DE1623569A1 - Akustisches Bohrloch-Untersuchungsgeraet - Google Patents

Akustisches Bohrloch-Untersuchungsgeraet

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DE1623569A1
DE1623569A1 DE19671623569 DE1623569A DE1623569A1 DE 1623569 A1 DE1623569 A1 DE 1623569A1 DE 19671623569 DE19671623569 DE 19671623569 DE 1623569 A DE1623569 A DE 1623569A DE 1623569 A1 DE1623569 A1 DE 1623569A1
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Cubberly Jun Walter E
Pardue George H
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Schlumberger Technology Corp
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/40Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging
    • G01V1/52Structural details
    • G01V1/523Damping devices

Description

  • B e s c h r e i b u n g "Akustisches Bohrloch-Untersuchungsgerät" Die Erfindung bezieht sich auf ein akustisches Bohrloch-Untersuchungsgerät, und zwar insbesondere auf ein verbessertes starres Gehäuse für akustische Untersuchungsgeräte mit Einrichtungen für die Dämpfung der in Längsrichtung wandernden akustischen Signale. Das Gehäuse gemäß der Erfindung kann ferner gasdicht ausgeführt werden.
  • Ein typisches akustisches Bohrloch-Unterzuchungsgerät weiat normalerweise mindestens drei akustische Wandler auf, die auf einem Träger in in Längsrichtung voneinander getrennten Intervallen angeordnet sind. Zwei dieser Wandler sind als Empfänger ausgebildet, und der dritte dient als Sender, der periodisch kurze Impulse akustischer Energie in allen Richtungen in die das Bohtloch-Uhtersuchungßgorät' umgebenden Medien aussendet. Ein akustischer Impuls. der von inem Empfänger empfangen wird, betätigt typischerweise inen entweder im Bohrloch ober an der Erdoberfläche angeordneten Zeitverzögerungsschaltkreis. Wenn dann derselbe Impuls spätervon einem Empfänger empfangen wird, der in größerer Entfernung angeordnet ist, so wird die verflossene Zeit von dem Zeitverzögerungsschaltkreis gemessen und daraus die Schallgeschwindigkeit durch diesen Abschnitt der umgebenden Medien zwischen den beiden Empfängern bestimmt. In komplizierteren Systemen wird auch die Wellenform der empfangenen Impulse untersucht, um deren Amplitude festzustellen oder andere wertvolle Informationen zu gewinnen.
  • Die Geschwindigkeit des Schalles durch Flüssigkeiten, die sich typischerweise in einem Bohrloch befinden (die sogenannte"BohrlochspUlung") liegt in der Grö#enordnung von etwa 1500 m pro Sekunde. Andererseits liegt die Schallgeschwindigkeit in den Erdformationen im Bereich von 1500 m pro Sekunde bis etwa 8000 m pro Sekunde; zum Vergleich sei vermerkt, daß die Schallgeschwindigkeit in Met allen zwischen zwi schen 4000 und 7000 m pro Sekunde liegt.
  • Da demzufolge die Schallgeschwindigkeit durch die Erdformationen wesentlich höher ist als durch die Bohrlochspülung oder andere Bohrlochflüssigkeiten, wtd ein akustisches Signal wesentlich schneller durch die Formation wandern, als durch das Bohrloch. Durch richtige Wahl des Abstands der Wandler werden die Empfänger ein akustisches Signal auffangen, das durch die benachbarten Erdformationen gelangt ist, und zwer lange, bevor das Signal eintrifft, das durch die Flüssigkeit im Bohrloch übertragen worden ist. Durch eine selektive Betätigung der Empfänger nur während einer so kurzen Zeit, daß sie gerade Jene Signale, die durch die Formationen ankommen, empfangen, können demgemäß die längsameren und unerwünschten Signale nicht aufgefangen werden. In einigen Systemen ist es Jedoch erforderlich, die Empfänger etwas länger zu betgtigen, um z.B. Ende rungen der Wellenform festzustellen. Wenn dies vorgesehen wird, werden die unerwUnsohten Signale durch geeignete elektronische Schaltkreise ausgefiltert.
  • Dabei ist ferner zu berücksichtigen, daß ein akustisches Bohrloch-Werkzeug so ausgebildet sein muß, daß feststellbare akustische Energie nichtWängs des Trägers zwischen den Wandlern übertragen wird, etwa mit einer Geschwindigkeit vergleichbar mit der des Schalles durch die Erdformationen. Falls dies nicht berücksichtigt wird, werden offensichtlich unerwünschte akustische Signale längs des Trägers übertragen und bei den Empfänger ankommen, wenn die gewünschten Signale ankommen und damit eine genaue Bestimmung der zusammengesetzten Geschwindigkeit des Schalles durch die benachbarten Erdformationen verhindern, ebenso wie auch die Analyse der Impulswellenform, wenn diese vorgesehen wäre, nicht mehr möglich ist. Ein anderes Problem, das auftreten kann, ist das Klingen in einem Gehäuse, das vergleichbar ist mit dem Klingen einer Glocke. Um auch diese Störung von derartigen Quellen her für den Empfang der Signale auszuschließen, ist es demgemäß erforderlich, das Gehäuse derart aufzubauen, daß es schalldämpfend wirkt.
  • Demgemäß war es bisher üblich, die Wandler auf einem Träger anzuordnen, der entweder eine niedrige Schalltbertragungsfähigkeit besaß oder Einrichtungen für die Dämpfung oder Verzögerung der akustischen Energie bei deren Wanderung längs' des Trägers aufwies. Typische derartige träger mit einer niedrigen Schallübertragungsfähigkeit sind solche, in denen die Wandler entweder in ein elastomeres oder plastisches Materiat eingebettet oder auf solchem befestigt sind. Es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich, daß zusätzlich zur Zerstörung sgefahr bei der Handhabung derartige Werkzeuge zu flexibel sind, um etwa ein Hindernis im Bohrloch zu überwinden. Dazu kommt, daß die Wirkungsweise von Wandlern, die in ein elastomeres oder plastisches Material eingebettet sind, beeinflußt wird.
  • Beispiele für derartige starre Oehäuse mit einer Dämpfung für die längs des Trägers wandernde akustische Energie sind in den US-Patentschriften 3 191 388, 3 191 141, 3 191 142 und 3 191 143 offenbart. Obwohl jede der dort beschriebenen Anordnungen befriedigend zu arbeiten vermag, so besitzen sie doch den Nachteil, daß ihre Träger offen sind und der Einwirkung der Bohrlochspülung ausgesetzt sind, wodurch nach einiger Zeit die Verdrahtung und die akustischen Wandler korrodiert werden oder beschädigt werden. Das Verschließen derartiger offener Träger mit elastomerem Material oder dergleichen war nicht sehr erfolgsreich insofern, als dies oft die radiale Aussendung des Schalles beeinträchtige. Hinzu kam, daß beim Gebrauch der Bohrloch-Untersuchungsgeräte in gasgefüllten Bohrlöchern oder in Bohrlöchern, die mit einer größere Quantitäten gelösten Gases enthaltenden Bohrlochspülung gefüllt waren, das Gas langsam durch das elastomere Material eindringt, während sich das Werkzeug befindet. Wenn dann das Bohrloch-Werkzeug aus dem Bohrloch herausgezogen wird, kann das eingeschlossene Gas nicht schnell genug aus dem Bohrloch-Werkzeug entweichen und kann sehr leicht die elastomeren Umkleidungen durchbrechen. Hinzu kommt, daß diese Gehäuse zwar "starr" sind, daß sich Jedoch noch eine gewisse Biegsamkeit ergibt, die für eine allgemeine Anwendung unerwünscht ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes akustisches Bohrlochgerät mit einer relativ hohen mechanischen Festigkeit zu schaffen, das Einrichtungen für die erhebliche Dämpfüng der akustischen Energie aufweist, die in Längsrichtung hindurchwandert, wobei ebenfalls das akustische"Klingen 1? gedämpft wird.
  • Weiter sind gemäß der Erfindung Starre Verschlüsse für akustische Bohrloch-Untersuchungsgeräte, die vollständig abgedichtet und gasdicht gemacht werden können.
  • Gemäß der Erfindung dient ein relativ starrer, hochfester rohrtörmiger Der bw. ein Gehäuse als er tür die im Abstand angeordneten akustischen Wandler. Diese Gehäuse + im Bohrloch, ++ vorg.sehe umfaßt innere und äußere rohrförmige Abschnitte, die teleskopartig zusammengefügt sind und längs einer gemeinsamen Mittelachse in Längsabständen von ihrem zugehörigen Abschnitt und relativ zu jenem versetzt angeordnet sind. Um die rohrförmigen Abschnitte zusammenzufügen, ist in den Ringräumen zwischen den inneren und äußeren Abschnitten eine Vielzahl von kürzeren Sektionen im Längsabstand angeordnet. Durch das Anordnen jeder kürzeren Sektion, die sich von einem Ende eines äußeren Abschnitts und unter diesem äußeren Abschnitt zum entgegengesetzten Ende des anschließenden inneren Abschnitts erstreckt, wird ein kontinuierliches und starres rohrförmiges Gehäuse aus gegensinander versetzten inneren und äußeren AbsehnitteN durch Zusemmenfügen von deren Enden gebildet. Akustische Eneie, die längs dieser Abschnitte des Gehäuses wandecke wird dadurch so gedämpft, daß kein merkbarer Anteil von akustischer Energie längs des Gehäuses übertragen werden kann oder das Gehäuse zum Mitschwingen anzuregen vermag. Darüberhinaus wird durch die Verwendung der rohrförmigen Teile für diese Zwischensektionen und durch das abdichtende Verbinden dieser Sektionsenden mit den inneren und äußeren Abschnitten eine gasdichte HUlle geschaffen.
  • Die Erfindung soll nun anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen näher beschrieben werden: Figur 1 zeigt ein akustisches Bohrloch-Untersuchungsgerät gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung; Figuren 2A und 2 B sind vergrö#erte aufeinanderfolgende Schnitte durch einz Teil der Anordnung nach Figur 1; Figur 3 ist ein weiter vergrößerter Schnitt, um eine Ausbildungsform das Erfindungsgegenstandes zu zeigen; Figuren 4 A und 4B sind Ansichten ähnlich der Figur 3, zeigen jedoch andere konstruktive Einzelheiten; und die Figuren 5 und 6 sind vereinfachte schematische Darstellungen zum besseren Verständnis der theoretischen Grundlagen, auf denen die Erfindung beruht.
  • In Figur 1 ist ein längliches, starres akustisches Bohrloch-Untersuchungsgerät lo dargestellt mit einem unteren Gehäuse 11, aungebildet gemäß vorliegendßr Erfindung, und einem oberen Gehäuse 12, dargestellt innerhalb einet Bohrlochs 13, Das Gerät lo hängt an einem gesehen elektrischen Kabel 14, daß über eine nicht dargestellte Winde an der Erdoberfläche in üblicher Weise abgespult wind.
  • Zwar ist das für die Untersuchung angewandte akustische System ohne Bedeutung für die Erfindung, doch zur VEreinfachung der Erläuterungen soll angenommen werden, daß ein Paar von Sendewendlern 15 und 16 und ein Paar von Empfangswandlern 17 und 18 im unteren Gehäuse 11 des Oerätes lo angeordnet sind, und der größte Teil oder sogar die Gesamtheit der elektronischen Schaltkreise befindet sich im oberen Gehäuseteil 12. Ein typisches derartiges System ist in der US-Patentschrift 3 257 639 beschrieben. Es mag kurz werläutert werden, daß hier die Wandler 15 bis 18, z.B. vom magnetostriktiven Typqin geeigneter Weise in festen Abs den voneinander in üblicher Art in dem Gerät angeordnet sind. Dir vorgeseheme Mandleranordnung umfa#t einen oberen Sende 15, einen oberen Empfänger 17, einer unteren Empfänger i8 und einen unteren Sender 16, in Längseusrichtung, wobei der Abstand zwischen dem Sender 15 und dem Empfänger 17 gleich ist dem Abstand zwischen dem Sender 16 und dem Empfänger 18.
  • Vorzugsweise ist dieser Abstend in der Grö#enordnung von etwa einem Meter gewählt, und der Abstend zwischen den Empfängern 17 und 18 liegt in der Größenordnung von 3o cm. Der Sender 15 und der Empfänger 17 sind demgemäß symmetrisch in bezug' auf den Sender 16 und den Empfänger 18 angeordnet, wobei die Symmetrieebene in der Mitte zwischen den beiden Empfängern 17 und 18 liegt.
  • Die Anordnung für den Bbtrleb dieses Systems ist so getroffen, daß die Aussendezeit eines akustischen Energieimpulses von einem der Sender zuverlässig an der Erdoberfläche ermittelt werden kann, und die akustische Energie, sobald sie von einem der Empfänger aufgenommen wird, kann an der Erdoberfläche als elektrisches Signal reproduziert werden und die Laufzeit der akustischen Energie vom Sender durch die umgebenden Medien zurück zu einem der Empfänger kann mit erheblioher Genauigkeit gemessen werden. An der Erdoberfläche werden die von dem Sender zum Empfänger übertragenen Signale von elektronischen Schaltkreisen empfangen, welche Signale von dem im Bohrloch befindlichen Werkzeug lo in einer ganz bestimmten Reihenfolge abgegeben werden.
  • Diese Reihenfolge ist so gewählt, daß einSender zweimal aufgetastet wird, um Sendesignale abzugeben, und diese Signale wechseln ab mit den Jeweils von den um einen längeren und um einen kürzeren Abstand von dem ersten Sender angeordneten Empfängern empfangenen Signalen; der andere Sende wird ebenfalls zweimal aufgetastet, um Sendesignale abzugeben, abwechselnd mit den Signalen, empfangen von den um einen längeren bzw. einen kürzeren Abstand von zweiten wender angeordneten Empfängern. Ein Paar der aufeinanderfolgenden Signale repräsentiert demgemäß das Zeltinterquell zwischen der Aussendung eines akustischen Impulses und seiner Ankunft an einem vorgegebenen Empfänger0 In den elektronischen Schaltkreisen wird das erste Zeitintervall zwischen der Aussendung eines akustischen Impulses und seiner Ankunft an einem gegebenen Empfänger, der um einen längeren Abstand ton dem ersten Sender angsordnet ist, in einer Zähisehaltung gespeichert.
  • Ein zweites Zeitintervall wischen dem nächsten folgenden akustischen Sendeimpuls des ersten Senders und der Ankunft der akustischen Energie au dem näher zum Sender angeordneten Empfänger wird dann von dem ersten Zeitintervall subtrahiert. Das nächte Zeitintervall zwischen der Aussendung eines akustischen Impulses vom zweiten Sender und seiner Ankunft bei dem Empfänger im grösserem Abstand von diesem Sender wird in die Zählschaltung addiert, und das nunmehr folgende Zeitintervall zwischen der Aussendung eines akustischen Impulses vom zweiten Sender und dessen Ankunft an dem im kürzeren Abstand angeordneten Empfänger wird von dem Inhalt der Zählschaltung wieder subtrahiert. Das nunmehr verbleibende Zeitintervall im Zähler repräsentiert zwei bestimmte Laufzeiten der akustischen Enrgie über einen Abschnitt der Medien zwischen den beiden Empfängern. Das verbleibende Zeitintervall im Zähler wird durch zwei dividiert und ergibt damit eine mittlere Laufzeit der akustischen Energie über diesen Abschnitt der benachbarten Medien. Einer der Hauptvorteile dieses Systems ist, daß die längeren Zeitintervalle, gemessen zwischen der Aussendung und dem Empfang der akustischen Energie, genug Zeit die genaue Ubeftragung der Signale zur Erdoberfläche lassen, während bei einem kurzen Abstand zwischen den Empfängern die Ubertragung der Signale direkt an die Erdoberfläche schwierig wird. Die Sender oberhalb und unterhalb der Empfänger sorgen weiter dafür, daß die Zeitmessung stark unabhängig von der Instrumentenlage relativ zur Wandung oder Geometrie des Bohrlochs ist. Natürlich können auch anstelle der beiden beschriebenen Empfänger vier Empfänger verwendet werden, wie leicht einzusehen ist.
  • Die genauen Einzelheiten dieser Anordnung sollen im folgenden nicht weiter beleuchtet werden. Das untere Gehäuse 11 ist gemäß der Erfindung so aufgebaut, daß sich eine starre, gasdichte Hülle ergibt, bei der eine erhebliche Dämpfung der Schallenergie stattfindet0 Diese Dämpfung beruht einmal darauf, daß ein Abschnitt 19 des unteren Gehäuses 11 in geeigenter Weise angeordnet ist, um die Übertragung jedes erheblichen Anteils akustischer Energie längs dieses Abschnittes selbst zwischen den Wandlern' 15 und 17 zu rtermeiden,, ähnlich angeordnete Abschnitte 20 und 21 sind jeweils zwischen den Wandlern 17 und 18 und denWandlern 16 und 18 vorgesehen. Ein anderer Aspekt dieser Dämpfungseigenschaften dieser Gehäuseabschnitte 19 bis 21 beruht darauf, daß sie auch insbesondere so aufgebaut sind, um in starkem Maße jedes Mitklingen zu vermeiden oder sogar völlig auszuschließen.
  • Um eine relativ.ungeschwächte radiale Aussendung der akustischen Energie von bzw. zu den Wandlern 15- 18 zu erreichen, sind in den Gehäuseabschnitten gegenüber jedem der Wandler entsprechende Einrichtungen vorgesehen, z.B. eine Mehrzahl von Gehäuseabschnitten 22-25 Jeweils mit in Umfangarichtung im Abstand angeordneten vertikalen Schlitzen 26-29 (Figuren 2A, 2B).
  • Diese Schlitze 26-29 bilden Je ein "Fenster", durch die die akustischen Signale radial mit geringer oder gar keiner Interferenz oder Dämpfung gelangen können. DUnnwandige Muffen 30-2) sind Jeweils hinter den Schlitzen 26-29 angeordnet und flüssigkeitsdicht durch Abdichtschweißung befestigt, wie bei 34 gekennzeichnet, an Jedem Ende der Gehäuseabschnitte 22-25, um den Eintritt von Bohrlochrlüssigkeiten zu verhindern. Die oberen und unteren Enden des unteren Gehäuses 11 sind natürlich durch geeignete Deckteile verschlossen, wie bei 35 am unteren Ende und 36 am oberen Ende. Auf diese Art erreicht das Gerät lo eine geneigende Festigkeit und Starrheit, so daß es aueh rauher Behandlung innerhalb und außerhalb des Bohrloches standzuhalten vermag.
  • Hinzu kommt, daß das Gerät lo insoweit flUssigkeitsdicht ist, so daß dieWandler 15-18 und die anderen in ihm enthaltenen Bauteile nicht der korrodierenden und schmutzigen Bohrlochflüssigkeit ausgesetzt sind, Wie am besten den Figuren 2A und 2B Zu entnehmen ist, ist der oberre Wandler 15 auf einem zentralen Trägerteil 37 angeordnet, das von dem das obere und untere Gehäuse 11 bzw, 12 verbindenden Gehäusedeckel 36 getragen Wird. Die mittleren und der untere Wandler 16-18 sind nicht direkt auf dem unteren Gehäuse 11 befestigt, sondern sind im Gegensatz hängend unterhalb des oberen Wandlers 15 getragen. Um dies zu ermöglichen, ist der untere Wandler 16 auf einem Rohrträger 58 befsstigt und unter dem oberen Wandler 15 mittels einer Schraubenfeder 39 aufgehangen, die am oberen Ende an dem zentralen Trägerteil 37 befestigt ist> während sie am unteren Ende mit dem Rohrteil 38 verbunden ist.
  • Damit ergibt sichnatürlich eine gesamte Schraubenlänge der Feder 39, die erheblich größer ist als die geradlinige axiale Länge der Feder, so daß akustische Signale, die längs der Feder wandern, erheblich verzögert werden und deshalb nicht mit dem Empfang der erwünschten Signale durch die Empfänger 17 und 18 interferieren kann. Eine Mehrzahl flacher, ringförmiger, wirbelsäulenähnhoher Teile 4o ist zwischen dem oberen und dem unteren Wandler 16 bzw. 18 angeordnet und in geeigneter Weise oberhalb und unterhalb des mittleren Wandlers 17 verteilt, um diesen in richtiger Beziehung zu den anderen Wandlern zu halten. Die Spannung der Feder 39 ist genügend gro#, da# die wirbelsäulenartigen Teile 4o in ziemlich starrer aufeinandergesteckter Kolonne gehalten werden.
  • Man erkennt daraus daß durch die geeignete Einstellung der Federvorspannung der Feder 39 und die Anordnung einer Anzahl wirbelsäulenartiger Teile 4o zwischen den Wandlern 15-18 die mittleren und der untere Wandler in irgendeiner gewUnschten festen Beziehung zu einander gehalten werden. Damit sind tatsächlich die mittleren und der untere Wandler 16-18 von einander abhängig unterhalb dem oberes Wandler 15 mittels einer in axialer Richtung starren, doch in* « seitlicher Richtung beweglichen Kolonne von zusammengesteckten wirbelsäulenartigen Teilen 40 gehalten.
  • Um sicherzustellen, daß die ittleren und der untere Wandler 16-18 in genaner Ausrichtung gegen(Iber ihren zugeordneten Schlitzen 27-29 sitzen, sind Einstelleinrichtungen, z.B. mit Gewinde versehene Kragen und Muffen 41 und 42, in der Kolonne vorgesehen Die nach Art einer Wirbelsäule angeordneten Teile 40 (im folgenden kurz "Wirbel" genannt), müssen natürlich so angeordnet werden, da# die durch sie hindurch übertragene akustische Energie entwsder erheblich gedämpft wird oder im g@@@genden Ma#e verzögert wird, so daß sie nicht mit dem Empfang Jener akustischen Signale inteSErieren kann9 die aus den Erdformationen zurücklaufen. Kurz gesagt werden die Wirbel 40 deshalb in geeigneter Weise angeordnet, um eine ganz erhebliche Dämpfung der akustischen Energie zu bewirken, so daß ein störendes akuStisches Signal nicht direkt hindurch übertragen wird, etwa von dem Sendewandler 15 bzw. 16 zu den Empfangswandlern 17 und 18.
  • Um dies zu bewirken, sind die Wirbel 40 von einander durch kurze Langsnaben, wie bei 4), getrennt, die sich von einer Querfläche jedes Wirbels herauserstrecken und jeweils in eine komplementäre Ausnehmung 44 in der gegenüberliegenden Querfläche des nächsten Wirbels eingreifen. Auf diese Weise ergibt sich, obwohl die Wirbel sogar aus Metall bestehen können, da# die zahlreichen Wechsel von und zu aufeinanderfolgenden Querschnittsflächen längs der Kolonne eine derartige Fehlanpassung an Jedem Übergang erzeugt wird, daß nur sehr geringe oder gar keine akustische Energie durch die Kolonne der übereinander gestapelten Wirbel 40 übertragen wird. Darüberhinaus wird jedesmal, wenn ein akustisches Signal durch die Wirbelkolonne 40 wandert und seine Richtung in der Kolonne ändert oder in der Kolonne reflektiert wird oder durch die Fehlanpassung reAettiert wird, ein Teil des Signals in die umgebenden Medien ausgesandt, wo es gedämpft wird.
  • Man erkennt, daß trotz der erheblichen Festigkeit des Gehäuses 11 insgesamt dies nichtdestoweniger einer gewissen Flexion bei der Handhabung unterworfen werden kann. Um für derartige Biegungen oder Flexionen eine Kompensation zu schaffen, sind drei der Vorsprünge 43 gleichmäßig um die Mittelachse jedes der Wirbel 40 herum verteilt,und die freien Enden jedes Vorsprungs sind abgerundet, so daß sich ein Teilabschnitt einer quer angeordneten sphärischen Oberfläche ergibt, die - wenn sie vollständig wäre - jeden der Vorsprünge umschreiben würde. Die komplementären Ausnehmungen 44 in den gegenüberliegenden Querflächen jedes der Wirbel 4o sind jeweils in geeigneter Weise angeordnet, um einen der Vorsprünge 43 aufzunehmen. Da die zusammenwirkenden Flächen derVorsprünge 43 und deizugeordneten flachen Ausnehmungen 44 im allgemeinen sphärisch sind, besitzen die gestapelten Wirbel 40 eine gewisse Auslenkfreiheit relativ zueinander um ihre Längsachse in irgendeiner Richtung. Auf diese Weise ergibt sich, daß die gestapelte Kolonne der Wirbel 40 wesentlich gelenkig ist und sich frei verbiegen kann, wenn das Gehäuse 11 verbogen werden sollte.
  • Mit den metallischen Muffen 30-33 innerhalb des Gehäuses 11 ist es erforderlich, daß für eine wirksame Ubertagung akustischer Energie in Radialrichtung der eingeschlossene Raum 45 mit einer geeigneten Flüssigkeit gefüllt werden muß. Da die Schallgeschwindigkeit in b1 in der Größenordnung von 13oo-1600 m pro Sekundetiegt, wird für die Füllung des Gehäuseraumes 45 O1 verwendet, da dabei die akustischen Signale nicht in Längsrichtung innerhalb des Gehäuses schneller übertragen werden können, als sie in Längsrichtung durch das Bohrloch 13 außerhalb des Werkzeugs lo laufen können. Es versteht sich natürlich, daß infolge des relativ kleinen Radialabstandes zwischen den Wandlern 15-18 und den metallischen Muffen 30-33 kein erheblicher Einfluß auf die radiale Aussendung und den radialen Empfang des Schalles ausgeübt wird.
  • Es versteht sich, daß eine große Anzahl von Leitungen vom oberen Gehäuse 12 in das untere Gehäuse 11 geführt werden muß und möglicherweise sogar noch weiter herunter zu anderen, hier nicht dargestellten Geräteteilen. Um derartige Leitungen unterzubringen, ist ein Zentralteil 46, z.B. ein länglicher Zylinder aus schalldämpfgendem Material, wie Kunststoff oder dergleichen, durch die Kolonne der Wirbel 40 unedle Feder 30 geführt. Wie am besten in Figur 2A zu erkennen, gestattet dieser Zylinder 46 Leitungen, wie z. B. bei 47, herumzuführen, die dann in die benachbarten Windungen der Feder 39 einspringen.
  • In ähnlicher Weise hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, eine oder mehrere äußere schräge Rippen vorzusehen, z.B. bei 48, außerhalb jedes Wirbels 40, um so Kanäle für andere (nicht dargestellte) Leitungen zu schaffen, die außerhalb der Wirbel zusätzlich zu den Leitungen innerhalb der Wirbel geführt werden.
  • Um Volumenänderungen der Öl füllung in dem eingeschlossenen Raum 45 ermöglichen zu können, die etwa infolge Änderungen der Bohrlochtemperatur auftreten können, und um einen Druckausgleich zwischen der Außenseite und dem Innenraum des Werkzeugs lo zu ermöglichen, ist ein schwimmender Ausgleichskolben 49 (Figur 2B) vorgesehen, mit einem normalerweise geschlossenen Ventil 50.
  • Dieser Ausgleichskolben ist gleitend im unteren Abschnitt des Gehäuses 11 angeordnet und wirkt normalwerweise mit einem Anschlag, beispielsweise der Gehäuseschulter 51, zusammen. Der eingeschlossene Raum 45 wird durch eine nicht dargestellte Füllöffnung mit einer genügend Quantität eines geeigneten hydraulischen Öles gefüllt, um den Kolben 49 gegen die Schulter 51 zu verschieben. Durch eine Anordnung des Ventils 50 derart, daß es sich öffnet und Öl aus dem Inneren des Gehäuses 11 herausläßt, Jedoch sich schließt und den Eintritt von Bohriochflüssigkeit in den Innenraum 45 verhindert, ergibt sich, daß bei einer Expansion des Öles infolge Temperaturerhöhung ein genügender Anteil desselben durch das Ventil herausgelassen wird, um ein Zerreißen der dünnen Metallmuffen 3o-33 zu verhindern. Erhöht sich Jedoch derhydrostatische Druck genügend oder sinkt die Umgebungstemperatur wieder ab, so kann sich der Ausgleichskolben 49 frei nach oben bewegen und damit den Raum 45 gefüllt halten.
  • Bohr'lochflüssigkeit kann durch eine seitliche Öffnung 52 in Jenen Teil 11 unterhalb des Ausgleichskolbens 49 eintreten.
  • Wenn demgemäß derAusgleichskolben 49 nach oben verschoben wird, werden die innenwandungen des Gehäuses mit Bohrschlamm und anderen Verunreinigen aus der Bohrlochflüssigkeit bedeckt, wenn diese Wandungen durch die Bewegung des Kolbens freigelegt werden. Wenn andererseits der Ausgleichskolben 49 wieder in seine ursprüngliche Stellung zurückkehrt, entweder durch eine weitere Expansion des Öles oder beim Erneuern des Öles bei der nachfolgenden Wartung, ist zu erwarten, daß geringe Reste des Bohrschlammes sehr wahrscheinlich auf den Zylinderwandungen zur@kbleiben und von den Dichtungen 5) des Ausgleichskolbens überstrichen werden. Es ist natürlich unerwünscht, daß das Öl in dem Innenraum 45 durch derartige Fremdbestandteile verschmutzt wird.
  • Demgemäß ist vorzugsweise zur Verhinderung des Ölverschmutzung im eingeschlossenen Raum 45 der Ausgleichskolben 49 mit von einander getrennten Kolbenabschnitten 54 und 55 aufgebaut,und ein weiteres Ventil 56 ist im unteren Kolbenabschnitt 55 vorgesehen, das ähnlich dem Ventil 50 ist, weiches bereits beschrieben wurde. Auf diese Weise dient der Raum 57 zwischen den Kolbenabschnitten 54 und 55 als eine Zwischenkammer, in der alle Fremdstoffe eingeschlossen werden, die von dem unteren Kolbenabschnitt 55 überlaufen wurden. Es ist auch zueerwarten, daß die Dichtung 58 des unteren Kolbenabschnittes 55 einen erheblichen Anteil aller Verschmutzungsteile, die die Zylinderwandung bedecken, abwischt und damit den Anteil von Verschmutzunge texten, die in den Raum 57 gelangen, erheblich herabsetzt. Wenn dann das Öl erneuert wird, kann ein Überschuß durch die Falls öffnung zugegeben werden, um alle Verschmutzungsteile innerhalb des Raumes 57 durch das Ventil 56 herauszuspülen.
  • Obwohl der Ausgleichskolben 49 ebensowohl auch ein Vollzylinder Bit könnte, so erkennt man doch auf Figur 2B, daß vorzugsweise der Ausgleichskolben ringförmig ausgebildet ist und um ein rohrförmiges Teil 59 im unteren Ende des Gehäuses 11 angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich ein Durchlaß 6o für elektrische Leitungen (nicht dargestellt). die etwa zu anderen Gerätsabschnitten (nicht gezeigt) unterhalb des Gerätes lo angeordnat sind. Es ist dabei fest@@@@lten, da# dis Wirbel 40 noch eine weitere Aufgabe erfüllen, nämlich den molanteil für die Füllung des eingesehlossenen Raumes 45 herabzusetzen, ohne dabei erheblich das Gesamtgewicht des Gerätes lo zu erhöhen.
  • Durch Verwendung von Materialien, wie Aluminium oder Magnesium kann ein großer Teil des Volumens des Raumes 45 angefüllt werden, ohne daß zu viel Zusatzgewicht aufgebracht werden muß. Durch die Herabsetzung des gesamten dlvolumens in dem Raum 45 wird auch demgemäß die Änderung des blvolumens infolge Temperaturänderungen kerheblich herabgesetzt.
  • Wie bereits erwähnt, sind die Gehäuseabschnitte 19-21 so angeordnet, daß die Ubertragung von akustischer Energie durch das untere Gehäuse 11 weitgehend verhindert wird und ebenso auch das Mitklingen11 desselben sehr stark gedämpft wird. Um dies zu erreichen, ist jeder der Gehäuseabschnitte 19-21 aufgebaut wie in Fig. 3 zu erkennen.
  • In Figur 3 ist ein Gehäuseabschnitt loo aus einer Mehrzahl einander überlappender, abwechselnd als innere und äußere konzentrische Muffen-lol und 102 angeordneten Teilen ausgebildet, die in Längsrichtung um eine gemeinsame Mittelachse 103 im Abstand angeordnet sind, wobei diese einander überlappenden Muffen miteinander an ihren gegenüberstehenden benachbarten Enden durch eine Mehrzahl kürzerer Muffen 104 mit einem zwischen den beiden erstgenannten Muffen liegenden Durchmesser verbunden sind, um so einen kontinuierlichen, ununterbrochenen, ziemlich starren rohrförmigen Körper zu bilden. Auf diese Weise sind die gegenüberliegenden Enden 105 und 1o6 Jeweils innenbefindlicher Muffen lol innerhalb der anschließenden äußeren Muffen 102 aufgenommen und diese Enden sind voneinander in einem gewissen Abstand angeordnet, um einen Zwischenspalt 107 freizulassen, während sie an den gegenüberliegenden Enden 1o8 und 109 dieser benachbarten äußeren Muffen mittels zweier kürzerer Zwischenmuffen 104 verbunden sind. Die äußeren Muffen 102 sind außerdem voneinander getrennt, um so Platz für einen äußeren Umfangsspalt 110 zwischen den Enden 108 und 109 jedes Paares aufeinanderfolgen-Dorch der äu#erer Muffen zu lassen. Das verbinden der verschiedenen Enden 105, 106, 108 und 1o9 der zueinander konzentrischen Muffen lol, 1o2 und 104 durch durchlaufende Schweißungen, wie bei 111 und 112 angedeutet, wird der Gehäuseabschnitt loo rlUssigkeitsdicht und bildet eine Reihe alternierender ringförmiger Räume 113 und 114, die Jeweils gegen das äußere oder Innere des Abschnittes offen sind, und zwar durch die Spalten 107 bzw. llo.
  • In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung waren die zueinander konzentrisch angeordneten Muffen lol, 102 und 104 Jeweils aus Stahlrohrabschnitten gebildet mit einer Nennwandstärke von etwa 5,175 mm. Die äußeren Muffen 102 hatten einen Außendurchmesser von etwa 92 mm, diemittleren Muffen hatten einen Außendurchmesser von etwa 86 mm, und dieinneren Muffen lol hatten einen Außendurchmesser von etwa 80, 5 mm. Die radialen Abständen zwischen Jeweils benachbarten Paaren von Muffen 102 und 104 bzw. lol und 104 betrugen etwa o,o125 mm und wurden durch eine geeignete Dimensionierung der Muffen erreicht. Die Spalte 107 und 110 waren jeweils 2,5 mm weit und die Länge jeder inneren und äußeren Muffe lol und 102 betrug in Längsrichtung 35>5 mm. Aus Gründen, die nachfolgend noch erläutert werden, wurde diese Länge für diese Muffen lol und 102 so ausgewählt> daß sie nicht eine Vi ertelwellenlänge in Stahl bei der gewählten akustischen Anregungsfrequenz für den Wandler 16 überschritt. Die oben genannten Abmessungen sollen nur als Beispiele verstanden werden, es können jedoch selbstverständslich auch andere Abmessungen gewählt werden.
  • FUr die Herstellung des Gehäuseabschnittes 100 werden die rohrförmigen Muffen lol und 102 und 104 sukzessiv miteinander derart verbunden, daß die Abschnitte schrittweise von einem Ende bis zum snderen zusammengebaut werden. Wie in Figur 3 dargestellt, sind die benachbarten, mittleren Muffen 104 und die inneren und äußeren Muffen lol und 102 jeweils abdichtend miteinander durch ununterbrochene Umfangsschweißung verbunden, wie bei 111 und 112,-was infolge der relativ engen radialen Abstände leicht zur Überbrückung der Abstandsräume führen könnte. Bei einem anderen Verfahren zur Verbindung der rohrförmigen Muffen werden die gegenüberstehenden Enden der mittleren Muffen 1o41 jeweils umgebördelt, wie am besten in Figur 4A zu erkennen, um vergrößerte und im Durchmesser verringerte Endflanschen 115 und 116 für das Zusammenwirken mit der inneren bzw. äußeren Muffe lol bzw. 102 zu schaffen. Geeignete Schweißungen wie bei 117 oder 118 verbinden die Muffen lol, lö und 104-' miteinander.
  • In ähnlicher Weise wie in Figur 4B dargestellt, kann nur das eine oder das andere Ende der mittleren Muffe 104'' umgebördelt sein, wie z.B. bei 119 zum Zusammenwirken mit dem hier anschliessenden Muffenteil 102. Das andere Ende ist in derselben Weise angeordnet wie in Figur 3 dargestellt.
  • Man erkennt demgemäß, daß die in den Figuren 3, 4A und 4B gezeigteRAusbildung einen gewundenen Längspfad längs des Gehäuseabschnitts loo bildet mit einer Länge von etwa dem Dreifachen des geradlinigen Abstandes zwischen den beiden Enden Jedes Abschnitts. Darüberhinaus bilden die Enden 105, 106, 108 und lo9 eine Mehrzahl unterbrechender Oberflächen oder Zwischenflächen, die quer zur Mittelachse 103 des Gehäuseabschnitts loo liegen.
  • Obwohl Experimente gezeigt haben, daß die in den Figuren 3, 4A und 4B dargestellte Ausbildung ein überlegenes schalltotes Gehäuse bildet, ist es natürlioh schwierig, genau den Einfluß der verschiedenen Faktoren abzuwägen, die für ein solches Resultat verantwortltoh sind. Die folgende Erläuterung, basierend auf logisch-wissenschaftlichere Analyse, wird deshalb von der Anmelderin als beste Erklärung für die Prinzipien angeboten, die der Wirkungsweise des Anmeldungsgegenstandes zugrundeliegt4.
  • Zunächst einmal sei auf Figur 5 verwiesen, wo schematisch ein Schallpfad 200 mit drei parallelen Schenkeln 201-203 dargestellt ist, dLe~~etwa eine S-Form bilden. Es sei vorausgesetzt, daß ein akustisches Signal längs des Pfades 200 in Richtung des Pfeiles 204 übertragen werde; das übertragene Signal soll angenommen werden, als habe es die Form einer Mehrzahl in räumlichem Abstand verlaufender Wellenfronten, wie bei 205, die längs des ersten Schenkels 201 des Pfades sich bewegen. Wenn eine de r Wellenfronten 205 auf die Querfläche 206 am Ende des Schenkels 201 auftrifft (welche Fläche eine Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Medien, wie dem metallischen EEd 200 selbst und.der Flüssigkeit in der Umgebung, bildet), so wird ein Teil der kustischen Energie weiter wandern in das umgebende Medium, wie bei 207 angedeutet.
  • Ein großer Teil der Schallenergie wird natürlich von der Grenzfläche 206 reflektiert. Die reflektierte Energie wird Jedoch einen aufgespaltenen Pfad einschlagen, um zurücklaufen zu können, so daß alle reflektierten Schallwellen in zwei Wellenabschnitte 208 und 209 am ersten Umkehrpunkt des Pfades 200 aufgespalten werden. Demgemäß wird ein Anteil 208 der reflektierten Welle in den ersten Schenkel 201 zur Quelle zurücklaufen, und der andere Abschnitt 209 der reflektierten Welle wird seinen Weg längs des Pfades 200 fortsetzen, Jetzt jedoch bei dem Schenkel 202.
  • Ein ganz ähnlicher Vorgang ergibt, wenn der Anteil 209 der ersten reflektierten Wolle beim Weiterlaüfen im zweiten Schenkel 202 die Querfläche 21o am Ende des zweiten Schenkels erreicht, und eine weitere Aufteilung in drei Pfade der Schallenergie wird erfolgen. Ein Anteil 211 der Welle 209 wird in die Umgebung entweichen. Der Rest derEnergie wird wieder von der Grenzschicht 210 reflektiert und aufgespalten, wobei ein Wellenanteil 212 im zweiten Schenkel 202 zurückläuft, während der andere wellenanteil 213 seinen Lauf in den dritten Schenkel 200 203 des Pfades fortsetzt. Es werden immer weitere Reflektionen stattfinden, jedoch immer mit der gleichen Wirkung.
  • Bekanntlich wird die Reflektion eines akustischen Signals sowohl durch die Natur des Mediums bestimmt, in dem die Schallwelle fortläuft, als auch durch die Natur des umgebenden Mediums.
  • Das Verhältnis der charakteristischen Impedanzen (. C) oder der Anpassung zwischen den beiden Medien bestimmt das Verhältnis zwischen der übetragenen und der reflektierten Energie. Wie ausführlich in dem Buch "Fundamentals of Acoustics", Kinsler and Frey (Wiley-Verlag 1962), erläutert, läßt sich dies von einer Grenzschieht reflektierte Energie, etwa bei 206 in Figur 5, nach der folgenden Gleichung berechnen: α R R-1-4 1 - 4 (2C2) (P1c1) (e 2C2 + P1C1)2, worin α R der Reflektionsfaktor ist, 1 die Dichte des Mediums, in der der Schall entsteht, C1 die Schallgeschwindigkeit in dem Medium, in dem der Schall entsteht, 2 2 die Dichte des Umgebungsmediums an der Grenzfläche zum ersten Medium, C2 die Schallgeschwindigkeit im Medium angrenzend an die Grenzschicht zum ersten Medium.
  • Wenn nun das schalleitende Medium Stahl ist und das umgebende Medium Wasser, so führt die Substitution ihrer jeweiligen Kennwerte in übereinstimmenden Einheiten in der obigen Gleichung zu folgendem Ergebnis: zur = o,86, wobei angenommen ist 17 1 = 7.700-kg/m3 (Stahl) 1 = = 5.050-m/sec. (Stahl) P2 = 1.000 kg/m³ (Wasser) C12 = 1,481-m/sec. (Wasser) Eingesetzt ergibt sich: Wenn demgemäß Stahl und Wasser die beiden zu betrachtenden Medien sind, so wird 86% der akustischen Energie, die durch den Pfad 200 übertragen wird, an jeder Grenzfläche, etwa bei 206, reflektiert. Die verbleibenden 14% der Energie werden in das umgebende Medium ausweichen, wie bei 207, wo diese Energie schnell zerstreut wird.
  • Die reflektierten Wellen werden dann zwei Teilwellen aufgespalten, wie 208 und 209, um ihre jeweiligen Wege fort zum setzen. Obwohl dies nicht genau bestimmt ist, so scheint es doch nur logisch, daß die relativen Amplituden der beiden reflektierten Anteile 208 und 209 mindestens zum Teil abhängig sind vom Winkel der Grenzfläche 206 zur Längsachse der beiden Schenkel 201 und 2022 ebenso wie von der relativen Querschnittsfläche jedes dieser beiden Schenkel. Wenn demgemäß die Grenzfläche 206 senkrecht auf der Längsachse der beiden Schenkel 201 und 202 steht,und diese beiden Schenkel etwa die gleiche Querschnittsfläche besitzen, so ist anzunehmen, daß die Aufspaltung der rdlektierten Energie etwa in zwei gleichen Anteilen erfolgt.
  • Falls das der Fall ist, so verschwindet bei einem gegebenen Signal, etwa bei 205, 14% der Energie in dem umgebenden Medium, etwa bei 207, wo sie schnell zerstreut wird. Etwa 43% der Energie läuft zurück als Welle 208, und zwar längs des Schenkels 201, während die verbleibenden 43% reflektiert werden und in den zweiten Schenkel 202 als Welle 209 gelangen.
  • Der gleiche Vorgang wird mit de den zweiten Schenkel 202 längs des Pfades 200 entlanglaufenden Wellenanteil 209 erfolgen.
  • Wenn dieser Wellenateil 2o9 auf die Grenzfläche an der nächsten Oberfläche 210 trifft, so wird 14% der Energie in die umgebende Flüssigkeit übertragen (wie bei 211), und die verbleibende Energie wird wieder in'zwei andere Wellenanteile 212 und 213 aufgespalten. Auch hier ist die Grenzfläche 210 senkrecht zur Bewegunsgrichtung angeordnet, und die Querschnittsflächen der Schenkel 202 und 203 sind gleich, so daß wiedernur 43% dieser Energie in den dritten Schenkel 203 gelangt. Demgemäß wird nur etwas mehr als 18% der ursprünglichen Energie theoretisch den dritten Schenkel 203 erreichen (43% x 43%).
  • In praxi beträgt deshalb der Anteil der Schallenergie, der einen vorgegebenen Punkt erreicht (0,43)n der ursprünglichen Energie, wobei n die Anzahl der Reflektionen angibt. Die Bedeutsamkeit dieser Feststellung geht zum Beispiel daraus hervor, daß ein Gehäuse aus- Abmessungen, wie sie oben unter Bezugnahme auf Figur 3 angegeben wurden + Bei diesem'Beispiel würden auf je etwa 30cm Länge (ein amerikanischer Fuß) 8 Baueinheiten mit insgesamt 32 Grenzflächen vorgesehen sein. Da nun auf jeweils 30 cm die Reflektion nur den Durchlaß von (0,43)32 oder etwa 1,87 x 10-12 der ursprünglich eingespeisten Energie erlaub, so würde auch nur dieser Anteil das Ende eines Abschnittes von einer Länge von etwa 30 cm (1 amerikanischer Fuß) erreichen.
  • Andererseits kann es gut sein> daß mehr Energie zurück zur Quelle reflektiert wird, indem man die Querflächen 206 und 210 geneigt relativ zur Mittelachse ausbildet, z.B. indem die Fläche 206 so geneigt wird, daß sich ihr oberes Ende (Figur 5) rechts von dem unteren Ende befindet, so daß mehr Schallenergie, die reflektiert wird, in den Schenkel 201 zurückläuft.
  • Es qrgibt sich daraus, daß die vielfachen Reflektionen, der Schallemergie, die den PSad 200 zurücklaufen, einen großen Teil der ursprünglich eingespeisten Schallenergie zerstreuen und dämr pen werden. Der Dämpfungsgrad sowchl als auch der Zerßtreuungsgrad wird natürlich proportional im Verhältnis zu + besitzen kann mindestens der Anzahl der Umkehrungen sein, die das Schallsignal durchlaufen muß. Jede Umkehr besitzt einen doppelten reduzierenden Effekt auf die Schallenergie, nämlich einmal durch Reflektion eines großen Anteils der Energie den Pfad zurück und durch Zerstreuung eines kleineren, jedoch immer noch bedeutenden Anteils der Energie in die umgebenden Medien bei jedem Umkehrpunkt.
  • Es wurde ferner festgestellt, daß die Auswahl von einer Viertelwellenlänge als Abstand zwischen den Grenzflächen 201 und 202 (Figur 6) ebenfalls zum Erfolg'der Ausbildung der Erfindung beizutragen vermag. Es ist theoretisch möglich, daß die zurUcklaufenden reSektierten Wellenanteile in ihrer Phase so gewählt werden können, daß sie wieder zurückreflektiert werden, undzwar außer Phase mita der folgenden Wellenfront, so daß die letztere teilweise ausgelöscht wird. Auf diese Weise ist anzunehmen, daß Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung gegen Mitklingen unempfindlich sind, sondern Jeden Resonanzeffekt der akustischen Energie sehr schnell abdämpfen, während sonst ein Mitklingen hervorgenfen werden könnte.
  • Um diese Phasenauslöschung zu bewirken, ist, wie in Figur 6 dargestellt, der Schallweg 300 so angeordnet, daß er ein Viertel der Wellenlänge für das gewählte Material des Pfades zwischen einander gegenüberliegenden Querflächen 3o1 und 3o2 beträgt. Natürlich ergibt sich, daß ungerade Vielfache einer Viertelwellenlänge in der selben Weise für die Auslöschung dienlich sein können. Falls eine Schallwelle etwa auf der linken Seite des Pfades oo einläuft, wie in Figur 6 schematisch dargestellt ist, ist anzunehmen, daß sie uwpUnglich eine Wellenform besitzt wie bei 3o3 angedeutet Wenn diese Schallwelle die Länge des Pfades 300 durchlaufen hat, wird ihr Phase um eine Viertelwellenlänge versteht wie schematisch bei 3o4 angedeutet. Die Reflektion der Welle an der Grenzfläche 302 wird nattirlioh eine reflektierte Welle hervorrufen, die 180° in der Phase gegen die ursprünglich e Welle 3o4 verschoben ist, wie bei 3o5 schematisch angedeutet. Ähnlich wird die reflektierte Welle 305 nach dem Durchlaufen des Pfades 300 in rückwärtiger Richtung um eine Viertelwellenlänge bei der Ankunft an der ersten Grenzfläche 301 versetzt und eine Wellenform annehmen wie bei 306 angedeutet. Die Reflektion der rücklaufenden Welle wird wiederum die zurückreflektierte Welle 307 um 1800 außer Phase mit der rücklaufenden Welle 3o6 bringen.
  • Wie am besten durch Vergleich der schesmtischen Wellenformen 303-307 erkennber, wird die zurückreflektierte Welle 307 180° au#er Phase mit der nächstfolgenden Welle sein (nicht dargestellte doch mit derselben Wellenform wie die Welle 3o3). Da diese beiden Wellen nicht die gleiche Amplitude besitzen, erfolgt nur eine teilweise Auslösuchung der zweiten Welle durch die zurückreflektierte Welle.Unter Verwendung der oben angeg3ebenen Formel für die Bestimmung des Anteiles der Schallwelle, der reflektiert wird, erkennt man, daß - wenn kein Aufspaatungspfad für einen Anteil der rückreflektierten Energie zu berücksichtigen ist - die Amplitude der zurückreflektierten Welle etwa 75 (86% x 86%). der Amplitude der zweiten Welle betragen wird Andererseits würde selbst bei einer gleichmäßigen Aufteilung des Schallpfades an einer Querfläche (wie im Falle des Pfades 200 in Figur 5) die zurückreflektierte Welle immer noch eine Amplitude von 37% derjenigen der zweiten Welle besitzen.
  • Es scheint deshalb vorteilhaft zu sein, so viele Reflektionen wie möglich vorzusehen, um die Amplitude jeder zurückreflektierten Welle zu erhöhen und die Auslöschung mindestens eines Teiles der folgenden Welle zu erreichen.
  • Um auf die Figur 9 zurückzukommen, so ist dort gezeigt, daß der Gehäuseabschnitt loo jeweils so hergestellt ist, daß jede äußere Muffe 102 eine Viertewellenlänge der Anregungsfrequenz fUr das zur Ausbildung des Gehäuseabschnitts verwendete Material besitzt. Durch Verwendung einer Anzahl von Moduleinheiten oder Baugruppen aus Muffen lol, 102 und 104 können die Gehäuse abschnitte loo so angeordnet werden, daß die erforderlichen Abstände zwischen den Wandlern erreicht werden. Da es üblich ist, die Empfangswandler 17 und 18 in einem erheblichen Abstand voneinander anzuordnen, so wird man eine große Anzahl von solchen Modulbaugruppen in Jedem Fall benötigen. Auf diese Weise ergibt sich eine ebenso große Anzahl reflektierender Oberflächen, etwa bei 105 und 108, um die gewünschte Dämpfung und Zerstreuung der Schallenergie längs des unteren Gehäuse 11 vom Sender 16 bis zum Empfänger 17 bzw. 18 zu erreichen. In ähnlicher Weise wird auch bei Auftreffen äußerer akustischer Anregung des Gehäuses 11 eine erhebliche Dämpfung gemäß der Erfindung erzeugt, so daß solche Störenergie nicht mit der richtigen Funktion des Gerätes 1o in Komflikt geraten kann.
  • Um das Eindringen von Fremdteilen in die äußeren Ringräume 113 zu verhindern, sind Abdichteinrichtungen, etwa ein ringförmiges Band 115, oder eine verklebte Abdichtung 16, aus einem federnden oder elastomeren Material in die äußeren Spalte 11o eingesetzt. In den inneren Ringräumen 113 ist eine geeignete Füllung anzuordnen, etwa Fett, Öl oder Wasser, um den Druck außerhalb des Bandes 115 oder des Abdichtungsteiles 116 auszugleichen und die Innenräume sauber zu halten. Es ergibt sich also, daß gemäß vorliegender Erfindung eine erhebliche Dämpfung und Schwächung der Amplitude von Schallenergie erreicht wird, die längs eines Gehäuses für ein akustisches Untersuchungsgerät fortgepflanzt wird. Zwar können die oben angedeutKen Theorien nicht ganz zutreffen, doch ist nach bestem Wissen anzunehmen, daß sie mindestens teilweise die erzielten Ergebnisse verursachen. In Jedem Falle haben sich Jedoch Gehäuse, die gemäß vorliegender Erfindung aufgebaut waren, als sehr erfolgreich für die Verhinderung der Längsverpflanzung von akustischer Energie als auch zur Verhinderung des unerwünschten Mitklingens von Gehäusen erwiesen. Von ebenso großer Bedeutung ist, daß die Gehäuse gemäß der Erfindung sich als starrer herausgestellt haben als Gehäuse, wie sie bisher in Gebrauch waren. Durch solche besonders starren Gehäuse, die nichtsdestoweniger schalltot sind, werden akutische Untersuchungsgeräte ermöglicht, die viel länger ausgebildet werden können, als es bisher möglich war, ohne so flexibel zu sein, daß sie selbst bei vorsichtiger Handhabung zerstört werden können.

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1. Akustisches Bohrloch-Untersuchungsgerät mit mindestens zwei in Längsabstand längs einer gemeinsamen Mittelachse angeordneten akustischen Wandlern und mit einer Einrichtung für die Halterung der Wandler mit starker Dämpfung der Schallenergiefortpflanzung längs der Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtung erste und zweite rohrförmige Muffenteile (lol, 103) zwischen den Wandlern (15-18) in Längsabständen längs der Mittelachse aufweist, sowie ein drittes rohrförmiges Muffenteil (-102), teleskopartig relativ zu den ersten und zweiten Muffenteilen (lol, 103) angeordnet, das mit seinen Endabschnitten (108, lo9) die einander gegenüberstehenden Endabschnitte (105, 1o6) des ersten und zweiten Muffenteils (lol, 103) überlappt, und daß die Muffenteile durch erste und zweite Zwischenmuffen (104) miteinander verbunden sind, die, radial gesehen, zwischen den ersten und zweiten Muffenteilen (lol, 103) einerseits und dem dritten Muffenteil (102) andererseits angeordnet sind und von denen, in Axialrichtung gesehen, die erste Zwischenmuffe einen Endabschnitt (1Q8) des dritten Muffenteiles (104) mit eihem (106) der einander gegenüberstehenden Endabschnitte des ersten und des zweiten Muffenteiles verbindet, während die zweite Zwischen muffe den anderen Endabschnitt (lo9) des dritten Muffenteils mit dem anderen (105) der einander gegenüberstehenden Endabschnitte des ersten und des zweiten Muffenteils verbindet.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffenteile und Zwischenmuffen aus Metall bestehen.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch vekennzeichnet, daß mindestens eines der Muffenteile mindestens annähernd eine Länge besitzt, die gleich ist einem ungeradzahligen Vielfachen einer Viertels der Wellenlänge der Arbeitsfrequenz mindestens eines der Wandler.
  4. 4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Endflächen (206, 210) der Muffenteile im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse angeordnet ist.
  5. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge, der Muffenteile eine Viertelwellenlänge der Wandlerarbeitsfrequenz nicht wesentlich überschreitet.
  6. 6. Gerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtung aus einer Vielzahl von Muffenteilen gleicher Länge gestaffelt aufgebaut ist, die zusammen mit den Zwischenmuffen von untereinander ebenfalls gleicher Länge ein Gehäuse (loo) bilden, und daß die ersten und zweiten Muffenteile den gleichen Durchmesser besitzen, während die Zwischenmuffen einen größeren Durchmesser als die ersten und zweiten Muffenteile, Jedoch einen kleineren Durchmesser als die dritten Muffenteile aufweisen.
  7. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenmuffen mit den Muffenteilen durch durchiaufende Schweißnähte (111, 112) verbunden sind, die das Gehäuseinnere flüssigkeitsdicht abdichten.
  8. 8. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (15-18) in Gehäuseteilen (22-25) angeordnet sind, die einen Teil des flüssigkeitsdichten Gehäuses bilden.
  9. 9. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Muffenteile an ihren einander gegenüberstehenden Enden flüssigkeitsdicht' miteinander verbunden sind (115, 116). lo. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen (49) für den Druckausgleich zwischen dem Gehäuseinnern und seiner Umgebung.
    Leerselte
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