DE3208639A1 - Verfahren und anordnung zum messen eines bohrlochs - Google Patents

Description

Verfahren und Anordnung zum Messen eines Bohrlochs

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der akustischen Bohrlochmeßanordnungen und befaßt sich insbesondere mit dem Messen von Tiefbohrungen in der Erde. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung· eines akustischen Wandlers, der ein Bündel hochfrequenter akustischer Energie in das Bohrloch sendet, der in eine radiale Ebene gerichtet ist und das zurückkehrende reflektierte Signal akustischer Energie von einer reflektierenden Fläche, beispielsweise der Wand des Bohrloches aufnimmt und ein verarbeitetes elektrisches Abtastsignal, das aus diesem empfangenen Signal abgeleitet ist, für die v/eitere Verarbeitung über ein Kabel zur Erdoberfläche sendet, das das Instrument oder die Sonde trägt.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einer Weiterentwicklung einer derartigen akustischen Meßvorrichtung, und insbesondere mit der Verwendung von zwei oder mehr Wandlersystemen an einer einzigen rotierenden Anordnung, so daß eine Vielzahl von Meßsignalen von der Achse des Bohrloches ausgesandt werden und eine Vielzahl von reflektierten SchaHs.ignalen aufgenommen und in elektrische Abtastsignale umgewandelt wird, die dann in verschiedener V/eise verwandt werden.

Die Erfindung befaßt sich weiterhin mit Weiterbildungen von Verfahren und Vorrichtungen zum Verarbeiten mehrfacher simultaner analogor elektrischer Abtastsignale (ESS ) in der Sonde f.um Übertragen zur Erdoberfläche in Echtzeit über herkömmliche Heßkabel, dio nur einem einzigen odor mo,'·;Ii'-herweise nur zwei herkömmliche Zwischenfrequenzsignalübertra-

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gungskanäle haben.

Derartige Verfahren und Anordnungen sind bekannt und haben sich als zweckmäßig beim Messen von Bohrlöchern in der Erde, beispielsweise bei Öl- und Gasquellen seit einer Anzahl von Jahren herausgestellt.

Derartige Verfahren und Anordnungen sind beispielsweise aus der US-PS 3 369 626, der US-PS 3 668 619, der US-PS 3 550 und der US-PS 3 835 953 bekannt.

Durch die Erfindung soll eine Reihe von Verbesserungen bei der Auslegung und dem Aufbau von Bohrlochmeßvorrichtungen, die akustische Meßbündel und reflektierte Schallsignale verwenden, und bei der Verwendung der Daten von diesen Instrumenten erreicht werden.

Das Ziel der Erfindung besteht weiterhin darin, wenigstens zwei oder mehr Sendeempfangswandlersysteme (T/RTS) vorzusehen, die unabhängig arbeiten, um eine Vielzahl elektrischer.Abtastsignale zu liefern, die zusammenwirkend in Kombination dazu benutzt werden, mehr Information zu liefern, als es durch ihre getrennte Auswertung möglich wäre.

Durch die Erfindung sollen weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verarbeiten der Vielzahl der elektrischen Abtastsignale in einer Sonde zur verbesserten Übertragung über einen einzigen Kanal oder einen Doppelübertragungskanal in einem herkömmlichen elekrrischen Meßkabel geschaffen werden.

Bei bekannten Verfahren wird das rotierende System, das einen Teil des Meßinstrumentes oder der Meßsonde bildet, in das Bohrloch in der Erde über ein langes Kabel abgesenkt, das von einer.Trommel abgewickelt wird und über ein Meßrad geht,

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das an der Öffnung des Bohrloches an der Oberfläche angebracht ist. Ein derartiges Kabel umfaßt eine aus einer Vielzahl von Leitern bestehende Leitergruppe, die in verschiedener Weise dazu benutzt werden kann, Daten von der Sonde zur' Erdoberfläche zu übertragen und gleichfalls Energie und/oder Steuerdaten von der Erdoberfläche auf die Sonde zu übertragen. Die Hauptbegrenzung dieser Instrumente war die Verwendung nur eines einzigen Sendeempfangswandlersystems (T/RTS). Beim Messen eines Loches ist es somit notwendig, vorher abzuschätzen, welche Art eines Wandlers und welche Messung eines gewählten Parameters bei gegebenen Verhältnissen unter der Erdoberfläche am zweckmäßigsten sind.

Gemäß der Erfindung können zwei oder mehr S ende empfang sv? andlersysteme verwandt werden. Diese sind an derselben rotierenden Anordnung, wie ein normales einziges Sendeempfangswandlersystem in einer bekannten geometrischen Beziehung zu dem ersten System angeordnet. Es können zwei, drei, vier oder mehr zusätzliche Sendeempfangswandlersysteme vorgesehen sein, wobei diese Systeme die gleichen elektrischen Kennwerte wie das erste System haben können oder verschieden voneinander sein können. Durch die Verwendung von verschiedenen Wandlersystemen ist es möglich, auf eine größere oder eine geringere Tiefe in die Erde vorzudringen, was von den Kennwerten und . der Frequenz der Wandlersysteme abhängt. Ein Problem bei herkömmlichen Systemen bestand beispielsweise darin, daß es ein hochfrequentes Sendeempfangswandlersystem aufwies, und daß hochfrequente Schallwellen im Fluid im Bohrloch beispielsweise im Bohrschlamm einer starken Dämpfung ausgesetzt sind. Das Eindringen des Schallbündels ist durch diese Dämpfung somit aufgrund der Tatsache begrenzt, daß die Schallwellen über eine gewählte Strecke durch den Schlamm oder durch ein anderes Fluid im Bohrloch hindurchgehen müssen. Wenn das SendeempfangGwandlersystem eine niedrigere Frequenz hat,

wird die Dämpfung kleiner und dringt das Schallbündel somit zu einer größeren Tiefe oder radial weiter vom Wandler in die Felswand vor.

Mit einer Vielzahl von ähnlichen Wandlern, die in einer gemeinsamen Ebene quer zur Achse der rotierenden Anordnung der Sonde in Umfangsrichtung im gleichen Abstand angeordnet sind, können mehrere Abtastungen gleichzeitig erfolgen, während die Sonde vertikal mit einer gewählten konstanten Geschwindigkeit bewegt wird. Daher ergibt sich ein kürzerer vertikaler Abstand längs der Wand des Bohrloches für jede Abtastung. Das erlaubt eine viel feinere, ins einzelne gehende Abtastung oder Messung. Umgekehrt erlaubt es eine höhere Meßgeschwindigkeit, um dieselben Abstände der Meß- oder Abtästspuren zu erhalten.

Die Anordnung der Vielzahl der Sendeempfangswandlersysteme kann in einer horizontalen Ebene in Umfangsrichtung im Abstand voneinander oder in einer vertikalen Ebene in Längsrichtung im Abstand voneinander erfolgen. Die-Verwendung von Gruppen von ■ Wandlersystemen liefert ein stärkers, besser fokussiertes Abtastbündel höherer Energie. Die Eindringtiefe des Bündels kann daher stark erhöht werden.

Ein weiteres Problem, das durch die Erfindung angesprochen werden soll, besteht darin, wie die Vielzahl der elektrischen Abtastsignale zur Erdoberfläche unter Verwendung von Meßkabeln übertragen werden kann, die ursprünglich zum Übertragen relativ niederfrequenter Meßsignale usw., d.h. von Signalen mit einer Frequenz'von weniger als etwa 50 kHz, ausgelegt worden sind.

Die Vorrichtung und das Verfahren zum Verarbeiten von mehrfachen elektrischen Abtastsignaien bilden einen Teilbereich der Erfindung. Die spezielle Ausbildung der Vorrichtung hängt von

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einer Vielzahl von Faktoren, beispielsweise davon ab,

a) wie groß die Anzahl der getrennten Sendeempfangswandlersysteme und der sich ergebenden elektrischen Abtastsignale ist;

b) ob die Frequenzen der Wandlersysteme gleich oder verschieden sind;

c) ob die vollständigen empfangenen Signale erforderlich sind oder ob einfach Messungen der Amplitude der· Reflexion, der Laufzeit oder der Eindringtiefe oder des Durchmessers notwendig sind;

d) ob gewählte Teile von jedem, von zwei elektrischen Ab-

,tastsignalen ausgeblendet werden können, um diese beiden Teile zu einem einzigen Signal zu kombinieren;

e) ob ein einziger Signalübertragungskanal im Kabel vorgesehen ist oder ob mehrere parallele Kanäle vorhanden sind, und

f) von der Art der Übertragungskanäle, d.h. ihren Frequenzpaßbändern usw.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Stand der Technik einfach in

Form der Anordnung der Meßsonde, die konzentrisch in dem Bohrloch über radiale Zentrierungsfedern gehalten ist, wobei die Sonde an einem Kabel hängt, das über ein Meßrad läuft, dessen Umdrehungen eine Funktion der Tiefe sind;

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Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfin

dung mit zwei Sendeempfangswandlersystemen, die in einem Abstand von 180° in einer horizontalen Ebene an der rotierenden Anordnung angebracht sind;

Fig. 3 ein Verfahren zur Verwendung der bei

den Sendempfangswandlersysterae in Fig. 2;

Fig. 3A eine an der Erdoberfläche befindli

che Vorrichtung, die in einer Kombination mit der in Fig. 3 dargestellten, unten im Bohrloch befindlichen Vorrichtung verwandt werden kann;

Fig. 4A im Vergleich die Arbeit von Sende-

empfangswandlersystemen mit hoher Frequenz gegenüber VJandlersystemen mit niedrigerer Frequenz, wobei Fig. 4B das Tasten von zwei Wandlersystemen zeigt, die in Fig. 4A dargestellt sind; .

Fig. 5 das von den beiden Wandlern von Fig.

4a empfangene Signal;

Fig. 6 die Verwendung einer Zeitverzögerung

zwischen den beiden Wandlersystemen in Fig. 3 in einer Kombination mit dem Tastsysten von Fig. 4B;

Fig. 7 und Fig. 7A zwei Abwandlungsformen eines Systems,

das zwei getrennte Sendeempfangs-

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wandlersysteme verwendet;

Fig. 8 ' den mechanischen Hauptaufbau eines

einzigen Sendeempfangswandlersystems, das an der rotierenden Anordnung in der Sonde angebracht ist;

Fig. 9A,9B,9C und 9D die mögliche Anordnung von zwei,

drei, vier und sechs Sendeempfangswandlersystemai in einer horizontalen Ebene, und zwar in Umfangsrichtung im gleichen Abstand voneinander;

Fig. 10 ein System, bei dem eine Vielzahl von

Sendeempfangswandlersystemen an der rotierenden Anordnung vorgesehen ist, wobei diese Wandlersysteme jedoch in Längsrichtung in einer gemeinsamen radialen Ebene durch die Drehachse • getrennt angeordnet sind;

Fig. 11 · die Möglichkeit der Verwendung einer

Vielzahl von Sendeempfangswandlersystemen, horizontal in einer linearen Anordnung, so daß Verfahren und Vorrichtungen zur Bildung des Abtastbündels benutzt werden können, die ein stärker gebündeltes und tiefer eindringendes Bündel liefern, als es bei einem einzigen Sendeempfangswandlersystem der Fall wäre;

Fig. 12A,12B und 12C verschiedene Verfahren der Übertragung und Auswertung des Abtaste!:;;-

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nals von einer Vielzahl von Sendeempf angswandlersys.temen;

Fig. 13 eine Abwandlungsform der in Fig.

dargestellten Anordnung;

Fig. 14 in einer Erweiterung von Teilen der

Fig. 2 und 3> wie vier getrennte Sendeempfangswandlersysteme an der rotierenden Anordnung angebracht und in der gewünschten Weise mit einem Impulsgeber und mit dem Kabel verbunden werden können;

Fig. 15 eine Erweiterung der in Fig. 3 dar

gestellten Anordnung, die die Verwendung mehrerer Impulsgeber darstellt, wobei Jeweils ein Impulsgeber für die einzelnen Sende- und Empfangswandlersysterne vorgesehen ist, so daß parallele Ausgangsabtastsignale gleichzeitig vorliegen;

Fig. 16 eine Abwandlungsform des in Fig. 15

dargestellten Teils,.die die abwechselnde Übertragung von zwei oder mehr elektrischen Abtastsignalen zeigt, die von Sendeempfangswandlersystemen mit der gleichen Frequenz oder verschiedenen Frequenzen kommen können;

Fig. 17 das Zeitdiagramm der abwechselnden

Übertragung von zwei oder mehr elek-

trischen Abtastsignalen gemäß Fig. 15;

Fig. 18 ein Ausführungsbeispiel einer Vor

richtung zum Übertragen von zwei oder mehr gleichzeitig vorliegenden analogen elektrischen Abtastsignalen durch Umwandlung der Signale in analoge elektrische Abtastsignale doppelter Frequenz zur Übertragung über einen einzigen Übertragungskanal;

Fig. 19 das Zeitdiagramm von zwei gleich

zeitig vorliegenden elektrischen Abtastsignalen und die der Reihe nach erfolgende Übertragung von Doppelfrequenzabtastsignalen;

Fig. 2OA,2OB,2OC,21A verschiedene Ausführungsbeispiele zum Übertragen von zx^ei oder mehr

elektrischen Abtastsignalen zur Erdoberfläche über ein Kabel mit einem einzigen Übertragungskanal und/oder ein Kabel mit einem Doppelübertragungskanal ;

Fig. 22 ein Ausführungsbeispiel der an der

Erdoberfläche befindlichen Vorrichtung zum Empfangen und Aufzeichnen analoger und digitaler elektrischer Abtastsignale;

Fig. 23 eine Vorrichtung zum Liefern separa

ter digitaler Signale, die die Am-

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plitude der Reflexion und die Laufzeit oder die Eindringstrecke umfassen, und zürn M.ultiplexen der beiden digitalen Signale; und

Fig. 24 eine Erweiterung der in Fig. 23 dar

gestellten Anordnung,bei der mehrere digitale Signale der Amplitude und des Durchmessers von einer Vielzahl von elektrischen Abtastsignalen multiplext und über einen einzigen Übertragungskanal übertragen werden.

Im folgenden werden zunächst Begriffe und Bezeichnungen von Bauteilen erläutert, die bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispxele der Erfindung häufig verwandt werden.

1. Sonde.

Darunter ist das abgedichtete Meßinstrument zu verstehen, das die Wandler, die Steuerungen und die Energieversorgungseinrichtungen zum Betreiben der Wandler enthält.

2. Rotierende Anordnung oder Trommel.

Darunter ist die Anordnung zu verstehen, an der die Wandler angebracht sind und die sich um die Achse der Sonde dreht.

3. Wandler.

Unter den Wandlern sind die Einrichtungen zu verstehen, die auf eine anliegende hochfrequente Spannung oder auf anliegende Impulse ansprechend ein Schallbündel erzeugen. In einigen Fällen kann der Schallgenerator auch als Schallwellendetektor benutzt werden. In anderen Fällen dient ein Wandler eines Wandlerpaares als Detektor. Diese Einheiten werden Sendeernpfangswandlersystem (T/RTS) genannt.

4. Während der Hauptverwendungszweck der Sonde darin besteht, vertikale Bohrlöcher in der Erde zu vermessen, kann sie gleichfalls für horizontale Bohrlöcher usw. verwandt werden." Die geeignete Bezeichnung dafür, daß sich zwei Bau- ■ teile längs einer Achse im Abstand voneinander befinden, ist die Längsanordnung, wenn es zweckmäßig ist, wird aber auch die Bezeichnung Vertikalanordnung verwandt. Eine quer zur Achse der Sonde liegende Ebene wird Transversal-oder horizontale Ebene genannt usw.

In der Zeichnung .ist insbesondere in Fig. 1 eine bekannte Anordnung 10 dargestellt, die eine Meßsonde 12 umfaßt, die in einem vertikalen Bohrloch 22 mittels eines Kabels 20-gehalten ist, das in der dargestellten Weise um ein Heßrad 25 an der Erdoberfläche führt. Über die Umdrehungen des Rades 25 wird die Kabellänge gemessen, die über das Rad gelaufen ist. Die Umdrehungen des Rades 25 werden durch eine Einrichtung 26 über ein geeignetes Antriebssystem übertragen, um die Bewegung in einer die Vertikalrichtung angebenden Richtung an irgendeiner Anzeigeeinrichtung zu steuern, die verwandt werden kann.

Die Sonde 12 ist durch radiale Zentrierungsfedern 18 so gehalten, daß die Sondenachse koaxial zum Bohrloch 22 liegt. Ein Teil 14 der Sonde dreht sich über eine Motoreinrichtung in der Sonde mit einer gewählten konstanten Geschwindigkeit. Ein Schallenergiemeßbündel 16 geht radial vom sich drehenden Teil 14 aus, um die Wand zu erfassen und eine Information bezüglich der Beschaffenheit und der Parameter der Wand 22 und bezüglich des Materials zu liefern, aus den die ',land, besteht. Diese Wand kann ein Stahlgehäuse sein, das von Zement in einem gebohrten Bohrloch in einer Felsformation umgeben ist, oder kann ein offenes Bohrloch sein.

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In Fig. 2 ist in vergrößertem Maßstab ein Teil der Sonde mit der erfindungsgemäßen Ausbildung dargestellt. Hinsichtlich der normalen elektronischen Schaltungen im Raum 31 werden im folgenden nur "wenig Informationen gegeben. Diese Schaltungen sind in verschiedenen Ausbildungsformen in den eingangs genannten Patentschriften beschrieben. Wenn sich die Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltung davon unterscheidet, wird das im folgenden anhand der Figuren im einzelnen dargestellt.

Die Sonde 30 weist eine Außenhülse 12 mit herkömmlichem Aufbau auf. Im unteren Teil sind eine zylindrische Zwischenwand 50, die fest an der äußeren Hülse angebracht und gegenüber der äußeren Hülse abgedichtet ist, und ein nach unten verlaufender Axialstift 42 vorgesehen. Nicht dargestellte Lager sind am Stift 42 angeordnet, so daß ein zylindrisches Rohr oder eine zylindrische Hülse 34 um den Stift 42 über Einrichtungen gedreht werden kann, die als eine gestrichelte Linie 38 dargestellt sind und von einem Motor 36 gesteuert werden. Eine derartige, sich drehende Hülse, wie sie angegeben ist, ist auch bei den bekannten Anordnungen vorgesehen.

Auf der Hülse 34 ist ein erstes Sendeempfangswandlersystem 46 angebracht, dessen Außenfläche tangential zur Umlauffläche verläuft, wenn sich die Hülse 34 dreht. Dieses Wandlersystem 46 wird periodisch über elektrische Schaltungen erregt, die später beschrieben werden, und überträgt radial nach außen ein Schallwellenbündel 16, das· zur Wand 22 des Bohrloches geht, die verrohrt oder nicht verrohrt sein kann. Ein Teil der Schallenergie wird zum Sendeempfangswandlersystem zurückreflektiert. Die leitende Außenfläche des Sendecmpfangriwandlcrsyctems ist mit einem Schleifring 44 verbunden. Eine Bürste oder ein elektrischer Kontakt, der

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in der Sonde ortsfest angeordnet ist, steht mit dem Schleifring in Kontakt, während sich die Hülse dreht,und überträgt auf der Leitung 46' das elektrische Abtastsignal, das von. der Wand des Bohrloches reflektiert wird.

Bei der normalen Ausbildung einer akustischen Bohrlochmeßvorrichtung oder bei einer Bohrlochfernsehvorrichtung (BHTV) ist nur ein derartiges Sendeempfangswandlersystem 46 vorgesehen, und wird das Signal vom Schleifring 44 über die Bürste gesammelt und über den Leiter 46' zu den Schaltungen im elektronischen Paket 38 geleitet, die einen herkömmlichen Aufbau haben. Das verarbeitete Signal geht dann über einen Übertragungskanal in Kabel 20, das gewöhnlich aus einem Leiterpaar oder einem Koaxialkabel besteht, zur Oberfläche, wo es ausgewertet wird.

Gemäß der Erfindung ist wenigstens ein zweites Sendeempfangswandlersystem an der die Hülse 34 usw. umfassenden rotierenden Anordnung angebracht. .Es wird in ähnlicher Weise, wie das Wandlersytem 46 erregt und erzeugt ein Abtastsignal, das über die Leitung 48' zum elektronischen Paket im Zwischenraum 31 und in ähnlicher Weise wie das Signal auf der Leitung 46' zur Oberfläche geht. Wie es später im einzelnen anhand der Figuren 8,9A,9B,9C,9D,10 und'11 beschrieben wird, können verschiedene Kombinationen von mehreren Sendeempfangswandlersystemen, die in einer gemeinsamen horizontalen Ebene in Umfangsrichtung in gleichen Abständen vorgesehen sind, vorgesehen werden, die verschiedene Vorteile bieten. 3s können auch mehrere Sendeempfangswandlersysteme in einer Längsanordnung, wodurch sich andere Vorteile ergeben, oder in Kombinationen von Längs- und Umfangsanordnungen vorgesehen sein.

Eine mögliche elektronische; iJohrU/Lunc, die inLt dot· in FI/¹;. 2

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dargestellten Vorrichtung verwandt werden kann, ist in Fig. dargestellt. Zwei Sendeempfangswandlersystem 46 und 48, die jeweils mit A und B bezeichnet sind, werden über die Einrichtung 38 in der oben beschriebenen Weise durch den Motor 36 gedreht. Ss sind vier rotierende Schleifringe 44 dargestellt, von denen zwei intern mit dem Wandlersystem 48 und 46 jeweils verbunden sind, während zwei Schleifringe mit einer bekannten Kompaßeinheit 6O verbunden sind, die ein Element . bildet, das in einem festen Azimuth bleibt, während sich die Sonde vertikal im Bohrloch bewegt. Bei jeder.Umdrehung der rotierenden Anordnung 34 wird ein elektrisches Impulssignal geliefert, wenn eine gewählte Stelle an der rotierenden Anordnung den konstanten Azimuthwinkel des Kompasses passiert. Dieser Kompaß kann ein magnetischer Kompaß , der' beim Messen in einem offenen Loch zweckmäßig sein kann, oder ein Gyrokompaß oder ein äquivalenter Kompaß sein, wie es allgemein bekannt ist. Mittels des Signals vom Kompaß 60, das intern zum Schleifring und über den Kollektor zur Leitung 6Ö^f geht, kann die Orientierung der Sonde bezüglich eines absoluten Azimuths,' beispielsweise bezüglich Nord bestimmt werden. Die Sonde kann daher in Nord/Süd-oder Ost/West-Anzeigen usw.,dargestellt v/erden. Die Verwendung eines Kompasses ist allgemein bekannt.

Die Art und Weise, in der die Sendeempfangswandlersysteme zum Abtasten der Wand des Bohrloches verwandt werden, ist in Fig. 3 der Vollständigkeit halber bezüglich der elektrischen Schaltungen im oberen rechten Teil in Fig. 3 dargestellt. Eine Energieversorgung 84 liefert Energie über einen Widerstand 176 einem Kondensator 86, der über die Primärwicklung 88 eines Transformators an einem Verbindungspunkt 90- und an Hasse 78 liegt, die mit dem negativen Potential der Energieversorgung verbunden ist. Ein getariggerter Gleichrichter oder ein. halbleitergesteuerter Gleichrichter 80 liegt zwischen dem Potential am Verbindungspunkt des Widerstandes 176 mit dem Kon-

densator 86 und Masse 78.

Es ist eine Zeitgebereinrichtung 74 vorgesehen, die in üblicher Weise über ein Taktsignal konstanter Frequenz betrieben wird und eine Zählereinrichtung enthält, so daß zu einem gewählten Zeitpunkt ein Signalimpuls auf der Leitung 75 an den Triggeranschluß 82 des gesteuerten Gleichrichters 80 gegeben werden kann. Wenn der Triggerimpuls ankommt, entlädt sich der vorher auf das volle Potential am Punkt 84 aufgeladene Kondensator über den Gleichrichter 80 zur Masse, wobei dieser starke Strom durch die Primärwicklung 88 des Transformators geht oder eine entsprechende Spannung in der Sekundärwicklung 89 des Transformators erzeugt, die über die Leitung 92 an der Leitung 68 liegt, die mit einem der beiden Sendeempfangswandlersystemen 46 oder 48 durch den Schalter 62 gewählt verbunden werden kann.

Der Schalter 62 kann einfach als Relais ausgebildet sein, das durch das Potential auf der Leitung 64 gesteuert wird. D.h., daß das Relais mittels eines Signals von der Erdoberfläche über einen der Vielzahl von Leitern des Kabels 20 gesteuert wird, wie es allgemein bekannt ist. Im folgenden sei angenommen, daß ein Impuls mit hoher Spannung von der Leitung 92 an der Leitung 48' liegt, was bedeutet, daß dieser Impuls am Sendeempfangswandlersystem 48 liegt und der Sender einen Schallenergieimpuls mit gewählter Amplitude und Frequenz ausgibt. Dieser Schallenergieimpuls wandert radial nach außen durch den Schlamm im Ringraum des Bohrloches oder eine Flüssigkeit mit gewählter Zusammensetzung bis zu einem Hindernis, wie beispielsweise der Oberfläche des Bohrlochrohres. An dieser Stelle wird ein Teil der Schallenergie reflektiert, wobei der reflektierte Teil der Schallenergie zurück über denselben Weg zum Sendeempfangswandlersystem 48 geht, wo er ein entsprechendes empfangenes Signal oder ein elektrisches

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-teerzeugt, das vom Sendeempfangswandlersystem 48 über die Leitung 48',den Schalter 62 zum mit S bezeichneten geht. Der Block 66 ist ein Schalter bestimmter Art, der dazu dient, den Empfangsverstärker 70 von der Leitung 68 -während des Zeitintervalls abzutrennen, in dem eine Hochspannung an der Leitung 92 liegt, um den ausgesandten Schallimpuls zu erzeugen. Die Frequenz des ausgesandten Schallsignals kann· bis zu 1 MHz betragen oder noch höher sein und ist für eine Übertragung über den Übertragungskanal eines herkömmlichen Meßkabels zu hoch. Es kann notwendig sein, dieses Signal über einen Signaldetektor zu leiten, der das hochfrequente elektrische Abtastsignal in ein relativ niederfrequentes, in eine Richtung gehendes analoges Signal umwandelt, das über das Kabel übertragen werden kann. Nach einer gewählten kurzen Verzögerungszeit, nachdem der Impuls von der Leitung 92 an die Leitung 48 abgegeben wurde und in die Flüssigkeit ausgesandt worden ist, wird dann die Verbindung von der Leitung 68 über den Schalter 66 und der Leitung 68' zum Verstärker 70 geschlossen, wobei das verstärkte reflektierte Signal über die Leitung 72 geht, die ein Hochfrequenzübertragurigskanal ist, um die Abtastsignale über das Kabel zur Erdoberfläche zu übertragen. Der Zeitgeber 74 legt über die Leitung 76 das notwendige Tastpotential an den Schalter 66. Dieser Schalter kann einfach ein UND-Glied sein, das während der Zeit offen ist, während.der das Potential an der Leitung 92 liegt^und kurz nach dem Verschwinden des Potentials schließt.

Wie es in Fig. 7 dargestellt ist, können soviele parallel übertragene Signale verwandt werden, wie es gewünscht ist, indem das Schaltungsnetzwerk des gittergesteuerten Gleichrichters 80 und des Transformators 90 vervielfacht wird. Fig. 7 zeigt den Fall, in dem zwei getrennte Sendeempfangε-wandlersysteme gleichzeitig versorgt werden, wobei natürlich irgendeine Anzahl größer als zwei in ähnlicher Weise betrieben

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werden kann, indem zusätzliche Schaltungen vorgesehen sind, die den beiden dargestellten Schaltungen ähnlich sind. ■

Die besondere Zweckmäßigkeit der in Fig. 3 dargestellten Anordnung ergibt sich dann, wenn die beiden Sendeempfangswandlersysteme 46 und 48 verschiedene Frequenzen haben. Wenn die Wandler verschiedene Frequenzen haben, haben die Bündel höherer Frequenz eine kürzere Eindringtiefe durch Medien, wie beispielsweise den Schlamm im Bohrloch. Schallbündel mit niedrigerer Frequenz werden weniger gedämpft und haben eine größere Eindringtiefe. Wenn es daher erwünscht ist, einfach die Innenwand des Bohrlochrohres oder die Wand des Bohrloches abzutasten, dann wird ein Sendeempfangswandlersystem mit hoher Frequenz verwandt.

Es gibt einen "Öffnung" genannten Faktor, der eine Funktion des .Verhältnisses des Durchmessers des Wandlers zur Wellenlänge des Schallsignals ist. Je höher die Frequenz, d.h. je kürzer die Wellenlänge ist, umso größer ist die Öffnung für einen gegebenen Durchmesser des Wandlers. Je größer die Öffnung ist, umso schärfer ist die Bündelbreite und umso besser ist die Bündelung der Schallonerßie.

Ein Wandler mit höherer Frequenz hat eine bessere Bündelung oder Strahlbildung, jedochleider eine kürzere Eindringtiefe. Für kurze Meßstrecken wird daher ein hochfrequenter Wandler benutzt. Wenn es andererseits erwünscht ist, den Bereich jenseits der Wand des Bohrloches abzutasten, wird ein Schallenergieimpuls mit niedriger Frequenz verwandt, der weniger bei seinem Durchgang durch den Schlamm und das das Bohrloch umgebende Material gedämpft wird. Ein Wandler mit niedrigerer Frequenz und gleichem Durchmesser hat ,"jedoch eine kleinere Öffnung und liefert keine so scharfe Bündelung;. Die Bündelung oder Fokussierung oder die Bildeinzelheit wird nicht,

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so gut sein, wie es bei einem Wandler mit höherer Frequenz der Fall wäre.

Fig. 3A zeigt einen Teil der in Fig. 3 dargestellten Schaltung mit dom Schalter 62, dem Sendeempfangsschalter 66, dem Verstärker 70 und dem Kabel 20, die an der Erdoberfläche mit einem Verstärker 71, einem Analog-Digital-Wandler 73 und einer Aufzeichnungseinrichtung 77 verbunden ist. Der an der Erdoberfläche befindliche Teil der Anordnung wird später im einzelnen beschrieben. Fig. 3A zeigt jedoch, wie die von den beiden Sendeempfangswandlersystemen 46,48 gelieferten Abtastsignale der Reihe nach durch Umschalten des Relais 62 über den Wandlerwählschalter 69 übertragen werden können.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4A und hinsichtlich der in Fig. 3 dargestellten Anordnung mit zwei Sendeempfangswandlersystemen 46 und 48 sei angenommen, daß das Wandlersystem 46 eine hohe Frequenz hat und ein Bündel 16 liefert, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, während das Wandlersystem 48 eine niedrigere Frequenz hat und ein Bündel 32 liefert, ivie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Die an die umgebende Flüssigkeit durch die Sendeempfangswandlersysteme abgegebene Schallenergie hat einen optimalen Bereich ZA-100 für das hochfrequente Wandlersystem und einen anderen Bereich ZB-102 für das Wandlersystem 48 mit niedrigerer Frequenz. Im allgemeinen ist der Bereich oder der Radius vom Wandlersyctem bis zur optimalen Stelle im Bereich A der nutzbaren Abtastung 100 kürzer für das Wandlersystem mit höherer Frequenz, als der Bereich B-102 für das Wandlersystem mit niedrigerer Frequenz. Wenn das System 46 das Wandlersystem mit hoher Frequenz ist und das System 48 das entsprechende Wandler system mit niedriger Frequenz ist, und wenn die Bereiche A-100 und B-102 einander nicht überlappen, dann- ist es mög-

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lieh, das Wandlersystem rait hoher Frequenz während der Zeit zu benutzen, während der der Energieinipuls den nahen Bereich A-100 durchquert,und das Wandlersystem 48 mit niedriger Frequenz während der Zeit zu benutzen, v/ährend der das Impulsbündel den weiter wegliegenden Bereich B-102 durchquert. In welcher Weise das erfolgt, ist in den Fig. 4B und 5 dargestellt.

In Fig. 5 ist auf der Linie 128 eine mit SA bezeichnete Sig- · nalspur oder das Abtastsignal des Wandlers A dargestellt. Es · sei angenommen, daß der Hochspannungsimpuls längs der Leitung 92 in Fig. 3 zum Zeitpunkt TO auftritt, und daß ein Schallimpuls vom Wandler A ausgegeben wird. Für ein kurzes Zeitintervall 108 bis zum Zeitpunkt T1 liegt kein empfangenes Signal am Empfangsverstärker 70. Anschließend geht eine reflektierte Übertragung 106 durch das Fluid im Bohrloch zum Wandler, und ein gewähltes Zeitintervall T2 später kommt eine Reflexion von der Bohrlochwand zurück, die mit SA' bezeichnet ist. Nach einem Zeitpunkt TS reicht die Energie des Schallbündels nicht mehr aus, ein ausreichendes empfangenes Signal zu liefern.

Wenn der Wandler mit niedriger Frequenz zum Zeitpunkt TO zuzüglich einer halben Umdrehung gepulst wird und dieselbe Stellung einnimmt, die der Wandler mit hoher Frequenz hatte, wird sich eine Signalspur ergeben, wie sie auf der Linie 130 mit SB angegeben ist, wobei die Signalspur 110 das Abtastsignal sein wird, das vom Wandler mit niedriger Frequenz geliefert wird. Etwa zum Zeitpunkt T2 wird natürlich eine gewisse Reflexion SB¹ wahrscheinlich mit niedrigerer Amplitude und größerer Zeitdauer als die Reflexion SA¹ den Wandlers mit hoher Frequenz auftreten. Danach wird noch nunrclohend Kncrvic-¹ vorhanden sein, um durch den Teil des Felsens hinter der Wand des Bohrloches zu gehen, wo sich eine reflektierende 1.'¹Iu-

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che, wie beispielsweise der Boden eines Loches oder einer Druse, befinden kann, so daß ein Signal SB" geliefert wird» Es können auch noch andere reflektierte Signale, wie beispielsweise das Signal auftreten, das mit SB"¹ bezeichnet ist.

Aus einer Überprüfung der Signalspuren 106 und, 110 im Bereich der Reflexion SA¹ ergibt sich, daß der Wandler mit hoher Frequenz, dessen Aufzeichnung 106 ist, eine wesentlich bessere Aufzeichnung im nahen Bereich liefert als es der Wandler 110 mit niedriger Frequenz tut. Folglich ist es wünschenswert, die Aufzeichnung und Anzeige des Teils von 110 bis zum Zeitpunkt TS zu verhindern. Während dieses Zeitintervalls bewirkt der Tastimpuls 116 in Fig. 4B, daß ein hochfrequentes Signal vom Wandler A, beispielsweise die Signalspur 112, vorliegt. Zum Zeitpunkt TS läßt der Tastimpuls 102 das Signal vom zweiten Wandler B durch, um den Rest der Signalspur 112 zu den Zeitpunkten T3 und T4 zu liefern.

Daraus ergibt sich, daß durch die Verwendung von zwei Sendeempfangswandlersystem mit verschiedenen Frequenzen und durch eine geeignete Verzögerung des einen elektrischen Abtastsignals bezüglich des anderen elektrischen Abtastsignals und durch ein geeignetes Austasten oder Atisblenden der beiden Abtastsignale in der oben beschriebenen Weise eine Kombination von beiden Abtastsignalen eine wesentlich bessere Aufzeichnung im nahe Bereich mit einer größeren Eindringtiefe im weiter entfernt liegenden Bereich liefert,als sie nur von einem einzigen System allein geliefert würde.

Fig. 6 zeigt den Fall, in dem die Sendeempfangswandlersysteme alle die gleiche Frequenz haben und das Kabel nur ein einziges elektrisches Abtastsignal zu einem gegebenen Zeitpunkt übertragen kann. Eine Möglichkeit der Handhabung mehrerer Signale

besteht darin, ein Signal gegenüber dem anderen zu verzögern und beide Signale zu addieren, um ein Signal mit besserem Signalrauschverhältnis zu liefern. Fig. 6 zeigt das ursprüngliche Abtastsystem des Sendeempfangswandlersystems A auf der Linie 138A, das mit der Signalspur 106 in Fig. 5 identisch ist. Die Signalspur 142 zeigt dieselbe Spur 106^f, die vom zweiten Wandler B geliefert wird, die jedoch natürlich um 180° der Drehung des rotierenden Systems verzögert ist. Wenn die Signalspur 106 auf der Linie 138 um das Zeitintervall 126 oder eine halbe Drehung verzögert ist, tritt sie als 106" auf der Linie 140 auf, die mit der Spur 106 identisch und phasengleich ist, die durch das Bündel B des Sendeempfangswandlersystems erzeugt wird. Durch eine Addierung dieser beiden Signale 106" und 106' ergibt sich eine Signalspur A + B, die auf der Linie 144 dargestellt ist und eine bessere Amplitude und ein besseres Signalrauschverhältnis hat. Das Ereignis auf der Signalspur 106, das zum Zeitpunkt T2 auftritt, ist dann auf der Linie 144 deutlicher zum Zeitpunkt T2¹ dargestellt.

Statt, der. Verzögerung einer Signalspur bezüglich der anderen Signalspur, wenn die beiden Sendeempfangssysteme die gleiche Frequenz haben,und einem Addieren und Übertragen dec Summensignals zur Erdoberfläche, ist es wünschenswerter, beide Signale getrennt und gleichzeitig zur Oberfläche zu übertragen. Das kann beispielsweise dann erfolgen, wenn zwei Übertragungskanäle statt-des Kabels 20 vorgesehen sind, oder wenn ein Multiplexsystem vorhanden ist, mit dem eine Vielzahl von N Signalen mit einer hohen Tastgeschwindigkeit in Signalteile zerlegt werden kann und die aufeinanderfolgenden Signalteile von jedem der getrennten Signale der Reihe nach zur Oberfluche übertragen werden. Die Signale werden dort mittels einer bekannten Einrichtung demultiplext.

Im folgenden wird auf Fig. 7 Bezug genommen, die bereits ii:i

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Vorhergehenden in Verbindung mit Fig. 3 und 4 erwähnt wurde. In Fig. 7 ist der Fall dargestellt, bei dem wie in Fig. 3 zwei Sendeempfangssysteme 46 und 48 jeweils vorgesehen sind. Jedes der beiden Sendeempfangssysteme erhält ein Sendesignal, das über die Leitungen 172 und 174 jeweils an den Leitungen 46" und 48' für die Sendeempfangssysteme A und B liegt. Die zeitliche Abstimmung dieser Sendesignale erfolgt über einen Zähler 166, an dem ein Taktsignal über eine Leitung 182 von einem Taktgeber oder Oszillator 164 konstanter Frequenz liegt. Aufgrund einer Voreinstellung zählt der Zähler bis zu gewählten Zahlen auf, die die gewählten Zeitpunkte angeben. Die beiden Triggergleichrichter 80 der Sendequellenanordnungen, die vorher im einzelnen anhand von Fig. 3 beschrieben wurden, werden dann über die Leitungen 169 und 170 vom Zähler oder Zeitgeber 166 an den Steuergates 82 und 82' jeweils angesteuert.

Der Zähler 166 liefert auch Tastimpulse oder Zeitimpulse auf den Leitungen 167 und 168 dem Sendeempfangsschalter 150. Diese Impulse setzen die dem Schalter 150 nachgeschaltete Detektoreinrichtung außer Betrieb, wenn ein Signal mit hohem Potential von der Sendeelektronik über die Leitungen 172 und 174 an den Sendeempfangssystem liegt. Nach dem in Fig. 5 dargestellten kurzen Zeitintervall 108, nach dem der Sendeimpuls ausgegeben wurde, wird der Sendeempfangsschalter 150 die nachgeschaltete Elektronik über die Leitungen 46" und 48" zu den Verstärkern 152 und 154 und über die Taststeuereinrichtung 156 in Betrieb setzen, wie es in Verbindung mit Fig. 4B beschrieben wurde.

Die zeitliche Steuerung für diese Tastung kommt vom Taktgeber 164 über die Leitung 184. Die Zeitverzögerungseinheit 16O, die den Taststeuerungen 156,158 folgt, wird durch den Zahler über die Leitungen 184,185 gesteuert. Die Tasteinhei-

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156,158 und die Verzögerungseinheit 16O führen die Arbeitsvorgänge durch, die in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben wurden. Anschließend an diese drei Einheiten werden die beiden Signale über zwei Widerstände 162 addiert, die gemeinsam am Eingang eines Verstärkers 180 liegen, dessen Ausgang zum Übertragungskanal 178 im Kabel 20 führt.

Durch die insoweit beschriebene und in Fig. 7 dargestellte Einrichtung wird eine Summensignalspur gebildet, die auf der Linie 132 in Fig. 5 dargestellt ist, und wird diese Signalspur zur Aufzeichnung und zur Anzeige zur Erdoberfläche übertragen.

Wie es im Vorhergehenden erwähnt wurde und in Fig.. 7A dargestellt ist, ist es dann, wenn zwei Übertragungskanäle in Kabel 20, beispielsweise die Kanäle 186 und 188 in Fig. 7A, vorhanden sind, möglich, vom Sendeempfangsschalter 150 direkt auf die Verstärker 152 und 154 zu gehen und die verstärkten Signale, und zwar jeweils eines der beiden Signale, auf die beiden Übertragungskanäle zu geben.

Bie in Fig. 7A dargestellten Verhältnisse sind beispielsweise etwas komplizierter in Fig. 12B gezeigt, auf die im folgenden Bezug genommen wird. In Fig. 12B führen die Leitungen 46' und 48', die die reflektierten Abtastsignale von den Sendeempfangswandlersystemen 46 und 48 tragen, zum Sendeempfangsschalter 150 und anschließend zu den Verstärkern 152 und 154. Die verstärkten Signale gehen dann zu zwei getrennten Übertragungskanälen, die durch das Kabel führen, nämlich zu den Kanälen 186 und 188. Das Ende des Kabels 20 an der Erdoberfläche ist in ähnlicher Weise dargestellt, wobei die Leiter, die nun mit 186' und 188' bezeichnet sind, zu Analog-Digital-Wandlern 268 und 270 führen. Die digitalisierten Signale liegen dann in herkömmlicher Weise an einem digitalen Aufzeich-

3 1 ■·') η POO Z J J ϋ O Ό

nungsgerät 266. Obwohl zwei getrennte Analog-Digital-Wandler dargestellt sind, können diese natürlich auch zu einer einzigen Einrichtung kombiniert werden, wie es allgemein bekannt ist.

Fig. 12A zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Schaltung, bei dem die Signale vom Sendeempfangsschalter 150 in Verstärkern 152,154 verstärkt werden und anschließend an einer Multiplexeinrichtung 260 liegen, deren Ausgangssignal über eine einzige. Leitung an einem Verstärker 180 und an einem einzigen Übertragungskanal 178 im Kabel 20 zur Erdoberfläche liegt. Am oberen Ende des Übertragungskanals 178' ist eine Demultiplexeinbeit 261 angeschlossen, die das kombinierte Signal auf der Leitung 178¹ in die zwei Signalanteile rückwandelt, die durch die Verstärker 152 und 154 verstärkt werden. Diese beiden Signalanteile 46"' und 48'" am Ausgang der Einheit 261 liegen an Verstärkern 262 und 264 und anschliessend an einem herkömmlichen digitalen Aufzeichnungsgerät 266 für eine spätere Wiedergabe und Anzeige.

Fig. 12C zeigt, wie eine Wiedergabe des Aufzeichnungsgerätes 266 die beiden ursprünglichen Signale 46"' und 48"· liefern kann., so daß wie im Fall von Fig. 7 diese beiden Signale kombiniert werden können, nachdem eines von ihnen in der Zeitverzögerungseinheit 272 verzögert ist und beide Signale in der Kombination der Widerstände 274 und 276 zu einer einzigen Signalspur kombiniert werden können, die an der Anzeigeeinrichtung liegt.

Die Kombination der Fig. 7,7A und 12A,12B und 12C liefert daher symbolisch drei getrennte Verfahren zum Übertragen der Signale von mehreren Sendeempfangswandlersystemen von der unter der Erdoberfläche befindlichen Sonde zur Erdoberfläche, um sie aufzuzeichnen und/oder anzuzeigen. Obwohl es möglich

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ist, irgendeine der Vielzahl der verschiedenen Anzeigeeinrichtungen vorzusehen, kann die am meisten gebräuchliche An-. Zeigeeinrichtung nur ein einziges Abtastsignal zu einem gegebenen Zeitpunkt wiedergeben. Es ist daher zweckmäßig, zwei oder mehrere Signale zu kombinieren, v/ie es in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben wurde. Es können natürlich mehr als zwei getrennte Abtastsignale von den Sendeempfangswandlersystemen addiert werden, um ein einziges Summensignal zu bilden, das zur Erdoberfläche übertragen wird.

Eine andere Möglichkeit der Übertragung mehrerer Abtastsignale zur Erdoberfläche besteht darin, getrennte Übertragungskanäle für zwei oder mehr getrennte Abtastsignale vorzusehen, · so daß diese Signale getrennt und gleichzeitig zur Erdoberfläche über unabhängige Übertragungskanäle übertragen werden können, wie es in Fig. 7A und 12B dargestellt ist.

Das dritte Verfahren, das oben beschrieben wurde, besteht darin, eine Vielzahl von gleichzeitig aufgezeichneten Signalen über eine einzige Übertragungsschaltung zur Erdoberfläche über eine Multiplexverarbeitung zu übertragen. Multiplexeinrichtungen sind käuflich erhältlich und werden nicht näher boschrieben.

Im allgemeinen ist es sehr wünschenswert, jedes der einzelnen elektrischen Abtastsignale getrennt herauszuführen, so daß die Signale als Funktion der Zeit oder als Funktion der Tiefe der Sonde unter der Erdoberfläche auf getrennten Aufzeichnungskanälen aufgezeichnet werden können. Die beste Möglichkeit dazu besteht darin, die Signale auf getrennten Kanälen einer analogen MehrkanalaufZeichnungsvorrichtung aufzuzeichnen, v/ie sie bereits erhältlich ist, oder jedes der getrennten Signale zu digitalisieren, und die Signale getrennt über getrennte Aufzeichnungskanüle einer digitalen Piannotaufzeichnunncvor-

3 2 U ■ > G 3 9 3«*

richtung aufzuzeichnen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die digitalisierten getrennten Signale in einem oder mehreren getrennten digitalen Speichern, insbesondere Speichern mit direktem Zugriff, zu speichern, wie sie auf dem Markt erhältlich sind.

Im Obigen wurde der Grundgedanke der Erfindung beschrieben, der in der Verwendung von mehreren Sendeempfangswandlersystemem besteht, die an der rotierenden Anordnung in einer horizontalen Ebene angeordnet sind. Wie es bereits erwähnt wurde, gibt es eine Anzahl bestimmter Vorteile bei der Verwendung mehrerer Sendeempfangswandlersysteme,die an verschiedenen Azimuthpositionen an der rotierenden Anordnung angebracht sind.

Es gibt einen bedeutenden Vorteil mehrerer ähnlicher Sendeempfangswandlersysteme, die einen kreisförmigen Weg in leicht verzögerten Zeitintervallen nacheinander abtasten. Wenn diese mehrfachen Signale getrennt zur Erdoberfläche gebracht werden können, dann ist es möglich sie aufzuzeichnen, und anschließend die getrennten S.ignalspuren der Reihe nach auszugeben oder abzuspielen. In Hinblick auf die fortlaufende Vertikalbewegung der Sonde tastet jedes dieser Sendeempfangswandlersysteme eine horizontale Abtastspur auf der Wand des Bohrloches ab, die theoretisch von den Abtastspuren der anderen Systeme unabhängig ist. Wenn beispielsweise zwei ähnliche Sendeempfangswandlersysteme vorhanden sind, von denen das eine um 180° hinter dem anderen angeordnet ist, ist es möglich, entweder eine feinere Einzelheit der Abtastanzeige längs des Bohrloches zu zeigen oder die Sonde vertikal zweimal so schnell zu bewegen und dennoch dieselben Verhältnisse der Spurabstände in vertikaler Richtung zu haben, wie es bei der Hälfte der Vertikalgeschwindigkeit der Sonde mit einem einzigen Sendeempfangs-

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■wandlersystem der Fall wäre, v/ie es gegenwärtig üblich ist.

Ein Grund für die hohen Kosten der Messung besteht in der Zeit, die benötigt wird, um eine Messung durchzuführen. Je mehr Zeit eine Messung in Anspruch nimmt,· umso langer wird die kommerzielle Benutzung des Bohrloches verzögert, umso langer wird die Meßanordnung benutzt und umso größer sind die Kosten der Messungen. Eine Erhöhung der vertikalen Wandergeschwindigkeit der Sonde könnte daher die Kosten der Messungen erheblich herabsetzen, ohne den Nutzen oder Wert der sich ergebenden Aufzeichnungen in irgdndeiner V/eise zu vermindern. Es ist ohne weiteres möglich, daß bis zu vier oder mehr Sendeempfangswandlersysteme verwandt werden können, um eine Meßgeschwindigkeit zu erhalten, die das Vierfache der gegenwärtigen Meßgeschwindigkeit mit einem einzigen Sendempfangsv.'andlersystem beträgt oder noch höher ist.

Es ist gleichfalls wichtig, mehrere Sendeempfangswandlersysteme in einer vertikalen Gruppierung zu verwenden, die in einer Vielzahl verschiedener horizontaler Ebenen.an der rotierenden Anordnung angeordnet ist. Derart angeordnete mehrfache Sendeempfangswandlersysteme wären vorzugsweise in einer vertikalen Ebene durch die Drehachse zueinander in einer Linie ausgerichtet, obwohl das nicht unbedingt erforderlich ist.

Zur Beschreibung, in welcher Weise die mehrfachen Sendeempfangswandlersysteme in das Gerät eingebaut werden können, wird im folgenden auf Fig. 8 Bezug genommen, die das gegenwärtige Verfahren des Anbringens eines einzigen Sendeempfangswandlersystems 200 an der rotierenden Anordnung 206 zeigt. Die rotierende Anordnung weist eine Innenfläche 2 i0 auf, die eng auf die·Außenseite der rotierenden Hülse 3 ^- in Fig. 2 paßt. Eine Vielzahl von■ Sendeempfangswandlersysternen

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26 -

kann daher in vertikaler Richtung auf einem geeigneten Zylinder, wie beispielsweise dem Zylinder 206 mit ausreichenden Längs abmessungen, angebracht v/erden, wie es in Fig. dargestellt ist. Einrichtungen, wie beispielsweise eine Stellschraube oder eine andere geeignete Einrichtung 208, dient dazu, diese Ringe oder Zylinder 206 an der rotierenden Hülse 304 zu halten und zu verankern, um eine starre und feste rotierende Anordnung beizubehalten. Eine dünne Metallplatte 212, vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material, weist' eine mittlere Öffnung auf, die etwas größer als der Durchmesser des Sendeempfangswandlersystems 200 ist. Das Sendeempfangswandlersystem besteht aus einer dünnen zylindrischen Platte aus einem geeigneten Material, das piezoelektrisch oder elektrostruktiv ist. Die Platte 200 ist an der dünnen Platte 212 dadurch verankert, daß sie in der Mitte der Öffnung angeordnet ist·und beide Elemente über ein geeignetes elastisches Klebemittel miteinander verbunden sind, das die Platte verankert, jedoch eine elastische Form der Befestigung beibehält. Es tritt daher keine Störung bezüglich der richtigen Schwingung des Wandlers auf, wenn elektrische Signale an den Elektroden an den Ober- und Unterflächen liegen.

Eine Untergrundmaterialmasse 214 ist in einer geeigneten Form ausgebildet. Die Vorderflache sitzt an der Platte 212. Dieses Untergrundmaterial besteht aus einem Gemisch eines sehr feinen Pulvers eines sehr dichten Metalls, beispielsweise Wolfram, das mit einem elastischen Kunststoffmaterial gemischt und vergossen ist. Das -Untergrundmaterial dient dazu, Schwingungen zu absorbieren, die zur Rückseite des Sendeempfangswandlersystems, d.h. zu der Fläche der Platte übertragen werden, die der ebenen Fläche des Untergrundmaterials zugev/andt ist.

3 ■-ι π r> η ο η Z U Ö O O Ο

Beide Außenflächen der piezoelektrischen Platte schwingen gegeneinander, so daß beide Schwingungen einander teilweise aufheben, es sei denn, daß eine dieser Schwingungen stark gedämpft wird. Es wird daher nur ein sehr kleiner Teil der Energie senkrecht zur oberen Außenfläche der Platte oder zur oberen Außenfläche des Wandlersystems 200 übertragen. Die Art des Untergrundmaterials, die oben beschrieben wurde, wird üblicherweise verwandt und nicht weiterbeschrieben.

Die Leitung 202, die mit der oberen Außenfläche des Sendeempfangswandler systems 200 verbunden ist, geht durch eine gebohrte Öffnung 204, wie es schematisch in Fig. 8 dargestellt ist. Es sind weitere Öffnungen vorhanden, um zusätzliche Signalleitungen, wie die Signalleitung 202 von den anderen Sendeempfangswandlersystemen, hindurchzuführen, die an der Hülse 34 angebracht sind. Dieses herkömmliche Verfahren des Anbringens und Aufbauens der rotierenden Anordnung usw. wird nicht weiter beschrieben, außer daß angegeben wird, wie zusätzliche separate Wandlerplatten, ähnlich wie die Platte 200, verwandt werden können.

Fig. 9A, 9B, 9C und 9D zeigen die möglichen Kombinationen von zwei oder mehr Sendeempfangswandlersystemen. In Fig. 9A sind beispielsweise zwei Platten 200A und 200B dargestellt, die an einem einzigen Ring 2βΟ um einen Seitenwinkel von 180° voneinander getrennt angebracht sind. Fig. 9B zeigt drei Sendeempfangswandlersysteme 200A, 200b und 200C, die in einem Seitenwinkelabstand von 120° voneinander angeordnet sind. In ähnlicher V/eise sind die Abstände in Fig. 9C gleich 90° und in Fig. 9D gleich 60°. Andere Abstandsanordnungen oder konstruktive Details können natürlich vorgesehen sein, wobei die Anordnungen in den Fig. 8, 9, 10, 11 und 12 nur zur Darstellung dienen und in keiner Weise air; ßenohrr.nlamr;

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aufzufassen sind.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von Sendeempfangswandlersystemeinheiten 226A, 226B und 226C,die an einer gewählten rotierenden Anordnung 220 angebracht sind, wobei jede Einheit ihr eigenes Untergrundmaterial 214 aufweist und in einer Längsebene durch die Drehachse angeordnet ist. Eine wichtige Möglichkeit, die eine derartige Anordnung bietet, besteht darin, wenigstens in vertikaler Richtung eine größere Abmessung des Wandlers vorzusehen. Ein Wandler mit größerer Abmessung bildet natürlich ein viel stärker gebündeltes Wellenbündel, was tatsächlich insofern wertvoll ist, als" sich größere Einzelheiten der reflektierenden Fläche ergeben, die abgetastet werden soll.

Es wurde sehr viel theoretische und konstruktive Arbeit in die Übertragung von Signalen von verschiedenen Arten von linearen Anordnungen von Sendern investiert. Dieselbe Technik, die entwickelt wurde, kann bei Hochfrequenzradarantennen oder bei Sonarantennen oder seismischen Antennen sowohl zum Senden als auch zum Empfangen angewandt werden. Obwohl diese Anordnungen für das Aussenden eines geeigneteren Energiebündels wichtig sind, liefern sie auch eine größere Empfangsempfindlichkeit als ein kleiner Wandler, der normalerweise benutzt wird.

In Fig. 10 ist eine Achse 232 in der diametralen Ebene der rotierenden Anordnung 220 dargestellt. Der ovale Umriß 230 zeigt die Form des Bündels, bezogen auf seinen Durchmesser, als Funktion des Abstandes oder Radius vom Sender längs der Achse 232. Diese Form 230 kann dadurch verbessert werden, daß gleichzeitig separate Wandler in Übereinstimmung mit den theoretischen Überlegungen erregt weiden. Diese theoretischen Überlegungen wurden über Jahre entwickelt und sind all-

gemein bekannt und in der Literatur beschrieben. Diesbezüglich sei beispielsweise auf Albers "Underwater Acoustics Handbook II", S.180 bis 205 verwiesen. Die Art der Form des Wellenbündels in Fig. 10 zeigt die mögliche Verbesserung des Sendebündels und der Empfangsempfindlichkeit, wenn die ■ richtigen theoretischen Überlegungen angestellt und die einzelnen Elemente 22βΑ, 226B und 226c mit SendeSignalen in der richtigen Phasen- und Amplitudenbeziehung ver- . sorgt werden. Da die elektronischen Schaltungen der Bildung des Bündels bekannt sind, ist eine weitere Beschreibung dieser Schaltung nicht notwendig.

Eine weitere Fähigkeit einer linearen Antenne, wie sie im oberen Teil von Fig. 10 dargestellt ist, besteht darin, daß bei einer richtigen Phasen- und Amplitudensteuerung des an den Wandlern liegenden elektrischen Signals die Hauptachse des Bündels, die beispielsweise bei 232 dargestellt ist, schräg liegen kann, so daß die Achse längs der Linien 240A oder 240B oder 240C usw. beispielsweise verläuft.

Es ist möglich, eine zweite ähnliche Anordnung 224 mit einer Vielzahl von beispielsweise drei Sendeempfangswandlersystemen 228A, 228B und 228C usw. zu verwenden. Das Bündel 231 kann in ähnlicher Weise unter Winkeln 242A, 242B oder 242C ähnlich wie die Winkel 240A, 240B, 240C schräg liegen. Ss ist somit ersichtlich, daß dann, wenn eine dieser Anordnungen als Sender verwandt wird und längs der Richtung 240C aussendet, während die andere Einheit 224 als Empfänger arbeitet und ihr Empfangsb-"^;ndel längs der Linie oder Achse 242C verläuft, an einer Fläche, wie beispielsweise der Fläche 271» eine Reflexion der ausgesandten Energie auftreten wird. Das Bündel auf der Achse 242C wird längs der Achse 242C zur Anordnung der Einheit 224 rückreflektiert. Durch eine Änderung der Winkel oder der Schräglage der Bündel 230 und 23'

HO

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kann gleichfalls der optimale Punkt des Reflexionsvermögens von 271» beispielsweise auf 271' oder 271" usw., verschoben werden. Die Art, in der die Schräglage des Bündels geändert werden kann, kann über die Amplitude oder Frequenz einer Spannung oder eines Stromes gesteuert werden, der derjenigen Schaltung geliefert wird, die das Bündel bildet, wobei diese Steuerung natürlich von der Erdoberfläche über einen Steuerleiter in den Kabeln zur Sonde erfolgen kann. Wenn somit das empfangene Signal, das durch das Bündel 231 angegeben ist, zur Oberfläche übertragen werden und an einer Anzeigeeinrichtung betrachtet werden kann, können die die Schräglage des Bündels bewirkenden Schaltungen so variiert werden, daß der Radius über einen weiten Bereich für eine sorgfältige Erforschung des Materials hinter der Wand des Bohrlo-. ches geändert werden kann.

Wie es bereits beschrieben wurde, ist es natürlich für eine größere Eindringtiefe des Bündels bevorzugt, eine so niedrige Schwingungsfrequenz des Wandlers wie möglich zu verwenden, ohne die Genauigkeit und die Einzelheit der Messung zu gefährden.

Wenn gleichfalls das flüssige Medium im Bohrloch während des Zeitintervalls der Messung geändert werden kann, kann es zweckmäßig sein, ein geeignetes flüssiges Medium vorzusehen, das die geringste Dämpfung der Schallsignale bewirkt, die beim Abtasten verwandt werden.

In Fig. 13 ist ein Sendeempfangssystem dargestellt, das eine Erweiterung des in Fig. 10 dargestellten Systems darstellt und eine Vielzahl von Sendeempfangswandlersystemen sowohl in horizontaler Ebene als auch in vertikaler Ebene umfaßt. Die Anordnungen 280, 284 sind somit mit den Anordnungen 220 und 224 von Fig. 10 vergleichbar, unterscheiden sich davon

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jedoch darin, daß zwei Gruppen von vertikal im Abstand voneinander angeordneten Sendeempfangswandlersystemen vorgesehen sind. Die Anordnung 280 enthält gleichfalls eine Reihe von Elementen 290A, 290B, 290C und eine vertikal im Abstand voneiander angeordnete Reihe von Elementen 292A, 292B und 292C. Wie in Fig. 1, arbeitet die Elementenreihe 286 mit der Elementenreihe 288 zusammen, um einen Wandler 286 zum Senden und einen Wandler für den Empfang beispielsweise vorzusehen. Diese sind vorzugsweise mehrelementig. aufgebaut, so daß eine Formung des Wellenbündels und eine Schrägstellung des Wellenbündels möglich sind.

Die Gruppen 290 und 292 arbeiten in der gleichen Weise zusammen. Ein Vorteil der in Fig. 13 dargestellten Anordnung besteht darin, daß die Gruppen 286, 288 eine niedrigere Frequenz und die Gruppen 290 und 292 eine höhere Frequenz haben können. Das ist in Fig. 13 durch die angegebenen Achsen der beiden Sendeempfangswandlersysteme wiedergegeben. Der effektive Meßradius der Gruppen 286,288 ist 294 beim Radius 294', wohingegen der Meßradius der Gruppen 290,292 gleich' 298 beim Radius 298' ist, der wesentlich kürzer als der Radius 294' ist. Beide Gruppen von Wellenbündeln können natürlich auf verschiedene Achsen und verschiedene effektive Radien ferngesteuert werden.

Fig. 11 zeigt die Verwendung von mehreren Wandlern in. einer horizontalen Ebene, die eine Formung des Wellenbündels in ähnlicher Weise liefern, wie die in Fig. 10 und 13 dargestellten Anordnungen.

Im folgenden wird beschrieben, wie die mehrfachen elektrischen Abtastsignale zur Oberfläche unter Verwendung von Heßkabeln übertragen v/erden, die ursprünglich für die Übertragung von relativ niederfrequenten elektrischen Meßsignalen,

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HZ

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beispielsweise Signalen von weniger als 50 kHz, ausgelegt sind.

In Fig. 14 ist schematisch eine rotierende Anordnung 34 mit vier getrennten Sendeempfangswandlersystemen 46A,4öB, 46C und 46d statt der in Fig. 2 und 3 vorgesehenen Zweiwandlersysteme, dargestellt. Diese Wandlersysteme sind in derselben transversalen Ebene quer zur Drehachse angeordnet. Jedes System ist über Leiter 46A¹, 46B', 46C, 46D' mit einem Mehrstellungsschalter 62' verbunden, der so wie der Schalter 62 in Fig. 3 dargestellt ist,und über ein Signal angesteuert wird, das über die gestrichelte Linie 64 kommt. Ein Impulsgeber, der in jeder Hinsicht mit dem in Fig. 3 dargestellten Impulsgeber identisch ist, ist im Block 81 dargestellt und weist drei Anschlüsse auf, von denen einer 84 mit Energie versorgt wird, ein anderer den Leistungsausgang auf der Leitung 92 bildet, um ein Schallsignal auszusenden, und von denen der dritte 75 ein Zeitsteuersignal dem Impulsgeber liefert. Obwohl es in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, geht die Leitung 75 zu einer Zeitgebereinrichtung, beispielsweise der Einrichtung 74 in Fig. 3, die gleichfalls so geschaltet ist, daß sie.den Sendeempfangsumschalter 66 in Fig. 14 zeitlich steuert. Das Ausgangssignal des Schalters 66 liegt über einen Verstärker 70 und einen Detektor 67 am Übertragungskanal 72 des Kabels 20, wie es in Fig. 3 dargestellt ibt.

Es ist bereits früher darauf hingewiesen worden, daß eine beliebige Anzahl von Sendeempfangswanderlsystemen je nach Wunsch an der rotierenden Anordnung vorgesehen sein kann, obwohl in Fig. 3 nur zwei Systeme und ein einziger Impulsgeber dargestellt sind. In Fig. 15 ist eine ähnliche Schaltung dargestellt, bei der getrennte Impulsgeber 81A und 81B vorgesehen sind, so daß jedes Sendeenpfangswandlersystem

3 20 3 3 3 9

HS

getrennt von dem anderen arbeiten kann.

Wie es in Fig. 15 dargestellt ist, wird jeder Impulsgeber 81A und 81B von einer Versorgung 84 über separate Leitungen 84A und 84B und separate Widerstände 162A und 162B mit Energie versorgt. Das Zeitsteuersignal kommt vom Zähler 166, an dem ein Taktsignal von einem Taktgeber 164 über die Leitung 182 liegt. Der Zähler oder die Steuerung 166 liefert gleichfalls ein weiteres Ausgangssignal auf den Leitungen 167 und 168 dem Sendeempfangs-schalter 150. Der Schalter 150 trennt die Ausgangsleitungen 48" und 46" immer dann ab, wenn ein Impulsgebersignal auf den Leitungen 46' und 48' vorliegt, die über die Schleifringe mit den beiden Wandlersystemen 46 und 48 jeweils verbunden sind.

Bei der in Fig. 15 dargestellten Vorrichtung werden somit zwei SchallsignalausSendungen gleichzeitig durchgeführt und die empfangenen Signale über die Leitungen 48" und 46" übertragen. Die Signale auf diesen Ausgangsleitungen können direkt zum Kabel gehen, wenn dort zwei getrennte Übertragungseinrichtungen vorgesehen sind. Sie können jedoch auch kombiniert werden, wie es im folgenden anhand der Fig. 16 und 18 beschrieben wird, wenn im Kabel nur ein einziges Übertragungssystem vorhanden ist. Wie es gleichfalls bereits in Fig. 3 dargestellt ist, liefert ein Kompaß,vorzugsweise ein Zeigerkompaß, wie beispielsweise ein Luftspaltkorapaß oder ein anderer verfügbarer Kompaß einen Signalimpuls auf der Ausgangsleitung 60', wenn immer die abtastenden Sendeempfangswandlersysteme eine nach Norden gerichtete Linie kreuzen. Die Impulsgeber werden zeitlich so gesteuert, daß die Sendeimpulse für die Vielzahl von Sendeempfangswandler-· systemen synchronisiert sind.

Da die Übertragung einer Vielzahl von Abtastsignalen das ließ-

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kabel erforderlich macht, könnte es erwünscht sein, das Kabel selbst zu betrachten, das die einzige Verbindungseinrichtung zwischen der Sonde und der Erdoberfläche darstellt. Meßkabel, die zum Betrieb von Bohrlochfernsehanlagen verwandt werden, sind im allgemeinen dieselben Kabel, die für viele andere Arten von Meß- und Sensorvorrichtungen verwandt werden, die dazu dienen, Bohrlöcher zu messen und die verschiedenen Eigenschaften der Formationen unter der Erdoberfläche zu ermitteln. Beim Messen des spezifischen elektrischen Widerstandes, des Eigenpotentials und anderer Arten elektrischer Erscheinungen haben die Signale eine viel niedrigere Frequenz als bei Bohrlochfernsehanlagen. Ein Kabel mit einem gewöhnlichen Leiterpaar zum Übertragen der Signale reicht völlig aus. Es wird allgemein angenommen, daß die herkömmlichen Meßkabel, die gegenwärtig in Benutzung sind und eine Länge von 6 000 bis 9 000 m haben, in angemessener Weise Signale im Bereich von 50 bis 100 kHz oder kBit pro Sekunde handhaben können.

Die gewünschte Auflösung der Abtastsignale, die zur Erdoberfläche übertragen v/erden, kann aus den folgenden Gründen herabgesetzt werden. Bei der Messung des Durchmessers oder der Eindringtiefe der Schallsignale durch den Schlamm und die Felswand des Bohrloches wäre die kleinste erwünschte Auflösung 0,015 m (0,05 inch),wobei 256 derartiger Einheiten eine radiale Eindringtiefe von etwa 4 m oder 4,3 m überdecken.

Bei der Messung des Azimuths besteht die herkömmliche zeitliche Steuerung in 560 Sendeimpulsen für eine Umdrehung von· 360°, was eine kleinste Winkelauflösung von 1° ergibt. Bei der Messung der Signalamplitude gibt ein digitaler 6 Bitwert für die Amplitude eine kleinste Auflösung von etwa 1

Um die Abtastsignale mit diesen kleinsten. Auflösungen zu übertragen, wären 256 . 360 · 6 · 3 (Upm) oder 1,6 Hillionen Bit/s erforderlich. Mit einer derart hohen Datengeschwindigkeit ist es ersichtlich unmöglich, ein vollständiges Schallabtastsignal digital zu übertragen, obwohl eine digitale Übertragung eine genauere Amplitudenübertragungs liefern würde.. Obwohl industriell Hochfrequenzübertragungskanäle, wie beispielsweise Koaxkabel und faseroptische Kanäle, zur Verfügung stehen, sind diese im allgemeinen heute beim Meßdienst nicht verfügbar. Es ist sehr wahrscheinlich, daß sie künftig verfügbar sein werden, in welchem Fall die Datengeschwindigkeiten noch wesentlich höher sein können, so daß eine vollständige digitale Abtastsignalübertragung in geeigneter Weise gehandhabt werden kann.

Es gibt einen bestimmten Vorteil, wenn mehrere Sendeempfangswandlersysteme, beispielsweise zwei derartige Systeme,mit verschiedenen Frequenzen vorhanden sind. Wenn das eine Wandlersystem in einem hohen Frequenzbereich liegt, und das andere in einem niedrigeren Frequenzbereich liegt, würde die Genauigkeit der Amplitudenmessung in kurzen Abständen von den Sendern von der im hohen Frequenzbereich liegenden Einheit kommen, während eine größere Eindringtiefe in den Felsen mit den Wandlern mit niedriger Frequenz möglich wäre.

Eine -Möglichkeit der Handhabung dieser Art eines Signals besteht darin, zunächst das eine Signal bezüglich des anderen zu verzögern,·bis die beiden Abtastsignale in Phase sind und anschließend das hochfrequente Abtastsignal für ein bestimmtes gewähltes Zeitintervall und anschließend das niederfrequente Abtastsignal zu tasten oder einzublenden. Dadurch kann ein einziges analoges Signal über die vorhandenen Kabel zufriedenstellend übertragen werden, und kann dennoch der Vorteil von zwei Sendeempfangswandlersystemen erhalten

- 3Θ--

werden.

Eine andere Möglichkeit, die vorhandenen Kabel wirteam mit mehr als einem Sendeempfangswandlersystem auszunutzen, besteht darin, die analogen Abtastsignale in der Sonde zu verarbeiten, um die Amplituden der reflektierten Signale und den entsprechenden Radius des Durchmessers zum Zeitpunkt des Rücksignals zu bestimmen. Diese zwei Werte können digital in relativ wenigen Bits ausgedrückt werden, so daß bis zu vier derartige Paare von Signalen der Reihe nach genauso, wie es durch Multiplexen möglich wäre, über die bestehende einzige analoge Übertragungsschaltung in den herkömmlichen Kabeln übertragen werden können.

Eine Art eines- vorhandenen Meßkabels verwendet sieben Leiter, von denen zwei als Übertragungskanäle dienen, während weitere vier zur Steuerung, Energieversorgung usw. verwandt werden. Es kann jedoch möglich sein, vier Leiter dazu zu verwenden, zv/ei getrennte Leiterpaare für die analoge Übertragung der Abtastsignale vorzusehen. Wenn es zwei analoge Übertragungskanäle gibt, können zwei elektrische Abtastsignale von zwei Sendeempfangswandlersystemen unabhängig und gleichzeitig als analoge Signale in herkömmlicher Weise zur Oberfläche übertragen werden. Die beiden Übertragungskanäle können auch für eine Übertragung von acht getrennten Abtastsignalen sorgen, wenn diese so verarbeitet werden, daß nur die Amplitude des reflektierten Signals und der Zeitpunkt des reflektierten Signals übertragen werden. Wenn zwei Sendeempfangswandlersysteme mit verschiedener Frequenz vorgesehen sind, können die Amplitude von der hochfrequenten Reflexion und der Durchmesser von der niederfrequenten Reflexion zur Übertragung kombiniert werden. Wenn die Vielzahl an Sendeempfangswandlersystemen in derselben horizontalen Ebene und im Abstand in Umfangsrichtung an der rotierenden Anordnung angeordnet ist, können diese Systeme natürlich

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einzeln in der Zeit verzögert werden, bis sie alle in Phase sind und können die Systeme dann überlagert werden, um ein Signal mit einem höheren Signalrauschverhältnis zu liefern.

Eine weitere, sehr zweckmäßige Kombination besteht darin, zwei analoge Übertragungsschaltungen vorzusehen und zwei identische Sendeempfangswandlersysteme an der rotierenden Anordnung zu verwenden, so daß an der Oberfläche zwei Abtastsignale pro Umdrehung der rotierenden Anordnung ankommen, und somit ein kürzerer vertikaler Abstand zwischen den Abtastpunkten an der Anzeige sich ergeben würde. Umgekehrt kann die Sonde vertikal mit einer Geschwindigkeit gleich dem Zweifachen der normalen Meßgeschwindigkeit bewegt werden und dennoch dieselbe Messung liefern, die bei einer langsameren vertikalen Meßgeschwindigkeit und einem einzigen Sendeempfangswandlersystem erhalten werden würde. Durch die Verwendung von zwei oder mehr identischen Sendeempfangswandlersystemen ist es daher möglich* die Meßgeschwindigkeit des Bohrloch-Fernseh- oder Fernüberwachungssystems um einen Faktor von zwei, drei oder mehr in Abhängigkeit von der Anzahl der Sendeempfangswandlersysteme zu erhöhen. Da einer der Hauptanteile der Kosten der Messung die Leerlaufmontagezeit betrifft, kann dieser Anteil halbiert werden, wenn zwei Sendeempfangswandlersysteme benutzt werden usw.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß mittels einer Einrichtung zum Erhöhen der Frequenz der Abtastsignale, bei spielsweise um den Faktor zwei, zwei derartige Signale über ein Kabel mit einem einzigen Übertragungskanal der Reihe nach in derselben Zeit übertragen v/erden können, die bisher für die Übertragung von einem Signal benötigt wurde. Das würde natürlich die.Maximalfrequenzen der analogen Abtastsignale erhöhen und könnte nicht vollständig zufriedenstel-

3 2 0 Π C 3 G

lend sein. In einem derartigen Fall kann es wünschenswert sein, die Minimaldatenerfordernisse einer der mehreren durchgeführten Messungen zu ändern. Es kann beispielsweise möglich sein, einen Schallimpuls an jedem der beiden Sendeempfangswandlersystemen alle 2"-Drehung der. rotierenden Anordnung auszusenden, das Signal von einem Wandlersystem zum anderen ,jedoch zu wechseln. In dieser V/eise werden getrennte elektrische Abtastsignale, in der normalen Weise übertragen, wobei zv/ei derartige Abtastungen von zwei getrennten Wandlersystemen dann abwechselnd über ein einziges Kabel jeweils in mehr oder weniger herkömmlicher Weise übertragen werden können. Eine andere Möglichkeit dafür besteht natürlich darin, die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung mit der Ausnahme zu verwenden, daß statt des langsamen mechanischen Schalters 62 ein sehr schneller elektronischer Schalter verwandt wird, der in MiHiSekunden-Intervallen umschalten ■ kann.

Das wäre eine Art des Multiplexbetriebes, bei dem die Übertragungszeit zwischen zwei Wandlern der Reihe nach aufgeteilt wird. Die beiden elektrischen Abtastsignale müssen natürlich dadurch in Phase miteinander gebracht werden, daß dem einen oder anderen Signal in der in Fig. 6 dargestellten Weise, durch die Verzögerungseinrichtung 16O eine Zeitverzögerung zuaddiert wird. Auf der gleichen Basis können drei oder vier oder mehr Sendeempfangsv/andlersysteme der Reihe nach mit einer gewissen Abnahme der Auflösung verwandt werden.

InFig.i6p.n der eine Abwandlungsform der in Fig. 15 dargestellten Anordnung gezeigt ist, ist ein abwechselndes schnelles Umschalten der Leitungen 75A und 75B durch den Schalter 21 dargestellt. Dieser Schalter ist aus Gründen der Deutlichkeit als separater Schalter dargestellt, er ist

η η η.

3 L υ

jedoch am zweckmäßigsten im Zähler 166 ausgebildet. Der Schalter 21 wird in der dargestellten V/cise durch die Einrichtung 21' vom Zähler 166 gesteuert. Statt die Signale von beiden Sendeempfangswandlersystemen jeweils beispielsweise bei einer Umdrehung von 1° zu übersenden, wird das Signal des ersten Wandlersystems bei 1 auf der Linie 402 in Fig. 17, anschließend 1° später auf der Linie 404 das andere, jedoch nicht das erste Signal, dann 1° später auf der Linie 406 wieder das erste Signal gepulst und wird diese Abfolge fortgesetzt. Gleichzeitig jedes Grad wird immer nur ein Signal gepulst, um die Signalfolge 412,414,416,418 usw. zu erzeugen.

Die beiden Wandler fallen natürlich nicht zusammen, so daß das elektrische Abtastsignal von einem Wandler, beispielsweise auf der Leitung 48", durch die Zeitverzögerungseiririchtung 160 um eine halbe Periode der Umdrehung verzögert wird. Das erfolgt über die Zeitverzögerungseinrichtung 1oO, die zweckmäßigerweise eine ladungsgekoppelte Einrichtung ist, die auf dem Markt erhältlich ist-und nicht weiter beschrieben werden muß. Die beiden Signale_werden anschließend durch die Schaltung der Widerstände 385,385' addiert und an den Verstärker 386 und die Übertragungsleitung 342 gelegt.

Wie es in.Fig. 17 dargestellt ist, wird zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt nur ein elektrisches Abtastsignal übertragen, so daß keine Tasteinrichtung erforderlich ist. Die beiden Abtastsignale können identisch sein, d.h. von demselben Sendeempfangswandlersystem stammen. Sie können jedoch auch von verschiedenen Sendeempfangswandlersystemen stammen, wie es beispielsweise in Fig. 17 dargestellt ist, die ein Signal von einem Wandlersystem mit hoher Frequenz auf den Linien 1, 3 und 5 und ein Signal mit niedriger Frequenz und einer r/r'.-teren Energiervückkehr auf den Linien Λ04 und 408 zeigt.

In Fig. 18 ist eine Speichereinheit 380 dargestellt, die vier getrennte Speicherteile M1A, M1B, M2A, M2B usw. umfaßt, die jeweils mit 381A, 381B, 382A und 382B numeriert sind. Zwei Schalter 374A und 374B sind vorgesehen, wobei einer am Einlaß der Speicher und der andere am Auslaß der Speicher angeordnet ist. Zwei Leitungen 370 und 372 von den Analog-Digitalwandlern 268 und 270 führen zu den beiden Einlaßschaltern 374A, die abwechselnd diese beiden Leitungen mit dem ersten Speicher M1A und M1B verbinden und auf einen Befehl die beiden Leitungen auf das zweite Speicherpaar M2A und M2B schalten können usw.

Der zweite Schalter 374B arbeitet in ähnlicher Weise, jedoch um 180° zum ersten Schalter 374A phasenverschoben. D.h. mit anderen Worten, daß dann, wenn die Leitungen 370 und 372 mit den ersten beiden Speichern verbunden sind, der Schalter 374B mit den zweiten beiden Speichern verbunden ist und umgekehrt. Die Ausgangssignale vom Schalter 374B liegen .an Digital-Analogwandlern 375 und 375' und anschließend an Tasteinrichtungen 384 und 384· sowie über zwei gleiche Widerstände 385 und 385', die die Signale miteinander verbinden, an einem Leitungsverstärker 386, dessen Ausgang mit dem Übertragungskanal 342 des Kabels verbunden ist. Die Bitgeschwindigkeit von den Analog-Digitalwandlern 268 und 270 ist gleich der Bitladegeschv/indigkeit in die Speicher über den Schalter. 374A und wird über eine Taktfrequenz CF1 auf der Leitung 387A gesteuert, die von einem Taktgeber C2 164B kommt. Das Auslesen des Speichers über den Schalter 374B wird von einer mit höherer Frequenz gesteuerten Bitgeschwindigkeit CF2 gesteuert, die auf der Leitung 387B vom Taktgeber C2 kommt. Die Bitgeschwindigkeit CF2 beträgt normalerweise das Doppelte der Geschwindigkeit CF1. Wenn jedoch drei oder mehr getrennte Sendeempfangswandlersysteme im Multiplexbetrieb mit dem Kabel betrieben werden sollen, beträgt die Geschwindigkeit CF2

3 ? O : 54

das Dreifache oder ein Mehrfaches der Geschwindigkeit CF1.

Es ist eine Einrichtung M 378 vorgesehen, die über den Grundtaktgeber 16A- betrieben wird und die Schalter 374A und 374B über Einrichtungen ansteuert, die durch gestrichelte Linien 37β dargestellt sind. Diese beiden Schalter v/erden synchron geschaltet, sind jedoch in der oben beschriebenen Weise phasenverschoben. Ein Schalter belädt zwei Speicher, während der andere Schalter ein zweites Speicherpaar ausliest usw. Die Tasteinrichtung 384 wird gleichfalls durch eine dritte Frequenz vom Taktgeber Cl 164A gesteuert. Alle Talctgeber C1, C2 und M werden über den Grundtaktgeber C 164 gesteuert, wobei die Frequenzen in bekannter Weise heruntergeteilt werden. Während die Frequenzen für ,jede Steuerung vorschieden sein können, sind sie alle über den Taktgeber C synchronisiert.

Im folgenden wird auf Fig. 19 Bezug genommen und der Fall betrachtet, daß zwei Sendeempfangswandlersysteme beim Rotieren zusammenfallen. Sie fallen natürlich nicht räumlich-körperlich zusammen," da sie im Abstand von 180° voneinander entfernt angeordnet sind, für dieses Zusammenfallen kann ,jedoch über die Zeitverzögerungseinrichtung 160 gesorgt werden, wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde. Ein verzögertes Signal 436 vom Wandlersystem A auf der Linie 430, das in Fig. mit A + D (A -:- Verzögerung) dargestellt ist, ist mit dem Signal 438 vom Wandlersystem B auf der Linie 432 in Phase. Beide beginnen zum Zeitpunkt TO und dauern bis zum Zeitpunkt T2 an. Das Rechteck zwischen den Linien 423 und 432 und TO und T2 ist schraffiert, um ein erstes Speicherpaar H1A, .1-113 anzugeben, in das diese beiden elektrischen Abtastsignalc eingegeben werden. Als nächsten worden die beiden elektrischen Abtastsignale 436' und 438' in die zweiten Speicher M2A H2B eingegeben.

- kk -

Während die zweiten elektrischen Abtastsignale in die Speicher eingegeben werden, werden die vorher eingegebenen Signale 436 und 438 in Folge mit doppelter Geschwindigkeit als Signale 436A und 438A ausgegeben. Diese Abfolge wird wiederholt. Wenn die zweiton Speicher M2A und M2B beladen werden, werden die nächsten beiden Signale auf die Speicher M1A und M1B zurückgeschaltet· usw. Während somit die beiden getrennten Abtastsignale aufgezeichnet werden, und zwar gleichzeitig jedes für 1° Umdrehung, werden die beiden Abtastsignale mit doppelter Frequenz in.Folge übertragen.

Die beiden Sendeempfangswandlersysteme können natürlich ähnlich sein, wobei es in diesem Fall möglich ist, mit doppelter Geschwindigkeit ohne Verlust an Einzelheiten zu messen. Die beiden Sendeempfangswandlersysteme können auch verschieden sein, d.h. ein System kann eine hohe Frequenz haben, während das andere System eine niedrige Frequenz hat, wobei in diesem Fall zwei getrennte Messungen.aufgezeichnet werden können. Jedes übertragene elektrische Abtastsignal kann ein zusammengesetztes Signal sein, das dadurch erhalten wird, das zunächst ein Abtast,signal hoher Frequenz zur Lieferung einer Abtastung im nahen Bereich und anschließend ein Abtastsignal mit niedriger Frequenz für eine Abtastung im weiter wegliegenden Bereich getastet bzw. eingeblendet werden. Die beiden übertragenen elektrischen Abtastsysteme können daher von vier getrennten Sendeempfangswandlersystemen, d.h. von zwei Systemen mit hoher Frequenz und zwei Systemen mit niedriger Frequenz, kommen usw.

Der Zweck der Tasteinrichtung 384 in Fig. 18 besteht darin, daß zwei Abtastsignale, die mit doppelter Bitgeschwindigkeit ausgelesen v:erden können, der Reihe nach in der Zeit übertragen werden, in der zvei Sendeempfangssignale in das entgegengesetzte Speicherpaar parallel eingegeben werden. Natürlich

3208G39

Sl

wird nur eines dieser Signale 336A und 338A gleichzeitig ausgelesen. Der Schalter 374B ist z.B. in der dargestellten Weise mit dem unteren Speicherpaar verbunden. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, daß der Inhalt des Speichers M2A zuerst übertragen wird, so daß dieser Speicher mit doppelter Geschwindigkeit ausgelesen und der Speicherinhalt über die Tasteinrichtung 384, den Widerstand 385 und den Verstärker 386 über die Leitung 342 zum Kabel geführt wird. Wenn dieser Arbeitsvorgang beendet ist, wird das zweite Abtastsignal im Speicher M2B über die Tasteinrichtung 284' gesteuert, mit der höheren Bitgeschwindigkeit ausgelesen und in ähnlicher Weise über die Leitung 342 im Kabel übertragen. Während der Zeit, während diese beiden Signale vollständig ausgelesen wurden, ist das nächste Paar von ReflexionsSignalen in das obere Speicherpaar eingegeben Worden. Die Schalter 374a und 374B werden anschließend betätigt, um die Einlaßschalter mit dem zweiten Speicherpaar zu verbinden und die Auslaßschalter mit dem ersten Speicherpaar zu verbinden usw.

Während in den Figuren 16 und 18 nur zwei elektrische Abtastsignale dargestellt sind, vorsteht es sich, daß darin . nur ein Ausführungsbeispiel zu sehen ist,das in keiner V/eise eine Beschränkung darstellt. Die Vorrichtung kann daher so erweitert werden, daß drei, vier oder mehr gleichzeitige elektrische Abtastsignale dadurch übertragen werden, daß diese in den Speicher mit einer ersten Frequenz eingegeben und aus dem Speicher mit einer Frequenz ausgelesen werden, um . einen Faktor 2,3,4 oder mehr höher ist, woraufhin die ausgelesenen Signale der Reihe nach übertragen werden.

Fig. 15 bis 19 zeigen die Verwendung von mehreren Sende-, empfangswandlersystemen, go daß bei ,leder Umdrehung dor rotierenden Anordnung dan Zweifach, das Dreifache oder dac Vierfache oder noch ein Mehrfachea an Information über ,jede

3 2 Π G G 3 9 54

Umdrehung aufgezeichnet werden kann, ohne eine Änderung im mechanischen Grundsystem der Sonde vorzunehmen. Das gibt die Möglichkeit, mit höheren Geschwindigkeiten ohne Verlust an wesentlicher Information zu messen und gleichfalls mehrere Messungen mit gleicher oder höherer Geschwindigkeit aufzuzeichnen, was eine zusätzliche Information liefert.

In den Fig. 2OA,2OB und 2OC sind drei Schaltungen dargestellt, mit denen zwei elektrische Reflexionssignale von zwei Sendeempfangswandlersystemen auf der Leitung 48' und 46' durch den Sendeempfangsschalter 150 geschaltet werden können und auf die Ausgangsleitungen 48" und 46" über getrennte Verstärker 252 und 254 gehen. Wie es in Fig. 2OA dargestellt ist, geht eines der Signale zu einer Zeitverzögerungseinrichtung 160, wie es vorher beschrieben wurde, um beide Signale phasengleich zu machen. Sie werden anschließend mittels einer Widerstandseinrichtung 1β2Α und 162B überlagert und gehen dann über den Verstärker 180 zu einem einzigen Übertragungskanal 178 des Kabels 20.

Wie es oben erwähnt wurde, kann es wünschenswert sein, daß beide Sendeempfangswandlersysteme an derselben rotierenden Anordnung in derselben transversalen Ebene angebracht sind, so daß sie synchron sind und längs zweier separater, dicht beabstandeter paralleler Spuren abtasten. Durch Addieren der beiden Signale hat das sich daraus ergebende Signal, das die Summe der beiden Signale ist, ein höheres Signalrauschverhältnis, so daß es gegenüber einem Signal aliein bevorzugt ist.

In Fig. 2OB ist eine ähnliche Schaltung dargestellt, die Abtastsignale von zwei getrennten Sendcempfangswandlersystenen verarbeiten kann, die über die Leitungen 48" und 46" zu den Verstärkern 152 und 154 gehen. Eines dieser beiden Signale liegt an einer Zeitverzögerungseinrichtung 16O, so daß die

- bff -

beiden Signale phasengleich werden. Die Signale gehen Jedoch anschließend über Tasteinrichtungen 156 und 158, die über einen Taktgeber C'i64 über die Leitung 184 zeitlich gesteuert werden. Wenn die beiden Sendeempfangswandlersysteme verschiedene Frequenzen haben, d.h. wenn beispielsweise einer vom herkömmlichen Typ eines Wandlers mit hoher Frequenz ist, dessen Signal beispielsweise auf der Leitung 48" ankommt, während der andere Wandler eine niedrigere Frequenz hat und sein elektrisches Abtastsignal auf der Leitung 46" liegt, dann wird ein Teil des höherfrequenten Abtastsignals, der wenigstens solange wie das erste reflektierte Signal von der Wand des Bohrloches andauert, zuerst durch die Tanteinrichtung 156 getastet und über die Widerstandseinrichtung" 162A und i62B.und den Verstärker 130 auf die Leitung 178 im Kabel 20 gegeben. Anschließend wird die zweite- Tasteinrichtung 158 geöffnet, um später ankommende mögliche Reflexionen von größeren Abständen hinter der Wand des Bohrloches zu übertragen. Das Abtastsignal mit niedrigerer Frequenz wird anschließend über den Widerstand 162B, den Verstärker 180 und die Leitung 178 zur Oberfläche übertragen. Auf diese Weise können zwei getrennte Sendeempfangswandlersystenie jeweils gültige Informationen liefern, die für ihre Arbeitnfrcquenzen am besten geeignet sind, wobei das inegesamt empfangene Signal, das über einen einzigen Übertragungskanal 178 übertragen wird, von größerem Wert" als eines der Signale von einem der Sendeempfangswandlersysteme ist.

Fig. 2OC zeigt eine weitere Möglichkeit der Handhabung der Abtastsignale von zwei unabhängigen Sendeenpfangswandler-S3'^-stemen, wobei die Signale über den S ende empfangs schalter 150 gehen und anschließend über die Einrichtungen 152 und verstärkt und einem I-iultiplexer 216 herkömmlicher Form zugeführt worden. Uiο cc allßcinoin bekannt irrt, kombiniert der Multiplexer die beiden unabhängigen signale, indeia or off oh-

J /. ■ , υ ο J

ti ν die analogen Signale in kurze Signalstücke zerhackt, die anschließend abwechselnd über den Leitungsverstärker 180 und den Ubertragungskanal 178' übertragen werden. An der Erdoberfläche wird das Hultiplexsignal anschließend in der Einheit 261 demultiplext. Die ursprünglichen beiden Signale v/erden dann über die Leitungen 46"· und 48"' den Verstärkern 262 und 264 und einem Aufzeichnungsgerät 266 zugeführt.

Ein Taktgeber 164 in der Sonde liefert ein Zeitsteuersignal über die Leitung 184 dem Multiplexer 260 und gleichfalls über einen Steuerleiter 184' im Kabel 20 der Leitung 184" und dem den Multiplexer 261. Diese Taktsignale synchronisieren die Multiplex- und Demultiplexarbeitsvorgänge.

Der Multiplexer kann mit analogen oder digitalen Signalen arbeiten. Normalerweise werden die analogen Signale einer Tastspeicherschaltung zugeführt und anschließend mit der Frequenz des Taktgebers 164 getastet. Ihre Amplituden werden gemessen und in digitale Signale einer gewählten Anzahl von Bits, beispielsweise von 6 Bits, umgewandelt. Diese sequentiellen digitalen Wörter von jeweils 6 Bits werden abwechselnd von einem Sendeempfangsv/andlersystem und anschliessend vom zweiten Sendeempfangswandlersystem als eine Kette von digitalen Bits über den einzigen Übertragungskanal 178' übertragen. Am Demultiplexer findet ein umgekehrter Arbeitsvorgang statt, wobei das Ausgangssignal des Demultiplexers auf den Leitungen 46"' und 48"' erforderlichenfalls in ein analoges Signal umgeivandelt oder am zweckmäßigsten als digitales Signal im Aufzeichnungsgerät 266 aufgezeichnet wird. Der schnelle Bitstrom kann in zufriedenstellender Weise auf ein digitales Aufzeichnungsmedium, beispielsweise ein Magnetband oder eine Magnetplatte usw. aufgezeichnet werden.

Die hochfrequenten analogen Signale können andererseits in

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analoger Form auf ein Magnetband, beispielsweise eine bekannte Videobandkassette, aufgezeichnet werden. Das wird im folgenden näher in Verbindung mit Fig. 22 beschrieben.

In den Fig. 21A und 21B sind Einrichtungen dargestellt, mit denen zwei Sendeempfangswandlersysteme unabhängige elektrische Abtastsignale liefern können, die über den Sendeempfangs schalter 150 gehen und durch Verstärker 152 und 154 verstärkt und anschließend über das Kabel 20 auf zwei getrennten analogen Übertragungskanälen 186' und 188' übertragen werden. An der Oberfläche werden die über die getrennten Kanäle übertragenen Signale in digitale Signale durch die Analog-Digitalwandler 268 und 270 umgewandelt, die digitale Signale liefern, die dann für eine spätere Wiedergabe am Aufzeichnungsgerät 266 aufgezeichnet werden könne.

Fig. 2OB zeigt, wie die am Aufzeichnungsgerät 266 aufgezeichneten Daten benutzt werden können. Die beiden digitalen Signale werden vom Aufzeichnungsgerät 266 über zwei getrennte Leitungen, nämlich über die Leitung 46"' zu einer Zeitverzögerungseinrichtung 272, wie sie in Fig. 2OA und 2OB dargestellt ist, und über die Leitung 48"' ausgelesen und anschließend über eine Widerstandskombination 274 und 276 addiert und einer nicht dargestellten bekannten Anzeigeeinrichtung zugeführt. In diesem Falle erfolgte nichts anderes als die Lieferung aufgezeichneter Signale von zwei Sendeempfangswandlersystemen gleicher Frequenz, wobei die Signale überlagert werden, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, und die überlagerten Signale an einer Anzeigeeinrichtung liegen.

In Fig. 22 ist eine typische Gruppe von AufzeichnungsgerHten und Einrichtungen dargestellt, die an der Erdoberfläche dazu benutzt werden kann, das Signal, das in der Sonde erzeugt

worden ist, zu benutzen, zu verarbeiten oder auszuwerten. Während Signale von mehreren Sendeempfangswandlersystemen ■aufgezeichnet werden können, zeigt Fig. 22 den Fall von zwei digitalen Signalen, beispielsweise einem Amplituden- und einem Durchmessersignal, die in Multiplexform auf das Kabel gegeben werden. Die Länge des Kabels 20 wird in der dargestellten V/eise über ein Rad-25 auf und ab gemessen, das durch die Bewegung des Kabels angetrieben wird. Bei seiner Drehung dreht das Rad eine Codiereinrichtung 350, die Impulssignale überträgt, die den Drehwinkel des Rades 25 angeben. Die Codiereinrichtung 350 ist eine herkömmliche Einrichtung und gibt ein Signal über die Leitung 35O¹ aus, das an einem digitalen Bandaufzeichnungsgerät A 266 liegt.

In Fig. 22 sind mehrere Arten von Aufzeichnungsgeräten dargestellt. Eine Art ist Magnetbandaufzeichnungsgerät 266 genannt. Die andere 352 ist mit CRO Aufzeichnungseinrichtung oder Kathodenstrahloszilloskop-Aufzeichnungsgerät bezeichnet. Diese verwendet analoge Signale, beispielsweise die herkömmlichen elektrischen Abtastsignale. Das Magnetbandaufzeichnungsgerät ist im allgemeinen ein Videobandkassetten- oder Plattenspieler, der digitale Signale hoher. Frequenzen aufzeichnet. Die Ausbildung in Fig. 22 basiert auf der Annahme einer digitalen Übertragung mit zwei Signalen in Multiplexform.

Die Schallsignale auf dem Kanal 342 des Kabels gehen direkt über die Leitung 342 zum Magnetbandaufzeichnungsgerät 266. Die Tiefencodiereinrichtung 350 liegt über die Leitung 350' am Magnetbandaufzeichnungsgerät und liefert eine Information, die der Tiefe der Sonde entspricht. Das Synchronsignal oder der Nordimpuls vom Kompaß wird in der Synchrontrennstufe SS 351 abgetrennt und geht über die Leitung 60" zum Magnetbandaufzeichnungsgerät. Die gesamte wesentliche Information, die

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über den Übertragungskanal kommt, wird somit im Magnetbandaufzeichnungsgerät 266 gespeichert und kann später wiedergegeben werden, um das ursprüngliche Signal für eine Anzeige in irgendeiner der. verschiedenen Anzeigemöglichkeiten wiederzugewinnen.

Was die beiden Abtastsignale anbelangt, so gehen diese über die Leitung 34-2' zur Synchrontrennstufe 351. Dort werden die Schallsignale abgetrennt und über die Leitung 316 dem Demultiplexer D-MUX 35^- zugeführt. Das von der Leitung 3^2' abgenommene Synchronsignal wird über die Leitung 318 dazu benutzt, die Geschwindigkeit oder Frequenz zu steuern, mit der der Demultiplexer arbeitet, damit er synchron mit dem Multiplexer in der Sonde ist. Der Demultiplexer 354 ist als Synchronschalter dargestellt, der die ankommenden Signale auf der Leitung 316 auf zwei getrennte Leitungen 316' und 318' überträgt. Die digitalen Signale von jedem der beiden Sendeempfangswandlersysteme werden somit anschließend an einzelne Digital-Analogwandler 356-und 358 jeweils gelegt. Die einzelnen Ausgangssignale werden dann von den Leitungen 316" und 318" aufgenommen und einem Kathodenstrahlröhrenaufzeichnungsgerät 352 zugeführt, das ein sehr schnelles Aufzeichnungsgerät ist, das auf die normalen Frequenzen elektrischer Abtastsignale anspricht.

Bei einem möglichen Beispiel der beiden getrennten Signale ist ein Signal ein Reflexionssignal und das andere ein Innenoder Durchmessersignal. Diese können von einem einzigen Sendeempfangswandlersystem kommen oder von zwei getrennten Sendeempfangswandlersystemen erhalten werden, von denen das eine eine hohe Frequenz und das andere eine niedrige Frequenz hat, wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde. I-Ierkö-nnliche photographische Einrichtungen sind dazu vorgesehen, die Meßwerte 36OA und 500C, d.h. jeweils die Amplituden- und

3 2 f J o 6 3 3

GO

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Innen- oder Durchmesser-Meßwerte darzustellen.

Die Signale auf den Leitungen 31 β¹ und 318* vom Demultiplexer 354, die einzelne digitale Signale sind, können auch direkt am Aufzeichnungsgerät B 266' aufgezeichnet werden. Der Unterschied zwischen diesem Aufzeichnungsgerät 266' und dem Aufzeichnungsgerät 266 besteht darin, daß das am Bandaufzeichnungsgerät 266 aufgezeichnete Signal ein Multiplexsignal ist, das, falls das erwünscht ist, später über den Demultiplexer 354 und die Digital-Analogwandler 356,358 wiedergegeben und in Form einzelner Messungen angezeigt werden kann usw. Das Magnetbandaufzeichnungsgerät .266' hat andererseits zwei Kanäle, nämlich jeweils einen zum Aufzeichnen eines vollständigen digitalen Signals, das von der Sonde übertragen wird. .

Es ist natürlich auch möglich, die analogen Signale, die über die Leitungen 316" und 318" kommen, einem analogen Magnetbandaufzeichnungsgerät 266" zum Speichern und zur späteren Wiedergabe zuzuführen.

■Während in Fig. 22 die beiden Signale als Amplituden- und Innen- oder Durchmessersignale dargestellt sind, versteht es sich, daß diese Signale vollständige digitale elektrische Abtastsignale oder analoge elektrische Abtastsignale sein können, die über zwei getrennt Übertragungsleitungen übertragen werden, wie es in Fig. 21A dargestellt ist.

In Fig. 23 sind zwei Kanäle zum Verarbeiten von elektrischen Abtastsignalen dargestellt. Die Eingangssignale kommen vom Ausgangsteil in Fig. 15 und bestehen aus zwei AusgangsSignalen 43" und 46" vom Sendeernpfangsschalter 150. Eines dieser Signale liegt an dem in Fig. 23 gestrichelt dargestellten Block 302, während das andere am Block 302' liegt, der in

32ÜS639

(ολ

jeder Hinsicht mit dem Block 302 identisch ist. Die internen Einzelheiten des Blockes 302' sind jedoch nicht darge- . stellt, da sie mit den internen Einzelheiten identisch sind, die im gestrichelten Block 302 gezeigt sind.

Das Signal auf der Leitung 48" vom Sendeempfangsschalter 150 wird am Verstärker 304 verstärkt und am Detektorblock DE 306 aufgenommen. Da das empfangene Signal im allgemeinen ein elektrisches Signal mit sehr hoher Frequenz ist, ist ■ es notwendig, dieses Signal zu verarbeiten, um die Hüllkurve zu liefern, die ein in eine Richtung gehendes analoges Signal mit niedrigerer Frequenz ist. Das aufgenommene Signal ist dasjenige Signal, das in herkömmlicher Weise zur Erdoberfläche übertragen wird. Der Detektor 306 ist ein herkömmlicher Teil eines gegenwärtigen Fernsehempfängers.

Das aufgenommene Signal auf der Leitung 324 geht weiter zum Amplitudenkanal, d.h. zum Verstärker 308, und zum Spitzenwertdetektor 310. Dieser Spitzenwertdetektor bestimmt, die höchste Amplitude des empfangenen Signals, woraufhin eine Tastspeicherschaltung 312 für eine Kurzzeitaufzeichnung der ' Amplitude dieses Signals sorgt. Diese Spitzenamplitude, die ertastet wurde, liegt an einem Analog-Digitalwandler 314, der die Amplitude in sechs binären Bits mißt, woraufhin diese digitale Zahl über die Leitungen 316 zum Multiplexer 320 übertragen wird.

Gleichzeitig liegt das Signal auf der Leitung 324 auch am Detektor 306 und am Innen- oder Durchmesserkanal über die Leitung 326. Dieser Kanal beginnt mit einem Regelverstärker 328. Die Notwendigkeit dafür beruht darauf, daß das empfangene Signal in Abhängigkeit davon .schwächer und schwächer wird, wie weit es in die und aus der Felswand gelaufen ist. Folglich wird das Signal in einem Verstärker verstärkt, der

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einen zunehmenden Verstärkungsfaktor oder eine zunehmende Verstärkung mit zunehmender Laufzeit des Impulses und seiner Reflexion liefert. Selbst am entferntesten Ende seines Weges wird daher die Amplitude einer Reflexion von einem Spalt oder einer Gasblase oder einem Hindernis groß genug sein, um gemessen zu werden.

Bei der Bestimmung des genauen Zeitpunktes der Ankunft geht das verstärkte Signal vom Verstärker 328 zu einem Differenzierglied 330 und zu einem Komparator 332.

Der Zähler 344 wird durch das Synchronsignal auf der Leitung 184 gesteuert. Der Zähler liefert zwei verschiedene Frequenzen F1 und F2. Die hohe Frequenz F1 steuert den Analog-Digitalwandler oder Digitalisierer 314 und den Zähler 322. Die niedrigere Frequenz F2 steuert den Multiplexer 320, der die beiden sechs-Bit-Signale auf den Eingangsleitungen 316 und 318 steuert. Die Leitungen 316 tragen das cechc Bit-Signal vom Analog-Digitalwandler 314. Die sechs-Bit-Leitungen 318 liefern das Signal vom Zähler 322, der die Zeit bis zur Reflexion in Form digitaler Bits gemessen hat.

Auf einem Kanal, nämlich der Leitung 324, kommt somit ein Maß für die Amplitude des Signals und am anderen Kanal, nämlich der Leitung 326, kommt ein Maß für die Laufzeit oder den Innen- oder Durchmesser. Diese beiden binären sechs-Bit-Zahlen werden dann der Reihe nach zu einem Parallelserienumsetzer geführt. Dort werden die parallelen Wörter aus sechs Bits in serielle Vförter aus sechs Bits umgewandelt und zum Leitungsverstärker 340 und zum Kabelkanal 342 übertragen.

Das Multiplexen erfolgt durch ein abwechselndes Tasten des einen oder des anderen Blockes 314 und 322 entsprechend ,Ie-

3203633

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dem der getrennten Anfänge des Schallsignals. Für Jede Übertragung, die von den Impulsgebern in Fig. 15 resultiert, v/erden daher zwei binäre sechs-Bit-Zahlen erhalten, die abwechselnd über den Parallelserienumsetzer auf das Kabel 342 übertragen werden. Das Umschalten erfolgt mittels einer Taststeuereinrichtung 315 über die Leitungen 348A und 348B. Wenn gleichfalls ein zweites Abtastsignal über die Leitung 4S" dem Signalprozessor 302' geliefert wird, wird derselbe Schalter oder dieselbe Tasteinrichtung 315 gleichfalls über die Leitungen 348A¹ und 348B¹ angesteuert.

Das Kompaßsignal kommt auf der Leitung 60' vom Kompaß 16, der in Fig. 15 dargestellt ist, und liegt am Verstärker 340 sowie über die Leitung 60" am Verstärker 340', der das Ausgangssignal des zweiten Signalprozessors verstärkt und sein Ausgangssignal über die Leitung 342' dem- Kabel zuführt. Wie es in Fig. 23 dargestellt ist, sind zwei Übertragungskanäle 342 und 342' jeweils zum Handhaben des Ausgangssignals eines anderen Sendeempfangswandlersystems vorgesehen.

Im folgenden wird nochmal der in dem gestrichelt dargestellten Block 302 enthaltene Signalprozessor betrachtet. Wenn ein einzelnes Abtastsignal an der Eingangsleitung 48" auftritt, zweigt dieses Signal in zwei Wege auf, von denen einer über den Amplitudenzweig und der andere über den Innen- oder Durchmesserzweig führt. Bei einer Betriebsart werden beide Messungen der Amplitude und des Innen- oder Durchmessers an dem elektrischen Abtastsignal desselben Wandlers vorgenommen. Wie es in Verbindung mit den Fig. 4A und 4B beschrieben wurde, können jedoch bei Verwendung von zwei Sendeempfangswandlersystemen, von denen das eine eine hohe Frequenz und das andere eine niedrige Frequenz hat, zwei elektrische Abtastsignale zu einem zusammengesetzten Abtastsignal kombiniert werden, das im frühen Teil durch das Wandlersystem mit hoher Frequenz und

im späteren Teil durch das Wandlersystem mit niedriger Frequenz aufgezeichnet wurde.

Es ist daher ersichtlich, daß bei einer zweiten Arbeitsweise unter Verwendung eines zusammengesetzten Abtastsignals der Amplitudenkanal die Amplitudeninformation vom frühen Teil und die Innen- oder Durchmesserinformation vom späteren Teil liefern kann.

Bei einer dritten Arbeitsweise erfolgt ein erstes Paar von Messungen der Amplitude und des Innen- oder Durchmessers vom frühen Teil. Die in Fig. 23 dargestellten Meßteile werden dann r&ckgesetzt, woraufhin der Arbeitsvorgang im späteren Teil des zusammengesetzten elektrischen Abtastsignals wiederholt wird.

Es ist daher beabsichtigt, daß bei Verwendung von zwei Wandlern der eine Wandler mit höherer Frequenz die Amplitude am ersten Reflektor, nämlich der Wand des Bohrloches, liefert, während der andere mit niedrigerer Frequenz die Laufzeit für den Innen- oder Durchmesser liefert. Durch Verwendung der Schalter 324' in der Leitung 326 und 324" in der Leitung 45" mit den Verbindungsleiter 341 ist es möglich, ein Signal von einem Wandler mit hoher Frequenz auf der.Leitung 46" zu benutzen, so daß die Messung des Innen- oder Durchmessers im Signalprozessor 302 dem Innenmesser des Wandlers mit niedrigerer Frequenz entspricht, während die Amplitude dem Wandler mit höherer Frequenz entsprechen würde.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß durch die Verwendung von Tast- oder Taktsteuereinrichtungen ein Wandler mit hoher Frequenz und ein Wandler mit niedriger Frequenz der Reihe nach auf einen einzigen Übertragungskanal geschaltet werden können, so daß ein zusammengesetztes Signal auf

der Leitung 48" ohne die Schalter 324* und 324" die Amplituden-und Innen- oder Durchmessermeßwerte jeweils von beiden Wandlern liefern wird.

In Fig. 23 sind zwei Schalter 324» und 324" dargestellt. Mit den dargestellten Schaltern kann ein einzelnes elektrisches Abtastsignal auf der Leitung 48" an beide Amplituden-und Innen- oder Durchmesserkanäle 324,326 des Signalprozessors gelegt werden. Bei einer anderen Arbeitsweise wird der Schalter 324· auf die Leitung 341 ebenso wie der Schalter 324" umgeschaltet, so daß das elektrische Abtastsignal auf der Leitung 45" über den Innen- oder Durchmesserkanal geht, während das Signal auf der Leitung 48" über den Amplitudenkanal des Signalpro^essors 302 geht.

Während in Fig. 15 ein Prozessor dargestellt ist, der zwei Schallsignale von zwei Wandlern 46 und 48 jeweils aussendet und empfängt, ist es ersichtlich, daß dieselbe Vorrichtung mit einem Sendeempfangsschalter 150¹ (Fig. 24) verwandt werden kann, um drei, vier oder mehr separate Signale, wie die Signale auf den Leitungen 46' und 48· zu handhaben. Jeder einzelne Wandler kann auch in der oben beschriebenen Weise kombiniert werden, so daß zwei Wandler gemeinsam ein Paar von Signalen der Amplitude und des Innen- oder Durchmessers liefern. Um vier derartige Signale in digitaler Form auf einer einzigen Übertragungsleitung zu übertragen,können somit acht getrennte Wandler, vier für eine hohe Frequenz und vier für eine niedrige Frequenz, verwandt v/erden usw.

In Fig. 23 ist gleichfalls dargestellt, daß jedes der Signale von zwei getrennten Wandlern auf den Leitungen 48" und 46" aus getasteten Abtastsignalen von einem Paar von Wandlern mit hoher und niedriger Frequenz zusammengesetzt sein kann.

In Fig. 24 ist eine Äbwandlungsform der in Fig. 23 dargestellten Schaltung gezeigt. Sechs Sendeempfangswandlersysteme A,B,C,D,E und F sind in Fig. 24 dargestellt. Alle diese Systeme führen zu einem Sendeempfangsschalter 15OA, der alle reflektierten Signale auf den Leitungen HF1, LF1, HF2, LF2, HF3 und LF3 usw. steuert. Das heißt mit anderen Worten, daß sechs oder mehr Wandler vorgesehen sind, von denen drei eine hohe Frequenz haben und die Messungen der Amplitude liefern, wie es auf der Amplitudenleitung des Prozessors 302 dargestellt ist. Die anderen drei Wandler haben eine niedrige Frequenz, wobei ihre Signale über Schaltkreise gehen, die der Innen- oder Durchmesserleitung des Prozessors 302 in Fig. entsprechen.

Da die Amplitudensignale vom kurzen Sendebereich, d.h. von der Wand des Bohrloches kommen, werden sie gemeinsam durch den Multiplexer MUX1 320A multiplext. Alle niederfrequenten Signale des Innen- oder Durchmessers werden im Block 320B multiplext. Alle in die Multiplexer 320A und 320B eintretenden Signale haben dann eine digitale Form. Sie werden durch das Taktsignal auf der Leitung 184 gesteuert, das über die ■Leitung 184A an beiden Multiplexern liegt. Dieses Zeitsteuersignal liegt auch am Parallelserienumsetzer 334'.

Der Parallelserienumsetzer speichert einmal jedes der sechs Signale von den beiden Multiplexern und liest die Bits der Reihe nach aus. Über den Schalter 391 liest der Parallelserienumsetzer auch alle Signale vom Multiplexer 1-, woraufhin der Umsetzer umschaltet und die Signale vom Multiplexer 2, anschließend wieder vom Multiplexer 1 usw. liest. Die drei Signalpaare können natürlich auch ausgelesen und. in anderen Kombinationen übertragen werden. Das Ausgangssignal des ParallelserionumcetzerG liegt dann an der Verstärker- und Treiberschaltung 340 und an einem einzige;) Übertragungskanal y im Kabel 20.

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Obwohl in Fig. 24 dargestellt ist, daß zwei getrennte Sendeempf angswandler systeme, beispielsweise die Systeme HF1 und LF1 gemeinsam ein Datenpaar liefern, würden die sechs dargestellten V/andler nicht einmal einen einzigen Übertragungskanal vollständig auslasten.

Eine andere Möglichkeit der Handhabung der Signale der einzelnen Sendeempf angs\vandlersysteme ergibt sich in Fig. 23, wenn die Verbindungsleitung 341 nicht angeschlossen ist und beide Amplituden-und Innen- oder Durchmesserkanäle Signale von einem einzigen Sendeempfangswandlersystem verarbeiten. D.h., daß das Signal von der Leitung 48" auf beide Leitungen 324 und 326 geht, während das andere Signal vom Sendeempfangswandlersystem 46 über die Leitung 46" auf den zweiten Signalprozessor 302' geht. Bei einer derartigen Ausführungsform können Signale nur von vier Sendeempfangswandlersystemen von einem Übertragungskanal gehandhabt werden.

Im folgenden wird nochmals auf die Fig. 4A und 4B Bezug genommen. In Fig. 4A und 4B sind zwei Sendeempfangswandlersysteme 46 und 48 dargestellt. Ein System 46 ist ein Wandler mit hoher Frequenz, möglicherweise im Bereich von 0,75 bis 1,25 MHz, während das System 48 ein \iandler mit niedrigerer Frequenz, möglicherweise im Bereich von 250 kHz bis 850 IiHz ist. Diese V/andler senden Schallinformationsbündel 16 und jeweils aus. Es ist bekannt, daß das höherfrequente Bündel eine kürzere Eindringtiefe in einer Flüssigkeit oder einen Feststoff hat. Dementsprechend haben V/ellenbündcl mit einer niedrigeren Frequenz eine größere Eindringtiefe.

Der beste Bereich der Verwendbarkeit des Sendeempfangswandlersystcms mit hoher Frequenz ist der Bereich ZA. 100, während für den Wandler mit niedrigerer Frequenz der beste Bereich der Bereich ZB ist. Unter Verwendung von beiden '.,'and-

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lern ergibt sich somit ein größerer Ausnutzungsbereich ZA + ZB. Fig. 4B zeigt das Tastzeitprogramm,mit dem das erste Tast- oder Verknüpfungsglied 116 auf der Linie 134 das Signal mit hoher Frequenz vom Zeitpunkt TO bis zum Zeitpunkt TS durchläßt, woraufhin das zweite Tast- oder Verknüpf ungs-r glied 122 auf der Linie 136 das niederfrequente Abtastsignal ab dem Zeitpunkt TS durchläßt.

Obwohl es nicht dargestellt ist, gelangen mehrere Paare digitaler Zahlen, die von der in Fig. 24 dargestellten 'Anordnung übertragen werden, über den Leiter 342 zur Erdoberfläche zusammen mit dem Taktsignal zu den Multiplexern 32A, 32B auf der Leitung 184B¹. An der Erdoberfläche werden die digitalen Signale demultiplext, in analoge Signale umgewandelt und gespeichert oder angezeigt.

Im Obigen wurde im Prinzip eine Anordnung mehrerer Sendeempfangswandlersysteme in einer Bohrlochschallabtast- oder Bohrlochfernüberwachungs- oder -fernsehanlage beschrieben, bei der mehrere Wandlereinrichtungen vorgesehen sind und mit der über eine Kombination der Abtastsignale der Anzahl der Sendeempfangswandlersysteme eine Information mit einem größeren Wert leistungsfähiger und effektiver geliefert werden kann, als es mit einem einzigen Sendeempfangswandlersystem möglich wäre.

Die Sendeempfangswandlersysteme können natürlich zueinander in einer azimuthalen Anordnung oder in einer Seitenwinkelanordnung in horizontaler Ebene oder in einer vertikalen Anordnung in einer vertikalen Ebene oder in Kombinationen von mehreren horizontalen Ebenen und/oder mehreren vertikalen Ebenen angeordnet sein, wie es bereits beschrieben wurde.

Wenn zur Charakterisierung der Eigenschaften der V/andler die

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-Si-

Begriffe "hohe Frequenz" und "niedrige Frequenz benutzt wurden, "bedeutet das, daß die Wandler Eigenfrequenzen in den Bereichen von etwa 0,5 "bis etwa 1,5 MHz und von etwa 75 bis etwa 750 kHz jeweils haben.

Es wurde weiterhin eine Anzahl von Ausführungsbeispielen einer Vorrichtung zum Verarbeiten mehrerer analoger elektrischer Abtastsignale beschrieben, die in der Sonde mittels einer Anzahl von Sendeempfangswandlersystemen an einer rotierenden Anordnung erzeugt werden. Diese Signale, können in mehrfacher Weise verarbeitet - wie es beschrieben und dargestellt wurde - und zur Erdoberfläche übertragen werden. Das kann mittels eines normalen Meßkabels mit einem einzigen Kanal oder mittels eines Meßkabels mit mehreren Kanälen oder einem verbesserten Meßkabel erfolgen, das Signale mit sehr hoer Frequenz übertragen kann, wie'es beispielsweise bei Koaxialkabelkanälen und optischen Faserkanälen usw. der Fall ist.

Obwohl im Obigen die Verwendung der Sendeempfangswandlersysteme bei Anordnung in einer gemeinsamen Transversalebene an der rotierenden Anordnung beschrieben wurde, sind die erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Arbeitsverfahren gleichfalls bei irgendeiner Art von mehrfachen Sendeempfangswandlersystemen anwendbar, gleichgültig, ob diesevertikal oder in Umfangsrichtung angeordnet oder in irgendeiner Kombination dieser beiden Anordnungsarten vorgesehen sind.

Obwohl im obigen Verfahren und Vorrichtungen zum Verarbeiten von mehreren elektrischen Abtastsignalen beschrieben wurde, um die Übertragung von mehreren Abtastsignalen über gegenwärtig verfügbare niederfrequente Übertragungskanäle zur Erdoberfläche zu ermöglichen, können diese Signale natürlich

2 0 8 6 3

- 6β. -

auch zur Erdoberfläche ohne eine Verarbeitung übertragen -werden, wenn die Kabel einen einzigen oder mehrere Hochfrequenzkanäle haben, und kann dieselbe Verarbeitung an der Erdoberfläche erfolgen. Von Bedeutung ist, daß die Verarbeitung bei der Verwendung der mehrfachen Abtastsignale,gleichgültig, ob sie in der Sonde oder an der Erdoberfläche erfolgt, wichtig ist. Sie ist gleichfalls als Grundlage der Übertragung über Niederfrequenzkanäle von Bedeutung. Wenn daher von der Verarbeitung der elektrischen Abtastsignale gesprochen wurde, ist entweder die Verarbeitung in der Sonde oder an der Erdoberfläche gemeint, je nachdem, wie es zweckmäßig ist.

Durch die Erfindung ist eine dreidimensionale Abbildung des Verlaufs des Gesteins möglich, das das Bohrloch umgibt. Dieses Prinzip ist insbesondere bei der Anwendung'auf irgendeinen Meßparameter zweckmäßig, der mit einem fokussierten Wellenbündel oder Strahl ertastet werden kann.

Claims (21)

1. Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger 3 Z L _- Ο 3 Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

   PATENTANWÄLTE

   ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENT. AMT· REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

   3/Li

   242 497 242 504

   STANDARD OIL COMPANY, Chicago,111. USA

   Verfahren und Anordnung zum Messen eines Bohrloches

   PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zum Messen von Parametern in einer unter der Oberfläche befindlichen Schicht mit einer Vorrichtung zum Aufzeichnen von Daten, die von zyklischen Abtastungen erhalten v/erden, die -winkelförmig um die viand eines Bohrloches herum mittels einer mit einer rotierenden Anordnung versehenen Sonde jeweils an einer Vielzahl verschiedener Tiefen ausgeführt werden, wobei die. Parameter während jedes Abtastzyklus durch ein erste SendeempfangswandlerGyntom aufgenommen werden, das an der rotierenden Anordnung angebracht' ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zweites Sendeeinpfar.sswandlersyston in einer -gewühlten geometrischen Beziehung zun orcten System an der rotierenden Anordnung vorgesehen ist,

   die wenigstens zwei Sendeempfangswandlersysteme beim Abtasten so betrieben werden, daß sie wenigstens zwei elektrische Abtastsignale liefern,· von denen jeweils eins von jedem Wandlersystem stammt,und die zwei elektrischen Abtastsignale benutzt bzw. ausgewertet werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 zum volumetrisehen Hessen eines Bohrloches, das in die Erde gebohrt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bohrloch am ersten Sendeempfangswandlersystem ein erstes Signal mit einer Frequenz (f^) erzeugt ■wird, daß im Bohrloch am zweiten Sendeempfangswandlersystem ein zweites Signal mit einer Frequenz (fo) erzeugt wird, die von der Frequenz Cf₁) verschieden ist, erste Antworten auf das erste Signal an der zweiten Position aufgezeichnet werden und zweite Antworten auf das zweite Signal an der ersten Position aufgezeichnet werden.
3. 3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bohrloch am ersten Sendeempfangswandlersystem ein erstes Signal mit einer Frequenz (f^) erzeugt wird, und ' dieses erste Signal in einen horizontalen Bereich von 360° gesandt wird, das an einem vertikal, versetzt angeordneten zweiten Sendeempfangswandlersystem im Bohrloch ■ ein zweites Signal mit einer Frequenz (fo) erzeugt wird, die sich von der Frequenz (f^) unterscheidet, das zweite Signal in einen horizontalen Bereich von 360° ausgesandt wird, und die Reflexionen vom ersten' Signal an dem versetzt angeordneten zweiten Sendeempfangswandlersystem und die Reflexionen vom zweiten Signal an der Position des ersten handlersystems aufgezeichnet werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Frequenz (f^) oder (f_?) oder beide Frequenzen von der Erdoberfläche aus geändert werden, wäll-

   .-\ r^ -. - -\ f-, --S O Z. O C w ^J J

   rend sich die Einrichtungen, die die Signale erzeugen und aufzeichnen, in dem Bohrloch befinden, und daß derartige Signale mit den in dieser Weise geänderten Frequenzen erzeugt werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die das eine elektrische Abtastsignal um ein gewähltes Zeitintervall bezüglich des anderen Signals verzögert, so daß beide Signale phasengleich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden elektrischen Signale addiert werden, um ein Summensignal zu liefern,und ' das Summensignal zur Erdoberfläche übertragen wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Sendeempfangswandlers3rsteme die gleiche Frequenz haben, und daß das Zeitverzögerungsintervall eine Funktion der Winkelbeziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Sendeempfangswandlersystem ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Sendeempfangswandlersysteme eine verschiedene Frequenz haben, und daß die beiden elektrischen Abtastsignale vor ihrem Addieren ein- und ausgetastet werden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch .gekennzeichnet, daß das Sendeempfangswandlers3rstem mit der höchsten Frequenz für ein erstes kurzes Zeitintervall eingetastet, und daß das erste Sendeempfangswandlersystein anschließend ausgetastet und das Sendeempfangswandlersystem mit der niedrigeren Frequenz eingetastet wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei elektrische Abtastsignale verwandt wer-

   den und die wenigstens zwei analogen' elektrischen Abtastsignale in Vorbereitung für die Übertragung über wenigstens einen ersten analogischen Signalkanal zur Erdoberfläche verarbeitet werden, die beiden analogen elektrischen Abtastsignale kombiniert werden und zwei simultan kombinierte elektrische Abtastsignale über den ersten analogischen Signalkanal im Kabel zur Erdoberfläche übertragen werden und an der Erdoberfläche das erste und das zweite analoge übertragene Abtastsignal ausgewertet werden.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der beiden Abtastsignale erfolgt, nachdem

    • das eine oder das andere der beiden Signale verzögert ist, bis die wenigstens zwei Abtastsignale phasengleich sind.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei simultane analoge elektrische Abtastsignale verwandt werden und eines der wenigstens zwei Ab-

    ■ tastsignale verzögert wird, bis beide Signale phasengleich sind, ein Sendeimpuls der Reihe nach an das erste und anschließend an das andere der wenigstens zwei Sendeempfangswandlersysteme gelegt wird, so daß zu einem bestimmten Zeitpunkt nur einer sendet, und die wenigstens zwei elektrischen Abtastsignale von den wenigstens zwei Sendeempfangswandlersystemen der Reihe nach an die Erdoberfläche übertragen werden.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Sendeempfangswandlersysteme verschiedenen Frequenzen hüben, und daß an der Erdoberfläche abwechselnde Reihen von elektrischen Abtastsignalen von den wenigstens zwei verschiedenen Sendeempfangswandlersystemen dazu benutzt werden, zwei getrennte Messungen zu liefern.

    3 2 ü a G 3 j - 5 -
13. 13. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei simultane analoge elektrische Abtastsignale verwandt werden und die wenigstens zwei analogen elektrischen Abtastsignale zur Vorbereitung zur Übertragung über wenigstens einen ersten analogischen elektrischen Signalkanal zur Erdoberfläche verarbeitet und kombiniert v/erden, und die beiden kombinierten verschiedenen simultanen analogen elektrischen Abtastsignale über den ersten ejwiLogen elektrischen Signalkanal im Kabel zur Erdoberfläche übertragen werden und an der Erdoberfläche das übertragene kombinierte Signal benutzt oder ausgewertet wird.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei elektrische Abtastsignale dadurch kombiniert werden, daß das eine oder das andere der beiden Signale verzögert wird, bis die wenigstens zwei elektrischen Abtastsignale phasengleich sind, daß die analogen elektrischen Abtastsignale in gewählten Zeitintervallen getastet werden, daß die getasteten Signalteile der Reihe nach in eine ladungsgekoppelte Verzögerungsleitung mit gewählter Übertragungsgeschwindigkeit geladen v/erden, und daß die der Reihe nach angeordneten getasteten ,Oignaltei-Ie von der ladungsgekoppelten Verzögerungsleitung ausgelesen und in eine analoges Signal umgewandelt werden.
15. 15· Anordnung zum Messen eines Bohrloches und zum Liefern wenigstens eines ersten elektrischen- Abtastsignals von zyklischen Abtastungen, die winkelförmig' um die ".vand dec Bohrloches mit einer eine rotierende Anordnung aufweisenden Sonde jeweils an einer Vielzahl verschiedener Tiefen ausgeführt werden, wobei Parameter der unter der Erdoberfläche befindlichen Schicht v/öhrend ,jedes Abtastvor^anges über ein erstes SendeempfannGwandlei-syritem erfaßt

    v/erden, gekennzeichnet durch wenigstens ein zweites Sendeempfangswandlersystem in einer geometrischen Beziehung zum ersten Sendeempfangswandlersystem, um die Bohrlochwand abzutasten und wenigstens ein zweites elektrisches Abtastsignal zu liefern, und eine Einrichtung, die die wenigstens zwei elektrischen Abtastsignale von den wenigstens zwei Sendeempfangsv/andlersystemen verarbeitet und eine Anzeige der erfaßten Parameter liefert.
16. 16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ■ das erste Sendeempfangswandlersystem an einer gewählten Stelle in einer gewählten transversalen Ebene an der rotierenden Anordnung angebracht ist, und daß das zweite Sendeempfangswandlersystem an der rotierenden Anordnung in der gewählten Ebene vom ersten Sendeempfangswandlersystem um einen gewählten azimuthalen Winkel versetzt angebracht ist.
17. 17. Anordnung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens zweite Sendeempfangswandlersystem(M - 1) Sendeempfangswandler umfaßt, so daß insgesamt N Sendeempfangswandlersysteme vorgesehen sind, von denen jedes an einer gewählten gleichbeabstandeten azimuthalen Stelle bezüglich .der anderen Systeme angebracht ist, wobei jedes System elektrische Abtastsignale auf -seine Abtastungen ansprechend erzeugt, so daß sich insgesamt N elektrische Abtastsignale ergeben.
18. 18. Anordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine zweite Gruppe von N Sendeempfangsv/andlersystemen in einer transversalen Ebene parallel zur und in Längsrichtung im Abstand von der ersten Gruppe von N Sendeempfangswandlersystemen, wobei jedes Sendeempfangswandlersystem der zweiten Gruppe im Abstand in Längsrich-

    ^r '"· ~ O Π

    j υ ο J J

    tung in einer Linie zur ersten Gruppe ausgerichtet ist.
19. 19. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Sendeempfangswandlersystem an der rotierenden Anordnung an einem ersten gewählten Azimuth-Winkel angebracht ist, und daß das wenigstens zweite Empfangswandlersystem an der rotierenden Anordnung am selben ersten Azimuth-Winkel, jedoch in Längsrichtung gegenüber dem ersten Wandlersystem um eine gewählte Strecke versetzt angeordnet ist.
20. 20. Anordnung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine erste Gruppe von wenigstens drei Sendeempfangswandlersystemen im gleichen vertikalen Abstand längs einer vertikalen radialen Ebene, mit einer Einrichtung, die ein geformtes Schallenergiebündel liefert, durch eine Einrichtung, die das geformte Bündel unter einem gewählten Winkel zu einer Seite oder zur anderen Seite senkrecht zur Drehachse elektronisch schräg stellt, und durch eine zweite Gruppe von wenigstens drei Sendeempfangswandlersystemen, die der ersten Gruppe ähnlich ist, wobei die Wandlersysteme der zweiten Gruppe in Längsrichtung um eine gewählte Strecke über oder unter der ersten Gruppe angeordnet sind und eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Winkel der geformten Bündel so einstellt, daß ihre Achsen die senkrechte Mittellinie der beide Gruppen verbindenden Linie in einem gewählten Abstand von der Ebene der Sendeempfangswandlersysteme schneiden.
21. 21. Verfahren zum volumetrischen Messen eines Bohrloches, das in die Erde gebohrt ist, dadurch gekennzeichnet, daß a) ein Energiebündel mit einer ersten Richtung und einem ersten Azimuth-V/inkel vom Bohrloch in die un/30-bende Formation gesandt wird,

    b) ein Signal empfangen wird, das die Antwort auf das im Schritt (a) ausgesandte Bündel von wenigstens einer Stelle in der Formation gibt,

    c) ein Energiebündel mit einer zweiten Richtung und einem zweiten Azimuth von dem Bohrloch in die umgebende Formation ausgesandt wird, und

    d) ein zweites Signal empfangen wird, das die Antwort • auf das im Schritt (c) ausgesandte Bündel von wenigstens einer Stelle in der Formation gibt, die sich von der im Schritt (b) genannten Stelle unter-

    ■ scheidet.