DE2305917A1

DE2305917A1 - Verfahren zum korrigieren zufaelliger laufzeitmessfehler einer akustischen welle in bohrlochdurchteuften erdformationen und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2305917A1
Application number: DE2305917A
Authority: DE
Inventors: Guy Lafont; Jean-Claude Trouiller
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1972-02-17
Filing date: 1973-02-07
Publication date: 1973-09-06
Also published as: NL165556B; NL165556C; JPS531721B2; NL7301681A; GB1420124A; DE2305917C3; DE2305917B2; FR2171957A1; CA968055A; US3900824A; FR2171957B1; JPS4991901A

Description

zum Patentgesuch

der Firma Societe de Prospection Electrique Schlumberger, 42, rue Saint-Dominique, Paris/Frankreich

betreffend:

"Verfahren zum Korrigieren zufälliger Laufzeitmeßfehler einer akustischen Welle, in bohrlochdurchteuften Erdformationen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung für die Verarbeitung von akustischen Diagraphiesignalen in Bohrlöchern und insbesondere auf ein Verfahren und eine Anordnung, mittels denen automatisch eine Korrektur zufälliger Fehler in der Laufzeitmessung der für die Messung verwendeten akustischen Wellen bewirkt werden kann.

Bekanntlich haben Verfahren und Anordnungen für die akustische Diagraphie von Bohrlöchern üblicherweise die Aufgabe, die Laufzeit einer akustischen Welle zwischen einem ersten und einem zweiten Punkt zu messen.

In der französischen Patentschrift 1 349 989 ist eine. Ausführungsform eines solchen Verfahrens beschrieben, bei dem

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zwei Empfänger in einem bestimmten Abstand voneinander zwischen zwei Sendern angeordnet sind. Mit einer solchen Anordnung mißt man die Laufzeitdifferenz zwischen den beiden Empfängern über Wellen, die jeweils vom ersten bzw. zweiten Sender ausgesandt worden sind. Indem man die halbe Summe der Laufzeitdifferenzen, welche so erhalten worden sind, bestimmt, erhält man eine genaue Messung,, die insbesondere unabhängig ist von Fehlern infolge Schrägstellung der Sonde im Bohrloch.

Verschiedene Verfahren sind bekannt für die Laufzeitmessung einer akustischen Welle zwischen einem Sender und einem Empfänger. Das in der genannten französischen Patentschrift verwendete Verfahren besteht darin> einen Eiähler für chronometrische Impulse in dem Augenblick auszulösen, in dem eine gegebene Halbwelle eines mit der Sendeauslösung synchronen Impulses an den Öffnungssteuerschaltkreis dieses. Zählers angelegt wird, und der Zähler gestoppt wird, sobald eine zugeordnete Halbwelle in dem von dem Empfänger erzeugten Signal im Augenblick des Empfangs der akustischen Welle, welche von dem Sender ausgesandt worden ist, an den Stillsetssteuereingang des Zählers angelegt wird. Die Impulsformung der synchronen Sendeimpulse ist verhältnismäßig einfach, und dank dieser Tatsache ist das Auslösen des Zählers unter günstigen Betriebsbedingungen möglich. Dies gilt nicht so sehr für das Empfangssignal. Wegen des Vorhandenseins von Rauschen, das den von dem Empfänger erzeugten verwendeten Signalen überlagert ist, wird nämlich eine Empfangssignalschwelle vorgesehen, damit der Zähler nicht zufällig durch Rauschsignale stillgesetzt werden kann. Solche Rauschsignale sind hauptsächlich von zwei Arten, nämlich solchen, die vom Empfänger aufgefangen werden, und solchen, die im Kabel induziert werden (Diaphonie). Die vom Empfänger aufgefangenen Rauschsignale sind intermittierend und können eine sehr hohe Amplitude er·= ,,.

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reichen. Sie rühren her von Stoßen der Sonde an die Bohrlochwandung und in geringerem Maße (mit längerer Dauer und geringerer Amplitude) von der Reibung der Sonde an der Bohrlochwandung, sofern diese körnig ist oder Ausbrüche aufweist. Bezüglich des Diaphonie-Rauschens, das im Kabel einstreut, ist zu bemerken, daß dieses Rauschen dauernd vorhanden ist und eine relativ geringe Amplitude aufweist vesglichen mit den Rauschamplituden infolge Stoß der Sonde an der Bohrlochwandung.

Wenn man eine akustische Dxagraphieanordnung ohne Rauschkorrektureinrichtung vewrwendet, überprüft die Bedienungsperson in der Praxis von Zeit zu Zeit auf einem Oszillographenschirm die Qualität der an der Oberfläche aufgefangenen Signale,und wenn die Bedienungsperson feststellt, daß in dem gerade untersuchten Bereich das mittlere den verwendeten Signalen überlagerte Rauschen merkbar ansteigt oder sich verringert, so modifizieret sie dementsprechend den Schwellenwert, von dem ausgehend die verwendete Halbwelle des Empfangssignals erfaßt wird. Dann wird in dem Augenblick, wo das Empfangssignal den Pegel der so bestimmten Schwelle durchläuft, ein Steuerimpuls ausgelöst, der,an den Zähler angelegt, dessen Zählvorgang beendet. Demgemäß ist offenbar unerläßlich, daß eine Bedienungsperson die Empfangsbedingungen überwacht, unter denen die Messung realisiert wird. Eine solche überwachung ist ermüdend^ und trotz der Bedienungsperson kommt es oft genug vor, daß die für die Erfassung der Meßsignale festgelegte Schwelle erst mit einer gewissen Verzögerung auf die augenblicklichen Rauschbedingungen in Höhe der Sonde nachgestellt wird, was zu Meßfehlern führen kann.

Eine andere Möglichkeit des Vergehens besteht darin, automatisch die Schwellenamplitude des Empfangssignals in Abhängigkeit von der augenblicklichen Rauschamplitude unmittelbar vor Aussendung des akustischen Impulses zu modifizieren, dessen Laufzeit gemessen werden soll. Ein solches

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Verfahren ist in der französischen Patentanmeldung 72.Ol736 beschrieben. Welche Mittel man auch immer einsetzt, um die Empfangsdetektorschwelle an die im gleichen Augenblick vorherrschende Rauschamplitude anzupassen, ist doch festzustellen, daß diese Mittel von Zeit zu Zeit versagen. Dies rührt daher, daß eine zu niedrige Schwelle zum Anhalten des Zählers für die Laufzeit durch ein Rausehsignal führt, das während des Intervalls Aussendung-Empfang auftritt. Dies geschieht beispielsweise, wenn bei sehr niedrig eingestellter Schwelle die Sonde an die BohrlOchwandungen gerade zwischen dem Augenblick der Aussendung und dem Empfang der akustischen Welle anstößt. Statistisch gesehen ist ein solcher Fall relativ selten. Ein häufiger Fall dagegen ist ,der,.daß das Signal/Rausch—Verhältnis in Höhe des Empfängers unter eins absinkt. Dies kann z.B. daherarühren, daß die durch teuf teji Formation^ eine hohe Dämpfung für die akustischen Wollen aufweist, und andererseits die Bohrlochwandung rauh ist oder mehr oder weniger große Ausbrüche aufweist. In diesem Fall erzeugt die direkte oder indirekte (über die Abstützarme) Reibung der Sonde an der Bohrlochwandung während mehrerer aufeinander folgender Meßsequenzen Rauschen, dessen Amplitude erheblich höher ist als die Amplitude der bestimmten Halbwelle des JEmpfangssignals, die für die Lauf zeitmessung verwendet wird. Da die Empfangssehwelle festgesetzt wird in Abhängigkeit von dem Rauschen, das in dem jweiligen Augenblick existiert, erkennt man sofort, daß die Erfassung des Empfangssignals dann bewirkt werden wird durch die Halbwelle gleicher Polarität, die nachfolgt und eine-zwei- bis dreimal höhere Amplitude aufweist,, derart, daß die gemessene Laufzeit sieh um die durchschnittliche Periode der akustischen Wellen erhöht* Dies ist das wohlbekannte Phänomen des HaIbwellensprunges (im englischen Sprachgebrauch "cycle skipping" ) das von Zeit zu Zeit in Erscheinung tritt_;, unabhängig von der Geschwindigkeit und Genauigkeit der Empfangsschwellenregelung in Abhängigkeit vom Rauschen. Dieser Halbwellensprungfehler

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hat die Folge _e die Qualität der so realisierten ijiagraphie zu verändern. Es ist natürlich für einen erfahreren Auswerter möglich, einen solchen Fehler zu berücksichtigen, wenn er die Aufzeichnung analysiert, weil er sich in plötzlichen und kurzdauernden LaufZeitvariationen manifestiert. Im Fall einer Laufzeitdifferenzmessung erkennt man, daß ein Halbwellensprung sowohl zu einer Erhöhung wie auch zu einer Verringerung der gemessenen Laufzeit führen kann, je nachdem, ob der Fehler den entfernteren oder den dem Sender näheren Empfänger beeinflußt.

Dieses Phänomen des Halbwellensprunges kann in dem Fall, wo eine automatische Regelung der mittleren verwendeten Halbwelle vorgesehen ist über einen verstärkungssteuerbaren Verstärker im Bohrloch (wie auch in der oben erwähnten französischen Patentanmeldung) zu einer Verriegelung der Gesamtheit des Meßsystems auf eine falsche Halbwelle des Empfangssignals führen. In diesem Fall wird die Verstärkung des Sondenverstärkers in Abhängigkeit vom Verhältnis der Amplitude der zweiten zu der der ersten Halbwelle der jeweils ausgewählten Polarität verringert (im allgemeinen verwendet man die negativen Halbwellen des Empfangssignals). Daraus folgt also eine Serie von Fehlmessungen, die praktisch nicht zu erfassen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine zu seiner Durchführung geeignete und bestimmte Anordnung zu schaffen, mit denen eine automatische Korrektur zufälliger Laufzeitmeßfehler akustischer Wellen in Formationen, die von einem Bohrloch durchteuft sind, vorgenommen werden kann, welche Fehler herrühren von intermittierendem Rauschen, das dem Empfangssignal überlagert ist.

Ein solches Verfahren zum Korrigieren zufälliger Laufzeitmeßfehler einer akusijtschen Welle in bohrlochdurchteuften

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Erdformationen, bei dem mittels einer akustischen Diagraphiesonde und einer zugehörigen Oberflächenanordnung für die Laufzeit der akustischen Welle-zwischen einem ersten und einem zweiten Punkt über einen Ausschnitt der Formationen repräsentative Signale in aufeinander folgenden Meßsequenzen gewonnen werden entsprechend Aussendung und Empfang an Punkten, die bei aufeinander folgenden Meßsequenzen nur wenig voneinander entfernt sind, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß bei einer (N-l)sten Meßsequenz ein (N-I)-Meßsignal gewonnen und in einem Hilfsspeicher gespeichert wird, daß bei einer (N)ten Meßsequenz ein (N)-Meßsignal gewonnen wird, daß die beiden Meßsignale hinsichtlich der Differenz ihres Absolutwertes verglichen werden und festgestellt wird, ob die Differenz unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegt oder nicht, daß - falls diese Differenz unterhalb des Schwellenwertes liegt - das (N)-Meßsignal in einen Meßspeicher überführt wird und in Abhängigkeit von der Tiefe des Formations^uschnittes aufgezeichnet wird, daß - falls diese Differenz nicht unterhalb des Schwellenwertes liegt - der Meßspeicher in seinem vorigen Zustand belassen wird und die in ihm entahaltene Information in Abhängigkeit von der Tiefe aufgezeichnet wird, und daß im Hilfsspeicher das (U-I)-Meßsignal durch das (N)-Meßsignal substituiert wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren führt jede Veränderung der gemessenen Laufzeit von einer Meßsequenz zur nächsten, die größer ist als ein erheblicher vorgegebener Bruchteil (2/3 oder beispielsweise 3/4) der durchschnittlichen Periode der akustischen Meßwellen zu einer Eliminierung der Messung einer solchen Laufzeit und zur Aufzeichnung nur der letzten guten vorangegangenen Messung. Eine solche vorangegangene Messung wird dann als gut oder brauchbar angesehen, wenn sie bezüglich der ihr unmittelbar vorangehenden

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Messung eine Änderung der gemessenen Laufzeit aufweist, die kleiner ist als ein gegebener Bruchteil der durchschnittlichen Periode der zur Messung verwendeten akustischen Wellen und die infolgedessen als gut angesehen wurde. Darüber hinaus führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einer unmittelbaren Aufzeichnung der gesamten Laufzeitmessung, die bezüglich der vorangegangenen Messung eine Änderung aufweist, die kleiner ist als ein gegebener Bruchteil der durchschnittlichen Periode der ausgesandten Wellen. Ein solches Vorgehen ist gerechtfertigt, solange zwei aufeinander folgende Meßsequenzen in Eormationsabschnitten erfolgen, die auf mindestens 9o% ihrer Länge gemeinsame Teile haben. Dies ist in den allermeisten Fällen zutreffend, da die Geschwindigkeit der Sondenbewegung und die Frequenz der Meßsequenzen in Abhängigkeit voneinander gewählt worden sind, damit dieser Wert von mindestens 9o% erhalten wird. Unter diesen Betriebsbedingungen kann die Laufzeitänderung in den übrigen Abschnitten der betreffenden untersuchten Formation in keinem Falle, und welche Formationen auch immer angetroffen werden, größer sein als die Dauer einer durchschnittlichen Periode der ausgesandten Wellen.

Gemäß einem weiteren Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung ist der Verstärkungsfaktor, dem das Empfangssignal unterworfen wird, variabel, um eine mindestens näherungsweise Regelung des durchschnittlichen Wertes der Amplitude der ausgewählten Halbwelle des Empfangssignals zu bewirken, und der Verstärkungsfaktor wird auf seinem bisherigen Wert solange gehalten.wie die Laufzeitänderung,gemessen von einer Meßsequenz zur nächsten, oberhalb des Wertes der Schwelle ist, die einemal vorgesehen wurde.

Auf diese Weise wird die Verriegelung des Meßsystems auf eine unrichtige Halbwelle des Empfangssignals vermieden,

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während die Bedingungen für die Rückkehr zu normalen Meßbedingungen sichergestellt sind, die eine Anpassung der Meßschaltkreise an die gewählte Halbwelle und eine automatische Regelung deren durchschnittlicher Höhe gestattet.

Bevorzugte weitere Merkmale des Gegenstandes: der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen.

Die Erfindung soll nachstehend Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, welche sich auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der' Erfindung beziehen.

Fig. 1 zeigt eine in ein Bohrloch abge'lässene

Sonde;

Fig. 2 zeigt die Oberfläehenschältkreise für

die Signalverarbeitung der von der Sonde übertragenen Signale;

•Fig* 3 zeigt ünterschiedliGhe Signale an

Punkten des Schaltkreises nach Flg. und

Fig.. 4 · zeigt ein zur Oberfläche übertragenes

Meßsigriäl am. Eingang der Schaltkreise nach Fig. 2.

Wie Fig. 1 zeigt, wird eine Sonde Io in ein Bohrloch mittels eines Kabels 14 herabgelassen, daß über ein Meßrad läuft und mit einer OberflaGhenanordnung 18 verbunden ist. Eine mechanische Verbindung 2o zwischen dem Meßrad 16 und der Oberflächeanordnung 18 ermöglicht die Aufzeichnung in Funktion

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von der Tiefe P der durch die Sonde Io bewirkten Messungen. Die Sonde Io umfaßt einen akustischen Sendewandler T und einen akustischen Empfangwandler R. In einem Gehäuse 22 ist
die Gesamtheit der Auslöseschaltkreise für den Sendewandler T untergebracht. Darüber hinaus enthält das Gehäuse 22 einen Verstärker 24 mit variablem Verstärkungsgrad, dem die vom
Empfangswandler R abgegebenen Signale- zugeführt werden. Der Verstärker 24 legt an das Kabel 14 ein zusammengesetztes
Signal SC, das in Fig. 4 dargestellt ist, an, welches einerseits einen normalisierten Impuls T umfaßt, ausgelöst durch einen besonderen Schaltkreis des Gehäuses 22 synchron zur
tatsächlichen Aussendung des Sendewandlers T, und andererseits ein Empfangssignal SR umfaßt, abgegeben vom Empfangswandler R und verstärkt in 24.

Das zusammengesetzte Signal SC wird in der Oberflächenanordnung einem Verstärker 26 zugeführt. Das am Ausgangs 27 des Verstärkers 26 erscheinende Signal gelangt zu einem Detektorschaltkreis 28, dessen Aufgabe darin besteht, an seinem Ausgang 32 einen Ausgangsimpuls zu erzeugen, wenn der Impuls T_Q synchron mit der Aussendung eine gegebene Detektorschwelle SD_o (siehe Fig. 4) durchläuft.

Der Detektor 28 weist eine Steuerklemme 3o auf, an der ein Auslöseimpuls A mit einer Frequenz von etwa 2o Hz angelegt wird, erzeugt durch einen Programmierer 31 für die Auslösung der Funktion des Sendeübertragers T in der Sonde lo. Der Detektor 28 weist ferner eine Sperrsteuerklemme 34 auf, die mit seiner Ausgangsklemme 32 verbunden ist. Die Ausgangsklemme 32 des Detektors 28 ist einerseits verbunden mit dem Setzeingang 36 eines bistabilen Kippkreises 38 und andererseits mit dem Entsperrsteuereingang eines Empfangsdetektors 42. Dieser Detektor ist so ausgebildet, daß er einen Impuls an seiner Ausgangsklemme 44 erzeugt, sobald das zusammengesetzte und verstärkte Signal SO aus 26, das an ihm angelegt

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wird_r eine Detektorschwelie SD durchläuft. Diese Detektorschwelle ist eine Gleichspannung, welche an die Schwellensteüerklemme 46 des Empfangsdetektor 42 mittels einer Schwellenregelsehaltung 48 angelegt wird. Diese Schwellenregelsehaltung kann manuell oder automatisch arbeiten, wie in der oben erwähnten französischen Patentanmeldung erläutert, Die Ausgangsklemme 44 des Empfangsdetektörs 42 ist verbunden mit dem Rücksetzeingang 5ο des bistabilen Kippkreises 38. Die Ausgangsklemme 52 des Kippkreises 38 ist verbunden mit dem Steuereingang eines Gatters 54, das zwischen einen Taktgenerator 56, der chronometrische Impulse erzeugt, und einen Impulszähler 58 geschaltet ist.

Die Ausgangsklemme 44 des Empfangsdetektors 42 ist ferner verbunden mit der Auslösesteuerklemme eines Amplitttdenregelkreises 62, der an seinem Eingang das zusammengesetzte Signal SC angelegt hat. Der Amplitudenregelschaltkreis 62, der im einzelnen in der oben genannten französischen Patentanmeldung beschrieben ist, ist so ausgebildet, daß er an seinem Ausgang 64 ein Fehlersignal erzeugt, das repräsentativ ist für die Differenz zwischen einer Bezugsspannung und dem Durchschnittswert der Signalwechselspannung des Empfangssignals SR, das durch den Detektor 42 erfaßt worden war. Man wird später noch erkennen, wie dieses Fehlersignal weiterverarbeitet wird.

Durch eine Gruppe von Verbindungen 59 sind die einzelnen Stufen des Zählers 58 ah Tranferschaltkreise 7o angeschlossen. Diese Schaltkreise7o umfassen eine gemeinsame Steuerklemme 72, an der ein Impuls B₂ angelegt ist mit einer Dauer von 1 - 2 ms, erzeugt durch einen Verzögerungsschaltkreis 74 mit einer Verzögerung T ₂ ^{= etw}a Io ms, dem ein Impuls B (siehe Fig. 3) zugeführt wird, erzeugt von dem Programmierer 31. Die Transferschaltkreise 7o übertragen über eine Gruppe von Verbindungen 68 die Schaltzu-

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stände der verschiedenen Stufen des Zählers 58 zu einem Hilfsspeicher 76. Der Impuls B , geliefert vom Programmierer 31, wird ferner angelegt an einen weiteren Verzögerungsschaltkreis 78, der mit einer Verzögerung J"- - etwa 15 ms einen Auslöseimpuls B₃ von einer Dauer von 1 - 2. ms erzeugt, der angelegt wird an die Nullrückstellklemme 80 des Zählers 58.

Der gleiche Impuls B wird ferner angelegt an einen monostabilen Schaltkreis 82, der einen Steuerimpuls C mit einer Dauer von etwa 15 ms erzeugt (siehe Fig. 3), welcher an die Entsperrklemme 84 eines numerischen Komparators 86 angelegt wird. Der Komparator 86 erhält an seiner ersten Serie von Eingängen über eine Gruppe;? von Verbindungen 66 die Schaltzustände der verschiedenen Stufen des Hilfsspeichers 76 eingespeist, während an der anderen Serie von Eingängen über eine Gruppe von Verbindungen 59b die Schaltzustände der verschiedenen Stufen des Zählers 58 anliegen. Bei Nichtvorhandensein;* eines Steuerimpulses C an der Entsperrklemme 84 ist der numerische Komparator 86 in Ruhe,und an seiner Ausgangsklemme Q erscheint ein logisches Signal O. Wenn an seine Entsperrklemme 84 ein Impuls C angelegt wird, kann der Komparator 86 an seinem Ausgang Q ein logisches Signal L erzeugen, sobald die beiden Zählungen, welche über die Verbindungen 66 und 59b angelegt werden, sich voneinander um eine Quantität unterscheiden, die unter einer gegebenen numerischen Schwelle liegt. Umgekehrt erscheint ein logisches Signal O an der Klemme Q, wenn dieser Unterschied der absoluten Werte über dieser Schwelle liegt. Die Ausgangsklemme Q des Komparators 86 ist verbunden mit der Entsperrklemme 88 eines Verbindungsgatters 9o, das über einen Verzögerungsschaltkreis 92 (Verzögerungf. = etwa 5 ms) einen Impuls B₁ mit einer Dauer von 1 - 2 ms erhält, der abgeleitet ist von B_Q (siehe Fig. 3).

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Die Ausgangsklemme des Verbindungsgatters 9o ist angeschlossen an die Steuerklemme 94 eines Transferschaltkreises 96, der zwischen den Zähler 58 und einen Meßspeicher 9 8 geschaltet ist« Der Meßspeicher 98 ist verbunden mit einem numerischen Aufzeichnungsgerät Iod mit einem mechanischen Eingang Io2, an den das Tiefensignal P, erzeugt von dem Meßrad 16 (Fig. 1) , angelegt wird«, Ferner wird der Ausgang des Meßspeichers 98 an einen numerisch analogen Wandler Io4 angeschlossen, dem ein analoges Aufzeichnungsgerät Io6 nachgeschaltet ist, an dessen mechanischen mechanischen Eingang das gleiche Tiefensignal P angelegt wird.

Die Ausgangsklemme des Verbindungsgatters 9o ist außerdem verbunden mit dem Steuereingang Ho eines Transferschaltkreises 112, der zwischen die Ausgangsklemme 64 des Amplitudenreglers 62 und einen Speicher 114 (analog oder numerisch) geschaltet ist. Der Ausgang des Speichers 114 liefert ein Steuersignal für die automatische Verstärkungsgradsteuerung, das über das Kabel 14 der entsprechenden Verstärkungssteuerklemme des Verstärkers 24 zugeführt wird, der sich in dem Elektronikgehäuse 22 der Sonde Io befindet.

Die Kadenzimpulse A,die vom Programmierer 31 abgegeben werden, haben zur Folge, daß akustische Wellen von dem Sendewandler T in der Sonde Io ausgesandt werden. Nachdem sie die Formationen, durch die das Bohrloch 12 abgeteuft ist, durchlaufen haben, erzeugen diese Wellen in dem Empfangswandler ein Empfangssignal SR, das an den Verstärker 24 mit variablem Verstärkungsgrad angelegt wird. Der Impuls T , synchron mit der akustischen Aussendung durch den Sendewandler T, und das Ausgangssignal des Verstärkers 24 werden über das Kabel 14 übertragen und erscheinen an der Erdoberfläche in Form des zusammengesetzten Signals SC in Fig. 4. Der Sendedetektor 28, der durch den Impuls A entsperrt worden ist in dem Augenblick, wo die negative Halbwelle des Impulses T die Detek-

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torschwelle SD durchläuft, erzeugt einen an der Ausgangsklemme 32 erscheinenden Impuls, der den bistabilen Kippkreis 38 setzt. Dieser Ausgangsimpuls wird ferner angelegt an die Sperrklemme 34 des Sendedetektors 2 8. Damit wird er blockiert und unempfindlich für jedes später eintreffende Signal.

Beim Erscheinen des Ausgangsimpulses vom Detektor 28 wird der Detektor 42 entsperrt. Die Detektorschwelle des
Empfangsdetektors 42 ist festgelegt durch die Schwellenspannung an seiner Klemme 46, erzeugt durch die Schwellenregelschal tung 48. Eine solche Schwelle ist beispielsweise SD (siehe Fig. 4). In diesem Falle erscheint, sobald die Halbwelle E₂ des Empfangssignals SR die Schwelle SD₁ durchläuft, ein Ausgangsimpuls an der Klemme 44, der an die Rücksetzklemme 5o des bistabilen Schaltkreises 38 angelegt wird. Unter diesen Bedingungen ist das Gatter 54 zwischen dem Taktgenerator 56 und dem Zähler 58 im Durchlaßzustand, während des Zeitintervalles, das den Augenblick der AMsr»eno r;r der akustischen Meßwellen durch den Sendewandler T vom dem Äugenblick ihres Empfangs durch den Empfangswandler R trennt. Die Anzahl der chronometrischen Impulse, die vom Zähler 58 während dieses Zeitintervalls gezählt werden, ist demgemäß repräsentativ für die Laufzeit des akustischen Wellen in dem Formationsabschnitt zwischen den Wandlern T und R.

Die Arbeitsweise einer solchen akustischen Diagraphiemeßeinrichtung, wie sie soeben beschrieben wurde, ist den Fachleu-.cn auf diesem Sektor bekannt. Nachfolgend soll nun die Funktionsweise der Anordnung gemäß der Erfindung beschreiben werden, welche es gestattet, automatische-Korrektur yeii zufällige?! Meßfehlern der Laufzeitmessung der akustischen Wellen zu beheben. Es sei angenommen, daß während der vorangehenden Meßsequenzen mindestens eine als gut anzusehende

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Messung dem Meßspeicher 98 zugeführt worden ist» Da die Qualität der Messung unberücksichtigt bleibt, die während der Meßsequenz vom Rang N-2 bewirkt wordenist, sei nunmehr derjenige'Vorgang betrachtet, der abläuft vom Äugenblick des Erscheinens des Transferspeicherimpulses B bei der Sequenz des Ranges W-Io Sobald der Impuls T der Meßsequenz vom Rang N-I durch den Programmierer 31 erzeugt wird, ge- ^v langt er an den Verzögerungsschaltkreis 74, der nach einer VerzögerungΎ von etwa Io ms an die Steuerklemme 72 des Tranterschaltkreises 7o einen Impuls B« anlegt,ddssen Dauer 1- 2 ms beträgt. Unter diesen Bedingungen wird die vom Zähler 58 bewirkte Zählung nach der Äussendung vom Rang N-I in denHiifsspeicher 76 übertragen» Danach erzeugt der Verzögerungsschaltkreis 78, der ebenfalls den Impuls B erhält, nach einer Verzögerung'f von etwa 15 ms einen Impuls B₃ mit einer Dauer von 1 - 2 ms, der angelegt wird an die Nullrückstellklemme 8o des Zählers 58„In diesem Augenblick kann die Meßsequenz vom Rang N beginnen, da das Laufzeitmeßsignal aus der Meßsequenz vom Rang N-I im Hilfsspeicher 76 konserviert wird« _

Während der Meßsequenz N erzeugt der monostabile Schaltkreis 82 unter der Wirkung des Impulses B_ einen Impuls C, der angelegt wird an die Entsperrsteuerklemme 84 des !Comparators 86» Dann nimmt der Ausgang Q des !Comparators 86 während der Dauer des Impulses C einen Schaltzustand L oder Null an, je.nachdem, ob die vom Zähler 58 während der Meßsequenz N aufgenommene Zählung von einer vorgegebenen Zahl abweicht oder nicht? die als Zählwert gespeichert wurde im Hilfsspeicher ¥8 während der Meßfolge N-I. Wie man aus Fig_o 4 entnimmt, entspricht die entsprechende Zahl einer Zählung, die etwas niedriger ist als die Zahl, die repräsentativ ist für die durchschnittliche Peiode der ausgesandten akustischen Wellen vom Sendewandler T(beispielsweise für eine durchschnittliche Sendefrequenz von 25 kHz und" eine

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Taktfrequenz von Io M£<jfHz eine Schwellenzahl von 3oo). Man erkennt demgemäß, daß, wenn die Detektorschwelle am Empfangsdetektor 42,durch den Schwellenregelschaltkreis 48 eingestellt, während der aufeinander folgenden beiden Meßsequenzen zunächst einen Wert SD₁ und dann einen Wert SD₂ angenommen hatte,oder wenn aus irgendeinem Grund die Amplitude der Halbwelle E₂ unter den festgesetzten Schwellenwert für die Erfassung abgesunken war, die Halbwelle E. erfaßt worden wäre, derart, daß der Unterscheid zwischen den beiden an dem Komparator 86 anliegenden Zählungen mindestens gleich der Zahl gewesen wäre, die repräsentativ war für die Dauer der erwähnten Periode (im Beispielsfalle also 4oo), was charakteristisch ist für einen Halbwellensprung. Da die betreffende Periode im Empfangssignal SR tatsächlich eine Pseudo-Periode ist, die sich etwas in Abhängigkeit von der akustischen Impedanz der durchteuften Formationen ändert, wählt man die am Komparator 86 festgesetzte Schwelle der Verschiebung etwas unterhalb (etwa 7o%) der durchschnittlichen Sendeperiode, derart, daß alle angetroffenen Typen von Formationen erfaßt werden können.

Es sei nun angenommen, daß während der Meßsequenz N die Differenz zwischen den beiden am Komparator 86 anliegenden Zählungen kleiner ist als die so festgesetzte Schwellenzahl. Dann erhält das Verbindungsgatter 9o an seiner Entsperrklemme 88 ein logisches Signal L, derart, daß der vom Verzögerungsschaltkreis 92 mit einer Verzögerung T* ■■ von etwa 5 ms gegenüber dem Impuls B gelieferte Impuls B über das Gatter 9o an die Steuerklemme 94 des Transferschaltkreises 96 angelegt wird. Unter Bewirkung dieses Steuerimpulses führt der Transferschaltkreis 96 dem Meßspeicher 98 die Schaltzustände der verschiedenen Stufen des Zählers 58 zu. Daraus ergilt sich, daß die Aufzeichnungsgeräte loo und Io6 _f welche an ihren mechanischen jeweiligen Steuerklemmen Io2 bzw. Io8 ein Vorschubsignal bezüglich der Tiefe P erhalten

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haben, den neuen Laufzeitwert registrieren, der während der Sequenz N gemessen worden ist. .

Wenn andererseits die Schwelle SD und die Halbwelle E₂ die Funktion des Empfangsdetektors 42 während der Meßsequenz N-I ausgelöst hatten,und danach die Schwelle SD„ und die Halbwelle E. die Funktion desselben Empfangsdetektors während der Sequenz N ausgelöst hatten, so lieferte der Komparator 86 an seinem Ausgang Q ein logisches Signal O. Dann würde das Verbindungsgatter 9o im Augenblick des Auftretens von Impuls B gesperrt bleiben,und die im Meßspeicher 98 enthaltene Zählung würde nicht verändert werden. In diesem Fall würden die Aufzeichnungsgeräte loo und Io6 mit der Aufzeichnung in Abhängigkeit des neuen Wertes der Tiefe P weiterhin einen Meßwert aufzeichnen identisch zu dem letzten als gut befundenen und dem Meßspeicher 9 8 zugeführten Meßwert. Man stellt fest, daß eine Korrektur eines ähnlichen Fehlers, wie der, der einem Halbwellensprung im Empfangsdetektorschaltkreis 42 folgt, gleichermaßen erhalten würde in dem Fall, wo ein Rauschsignal (Anstoßen der Sonde) oberhalb der Detektorschwelle SD.,für das Empfangssignal SR festgelegt¹, in einem Augenblick erscheinen würde, der einer brauchbaren Halbwelle von SR vorausginge und eine Dauer aufwiese oberhalb der Schwelle, die vom Komparator 86 bestimmt wird. Wenn diese Dauer unterhalb des Schwellenwertes bleibt, ver^ sagt die Korrekturanordnung gemäß der Erfindung, doch ist dies statistisch gesehen ein sehr seLtener Fall.

Kurz nach dem Auftreten des Impulses B. aus der Meßsequenz N erscheint ein Impuls B₂, welcher die überführung der vom Zähler 58 festgehaltenen Zählung aus der Meßsequenz N in den Hilfsspeicher 76 bewirkt. Danach erscheint ein Impuls B_, der den Zähler 58 auf Null zurückstellt. Damit ergibt sich für die MeßsequenzfN ^ l) die gleiche Ausgangssituation wie zu Beginn der Meßsequenz N, d.h. eine Zählung Null im Zähler

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und im HilfsSpeicher 76 eingespeichert, die vom Zähler 58 während der vorangehenden Meßseguenz ermittelte Zählung.

Man hat oben erkennen können, daß im Falle, wo der

die
Komparator 86 feststellt, daß beiden jeweils an seinen beiden Eingängen angelegten Zählungen einen Unterschied oberhalb einer gegebenen Schwellenzahl aufweisen, ein logisches Signal O an seinem Ausgang Q erscheint, das'Verbindungsgatter 9o blockiert ist, und der Tranfersteuerimpuls B , der erscheint, nicht zum Transferees cha ltkreis 76 übertragen wird. Da andererseits die Ausgangsklemme des Verbindungsgatters 9o verbunden ist mit dem Steuereingang des Tranferschaltkreises 112, wird in diesem Falle der neue Wert für die Steuerung der Verstärkung, wie er vom Amplitudenregelschaltkreis 62 abgegeben wird, nicht dem Speicher 114 zugeführt, der dann demgemäß den Wert beibehält, der ihm während der vorangehenden, als gut befundenen Messung zugeführt worden war. Man erkennt insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 4, daß in diesem Fall die Halbwelle E., die irrtümlich von dem Empfangsdetektor 42 erfaßt worden war, nicht verwendet wird für die "Festie- r gung der Verstärkung, die der Verstärker 24 während der nächstfolgenden Meßsequenz haben soll. Da die Amplitude der Halbwelle E. erheblich größer ist als die der Halbwelle E , welche normalerweise vom Empfangsdetektor 42 verarbeitet wird, ergibt sich, daß die Herabsetzung der Verstärkung, welche normalerweise aus der Erfassung von E. hätte resultieren müssen, nicht durchgeführt wird. Während der nächstfolgenden Meßsequenz wird infolgedessen die Halbwelle E_ hinreichend verstärkt, daß brauchbare Bedingungen vorliegen, unter denen sie an der Erdoberfläche durch den Empfangsdetektor 42 verarbeitet werden kann. Mit diesen Betriebsbedingungen kann die Gesamtheit der Meßanordnung sich normalerweise nicht auf die Halbwelle E. verriegeln. Im Gegenteil, sobald eine Fehlmessung vom Komparator 86 festgestellt wird, sorgen die Verstärkungsbedingungen dafür, daß automatisch die korrekten Meßbedingungen wieder hergestellt werden.

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Im oben beschriebenen Beispiel hat man einen einzigen Sendewandler und einen einzigen Empfangswandler vorausgesetzt. Die übertragung der Korrekturanordnung für zufällige Meßfehler gemäß der Erfindung auf eine akustische Diagraphieanordnung mit mehreren Sendewandlern und mehreren Empfangswandlern ergibt sich für den Fachmann ohne weiteres, wobei die Laufzeitdifferenz zwischen zwei während eines gegebenen Zyklus einem Sender zugeordneten Empfängern erfaßt wird« anstelle der Laufzeit zwischen einem Sender und einem einzigen Empfänger.

Man erkennt auch, daß das Verfahren gemäß der Erfindung sehr gut durchführbar ist mittels eines Rechners, der für diesen Zweck programmiert ist, ausgehend von Meßsignalen der Laufzeit einer akustischen Welle, die geliefert werden beim Abtasten eines magnetischen Aufzeichnungsträgers loo, injdem die Meßsignale registriert wurden, die aufgezeichnet wurden durch eine akustische Diagraphieanordnung ohne die Zufallsfehlerkorrekturanordnung gemäß der Erfindung. In diesem Fall ersetzen die Wiedergabeköpfe des betreffenden Aufzeichnungsgerätes die unterschiedlichen Schaltstufen des Zählers 58. Man erkennt, daß in diesem Fälle jedoch nicht die Fehler, welche aas einer Verriegelung der Anordnung auf die Halbwelle E. des Empfangssignals SR herrühren, korrigiert werden können.

Man°wird auch feststellen, daß anstelle der Erzeugung eines numerischen'Meßsignals mittels eines Zählers 58 bekanntlich ein analoges Signal erzeugt werden kann, das repräsentativ ist für die gesuchte Laufzeit. In diesem Falle wären der Hilfsspeicher 76, der Meßspeicher 98, die Transferschaltkreise 7o und 96 und der Komparator 86 , welche die Korrekturanordnung gemäß der Erfindung umfaßt, vom analogen Typ, und das numerische Aufzeichnungsgerät loo und der η urne-

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risch—analoge Wandler Io4 würden weggelassen.

Schließlich stellt man noch fest, daß es möglich wäre, anstelle eines Verstärkers mit variablem Verstärkungsgrad in der Sonde einen Verstärker mit konstantem Verstärkungsgrad in der Sonde und einen Verstärker mit variablem Verstärkungsgrad in der Oberflächenanordnung vorgesehen , wie dies in zahlreichen akustischen Diagraphievorrichtungen tatsächlich der Fall ist, trotz der Nachteile, die diese Lösung mit sich bringt hinsichtlich der Herabsetzung des Effekts der Diaphonie im Kabel. In diesem Falle wäre der Ausgang des Speichers 114 direkt an die Steuerklemme für die Verstärkung eines solchen Verstärkers an der Erdoberfläche anzuschließen.

(Patentansprüche)

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Claims

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P a t e η t an s "ρ r ü c h e

Verfahren zum Korrigieren zufälliger Laufzeitmeßehler einer akustischen Welle in bohrlochdurchteuften Erdformationen, bei dem mittels einer akustischen Diägraphiesonde und einer zugehörigen Oberflächenanordnung für die Laufzeit der akustischen Welle zwischen einem ersten und einem zweiten Punkt über einen Ausschnitt der Formationen repräsentative Signale in aufeinanderfolgenden Meßsequenzen gewonnen werden entsprechend Aussendung und Empfang an Punkten, die bei aufeinanderfolgenden Meßsequenzen nur "wenig voneinander entfernt sind, dadurch gekennzeichnet, daß -

bei einer (N-I)sten Meßsequenz ein (N-I)-Meßsignal gewonnen und in eineit|Hilfsspeicher gespeichert wird, daß bei einer (N) ten Meßsequenz ein (N)-Meßsignal gewonnen wird, .

daß die beiden Meßsignale hinsichtlich der Differenz ihres • Absolutwertes verglichen werden und festgestellt wird, ob die Differenz unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegt oder nicht,

daß - falls diese Differenz unterhalb des Schwellenwertes liegt - das (N)-Meßsignal in einen Meßspeicher überführt wird und in Abhängigkeit yon der Tiefe des Formationsausschnitts aufgezeichnet wird,

daß - falls diese Differenz nicht unterhalb des Schwellenwertes liegt - der Meßspeicher in-seinem vorigen Zustand belassen wird und die in ihm entahaltene Information in Abhängigkeit von der Tiefe aufgezeichnet wird, und

daß im Hilfsspeicher das (N-I)-Meßsignal durch das (N)-Meßsignal substituiert wird.

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2. Verfahren nach Anspruch l_f bei dem der Verstärkungsfaktor, mit dem auf das beim Empfang der akustischen Welle erzeugte Signal eingewirkt wird, so variabel ist, daß sich eine zumindest näherungsweise Regelung des mittleren Wertes derjenigen Halbwelle des Empfangssignals ergibt, die zur Laufzeitmessung herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor auf seinem bisherigen Wert gehalten wird, solange die von einer Meßsequenz zur nächsten erfaßte Laufzeitdifferenz oberhalb des zugeordneten Schwellenwertes liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem variablen Verstärkungsfaktor noch in einer im Bohrloch befindlichen Sonde auf das Meßsignal eingewirkt wird und der Verstärkungsfaktor bei normalem Verlauf der Messung für die N-te Sequenz bestimmt wird in Abhängigkeit von der Amplitude der zur Laufzeitmessung herangezogenen Halbwelle aus der (If-I)sten Sequenz.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert ein größerer Buchteil der durchschnittlichen Periode der verwendeten akustischen Wellen ist.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche mit einer in das Bohrloch an einem Kabel ablaßbaren Sonde, in aufeinanderfolgenden Meßsequenzen arbeitende Sende- und Empfangseinrichtungen für akustische Wellen und mit einer Oberflächenanordnung, die Schaltkreise für die Verarbeitung von die akustische Laufzeit repräsentierenden Signalen enthält,dadurch gekennzeichnet, daß Üi deji Oberflächenanordnung

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ORlGiMAL INSPECTED

Transferschaltkreise (7o) für das Einspeichern eines während der (N-I)sten Meßsequenz verarbeiteten Signals in einen Hilfsspeicher (76) vor Beginn der (N)-ten Messung aufweist,

einen Komparator (86) aufweist, an den die (N-l)sten und (N)-ten Meßsignale angelegt sind und der ausgebildet ist für die Erzeugung eines vorgegebenen·, logischen Signals, falls die Meßsignale sich voneinander um einen unterhalb eines Schwellenwertes liegenden Wert unterscheiden,

Transferschaltkreise (96) für das Einspeichern des (N)-ten Signals in einen Meßspeicher (98) nur in dem Fall, daß das logische Signal vorliegt, aufweist, einen Programmierer (31 aufweist für die Erzeugung von Transferschaltkreis-Steuersignalen (B , B , B_, B₃) während jeder Meßsequenz, und Aufzeichnungseinrichtungen (loo, I06) aufweist für die im Meßspeicher (98) enthaltenen Informationen in Abhängigkeit von der Sondehtiefe.

6· Anordnung nach Anspruch 5, mit einem in der Sonde angeordneten Verstärker variableiit Verstärkungsfaktors und in der Obefflächenanordnung vorgesehenen Amplitudenregelschaltkreisen für eine bestimmte Empfangssignal-Halbwelle, welche ein über das Kabel dem Verstärker zugeführtes Verstäk^cungssteuersignal erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Amplitudenregelschaltkreise (62) und einen über das Kabel (14) mit dem Verstärker (24) verbundenen Speicher (114) ein Transfers4haltkreis (112) geschaltet ist, an den das logische Signal des Komparators (86) als Steuersignal angelegt und der im übrigen von dem Programmierer getaktet ist.

⁷· Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (86) mit einer Vergleichsschaltschwelle

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versehen ist, deren Wert einen erheblichen Bruchteil der durchschnittlichen Laufzeit der zur Messung herangezogenen akustischen Wellen repräsentiert.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den Amplitudenregelschaltkreisen zugeordnete Speicher (114) während einer gegebenen Meßsequenz das bei derjenigen vorangehenden Meßseguenz erzeugte Verstärkungssteuersignal speichert, bei der ein Meßsignaltransfer in den Meßspeicher (98) erfolgt ist.

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