DE1758619B1

DE1758619B1 - Bohrloch-Messsystem zum Bestimmen der Dichte von Bodenformationen und Verfahren zum Einstellen des Messsystems

Info

Publication number: DE1758619B1
Application number: DE19681758619
Authority: DE
Inventors: Mooring James F; Janssen Hermann W
Original assignee: Pan Geo Atlas Corp
Current assignee: Pan Geo Atlas Corp
Priority date: 1967-07-10
Filing date: 1968-07-08
Publication date: 1971-01-21
Also published as: FR1572833A; GB1232092A; US3617746A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrloch-Meß- Wie aus dem obengenannten Artikel außerdem system zum Bestimmen der Dichte der ein Bohrloch ersichtlich ist, sind die Querkennlinien gekrümmt umgebenden Bodenformationen mit einer in das und weichen immer stärker von einer geraden Linie Bohrloch einführbaren Bohrlochsonde, die eine ab, je größer die Stärke einer Schmutzschicht wird. Gammastrahlenquelle und in unterschiedlichem Ab- 5 Wenn also eine Korrektur auf der Annahme basiert, stand von dieser Gammastrahlenquelle zwei Gamma- daß die Querkennlinie geradlinig verläuft, kann der Strahlenfühler enthält sowie mit einer Auswerteein- korrigierte Massendichte-Ablesewert in einem Berichtung über Tage, die zwei logarithmische Verstär- reich, in welchem eine dicke Schmutzschicht imBohrker, eine Zählvorrichtung, die an die Eingänge der loch vorhanden ist, um einen beträchtlichen Betrag Verstärker den Zählraten der Gammastrahlenfühler io vom echten Wert abweichen. Dies tritt insbesondere entsprechende Eingangssignale liefert, eine erste dort in Erscheinung, wo ein starker Kontrast auftritt, Summiervorrichtung, die aus unkorrigierte lineare d. h. dort, wo die echte Formationsdichte und die Funktionen der Bodenformationsdichte darstellenden Schmutzschichtdichte sehr stark verschieden sind.
Ausgangssignalen der Verstärker ein der Schmutz- Eine weitere Schwierigkeit, die sich beim Arbeiten schichtdicke im Bohrloch entsprechendes Korrektur- 15 mit Dichte-Meßgeräten von dem in dem vorstehend signal bildet, und eine zweite Summiervorrichtung genannten Zeitschriftenaktikel genannten Typ herausaufweist, die zur Bildung eines der wirklichen Boden- gestellt hat, ist die, daß ein Abheben des die Strahlenformationsdichte entsprechenden Ausgangssignals quelle tragenden Endes des Meßgerätes von der dieses Korrektursignal einem der Ausgangssignale Bohrlochwandung Fehler im Kompensationssystem der Verstärker hinzufügt. 20 bewirkt, die wesentlich größer sind, als wenn das die

Bei Bohrloch-Meßsystemen zum Bestimmen der Fühler tragende Ende der Meßvorrichtung von der

Dichte von Bodenformationen bewirken Schmutz- Wandung abgehoben wird. Auch können normwidrige

schichten an den Wänden des Bohrloches Meßfehler, Auswirkungen innerhalb des Kompensationssystems

die das Meßergebnis erheblich beeinträchtigen kön- selbst infolge der hohen Umgebungstemperatur aufnen. Es ist somit für gewöhnlich erforderlich, diese 25 treten, welcher das Meßgerät beim Messen ausge-

Fehler zu kompensieren. Bei bekannten Dichte-Meß- setzt ist.

systemen werden hierfür zwei Meßfühler verwendet, Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein

die mit unterschiedlichen Abständen von einer Bohrloch-Meßsystem der eingangs genannten Art zu

Gammastrahlenquelle angeordnet sind, und die Aus- schaffen, das in einfacher und dennoch genauer und gangssignale dieser beiden Detektoren zur Erzeugung 30 sicherer Weise eine Berücksichtigung der Fehler, die

eines Korrekturfaktors benutzt, der dem Ausgangs- durch eine Verschmutzung und durch Unebenheiten

signal des Fühlers mit dem großen Abstand hinzu- der Bohrlochwandung auftreten, ermöglicht, und

gefügt wird, um eine korrigierte Massendichte- zwar auch bei Bohrlochsonden mit unvermeidlichen

Ablesung zu erhalten. Eine solche Anordnung ist in Fertigungstoleranzen.

einem Artikel unter dem Titel »The Dual Spacing 35 Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß

Formation Density Log« von J. S. Wahl et al. in in der ersten Summiervorrichtung zur Bildung des

der Dezemberausgabe 1964 der Fachzeitschrift Korrektursignals eine von der Amplitude des Korrek-

»Journal of Petroleum Technology« beschrieben. tursignals abhängige Rückkopplung vorgesehen ist,

In diesem Artikel ist auch ein sogenanntes »Rück- die so bemessen ist, daß das der wirklichen Bodengrat- und Rippen-Diagramm« dargestellt, aus wel- 40 formationsdichte entsprechende Ausgangssignal gegen chem der Einfluß unterschiedlicher Schmutzschicht- ein Abweichen des Korrektursignals von einer linegewichte und Schmutzschichtstärken auf den abge- aren Abhängigkeit von der Schmutzschichtdicke lesenen Dichtewert bestimmt werden kann. Aus die- kompensiert ist.

sem Diagramm kann dann ein Korrekturwert abge- Die erste Summiervorrichtung kann dabei nach leitet und dem vom Fühler mit der großen Entfernung 45 einer Ausgestaltung der Erfindung einen Summierermittelten Dichteablesewert hinzugefügt werden, um verstärker enthalten, dessen Ausgang über einen einen korrigierten Massedichtewert der Bodenforma- spannungsabhängigen Widerstand, insbesondere mit tion zu erhalten. positivem Spannungskoeffizienten, an dessen Eingang

Die Bezeichnung »Rückgrat- und Rippen-Dia- angeschlossen ist. Sie kann aber auch ein an den gramm« soll ein anschauliches Bild von diesen Kenn- 5° Ausgang eines der logarithmischen Verstärker angelinien ermitteln, die für jede verwendete Meßvorrich- schlossenes Potentiometer aufweisen, dessen Schleiftung charakteristisch sind. Nachstehend werden kontakt durch einen über einen mit dem Abgriff und jedoch die Kennlinien eines solchen Diagramms, wie dem Ausgang des anderen Verstärkers verbundenen es in F i g. 6 der Zeichnungen dargestellt ist, im Hilfsverstärker steuerbaren Servomotor bewegbar Hinblick auf ihre gegenseitige Lage kurz als »Längs- 55 ist, und es kann mit dem Schleifkontakt derjenige Kennlinien« und »Quer-Kennlinien« bezeichnet, wo- eines zweiten, das Korrektursignal liefernden Potenbei der Ausdruck »Längs-Kennlinie« an Stelle des tiometers bewegbar sein sowie das zweite Potentio-Ausdrucks »Rückgrat-Kennlinie« und der Ausdruck meter eine Anzahl von festen Abgriffen aufweisen, »Quer-Kennlinie« an Stelle des Ausdrucks »Rippen- die durch Widerstände überbrückt sind, deren WiderKennlinie« gesetzt ist. 60 standswert vom beweglichen Abgriff aus nach beiden

In der Praxis hat sich nun gezeigt, daß auf Grund Seiten des Potentiometers hin sich verändert, insbe-

von Fertigungstoleranzen, Schwankungen in der sondere zunimmt.

Größe und der Spektralempfindlichkeit der Fühler Das Meßsystem läßt sich nach einer anderen Aus- und anderen Faktoren es sehr schwierig ist, zwei gestaltung der Erfindung sehr einfach und damit Dichte-Meßwerkzeuge zu schaffen, deren Längs- 65 bedienungsfehlerfrei verwenden, wenn an dem Aus-Querkennliniendiagramm den gleichen Längskenn- gang eines der logarithmischen Verstärker eine Einlinienwinkel und den gleichen Querkennlinienwinkel Stellvorrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe das aufweist. Korrektursignal beim Vorliegen einer vorgegebenen

Bodenformationsdichte und beim Fehlen einer Schmutzschicht auf Null einstellbar ist, und wenn gegebenenfalls am Ausgang der ersten Summiervorrichtung eine Einstellvorrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe das Ausgangssignal für die wirkliche Bodenformationsdichte beim Vorliegen einer vorgegebenen Bodenformationsdichte und einer Schmutzschicht vorgegebener Dicke auf eine vorgegebene Abweichung von dem der vorgegebenen Bodenformationsdichte entsprechenden Signal einstellbar ist. io den kann, F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Sender- und Empfängerkopf des unter Tage angeordneten Teiles des in F i g. 1 dargestellten Systems,

F i g. 3 ein schematisches Schaltdiagramm der im über Tage angeordneten Teil des Systems verwendeten Rechnereinheit,

F i g. 4 ein schematisches Schaltdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Rechners, der in dem in F i g. 1 dargestellten System verwendet wer-

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Bohrlochsonde ein Gehäuse und ein an die Bohrlochwandung anlegbares Anlageteil auf, das an einem Ende die Gammastrahlenquelle und gegen das andere Ende zu die beiden Gammastrahlenfühler enthält und über zwei federbelastete Arme gelenkig mit dem Gehäuse verbunden ist, und ferner ist zwischen dem Anlageteil und einem ihm gegenüber verschiebbaren Ende eines der Arme oder zwischen dem F i g. 5 eine teilweise schematische Vorderansicht eines Feldeichgeräts, das in einem System nach F i g. 1 zur Einstellung der Rechnereinheit verwendet wird,

F i g. 6 ein Kennliniendiagramm des Dichtemeßsystems der F i g. 1, aus welchem mögliche Änderungen von Längs- und Querkennlinien bei verschiedenen Abmessungen des Meßgeräts ersichtlich sind.

In der Zeichnung ist die Erfindung in Verbindung Anlageteil und dem Gehäuse ein Kraftspeicher vor- ao mit einem Dichtmeßsystem dargestellt, in welchem gesehen, der auf das die Gammastrahlenquelle ent- der Untertageteil 10 der Einrichtung mit einem aushaltende Ende des Anlageteils eine auf die Bohrloch- ziehbaren Anlageteil versehen ist. Der Anlageteil, den wandung gerichtete Kraft ausübt. man auch als Sende- und Empfangskopf bezeichnen

Die Kompensationsgenauigkeit des Meßsystems könnte, ist allgemein mit der Bezugsziffer 12 bezeichläßt sich noch dadurch weiter steigern, daß zwischen 25 net und mit dem Hauptkörper des Untertageteils 10 dem Gammastrahlenfühler mit geringerem Abstand mit Hilfe eines Paares von Armen 14 und 16 gelenkig

verbunden. Eine Abstützplatte 18 ist ebenfalls mit dem Untertageteil 10 mittels Armen 20 und 22 gelenkig verbunden. Die Arme 16 und 20 werden vorzugsweise durch Federdruck nach außen gedrückt, so daß der Anlageteil 12 und die Abstützplatte 18 während der Meßoperation gegen die Bohrlochwand gehalten werden. Die Arme 14, 16, 20 und 22 können jedoch auch so betätigt werden, daß der Anlageteil 12 und

die echte Formationsdichte ist. Die Kompensations- 35 die Abstützplatte 18 in das Gehäuse des Untertageeinrichtung gemäß der Erfindung kann auch beim teils 10 zurückgezogen werden, damit sie, ohne anzu-Bestimmen des elektrischen Widerstandes der Boden- stoßen, durch das Bohrloch befördert werden können, formationen verwendet werden, wenn eine Strom- In dem Anlageteil 12 ist eine Gammastrahlenquelle

quelle an Stelle der Gammastrahlenquelle und Elek- 24 nahe dem oberen Ende des Anlageteils angeordtroden an Stelle der Gammastrahlenfühler vorge- 40 net. Etwas unterhalb der Gammastrahlenquelle 24 ist sehen sind, oder beim Bestimmen der Porosität der ein erster relativ kurzer Fühler 26, und unterhalb des Bodenformationen, wenn eine Neutronenquelle an
Stelle der Gammastrahlenquelle und Neutronenfühler
an Stelle der Gammastrahlenfühler vorhanden sind.

von der Gammastrahlenquelle und der Bohrlochwandung ein Strahlenschirm angeordnet ist, der vorzugsweise Gammastrahlen mit einem Energiegehalt von weniger als 200 keV absorbiert.

Die Erfindung wird nachstehend in ihrer besonderen Anwendung auf Dichte-Meßsysteme beschrieben, bei denen eine Gammastrahlenquelle verwendet wird und die zu messende gewünschte physikalische Größe Fühlers 26 ist ein zweiter, längerer Fühler 28 angeordnet. Wie im einzelnen aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Strahlenquelle 24 im oberen Ende eines Ab-

Ein für das Bohrloch-Meßsystem nach der Erfin- 45 schirmglieds 30 angeordnet, das im oberen Ende

dung besonders geeignetes Einstellverfahren besteht nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung darin, daß bei einer vorgegebenen ersten Bodenformationsdichte und beim Fehlen einer Schmutzschicht eines Gehäuses 32 befestigt ist. Das Fußende des Armes 14 ist mit dem Teil 12 mittels eines Bolzens 34 gelenkig verbunden. Das Fußende des Armes 16 ist mit einem Flansch 36 des Gehäuses 32 über einen

das Ausgangssignal der logarithmischen Verstärker 50 Bolzen 38 gelenkig verbunden, der in einem Vertikaldurch Einstellen von deren Eingangsempfindlichkeit schlitz 40 im Flansch 36 gleitet,
auf Null gestellt wird, daß sodann bei einer vorgegebenen zweiten Bodenformationsdichte und beim

Fehlen einer Schmutzschicht das Korrektursignal Der in kürzerem Abstand angeordnete Fühler 26 kann irgendeinen geeigneten Gammastrahlendetektor aufweisen und ist in einer Ausnehmung 42 innerhalb

durch Verändern des Ausgangssignals eines der Ver- 55 eines Hauptabschirmkörpers 44 angeordnet. In gleistärker auf Null gestellt wird und daß schließlich bei eher Weise kann der in größerem Abstand angeorddieser zweiten Bodenformationsdichte und beim Vorliegen einer Schmutzschicht vorgegebener Dicke das

Ausgangssignal für die wirkliche Bodenformationsnete Fühler 28 aus einem beliebigen passenden Gammastrahlendetektor bestehen und ist innerhalb einer Ausnehmung 46 im Abschirmkörper 44 ange-

dichte durch Verändern des Ausgangssignals der 60 ordnet. Die für die Fühler 26 und 28 erforderlichen

ersten Summiervorrichtung um einen vorgegebenen Betrag verändert wird.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 ein weitgehend schematisiertes Dichte-Meßsystem gemäß der Erfindung, Schaltkreise sind in einer Hülse 48 am unteren Ende des Gehäuses 32 untergebracht, und die elektrischen Impulssignale, die von den Fühlern 26 und 28 entwickelt werden, werden auf ein Kabel 50 zur Übertragung auf den Übertragungsteil des Systems mit Hilfe einer geeigneten, in der Hülse 48 untergebrachten elektronischen Schaltung gebracht. Diese elektronische Schaltung kann beispielsweise einer Anord-

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nung entsprechen, die in den USA.-Patentschriften werden in passender Weise in der Schaltung verstärkt 3 309 657 und 3 465 239 beschrieben ist, soweit sie und umgeformt, die in der Hülse 48 enthalten ist, und die Erzeugung geeigneter Impulssignale und deren werden dann über das Kabel 50 zu dem Übertageteil Übertragung an die Erdoberfläche betrifft. des Systems geleitet. Dieser Übertageteil weist geeig-

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung 5 nete Verstärker und Impulstrennschaltungen auf, so ist der Anlageteil 12 mit einer Einrichtung zum Er- daß am Ausgang des mit großem Abstand angeordzeugen eines zusätzlichen Drucks auf das Spitzenende neten Fühlers 28 auftretende Impulse von den Imdes Anlageteils versehen, so daß das die Strahlen- pulsen des in kurzem Abstand angeordnten Fühlers quelle enthaltende Ende dieser Einheit während des 26 getrennt werden können. Diese Impulstrennung Meßvorganges fest gegen die Bohrlochwandung ge- ίο kann beispielsweise mit Hilfe einer Anordnung behalten wird. Der Arm 16 ist durch Federkräfte in wirkt werden, die in der bereits erwähnten USA.-Auswärtsrichtung vorgespannt und bewirkt ein An- Patentschrift 3 309 657 beschrieben ist. Es kann aber drücken des ganzen Anlageteils gegen die Bohrloch- auch irgendeine andere geeignete Schaltung zum wandung. Da jedoch der Arm 16 seine Kraft ziemlich Übertragen der von den Fühlern 26 und 28 erzeugten dicht bei der Mitte auf den Anlageteil 12 überträgt 15 Signale auf den Übertageteil des Systems und zum und in dem Schlitz 40 verschiebbar gelagert ist, kann Trennen derselben im Zusammenhang mit der vordas die Strahlenquelle 24 enthaltende obere Ende des liegenden Erfindung verwendet werden. Anlageteils 12 unter bestimmten Bedingungen von Nachdem die beiden Impulssätze getrennt worden

der Bohrlochwandung weggeschoben werden. Es hat sind, werden sie auf gesonderte Zählgeschwindigsich herausgestellt, daß bei einem Wegbewegen des so keitsmesser gegeben, die Ausgangssignale erzeugen, die Strahlenquelle enthaltenden Endes des Anlage- die sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des teils 12 von der Bohrlochwandung wesentlich mehr Auftretens der entsprechenden Impulse ändern. Die-Fehlersignale auftreten, die weniger gut kompensiert ser Abschnitt des Übertageteils des Systems ist in werden können als bei einer entsprechenden Weg- F i g. 1 durch den Schaltblock 70 dargestellt. Die bewegung des Fußteils oder Fühlerendes des Anlage- 35 Ausgangssignale der Zählgeschwindigkeitsmesser teils 12. Deshalb ist eine Druckfeder 52 vorgesehen, werden dann auf eine Rechnereinheit 72 gegeben, die um auf das obere Ende des Anlageteils 12 eine Über- ein korrigiertes Dichtesignal in Abhängigkeit von druckraft auszuüben. Die Druckfeder 52 ist zwischen dem Fühler 28 und ein Korrektursignal erzeugt, das einem Block 54 und einem am Gehäuse 32 befestig- sich mit der Stärke des Schmutzkuchens und der ten Anschlagglied 56 eingespannt. Der Block 54 ist 30 Dichte ändert. Die beiden Signale werden dann in auf dem Bolzen 38 schwenkbar gelagert und kann einer Registriervorrichtung 74 mit Mehrfachspuren sich damit innerhalb des Schlitzes 40 bewegen, wenn aufgezeichnet, um eine Dichtemessung entsprechend sich die Relativstellungen der Arme 14 und 16 der echten Formationsdichte p_B und einer Korrekturändern. Da der obere Arm 14 über den Bolzen 34 mit messung +Ap zu erhalten.

dem Gehäuse gelenkig verbunden ist, wird die von 35 In F i g. 3 ist die Rechnereinheit 72 in Verbindung der Druckfeder 52 gelieferte Kraft in Richtung des mit den Zählgeschwindigkeitsmessern dargestellt. Der Pfeiles 57 in F i g. 2 ausgeübt und bewirkt dadurch Zählgeschwindigkeitsmesser für den Fühler mit groein Andrücken des die Strahlenquelle enthaltenden ßem Abstand ist mit der Bezugsziffer 80 bezeichnet, Endes des Anlageteils 12 in dichtem Kontakt mit der und der Zählgeschwindigkeitsmesser für den Fühler Bohrlochwandung. An einem Ende des Blocks 54 ist 40 mit kurzem Abstand ist mit der Bezugsziffer 82 beeine Stange 58 befestigt, die sich durch eine Füh- zeichnet. Die jedem Fühler entsprechenden Impulse, rungsöffnung im Anschlagglied 56 hindurch erstreckt die nach Amplitude und Länge standardisiert sein und die als Führung für die Druckfeder 52 dient, so können, werden auf den Eingang eines jeden Zähldaß sich deren Kraft gegen das Anschlagglied 56 geschwindigkeitsmessers gegeben. Das Ausgangsrichtet. 45 signal eines jeden Zählgeschwindigkeitsmessers ist Wie ersichtlich ist, übt die vorstehend beschriebene keine lineare Funktion der Dichte, weil das Absorp-Überdruckfeder 52 eine Kraft auf das obere Ende des tionsgesetz für die Gammastrahlen einen Exponen-Anlageteils 12 aus, die sich nicht mit dem Bohrloch- tialverlauf hat. Dementsprechend wird das Ausgangsdurchmesser verändert. Dies ist besonders vorteilhaft, signal eines jeden Zählgeschwindigkeitsmessers auf weil die Überdruckkraft somit bei verschiedenen 50 einen logarithmischen Verstärker gegeben, in wel-Bohrlochbedingungen die Tendenz hat, konstant zu chem das Zählgeschwindigkeitssignal auf den Logableiben. Es können jedoch auch andere Anordnungen rithmus des Eingangssignals umgeformt wird, d. h. zur Erzielung einer Überdruckkraft vorgesehen wer- auf ein Signal, das sich linear mit der augenscheinden. Eine solche Anordnung ist in F i g. 1 mit strich- liehen Formationsdichte ändert. Der Ausgang des punktierten Linien eingezeichnet. Sie weist ein Kabel 55 Zählgeschwindigkeitsmessers 80 ist über ein Eichauf, das mit dem Gehäuse des Anlageteils 12 potentiometer 84 mit dem Eingang eines logarithunterhalb des Verbindungspunktes mit dem Arm 16 mischen Verstärkers 86 und der Ausgang des Zählbefestigt ist. Das Kabel 60 ist über eine Rolle 62 des geschwindigkeitsmessers 82 ist über ein Eichpotentio-Untertageteils 10 nach unten zum Fußende dieser meter 88 mit dem Eingang eines logarithmischen Einheit geführt, wo eine Druckfeder 64 eine nach 6o Verstärkers 90 verbunden. Die Verstärker 86 und 90 unten gerichtete Kraft auf das Kabel 60 ausübt. Eine liefern also an ihren Ausgängen Signale, die dem solche Anordnung kann an Stelle einer Feder 52 ver- Logarithmus der entsprechenden Fühler-Zählwendet werden, um eine nach auswärts gerichtete geschwindigkeiten proportional sind. Kraft auf das obere Ende des Anlageteils 12 auszu- Während die logarithmischen Verstärker 86 und üben. Es sind aber auch noch andere Anordnungen 65 90 einen beliebigen passenden Aufbau haben können, zur Erzielung der gewünschten Überdruckkraft ist es wichtig, daß diese Verstärker in hohem Maße möglich. temperaturkompensiert sind, weil bei Bohrlochmes-Von den Fühlern 26 und 28 erzeugte Impulssignale sungen sehr starke Änderungen der Umgebungs-

temperatur auftreten können. So hat sich heraus- derstand 104 auftretende Spannung wird als Dichtegestellt, daß Verstärker, die einfache Gegentakt- korrektursignal verwendet. Dieses Dichtekorrekturdioden oder einen einzigen Transistor im Rückkopp- signal schwankt mit der Stärke und der Dichte des lungspfad haben, im allgemeinen unbefriedigend sind. Schmutzkuchens sowie mit anderen Bohrwand-Ein logarithmischer Verstärker, der sich als ausrei- 5 Umgebungsfaktoren und wird auf das Dichtekorrekchend temperaturkompensiert erwiesen hat, ist in der turgalvanometer der Registriervorrichtung 74 gege-Druckschrift »Fairchild Semiconductor Application ben. Der Ausgang des Verstärkers 86 ist über einen Bulletin No. APP-124« unter dem Titel »Designing Widerstand 107 auch mit dem Eingang eines Verstärwith off the shelf linear microcircuits« von R. J. kers 106 verbunden, und das am Widerstand 104 ge-W i d 1 a r und J. N. G i 1 es beschrieben. Bei diesem io wonnene Dichtekorrektursignal wird über den Widerlogarithmischen Verstärker wird ein zusammengehö- stand 105 auch auf den Eingang des Verstärkers 106 riges Transistorpaar in Verbindung mit zwei Funk- gegeben. Das Ausgangssignal des Verstärkers 106 tionsverstärkern verwendet, um ein logarithmisches wird am Widerstand 108 erzeugt und wird auf das Ausgangssignal zu erzeugen, das hinsichtlich Tempe- korrigierte Massedichte-Galvanometer in der Regiraturänderungen hoch stabilisiert ist. In Verbindung 15 spielvorrichtung 74 gegeben,
mit einem solchen Verstärker können auch tempera- Im Zusammenhang mit Fig. 5 wird nachfolgend turempfindliche Widerstände verwendet werden, falls die Art und Weise beschrieben, auf welche die in eine weitere Temperaturkompensation erforder- F i g. 3 dargestellte Rechnereinheit zur Anpassung an lieh ist. unterschiedliche Kennlinienwinkel von Dichtemeß^ Die Ausgangssignale der logarithmischen Verstär- 20 geräten mit unterschiedlichen Abmessungen einker 86 und 90 werden miteinander verglichen, um gestellt werden kann. F i g. 5 zeigt in Diagrammform ein Korrektursignal zu erzeugen, das dann mit dem eine Feldeichschablonenanordnüng, die zum Eichen dem Fühler mit großem Abstand proportionalen der Rechnereinheit eines bestimmten Meßgeräts verlogarithmischen Ausgangssignal summiert wird, um wendet wird. Diese Feldeichschablonenanordnung einen korrigierten Dich te-Ablesewert zu erhalten, 25 weist eine allgemein mit der * Bezugsziffer 110 bewelcher der wahren Massendichte entspricht. Außer- zeichnete Einheit auf, die an dfer Seite des Gehäuses dem sind in Übereinstimmung mit einem wichtigen 32 (Fig. 2) so angeordnet ist,' daß ein Paar von Merkmal der Erfindung Einrichtungen vorgesehen, Gammastrahlenquellen 112 und 114 über dem Fühum sowohl den Längskennlinien- als auch den Quer- ler 26 und dem Fühler 28 angeordnet sind. Während kennlinienwinkel einzustellen, um damit den beson- 30 des Eichvorganges wird die Gammastrahlenquelle 24 deren Abmessungen des Meßgeräts an besonderen entfernt. Die Quellen 112 und 114 sind beide in der Punkten des Längs-Querkennliniendiagramms dieses Mitte der wirksamen Länge der entsprechenden Füh-Geräts zu entsprechen, so daß auch bei verschiedenen ler 26 und 28 angeordnet, um eine sehr genaue Geräteabmessungen eine Übereinstimmung der Wir- Eichung zu erzielen. Wenn nur eine einzige Strahlenkung dieser Geräte erzielt werden kann. 35 quelle zum Eichen beider Fühler Verwendet wird, beim einzelnen ist der Ausgang des logarithmischen einflussen sehr geringe Änderungen der Anordnung Verstärkers 86 über einen Isolationswiderstand 92 beide Fühler und ergeben eine ungenaue Eichung, mit einem Verstärker 94 verbunden, der die Form Auf der Einheit 110 ist ein verstellbarer Einschubeines Funktionsverstärkers mit dem Verstärkungs- tei 116 mit einem Paar von Öffnungen 118 und 120 faktor Eins hat und als Phasenumkehrstufe für das 40 vorgesehen, die in einem Abstand voneinander an-Ausgangssignal des Verstärkers 86 dient. Diese PoIa- geordnet sind, der dem Abstand der Strahlenquellen ritäts- oder Phasenumkehr ist erforderlich, damit 112 und 114 entspricht. Der Einschubteil 116 kann beim Zusammenzählen der Ausgangssignale der Ver- aus der Einheit 110 so weit herausgezogen werden, stärker 86 und 90 das Gesamtausgangssignal bei einer daß die öffnungen 118 und 120 in den Verbindungsgeeigneten Längskennlinien-Winkeleinstellung Null 45 weg zwischen den Quellen 112, 114 und den Fühlern wird, wie nachstehend noch beschrieben wird. Wird 26 und 28 zu liegen kommen. In der Einheit 110 ist jedoch vom Verstärker 86 das Ausgangssignal mit auch ein zweites Eichelement 122 verschiebbar geder richtigen Polarität verwendet, kann der Verstär- lagert und wird beim Beginn der Eichung zunächst ker 94 eliminiert sein. in die in F i g. 5 mit strichpunktierten Linien dar-Das Ausgangssignal des Verstärkers 94 wird über 50 gestellte Lage 122 a herausgeschoben. Dementspreeinen Widerstand 96 auf den Eingang eines Summen- chend werden dann beim Beginn der Eichung beide Verstärkers 98 gegeben, der auch eine beliebige pas- Einschubteile 116 und 122 in ihre nach F i g. 5 linke sende Form eines Funktionsverstärkers zur Erzielung Stellung bewegt. In dieser Lage wird zwischen die eines Verstärkungsgrades Eins haben kann. Der Aus- Quellen 112 und 114 und die Fühler 26 und 28 ein gang des logarithmischen Verstärkers 90 ist über ein 55 erstes Paar von Absorptionskörpern 124 und 126 anPotentiometer 100 zur Einstellung des Längskenn- geordnet. Auf beiden Seiten der Absorptionskörper linienwinkels mit dem Eingang des Verstärkers 98 126 ist ein Paar von Leitschilden 113 und 115 anverbunden. Es ist klar, daß zwischen den Verbin- geordnet, und gegenüber der Fühlerseite der Einheit dungspunkten des Widerstandes 96 mit dem Potentio- 110 sind Leitschilde 117, 119 und 121 angeordnet, meter 100 und Erde (oder Masse) im Eingang des 60 um eine Rahmenöffnung für die Gammastrahlen der Verstärkers 98 ein nicht dargestellter Eingangswider- Quelle 114 mitten auf der wirksamen Länge des Fühstand angeordnet ist. Der Widerstand 96 und das lers 28 zu bilden. Auf diese Weise wird eine gegen-Potentiometer 100 wirken so als Spannungsteiler auf seitige Beeinflussung der Quellen 112 und 114 und den Eingang des Verstärkers 98. Das Summenaus- der Detektoren 26 und 28 vermieden und die Gegangssignal des Verstärkers 98 wird dann auf ein 65 nauigkeit der Eichung erhöht. Die Absorptionskörper Potentiometer 102 zur Einstellung des Querkenn- 124 und 126 sind gut geerdet, so daß die von den linienwinkels und auf einen in Reihe mit Erde ver- Fühlern 26 und 28 erzeugten Zählgeschwindigkeiten bundenen Widerstand 104 gegeben, und die am Wi- genau die gleichen sind, wie wenn dieses besondere

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Meßgerät in einer homogenen Gesteinsformation mit der F i g. 6 erläutern. Gemäß F i g. 6 kann ein beson-

einer Dichte von 2,1 zu der Zeit der Erstellung deres Meßinstrument einen Längskennlmienwinkel

seines Längs-Querkennliniendiagramms angeordnet von 70° haben, der die mit einer ausgezogenen Linie

worden wäre. In diesem Zusammenhang sei darauf dargestellte Längskennlinie 140 ergibt. Andere Inhingewiesen, daß auch irgendein anderer gewünschter 5 Strumente können jedoch Längskennlinienwinkel ha-

Punkt auf dem Kennliniendiagramm als Eichpunkt ben, die zwischen 65^c, entsprechend der mit gestri-

verwendet werden kann, soweit es das Verfahren ge- dielten Linien dargestellten Längskennlinie 141, und

maß der vorliegenden Erfindung betrifft. 75°, entsprechend der ebenfalls mit gestrichelten

Das korrigierte Massendichtegalvanometer in der Linien dargestellten Längskennlinie 142, liegen. Registriervorrichtung 74 wird zuerst mechanisch auf 10 Diese drei Kennlinien sind in F i g. 6 so dargestellt, den Ablesewert 2,1 auf seiner zugeordneten Dichte- daß sie durch den gleichen Drehpunkt 144 auf der skala eingestellt, wenn kein Ausgangssignal der Ge- Längskennlinie verlaufen, der einer Ablesung einer schwindigkeitsmesser 80 und 82 auftritt. Die Feld- Dichte von 2,1 entspricht; einfach, weil alle die Meßeicheinheit 110, die dem geeichten besonderen Gerät instrumente auf den gleichen Drehpunkt bei dem entspricht, wird dann über das Gehäuse 32 (bei ent- 15 beschriebenen Eichverfahren geeicht worden sind, fernter Strahlenquelle 24) so gesetzt, daß die Strah- Es kann aber jeder beliebige andere passende Drehlenquellen 112 und 114 über der Mitte der wirk- punkt entlang der Längskennlinie verwendet werden, samen Länge der Fühler 26 und 28 stehen und nur Wenn das geeichte Instrument einen Längskenndie Absorptionskörper 124 und 126 an ihrem Platz linien winkel von 70^c aufweist, wenn die Absorptionsangeordnet sind. Die logarithmischen Verstärker 86 20 körper 130 und 132 in Winkelstellung sind, müßte und 90 können nun auf die Standardzählgeschwindig- eine dem Punkt 2,6 auf der Längskennlinie entsprekeiten eingestellt werden. Genauer gesagt, wenn die chende Dichteablesung erhalten werden, d. h. der genaue Zahl von Gammastrahlen vom Fühler 26 für mit 146 in F i g. 6 bezeichnete Punkt. Wenn jedoch den Dichtepunkt 2,1 auf der Längskennlinie empfan- der Längskennlinienwinkel nicht genau eingestellt ist, gen wird, wird das Potentiometer 84 so eingestellt, 25 wird der erzielte Ablesepunkt bei eingesetzten Abdaß der Eingang auf den Verstärker 86 vom Ge- sorptionskörpern 130 und 132 nicht auf der Kennschwindigkeitsmesser 80 durch eine innere Vorspan- linie, sondern in einem gewissen Abstand davon lienung innerhalb des Verstärkers 86 genau ausge- gen, wie dies durch den Punkt 148 in F i g. 6 angeglichen ist und das Ausgangssignal des Verstärkers deutet ist. Jeder Punkt außerhalb der Kennlinie stellt 86 Null ist. Auf gleiche Weise wird der Verstärker 90 30 aber eine nichthomogene Formation dar und sollte auf eine Standardzählgeschwindigkeit durch eine ein Korrektursignal erzeugen. Oder anders ausge-Verstellung des Potentiometers 88 eingestellt, bis das drückt, wenn das Korrektursignal auf Null eingestellt Ausgangssignal des Verstärkers 90 Null ist. Da durch ist, kann die Bedienungsperson sicher sein, daß der die Verstärker 86 und 90 die Spannung Null erzeugt Dichtepunkt 2,6 auf der Längskennlinie liegt. Zu diewird, wird auch eine Spannung Null am Massedichte- 35 sem Zweck wird nun das Längskennlinienwinkelgalvanometer wirksam, das dann den Ablesewert 2,1 Potentiometer 100 verstellt, bis am Widerstand 104 anzeigt, da es auf diesen Wert mechanisch eingestellt eine Nullausgangsspannung auftritt und damit eine worden ist. Dies heißt, daß das Instrument nun auf Nullspannung auf das Korrektursignalgalvanometer den Dichtepunkt 2,1 des Kennliniendiagramms dieses in der Registriervorrichtung 74 geliefert wird. Diese besonderen Instruments geeicht ist. 40 Spannung ist Null, wenn das Verhältnis der Werte

Dieser Nullpunkt wird nun als ein Drehpunkt zur des Widerstands 96 und des Längskennlinienwinkel-Einstellung des richtigen Längskennlinienwinkels ver- Potentiometers 100 gleich dem Tangens des Längswendet. Genauer gesagt, der Einschubteil 116 wird Kennlinienwinkels Alpha ist.

nun so einwärts geschoben, daß er ein zweites Ab- Wenn das Längskennlinienwinkel-Potentiometer

sorptionskörperpaar 130 und 132 zwischen die Strah- 45 100 auf eine Nullspannung am Widerstand 104 ein-

lenquelien 112, 114 und die Fühler 26 und 28 bringt. gestellt ist, ist das Ausgangssignal des Verstärkers 90,

Die Absorptionskörper 130 und 132 sind so gewählt, wie es am Eingang des Verstärkers 98 auftritt, elek-

daß sie eine ausreichende zusätzliche Absorption ge- irisch gleich eingestellt wie das Ausgangssignal des

währen, um einer Dichteablesung von 2,6 aus dem Verstärkers 86, der elektrisch äquivalent einem Win-

Kennlmiendiagramm dieses besonderen Gerätes zu 50 kel von 45° ist. Durch eine einfache Einstellung des

entsprechen, das vorher bei Bohrlochmessungen mit Potentiometers 100 auf einen solchen Wert, daß eine

diesem Gerät in einer homogenen Gesteinsformation Null-Ausgangsspannung auf das Korrektursignal-

von jener Dichte ermittelt worden ist. Wenn der Ein- galvanometer geliefert wird, kann sich also die Be-

schubteil 116 einwärts bewegt wird, wird am Wider- dienungsperson vergewissern, daß der Dichtepunkt

stand 108 eine Spannung erzeugt und auf das korri- 55 2,6 in den in F i g. 6 dargestellten Punkt 146 auf der

gierte Massedichtegalvanometer geliefert. Diese Span- Längskennlinie fällt. Da aber nun eine definierte

nung sollte dem Punkt 2,6 auf der Kennlinie ent- Spannung auf den Widerstand 108 geliefert wird, die

sprechen. Die durch die Absorptionskörper 130 und dem Dichtewechsel vom Punkt 2,1 auf den Punkt 2,6

132 bewirkte zusätzliche Strahlenabsorption läßt je- entspricht, ergibt das Massendichtegalvanometer

doch keinen Punkt auf der Längskennlinie des Dia- 60 einen bestimmten Ablesewert in der Nähe von 2,6.

gramms des besonderen Gerätes erreichen, solange Die Empfindlichkeit dieses Galvanometers wird dann

nicht das Längskennlinienwinkel-Potentiometer 100 elektrisch eingestellt, so daß es eine genaue Anzeige

richtig eingestellt ist. In diesem Zusammenhang sei des Punktes 2,6 ergibt, wenn die Absorptionskörper

darauf hingewiesen, daß infolge von Fertigungstole- 130 und 132 in ihre Werkstellung gebracht sind und

ranzen, Abweichungen bei der Zusammensetzung 65 nachdem das Längskennlinienwinkel-Potentiometer

von Teilen und anderen Faktoren keine zwei Meß- 100 eingestellt worden ist.

geräte genau den gleichen Längskennlinienwinkel ha- Um auf eine Querkennlinienwinkelkorrektur zu

ben werden. Dieser Gesichtspunkt läßt sich an Hand eichen, wird der Einschubteil 122, der vorher links

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vom Absorptionskörper 124 angeordnet worden ist, Aus Fig. 6 ergibt sich, daß die Querkennlinie IS¹Z einwärts in die mit vollen Linien in F i g. 5 gezeigte der geraden Linie 154, die einem Querkennlinien-Stellung geschoben, so daß er eine kleine zusätzliche winkel von 50° entspricht, nur über eine kurze Absorption von Gammastrahlen bewirkt, die vom Strecke auf beiden Seiten der Längskennlinie folgt Fühler 26 von der Quelle 112 her empfangen wer- 5 und anschließend nach außen von der theoretischer! den. Der Einschubteil 122 bewirkt jedoch keine Ab- geradlinigen Querkennlinie 154 abweicht, wie durch sorption von Gammastrahlen der Strahlenquelle 114, den oberen Teil 152 a und den unteren Teil 152 b der so daß die Zählgeschwindigkeit des Fühlers 28 nicht Rippe 152 angedeutet ist. Mit zunehmender Schmutzgeändert wird. belagdicke und einem stärkeren Dichtekontrast wird Die durch den Einschubteil 122 bewirkte Absorp- io die Korrektur, die durch eine einfache Summierung tion wird so geeicht, daß sie eine Änderung in der der Ausgangssignale der Verstärker 86 und 90 be-Zählgeschwindigkeit des Fühlers 26 bewirkt, die wirkt wird, selbst bei einer Einstellung auf die richeinem Punkt auf dem Diagramm des betreffenden tigen Längs- und Querkennlinien, ungenau. Wenn die Geräts entspricht, der, wenn kompensiert, auf den Schmutzbelagstärke gleich dem Punkt 162 auf der Wert 2,5 auf der Längskennlinie fällt, d. h., um 15 Querkennlinie 152 wird und eine Korrektur entlang einen Dichtewertbetrag 0,1 vom früheren Eichpunkt einer geradlinigen Querkennlinie gemacht wird, wird 2,6 abfällt, bei welchem der Längskennlinienwinkel im Punkt 164 eine Dichteablesung erhalten, die uneingestellt worden ist. Wenn also der Einschubteil 22 gefahr gleich einem korrigierten Dichteablesewert 2,4 einwärts geschoben wird, verstellt er den Punkt 146 an Stelle des gewünschten Werts 2,5 ist. Gemäß horizontal nach links in den Punkt 150 in F i g. 6. 20 einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung Der Punkt 150 ist in F i g. 6 so dargestellt, daß er wird der Verstärker 98 so ausgelegt, daß er nach auf der Querkennlinie 152 liegt, die in F i g. 6 mit einem mittleren oder durchschnittlichen Querkennvollen Linien eingezeichnet ist, und der zentrale Teil linienverlauf kompensiert. Genauer gesagt, ist der der Querkennlinie 152 weist einen Winkel von 50° Verstärker 98 vorzugsweise ein Funktionsverstärker gegenüber der Horizontalen auf, wie durch die ge- 25 mit einer passenden Rückkopplung, um einen Verpunktete Linie 154 dargestellt ist. Stärkungsgrad Eins zu erzielen. In den Rückkopp-Wenn das Querkennlinienwinkel-Potentiometer lungszweig des Verstärkers 98 ist jedoch ein ampli-102 genau auf einen Querkennlinienwinkel von 50° tudenempfindlicher Schaltkreis eingebaut, der allgeeingestellt ist, entspricht das am Potentiometer 108 mein mit der Bezugsziffer 109 bezeichnet ist und der auftretende korrigierte Ausgangssignal genau dem 3° eine Rückkopplungsspannung auf den Eingang des Punkt 156 auf der Längskennlinie 140 und entspricht Verstärkers 98 liefert, die mit der Amplitude des art einer Dichte von 2,5, also 0,1 Dichtewerte weniger Ausgang des Verstärkers 98 auftretenden Signale wegen der Einfügung des Einschubteils 122. Die schwankt, also des am Widerstand 104 erzeugten Querkennlinienwinkel verschiedener Instrumente Korrektursignals. Wenn also immer größere Korrekkönnen jedoch über einen relativ breiten Bereich 35 tursignale am Ausgang des Verstärkers 90 bei einer zwischen 45 bis 55° schwanken. So kann der Quer- zunehmenden Schmutzkuchenstärke auftreten, verkennlinienwinkel eines bestimmten Meßinstruments mindert der Schaltkreis 109 die Rückkopplung, so 45° betragen, wie durch die mit gestrichelten Linien daß ein größerer Korrekturwert erzielt wird, wie angedeutete Querkennlinie 158 in F i g. 6 dargestellt durch den Pfeil 166 in F i g. 6 angezeigt ist. Entspreist. Andererseits kann der Querkennlinienwinkel 55° 40 chend entspricht das am Widerstand 108 erzeugte betragen, wie durch die gestrichelte Linie 160 ange- korrigierte Dichtesignal nun dem gewünschten Wert deutet ist. Ist der Querkennlinienwinkel ungenau, er- 2,5 und nicht mehr dem Wert 2,4. An dieser Stelle gibt die Ablesung der Massedichte, d. h. der am sei darauf hingewiesen, daß die Krümmung der Quer-Widerstand 108 auftretenden Spannung, nicht den kennlinien in unterschiedlichen Stellen entlang der Wert 2,5, sondern irgendeinen anderen Wert, bei- 45 Längskennlinie sich ändert und daß die vom Netzspielsweise 2,45 oder 2,55. Dann wird das Querkenn- werk 109 geforderte Kompensation so ausgelegt ist, linienwinkel-Potentiometer 102 verstellt, bis die Ab- daß sie einer mittleren Querkennlinienform entlesung am Massedichtegalvanometer genau den Wert spricht, die mindestens eine Teilkorrektur in jedem 2,5 ergibt. Dies bedeutet, daß die durch den Ein- Punkt auf der Längskennlinie bei großen Schmutzschubteil 122 erforderliche Korrektur, also die 50 kuchenstärken ergibt.

Dichteänderung um den Wert 0,1, genau kompensiert In F i g. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer

worden ist. Da nun ein Korrektursignal erzeugt wird, Recheneinheit dargestellt, die an Stelle der in F i g. 3

ergibt sich am Korrekturgalvanometer eine be- gezeigten Anordnung verwendet werden kann. Bei

stimmte Ablesung. Dieser Ablesewert kann oder der Anordnung nach F i g. 4 wird ein Verstärker und

kann aber auch nicht genau gleich 0,1 sein. Dem- 55 eine verstellbare Potentiometeranordnung verwendet,

entsprechend wird die Empfindlichkeit des Korrek- um die gewünschten Signale zu erzielen, die der kor-

tursignalgalvanometers elektrisch so eingestellt, daß rigierten Massedichte p_B und der Korrektur ±Ap

das Korrektursignal genau 0,1 beträgt. In diesem entspricht. In der Anordnung nach Fig. 4 sind die

Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß das Zählgeschwindigkeitsmesser 80, 82 und die logarith-

Korrektursignalgalvanometer gewöhnlich für eine 60 mischen Verstärker 86 und 90 die gleichen wie bei

Anzeige innerhalb des Bereichs des korrigierten der Anordnung nach F i g. 3 und sind mit den glei-

Massedichtegalvanometers in der Registriervorrich- chen Bezugsziffern versehen. Außerdem gleichen die

tung 74 ausgelegt ist. Dementsprechend wird das Eichpotentiometer 84 und 88 denjenigen der in der

Korrektursignalgalvanometer anfänglich mechanisch Anordnung nach F i g. 3 verwendeten und werden

in eine Nullstellung in einem nicht verwendeten Teil 65 während des Eichvorganges in der gleichen Weise

des Bereichs des Massedichtegalvanometers einge- eingesetzt.

stellt, wenn am Korrektursignalgalvanometer kein Der Ausgang des logarithmischen Verstärkers 86

elektrisches Eingangssignal auftritt. ist mit einem Längskennlinien-Potentiometer 170 und

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der Ausgang des logarithmischen Verstärkers 90 ist klemmen 193 und 194 gegeben wird. Zusätzlich wird mit einem Potentiometer 172 verbunden. Die beweg- die zwischen dem Mittelabgriff 190 und dem Arm 180 liehen Arme der Potentiometer 170 und 172 sind erzeugte Korrekturspannung in Reihe mit dem Ausmit den zwei entgegengesetzten polarisierten Ein- gangssignal des Verstärkers 86 für den langen Fühler gangen eines Hilfsverstärkers 174 verbunden, der 5 auf die Klemmen 195 und 196 für die korrigierte zum Antrieb eines Servomotors 176 angeordnet ist. Massedichte gegeben. Wenn die durch den Einschub-Der Servomotor 176 ist mechanisch mit dem Arm teil 122 bewirkte Änderung keine Ablesung eines 178 des Potentiometers 172 zum Antrieb dieses Wertes 2,5 auf der Längskennlinie ergibt, wird das Armes verbunden und kann außerdem den beweg- Rippenwinkelpotentiometer 186 verstellt, bis der geliehen Arm 180 eines Potentiometers 182 verstellen. io wünschte Wert 2,5 genau erreicht ist. Das Potenio-Die Stromlieferung auf das in Reihe mit einem ver- meter 186 verändert den durch das Potentiometer stellbaren Querkennlinienwinkel - Potentiometer 186 182 fließenden Strom und damit die über einem begeschaltete Potentiometer 182 erfolgt aus einer liebigen Teil dieses Potentiometers erzeugte Span-Gleichspannungsquelle 184. nung, also auch die Spannung zwischen dem Mittel-

Damit der Hilfsverstärker 174 den Arm 178 für 15 abgriff 190 und dem Arm 180.

positive und negative Korrekturen entsprechend den Um eine Kompensation der Krümmung der Quer-

Schmutzkuchen von unterschiedlicher Dichte im Ver- kennlinien zu erreichen, ist das Potentiometer 182 gleich zu der Dichte der Bodenformation einstellen mit einer Reihe von über seine Länge verteilten Abkann, wird der Mittelpunkt des Potentiometers 172 griffen 182 a versehen. Beispielsweise kann das Potenals Betriebspunkt für den Arm 178 gewählt. Der 20 tiometer 182 wie auch das Potentiometer 172 zehn Arm des Längskennlinien-Potentiometers 170 wird Windungen aufweisen, und die Abgriffe 182 α können dann so eingestellt, daß die Recheneinheit dem be- an jeder Windung an voneinander entfernten Stellen stimmten Längskennlinienwinkel des geeichten Ge- angeordnet sein. Die durch die Abgriffe gebildeten Teile räts angepaßt ist. Wenn dies erfolgt ist, ist das zwi- des Potentiometers sind mittels einer Reihe von zehn sehen Masse und dem Arm 178 des Potentiometers 25 Widerständen 200 bis 209 zur Kompensation der 172 auftretende Eingangssignal gleich Querkennlinienkrümmung überbrückt. Die Werte der

Widerstände 200 bis 209 werden so gewählt, daß

Δ log C_s _ei_ne zusätzliche Kompensation der Querkennlinien-

2 ' krümmung erzielt wird, wenn die Amplitude des

30 Korrektursignals sich mit steigender Schmutzkuchen-

und das Eingangssignal zwischen Masse und dem stärke vergrößert. So weisen die Widerstände 204 und Arm des Potentiometers 170 ist gleich 205 in der Nähe des Mittelabgriffs des Potentiometers

182 kleinere Werte auf als die Widerstände 200 und

Δ log C₁ 209, so daß in der Nähe des Mittelpunktes des Poten-

2 tan α ' 35 tiometers 182 eine geringere Kompensation bewirkt

wird als an den Enden des Potentiometers. Die Werte

wobei Alpha der Längskennlinienwinkel des beson- der Widerstände 200 bis 209 werden natürlich so gederen geeichten Geräts ist und C_s und C_L die Zähl- wählt, daß sie die gewünschte durchschnittliche Komgeschwindigkeiten des kurzen und die Zählgeschwin- pensation der Querkennlinienkrümmung für die Abdigkeit des langen Fühlers bedeuten. 40 messungen eines besonderen Meßgeräts ergeben, wie

Die Rechnereinheit der F i g. 4 wird beim Eich- sie durch das Längs-Querkennliniendiagramm des bevorgang in der gleichen Weise eingestellt, wie im sonderen Instruments gegeben ist. Auch sei darauf Zusammenhang mit der Fig. 3 beschrieben worden hingewiesen, daß bei der Anordnung nach Fig. 4 die ist. Wenn also die logarithmischen Verstärker 86 und Gleichspannungsquelle 184, die zur Erzeugung des 90 auf Standardzählgeschwindigkeiten eingestellt 45 Korrektursignals verwendet wird, von den Eingangsworden sind, wird der Einschubteil 116 einwärts ge- Signalen entkoppelt und von ihnen unabhängig ist, schoben, um die Absorptionskörper 130 und 132 die von den Geschwindigkeitsmessern 80 und 82 gezwischen die betreffenden Strahlenquellen und die liefert werden. Entsprechend kann das Korrektur-Fühler zu bringen. Das Potentiometer 170 wird dann signal gegenüber Temperaturänderungen sehr stabil verstellt, bis das Galvanometer für Ap ein Null-Aus- 5° sein, einschließlich der Abwandlung des Signals zur gangssignal ergibt, das anzeigt, daß der gewünschte Kompensation der Krümmung der Querkennlinie. Dichtepunkt 2,6 auf der Längskennlinie erreicht ist. Auch ist dieses Korrektursignal unbeeinflußt durch Dann wird das korrigierte Massedichtegalvanometer Geräuschsignale und andere unerwünschte Störungen elektrisch auf einen Ablesewert von 2,6 eingestellt. auf den Eingangssignalen.

Wenn der Einschubteil 122 in seine Stellung ge- 55 In Übereinstimmung mit einem weiteren Merkmal bracht wird, wird ein Wechsel in der Zählgeschwin- der Erfindung ist zwischen dem kurzen Fühler 26 und digkeit des kurzen Fühlers bewirkt, die einem Masse- dem Gehäuse 32 ein Bleischild 43 angeordnet, der dichteänderungswert von —0,1 auf der Längskenn- eine Dicke von etwa 1,6 bis etwa 3,2 mm haben linie gleichwertig ist, und das Eingangssignal am kann. Der Schild 43 bewirkt eine bevorzugte Absorp-Servoverstärker 174 ist nicht mehr Null. Der Arm 60 tion von Gammastrahlen, deren Energiegehalt unter 178 des Potentiometers 172 wird dann durch den etwa 150 bis 200 keV liegt. Da die Gammastrahlen, Servomotor 176 verstellt, bis der Eingang des Hilfs- die über einen längeren Weg ausgesandt werden, Verstärkers 174 wieder auf Null ist. Dies heißt, daß einen geringeren Energiegehalt haben als diejenigen, der Arm 180 des Potentiometers 182 ebenfalls aus die über einen kurzen Weg ausgesandt werden, beseiner Mittelstellung verstellt wird und damit eine 65 wirkt der Schild 43 eine Verminderung der Ermitt-Korrekturspannung, die der zwischen dem Arm 180 lungsstärke des kurzen Fühlers und eine Vergröße- und dem Mittelabgriff 190 des Potentiometers 182 rung des Prozentsatzes der Wirkung, die durch den auftretenden Spannung entspricht, auf die Korrektur- Schmutzkuchen oder die Zone beigesteuert wird, die

dem Anlageteil 12 am nächsten liegt. Es hat sich herausgestellt, daß durch die Verwendung des Schildes nur zur Abdeckung des kurzen Fühlers 26 der Winkel zwischen der Längskennlinie und der Querkennlinie eines gegebenen Geräts vergrößert wird, wodurch sich eine verbesserte Kompensationsgenauigkeit ergibt, da Änderungen infolge statistischer Schwankungen geringere Dichteänderungen darstellen.

IO

Claims

Patentansprüche:

1. Bohrloch-Meßsystem zum Bestimmen der Dichte der ein Bohrloch umgebenden Bodenformationen mit einer in das Bohrloch einführbaren Bohrlochsonde, die eine Gammastrahlenquelle und in unterschiedlichem Abstand von dieser Gammastrahlenquelle zwei Gammastrahlenfühler enthält, sowie mit einer Auswerteeinrich- ao tung über Tage, die zwei logarithmische Verstärker, eine Zählvorrichtung, die an die Eingänge der Verstärker den Zählraten der Gammastrahlenfühler entsprechende Eingangssignale liefert, eine erste Summiervorrichtung, die aus unkorrigierte lineare Funktionen der Bodenformationsdichte darstellenden Ausgangssignalen der Verstärker ein der Schmutzschichtdicke im Bohrloch ensprechendes Korrektursignal bildet und eine zweite Summiervorrichtung aufweist, die zur Bildung eines der wirklichen Bodenformationsdichte entsprechenden Ausgangssignals dieses Korrektursignal einem der Ausgangssignale der Verstärker hinzugefügt, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Summiervorrichtung (98; 172 bis 178) zur Bildung des Korrektursignals eine von der Amplitude des Korrektursignals abhängige Rückkopplung (109; 182, 200 bis 209) vorgesehen ist, die so bemessen ist, daß das der wirklichen Bodenformationsdichte entsprechende Ausgangssignal gegen ein Abweichen des Korrektursignals von einer linearen Abhängigkeit von der Schmutzschichtdicke kompensiert ist.

2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Summiervorrichtung einen Summierverstärker (98) enthält, dessen Ausgang über einen spannungsabhängigen Widerstand (109), insbesondere mit positivem Spannungskoeffizienten, an dessen Eingang angeschlossen ist.

3. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Summiervorrichtung ein an den Ausgang eines (90) der logarithmischen Verstärker (86, 90) angeschlossenes Potentiometer (172) aufweist, dessen Schleifkontakt (178) durch einen über einen mit dem Abgriff (178) und dem Ausgang des anderen Verstärkers (86) verbundenen Hilfsverstärker (174) steuerbaren Servomotor (176) bewegbar ist, daß mit dem Schleifkontakt (178) derjenige (180) eines zweiten, das Korrektursignal liefernden Potentiometers (182) bewegbar ist und daß das zweite Potentiometer (182) eine Anzahl von festen Abgriffen (182 a) aufweist, die durch Widerstände (200 bis 209) überbrückt sind, deren Widerstandswert vom beweglichen Abgriff (180) aus nach beiden Seiten des Potentiometers (182) hin sich verändert, insbesondere zunimmt.

4. Meßsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausgang eines (90) der logarithmischen Verstärker (86, 90) eine Einstellvorrichtung (100) vorgesehen ist, mit deren Hilfe das Korrektursignal beim Vorliegen einer vorgegebenen Bodenformationsdichte und beim Fehlen einer Schmutzschicht auf Null einstellbar ist.

5. Meßsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der ersten Summiervorrichtung (98,182) eine Einstellvorrichtung (102,186) vorgesehen ist, mit deren Hilfe das Ausgangssignal für die wirkliche Bodenformationsdichte beim Vorliegen einer vorgegebenen Bodenformationsdichte und einer Schmutzschicht vorgegebener Dicke auf eine vorgegebene Abweichung von dem der vorgegebenen Bodenformationsdichte entsprechenden Signal einstellbar ist.

6. Meßsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrlochsonde ein Gehäuse (10) und ein an die Bohrlochwandung anlegbares Anlageteil (12) aufweist, das an einem Ende die Gammastrahlenquelle (24) und gegen das andere Ende zu die beiden Gammastrahlenfühler (26, 28) enthält und über zwei federbelastete Arme (14, 16) gelenkig mit dem Gehäuse (10) verbunden ist, und daß zwischen dem Anlageteil (12) und einem ihm gegenüber verschiebbaren Ende (54) eines (16) der Arme (14, 16) oder zwischen dem Anlageteil (12) und dem Gehäuse (10) ein Kraftspeicher (52, 64) vorgesehen ist, der auf das die Gammastrahlenquelle (24) enthaltende Ende des Anlageteiles (12) eine auf die Bohrlochwandung gerichtete Kraft ausübt.

7. Meßsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gammastrahlenfühler (26) mit geringerem Abstand von der Gammastrahlenquelle (24) und der Bohrlochwandung ein Strahlenschirm (43) angeordnet ist, der vorzugsweise Gammastrahlen mit einem Energiegehalt von weniger als 200 keV absorbiert.

8. Meßsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Bestimmen des elektrischen Widerstandes der Bodenformationen, gekennzeichnet durch eine Stromquelle an Stelle der Gammastrahlenquelle (24) und Elektroden an Stelle der Gammastrahlenfühler (26, 28).

9. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Bestimmen der Porosität der Bodenformationen, gekennzeichaet durch eine Neutronenquelle an Stelle der Gammastrahlenquelle (24) und Neutronenfühler an Stelle der Gammastrahlenfühler (26, 28).

10. Verfahren zum Einstellen eines Meßsystems nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vorgegebenen ersten Bodenformationsdichte und beim Fehlen einer Schmutzschicht das Ausgangssignal der logarithmischen Verstärker durch Einstellen von deren Eingangsempfindlichkeit auf Null gestellt wird, daß sodann bei einer vorgegebenen zweiten Bodenformationsdichte und beim Fehlen einer Schmutzschicht das Korrektursignal durch Verändern des Ausgangssignals eines der Verstärker auf Null gestellt wird und daß schließlich bei

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dieser zweiten Bodenformationsdichte und beim Vorliegen einer Schmutzschicht vorgegebener Dicke das Ausgangssignal für die wirkliche Bodenformationsdichte durch Verändern des Ausgangssignals der ersten Summiervorrichtung um einen vorgegebenen Betrag verändert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen