period t as well as after the termination of the square wave voltage 77 a, and the speed measurement channel therefore only responds to signals that arrive at the receiver 22 during the interval of the square wave voltage 77 a. When it responds to the first pulse arriving at the receiver during the last-mentioned interval, the blocking oscillator 81 generates a sharp trigger pulse and controls a rectifier 82 which receives a linear sawtooth voltage 75a from the sawtooth generator 75. The rectifier controls the charge and discharge of the capacitor 83 connected to the output. It results that the blocking oscillator 81 triggers the rectifier 82 in such a way that the capacitor 83 is charged to a level corresponding to the amplitude of the output signal 75a at a time which is during the instant of the first arrival of the acoustic pulse from the transmitter 21 at the receiver 22 corresponds to the square wave voltage 77 a. The blocking oscillator 81 is triggered either by the pipe signals as they arrive at the receiver or by signals that pass through the rock and arrive at the receiver either shortly before the housing signals or a little afterwards. During the next following cycle, when the first reflection at the receiver 22 occurs earlier than the previous one, a higher speed of propagation is indicated, and the output signal 75 a has reached a lower level at the time when the blocking oscillator 81 is triggered, so that .der Capacitor 83 discharges to a slightly lower level. On the other hand, if the first reflected energy arriving at the receiver during the next cycle is later than the previous one, the charge on capacitor 83 is brought to a higher value.
Damit ist die Spannung am Kondensator proportional der Zeit, die zwischen der Aussendung eines Impulses vom Sender 21 und. der Ankunft des ersten Teiles der ergebenden Energie am Empfänger 22 verstreicht. Diese Spannung wird einem zweiten Registrierantrieb des Registriergeräts 72 zur Entwicklung einer üblichen fortlaufenden Kurve zugeführt, die als Funktion der Bohrlochtiefe die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der verschiedenen Gebirgeformationen darstellt, die zwischen dem Sender 21 und -dem Empfänger 22 vorhanden sind, wenn der Versenkkörper 10 innerhalb des Bohrloches 11 bewegt wird. In den Bohrlochtiefen, in denen das Gebirge eine hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit hat, kommen die Reflexionssignale am Empfänger 22 vor den durch die Rohre 12 gehenden Signalen an, und als Ergebnis ist eine eine hohe Geschwindigkeit andeutende Anzeige vorhanden. In Gegenden, in denen die im Gebirge reflektierten Signale nach den Rohrsignalen ankommen, haben die Gebirgesignale keine Wirkung auf die Geschwindigkeitskurve, sofern natürlich die Rohrsignale eine solche Amplitude aufweisen, daß sie den Sperrschwinger 81 triggern. Wenn die Amplitude der Rohrsignale sehr niedrig ist, wodurch eine gute Zementverbindung angedeutet wird, so ergeben die nachträglich ankommenden Signale eine eine niedrige Geschwindigkeit andeutende Anzeige, d. h. eine Geschwindigkeit, die kleiner ist als die im Rohr.So the voltage across the capacitor is proportional to the time between the transmission of a pulse from the transmitter 21 and. the arrival of the first part of the resulting energy at the receiver 22 elapses. This tension becomes a second Registration drive of the registration device 72 for the development of a conventional continuous Curve supplied, which as a function of the borehole depth, the propagation velocities represents the various mountain formations between the transmitter 21 and -dem Receiver 22 are present when the sinker 10 is within the borehole 11 is moved. In the borehole depths where the mountains have a high rate of propagation the reflection signals at the receiver 22 come before those passing through the tubes 12 Signals on and the result is an indication of high speed available. In areas where the signals reflected in the mountains follow the pipe signals arrive, the mountain signals have no effect on the speed curve, provided, of course, that the pipe signals have such an amplitude that they block the oscillator 81 trigger. When the amplitude of the pipe signals is very low, this creates a good one Cement connection is indicated, so result the subsequent incoming signals an indication of low speed, d. H. a speed which is smaller than the one in the pipe.
Sowohl die Geschwindigkeitskurve als auch die Amplitudenkurve werden gleichzeitig entwickelt und erscheinen nebeneinander auf dem Registrierblatt, das von dem Registriergerät 72 erzeugt wird, um so ihren Vergleich= zu erleichtern, damit bei der Analyse ohne weiteres die Qualität der Zementbindung festgestellt werden kann.Both the speed curve and the amplitude curve are developed at the same time and appear side by side on the registration sheet, the generated by the recorder 72 so as to facilitate their comparison =, thus the quality of the cement bond can be easily determined during the analysis can be.
Die Muffensignale im Leiter 28 werden über ein Filter 84 einem Muffensignalmeßstromkreis 85 zugeführt, der ein Gleichstromausgangssignal zum Antrieb eines dritten Registrierantriebs des Registriergerätes 72 ergibt. Dieser dritte -Antrieb erzeugt damit eine dritte Kurve, und zwar eine Mnffenkurve, die gleichzeitig mit den Amplituden- und Geschwindigkeitskurven auftritt. Die Muffenkurve könnte natürlich auch auf einem getrennten Registriermedium vorgesehen sein.The sleeve signals in the conductor 28 are passed through a filter 84 to a sleeve signal measuring circuit 85 which is a DC output signal for driving a third registration drive of the recorder 72 results. This third drive creates a third one Curve, namely a Mnffenkurve, which is simultaneous with the amplitude and velocity curves occurs. The socket curve could of course also be recorded on a separate recording medium be provided.
Durch einen Kondensator 86 wird eine Beeinflussung .der Kanäle 64, 65 und 66 durch die Gleichstrommuffensignale verhindert, während das Filter 34 offensichtlich den Wechselstromgenerator 32 von den Muffensignalen trennt. Der Kondensator 86 und eine zugehörige Drossel 87 verhindern ein Weiterfließen der peodischen 60- oder 50-Hz-Frequenz zu den Kanälen* 64, 65 und 66, so daß also diese Frequenz über den Leiter 28 dem Mischstromkreis 35 zugeführt wird. Die Filter 34 und 84 trennen den Hochfrequenz-Synchronisierimpuls und die Empfängerausgangssignale. Zusätzlich trennt das Filter 84 den 50-oder 60-Hz-Wechselsttöm des Wechselstromgenerators 32, so daß dieser von der Muffenschaltung 75 getrennt ist.A capacitor 86 prevents the channels 64, 65 and 66 from being influenced by the DC sleeve signals, while the filter 34 obviously separates the AC generator 32 from the sleeve signals. The capacitor 86 and an associated choke 87 prevent the peodic 60 or 50 Hz frequency from flowing further to the channels * 64, 65 and 66, so that this frequency is fed to the mixer circuit 35 via the conductor 28. Filters 34 and 84 separate the radio frequency sync pulse and receiver output signals. In addition, the filter 84 separates the 50 or 60 Hz alternating current from the alternator 32 so that it is separated from the sleeve circuit 75.
Die Betätigung des oben beschriebenen Systems zur Erzeugung der Muffen, .der Amplituden- und Geschwindigkeitskurven bei der Abwärtsbewegung des Versenkkörpers 10 auf einer vorbestimmten Länge des Bohrloches 11 durch Antrieb der Seilscheibe 33 ergibt sich deutlich aus der vorgehenden Beschreibung.The operation of the above-described system for producing the sleeves, .of the amplitude and speed curves during the downward movement of the sinker 10 on a predetermined length of the borehole 11 by driving the pulley 33 results clearly from the preceding description.
In solchen Gegenden, in denen die Amplitudenkurve eine sehr geringe Dämpfung zeigt, während die Geschwindigkeitskurve eine Geschwindigkeit entsprechend der Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Energie durch die Stahlrohre oder eine geringere Geschwindigkeit anzeigt, ergibt sich eine schlechte Zementbildung. An Stellen, wo die Geschwindigkeitskurve eine Ausbreitungsgeschwindigkeit anzeigt, die höher als die Geschwindigkeit im Rohr ist, wie dies beispielsweise eintreten kann, wenn das reflektierte Signal durch Kalkstein- oder Dolomitformationen hindurchgeht, die die akustische Energie mit höherer Energie weitergeben, so ergibt sich aus der Analyse, daß die Amplitudenkurve die Rohrdämpfung nicht anzeigt und daher die Information dort zweifelhaft ist und noch näher geklärt werden muß. Die Amplitudenkurve allein kann keine vollständig zuverlässigen Ergebnisse bringen und kann dazu führen, daß unnötige Verpressungsarbeiten oder Zementbindungen an Stellen durchgeführt werden, wo die Bindung bereits ausreichend ist. Durch die gleichzeitige Aufzeichnung sowohl der Amplituden als auch der Geschwindigkeitskurven des einzigen Empfängers wird jedoch die Aussage dadurch verbessert, daß eine zuverlässigere Information gewonnen wird, wodurch die Zementierverfahren verbessert und die gesamten Kosten für den Verbund des Zementes herabgesetzt werden.In those areas where the amplitude curve is very low Attenuation shows while the speed curve a speed accordingly the speed of propagation of the acoustic energy through the steel pipes or indicates a slower speed, poor cement formation results. At points where the speed curve shows a speed of propagation, which is higher than the speed in the pipe, such as occur for example can, if the reflected signal passes through limestone or dolomite formations, which pass on the acoustic energy with higher energy, so results from the Analysis that the amplitude curve does not show the pipe attenuation and therefore the information there is doubtful and still needs to be clarified. The amplitude curve alone may not give completely reliable results and may cause unnecessary grouting or cement bonding is carried out in places where the bond is already sufficient. By recording both the amplitudes as well as the speed curves of the single receiver however, the statement is improved in that more reliable information is obtained thereby improving the cementing process and reducing the overall cost of the Bond of the cement are reduced.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US1215079XA | 1962-03-01 | 1962-03-01 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1215079B true DE1215079B (en) | 1966-04-28 |
Family
ID=22397147
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEP31211A Pending DE1215079B (en) | 1962-03-01 | 1963-02-26 | Borehole measuring device for examining deep boreholes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1215079B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2025362A1 (en) * | 1969-05-26 | 1970-12-03 | Societe De Prospection Electrique Schlumberger, Paris | Device for underground investigations in boreholes |
-
1963
- 1963-02-26 DE DEP31211A patent/DE1215079B/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2025362A1 (en) * | 1969-05-26 | 1970-12-03 | Societe De Prospection Electrique Schlumberger, Paris | Device for underground investigations in boreholes |
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