DE2115746C3 - Geophysikalisches Bohrlochmeßverfahren und Anordnung zu seiner Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein geophysikalisches Bohrlochmeßverfahren, unter Messung der natürlichen Gammastrahlung der Formation.

Ein solches Verfahren scheint allgemein aus der FR-PS !5 05 709 bekannt zu sein, die i.ch allerdings im wesentlichen damit befaßt, Daten zwischen einer Meßsonde für natürliche Gammastrahlung geolog:scher Formationen oder einer künstlich hervorgerufenen Gammastrahlung an die Erdoberfläche zu übertragen. Das Gammaspektrum wird hierbei aufgelöst, um Fehler zu überwinden. Es handelt sich also mehr um die Einrichtung des Gammaspektrums und nicht darum, wie aus einem solchen Spektrum quantitative Informationen hinsichtlich der Lithologie und insbesondere hinsichtlich des Tongehalts der Formationen gewonnen werden können.

"Dies wird überraschend erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Messung einer üthologischen Charakteristik der Formation eine Vielzahl von die Stärke der Gammastrahlung in einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden Energiebändern des natürlichen Gammaspektrums darstellenden Werten bestimmt wird: daß aus den Meßwerten der Bänder die lithologische Charakteristik der Formation durch lineare Kombination mit festgelegten Koeffizienten ermittelt wird;
daß akustische Signale ausgesandt und empfangen werden, wobei linear die aus der Gammaspektrometrie ermittelten Werte kombiniert werden, die jeweils die Laufzeiten der akustischen Longitudinalwellen sowie der akustischen Transversalwellen in der Formation zwischen zwei Punkten der Sonde sowie ih.-e jeweiligen Dämpfungen durch diese Formation darsiellen.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine geophysikalische Bohrlochmeßanordnung mit Gammaspektrometer für die natürliche Gammastrahlung der Formation.

Diese Meßanordnung zur Durchführung des geophysikalischen Bohrlochmeßverfahrens zeichnet pich dadurch aus, daß zur Messung einer (ithologischen Charakteristik der Formation vorgesehen ist eine Kombination einer Einrichtung zur Messung einer Vielzahl von die Starke der Gammastrahlung jeweils in einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden Energiebänder des natürlichen Gammaspektrums darstellenden Größen;
einer Datenauswerteinrichtung, die aus den Meßwerten

der Bänder die lithologischc Charakteristik der Formation durch eine lineare Kombination mit festgelegten Koeffizienten erarbeitet; von Organen zum Aussenden und Empfangen akustischer Signale, wobei die Datenauswerteinrichtung die ermittelten Größen der Gammaspektrometrie mit Signalen kombiniert, die jeweils die Laufzeiten der akustischen Lortgitudinalwellen sowie der akustischen Transversalwellen in der Formation z.wischen zwei Punkten der Sonde sowie ihre jeweiligen Dämpfungen durch diese Formation darslcl-Jen.

Eine solche Lösung findet sich weder in der CA-PS 7 40 523, wo künstliche Gammastrahlung in die Formalion eingebracht, aber keine Spektrometrie vorgenommen wird, noch in der FR-PS 15 46 995, wo es darum Π geht, künstliche hervorgerufene Neutronenstrahlung aufzuzeichnen.

ÄÜ5 uicScTi uciucfi DfuCriäCiimicri iSi uic Registrierung von radioaktiver Strahlung und akustischen Wellen in einer gemeinsamen Sonde bekannt, jedoch nicht die lineare Kombination nach Art des Anmeldungsgegenstands.

Als Lithologie der geologischen Formalionen wird die Gesamtheit der folgenden Eigenschaften bezeichnet: 2)

— Tongehalt (tonhaltige Mineralien insgesamt), ausgedrückt in Prozent,

— Carbonatgehalt (Calcit bzw. Kalkspat, Dolomit, Aragonit, Siderit bzw. Eisenspat), ausgedrückt in Prozent.

— Quarzgehalt, ausgedrückt in Prozent,

— Kationenauslauschkapazität (oder CEC), ausgedrückt in Milliäquivalent pro 100 Gramm Gestein,

(diese Größe ist repräsentativ für das Verhallen der Tone der Formation, welche eine Änderung der jö lonenzusammensetz'ing der sie tränkenden Fluide ausgesetzt und beispielsweise auf den Bohrvorgang zurückzuführen ist).

Ergebnisse wie beim Anmeldungsgegenstand ließen sich weder durch bekannte redioaktive Kernbohrver- 41) fahren noch durch Aussendune und Wiederemofang akustischer Wellenzüge lösen.

Vielmehr mußte man, um die Lithologie der von einer Bohrung durchsetzten Böden zu bestimmen, meist nach dem Stand der Technik mehrere Diagraphien nach 4> jedem der bekannten Verfahren herstellen, wobei jede dieser Diagraphien eine recht erhebliche Zeit zur Verwirklichung erfordert; das Bohren wird dann .während der Meßperioden unterbrochen, was so einen nicht vernach'ässigbaren Zeitverlust zur Folge hat; es muß anschließend eine kritische Interpretation der gesamten, durch diese Diagraphien erhaltenen Ergebnisse vorgenommen werden.

Nach der Maßnahme nach der Erfindung wird insbesondere die Kenntnis bezüglich der geologischen ϊϊ Formationen erhalten durch die Gammaspektrometrie, die es ermöglicht, genaue Daten über den Tongehalt, weniger genaue Daten über den Carbonatgehalt und die Kationenaustauschkapazität und wenig genaue Daten über den Quarzgehalt zu erhalten.

Soll in bestimmten Anwendungsfällen die Meßgenauigkeit bzw. Auswertegenauigkeit erhöht werden und will man bessere Aussagen über den Carbonatgehalt und den Quarzgehalt erhalten, so nimmt man die zusätzlichen akustischen Messungen vor, welche durch b5 Vergleich der Laufzeit der akustischen, sich im wesentlichen in der Longitudinalart fortpflanzenden Wellen und der akustischen, sich im wesentlichen nach der Transversalart fortpflanzenden Wellen, genaue Angaben über den Quarzgehall, weniger genaue Angaben über den Carbonatgehäll und wenig genaue Angaben über den Tongehaii iiefern.

Die Kenntnis des durch die Gämma-Spektromelrie erhaltenen Tongchaltes ermöglicht Cs₁ einerseits unter Kenntnis der Laufzeiten der akustischen Wellen (insbesondere der Longiludinalwellen)die Porösität der geologischen Formationen und andererseits unter Kenntnis der Dämpfung der akustischen Wellen (insbesondere der Transversalwellen) die Mobilität der Fluide im Innern der geologischen Formationen und somit die Permeabilität aus der Mobilität und der Viskosität des diese Formalionen benetzenden Fluids ist, da ja die Viskosität mit guter Genauigkeit als konstant angesehen werden kann.

Der dann an der Permcabililätsmessting begangene

i'EiiiCr iSt nur ϊΐΐ uCil i'ufiCn iViCiitfg, 1VO CiiC ι.»Οίι€Γϊ ϊϊιι Ger Stelle der Messung bestehen aus:

— trockenem, gasgesättigtem Gestein bei geringer Tiefe,

— mit öl benetztem und mit viskosem öl auf geringe Tiefe benetztem Gestein.

Im ersten Fall stellt man eine Gasmenge fest und ist also davon unterrichtet, daß man sich aufgrund des Vorhandenseins dieses Gases die erhöhte scheinbare Pern oabilitäl, die durch die Messungen angezeigt wird, erklären muß.

Im zweiten Fall kann die Interprclaion mit Sicherheit vorgenommen werden, wenn die Formalion eine große Porosität und einen geringen Tongehall aufweist, eine Kombination, die nicht die geringen Permeabilitätswerte, die durch die Messungen angezeigt werden, ermöglicht.

Der Fall, daß das viskose öl eine gering poröse oder stark tonhaltige Formation tränkt, ist gleichzeitig relativ selten und wirtschaftlich von geringem Interesse.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Fig. 1 schematisch eine Gesamtansicht der zur Exploration von von einer Sonde durchsetzten Böden verwendeten Vorrichtung zeigt;

Fig. 2 zeigt eine besondere Ausführungsform der Sonde für die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung;

Fig. 3 zeigt eine besondere Ausführungsform der piezoelektrischen Sender und Empfänger der Sonde;

F i g. 4 zeigt schematisch ein elektronisches Gerät zum Messen der Dämpfung einer akustischen Welle, die sich in den geologischen Formationen fortpflar Λ;

Fig. 5 zeigt die Arbeitsweise des Gerätes nach Fig.4;

Fig.6 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Messen der Laufzeit einer akustischen, sich in den geologischen Formationen fortpflanzenden Welle;

F i g. 7 erläutert die Arbeitsweise der Vorrichtung nach F i g. 6;

F i g. 8 zeigt schematisch das Aussehen des durch die geologischen Formationen abgegebenen y-Spektrums;

F i g. 9 zeigt eine Oberflächenvorrichtung zur Analyse des durch die geologischen Formationen ausgesandten y-Spektrums;

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Oberflächenvorrichtung, die in Realzeit die durch die Sonde vorgenommenen iviessungen verarbeitet und

F i g. 11 zeigt eine andere Ausführungsform einer Oberflächenvorrichtung, die in Realzeit die durch die Sonde vorgenommenen Messungen verarbeitet

F i g, I zeigt schematisch' die Gesamtheit der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Exploration von durch eine Bohrung durchsetzten Bödeil,

In der Fig. sind mit 1 geologische, von einer Sondierüngsbohrüng 2 durchsetzte Formationen bezeicl'.ilijt. An einem Betätigungskabel oder Seil 3 hängend wird eine Sonde 4 in der Bohrung verschoben. Das Kabel 3 umfaßt eine Vielzahl elektrischer, über Leiter 5 mit einem Oberflächengerät 6 verbundener Leiter. Das Oberflächengerät, welches im folgenden genauer beschrieben werden soll, ist dazu bestimmt, die Sonde 4 mit elektrischer Energie zu versorgen und die Von der Sonde über die Leiter des Kabels 3 gelieferten Informationen zu verarbeiten.

Fig. 2 zeigt schematisch eine besondere Ausführungsform der Sonde 4.

Der Körper 7 der Sonde, der beispielsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 110 mm aufweist, ist steif. Er ist in seinem Mittelteil ausgeschnitten und nimmt zwei Gelenkschuhe 8 und 9 auf. Diese Schuhe werden über Gelenkarme 10 betätigt, die durch irgendwelche bekannten Mittel, beispielsweise hydraulische Einrichtungen Ha und Wb, gesteuert sind, wobei diese Schuhe in Meßstellung der Sonde in Kontakt mit zwei sich diametral gegenüberliegenden Erzeugenden des gebohrten Loches 2 stehen. Eine mit den hydraulischen Einrichtungen 11a und 11£> verbundene burchmessereinrichtung 11 ermöglicht es, den Abstand der .Schuhe zu messen und liefert elektrische Impulse jo geringer Frequenz, beispielsweise von 1 Hertz, die als Funktion des Wertes des mittleren Durchmessers des Bohrloches am Ort der Schuhe kodiert sind. Diese Impulse werden an die Oberfläche über eine nicht dargestellte Leitung übertragen, die in das Hängekabel J5 3 für die Sonde eingearbeitet ist. Wie in F i g. 2 zu sehen, ist die Rolle des Schuhes 9 eine rein mechanische und seine Verschiebung in eine Richtung senkrecht zur Achse des Bohrloches ist größer als die des Schuhes 8.

Der Schuh 8, der in der in F i g. 2 dargestellten Lage in

Kontakt mit dfr RnhrunoswiinHnncr knmmt umfaßt ptnp

Kernbohrvorrichtung γ. Diese Vorrichtung kann von irgendeiner an sich bekannten Art sein; nach der bevorzugten Ausführungsform jedoch umfaßt er Einrichtungen zur Stabilisierung des durch die geologischen Formationen ausgesandten γ Spektrums. Diese Vorrichtung kann beispielsweise wie in der französischen Patentschrift vom 20. Januar 1970, Nr. 70 01861, beschrieben sein. Diese Vorrichtung umfaßt einen Szintillator 12 (beispielsweise von der Bauart mit Natriumjodidkristall), der in an sich bekannter Weise einem Photovervieifacher PM 1 γ zugeordnet ist, wobei dieser Szintillationszähler einen Mantel 13a aus einem die y-Strahlung nur schwach absorbierenden Material, wie Aluminium, aufweist.

Unter dieser Anordnung ist ein ^-Strahlungsdetektor angeordnet, der in an sich bekannter Weise einen einem Photovervieifacher PMI β zugeordneten Szintillator 14 umfaßt

Zwischen den Szintillatoren 12 und 14 ist eine mit 15 ω bezeichnete y-Strahlenhilfsquelle angeordnet, die gleichzeitig ein jS-Strahler ist, wobei diese Quelle beispielsweise und bevorzugt aus einem Natrium 22-PIättchen (²²Na) besteht.

Der Szintillator 14 ist auf seiner seitlichen Wandung durch eine Schicht 16 aus einem die y-Strahlen stark absorbierenden Material, z. B. Blei, abgeschirmt und die Hilfsquelle 15 ist vom Szintillator 12 durch eine Folie 13/j aus einem Material getrennt das einen optischen Schirm zwischen den 2 Szintillatoren bildet und diejenigen der /3-Strahlen U itefbindel, die gegen den Szintillator 12 gerichtet sind.

Diese Folie kann beispielsweise aus Aluminium bestehen und absorbiert im wesentlichen nicht die von der Hilfsquelle 15 äusgesaridten y-Irtipulse.

ßie Dicke dieser Folie kann als Funktion der Stärke der Bezügsstrahlüng gewählt werden, das ist der Aktivität der Natrium 22 ("Na)-Quelle, die diese Strahlung aussendet.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung, die genauer in der genannten französischen Patentschrift 70-01861 beschrieben ist, ist nicht wesentlicher Gegenstand der Erfindung und wird daher hier nicht weiter erläutert.

Es soll nur daran erinnert werden, daß die Stabilisierung des durch die Formationen ausgesandten y-higenspeklrums unter Benutzung der y-Strahiung erfolgt, die durch die Hilfsquelle 15 ausgesandt wird, wobei diese Strahlung bekannt und im Spektrum durch die zeitweise Koinzidenz mit einer j3-Strahlung markiert ist, die gleichzeitig durch die Hilfsquelle 15 ausgesandt wird.

Die Photovervieifacher PMi γ und PM2 β sind mit einer elektronischen Anordnung 22a verbunden, die beispielsweise im Körper 7 der Sonde 4 enthalten ist (aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der Figur die elektrischen Verbindungen nicht dargestellt worden).

Diese mit der Oberfläche über elektrische Leitungen des Kabels 3 verbundene Anordnung umfaßt elektronische Einrichtungen zur Speisung der Photovervieifacher und die elektronischen Organe zur Behandlung der durch die Photovervieifacher gelieferten Informationen vor deren Transmission an die Oberfläche über die elektrischen Leitungen des Kabels 3.

Die Informationen werden an die Oberfläche in Form von Impulsen konstanter Dauer, beispielsweise 140 μ5 und von einer Amplitude proportional der Energie der durch die Detektoren empfangenen Strahlen übertragen.

Πργ "irhiih R Ut an <;pinem unteren Teil mit 7v/ei akustischen Empfängern 17 und 18 und an seinem oberen Teil mit einem Emitter 19 für akustische Wellen ausgestattet. Am oberen Teil des Sondenkörpers ist ein Sender 20 für akustische Wellen angeordnet.

Die Sender 19, 20 und die Empfänger 17, 18 sind in einer Diametralebene des gebohrten Loches angeordnet Nur der Sender 20 ist nicht in Kontakt mit der Bohrlochwandung, während der Sender 19 und die vom Schuh 8 getragenen Empfänger 17 und 18 in Meßstellung der Sonde in Kontakt mit der Bohrlochwandung 2 sich befinden.

Der Sender 20 ist zur Erzeugung von Wellen bestimmt, die sich im wesentlichen in Longitudinalart fortpflanzen. Hierzu ist er geringfügig in den Körper der Sonde zurückspringend derart angeordnet, daß immer eine Dicke von etlichen Zentimeter Bohrschlamm zwischen der Formation und diesem Sender vorhanden ist; das Vorhandensein dieser flüssigen Grenzfläche unterbindet die nach der Transversalen sich fortpflanzenden Wellen und erlaubt nur die Fortpflanzung von Longitudinalwellen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Sendefrequenz mit über 2OkHz, vorzugsweise zwischen 20 und 80 kHz, gewählt und man benutzt vorzugsweise aus technologischen Gründen einen Sender der magnetostriktiven Bauart.

Der Sender 19 ist zur Erzeugung von an Transversalwellen angleichbare Wellen bestimmt Hierzu ist er aus

technologischen Gründen von piezoelektrischer Bauart und arbeitet beisielsweise bei einer Frequenz von wenigstens 80 kHz, vorzugsweise 80 bis 250 kHz; er wird gegen die Formation ohne Zwischenschaltung eines Flüssigkuitsfilm angepreßt: Unter diesen Bedin^ gurigen zeigt die Erfahrung, daß der sich am schnellsten auf der Grenzflächenbohrloch-Formation fortpflanzende Wellenzug, der als erster für die Ankunft von Energie jorgt, wenn man allein die Empfänger berücksichtigt, einem Transversalwellenzug angleichbar ist.

Für jeden Sender ist die Leistung derart, daß an jedem Empfänger das Verhältnis von Signal/Geräusch brauchbar für genaue Messungen ist.

Da die Dämpfung der akustischen Wellen auf ihrem Weg durch die geologischen Formationen exponentiell ist, ist es von Interesse, Empfänger und Sender so nahe wie möglich aneinander heranzubringen. Man kann •sdoch nicht zu weit in dieser Richtun⁰ °ehen; die Entfernung zwischen den Empfängern muß ausreichend »ein, damit die Messungen möglich sind; die Entfernung zwischen Empfängern und Sendern muß derart sein, daß eine gewisse Anzahl akustischer, diese Messungen störender Phänomene, die sich insbesondere im Kontakt von piezoelektrischem Sender/Formation einstellen, völlig durch Absorption in den geologischen Formationen gedämpft werden. Es hat sich herausgeitellt, daß man diesen Forderungen in genügender Weise bei einer minimalen Entfernung zwischen den Empfängern in der Größenordnung von einer Wellenlänge und zwischen Sendern und Empfängern in der Größenordnung von etwa zehn Wellenlängen der ausgesandten akustischen Schwingungen gerecht wird.

Nach dieser Ausführungsform beträgt die Entfernung zwischen den Empfängern 17 und 18 zwischen 5 und 10 cm; die Entfernung zwischen Empfänger 17 und Sender 19 zwischen 40 und 80 cm und die Entfernung zwischen dem Empfänger 17 und dem Sender 20 wird mit 60 bis 150 cm gewählt.

Die Sender und Empfänger werden mit elektrischer Energie durch einen bei 21 schematisch dargestellten Block gespeist, der beispielsweise im Körper der Sonde gelagert ist. Der Block 21 ist von üblichem Aufbau und wird hier nicht genauer beschrieben. Er liefert den verschiedenen Elementen die elektrische Energie bei zweckmäßigen Spannungen und Strömen.

Die von den Empfängern 17 und 18 gelieferten Signale werden an eine elektronische Anordnung 226 übertragen, die beispielsweise im Sondenkörper gelagert ist. Diese Signale werden von der Anordnung 226 Verarbeitet, die weiter unten genauer beschrieben werden wird, und die Informationen werden an die Oberfläche über Leitungen des Kabels 3 übertragen.

F i g. 3 zeigt in größerer Darstellung eine besondere Ausfuhrungsform der piezoelektrischen Sender und Empfänger der Sonde.

Jeder von ihnen besteht aus einem in einem Hohlraum 25 gelagerten Taster oder Fühler 24, wobei ersterer im Schuh 8 der Sonde ausgespart ist Der Taster 24 kann sich im Hohlraum 25 senkrecht zur Bohrlochachse 2 unter der Wirkung irgendeiner bekannten Einrichtung, die ferngesteuert sein kann, verschieben, beispielsweise von elastischen Einrichtungen, hydraulischen Einrichtungen oder gefederten Einrichtungen, die zwischen dem Schuh und dem Ende des im Innern des Hohlraums 25 angeordneten Tasters vorgesehen sind. Die Verschiebung des Tasters 24 kann um etliche Zentimeter aus Gründen, die weiter unten angegeben werden, erfolgen.

Der Taster 24, der beispielsweise eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweist, besitzt ein äußeres Ende oder einen Berührungskontakt 27 von im wesentlichen konischer Form, dessen Kopf in einer Kugelkalotte endet. Der Taster 24 besteht aus einem

steifen, z. B. metallischen Material, das so ausgebildet ist, daß es akustische Schwingungeil überträgt.

Im Körper des Tasters 24 ist ein dichtes Lager 23a ausgespart, in welchem ein piezoelektrisches, für akustische Schwingungen empfindliches Element 23

to angeordnet ist, und Welches sich in Kontakt mit den Wandungen dieses Lagers befindet. Dieses Element 23 kann beispielsweise aus einem Stapel piezoelektrischer Scheiben gebildet sein, die beispielsweise aus Bariumtitanat (Ba Ti Oi) hergestellt sind; seine Umdrehungsachse verläuft im wesentlichen durch den Kopf r!es Berührungskontaktes 27 senkrecht zur Achse des Bohrloches 2. Das empfindliche Element 23 wird so hergestellt, daß be> Fmnfang eines elektrischen Impulses es bevorzugt in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der geologischen Formation vibriert, mit der es in Kontakt über den Taster 24 kommt. Elektrische Leitungen 23b übertragen die elektrischen, vom empfindlichen Element 23 gelieferten oder an dieses übertragenen Signale, je nachdem, ob die Vorrichtung als Empfänger oder Sender arbeitet.

Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weise:
Nachdem die Sonde im Bohrloch 2 auf die gewünschte Tiefe gebracht ist, werden die Füße gegen den Sondenkörper gespreizt, bis sie in Kontakt mit dem

»Schlammkuchen« oder »Cake« 2a kommen, der die Bohrlochwand bedeckt. Unter der Wirkung nicht dargestellter :.astischer Einrichtungen dringt der Taster 24 in den K jchen ein, bis das Ende des Berührungskontaktes 27 in Kontakt mit den geologischen Formationen kommt. Während der Verschiebungen der Sonde bei den Messungen halten die elastischen Einrichtungen das Berührungselement 27 dauernd in Kontakt mit den geologischen Formationen. Für den Fall, wo die Vorrichtung als Empfänger arbeitet, werden die akustischen Wellen, die sich in den geologischen Formationen fortpflanzen, auf das emptmdliche Element 23 durch den 1 aster 24 übertragen. Das empfindliche Element 23, welches dann Schwingungen ausgesetzt ist, liefert ein für diese Wellen repräsentati-

ves elektrisches Signal; dieses Signal wird dann über die Leiter 23b auf die elektronische Vorrichtung übertragen, mit der die Sonde ausgestattet ist Für den Fall, wo die Vorrichtung als Sender arbeitet, läßt das elektrische, durch die Leiter 23b übertragene Signal das empfindliehe Element 23 vibrieren, wobei diese Vibrationen an die geologischen Formationen über den Berührungskontakt 27 des Tasters 24 übertragen werden.

Selbstverständlich sind die Sender und Empfänger gegeneinander durch Einrichtungen getrennt, von

denen eine bei 8a in F i g. 3 dargestellt ist und welche aus einem die auf den Schuh 8 übertragenen Schwingungen absorbierenden Material besteht

Die Sender 19 und 20 arbeiten alternativ bei einer schwachen Folgefrequenz zwischen 5 und 50 Hz beispielsweise.

Die vom piezoelektrischen Sender 19 ausgesandten Wellen pflanzen sich praktisch ausschließlich in den geologischen Formationen fort; die zuerst ankommenden Energiewerte, weiche nacheinander die Empfänger 17 und iS erreichen, sind vergleichbar mit Wellen vom Transversal typ.

Die vom magnetostriktiven Sender 20 arsgesandten akustischen Wellen werden über den Schlamm an die

geologischen Formationen Überträgen, in denen sie sich fortpflanzen, und die ersten Energieeingänge vom jongitudinalen Typ erreichen nacheinandet die Empfänger i7und 18.

Bei Empfang akustischer, Von einem der Sender kommender Signale liefern die Empfänger elektrische Signale, welche an die elektronische Anordnung 22b (F i g. 2) übertragen werden, welche für jede der Wellen ein Signal erarbeitet, welches repräsentativ für die Laufzeit in den geologischen Formationen zwischen den beiden Sendern (Zeitdifferenz für die Ankunft einer akustischen Welle an jedem der Empfänger) und einem Signal, welches repräsentativ für die Dämpfung der Welle zwisenen den beiden Empfängern ist (proportional zum Verhältnis der Amplituden der ersten elektrischen, von jedem Empfänger gelieferten Schwingung)·

Fig.4 zeigt schematisch den Teil der elektronischen

Anordnung 22, der zum Messen der Dämpfung •zwischen <;»in Empfängern 17 und 18 einer akustischen Welle dient, die durch den einen oder anderen der Sender ausgesandt wurde.

F i g. 5 zeigt die verschiedenen elektrischen Signale, welche die Funktionsweise der Vorrichtung nach F i g. 4 illustrieren.

Ein akustisches Signal, welches sich in den geologischen Formationen fortpflanzt und aus dem Sender 20 oder 19 stammt, erreicht nacheinander die Empfänger 17 und 18 jeweils zum Augenblick U und fi + <5fc Der Empfänger 17 liefert ein elektrisches Signal S₁, welches in Fig. 5 dargestellt ist Dieses Signal ist ein Oszillatorsignal, dessen erste Wellenwölbung eine Amplitude A\ aufweist. Bei Empfang des gleichen akustischen Signals, zu einem um 6 t späteren Zeitpunkt, liefert der Empfänger 18 ein elektrisches Signal S₂ (Fig.5), dessen erste Wellenwölbung eine Amplitude A₂ aufweist

Die elektrischen Signale S\ und 52 werden jeweils durch die Leitungen 28 und 29 an Sperr-Längungseinrichtungen 30 und 31 übertragen. Diese Einrichtungen entnehmen die ersten Schwingungen der Signale St und S₂, langen sie jeweils um eine Dauer τ ι und τ₂ und liefern an ihren jeweiligen Ausgangsklemmen die elektrischen Signale 71 und T₂ (F i g. 5).

Das von der Einrichtung 30 gelieferte Signal 71 wird über den Leiter 32 auf einen Polumschalter 33 übertragen, welcher dann ein elektrisches Signal - Γι liefert das von einer Leitung 34 an einen ersten Eingang einer Analogtorschaltung 35 übertragen wird. Das Signal 71 wird gleichzeitig über die Leitung 36 an einen ■ gesättigten Verstärker 37 gegeben.

Dieser Verstärker 37, der auf dem JA/NEIN-Prinzip arbeitet, liefert an seinem Ausgang ein rechteck- oder zinnenförmiges Signal U\ (Fig.5) fester Amplitude, wenn er ein Steuersignal 71 empfängt Auf diese Weise existiert das Signal U\ gleichzeitig mit dem Signal 71; seine Amplitude ist jedoch unabhängig von der Amplitude des Steuersignals 71, durch das es geschaffen wurde. Das vom Verstärker 37 gelieferte Signal £/, wird über die Leitung 38 an einen ersten Eingang einer UND-Torschaltung39 übertragen.

Auf die gleiche Weise wird das von der Einrichtung 31 gelieferte Signal T₂ über die Leitung 40 an einen ersten Eingang einer Analogtorschaltung 41 und durch die Leitung 42 an einen gesättigten Verstärker 43 übertragen, der bei Empfang des Steuersignals T₂ ein Signal Ui (F i g. 5) von einer Amplitude gleich der des Signals U\ liefert Der Verstärker 43 ist über die Leitung 44 mit der UND-Torschaltung 39 verbunden und das Signal U₂ wird an den zweiten Eingang dieser UN D-Torschaltung übertragen.
Die UND-Torschaltung 39 erarbeitet ein Signal V (Fig.5) konstanter Amplitude, wenn sie gleichzeitig an ihren beiden Eingängen die Signale U\ und U₂ empfängt. Wie aus F i g. 5 zu sehen, existiert das rechteckförmige Signal K vom Augenblick J₁ + öi bis zum Augenblick /, -1- τι und hat damit eine Dauer gleich τι — όί.

Der Ausgang der UND-Torschaltung 39 ist über die Leitungen 45 und 46 mit den Analogtorschaltungen 35 und 41 jeweils verbunden.

Die Analogtorschaltung 35 läßt nur dann das aus dem Polumschalter 33 stammende Signal - 71 durch, wenn sie gleichzeitig über die Leitung 45 das Steuersign?! V empfängt.

Auf gleiche Weise läßt die Analogtorschaltung 41 nur Has Signal T₂ ans der Blonkierungs-Längungseinrichtung 31 durch, wenn sie gleichzeitig über die Leitung 46 das Steuersignal ^empfängt.

Analogtorschaltungen 35 und 41 liefern also jeweils die elektrischen Signale VV, und IV₂ (F i g. 5), die über die Leiter 47 und 48 an logarithmische Verstärker 49 und 50 übertragen werden, welche an ihren Ausgangsklemmen die Signale liefern, deren Amplitude proportional dem Logarithmus der Amplituden der Signale IVi bzw. W₂ ist Diese logarithmischen Verstärker werden über Leitungen 51 und 52 mit einer Summiervorrichtung 53 verbunden, die ein elektrisches Signal X (F i g. 5) liefert, dessen Amplitude proportional dem Logarithmus des Verhältnisses A₂IA\ ist.

Die Summiereinrichtung 53 ist über die Leitung 54 mit einer Längungseinrichtung 55 verbunden, die am Ausgang ein Signal L von Rechteckform mit der Amplitude k Log-jy und von der kalibrierten Dauer T

liefert Diese vorbestimmte Dauer wird von ausreichendem Wert gewählt, damit die Transmission des Signals L an die Oberfläche über das Kabel korrekt sichergestellt ist, d. h. daß bei seiner Ankunft an der Oberfläche ein Teil des Signals verbleibt, der durch die Transmission nicht beeinflußt ist

Selbstverständlich arbeiten, wie oben angeg:)en, die Sender 19 und 20 alternativ und die elektronische Vorrichtung der F i g. 4 liefert nacheinander ein Signal L und ein Signal L', die repräsentativ für die Dämpfung der Transversal- und Longitudinalwellen sind, welche nacheinander durch die beiden Sender abgegeben werden.

Die Signale L und L'. die von kalibrierter Dauer sind, beispielsweise in der Größenordnung von 120 μβ, werden an die Oberfläche durch ein und die gleiche Leitung des Kabels 3 übertragen, wobei die Wiederholfrequenz des Betriebs der Sender 19 und 20 gering (5 bis 50 Hz) ist und keine mögliche Störung zwischen den Signalen L und L' besteht, die durch die elektronische Vorrichtung im wesentlichen bei Betriebsfrequenz der Sender geliefert werden.

Fig.6 zeigt schematisch die elektronische, in der Sonde enthaltene Vorrichtung, welche das Messen der Laufzeit einer akustischen Welle zwischen den Empfängern 17und 18 ermöglicht

F i g. 7 zeigt die bei Betrieb der in F i g. 6 gezeigten Vorrichtung erzeugten Signale.

Wie bcfcitS ängegeuen, erreiCut Gin aiCUSuSCncS Signal, welches sich in den geologischen Formationen fortpflanzt und aus dem Sender 19 oder 20 stammt nacheinander die Empfänger 17 und 18 jeweils zu den

Augenblicken fi und t_x + of; die Empfänger liefern jeweils die elektrischen Signale S₁ und Sj (F i g. 7).

Die Signale S\ und S₂ werden jeweils an monostabile Kippschaltunger 56 und 57 über die Leitungen 58 und 59 übertragen.

Bei Empfang des Signals Si liefert die monostabile Kippschaltung 56 ein Signal R_x (F i g. 7) von Rechteckform und mit konstanter Amplitude und von kalibrierter Dauer D_x. Dieses Signal wird über die Leitung 60 an einen Eingang einer ersten Einrichtung 61 vom Typ jo UND-Torschaltung übertragen und über die Leitung 62 an einen Eingang einer zweiten Einrichtung 63, die ebenfalls vom Typ UND-Torschaltung ist.

Beim Empfang eines Signals S₂ liefert die monostabile Kippschaltung 57 ein Signal R₂ (Fig.7) von Rechteckform und mit konstanter Amplitude und von kalibrierter Dauer D₂. Dieses Signal wird durch die Leitung 64 an eine logische Einrichtung 65 übertragen, welche an einem ihrer Ausgänge das Signal R₂ resümiert, welches über das Kabei 66 an einen zweiten Eingang der UND-Torschaltung 63 übertragen wird. An ihrer zweiten Ausgangsklemme liefert die Einrichtung 65 ein Signal R₂ (F i g. 7), komplementär zum Signal R₂. welches über die Leitung 67 an eine zweite Eingangsklemme der UND-Torschaltung 61 übertragen wird. Diese liefert ein Signal AZ(Fig. 7). wenn sie gleichzeitig die Signale R₁ und R2 empfängt, d. h„ wie aus F i g. 7 zu sehen, ein Signal mit einer Dauer of. Das über die Leitung 68 übertragene Signal N betätigt eine Analogtorschaltung 69. die eine Hochspannungsqueile jo HTmit einem Zeit-Amplitude-Umformkreis 70 verbindet.

Der Schaltkreis 70 umfaßt beispielsweise eine Kapazität C die über einen Widerstand R geladen wird undderen Zeitkonstante/?x Cs;' r viel größeralso/ ist. ji

Das Schließen der Analogtorschaltung durch das Signal N sorgt für das Laden der Kapazität C während eines Zeitintervalls of. Am Ende des Ladevorgangs erreicht die elektrische Spannung an den Klemmen der Kapazität Ceinen Wert proportional zu of. einen Wert. der so lange beibehalten wird, wie die Kapazität Cnicht entladen wird.

Ein mit dem Ausgang der Umwandlungsvorrichtungszeit-Amplitude über eine Leitung 72 verbundener Leseverstärker 71 liefert ein Signal M(F i g. 7), welches 4-, über einen Leiter 73 an eine Analogtorschaltung 74 übertragen wird. Die Torschaltung 74 ist über einen Leiter 75 mit dem Ausgang der UND-Torschaltung 63 verbunden. Diese liefert ein Signal P (Fig. 7) in Rechteckform, wenn sie gleichzeitig über die Leiter 62 und 66 die Signale R, und Ri empfängt, d. h. ein Signal, das zum Augenblick fi + of beginnt und von der Dauer D\ - <5f ist, während der die Signale Ri und Ri gleichzeitig existieren.

Das Signal P betätigt die Analogtorschaltung 74, die dann das Signal M zwischen den Augenblicken f + 61 und fi + Oi durchläßt und so das Signal Q (F i g. 7) mit einer Amplitude proportional zu of liefert.

Das Signal Q wird über die Leitung 76 an eine Längungseinrichtung 77 übertragen, die das Signal Q in ein Signal Δ milder Amplitude /f Sf und mit festgelegter Dauer D umformt, die derart gewählt ist, daß die Übertragung des Signals Δ an die Oberfläche korrekt sichergestellt ist.

Das durch die Längungseinrichtung 77 gelieferte Signal Δ wird an die Oberfläche über eine Leitung des Kabels 3 übertragen,

Das durch die Torschaltung 63 gelieferte Signal P wird über die Leitung 78 an einen ersten Eingang einer Einrichtung 79 vom Typ ODER-Torschaltung übertragen, welche an den zweiten Eingang des Signal Δ empfängt, das durch die Längungseinrichtung 77 geliefert und über den Leiter 80 übertragen wurde. Bei Empfang eines dieser beiden Signale liefert die ODER-Torschaltung 79 an der Ausgangsklemme ein Signal, welches über die Leitung 81 an einen Kreis 82 derartiger Ausbildung übertragen wird, daß das Entladen des Kondensators Cgesteuert wird Das durch die Torschaltung 79 gelieferte Signal armiert den Kreis 82. Bei Verschwinden des Armierungs- oder Anzugssignals liefert der Kreis 82 einen Steuerimpuls, der über die Leitung 83 übertragen wird und eine Analogtorschaltung 84 betätigt, die den Kondensator C kurzschließt und plötzlich für dessen Entladung sorgt

Wie bereits vorher dargelegt, arbeiten natürlich die Sender 19 und 20 alternativ und die elektronische Vorrichtung der F i g. 6 liefert nacheinander ein Signal Δ und ein Signal Δ '. die repräsentativ für die Laufzeit der Transversal- und Longitudinalwellen in den geologischen Formationen zwischen den Empfängern 17 und 18 sind, wobei diese Wellen nacheinander durch die beiden Sender abgegeben werden.

Die Signale Δ und Δ'. die von kalibrierter Dauer, beispielsweise in der Größenordnung von 120 us sind, werden an die Oberfläche über ein und dieselbe Leitung des Kabels 3 übertragen; da die Wiederholfrequenz für das Arbeiten der Sender 19 und 20 gering ist (5 bis 50 Hz), gibt es keinerlei mögliche Störung zwischen den Signalen Δ und Δ'. welche durch die elektronische Einrichtung im wesentlichen bei Arbeitsfrequenz der Sender geliefert werden.

Nach dem oben beschriebenen Beispiel hat man die erste Wellenwölbung jedes durch die Empfänger gelieferten Signals benutzt. F.s ist jedoch auch möglich, anstelle der ersten Wellenwölbung eine bestimmte Wölbung jedes der Signale zu benutzen, um auf die gleiche Weise die Laufzeiten und die Dämpfungen der akustischen Longitudinal- und Transversalwellen zu erhalten.

Das Kabel 3. welches für die Verbindung zwischen Sonde und Oberfläche sorgt, ist vorzugsweise ein im Handel verfügbares Kabel, welches sieben Leitungen enthält.

Eine der Leitungen wird als Masseleitung verwendet und kann sämtlichen, in der Sonde enthaltenen elektronischen Einrichtungen gemeinsam sein. Zwei andere Leiter ermöglichen es. die Sonde mit elektrischer Energie, beispielsweise Wechselstrom von 220 Volt und 50 Hz, zu speisen, wobei aus diesem der Hochspannungs- und Niedrigspannungsgleichstrom. der für den Betrieb der Sonde notwendig ist. hergestellt wird. Eine andere Leitung wird zur Übertragung der y-Spektrometrie-Signale von der Sonde an die Oberflä ehe "erwendet, wobei die den akustischen Messungen entsprechenden Signale A. A' und L /.' über zwei gesonderte Leitungen übertragen werden und wobei die von der Durchmessereinrichtung 11 (Fig. 2) gelieferten Informationen über eine der beiden Leitungen Überlfa* gen werden können, welche für die Transmission der akustischen Signale verwendet werden, wobei die Übertragung gegebenenfalls über die verbleibende Leitung erfolgen kann.

Während eines Meßintervalls liefert die Sörtde so dem Oberflächengerät die folgenden Signale:

a) für den Durchmesser des Bohrloches in Höhe der Sonde repräsentative kodierte Impulse,

b) y-Impulse konstanter Dauer, deren Amplituden proportional der durch die Formationen ausgesandten ^-Strahlungsenergie sind,

c) Impulse konstanter Dauer, deren Amplituden repräsentativ für die Laufzeit zwischen den beiden Empfängern für die akustischen Wellen sind, welche sich in den geologischen Formationen fortpflanzen,

d) Impulse konstanter Dauer, deren Amplituden die Dämpfung der akustischen, in den Formationen fortpflanzenden Wellen charakterisieren.

Die Mobilität der Fluide im Innern der geologischen Formationen, die Lithologie und die Porosität der geologischen Formationen werden durch die Lösung von Gleichungen der Art erhalten:

X =

wobei Xeine der folgenden Größen bedeutet:

— Tongehalt.

— Carbonatgehalt,

— Quarzgehalt.

— Kationenaustauschkapazität,

— Porosität.

— Mobilität.

Die Koeffizienten \ sind gegebene Koeffizienten, die mit der zu messenden Größe X variieren. Ein Verfahren zum Festlegen dieser Koeffizienten wird im folgenden gegeben.

Die Koeffizienten C werden durch von der Sonde ausgeführte Messungen bestimmt. Diese Koeffizienten, bei welchen es sich um Variable. Funktionen der Art des Boriers. handelt.umfassen:

1) die Koeffizienten C bis C welche die Inhalte der π- Bänder A. B. CC... /V darstellen, die sorgfältig in dem durch die geologischen Formationen abgegebenen /Spektrum gewählt sind, wie beispielsweise in Fig. 8 für den Fall, wo π = 4. dargestellt.

2) die Koeffizienten C . . und C . ;. die repräsentativ für die mittleren Werte der Laufzeiten /] und Λ'der akustischen Transversal- und l.ongitudinalwellen /wischen den Empfängern sind, wobei diese mittleren Werte Δ,. und Δ '„,bezeichnet sind.

3) für den Fall, wo die gemessene Größe die Mobilität des Fluid¹· im Innern der geologischen Formation ist. und X dann der Logarithmus der nachgesuchten Mobilität ist. weist die Gleichung (I) zwei zusätzliche Variable C auf: C . ι und C. . i. die jeweils den mittleren Wert des Logarithmus des Verhältnisses der Amplituden der ersten Wellenwölbungen der durch die Empfänger gelieferten Signale darstellen, wobei diese mittleren Werte mit /.· und L . be/oirbnet sind. Selbstverständlich führt man zur Losung der Gleichung dann zwei entsprechende Koeffizienten \ (nämlich <x . lund'x . i)ein.

Um nicht übermäßig das Oberflächengerät ni verkomplizieren, erfolgt die Bestimmung der * -Koeffizienten dann durch Kalibrierungen, ausgehend von. beispielsweise im Laboratorium, vorgenommenen Mes sungen an Bodenpryben, die im Lauf des Bohrvjrgangs entnommen wurden.

Nach einer bevorzugten Aüsführurigsföfni der firfitv dung handelt es sich bei diesen Proben um Kerne (durch Kernbohren hergestellt), man kann aber auch Bohrklein verwenden, wenn man genau die «öle, alls der sie Stammen, kennt.

Die Zahl der nötwendigen Bodenproben kann gering sein; es genügt, daß man wenigstens eine Probe hai, die repräsentativ für jeden Formationstyp, auf den die Sondenbohrung trifft, ist.

An den entnommenen Proben bestimmt man, beispielsweise im Laboratorium und nach üblichen Verfahren, die Werte der Größen X (Gehalt an Tonen, Carbonaten, Quarz, Kationenaustauscherkapazität, Porosität und Mobilität). Bei der Herstellung der Diagraphie markien man die Werte der Variablen C_ft wobei die Messungen den entnommenen Proben entsprechen. Die Aufeinanderfolge der Werte der Koeffizienten et, wird dann nach dem mathematischen üblichen Verfahren der multiplen linearen Regression, die den Spezialisten an sich wohl bekannt ist, bestimmt. Die 77 ersten Variablen Ci bis C_n stellen die Anzahl der über die Meßdauer registrierten y-Strahlen der (beispielsweise während 30 Sekunden) und sind von (I) einer Energie innerhalb gewisser, sorgfältig gewählter

Grenzen. In Praxis wird diese Zahl η klein sein, nämlich, zwischen 3 und 7 liegen, und der explorierte

2i) Enersiebereich beträct dann beispielsweise zwischen 0,1 und 3.5 MeV.

F i g. 9 zeigt ein Gerät zur Erarbeitung der Variablen C wobei die Anzahl dieser Variablen au'4 begrenzt ist. Die aus der Sonde stammenden γ-Impulse werden

r> gleichzeitig über Leitungen 101 bis 105 an Verstärker 106 bis 110 übertragen. An den zweiten Eingängen der Verstärker werden feste Spannungen angezeigt, die von den Leitungen 111 bis 115 übertragen werden. Diese Spannungen sind durch Potentiometer 116 bis 120

in regelbar.

Empfängt ein Verstärker einen elektrischen Impuls entsprechend einem y-lmpuls, so liefert er an seine Ausgangsklemme ein logisches Signal vom Niveau 0. wenn die Amplitude des Impulses kleiner als der Wert

s> der festen Spannung ist. die an diesen Verstärker an seine zweite Eingangsklemme gelegt wird.oder auch ein logisches Signal vom Niveau 1. wenn die Amplitude des Impulses größer als der Wert der festen Spannung ist.
Für jeden aus der Sonde stammenden Impuls liefert

4(i die Gesamtheit der Verstärker ein kodiertes Signal, welches über die Leitungen 121 bis 125 an eine Dekodierungsvornchtung 126 übertragen wird, welche mit vier numerischen Speichern 127 b:s 130 über die Leitungen 131 bis 134 verbunden ist. Die Dekodierungs-

4i vorrichtung 126 ermöglicht die Aufzeichnung des im entsprechenden Speicher empfangenen Signals.

Auf diese Weise setzt ein Impuls, der beispielsweise eine Amplitude /wischen den durch die Potentiometer 118 und 119 gelieferten Spannungen aii/weist. wobei

ν. cMere das Band C des Spektrums begrenzen, die Ausgange der Verstärker 106 bis 110 in die Konfigurationen Il I-0-0 D.ese durch das Gerät 126 analysierte Kombination sorgt für die Erhöhung des Speichers 129 um eine Einheit, entsprechend dem Band C des

ν. Spektrums)·(F ig 8).

Die Potentiometer 116 bis 120 sind regelbar, um die Grenzen der Energiebänder an die am besten angepaßten Werie einstellen zu können.

Die Variablen C . bis C . ₄ stelle" wie vorher

M) angegeben, die mittleren Wsric Δ,,,, Δ „„ L_n„ L_m der Impulse Δ, Δ', L, L' dar, welehe während der zur /-Aufzeichnung notwendigen Zeit, beispielsweise 30 Sekunden, hergestellt sein können, wobei während dieser Zeit man für eine Wiederholfrequenz des

Betriebs der akustischen Sender zwischen 5 und 50 Hz eine Anzahl von Messungen zwischen 75 und 750 für jeden der Werte Δ, Δ \ L und L', die vorher definiert wurden, erhält, Das Mittel erhält man beispielsweise,

030 264/51

indem man die Werte jeder Messung in vier numerischen Speichern totalisiert.

Ein Taktgeber zur Synchronisation der die y-Strahlung betreffenden Messungen mic den akustischen Messungen wird zur Erstellung dieser Mittelwerte verwendet. Dieser Taktgeber, der in der Sonde oder in dem Oberflächengerät enthalten sein kann, sorgt darüber hinaus für die Trennung der Impulse Δ, Δ 'und L, Z/ und der vom Durchmessergerät 11 der Sonde gelieferten Impulse, welche durch die beiden Leiter des Kabels 3 übertragen wurden.

Die Behandlung jeder Reihe von Impulsen Δ, Δ 'und L, L'wird durch eine analoge/numerische Umformung der Amplitude des übertragenen Impulses vorgenommen. Dies kann beispielsweise durch eine Umformung von Amplitude-Zeit erfolgen, wobei die Zählung so vor sich geht, daß man während der der Amplitude des Impulses proportionalen Zeit eine Torschaltung öffnet, aus der sehr kurze Impulse, die auf Hochfrequenz (beispielsweise 20 MHz) kafibriert sind, treten: diese Impulse werden in einem Zählerregister gespeichert und dem Inhalt des numerischen Speichers hinzugefügt

F i g. 10 zeigt schematisch einen Hybridrechner, der in Realzeit die von der Sonde durchgeführten Messungen behandelt, d. h. der so eingerichtet ist, daß er die Gleichungen (I) löst.

Der Rechner umfaßt einen Speicher C. in dem, wie vorher in F i g. 9 angegeben, die C_n, 4-Variablen «ufgezeichnet sind. In diesem Speicher werden die Variablen G bis Cs angezeigt oder eingestellt, wobei π gleich 4 in diesem Beispiel gewählt wird. Die durch Eichung bestimmten α,-Koeffizi.nten, bei denen es sich um konstante Koeffizienten handelt, werden in einem «-Speicher angezeigt bzw. einge eilt. Die zur Bestimmung der Mobilitätsdiagraphie notwendigen zusätzlichen Koeffizienten λ, werden in Form von Spannungen angezeigt bzw. eingestellt, weiche von zwei Potentiometern 135 und 136 geliefert wurden; dies ermöglicht einen vereinfachten Aufbau des oc-Speichers.

Der Speicher C liefert an acht Ausgangsklemmen tuch elektrische Signale, repräsentativ für die Variablen G bis C_R. Diese Signale werden an eine logarithmisclre Dekodierungsvorrichtung 137 übertragen, welche an ihren acht Ausgangsklemmen Signale proportional dem Logarithmus der Variablen G bis C« liefert. Diese Signale werden jeweils über die Leitungen 138 bis 145 in den Eingang der Verstärker A₁ bis A_s übertragen.

In der gleichen Weise werden die α,-Koeffizienten von einer logarithmischen Dekodierungsvorrichtung 146 gelesen, welche an ihren Ausgangsklemmen Signale proportional dem Logarithmus dieser /χ,-Koeffizienten liefert und die jeweils über die Leitungen 147 bis 152 an die Verstärker Ai bis A₁, gelegt werden. Die von den Potentiometern 135 und 136 gelieferten Spannungen, die proportional dem Logarithmus der zusätzlichen, für die Bestimmung der Mobilität notwendigen Koeffizienten sind, werden jeweils über die Leitungen 153 und 154 an die Verstärker A- und Α_Λ übertragen.

Die Verstärker A\ bis A* liefern an ihren jeweiligen Ausgangsklemmen elektrische Signale proportional zur Summe der Signale, die an ihre Eingangsklemmen gelegt werden, d. h. Signale proportional zum Logarithmus der ProdukteocrCf.

Die von jedem Verstärker gelieferten Signale werden jeweils über Leiter 155 bis 162 an Generatoren für die Funktion GF\ bis GF» übertragen, Welche an ihren Ausgangsklemmen Signale proportional zu den Produkt ten (Xi Crestituieren, Die durch die Generatoren GF\ bis GFb gelieferten Signale werden direkt über die Leitungen 163 bis 168 an einen Operationsverstärker 169 übertragen, der die Summe dieser Signale bildet und an seiner Ausgangsklemme ein elektrisches Signal proportional zu

liefert, die über eine Leitung 170 an einen analogen/

ίο numerischen Wandler 171 übertragen wird, welcher sein Ausgangssignal über die Leitung 172 an einen Adressierkreis 173 überträgt, der die Anzeige bzw. die Einstellung des erhaltenen Ergebnisses ia einem Teil eines Speichers M ermöglicht, wobei dieser Teil der festgelegten Größe X entspricht (diese Größe wird gebildet durch einen bezüglich der Lithologie durch die Porosität oder die Mobilität gegebenen Wert); dieses Ergebnis wird dann zum konstanten Koeffizienten as addiert, der vorher bestimmt und im Speicher M eingestellt oder angezeigt wurde.

. Ein Taktgeber H steuert gleichzeitig die logarithmischen Dekodierer 137 und 146 und den Adressierkreis 173, und ermöglicht so die aufeinanderfolgende Einstellung bzw. Anzeige der Größen X, die der Lithologie und der Porosität der diagraphierten Formationen entsp. echen, im Speicher M.

Der Taktgeber H steuert zwei Torschaltungen 174 und 175, die jewels die Funktionsgeneratoren GFi und GF_n mit dem Verstärker 169 über die Leitungen 176 und

jn 177 einzig bei der Bestimmung der Größe ,Y verbinden, welche der Mo^ .Iität (oder Permeabilität) der studierten Böden entspr jit.

Der Spe jher M ist mit einer Aufzeichnungs- und/oder Sichtbarmachungseinrichtung für die be-

Ii stimmten Größen .Y verbunden, wobei diese in der Figur nicht dargestellte Einrichtung von irgendeinem an sich bekannten Typ sein kann (magnetische Aufzeichnung,

Lochstreifen etc ).

Fig. 11 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Hybridrechners, der in Realzeit die von der Sonde durchgeführten Messungen verarbeitet.

Wie für den in F i g. 10 beschriebenen Rechner ist ein identischer Speicher C wieder vorgesehen, in welchem die Variablen C aufgezeichnet werden, wobei dieser

4ί Speicher einer logarithmischen Dekodiervorrichtung 137 zugeordnet ist, die eine Ausgangsklemme aufweist. In dem einer logarithmischeii Dekodiervorrichtung 146 zugeordneten Speicher ix. werden alle die «,-Koeffizienten eingestellt, einschließlich der beiden a-Koeffizien-

5» ten. die zur Bestimmung der Permeabilität notwendig sind. Die logarithmischen Dekodiervorrichtungen 137 und 146 werden von einem Taktgeber H aus gesteuert und bei jedem Impuls des über die Leitungen 180 und

181 empfangenen Impuls des Taktgebers liefern die logarithmischen Dekodiereinrichtungen gleichzeitig Signale proportional der Variablen C, und dem entsprechenden Koeffizienten <x„ welche über die Leitungen

182 und 183 an den Eingang eines Verstärkers A übertragen werden. Dieser Verstärker liefert ein Signal proportional dem Logarithmus des Ausdrucks *;■ Q der durch eineLeitUngl84 an einen Funktionsgenerator GF übertragen wird, der ein Signal proportional dem Produkt CC₁Q liefert. Dieses Signal wird über die Leitung 170 an einen analogen/numerischen Wandler 171 gelegt, der an seiner Ausgangsklemme ein Signal liefert, das durch die Leitung 172 an einen Adressierkreis 173 übertragen wurde, der durch den Taktgeber H über die Leitung 185 gesteuert wird, Der Adressenkreis 173

sortiert das im Teil des Speichers M empfangene Signal, welcher der berechneten Größe ^entspricht-

Der in Fig. 11 gezeigte Hybridrechner ist von einfacherem Aufbau als der in Fig. 10 gezeigte, erfordert aber eine längere Zeit zur Erarbeitung der Werte der Größen X

Selbstverständlich ist es, anstatt am Ort die durch die Sonde durchgeführten Messungen zu verarbeiten, möglich, sie aufzuzeichnen, wobei die aufgezeichneten Messungen dann an ein Behandlungszentrum übertragen werden, wo sie entsprechend dem gerade beschriebenen Verfahren kombiniert werden können.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Geophysikalisches Bohrlochmeßverfahren, unter Messung der natürlichen Gammastrahlung der > Formation, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung einer lithologischen Charakteristik der Formation

eine Vielzahl von die Stärke der Gammastrahlung in einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden Energie- πι bändern (A, B, C, D — Fig.8) des natürlichen Gammaspektrums darstellenden Werten bestimmt wird; daß aus den Meßwerten der Bänder die Iithologische Charakteristik der Formation durch lineare Kombination mit festgelegten Koeffizienten ΐί ermittelt wird;

daß akustische Signale ausgesandt und empfangen werden, wobei linear die aus der Gammaspektrome-Irie ermitJeuen Werte (Ci bis C_n)kombiniert werden, die jeweils die Laufzeiten (A_n, bib A'_m) der in akustischen Longitudinalwellen sowie der akustischen Transversalwellen in der Formation zwischen fcwei Punkten der Sonde sowie ihre jeweiligen Dämpfungen (L_n, bzw. L_n,') durch diese Formation darstellen. ri

2. Geophysikalische Bohrlochmeßanordnung mit Gammaspektrometer für die natürliche Gamma-Strahlung der Formation, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu Messung einer lithologischen Charakteristik der Formation vorgesehen ist eine Kombination einer Einrichtung (106 Dis 120 — Fig.9) zur Messung einer Vielzab' von die Stärke der Gammastrahlung jeweils in einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden Energiebänder (A, B, C, D r. — Fig. 8) des natürlichen Gammaspektrums darstellenden Größen:

einer Datenauswerteinrichtung (Fig. 10), die aus den Meßwerten der Bänder die Iithologische Charakteristik der Formation durch eine lineare a» kombination mit festgelegten Koeffizienten erarbeitet;

von Organen zum Aussenden (19, 20) und Empfangen (17, 18) akustischer Signale, wobei die Datenauswerteinrichtung (Fig. 10) die ermittelten 4> Größen der Gammaspektrometrie mit Signalen kombiniert, die jeweils die Laufzeiten der akustischen Longitudinalwellen sowie der akustischen Transversalwellen in der Formation zwischen zwei Punkten der Sonde sowie ihre jeweiligen Dämpfun- v> gen durch diese Formation darstellen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (PM₁. PM₁) zur Ermittlung der durch die geologischen Formationen Uusgesandten Gammastrahlung, akustische Sende- r> einrichtungen (19) sowie zwei Empfänger (17,18) für die akustischen Wellen von ein und demselben beweglichen Schuh (8) der Sonde (4) derart getragen tiiid. daU sie in Kontakt mit einer Erzeugenden der Wandung dei" Sondenbohrung kommen. 6ii

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Empfänger (17, 18) voneinander Um ein Stück etwa gleich einer Wellenlänge der akustischen ausgesandten Signale entfernt angeordnet sind und daß die Entfernung zwischen den zwei ei Empfängern (17, 18) und diesen akustischen Sendeeinrichtungen (19) größer als etwa zehn Wellenlängen der ausgesandten akustischen Welle

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung zum Messen der Dämpfung der akustischen Wellen ein erstes (30) blockierendes-längendes, mit einem ersten (Si) dieser Empfänger verbundenes Element und ein zweites (31) blockierendes-längendes, mit dem zweiten (St) dieser fc.mpfänger verbundenes Element aufweisen, wobei jedes dieser Elemente ein elektrisches Signal vorbestimmter Dauer einer Amplitude im wesentlichen proportional der Wellenkammamplitude einer vorbestimmten Wölbung der elektrischen, von diesen Empfängern gelieferten Signale liefert, und wobei dieses erste Element (30) einerseits über eine Polaritätsumschalteinrichtung (33) mit einer ersten Analogtorschaltung (35) und andererseits mit einem Verstärker (37) verbunden ist, der ein elektrisches Signal (Ui) von Rechteckgestalt und von einer im wesentlichen konstanten Amplitude und einer Dauer gleich der des durch dieses erste blockierende-längliche Element (30) gelieferten Signals liefert, wobei dieser Verstärker (37) mit einem ersten Eingang einer UND-Torschaltung (39) verbunden ist und das zweite Element (31) einerseits direkt mit einer zweiten Analog'orschaltung (41) und andererseit mit einem Verstärker (43) verbunden ist, der ein elektrisches Signal (U₁) von Rechteckgesta'.i und im wesentlichen konstanter Amplitude und einer Dauer gleich der des durch dieses zweite blockierende-Iängende Element (31) gelieferten .',gnals liefert, wobei dieser Verstärker (43) mit d< r.i zweiten Eingang der UND-Torschaltung (39) verbunden ist und diese UND-Torschaltung (39) mit den Analogtorschallungen (35, 41) verbunden ist und an sie ein Steuersginal überträgt, wenn sie gleichzeitig von jedem dieser Verstärker (37, 43) gelieferte Signale empfängt, wobei die Analogtorschaltungen (35, <!^ die durch die blockierenden-längenden Elemente (30,31) gelieferten Signale allein bei Empfang dieses Steuersignals durchlassen und jeweils mit logarithmischen Verstärkern (49, 50) verbunden sind, welche Signale im wesentlichen Proportional zu den Logarithmen der Amplitude d( ■ durch diese blockierenden-längenden Elemente gelieferten Signale liefern, wobei die logarithmischen Verstärker (49,50) mit dem Eingang eines summierenden Verstärkers (53) verbunden sind, der an seiner Ausgangsklemme ein Signal (X) von einer Amplitude im wesentlichen proportional dem Logarithmus des Amplitudenverhältnisses der elektrischen, von diesen blockierenden-längenden Elementen (30, 31) stammenden Signale liefert; und wobei dieser summierende Verstärker (53) mit Übertragungseinrichtungen mit einem die Impulse längenden Organ (55) derartiger Ausbildung verbunden ist. daß auf einen bestimmten Wert die Dauer der von diesem summierenden Verstärker (53) gelieferten Impulse kalibriert wird.

6 Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß jedes der blockierenden^längenden Elemente (30, 31) ein Signal im wesentlichen proportional der Wellenkammamplitude eines der fünf ersten Wellenwölbüngen des elektrischen, von jedem Empfänger gelieferten Signals liefert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes dieser blockierenden-längenden Elemente (30, 31) ein Signal im wesentlichen proportional der Wellenkammamplilude der ersten

Wellenwölbung des elektrischen, von jedem Empfänger pp|ieferten Signals liefert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtungen zum Messen der Laufzeit der akustischen Wellen eine erste monostabile, mit einem der Empfänger verbundene Kippschaltung (56) und eine zweite monostabile, mit dem zweiten Empfänger verbundene Kippschaltung (57) aufweisen, wobei jede dieser Kippschaltungen (56, 57) so ausgebildet ist, daß sie bei Empfang eines in durch diese Empfänger gelieferten Signals an ihrer Ausgangsklemme ein Signal von kalibrierter Amplitude und Dauer liefert, wobei die erste Kippschaltung (56) mit einer ersten (61) und einer zweiten (63) UND-Torschaltung verbunden ist und wobei die η zweite Kippschaltung (57) mit einer Vorrichtung (65) verbunden ist, die bei Empfang eines aus der zweiten Kippschaltung (57) stammenden Signals an einem (66) ihrer Ausgänge an die zweite Torschaltung (63) ein Signal identisch dem empfangenen Signal liefen ni und an ihrer zweiten (67), mit der erstei. Torschaltung (61) verbundenen Ausgangsklemme «n elektrisches Signal ausschließlich in Abwesenheit des durch die zweite Kippschaltung (57) gelieferten Signals liefert, wobei die erste Torschaltung (61) ein >-> Steuersignal liefert, dessen Dauer gleich dem Zeitintervall ist, während dessen Signale gleichzeitig an ihren Eingangsklemmen empfangen werden, wobei dieses Zeitintervall im wesentlichen gleich dem Laufzeitintervall der akustischen Wellen zwischen den beiden Empfängern ist und dieses Steuersignal während seiner gesamten Dauer eine Analogtorschaltung (69) betätigt, die mit einer Spannungsquelle eine Zeit-Ampliiudenwandlereinrichtung (70) verbindet, deren Ausgang mit Ver- r> Stärkereinrichtungen (71) verbunden ist. die ein Signal liefern, dessen Amplitude proportional der Laufzeit ist, wobei diese Verstärkereinrichtungen (71) üLer eine durch das von der zweiten UND-Torschaltung (63) gelieferten Signal gesteuerte Analogtorschaltung (74) mit Übertragungseinrichtungen verbunden sind, die eine Längungseinrichtung (77) für das durch diese Verstärkereinrichtungen (71) gelieferte Signal und eine Nullrückstellungseiiirichtung (84) für die Zeit-Amplituden- r> Wandlereinrichtung (70), welche über das Ausgangssignal der zweiten UND-Torschaltung (63) betätig bar ist, aufweisen.

9. Vorrichtung nacw Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächengerät Einrichtungen -,o (C — Fig. 10) zum Aufzeichnen der Gesamtheit dieser durch die Sonde (4) gelieferten Signale sowie Einrichtungen (169) zum Ermitteln in Realzeit, ausgehend von diesen Signalen, wenigstens eines resultierenden Signals aufweisen, das repräsentativ ν, für eine Charakteristik dieser Formationen ist, wobei diese Ermittlungs- und Verarbeitungseinrichtungen (169) mit den Auf/cithnung'seinrichtungen (C) verbunden sind und linear die mit der γ Strahlung verknüpften Signale, die mit der Laufzeit der eo akustischen Longitudinal' und Transversalwellen verknüpften Signale und die mit den Dämfpungen dieser akustischen Wellen Verknüpften Signale kombinieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch 0» gekennzeichnet, daE-füese Einrichtungen zur Ermittlung bzw. Erarbeitung in Realzeit eine erste Speichereinrichtung (<x), in der in Signalform vorbeftimmte Koeffizienten aufgezeichnet werden, eine zweite Speichereinrichtung (C), in der diese Gesamtheit der durch die Sonde (4) gelieferten Signale (Q... C_a) sowie eine Anordnung von Einrichtungen (169) zur Behandlung dieser Signale, die mit jeder dieser durch einen hiermit verbundenen Taktgeber (H)betätigten Speichereinrichtungen verbunden ist, umfassen, wobei diese Einrichtungen (169) so ausgebildet sind, daß sie diese Gesamtheit von Signalen kombinieren und an ihrer Ausgangsklemme wenigstens ein numerisches Signal als Funktion der empfangenen Signale und repräsentativ für ein eine Charakteristik der geologischen Formationen betreffendes Informationselement liefern; und daß diese Ermittlungseinrichtungen eine dritte, mit diesen Behandlungs- oder Verarbeitungseinrichtungen (169) verbundenes Speicherelement (M) umfassen, in welchem dieses repräsentative Signal aufgezeichnet wird.