DE3305189A1

DE3305189A1 - Bohrloch-sonde

Info

Publication number: DE3305189A1
Application number: DE19833305189
Authority: DE
Inventors: Ernst 3014 Laatzen Nolte
Original assignee: Prakla Seismos GmbH
Current assignee: Geco Prakla GmbH
Priority date: 1983-02-11
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1984-08-16
Also published as: DE3305189C2

Abstract

Elektrohydraulischer Stellantrieb, insbesondere für Steuer organe an Luftfahrzeugen, mit einem Stellzylinder mit einem zweiseitig beaufschlagbaren Stellkolben, dem zur Positionierung über magnetisch betätigte Drei/Zwei-Wegeventile das benötigte Ölvolumen in Form diskreter Ölvolumina zuführbar ist, mit einem Rechner, über den die den Wegeventilen zuzuleitenden Schaltimpulse in Abhängigkeit vom vorgegebenen Verstellweg des Stellkolbens mit variabler Pulsdauer festlegbar sind, mit durchflußbestimmenden Drosseln, die so angeordnet sind, daß bei einer Bewegung des Stellkolbens jeweils nur eine Drossel durchströmt wird und mit Sensoren, die nach dem Schalten eines Wegeventils elektrische Signale abgeben, die als reine Funktionsbestätigungen auf den Rechner rückgeführt werden. Die Drosseln sind jeweils den Wegeventilen nachgeschaltet in der Verbindung zum Rücklauf angeordnet und in der Druckleitung ist jeweils vor dem Wegeventil ein Rückschlagventil angeordnet, das in Richtung auf das Wegeventil durchlässig ist.

Description

Bohrloch-Sonde
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohrloch-Sonde gemäß Oberbegriff des Anspruches 1. Sonden dieser Art werden für seismische Untersuchungen benutzt, bei denen ein Erreger oder ein Empfänger unmittelbar an der Wand des Bohrloches angeordnet werden soll. Sonden dieser Art werden vor allem bei Messungen in trocknen Bohrlöchern benutzt.
Ein Nachteil solcher Sonden besteht darin, daß die Halterung, mit der der Erreger oder Empfänger herausklappbar amSmdenkörper angeordnet ist, eine mechanische Kopplung zwischen dem Erreger bzw. Empfänger und dem Sondenkörper herstellt. Diese mechanische Kopplung kann zu einer erheblichen Verfälschung des Erregersignales oder des zu empfangenden Signales führen. Die Erfindung bezweckt, diese unmittelbare mechanische Rückwirkung zu vermindern oder im wesentlichen auszuschalten.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung eine Bohrloch-Sonde mit den Merkmalen des Anspruches 1 geschaffen. Die Erfindung sieht demnach vor, den Andrückschuh als Gegenmasse auszubilden, wobei durch entsprechende Wahl des Massenverhältnisses zwischen Erreger bzw. Empfänger und der Gegenmasse eine weitestgehende Isolierung gegenüber dem Sondenkörper trotz guter Ankopplung erreicht wird.
Die Unteransprüche kennzeichnen Ausgestaltungen der Erfindung für Untersuchungen mit S-Wellen und mit P-Wellen.
Die Erfindung gestattet, z. 8. zwischen zwei benachbarten Bohrlöchern Laufzeit- und auch Amplitudenmessungen vorzunehmen.
Durch Messungen von Bohrloch zu Bohrloch werden u. a. auch KluFtzonen, insbesondere künstlich erzeugte Klüfte, festgestellt, z.B. durch starke Abnahme der SWellenamplitude in bezug auf die P-Wellenamplitude. In diesem Fall vergleicht man die Signalamplituden vor und nach der Klufterzeugung.
Zusätzlich können in der Nähe von Grenzflächen ggf. auch Reflexionen gemessen werden, bei entsprechender geometrischer Lage auch in der Weise, daß nur von einem Bohrloch aus gesendet und im selben Bohrloch wiederaufgenommen wird.
Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und erläutert sind.
Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Bohrloch-Sonde in vereinfachter Darstellung, Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sonde mit einer für die Erregung von Scherwellen geeigneten Ausrüstung, Fig. 3 den Erregerteil einer erfindungsgemäßen Bohrlochsonde mit einer Gegentakt-Schwingvorrichtung zur Scherwellenanregung und Fig. 4 eine für die Erregung von P-Wellen geeignete Bohrloch-Sonde nach der Erfindung.
Eine Bohrloch-Sonde, siehe Fig. 1, ist in einen Kopf 22, an dem das Bohrloch-Kabel angeschlossen ist, und einen Hauptteil 24 unterteilt. Der Hauptteil 24 enthält unmittelbar unter dem Kopf 22 einen Abschnitt 56, der den Hochspannungsteil und Impuls-Generator enthält. Darunter sitzt die eigentliche Erregeranordnung, die während des Ein- und Ausfahrens der Bohrloch-Sonde in das bzw. aus dem Bohrloch innerhalb des zylindrischen Sondenkörpers liegt und am jeweiligen Meßpunkt im Bohrloch durch einen mit Motor versehenen Zug-Spindeltrieb 58 nach außen bewegt bzw. wieder zurückgeholt wird. Der Zug-Spindeltrieb 58 wird von einer Motorsteuerung 60 aus betätigt, die von den außerhalb des Bohrloches befindlichen Teilen der Meßanordnung geschaltet wird. Der eigentliche Erreger ist an Parallel-Lenkern 64, 66 angeordnet, von denen der Lenker 66 als Kniehebel vom Zug-Spindeltrieb 58 aus betätigt werden kann, der durch die Stange 62 mit dem Ende des inneren Armes des Kniehebels 66 verbunden ist.
Durch das Herausschwenken der eigentlichen Erregeranordnung wird einerseits die Kopplungsplatte 30 gegen die Bohrloch-Wand und andererseits der Hauptteil 24 gegen den der Andruckstelle der Platte 30 gegenüberliegenden Abschnitt der Bohrloch-Wand gedrückt. Die Kopplungsplatte 30 ist mit einer Riffelung versehen, die eine gute Ankopplung auch in verrohrten Bohrlöchern gestattet. Eine weitere Verbesserung der Ankopplung ist dadurch möglich, daß die Kopplungsplatte mit einer Krümmung ausgeführt wird, die im wesentlichen der Krümmung der Wandfläche des Bohrloches entspricht. Die Kopplungsplatte 30 kann zu diesem Zweck auswechselbar an der Schwingplatte 32 befestigt sein. Zur Verminderung unerwünschter Nebenwirkungen muß der Hauptteil 24 der Sonde 14 eine ausreichend große Masse haben. Zusätzlich können noch Gummielemente auf der Außenseite der Sonde an den Stellen angeordnet werden, die entgegengesetzt zur Erregeranordnung liegen und mit denen der Hauptteil 24 gegen die Bohrlochwand gesetzt wird. Vor allem wird aber zur Verringerung der Rückwirkungen der Andrückschuh 33 für die Erregeranordnung als Gegenmasse ausgeführt.
Anstelle einer Zug-Spindelvorrichtung 58 kann, siehe Fig. 2, auch ein entsprechend stark ausgelegter, hier vereinfacht dargestellter Elektromagnet 68 zum Auseinanderdrücken von Erreger- und Hauptteil der Sonde 14 zwischen gegenüberliegenden Bohrloch-Wandabschnitten 70, 72 benutzt werden. Der schematisch dargestellte Elektromagnet 68 wirkt dabei auf die Lenkerarme 64, 66'.
Weiter kann anstelle der Zugspindelvorrichtung auch eine Hydraulikvorrichtung vorgesehen werden.
Fig. 3 zeigt im einzelnen die Schwingungserregung mittels zweier Elektromagneten, die bei Vertikalanregung über bzw. unter dem aus Kopplungsplatte 30 und Schwingplatte 32 bestehenden System an dem Andrückschuh 33 angeordnet sind, der als Gegenmasse für die Schwingungserregung ausgebildet ist. Bei der Erregung werden die beiden Magneten o 1 rn Gegentakt gesteuert, so daß zunächst ein Magnet anzisht und danach abstößt, während gleichzeitig der andere zunächst abstößt und danach anzieht. Dabei kann auch für bestimmte Meßzwecke die Phase der auszusendenden Signale abwechselnd umgekehrt werden. Zur Verringerung der Reaktion wirken die beiden Elektromagneten unter Zwischenschaltung von Gegenfedern 74, 76 auf die Schwingplatte 32.
Die Größe und Ausführung der Gegenmasse hängt in erster Linie von der Art des verwendeten Wandlersystems und vom Frequenzspektrum des abgegebenen Erregersignales ab.
Allgemein wird gelten: je höher die Frequenz um so geringer die erforderliche Gegenmasse. Bei der Verwendung eines piezokeramischen Schwingers mit einer Frequenz von etwa 50 bis 100 kHz ist die Gegenmasse z. B. eine Stahlplatte mit einer Dicke von einer Viertelwellenlänge. Der Schwinger 32 selbst wird vorzugsweise in seiner neutralen Zone, d.h. am Außenmantel auf der Linie der halben Dicke gehaltert.
Bei tieferen Frequenzen kann es erforderlich sein, die Gegenmasse aus einem Material hoher Dichte, z.B.
einem Schwermetall wie Wolfram zu fertigen, um die Bauabmessungen den Größenbedingungen eines Bohrloches mit einem Durchmesser von z.B. 120 mm anzupassen.
Zusätzlich kann, siehe Fig. 4, die Schwingplatte 32 auch mittels eines oder mehrerer in radialer Richtung wirkender Elektromagneten 80, 82 zur Erzeugung von Kompressionswellen erregt werden. Die Magneten 80, 82 sind in diesem Fall zwischen der Schwingplatte 32 und dem Andrückschuh 33 angeordnet.
Anstelle einer Anregung von in Richtung der Bohrlochachse polarisierten Schwingungen können auch quer zur Bohrlochachse polarisierte Schwingungen dadurch erregt werden, daß der Scherwellen-Erreger mit einem System ausgestattet wird, das Drehschwingungen um die Bohrlochachse ausführt. Weiter kann zwischen Andrückschuh und Kopplungsplatte ein Bewegungsempfänger angeordnet werden. - Leerseite -

Claims

Ansprüche: ( 1 Bohrloch-Sonde für die Übertragung und/oder Aufnahme seismischer Signale an einer Bohrlochwand mit einer Andrückvorrichtung, die durch Stellmittel mindestens einen Teil des Körpers der Bohrloch-Sonde an der Bohrlochwand abstützt und dabei ein Erreger- oder ein Empfänger-Element gegen die Bohrlochwand drückt, wobei die Stellmittel einerseits an dem Körper der Bohrloch-Sonde und andererseits an einem daraus herausbewegbaren Arm angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm Teil einer Halterung (64, 66, 62) ist, die einen als Gegenmasse und Andrückschuh dienenden Körper (33) trägt, an dem auf der vom Körper der Bohrlochsonde (24) abgekehrten Seite das Erreger- oder Empfänger-Element (30, 32) angeordnet und durch über die Halterung gehende Leitungen mit den in der Bohrloch-Sonde befindlichen Schaltmitteln verbunden ist.
2. Bohrloch-Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Scherwellen eine Schwingplatte (32), die auf ihrer zur Bohrlochwand gekehrten Seite fest mit einer Kopplungsplatte (30) verbunden ist, durch an entgegengesetzten Enden angreifende Teile (34, 36) einer Erregervorrichtung, insbeson-, dere einer mit Elektromagneten oder Piezokeramik-Elementen ausgestatteten Vorrichtung in Schwingungen versetzbar ist.
3. Bohrloch-Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsplatte (30) auf ihrer Außenseite mit scharfkantigen Riffelungen versehen ist.
4. Bohrloch-Sonde nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schwingplatte (32) an ihrer zum Inneren der Sonde (24) gekehrten Seite eine die Platte in radialer Richtung gesteuert beaufschlagende Vorrichtung, insbesondere eine elektromagnetische oder piezokeramisch arbeitende Vorrichtung (80, 82) angeordnet ist.
5. Bohrloch-Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in ihrer Größe von der Frequenz abhängige Gegenmasse.
6. Bohrloch-Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger ein piezokeramischer Schwinger mit einer Frequenz von etwa 50 bis 100 kHz und die Gegenmasse eine Stahlplatte ist, deren Dicke etwa eine Viertelwellenlänge beträgt.
7. Bohrloch-Sonde nach Anspruch 5 für tiefere Frequenzen, gekennzeichnet durch eine Gegenmasse aus Wolfram oder einem Material ähnlicher Dichte.
8. Bohrloch-Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagneten (34, 36) unter Zwischenschaltung von Gegenfedern (74, 76) auf die Schwingplatte (32) einwirken.