DE2263961B2 - Anordnung fuer die akustische laufzeitmessung in bohrlochdurchteuften erdformationen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung Für die akustische Laufzeitmessung in bohrloch-Jurchteuften Erdformationen mit mindestens einem »equentiell arbeitenden akustischen Sender, mindestens einem Empfänger für akustische Wellen, einer an der Erdoberfläche angeordneten Laufzeitmeßeinrichtung zum Messen des Zeitintervalls zwischen der Aussendung und dem Empfang der akustischen Meßwellen und einer Meß- und Speichereinrichtung für Störsignalamplituden, die von dem mindestens einen Empfänger an die Oberfläche übertragen werden, und die aus einem zeitgesteuerten Gatter und einem diesem nachgeschalteten Speicher besteht, für die Modifikation der relativen Amplituden der Empfangssignale einerseits und eines Bezugssignals andererseits, das als Empfangsschwelle für die Empfangssignale während der Zeitmessung angelegt ist.

Eine Anordnung mit diesen Merkmalen ist aus der US-PS ?4 37 834 bekannt. Bei dieser wird, ausgehend von dem als Bezugssignal einzig verwendbaren Senderauslösesignal, die Störungsmessung eingeleitet. Infolgedessen können nur Störungen erfaßt werden, die in diesem Zeitintervall auftreten. Sinnvoll ist dies für Störungen, deren Periodendauer unter der Größenordnung der zu erwartenden Laufzeit liegt, die wiederum in weiten Grenzen schwanken können. Jedenfalls ist es aber nicht möglich, mit der bekannten Anordnung auch die niederfrequenten Störungen zu erfassen, die etwa hervorgerufen werden durch Reibung der Sonde an der Bohrlochwandung. Gerade diese Störungen sind aber besonders lästig, weil sie erfahrungsgemäß gerade dann auftreten, wenn die Sonde ein hinsichtlich der gewünschten Meßergebnisse besonders interessantes Formationsgebiet durchläuft. Zwar ließe sich durch die Lehre der genannten Druckschrift eine Verbesserung der Meßergebnisse erzielen, doch blieb die Aufgabe, auch den Einfluß solcher niederfrequenten Störungen zu eliminieren, ungelöst.

Auf die Lösung dieses Problems zielt die Erfindung ab.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelost, daß ein vor Auslösung des mindestens einen Senders T ein Entsperrungssignal C, dessen Dauer gleich einem Mehrfachen der minimalen Laufzeit der akustischen Wellen und in der Größenordnung der Periodendauer der von dem mindestens einen Empfänger R noch erfaßbaren niederfrequenten Störsignale ist, für das Gatter 36 erzeugender Sequenzgeberschaltkreis 30 vorgesehen ist.

Man erkennt, daß auf diese Weise alle Störungen, die von dem Empfänger oder den Empfängern überhaupt noch verarbeitet werden können, erfaßt und bei der Amplitudensteuerung berücksichtigt werden. Da der zeitliche Abstand zwischen dem Entsperrungssignal und der eigentlichen Meßperiode wesentlich größer ist als diese letztere, muß man den Sequenzgeberschaltkreis vorsehen, der einen Bezugszeitpunkt liefert, von dem aus alle Vorgänge in vorgegebener zeitlicher Reihenfolge ablaufen. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Anordnung die Meßgenauigkeit um etwa eine Größenordnung gegenüber herkömmlichen Meßanordnungen gesteigert werden konnte.

Weitere Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Untcransprüchen. Im nachstehend erläuterten Vusführungsbeispicl werden ein Sender und zwei Empfänger vorgesehen, es versteht sich aber, daß man auch — wie an sieh bekannt — mit nur einem Sender um! einem Empfänger oder aber mit einer Vielzahl von Sendern und Empfängern arbeiten kann.

Schließlich sei darauf hingew -en, daß in An-

lehnung an den englisch-französischen Sprachebrauch die akustische Laufzeitmessung in den folgenden Abschnitten gelegentlich kurz als »Diaeraphie« bezeichnet wird.

Fig-1 ^zeiS^{l eme akustiscne} Diagraphiesonde, in einem Bohrloch abgelassen;

Fig. 2 zeigt die elektronischen Schaltkreise an der Erdoberfläche;

F j g. 3 zeigt die elektronischen Schaltkreise innerhalb der im Bohrloch befindlichen Sonde;

F i g. 4 zeigt :-n Diagrammform die von der Programmiereinrichtung nach Fig.2 gelieferten Signale

^UDpig. 5 zeigt die verschiedenen Signale während eines Meßzyklus.

Eine akustische Sonde 10 wird in ein Bohrloch 12 mittels eines Kabels herabgelassen, das über ein Meßrad 16 läuft und mit einer Oberflächenanordnung 18 verbunden ist, welche einerseits der Sonde 10 die für ihre Funktion erforderliche elektrische Energie liefert und andererseits die Signale verarbeitet, die in entgegengesetzter Richtung übertragen werden. Eine mechanische Verbindung 20 zwischen der Achse des Meßrades 16 und der Oberflächenanordnung 18 besteht derart, daß die Aufzeichnung in Abhängigkeit von der Tiefe P, in der sich die Sonde befindet, erfolgen kann. Die Sonde 10 umfaßt einen akustischen Sender T und zwei in größerem bzw. geringerem Abstand befindliche Empfänger R₁ bzw. R₂. Ein Schaltkreisgehäuse 28 enthält die funktionsnotwendigen Schaltungen für die Sonde 10.

Gemäß F i g. 2 umfaßt die elektronische Oberflächenanordnung eine Programmiereinrichtung bzw. einen Sequenzgeberschaltkreis 30, welcher fünf Synchronisationssignale A, B, Έ, C und D erzeugt, welche in F i g. 4 dargestellt sind. Das Signal A ist das allgemeine Kadenzsignal. Es besteht aus relativ kurzen Impulsen mit einer Frequenz, identisch mit der des jeweils verwendeten Netzes (50 oder 60 Hz). Die Signale B und Έ sind die Empfangssteuersignale. Es handelt sich hier um komplementäre Rechtecksignale mit einer Frequenz gleich der Hälfte derjenigen der Impulse A, wobei jedoch die Anstiegsflanken um eine halbe Periode relativ zu den Impulsen A phasenverschoben sind.

Die Signale C sind die Störungsabhörsteuerimpulse. Ihre Dauer beträgt 5 Millisekunden, und ihre Abfallflanke liegt etwa 1 Millisekunde vor der Anstiegsflanke der Impulse A.

Die Signale D sind Löschimpulse bzw. die NuIlrückstellsteuerimpulsc des gespeicherten Störsignals. Ihre Anstiegsflanke ist synchron mit den Flanken von B und ~B. Ihre Dauer ist 1 bis 2 Millisekunden.

Das zusammengesetzte Signal 5, (Störung, Sendesignal, Empfangssignal), das von dem Gehäuse der Sonde 10 an die Erdoberfläche übertragen wird, gelangt an einen Verstärker 32, dessen Verstärkungsgrad manuell durch die Bedienungsperson einreguliert wird in Abhängigkeit von der Dämpfung des jeweils verwendeten Kabels mittels einer Einrichtung 34. Am Ausgang des Verstärkers 32 wird das verstärkte zusammengesetzte Signal S₂ an ein Gatter 36 angelegt, das einen Steuereingang 37 aufweist. Am Eingang liegt das Störungsabhörstcuersignal C. Dem Gatter folgt ein Spitzenwcrtdetektor 38 für Speicherzwecke mit einem Nullrückstelleingang 39, an den das Signal D angelegt wird. Das zusammengesetzte Signal S_a wird ferner angelegt an ein Gatter 40. das für den Durchlaß eines normalisierten Impulses T₀ in Synchronismus mit der Aussendung ausgebildet ist. Zu diesem Zweck weist das Gatter 40 eine Steuerklemme 42 für das Entsperren auf, an die nach einet Verzögerung T₁ von etwa 10 Mikrosekunden, erzeugt durch einen Schaltkreis 44, d?s allgemeine Kadenzsignal A angelegt wird, das von der Programmiereinrichtung 30 geliefert wird. Der Ausgang des Gatters 40 ist verbunden mit einem Schwellendetektor 46, ίο der dann ein Ausgangsimpuls erzeugt, wenn der ins Negative gehende Wechsel des Normalimpulses T₀ einen festen Schwellenpegel SDF kreuzt. Dieser Ausgangsimpuls wird einmal an den Setzeingang 47 des Kippkreises 48 angelegt, ferner an den Rücksetzeingang SO des Gatters 40 und über einen Verzögerungskreis 52 für die Einführung einer Verzögerung τ,, deren Größe etwa 10 Mikrosekunden beträgt (Fig. 5), an die Entsperrsteuerklemme 53 eines Empfangsgatters 54. Sobald es ein solches Steuersignal erhält, bleibt das Empfangsgatter 54 entsperrt während einer Dauer von etwa 1 Millisekunde. Das von dem Empfangsgatter 54 gelieferte Ausgangssignal wird angelegt an einen Empfangsdetektor 56. Dieser Empfangsdetektor 56 umfaßt eine Pegeleinstellklemme as 58, an die ein Störsignal angelegt wird, gemessen durch den speichernden Spitzendetektor 38. Das Ausgangssignal des Empfangsdetektors 56 gelangt an eine Klemme 49 für das Rücksetzen der Kippschaltung 48. Das Ausgangssignal der Kippschaltung 48 wird angelegt an ein Gatter 60, das zwischen einem Taktgeber 62 und einem Impulszähler 64 liegt; der letztere weist eine Vorwärtszählsteuerklemrne 66 und eine Rückwärtszählsteuerklemme 68 auf. An die Vorwärtszählsteuerklemme 66 wird das Signal B angelegt, geliefert von der Programmiereinrichtung 30, und an die Klemme 68 das Signal Ή. Darüber hinaus wird das letztgenannte Signal Ή an einen monostabilen Schaltkreis 70 angelegt, der auslösbar ist durch eine Abfallflanke. Der Ausgangsimpuls des monostabilen Schaltkreises 70 wird angelegt an einen Transferschaltkreis 72, welcher zwischen dem Zahler 64 und ein Meßregister 73 geschaltet ist. Die im Register 73 enthaltene Information wird einem numerischen Aufzeichnungsgerät 74 zugeführt, das außerdem bei 76 ein Steuersignal bezüglich der Tiere t· erhält, geliefert vom Meßrad 16. Zusätzlich wird die im Meßregister 73 enthaltene Information an einen numerisch-analogen Wandler 78 gelegt, dem ein galvanometrisches Aufzeichnungsgerät 80 folgt mit so einem mechanischen Eingang 82, an den die Tiefenaufzeichnung P anzulegen ist. .

Das Ausgangssignal des Empfangsdetektors 56 wird ferner angelegt an einen monostabilen Schaltkreis 84 dessen Ausgangssignal L (siehe F i g. 5, letzte Linie) angelegt wird an die Steuerklemmen der beiden Lesegatter 86 und 87, denen das von dem Empfangsgatter 54 gelieferte Signal bzw. eine Bezugsgröße V_R zugeführt wird. Das Lesegatter 86, gesteuert vom monostabilen Schaltkreis 84 läßt den zweiten Wechsel h„ des verwendeten Empfangssignals (Signal S, in Fig. 5) durch. Die an den Gattern 86 und 87 am Ausgang auftretenden Signale werden einem Vergleichsschaltkreis in Form eines Differentialverstarkers88 zugeführt, dem ein Kondensator 89 a zu-65 geschaltet ist; an die Klemmen des Kondensators 89« ist ein Entladungsschalter 89 b angelegt, welcher einen kurzen Augenblick unter Wirkung des Löschimpulses D (F i g. 4) in Tätigkeit tritt. Die Signale an den

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Klemmen des Kondensators 89 α werden abgetastet dem dieses Signal hier dargestellt ist, weist eine Unter

durch zwei Gatter 90 und 92, jeweils gesteuert durch brechung auf). Wie man erkennt, endet der Impuls (

die Empfangssteuersignale B bzw. B, und übertragen für die Steuerung des Störungsgatters 36 etwa 1 Milli

auf zwei Speicherkreise 91 bzw. 93. Zwei weitere Sekunde vor Auftreten des Impulses A. In der fünftel

Gatter 94 und 95, jeweils gesteuert durch B bzw. Έ, 5 Linie der F i g. 5 ist das Steuersignal R für das Emp

legen alternativ die Signale für die Steuerung der Ver- fangsgatter 54 dargestellt. Die Dauer dieses Signals /

Stärkung entsprechend dem einen oder anderen Emp- beträgt etwa 1 Millisekunde. In der letzten Linie de

fänger an eine Ausgangsklemme 96. F i g. 5 erscheint das Steuersignal L für die Lesegat

Gemäß F i g. 3 unterliegen die allgemeinen Ka- ter 86 und 87, geliefert von dem monostabilen Schalt

denzimpulse A, geliefert von der Programmierein- io kreis 84; die Dauer dieses Steuersignals beträgt etw;

richtung 30 und zugeführt dem Schaltkreisgehäuse 28 20 Mikrosekunden.

über das Kabel 14, zunächst einer Sicherheitsverzöge- Nachstehend soll die Arbeitsweise der gesamter

rung in einem Schaltkreis 97, bevor sie einem elek- Anordnung beschrieben werden. Sobald der Sequenz

irischen Speiseimpulsgenerator 98 zugeführt werden, geberschaltkreis 30 einen allgemeinen Kadenzim

dessen Ausgang verbunden ist mit dem Sender T für 15 P^u's A liefert, gelangt dieser durch das Kabel 14

akustische Impulse. Das Synchronisationssignal B, und nach einer ersten durch das Kabel selbst hervor

geliefert von der Programmiereinrichtung bzw. dem gerufenen Verzögerung sowie einer zweiten Sicher

Sequenzgeberschaltkreis 30, wird zunächst invertiert heitsverzögerung, eingeführt durch den Schaltkrei;

in einem Inverterschaltkeis 99, und die beiden Si- 97, wird ein Impuls durch den Impulsgenerator 9i

gnale B und Έ, welche auf diese Weise gewonnen 20 erzeugt und an den Sendewandler T gelegt. Derselbe

worden sind, werden jeweils angelegt an zwei Verbin- Impuls, geliefert vom Impulsgenerator 98, wird übei

dungsgatter 104 bzw. 105. Die beiden Gatter folgen die Impulsformerstufe 112 geleitet und geformt, unc

jeweils auf zwei Verstärker 102 bzw. 103, angeschlos- nach Anlegen an das Kabel 14 durch den Leistungs-

sen an die Ausgänge der Empfänger R₁ und R₂. Die verstärker 108 erscheint er an der Erdoberfläche ir

Ausgänge der Gatter 104 und 105 sind verbunden 25 Form eines Impulses T₀, bestehend aus zwei Wech-

mit dem Eingang desselben Bohrlochverstärkers 106 sein mit einer normalisierten Amplitude (zweite Linie

mit variablem Verstärkungsgrad, der eine Klemme 107 der F i g. 5). Eine Meßsequenz umfaßt zwei Zyklen

für die Steuerung der Verstärkung aufweist, an die und demgemäß zwei Impulse T₀.

das Signal für die Regelung des Verstärkungsgrades Die Synchronisationssignale B und Έ, nachein-

mit zwei alternierenden Pegeln angelegt wird, wel- 30 ander erzeugt durch die Programmiereinrichtung 30

ches Signal an der Klemme 96 der F i g. 2 erscheint. während der beiden Zyklen einer Sequenz, werden

Das Ausgangssignal des Verstärkers 106 wird ange- angelegt an die Verbindungsgatter 104 bzw. 105

legt an einen Leistungsverstärker 108, der seinerseits (F i g. 3) und erlauben demgemäß den von den Emp-

über einen Kondensator 110 mit einem passenden fängern R₁ bzw. R₂ erzeugten und bei 102 bzw. 103

Strang des Verbindungskabels 14 verbunden ist. Der 35 verstärkten Signalen, an den Verstärker 106 mit varia-

Speiseimpulsgenerator 92 ist ferner verbunden mit bier Verstärkung angelegt zu werden. Während der

einem Impulsformerschaltkreis 112, dessen Ausgang Selektion der Empfänger R₁ und R_n wird der Zähler

verbunden ist mit dem Eingang des Verstärkers 108, 64 über die Synchronisationssignale' B und Ή in den

der unter diesen Bedingungen an seinem Ausgang das Zustand des Vorwärtszählens oder Rückwärtszählens

zusammengesetzte Signal S₁ liefert. 4° versetzt, je nachdem, ob der entfernte Empfänger R₁

In Fi g. 5 (in der die Zeitmaßstäbe nur näherungs- oder der nähere Empfänger R₂ angeschlossen ist. Die weise wirklichkeitsgetreu sind) erkennt man in der Differenzmessung der Übertragungszeit zwischen R₁ ersten Linie einen Kadenzimpuls A₁ während eines und R₂ wird übertragen in das Meßregister 73 am Meßzyklus erzeugt, und in der zweiten Linie das Ende jeder Meßsequenz. Sie wird registriert in Funkzusammengesetzte verstärkte Signal S₂ an dem Aus- 45 tion von der Tiefe P in numerischer Form bei 74 gang des Verstärkers 32, ausgehend von dem und/oder in analoger Form bei 80. zusammengesetzten Signal S₁, welches vom Verstär- Wie man F i g. 3 und 4 entnimmt, sind die Empker 108 zur Erdoberfläche übertragen worden ist. fänger R₁ bzw. R₂ bereits an Verbindungskabel 14 Von links nach rechts umfaßt das zusammengesetzte angeschlossen, bevor der periodische allgemeine Ka-Signal S₂ (dessen Zeitmaßstab in dem linken Ab- 50 denzimpuls erscheint. Daraus folgt, daß, während schnitt eine Unterbrechung aufweist) zunächst ein einer der Empfänger an den Verstärker 106 über das Störsignal S_B und danach einen normalisierten Im- eine oder andere Gatter 104 bzw. 105 angeschlossen puls T₀ (mit zwei symmetrischen Wechseln), synchron ist, das dauernd von den Empfängern erzeugte Störmit der Aussendung, die ausgelöst wird in dem Elek- signal S_B zur Erdoberfläche übertragen wird. Wie tronikgehäuse 28 durch den Impulsformerschaltkreis 55 man auch F i g. 5 entnimmt, hat das Störsignal S_B 112 (man beachte die Verzögerung, die zwischen eine Periodendauer, die erheblich höher ist als die A und T₀ infolge des Kabels — Herunterführen des Meßsignalperiode S^, erzeugt von den Empfängern, Impulses A und Heraufführen des Impulses T₀ — und wenn sie die akustische Meßwelle, ausgesandt vom des Schaltkreises 97 besteht). Zwischen dem Sende- Sender, empfangen. Bei öffnen des Störungsgatters impuls T₀ und eigentlichen Meßsignal S_M erscheint 60 36 durch ein Steuersignal C, dessen Dauer vergleichwiederum ein Störsignal S'_B. In der dritten Linie ist bar ist — und erheblich höher — als die mittlere der verzögerte Steuerimpuls Λ _s des Lesegatters 40 für Periodendauer des Störsignals, ergibt sich, daß der den Sendeimpuls T₀ erkennbar. Dieser Impuls A_R er- Spitzendetektor und Speicherschaltkreis 36 die Mögzeugt durch den Impuls A nach einer Verzögerung T₁ lichkeit hat, während des Vorhandenseins des Steuergleich etwa 100 Mikrosekunden (Schaltkreis 44). In 65 impulses C für das Abhören der Störung den Spitzender vierten Linie der Fig. 5 erscheint das Signal C wert zu erfassen, den diese in diesem Augenblick hat, für die Steuerung des Störungabhörcns, dessen Dauer d. h. gerade vor der Aussendung des akustischen etwa 5 Millisekunden beträgt (der Zeitmaßstab, mit Meßimpulses. Unter diesen Umständen emDfänet der

Empfangsdetektorschaltkreis 56 an seinem Schwelleneinstelleingang 58 ein Signal SDV, dessen Amplitude dauernd bestimmt wird durch die Maximalamplitude der Störung, die kurz vor der Aussendung des akustischen Impulses durch den Sender T vorliegt. Der Detektorschaltkreis 46, welcher einen normalisierten und mit der Aussendung synchronen Impuls T₀ empfängt, besitzt eine Detektorschwelle SDF festen Pegels. In dem Augenblick, wo das Signal T₀ diese Schwelle durchläuft (negativ im vorliegenden Fall), wird ein Impuls durch den Schaltkreis 46 erzeugt, der angelegt wird an den Steuereingang für das Setzen 47 des bistabilen Kippkreises 48, und der gleiche Impuls wird angelegt an die Rücksetzklemme 50 des Lesegatters 40 für den Impuls J₀.

Ferner wird der erzeugte Detektorimpuls von dem Detektor 46 über einen Verzögerungskreis 52 an das Empfangslesegatter 54 gelegt. Wie man F i g. 5 entnimmt (vorletzte Linie), ist die Verzögerung T₂, eingeführt durch den Schaltkreis 52, ungefähr 120 Mikrosekunden lang, und infolge dieser Tatsache wird das Lesegatter 54 gerade bis zu dem wahrscheinlichen Augenblick blockiert, in dem das Meßsignal S_M auftritt. Solange das Empfangslesegatter 54 offen ist, legt es das Meßsignal S_M an den Empfangsdetektor 56 an. Die an die Klemme 58 angelegte Detektorschwelle 5DF ist etwas höher (einige 10 Millivolt, wenn E₂ einige Volt beträgt) als das Störsignal S_Bi vor der betreffenden Aussendung gemessen. Unter diesen Bedingungen ist der Augenblick, in dem genau das Meßsignal S_M das erstemal die auf diese Weise festgelegte Schwelle durchläuft, praktisch nicht beeinflußt durch das Vorhandensein der Störung. Man erkennt nämlich, daß infolge der etwa sinusförmigen Ausbildung des zweiten Wechsels E₂ (negativ) des Meßsignals S_M es wichtig ist, eine so niedrig wie möglich liegende Schwelle aufzubauen, derart, daß der Augenblick des Empfangs so nah als möglich dem Augenblick liegt, wo das Meßsignal das erstemal die Nullamplitude durchläuft.

Man erkennt, daß in dem Augenblick der Erfassung des Störsignals durch das Gatter 36 die Verstärkung des im Bohrloch befindlichen Verstärkers 106 bereits durch das Verstärkungssteuersignal bestimmt war (ausgehend von der Anstiegsflanke von B oder 27) in Funktion von der mittleren Amplitude des zweiten Wechsels E₂ vom Meßsignal, angelegt an das Gatter 86 des Differentialverstärkers 88 während der vorausgehenden Sequenz, derart, daß der Wert des Signal/Stör-Verhältnisses S_MIS_B in Höhe des Empfängers der gesamten Dauer des zusammengesetzten Signals bleibt, das angelegt wird an die Verarbeirungsschaltkreise an der Erdoberfläche.

Wie oben bereits angedeutet, weist das Verstärkungssteuersignal an der Klemme 96 zwei Pegel auf, die jeweils beeinflußt werden von dem Meßsignal, erzeugt von den Empfängern R₁ bzw. R₂, die zu verstärken sind. Diese beiden Pegel sind die beiden Fehlersignale, die nacheinander erhalten werden durch die Integration des Ausgangssignals am Differentialverstärker 88 während der Dauer des Wechsels E₂. Sie werden jeweils in Speicher 91 bzw. 93 gespeichert, um während der nachfolgenden Sequenz Verwendung zu finden. Am Ende jedes der beiden Zyklen einer Meßsequenz wird der Kondensator 89 α auf Null entladen durch Schließen des Schalters 89 δ und der Wirkung des Nullstellimpulses D. Infolge der erforderlichen Verzögerungen für die Modifikation der Verstärkung des Bohrlochverstärkers 106 und der Wirkung des Signals zur Verstärkungssteuerung, erzeugt an der Oberfläche, beeinflußt das Rücksetzen der Speicher 140 und 92 während der Existenz des Wechsels S Ej, die in diesem Augenblick auf das Meßsignal S_M ausgeübte Verstärkung nicht, das erzeugt wird durch den jeweils benutzten Empfänger. Unter diesen Bedingungen, da die Meßsonde während der beiden aufeinanderfolgenden Funktionen desselben Empfängers

ίο um eine sehr kleine Strecke versetzt wird, kann man annehmen, daß die Dämpfung, der die akustische Meßwelle zwischen dem Sender und dem jeweiligen Empfänger (A₁ oder R₂) unterliegt, während der beiden aufeinanderfolgenden Meßsequenzen praktisch identisch ist, derart, daß die Verstärkungssteuerung, angelegt an die Verstärkungssteuerklemme 107 des verstärkungssteuerbaren Verstärkers 106, wirklich so eingestellt ist, daß die mittlere Amplitude der zweiten Halbwelle E₂ des Meßsignals S_M einen konstanten,

ao durch V_R bestimmten Wert hat. Man erkennt, daß das Steuersignal für die Verstärkung, das geliefert wird, analog oder numerisch sein kann. Im ersten Falle kann es sich kontinuierlich oder stufenweise ändern. Im zweiten Falle muß ein analog-numerischer Wandler

as hinter dem Integrierkondensator 97 a vorgesehen sein.

Infolge dieser Anordnungen wird die Zeitmessung

für die Ausbreitung der akustischen Welle zwischen dem Sender und den Empfängern immer unter den günstigsten Bedingungen erfolgen. Man erkennt, daß die Schwellenregelung für die Empfangsimpulserfassung nun ohne Eingriff der Bedienungsperson erfolgt, derart, daß deren Arbeit erleichtert wird und die Funktion der Anordnung nicht mehr von der Ermüdung oder Aufmerksamkeit der Bedienungsperson abhängt.

Dank der automatischen Steuerung der Verstärkung wird die Amplitude des verwendeten Wechsels des Meßsignals dauernd normalisiert, während die Störungen in Höhe des Empfängers, die vor der nachfolgenden Sendung gemessen werden, selbst beeinflußt sind durch die Verstärkung durch den Verstärker 106 während der gesamten Dauer des Meßzyklus einschließlich der Aussendung. Daraus folgt, daß die Schwelle SDV, festgelegt für die Erfassung des Empfangssignals, dauernd bestimmt wird durch das Signal/Stör-Verhältnis S_M/S_B in Höhe des jeweils verwendeten Empfängers. Man erkennt nämlich, daß die aufgefangenen Störsignale vom Kabel 14 wesentlich weniger verstärkt werden als das eigentliche Meßsignal. Daraus ergibt sich, daß bei der Messung des Störsignals S_B an der Erdoberfläche durch das Gatter 36 und den Detektor 38 die vom Kabel aufgefangenen Störsignale wesentlich verringert werden relativ zu denen, die von den Empfängern A₁ oder R₂

aufgenommen werden.

In dem Augenblick, da eines der Signale B oder Ή kippt, wird ein Impuls D vom Sequenzgeberschaltkreis 30 erzeugt mit dem Effekt, daß der Speicher des Detektorkreises 38 auf Null gestellt wird. Dann befindet sich der Detektor 38 für Erfassung und Speicherung des Störsignals bei Null in dem Augenblick, in dem ein neuer Zyklus beginnt. Daraus folgt, daß die Schwelle des Empfangsdetektors 56 dauernd in in Funktion von den augenblicklichen Störungsbedin-

gungen in Höhe des angeschlossenen Empfängers eingestellt wird.

Eine solche Anordnung arbeitet zuverlässig, wenn das Signal/Stör-Verhältnis 5_A1/S_B in Höhe des ange-

schlossenen Empfängers über etwa 1,3 liegt. In dem entgegengesetzten Falle, wenn jedoch das Signal/ Stör-Verhältnis noch über 1 liegt, wirkt sich jede Veränderung der Maximalamplitude der Störung in einer geringfügigen Veränderung der gemessenen Laufzeit aus. In diesem Falle durchläuft nämlich das Meßsignal S_M die feste Schwelle an einem Punkt des Wechsels E.„ wo die Steigung des Signals relativ gering ist. Daraus folgt, daß im Falle 1 <.S_M/S_t)<. 1,3 eine geringe Veränderung der Schwellenamplitude SDV begleitet wird von einer erheblichen Vergrößerung der gemessenen Laufzeit.

Wenn das Signal/Stör-Verhältnis unter 1 liegt kann die Anordnung offenbar nicht arbeiten. Statistisch gesehen ist eine solche Situation jedoch selten da hinreichend Vorsorge getroffen werden wird betreffend die Bedingungen für die Erzeugung, Ausbreitung und Filterung der Störungen in der Sonde. Die Erfindung erlaubt demgemäß eine erhebliche Verringerung der Anzahl der Laufzeitmeßfehler infolge eines Wechselsprunges (Erfassung auf £₄ anstatt E.,.

ίο siehe Fig. 5), die sich sonst ergeben könnte, wenn die Aufgabe der Empfangssignal-Detektorschwellenregelung einer Bedienungsperson übertragen ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung für die akustische Laufzeitmessung in bohrlochdurchteuften Erdfonnationen mit mindestens einem sequentiell arbeitenden akustisehen Sender, mindestens einem Empfänger für akustische Wellen, einer an der Erdoberfläche angeordneten Laufzeitmeßeinrichtung zum Messen des Zeitintervalls zwischen der Aussendung und dem Empfang der akustischen Meßwellen und einer Meß- und Speichereinrichtung für Störsignalamplituden, die von dem mindestens einen Empfänger an die Oberfläche übertragen werden, und die aus einem zeitgesteuerten Gatter und einem diesem nachgeschalteten Speicher besteht, für die Modifikation der relativen Amplituden der Empfangssignale einerseits und eines Bezugssignals andererseits, das als Empfangsschwelle für die Empfangssignale während der Zeitmessung angelegt ist, dadurch gekennzeich- ao net, daß ein vor Auslösung des mindestens einen Senders (T) ein Entsperrungssignal (C), dessen Dauer gleich einem Mehrfachen der minimalen Laufzeit der akustischen Wellen und in der Größenordnung der Periodendauer der von dem mindestens einen Empfänger (R) noch erfaßbaren niederfrequenten Störsignale ist, für das Gatter (36) erzeugender Sequenzgeberschaltkreis (30) vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Speichereinrichtung einen Spitzenwertdetektor (38) umfaßt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem, jedem Entsperrungssignal (C) vorausgehenden Augenblick der Sequenzgeberschaltkreis (30) einen Löschimpuls (D) erzeugt, der an den Spitzenwertdetektor (38) angelegt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Amplitudenregeleinrichtung für die Empfangssignale aufweist mit einem Vergleichsschaltkreis (88) zum Ermitteln der Differenz zwischen einer von der Amplitude einer bestimmten Periode des Empfangssignals abgeleiteten Größe und einer vorgegebenen Bezugsgröße (V_H) sowie einen Speicherschaltkreis (91, 93), der während einer gegebenen Meßperiode ein diese Differenz repräsentierendes Signal speichert, während der nächstfolgenden Periode ein Verstärkungssteuersignal erzeugt und dieses zu einem verstärkungssteuerbaren Bohrlochverstärker (106) für die Empfangssignale vor deren Übertragung zur Erdoberfläche überträgt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der eine Mehrzahl von Sendern und/oder Empfängern vorgesehen ist, die sequentiell auslösbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenregeleinrichtung eine entsprechende Anzahl von Speicherschaltkreisen (91, 93) umfaßt und daß diese im Zeitmultiplex von zugeordneten Signalen (B, Ή) des Sequenzgeberschaltkreises (30) anwählbar sind.