DE3429870A1 - Vorrichtung und verfahren zur vermessung von erdformationen mittels akustischer multipolwellen - Google Patents

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung von Erdformationen mittels akustischer MuItipol-Druckweilen

Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung von Erdformationen im allgemeinen und im besonderen eine solche Vermessung mittels akustischer Druckwellen und akustischer Schubwellen.
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Zum Stand der Technik wird auf die folgenden Anmeldungen der Firma Exxon-Production Research Company verwiesen, die allgemein das Gebiet der vorliegenden iaameldung betreffen, nämlich die amerikanischen Patentanmeldungen mit den folgenden Aktenzeichen: Nr. 379 684- (Winbow et al) vom 19. Mai 1982, Nr.

395,44-9 (Window et al) vom 6. Juli 1982, Nr. 440,140 (Window et al) vom 8. November 1982 und Nr. 4-54,925 (Window et al) vom 3· Januar 1983.

Akustische Bohrlochvermessung wird allgemein als akzeptables Verfahren angesehen, um Informationen über unterirdische Formationen zu erhalten, die Förderbohrungen oder Bohrlöcher umgeben. Anwendungsbereiche für die akustische Bohrloch-Vermessung umfassen die Bestimmung der Formations—Lithologie, die Dichte, die Porosität, die Umsetzung seismischer Zeitabschnitte in Tiefenabschnitte, die Bestimmung der Elastizitätskonstanten des unterirdischen Materials saie die Bestimmung von Frakturen und die Informationsdarstellung hinsichtlich ihrer Orientierung.

Bei einer akustischen Bohrloch-Vermessung ist es üblich, die Druckwellen-Geschwindigkeit oder die Schubwellen-Geschwindigkeit von unterirdischen Formationen, die ein Bohrloch umgeben, zu messen. Druckwellen sind ebenfalls bekannt als P-Wellen. Schubwellen werden auch als S-Wellen bezeichnet. Ein herkömmliches P-Wellengeschwindigkeits-Meß-System umfaßt eine zylindrische Meßsonde, die in einer Bohrloch-Flüssigkeit aufgehängt werden kann, eine Quelle, die an die Sonde angeschlossen ist zur Erzeugung von P-Wellen in der Bohrloch-Flüssigkeit sowie zwei Detektoren, die an die Sonde angeschlossen sind und sich in einem Abstand von der P-Wellen-Quelle befinden,

um die P-Wellen in der Bohrloch-Flüssigkeit aufzunehmen. Eine Druckwelle, die von der Quelle in der Bohrloch-Flüssigkeit erzeugt worden ist, wird in der Erdformation, die das Bohrloch umgibt, zurückgeworfen (der Begriff "Erdformation" soll im Laufe dieser Beschreibung eingesetzt werden, um jede beliebige unterirdische Formation zu bezeichnen, und soll im besonderen nicht verwendet werden in einem engeren Sinn, um einen bestimmten Typ einer unterirdischen Formation zu identifizieren). Sie pflanzt sich durch einen Teil der Formation fort und wird in die Bohrloch-Flüssigkeit zurückgeworfen und von den beiden Detektoren aufgenommen, die sich in einem vertikalen Abstand voneinander und von der P-Wellen-Quelle befinden. Das Verhältnis des Abstandes zwischen den beiden Detektoren zur Zeit zwischen der Aufnahme d.er P-Welle durch die beiden Detektoren ergibt die P-Wellengeschwindigkeit der Formation. Die P-Wellen in der Bohrloch-Flüssigkeit, die auf der Eeflektion der P-Wellen zurück in das Bohrloch beruhen, können als P-Wellenankunft bezeichnet werden.

Die Druckwellen-Geschwindigkeit der Erdformation, die ein Bohrloch umgibt, verändert sich häufig mit dem radialen Abstand von dem Bohrloch. Mehrere Faktoren können der Anlaß für einen solchen Effekt sein einschließlich einer Bohrbe-Schädigung der Formation, das Durchdringen der Formation angrenzend an das Bohrloch durch Bohrflüssigkeiten und. in der Arktis das Schmelzen des Permafrostes in der Nähe des Bohrloches.

Der Teil der Formation, der in dieser Weise geschädigt, durchdrungen oder geschmolzen ist, wird auch Eindringzone genannt und der übrige Teil der Formation, der nicht in dieser Weise beeinflußt ist, wird Ursprungsformation genannt. Somit ist das Bohrloch von einer Einringzone umgeben, welche wiederum von einer Ursprungsformation umgeben ist. Die üruckwellen-Geschwindigkeit der Ursprungsformation unterscheidet sich normalerweise von derjenigen der Eindringzone. Es ist hinlänglich bekannt, daß die Vermessung der Druckweilen-Geschwin-

digkeit der Ursprungsformation zu Informationen führt, die hilf reich zur Bestimmung der Porosität, der G-esteins-Lithologie und der Dichte der UrSprungs-Erdformation sind.

Die herkömmliche P-Wellen-Meß-Quelle ist symmetrisch zur Meßsondenachse. Die mittels herkömmlicher symmetrischer Quellen erzeugten P-Wellen dringen nicht tief in die Erdformation ein, die das Bohrloch umgibt. Die Eindringtiefe der P-Wellenankunft hängt von dem Abstand zwischen der P-WeI-len-Quelle und den Detektoren ab: Je größer der Abstand zwischen der Quelle und. dem Detektor ist, umso größer ist der Teil der in das Bohrloch reflektierten und aufgenommenen P-Wellen-Energie,der tiefer eingedrungen ist. Bei einem Abstand von 1,80 ι bis 3 m der bei der herkömmlichen P-Wellen-Vermessung üblich ist, dringt der größte Teil der Energie der von der Quelle erzeugten und von den Detektoren aufgenommenen P-Wellen häufig nicht weiter als die Eindringzone ein, und nur ein kleiner Teil der P-Wellen-Energie erreicht die Ursprungsformation. Die P-Wellen, die die Ursprungsformation erreichen und sich in dieser fortpflanzen,besitzen typischerweise kleinere Amplituden als die P-Wellen, die nicht über die Eindringzone hinaus eindringen, so daß ihre Ankunft überdeckt werden kann durch die Ankunft der P-Wellen, die nicht über die Eindringzone hinaus eindringen. Wenn dementsprechend der Abstand zwischen Quelle und Detektor nicht den herkömmlichen Abstand von 1,80 m bis 3 m überschreitet, kann es nicht möglich sein, eine herkömmliche symmetrische Quelle einzusetzen, um die P-Wellengeschwindigkeit der Ursprungs format ion zu vermessen. Der Abstand zwischen Quelle und Detektor kann erhöht werden, um die Durchdringung fler P-Wellen zu erhöhen. Ein Erhöhen des Abstandes zwischen der Quelle und dem Detektor führt jedoch zu einer Verminderung der Signalstärke der P-Wellenankunft. Die Dämpfung der P-Wellen, die durch die Formation laufen, erhöht sich mit der in der Formation durchlaufenen Strecke. Wenn dementsprechend der Abstand zwischen Quelle und Detektor erhöht wird, ist die aufgenommene P-Wellenankunft schwächer und die sich ergebende P-Wellen-Vermessung kann ein schlechtes Verhältnis

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von Signal zu Geräusch, aufweisen. Es wird dementsprechend angestrebt, die Durchdringung der P-Wellen zu erhöhen, ohne den Abstand zwischen Quelle und Detektor zu vergrößern.

Asymmetrische Jjruckwellen-Quellen sind zur Vermessung fler Schubwellen-Geschwindigkeit einer Erdformation entwickelt worden. Bei solchen asymmetrischen Quellen erzeugt die Quelle innerhalb der Bohrloch-Flüssigkeit eine positive Druckwelle in einer Richtung und gleichzeitig eine negative Druckwelle in der entgegengesetzten Richtung. Die Interferenz zwischen den beiden Druckwellen erzeugt eine Schubwelle, die in *er Erdformation reflektiert wir*. Dieser Typ einer asymmetrischen Quelle wird beschrieben in der europäischen Patentanmeldung Nr. 31 989 (Angona et al) der US-PS 3 593 255 (White), Ausgabetag 13- Juli 1971, sowie der US-PS 4- 207 961 (ELtsunezaki), Ausgabetag 17. Juni 1980.

Angona et al beschreiben eine Biegetyp-Quelle, die zwei kreisförmige piezoelektrische Platten umfaßt, die miteinander verbunden sind und über ihren Umfang mit einer Keßsonde in Verbindung stehen. Wenn eine Spannung über die beiden piezoelektrischen Platten gelegt wird, vibriert der mittlere Bereich der kreScheibenförmigen Platten und erzeugt eine positive Druckwelle in einer Richtung und gleich-

•?5 zeitig eine negative Druckwelle in der entgegengesetzten Richtung. Die beiden Druckwellen interferieren miteinander und erzeugen eine Schubwelle in der Erdformation, die das Bohrloch umgibt. Die von Angona et al beschriebene Biegetyp-Quelle besitzt einen begrenzten Frequenzbereich. Es wird dort spezifiziert, ^ aß die beschriebene Vorrichtung in der Lage ist, ein akustisches Signal mit Frequenzkomponenten zu erzeugen, *ie im Bereich von etwa 1 bis 6 kHz liegen, *. h. einem Frequenzbereich, in welchem die Amplitude der erzeugten und in *er Formation reflektierten Schubwellen wahrscheinlich merklich größer sind als diejenigen der erzeugten und in der Formation reflektierten P-Wellen, so daß dementsprechend der Frequenzbereich zu niedrig ist, um in den meisten Formationen eine Druckwellen-Vermessung

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durchführen zu können.

White beschreibt eine asymmetrische Quelle mit zwei piezoelektrischen Segmenten, die jeweils die Form eines halben Hohlzylinders besitzen. Die beiden Segmente werfen so angeordnet, daß sie einen gespaltenen Zylinder bilden. Die beiden Segmente besitzen entgegengesetze Polarisation und an jedes Segment wird eine Spannung angelegt, die bewirkt, daß das Segment radial expandiert, während gleichzeitig das andere Segment radial kontrahiert, wodurch eine positive Druckwelle in einer Richtung und gleichzeitig eine negative Druckwelle in der entgegengesetzten Sichtung erzeugt wird. Die beiden Druckwellen interferieren miteinander un^ erzeugen eine Schubwelle in der Erdformation angrenzend an das Bohrloch. Eine solche Schubwelle pflanzt sich entlang des Bohrloches fort und. wird von einem Paar von Transduzern aufgenommen, die im. wesentlichen direkt oberhalb oder neben den piezoelektrischen Segmenten der Quelle angeordnet sind. Die White-Yorrichtung "betont" die Schubwellen und eliminiert virtuell die schneller laufenden Druckwellen, die hierdurch erzeugt und aufgenommen werden, white beschreibt nicht eine Vorrichtung oder schlägt eine solche vor, die allgemein geeignet ist zur Druckwellen-Vermessung. Auch beschreibt White kein Verfahren oder schlägt ein solches Verfahren vor, das geeignet ist zur akustischen Geschwindigkeitsvermessung der Ursprungsformation, die ein Bohrloch umgibt.

Kitsunezaki beschreibt eine Vorrichtung, bei welcher auf einen Kern angeordnete Spulen in ein Magnetfeld eines Permanentmagneten eingebracht werden und Strom durch die Spulen geschickt wird, um die Kernanordnung anzutreiben. Die Bewegung der Kernanordnung ejiziert ein Wasservolumen in einer Richtung und saugt gleichzeitig ein äquivalentes Wasservolumen aus ^er entgegengesetzten Richtung an,wod.Ur>rch eine positive Druckwelle in einer Richtung und gleichzeitig eine negative Druckwelle in der entgegengesetzten Richtung erzeugt wird. Kitsunezakis asymmetrische Quelle kann jedoch nicht bei hohen Frequenzen oder mit einer hinreichenden Energie

betrieben werfen, a ie erforderlich, ist, um eine Druckwellen-Vermessung in den meisten Formationen durchzuführen. Die Vorrichtung läßt sich auch nicht bei größeren Tiefen oder unter

großem Druck betreiben.
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Bei anderen Typen asymmetrischer Schubwellen-Vermessungsquellen wird diese statt ihrer Kopplung mit der Bohrloch-Wandung über die Bohrloch-Flüssigkeit entweder direkt an die BohrIoch-Wandung angekoppelt, oder über mechanische Einrichtungen wie etwa Haltewülste. Derartige Schubwellen-Meßquellen sind in den folgenden amerikanischen Patentschriften beschrieben: US-I³S 3 354 983 (Erickson et al) , Ausgabetag 28. November 1967 und US-PS 3 949 352 (Vogel), Ausgabetag 6. April 1976.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Druckwellen-Geschwindigkeit oder der Schubwellen-Geschwin^igkeit in einer Ursprungsformation, die ein Bohrloch umgibt, geschaffen, die jedoch getrennt hiervon ist riurch eine Eindringungszone, wobei außerdem der Radius dieser Eindringlings zone bestimmt wird. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt ein Gehäuse, das innerhalb eines Bohrloches angehoben und abgesenkt werden kann, eine Signalerzeuger-Einrichtung innerhalb des Gehäuses zur Übertragung einer 2^I1-Pol-akustischen Welle (die Multipolnomenfelatur, die im Rahmen dieser Beschreibung Verwendung findet, wir^ untenstehend in dem ersten Absatz der Beschreibung der bevorzugten AusJhrungsform erläutert) durch die ursprüngliche Erdformation, die ein Bohrloch umgibt, wobei η eine ganze Zahl größer als Null ist, sowie eine Signalaufnahme-Einrichtung, die an das Gehäuse angeschlossen ist, in einem hinreichenden Längsabstand entlang des Bohrloches von der Signalerzeuger-Einrichtung zur Aufnahme der Ankunft der 2 -Pol-akustischen Welle.

Das .uruckwelleii-Aufzeichnungsverfahren gemäß der Erfindung umfaßt die Übertragung einer 2ⁿ-Pol-Druckwelle durch die das Bohrloch umgebende ursprüngliche Erdformation, wobei η

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eine ganze Zahl größer als Null ist, sowie die Aufnahme ^er 2ⁿ-Pol-Druckwellenankunft zumindest an einem Punkt in einem Längsabstand entlang des Bohrloches von dem Punkt der Übertragung. Wenn die Druckwell en-Ankunft an zwei Punkten aufgenommen wird, so mißt man die Zeit, die zwischen den beiden Aufnahmen an den beiden Punkten vergangen ist, um die Druckwellen-Geschwindigkeit der das Bohrloch umgebenden Ursprungsformation zu bestimmen. Wenn die 2³³^-PoI-WeIl enankunft nur an einem Punkt aufgenommen wird, so mißt man die Zeit, die vergangen ist, zwischen der Übertragung und der Aufnahme, um die Druckwellen-Geschwindigkeit der Ursprungsformation .zu bestimmen. Das letzte Verfahren ist schwieriger durchzuführen und viel weniger genau. Ih jedem Fall wird die Druckwellen-Geschwindigkeit der Erdformation vorzugsweise wiederholt gemessen mit aufeinander-folgend größer werdenden Abständen von Quelle und Detektor, bis die Druckwellen-Geschwindigkeiten, die in zwei aufeinanderfolgenden Messungen ermittelt werden, im wesentlichen die gleichen sind. Die im wesentlichen als Konstante gemessene Geschwindigkeit ist die Druckwellen-Geschwindigkeit der Ursprungsformation. Wenn die Druckwellen-Geschwindigkeiten der Eindringzone und der Ursprungsformation bekannt sind, wird der minimale Abstand zwischen Quelle und Detektor, der zu einer im wesentlichen konstant gemessenen Geschwindigkeit führt, verwendet, um den Radius der Eindringzone zu bestimmen.

Das Schubwellen-Meßverfahren gemäß der Erfindung ist identisch zu dem Schubwellen-Geschwindigskeits-Meßverfahren mit der Ausnahme, daß 2ⁿ-Pol-Schubwellen (statt 2ⁿ-Pol-Druckwellen) durch die Ursprungsformation geschickt und aufgenommen werden, um r!ie Schubwellen-Geschwindigkeit der Ursprungsformation zu bestimmen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt im einzelnen;

Figur 1 drei Richtungswege akustischer Wellen, die von einer Multipol-Quelle erzeugt worden sind, wobei ein Weg den Verlauf einer akustischen Welle wiedergibt innerhalb der Eindringzone der ein Bohrloch umgebenden Erdformation, ein weiterer den Verlauf einer akustischen Welle durch die die Eindringzone umgebende Ursprungsformation, von welcher er reflektiert wird, und ein dritter eine akustische Welle, die von der Zwischenschicht zwischen der Eindringzone und der Ursprungsformation reflektiert wird,

Figur 2 eine vereinfachte, teilweise schematische und teilweise perspektivische Darstellung einer Quadropol-Druckwellen-Aufzeichnungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 3 einen Querschnitt durch die bevorzugte Ausführungsform der Quadropol-Druckwellen-Quelle, die in vereinfachter Form in Figur 2 dargestellt ist entlang einer Ebene, die die Meßsonden-Achse enthält,

Figur 4 eine vereinfachte, teilweise perspektivische und teilweise schematische Ansicht der Quadropol-Schubwellen-Meßeinrichtung gemäß Figur 2 unter Darstellung der Orientierung der Detektoren relativ zu denjenigen der Quadropol-Quellen und der elektrischen Anschlüsse an die Quellen und Detektoren,

Figur 5

einen Querschnitt durch eine Quadropol-Schubwellen-Meßquelle gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ,

Figur 6 einen Querschnitt durch eine Oktopol-Druckwellen-Meßquelle einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Figur 7 einen Querschnitt durch eine Oktopol-Druckewellen-Meßquelle einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ,

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Figur δ einen Querschnitt durch eine Dipol-itruckwellen-Meßquelle einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung,

Figur 9 einen Querschnitt durch eine Dipol-uruckwellen-Meßquelle zur Erläuterung einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung,

Figur 10 einen Querschnitt durch die Qua^ropol-Druckwellen-Meßquelle gemäß Figur 3 entlang der Schnittlinie 10-10,

Fgiur 11 eine graphische Darstellung zur schematischen Erläuterung der Veränderung der Druckwellen-Geschwindigkeit gemessen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung über den wachsenden Abstand von Quelle und Detektor, und

Figur 12 eine graphische Darstellung zur schematischen Erläuterung der Veränderung der erwarteten Ankunftszeiten jeweils der reflektierten Ankunft P von *er Ursprungsformation, der reflektierten Ankunft P. von der Eindringzone bzw. der reflektierten Ankunft R von der Grenzfläche zwischen derEindringzone und der UrSprungsformation bei zunehmender Dicke der Eindringzone.

Die Multipolnomenklatur beruht auf aufeinanderfolgenden Potenzen von zwei, d. h. 2 , wobei η eine ganze Zahl ist unr⁵ η »1,2,3 usw. bis unendlich. Dementsprechend umfassen die Multipole den Dipol (n * 1), den Quadropol (n « 2) und den Oktopol (n a 3)· Die Nomenklatur für Multipole höherer Ordnung beruht auf 2ⁿ, wobei η * 4-, 5? 6 usw. bis unendlich ist. Die Multipole umfassen nicht den Monopol (n » 0).

Die Figur 1 zeigt drei Wegverläufe akustischer Wellen, die ^urch eine akustische Quelle 10 erzeugt worden sind, einen der Detektoren i)1 einer Detektoranordnung 12.

Die akustischen Wellengeschwindigkeiten der Eindringzone können sich kontinuierlich erhöhen mit d em wachsenden Abstand von dem Bohrloch aufgrund des unterschiedlichen Grades an Penetration der Bohrloch-Flüssigkeit in die Eindringzone 5 oder die Beschädigung in der Nähe des Bohrloches. Die akustischen Wellenverläufe in der Eindringzone sind gekrümmt, wie dies im wesentlichen in Figur 1 dargestellt ist, wenn die akustische Wellengeschwindigkeit der Eindringzone in dieser Weise von dem Abstand vom Bohrloch abhängt. Zur Vereinfachung soll bei der Diskussion der Figur 1 von der Annahme ausgegangen werden, daß die akustischen Wellen P-Wellen sind. Es ist jedoch zu bemerken, daß diese Diskussion in gleicher Weise zutreffend ist für den Fall, wenn es sich bei den akustischen Wellen um S-Wellen handelt.

Zusätzlich zum Fortschreiten entlang des angezeigten Weges laufen die von der Quelle 10 erzeugten P-Wellen auch in die Regionen auf beiden Seiten eines jeden Weges, d. h. in den Bereich dichter an dem Bohrloch und den Bereich weiter in die Eindringzone. Diejenigen P-Wellen, die in ^ie Ein^ringzone laufen, können Pi genannt werden und diejenigen, die in die Ursprungsformation laufen, Pv. Zusätzlich zu ^en reflektierten Ankünften Pi und Pv wird eine weitere frühe Ankunft S gezeigt, die sich aus der Reflektion an der Zwischenfläche zwischen der Eindringzone und der Ursprungsformation ergibt. Es ist jedoch immer der Fall, riaß entweder Pi oder Pv (oder beide) an dem Detektor jj1 vor S ankommen. Bei einer Konopol-P-Welle dringt ein Großteil der von der Anordnung aufgenommenen Energie nicht über die Eindringzone hinaus, so ^aB Pv klein sein kann oder bestenfalls in der Amplitude vergleichbar mit Pi. Es wird dementsprechend schwierig sein, die aufgenommene Ankunft Pv von der aufgenommenen Pi-Ankunft zu unterscheiden, um somit die P-Wellengeschwindigkeit in der Ursprungsformation zu bestimmen.

Es wurde nun herausgefunden, daß bei einer Erzeugung mit ^em gleichen Abstand von Quelle und Detektor die Spitzenenergie einer Dipol-P-Welle die Erde tiefer durchdringt als diejenige

einer Monopol-P-Welle und die Spitzenenergie einer Quadropol-P-Welle durchdringt tiefer als diejenige einer Dipol-P-Welle. Mit anderen Worten: Verglichen mit eier Monopol-P-Welle wandert ein größerer Prozentsatz der Energie * er Bipol-P-Welle in die Ursprungsformation hinein. Yon der Qua^ropol-P-Welle wandert ein noch höherer Prozentsatz ^er Energie in ri ie Ursprungs formation hinein, so daß Pv eine Intensität besitzt, die merklich größer ist als Pi und die P-Wellengeschwindigkeit der Ursprungsformation kann gemessen werfen durch die Messung von Pv.

Weiterhin wurde herausgefunden, daß bei dem gleichen Abstand von Quelle und Detektor der Prozentsatz an Energie,die in die Ursprungsformation hineinläuft, anwächst mit der Potenz

1p ¹^ er Ilultipol-P-Wellenquelle. Somit besitzt eine P-Wellenquelle höherer Ordnung ein besseres Verhältnis von Pv zu Pi. Die 16-Pol-P-Wellenquellen und andere Quellen höherer Ordnung erzeugen jedoch P-Wellen, die schwächer sind als diejenigen, welche durch die Quadropol- und Oktopol-P-Wellenquellen erzeugt werden. Dementsprechend sind die Quadropolunr" Oktopol-P-Wellenquellen die bevorzugten P-Wellenquellen zur Vermessung der Ursprungsformation.

Die Figur 2 zeigt eine teilweise schematische und teilweise perspektivische Darstellung eines akustischen Meßsystems zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung. Eine Meßsonde 20 kann in einem Bohrloch abgesenkt oder aus diesem herausgenommen wsrden. Zur Einleitung der Vermessung xtfird die Sonde 20 in einer Flüssigkeit 24 aufgehängt, *ie sich in einem Bohrloch 22 befindet, das von einer Er^formation 26 umgeben ist, die aus einer unmittelbar an die Flüssigkeit 24 angrenzenden Eindringzone und einer Ursprungsformation besteht, die die Eindringzone umgibt (die Eindringzone und die Ursprungsformation der Ξ dformation 26 sind in Figur 2 nicht dargestellt). Zur Erleichterung der Montage, ^es Betriebes und der Reparatur umfaßt ^ie Sonde 20 eine Anzahl von hohlen zylindrischen Abschnitten. Der obere Abschnitt 32 enthält eine Quadropol-P-Wellen-Meßquelle 10 und umfaßt

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Fenster 34, *ie den P-Wellen, die von der Quelle 10 erzeugt worden sind, radial hierdurch in die Bohrloch-Flüssigkeit überzutreten. Obwohl 4 Fenster 34· dargestellt sind, kann der Abschnitt 32 mehr oder weniger als 4 solcher Fenster umfassen. Die Abschnitte 36 und 38 enthalten den ersten bzw. den zweiten Detektor jj1 und D2 der Detektor anordnung 12, während der Abschnitt 40 den letzten Detektor i)n der Anordnung 12 enthält. Andere Abschnitte enthalten die übrigen Detektoren der Anordnung und sind nicht dargestellt oder nur zum Teil aus Figur 2 ersichtlich.

Der Abschnitt 42 ist ein Abstandsabschnitt, ^er ^en Abschnitt 32 von dem Abschnitt 36 trennt. Der Abstand von Quelle zu dew Detektor kann eingestellt werden durch die Verwendung eines Abstandsabschnittes der entsprechenden Länge, o^er durch den Einsatz mehr oder weniger Abstandsabschnitte zur Trennung ^er Quelle von den Detektoren. Andererseits kann der effektive Abstand von Quelle und Detektor erhöht werden, intern man eine Anordnung von Detektoren wie beispielsweise die Anordnung 12 der Figur 2 vorsieht und selektiv die Ankunft durch individuelle Detektoren oder Detektorenpaare aufnimmt, die in zunehmenden Abständen von der Quelle angeordnet sind.

der Jeder Abschnitt, der einenDetektor Anordnung 12 enthält, umfaßt Fenster (wie *ie Fenster 46, 48 und 50 der Figur 2), ^ureh. welche die von der Erdformation 26 reflektierten P-VeIlen ^ie Anordnung 12 erreichen können.

Die Quelle 10 ist mit einer Auslöse- und Aufzeichnungs-Steuereinheit 62 über einen Schalter 64 angeschlossen. Die von der Anordnung 12 aufgenommenen P-Vellen v/erden über ein Drähte 66 enthaltendes Kabel einem Schalter 68, einem Ban^- paßfilter 70, einem Verstärker 72 und einer Zeit-Intervall-Einheit 74 zugeführt.

In einer nachfolgend noch beschriebenen Veise wirr) ^ie Auslöse- und Aufzeichnungs-Steuereinrichtung 6p eingesetzt,

um ^ie Quelle 10 zu aktivieren, riie eine Quadropol-P-Welle in "er Formation 26 erzeugt. Die Quadropol-P-Wellenankunft wir·"¹ r'urch die Detektoren jü1 bis im der Detektoranoräiiung aufgenommen, weiche die aufgenommenen akustischen Signale in elektrische Signale umsetzen. Die Signale werden dem Filter 70 über den Schalter 68 zugeführt, dessen Funktion noch zu beschreiben ist. Die elektrischen Signale werden von dem Filter 70 gefiltert und durch den Verstärker 72 verstärkt. Das Zeit-Intervall zwischen der Aufnahme nebeneinander liegender Detektoren kann dann in ^ er Einheit 7^ S^e~ speichert o^er angezeigt werden, vrie dies erwünscht ist.

Wenn eine vorgegebene Dipol-P-Welle oder eine P-Welle höherer Ordnung in eine Formation geschickt wird, verändern sich r*ie Änkonftszeiten der reflektierten P-We11ensignale an ^en Detektoren mit der Dicke der Ein^ringzonen. Die Figur 12 zeigt schematisch die Veränderung der erwarteten Ankunftszeiten der reflektierten Ankünfte Pv und Pi sowie der reflektierten Ankunft R bei einem Anstieg der Dicke der Eindringzone. Die .uicke der Eindringzone ist gleich der Differenz zwischen r^i dem äußeren Radius der Eindringzone und r^ riem Radius * es Bohrloches. Die hyperbolische Kurve, die die Ankunftszeiten der reflektierten Ankunft R repräsentiert, tangiert die geradlinige Kurve, die die Ankunftszeiten Pv repräsentiert, wenn die Dicke der Eindringzone gleich ist einer kritischen Dicke

wobei ζ der Quellen/Detektorabstand, Gv -^ie P-Wellengeschwindigkeit in r*er Ursprungsformation und Gi die P-Wellengeschwin-

^igkeit xn der Exndringzone ist. Es wur^e herausgefunden, ^aS für einen beträchtlichen Bereich der Dickenwerte für die Ein- -^ringzone in der Nähe von r* die reflektierte Ankunft Pv ναι* die reflektierte Ankunft R zu Zeiten eintreffen, die um weniger als 1 % voneinander differieren, so riaS E effektiv die aufgenommene Amplitude von Pv verstärkt. Die maximale Amplitude der reflektierten Ankunft R tritt ein,wenn die Dicke der Eindjringzone gleich r* ist. Hur wenn die Dicke der Exndringzone merklich größer als r* ist, so ist die

Amplitude der reflektierten Ankunft R hinreichend vermindert, so daß Pi die erste merkliche Ankunft ist.

Eine Vergrößerung des Quellen/Detektorabstandes erhöht die ^ Eindringtiefe der P-Vellenenergie in die Eindringzone. Wem« ph ungewiß ist, ob die aufgenommene Ankunft diejenige von Pi orler Pv ist, so umfaßt die bevorzugte Methode zur Unterscheidung zwischen den Ankunften von Pi und Pv die Auftragung der Geschwindigkeit von der Ankunft gegenüber dem Quellen-Detektorabstand z, wie dies in Figur 11 dargestellt ist. Bei kleinen Quellen/Betektorabständen hängt die gemessene Geschwindigkeit von dem Quellen/Detektor ab st and ζ ab, und zwar aus Gründen, die nachfolgend noch zu erläutern sind. Wenn der Quellen/Detektorabstand einen kritischen Wert z* erreicht, nähert sich die ermittelte Geschwindigkeit einer konstanten. Diese konstante Geschwindigkeit ist im wesentlichen « Gv, ^er P-Wellengeschwindigkeit in der Ursprungsformation. Der kritische Abstand z* ist der Abstand, bei welchem der wesentliche Teil der P-WeIlen-Energie die Zwischenfläche zwischen der Eindringzone und der Ursprungsformation erreicht.

Der kritische Abstand z* kann bestimmt werben durch das Auftragen ^er gemessenen P-Wellengeschwindigkeit über dem Quellen-Detektorabstand ζ wie in Figur 11. Die aufzutragende P-Wellengeschwindigkeit wird berechnet durch die Division des Abstandes zwischen den beiden D&ektoren durch das Zeit-Intervall zwischen der Aufnahme der P-Wellenankunft durch die beiden !Detektoren. Wenn der Quellen/Detektor ab stand hinreichend klein ist, so daß die P-Welle nie in die Ursprungsfoination eindringt, so ist der gesamte Weg zwischen der Quelle und dem Detektor gekrümmt und der Unterschied zwischen den beiden Weglängen ist geringer als der Abstand zwis-chen den beiden Detektoren. Wenn dementsprechend der P-Wellenweg nie die Ursprungsformation erreicht, neigt die gemäß der oben angegebenen Näherung berechnete P-Wellengeschwindigkeit r^azu, die tatsächlich P-Wellengeschwindigkeit zu überbewerten. Wenn ^er Quellen/Detektorabstand hinreichend vergrößert wird, so r*aß ^er P-Wellenweg die Ursprungsformation erreicht,

so ist flie gemessene P-WeIlengeschwindigkeit eine gute Näherung -ier P-Wellengeschwindigkeit in der Ursprungsformation. Ein solcher minimaler Quellen/Detektor ab st and ist rier kritische Abstand z*. Wenn der Quellen/Detektorabstanä erhöht wirr" über den kritischen Abstand hinaus, so wirr* die gemessene P-Wellengeschwindigkeit im wesentlichen konstant sein unr* somit ist riie Bestimmung des Punktes in Figur 11, über welchen hinaus die P-Wellengeschwin^igkeit gemessen wir-% im wesentlichen konstant.
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Die Vorrichtung gemäß Figur 2 kann auch eingesetzt werden, um die Eind ringtiefe I) zu bestimmen, die η as Bohrloch umgibt ^urch riie Auswertung der folgenden Beziehung:

rl « (z/2) (((Cv/Ci)-i)((Cv/Ci)+i))^i/2,

wobei ζ rier Quellen/Betektorabstand, d ^ie Einrlringtiele einer P-Welle in ^ie Formation, Cv -"lie P-Wellengeschwindigkeit in ^er Ursprungsformation un^ Oi riie P-Wellengeschwin- ^igkeit in rier Einriringzone ist. Die jjurchdringungstiefe f*er P-Welle ist gleich L_; der Ein*ringtief e, wenn riie P-Welle riie Ein-iringzone durchdringt un^ ^ie Zwischenfläche zwischen * er Einriringzone un^ ^ er Ursprungsformation erreicht. Somit kann, wenn ^er kritische Abstanr! z* und ^ie P-Wellengeschwin^igkeiten in -^ er Ein^ringzone unri rier Ur Sprungs for mat ion bekannt sin^ , 2p ^ie Einri.ringtiefe D aus der obigen Formel berechnet werfen.

Lie obige xiiskussion hinsichtlich der P-Wellengeschvin^i^keit Ermittlung unn * er Fortpflanzung * er P-Wellen in ^ie Ein^ri-u.vzone un^ ^ie Ursprungsformation, riie ein Bohrloch umgibt, trifft in gleicher Weise auf flie Ermittlung der S-Wellengeschwin^igkeit und der Fortpflanzung der S-Wellen zu. Die hier beschriebenen Verfahren sind somit im Kontext anwendbar auf ^ie S-Wellengeschwin^igkeits-Vermessung wie auch im Kontext * er P-WeIleng es chivind ingkeit s-Verme s sung.

Die seismische Energie, die von der Meßsondenvorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, abgestrahlt wird, kann, in zwei Kategorien aufgeteilt werden: Es ist ^ie Energie abgestrahlt

in *er Form von Schubwellen und Ep die Energie abgestrahlt in rier Form von Druckwellen. Das Verhältnis von Ep zu Es hängt von dem Frequenzspektrum der seismischen Strahlung ab, die von der Vorrichtung erzeugt wird. Die hier beschriebene Vorrichtung kann somit geeignet sein für die S-Wellengeschwindigkeits-Vermessung als auch für die ^-Wellengeschwindigkeit s-Vermessung. Für eine effiziente Druckwellen-Vermessung ist es erstrebenswert, daß der Frequenzbereich fler erzeugten Strahlung derjenige ist, der das Verhältnis von Ep zu Es maximiert. Dieser bevorzugte Frequenzbereich hängt von der Geschwindigkeit der Druckwellen in der zu messenden Erdformation ab. Es wur^e gefunden, ^aß für -""ie B-Wellenvermessung, wenn die Druckwellengeschwindigkeit in der Formation (a) 300 m pro Sekunde ist, ^er Strahlungs-Frequenzbereich,der ^urch die erfin^ungsgemäße Vorrichtung erzeugt wird, erstrebenswerterweise die Frequenz (a)(1O/d)kHz enthält, wobei * der Durchmesser des Bohrloches in Zoll ist.

Der Betrieb der seismischen Multipο1-Quelie gemäß ^er Erfin^ung bei Frequenzen wesentlich niedriger als (a)(1O/^)kHz führt zu der Erzeugung eines relativ starken Schubwellen-Signals und eines relativ schwachen Druckwellen-Signals. Es wurde herausgefunden, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung erstrebenswerterweise in einem solch niedrigen Frequenzbereich betrieben wird zu einer effizienten S-Wellengeschwindigkeits-Vermessung. Der Betrieb in einem derart niedrigen Frequenzbereich ermöglicht ein relativ starkes Schubwellen-Signal, das weit in die Formation weg von dem Bohrloch eindringt. Mit einem hinreichend großen Quellen/ Detektorabstand kann die Schubwellen-Geschwindigkeit der Ursprungsformation dementsprechend vermessen werden.

Das bevorzugte Verfahren zur Vermessung der P-Wellengeschwindigkeit einer Ursprungsformation unter Verwendung der hier beschriebenen Vorrichtung umfaßt ^ie Erzeugung eines Breitbandsignals, das ^urch die Ursprungsformation reflektiert, mittels der Detektoren u1 bis x)n aufgenommen und durch Bandpaßfilter 70 geschickt wird. Zur P-Wellen-Vermessung

wir* ein Ban^paß^Filter 70 ausgewählt, um aas aufgenommene Signal zu filtern, so daß die aufgezeichneten P-WeIlen-Pv-Ankünfte große Amplituden besitzen relativ zu den aufgenommenen Schubwellen-Ankünften. Für *ie S-Wellen-Ver~ messung wirr' ein Bandpaßfilter 70 ausgewählt, um flas aufgenommene Signal zu filtern, so daß ^ie aufgezeichneten Schubwell en-Ankünf te eine größere Amplitude besitzen relativ zu '-"'en aufgezeichneten P-Wellen-Ankunft en.

^ie Figuren 3 und 10 erläutern in größerem Detail die bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Figur 3 ist ein Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform d er Quadropol-Druc laseilen-AufZeichnungsquelle, die in vereinfachter Form in Figur 2 dargestellt ist, in einer Ebene, die die Meßsonden-τAchse enthält. Die Figur ist ein Schnitt entlang der Linie 10-10 *er Figur 3 unter Darstellung eines Querschnittes der Quadropol-Quelle in einer Ebene senkrecht zur Achse der Meßsonde.

Die Quelle 10 gemäß Figur 10 umfaßt im wesentlichen 4 ähnliche Sektoren (oder "Elemente") 102, 104, 106 und 108 radial polarisierter piezoelektrischer Hohlzylinder, die im wesentlichen koaxial mit und in gleichem Abstan* von rier Son*enachse angeordnet sind. Sektoren unterschiedlicher Zylinder mit unterschiedlichen Radien können ebenfalls eingesetzt; werfen. Es leuchtet ein, daß derartige 4 Sektoren sogar eingesetzt werfen können, wenn sie nicht koaxial zur Son^enachse angeordnet sind unter der Voraussetzung, daß ihre Achsen im wesentlichen parallel zur Sondenachse liegen un^ *aß sie so orientiert sind, daß die Sondenachse auf der konkaven Seite eines je^en Sektors liegt. Eine derartige Konfiguration kann erreicht werden, wenn man die 4 Sektoren 102, 104, 106 un^ 108 gemäß Figur 10 radial von der Sondenachse weg um unterschiedliche Abstände verschiebt. Die zyklische Ordnung 102, 104, 106 und 108 der 4 Sektoren gemäß Figur 10 definiert die relativen Positionen *er 4 Sektoren. Da die Ordnung zyklisch ist, kann jeder der folgenden zyklischen Ordnungen ebenfalls eingesetzt werfen,

um die gleichen Relativpositionen zu erzielen: 104-, 106, 108, 102; 106, 108, 102, 104; und 108, 102, 104, 106. Während die 4 Sektoren vorzugsweise in einem im wesentlichen gleichen Abstand um die Sondenachse herum angeordnet sind, wie dies in Figur 10 dargestellt ist, leuchtet ein, daß auch Konfigurationen vorliegen können, bei welchen die 4 Sektoren nicht in einem gleichmäßigen Abstand um die Sondenachse herum angeordnet sind, ohne ^abei den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Der Austausch jeweils zwei einander gegenüberliegender Sektoren, wie etwa 102 mit 106 oder 104 mit 108, beeinflußt ebenfalls nicht den Betrieb der Quelle gemäß Figur 10.

Die Quelle muß auch nicht 4 Sektoren eines Hohlzylinders umfassen,wie dies in Figur 10 dargestellt ist, sondern es kann sich um Elemente einer beliebigen Form oder Größe handeln, solange ihre Massenzentren relativ zueinander in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise angeordnet sind und sie Druckwellen in einer ähnlichen Weise erzeugen, wie die oben beschriebenen Sektoren gemäß Figur 10. Der Massen-Schwerpunkt ist definiert in dem "American Heritage Dictionary of the English Language," 1978, Houghton Mifflin Co., Boston, Massachusetts, V.St.A. als Zentrum der Masse eines Gegenstandes mit einer konstanten (d. h. gleichmäßigen) Dichte. Wenn der Gegenstand eine variable Dichte besitzt, dann kann '"'as Massenzentrum eines solchen Gegenstandes definiert werden als Punkt, der das Massenzentrum eines solchen Gegenstandes sein würde, wenn dieserGegenstand eine konstante Dichte aufweisen würde.

Die 4 Elemente (das erste, das zweite, das dritte und das vierte Element) beliebiger Form oder Größe sind in einer solchen Weise an ein Gehäuse angeschlossen, daß in einem Viereck die vier Ecken definiert sind durch die Massenschwerpunkte des ersten, des zweiten und des dritten EIementes und der senkrechten Projektion des Massenzentrums

vierten Elementes auf die Ebene, die definiert ist durch Massenzentren des ersten, des zweiten und des dritten Elementes und diese enthält,wobei die vier Winkel des Viereckes

jeweils kleiner sind als 180°. Vorzugsweise liegen * ie Massenzentren ^er vier Elemente in einer Ebene und bilden die vier Ecken eines Quadrates. Die Ebene, die die Massenzentren enthält, liegt vorzugsweise senkrecht zur Bohrlochachse. Wenn ^ie vier Elemente klein sind, so daß sie im wesentlichen punktförmige Druckwellen-Quellen werden, dann werden die vier Druckwellen im wesentlichen an vier Punkten erzeugt, die räumlich in der gleichen Weise angeordnet sind wie ^ie Massenzentren der vier Elemente.

Unter Bezugnahme auf die "bevorzugte Aus führung s form, wie sie in Figur 10 dargestellt ist, kann im wesentlichen der gleiche elektrische Impuls an die Zylinderoboflachen eines jeden der Sektoren 102, 104, 106 und 108 im wesentlichen gleichzeitig angelegt werden, so daß die Impulse, die jeweils zwei benachbarten Sektoren zugeführt werden, eine entgegengesetzte Polarität besitzen. Diese Anordnung ist in F%ir erläutert. Bei einer derartigen Anordnung werden, wenn ein Sektor durch einen elektrischen Impuls dazu veranlaßt wird, radial zu expandieren, die anderen beiden radial kontrahieren und umgekehrt. Wenn die vier Sektoren radial nach außen polarisiert sinri, dann sin* die Richtungen der Expansion und Kontraktion durch die hohlen Pfeile sJ±s in Figur 10 dargestellt. Währen'³! der Kontraktion eines Sektors bewegt sich

2p die gesamte innere zylindrische Oberfläche nach innen. Während seiner Expansion bewegt sich die gesamte äußere zylindrische Oberfläche nach außen. Es leuchtet ein, daß ^ie Polarisation der 4 Sektoren radial nach innen gerichtet sein kann entgegengesetzt zu der Darstellung in Figur 10.

In einem solchen Fall sind die Expansions- und Eontraktionsrichtungen, die durch die elektrischen Impulse von der in Figur 10 dargestellten Polarität verursacht werden, umgekehrt zu denjenigen, wie sie durch die Hohlpfeile in Figur 10 dargestellt sind. Die im wesentlichen gleich zeitige Expansion und Kontraktion der 4- Sektoren erzeugt eine Quadropol-P-Welle in ^er Bohrloch-Flüssigkeit 24 gemäß Figur 2, die dann in Erdformation 26 übertragen un^ ^urch die Anordnung 12 in oben beschriebenen Weise aufgenommen wir-"*. Bei einem

Betrieb in *er oben unter Bezugnahme auf Figur 10 beschriebenen Weise kann die Quelle 10 als in Quariropol-Modus befindlich angesehen werden.

Die vier piezoelektrischen Elemente 102, 104, 106 una tier Quelle 10 gemäß den Figuren 3 und 10 können in einer Weise mit *er Meßsonde 20 verbunden sein, wie dies unter Bezugnahme auf Figur 3 am leichtesten verständlich ist. Die Kolben 83 und 84- besitzen einen solchen Durchmesser, daß sie genau in die Meßsonde 20 hinein passen. Die Kolben 83 und 84· besitzen Gewinde-Aus sparungen 85 bzw. 86 un* *ie beiden Kolben können mittels einer Kolbenstange 114- verbunden sein, deren beiden Enden ein Gewinde tragen unri eine solche Größe besitzen, daß sie in *ie Gewinde-Aussparungen 85 un* 86 r'er Kolben 83 und 84- eingeschraubt werden können. Um *ie Quelle 10 zu montieren, wir* *ie Kolbenstange 114· in einen ringförmigen Körper aus Füllmaterial 112 eingesteckt und die 4- Elemente 102, 104, 106 und 108 werfen an *er äußeren zylindrischen Oberfläche des Körpers 112 plaziert, so *aß sie im wesentlichen koaxial zur Kolbenstange 114· angeordnet sinr*. Der Körper 112 besteht vorzugsweise aus einem Füllmaterial mit guten Dämp fungs eigenschaft en, um die Nachschwingungen ^er 4- Elemente zu dämpfen, so *aß die *urch *ie 4- Elemente erzeugten Druckwellenzüge von kurzer .uauer sind. Zwei Hinge aus Dichtungsmaterial 80 und 82 passen genau über die 4- Elemente un* *en Körper 112, um *iese an ihrem Platz zu halten. Die Kolbenstange 114- und *ie Kolben 83 und 84- werden dann, wie weiter oben beschrieben, montiert un* rlie gesamte Anordnung wirr* in *ie Meßsonde eingesteckt. Die Meßsonde 20 besitzt 4- Fenster, die in der Nähe *er Quelle 10 auf ihrem Umfang verteilt sin*, un^ r'ie mit 4- Gummimembranen 87, 88, 89 un^ 90 ^ichten^ eingeschlossen sin^. Obwohl in Figur 10 4- Fenster dargestellt sin*, kann ^ie Son^e mehr o^er weniger als 4- Fenster besitzen.

Die 4· Gummi membran en schließen die 4- Fenster ^ichtenr* ab un^ sin* an *er Meßsonde mit herkömmlichen Elementen wie mechanischen Klammern gehalten. Die Abstände zwischen *en

4 Gummimembranen und * en 4- pipzoelektrischen Elementen sin^ mit Öl 116 gefüllt. O-Ringe 94 und 96 dichten <^ie sich zusammenziehenden Oberflächen zwischen den Kolben 83 un^ 84 un^ ^ er Meßsonde 20 ab, um ein Austreten ^ es Öls 116 zu verhindern. Die Abschnitts-Zwischenräume zwischen den ölgefüllten Räumen sind mit einem Füllmaterial 18 ausgefüllt, um ^ie Hachschwingungen ^ er Vibrationen ^ er 4 Sektoren zu dämpfen.

Zur Bildung eines Durchlasses für elektrische Anschlüsse sind ^er Kolben 83 un^ die Kolbenstange 114 mit Durchlässen 120, 121 durch ihre jeweiligen Zentren versehen. Die beiden Durchlässe stehen miteinander in Verbindung. Die Kolbenstange 114 weist ausserdem einen Durchlaß 122 auf, der senkrecht zu ihrer Achse ausgerichtet ist und mit ^ em Durchlaß 121 in Verbindung steht. Der Kolben 83 ist außerdem mit 4 Durchlässen 123 versehen, die jaeils mit einem Ende in Verbindung mit *em Durchlaß 120 stehen, während aas andere Ende jeweils zur äußeren zylindrischen Oberfläche eines je-^en ^er 4 Elemente führt. Die Auslöse- und Aufzeichnungs-Steuereinheit 62, i^ie einen elektrischen Impulsgenerator umfaßt, ist an aie 4 Elemente über 2 Gruppen von Leitungsdrähten angeschlossen: Die Gruppe 124 umfaßt 4 Anschlußdrähte 124a, 124b, 124c una 124<5 una aie Gruppe 125 umfaßt ^ie Leitungsdrähte 125a, 125b, 125c unc? 125r». Die urähte der Gruppe 124 unfl r*ie Drähte-der Gruppe 125 sind über einen Schalter an den Generator angeschlossen, so daß die Impulse, die der Außenseite der Oberfläche benachbarter Elemente zugeführt werden, gleiche oder entgegengesetze Polaritäten besitzen können. Die Drähte 124c und 124d sind durch die öffnung 120 geführt und dann durch rien Durchlaß 123 und an die äußeren zylindrischen !lachen der Elemente 104 un* 108 angeschlossen. Die jjrähte 124 a und 124 b sind durch die Öffnung 120 des Kolbens 83 und die Öffnung 121 der Kolbenstange 117 geführt und dann durch die Öffnung 122 und *en Körper 112 an die inneren Oberflächen der Elemente 102 bzw. 106 angeschlossen. In einer ähnlichen Weise sind die Drähte 125 a und 125 b durch die öffnung 120 sowie den

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Durchlaß 123 geführt und an die äußeren zylindrischen Oberflächen der Elemente 102 bzw. 106 angeschlossen. In einer ähnlichen Weise sinr* *±e Drähte 125 c und 125 d durch die öffnungen 120, 121 und 122 geführt, und an die inneren zylindrischen Oberflächen der Elemente 104 bzw. 108 angeschlossen. Wenn somit der elektrische Impulsgenerator einen Impuls an die zwei Leitergruppen legt, wird der Impuls über ein je^es Leiterpaar an eines der 4 Elemente angelegt. Wenn die Leitergruppe 124 an die positive Klemme des Generators und die Leitergruppe 125 an die negative Anschlußklemme angeschlossen ist, so beiirkt der Impuls, r"aß ^ie inneren zylindrischen Oberflächen der Elemente und 106 auf einem höheren elektrischen Potential liegen als ihre äußeren zylindrischen Oberflächen. Wenn die EIemente 102 untf 106 radial nach außen polarisiert sin^, ist hinlänglich bekannt, daß derartige elektrische Potentiale bewirken, daß die Elemente 102 und 106 zunächst radial kontrahieren. Die durch den Generator angelegten Impulse bewirken, riaß λ ie äußeren zylindrischen Oberflächen f\ er Elemente 104 un^ 108 auf einem höheren elektrischen Potential liegen als ihre inneren zylindrischen Oberflächen. Die Elemente 104 und 108 sind radial nach außen polarisiert und ein derartiges elektrisches Potential bewirkt, *aß die beiden Elemente eingangs radial expandieren.

Bei einem Anschluß in der obigen Weise wird dementsprechend im wesentlichen der gleiche elektrische Impuls durch den Generator im wesentlichen gleichzeitig an die 4 Elemente gelegt, so daß sie sich im wesentlichen gleichzeitig bewegen. Die Elemente 102 und 106 kontrahieren und bewegen sich eingangs nach innen, während die Elemente 104 und 108 expandieren unr> sich eingangs nach außen bewegen. Es ist hinlänglich bekannt, daß, nachdem ein piezoelektrisches Material durch einen elektrischen Impuls veranlaßt wird, eingangs zu expandieren oder kontrahieren, es alternierend expandieren und kontrahieren wird, obwohl keine elektrischen Impulse zugeführt werden im Anschluß an den anfänglichen Auslöseimpuls. Nachdem somit die elektrischen Impulse an

die 4 Elemente angelegt sind, die dazu führen, daß die Elemente 102 unfl 106 kontrahieren und die Elemente 10A- und 108 expandieren, werden dann die Elemente 102 und 106 alternierend expandieren und kontrahieren und die Elemente 104 und 108 alternierend kontrahieren und expandieren. Bei ihren alternierenden Expansionen und Ebntraktionen verlieren die 4 Elemente Energie und ihre Vibrationen werden gedämpft, wobei jedoch während der Dauer ihrer Expansion und Ebntraktion ^ie 4 Elemente 4 Druckwellenzüge erzeugen, jua die 4 von ^em Generator an die 4 Elemente angelegten Impulse im wesentlichen gleich sind mit Ausnahme ihrer Polarität, besitzen die 4 Druckwellenzüge im wesentlichen die gleiche Wellenform. Die Wellanzüge, die von den Elementen 102 und 104 erzeugt werfen, sinri im wesentlichen in Phase. Die Wellenzüge, die durch ^ie Elemente 104 und 108 erzeugt werden, sind im wesentlichen in Phase miteinander, jedoch im wesentlichen in entgegengesetzter Phase zu den Wellenzügen, die von den Elementen 102 und 106 erzeugt werden. Diese Druckwellen werd.en riurch das öl 116 und die Gummimembranen in die Bohrloch-Flüssigkeit 24 und eventuell in die Erdformation übertragen. Die so erzeugten 4 .druckwellen interferieren miteinander und erzeugen eine Quadropol-Druckwelle in der Er^formation 26. Eine solche Druckwelle pflanzt sich durch <^ie Er^formation fort, wird in die Bohrloch-Flüssigkeit 24 reflektiert und in einem Abstand von der Meßquelle 10 aufgenommen, wie nachfolgend erläutert werfen wird.

Die 4 piezoelektrischen Elemente 102, 104, 106 und 108 können leicht aus handelsüblich verfügbaren piezoelektrischen Kristallen hergestellt werden. Die piezoelektrischen Kristalle, wie sie durch die Vernitron Gbmpanie of Bedford, Ohio, V.St.A. geliefert werden, haben sich als zufriedenstellend erwiesen. Ein Typ des handelsüblich verfügbaren piezoelektrischen Kristalls liegt in der Form eines Hohlzylinders vor, der radial nach außen polarisiert ist. Die inneren und äußeren zylindrischen Oberflächen eines solchen Kristalls sind jeweils überzogen mit einer Schicht aus einem leitenden Material

wie etwa Silber. Da die elektrischen Impulse von aem Generator an jeweils benachbarte Elemente der 4 Elemente in entgegengesetzter Polaritär angelegt werfen können, müssen die inneren zylindrischen Oberflächen benachbarter Elemente wie auch ihre äußeren zylindrischen Oberflächen elektrisch isoliert sein. Eine solche Isolation kann erzielt werfen, intern man 4 schmale Längsabschnitte ausschneidet, so daß sich die 4 Sektoren 102, 104, 106 und 108 ergeben. Alternativ kann statt des Ausschneidens solcher schmaler langer Abschnitte die leitende Schicht auf sowohl der inneren als auch ^er äußeren Oberfläche dieser Sektionen abgeschabt werden.

Die Figur 4 stellt eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer Quadropol-P-Wellen-Meßeinrichtung gemäß Figur 2 ^ar zur Erläuterung, in welcher Weise die Einrichtung eingesetzt werfen kann, um die P-VeIlen-Geschwindigkeit einer Ursprungsformation zu messen. Um die Quadropol-P-Welle, die von der Quelle 10 erzeugt wurde, zu messen, ist jeder Detektor der Anordnung 12 vorzugsweise ebenfalls als Quadropol-Detektor mit einem ähnlichen Aufbau wie die Quelle 10 ausgebildet. Zur Vereinfachung ist nur ^er Detektor jj1 der Anordnung 12 in Figur 4 gezeigt. Die 4 Sektoren des Detektors ju1 sind räumlich so angeordnet, ^aß sie im wesentlichen fixe gleiche 2^ Achse besitzen wie die 4 Sektoren * er Quelle 10 un^ ^ aß sie im wesentlichen in ^er gleichen seitlichen Position um die gemeinsame Achse herum angeordnet sin^ wie die Sektoren * er Quelle 10.

Entsprechen^ der Darstellung in Figur 4 führt die Auslöseun^ Aufzeichnungs-Steuereinheit 62 einen elektrischen Impuls zu je^em ^Λer 4 Sektoren über den Schalter 64, so daß ^ie Impulse an jeweils 2 benachbarte Sektoren eine entgegengesetzte Polarität besitzen. Durch die Betätigung des Schalters 64 können ^ie Polaritäten ^er den Sektoren zugeführten Impulse geändert werden, so ^aB die Impulse, die allen 4 Sektoren zugeführt werfen, ^ie gleiche Polarität besitzen. Das bedeutet, * aß ^ie äußere zylindrische Oberfläche ^er 4 Sektoren im

wesentlichen ein gleiches elektrisches Potential aufweisen. Ein solches Potential unterscheidet sich von ^em elektrischen Potential ^er inneren zylindrischen Oberflächen ^ er 4 Sektoren. Die inneren zylindrischen Oberflächen -^er 4 Sektoren besitzen ebenfäls im wesentlichen gleiche elektrische Potentiale. Wenn ^ie an alle 4 Sektoren gelegten Impulse ^ie gleiche Polarität besitzen, befinden sich ^ie 4 Sektoren in * em Monopol-Modus. In diesem Mo^us expandieren alle 4 Sektoren radial und kontrahieren in im wesentlichen ^er gleichen Phase xuifl die Quelle 10 wird zur Monopol-Quelle«

Je^er Detektor der Anordnung 12 kann über einen Schalter 68 in im wesentlichen der gleichen Weise an einen Bandpaß-Filter 70 angeschlossen werden, wie die Verbindung zwischen der Auslöse- und AufzeichnungsSteuereinheit 62 und die Quelle 10, so daß flann, wenn die Quelle 10 in. dem Quadropol-Modus betrieben wird, auch jeder Detektor in dem Quadropol-Modus betrieben wird, und wenn die Quelle 10 in dem Monopol-Modus betrieben wird, so wird dann jeder Detektor ebenfalls in dem Monopol-Modus betrieben. Bei der in Figur 4 dargestellten Anordnung kann die akustische Meßeinrichtung gemäß Figur 2 eingesetzt werfen, um sowohl die Monopol-P-Wellenankunft als auch flie Quadropol-P-Wellenankunft aufzuzeichnen. Wie oben erläutert wurde, kann Pi, die P-Welle, die in der Ein-2p dringzone läuft, verglichen werden in ihrer Amplitude mit Pv, der P-Welle, die in der ifrspruiigsfoririation läuft. Die Monopol-uruckwellen-Aufzeichnung zeigt die Ankunft an, flie auf der Druckwellen-Übertragung durch die Eindringzone beruht. Diese Information kann, hilfreich sein zur Geräuschidentifizierung in der Quadropol-Kompessions-Wellenmessung von Pv, verursacht durch Pi.

Die Figur 5 zeigt einen Querschnitt einer anderen Quadropol-P-Wellen-Meßquelle, ^ie eingesetzt werden kann, um die P-Wellengeschwindigkeiten der von flem Bohrloch wegliegenrien

Formationen zu messen. Die Quelle gemäß Figur 5 ist in ihrem Aufbau ähnlich der Quelle gemäß r^en Figuren 3 un/i 10 mit Ausnahme , daß statt der 4 zylindrischen Sektoren

Quelle gemäß Figur 5 "vier längliche piezoelektrische zusammengesetzte Platten 142, 144, 146 und 148 umfaßt, räumlich so innerhalb r'er Meßsonde orientiert sin^, daß die 4 Platten im wesentlichen die 4 rechtwinkligen Seiten eines länglichen Prismas bilden. Jede ^er 4 zusammengesetzten Platten umfaßt 2 entgegengesetzt polarisierte piezoelektrische Platten, die miteinander verbunden sind. Die 4 zusammengesetzten Platten sind mittels zweier KLemmplatten (in Figur 5 nicht dargestellt) mit der Meßsonde verbunden. Je^e der bei- ^en Klemmplatten besitzt 4 Schlitze, in welche die Enden der 4 zusammengesetzten Platten genau passen. Die beiden KLemmplatten werden dann in ^ie Sonde eingesetzt und in einer solchen Position hiermit verbunden, riaß die länglichen zusammengesetzten Platten im wesentlichen parallel zur Meßson^enachse liegen. Der Teil einer jeden zusammengesetzten Platte zwischen den beiden Enden soll nachfolgend als "nicht geklemmter Bereich" bezeichnet werden.

Im wesentlichen der gleiche elektrische Impuls kann an die flachen Oberflächen einer jeden der 4 zusammengesetzten Platten im wesentlichen gleichzeitig angelegt werden. Die an jeweils 2 benachbarte zusammengesetzte Platten angelegten Impulse können eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, so daß ^ann, wenn *er nicht geklemmte Bereich einer zusammengesetzten Platte sich biegt und sich radial nach außen bewegt, ^er nicht geklemmte Bereich der beiden benachbarten zusammengesetzten Platten sich biegen un* radial nach innen bewegen. Die Richtungen der Biegebewegungen ^ er 4 zusammengesetzten Platten sind durch die hohlen Pfeile in Figur 5 dargestellt.

Die Biegebewegungen der 4 zusammengesetzten Platten erzeugen eine Quadropol-P-Welle in der Bohrloch-Flüssigkeit, ^ie '"'urch *ie Erdformation übertragen und in der oben beschriebenen Weise aufgenommen wird. Um ^ie Quadropol-P-Velllenankunft in *er Bohrloch-Flüssigkeit aufzunehmen, sin^ ^ie

3p Detektoren innerhalb der Anordnung 12 vorzugsweise vom Qua^ropol-Typ, ^er einen ähnlichen Aufbau besitzen kann, wie ^ie in -"en Figuren 3 un^ 5 dargestellten Qua^ropol-Quellen. Die Quadropol-Quellen und Detektoren des in Figur 5 '"'arge-

stellten Typs können als Monopol-Quellen und -Detektoren in im wesentlichen der gleichen Weise betrieben werfen, wie dies in Zusammenhang mit der Figur 4- beschrieben wurde.

Die in Figur 5 dargestellten zusammengesetzten Platten handelsüblich verfügbar. Zusammengesetzte Platten, wie sie durch *ie Firma Vernitron Company of Bedford, Ohio, Y.St.A. geliefert werfen, haben sich als zufriedenstellen^ erwiesen.

Lie Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch eine Oktopol-P-Wellen-Quelle, die eingesetzt werden kann, um die Druckwellen-Geschwindigkeit ^er Ursprungsformation zu messen. 6 im wesentlichen ähnliche Sektoren 162, 164, 166, 168, 170, 172 eines radial polarisierten piezoelektrischen HohlZylinders sintf räumlich so angeordnet, daß sie im wesentlichen koaxial zu M^ in gleichem Abstand von eier Son^enachse liegen. Es wir^ im wesentlichen e'er gleiche elektrische Impuls an die zylindrischen Oberflächen eines jeden Sektors im wesentlichen gleichzeitig angelegt, so daß die Impulse, die an jeweils 2 benachbarte Sektoren angelegt werden, in ihrer Polarität entgegengesetzt sind. Diese Anordnung ist in Figur 6 dargestellt. Bei einer derartigen Anordnung vibrieren benachbarte Sektoren in entgegengesetzten Phasen. Wenn r'ie 6 Sektoren radial nach außen polarisiert sind, dann sind die Richtungen fler Expansion un^ Eontraktion ^er 6 Sektoren, während sie beginnen zu vibrieren, so wie ^ies in Figur 6 durch ^ie Hohlpfeile angegeben ist. Die Vibrationen der 6 Sektoren erzeugen eine Oktopol-P-Welle, flie in die Erdformation übertragen un^, wie oben beschrieben, aufgenommen wird. Um die Oktopol-P-Wellenankunft aufzunehmen, können flie Detektoren der Anordnung 12 einen ähnlichen Aufbau besitzen wie die Oktopol-Quelle, ^ie in Figur 6 o^er in Figur 7 dargestellt ist un^ die später noch beschrieben werden soll. Die Oktopol-Quelle, die in Figur 6 dargestellt ist, kann in fler gleichen Weise an den Abschnitt 32 der Sonde 22 angeschlossen sein wie ■"'ie Qua^ropol-Quelle gemäß Figur 3· Der Abschnitt,der ^ie Oktopol-Quelle gemäß Figur 6 enthält, kann ebenfalls einen ähnlichen Aufbau besitzen wie derjenige fies Abschnittes, fler ^Λίβ Qua^ropol-

Quelle gemäß Figur 3 enthält.

Lie Figur 7 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Oktopol-Quelle, die eingesetzt werfen kann, um die P-Wellengeschindigkeit einer Ursprungsformation zu messen. Die Oktopol-Quelle gemäß Figur 7 ist ähnlich aer Quadropol-Quelle gemäß Figur 5 mit ^ή ei" Ausnahme, daß 6 statt 4 längliche zusammengesetzte Platten eingesetzt werden. Die 6 länglichen piezoelektrischen zusammengesetzten Platten 182, 184, 186, 188, 190, 192 sind räumlich so angeordnet, daß sie im wesentlichen *ie Parallelogramme eines hexagonalen Prismas bilden. Die 6 zusammengesetzten Platten sind mit Hilfe von KLemmplatten in einer ähnlichen Weise mit der Keßsonde verbunden wie bei der Quadropol-Quelle gemäß Figur 5· Der nicht geklemmte Bereich der 6 Zusammengesetzen Platten wird mittels eines elektrischen Impulses vibriert in einer ähnlich«;?! V/eis · \;'<t bei der Quadropol-Quelle gemäß Figur 5, so daß die nicht gelemmten Bereiche benachbarter Platten in im wesentlichen entgegengesetzten Phasen vibrieren. Die Eichtungen der Biegebewegungen der 6 Platten, während sie beginnen zu vibrieren, sind durch die Hohlpfeile in Figur 7 dargestellt. Die Vibrationen der 6 Platten erzeugen eine Oktopol-P-Welle, ^ie die Eindringzone durchdringt und die Ursprungsformation erreicht zur "Vermessung ^er Ursprungsforication.

Die Multipol-Quellen und -Detektoren höherer Ordnung können in der gleichen Weise aufgebaut sein wie die Ausführungsform der Oktopol-P-Wellen-Quellle, die in ^en Figuren 6 un^ 7 öargestellt ist. Somit kann die 16-Pol-Quelle aufgebaut sein durch *ie räumliche Anordnung von 8 im wesentlichen identischer Sektoren eines radial polarisierten piezoelektrischen Hohlzylingers um eine gemeinsame Achse. Im wesentlichen der gleiche elektrische Impuls wird an jedem Sektor derart angelegt, daß benachbarte Sektoren im wesentlichen in entgegengesetzten Phasen vibrieren. Eine alternative Ausführungsform der 16-Pol-Quelle besitzt einen solchen Aufbau, daß die 8 Sektoren ersetzt werden ^urch 8 längliche piezoelektrische zusammmengesetzte Platten, ^ie die 8 Parallelogramme eines Oktagonal-

Prismas "bilden. Im wesentlichen eier gleiche elektrische Impuls wir-=! an jede eier 8 zusammengesetzten Platten mit einer solchen Polarität angelegt, ^-aß "benachbarte Platten in im wesentlichen entgegengesetzten Phasen te vibrieren. Es können auch andere Wege des Aufbaues und ^er Vibration * er Platten un^ Sektoren eingesetzt werden, solange die Platten un^ Sektoren in der gleichen Weise vibriert werfen. Andere Multipol-Quellen und -Detektoren höherer Ordnung können in einer ähnlichen Weise aufgebaut sein. Vor zug sweise sind ^±_e Detektoren, die eingesetzt werfen, um Druckwellen-Ankünfte höherer Ordnung aufzunehmen, von einer Ordnung, ^ie ^er Ordnung der Quelle entspricht.

Die Figur 8 zeigt einen Querschnitt einer .uipol-P-Quelle, die eingesetzt werfen kann, um die Druckwellen-Geschwindigkeit fler Ursprungsformation zu bestimmen. Zwei im wesentlichen gleiche Sektoren 202 unfl 204 eines radial polarisierten piezoelektrischen Hohlzylinders sinr* räumlich so angeordnet, ^aß sie im "wesentlichen koaxial zu unri in gleichem Abstand von ^er Son^enachse liegen. Im wesentlichen ^er gleiche elektrische Impuls wird an rl ie zylindrischen Obeiⁿf lachen eines jeden Sektors im wesentlichen gleichzeitig angelegt, so daß rl ie angelegten Impulse, rl ie an ^ en beiden Sektoren anliegen, eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Liese Anordnung ist in Figur 8 dargestellt. Bei einer derartigen Anordnung erzeugen riie Vibrationen ^er beinen Sektoren eine Sipol-P-Welle, die in ^ie Erdformation übertragen unri in ^er gleichen Weise wie oben beschrieben aufgenommen wir^. Die Dipol-Quelle gemäß Figur 8 kann in der gleichen Weise an rlen Abschnitt 32 angelegt sein wie riie Quaaropol-Quelle gemäß Figur 3· 2er Abschnitt,der die Dipol-Quelle gemäß Figur 8 enthält, kann ebenfalls einen ähnlichen Aufbau besitzen wie der Abschnitt, der die Quadropol-Quelle gemäß Figur 3 enthält.

Die Figur 9 ist ein Querschnitt einer weiteren xdpol-Quelle, die eingesetzt werden kann, um die P-Wellengeschwinfligkeit einer UrSprungsformation zu ermitteln. Die uipol-Quelle

gemäß Figur 9 ist der Quadropol-Quelle gemäß Figur 5 ähnlich mit d er Ausnahme, ^aB eine einzige längliche piezoelektrische zusammengesetzte Platte 222 anstatt von 4 eingesetzt wirrt. Die piezoelektrische Platte 222 kann mit Hilfe von Klemmplatten in einer ähnlichen Weise an der Meßsonde gehalten sein wie bei der Qua^ropol-Quelle gemäß Figur Der nicht geklemmte Bereich der Platte 222 wird, in einer ähnlichen Weise durch elektrische Impulse in Vibration versetzt wie bei der Qua^ropol-Quelle gemäß Figur 5 zur Erzeugung einer Lipol-P-Welle, die in die Erdformation übertragen und, wie oben beschrieben, aufgenommen wird. Die .uipol-Quelle gemäß Figur 9 kann in der gleichen Weise an dem Abschnitt 32 angeordnet sein wie die Qua^ropol-Quelle gemäß Figur 3. Der Abschnitt, der die Dipol-Quelle gemäß Figur 9 enthält, kann einen ähnlichen Aufbau besitzen wie der Abschnitt,der die Quadropol-Quelle gemäß Figur 3 enthält.

Die Anzahl der zusammengesetzten Platten oder Sektoren bei <=ien Ausführungsformen der oben beschriebenen Oktopol- und *er 16-Pol-Quelle entspricht nicht der Nomenklatur *er Oktopol- und 16-Pol-Quellen. Somit umfaßt eine Dipol-(n ■ 1)-Quelle zweimal eine oder zwei Platten oder Sektoren. Eine Quadropol-(n « 2)-Quelle umfaßt zweimal zwei oder vier Platten oder Sektoren. Eine Oktopol-(n » 3) -, eine 16-Pol-(n m 4) und eine 32-Pol-(n« 5)-Quelle umfaßt 6, 8 bzw. 10 Platten o^er Sektoren. Dementsprechend umfaßt allgemein eine 2ⁿPol-Quelle 2 η Platten oder Sektoren, wobei η eine ganze Zahl ist, d. h. η » 1, 2, 3 usw. bis unendlich. 30

Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich aufgeführt werden, daß es sich bei der obigen Beschreibung lediglich um eine Solche beispielhaften Charakters handelt. Verschiedene Änderungen der Form, der Größe, ^er Materialien oder anderer Details des Verfahren und des Aufbaues können modifiziert werden, ohne daß ^abei der Rahmen ^er Erfindung verlassen

Claims (16)

1. PATENTANWÄLTE

   HEGEL & DICKEL

   ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

   111 (.! [. Λ DIC KhL. Jl LIl S-KRhIS-SIR. 3.1. I)-SOOO Ml NCHF.N 61)

   H. DOELLNER 1

   DR. KARLTH. HEGEL cl«i27-10S2i DIPL-ING. KLAUS DlCkEL

   IHK /IK III N

   UNSf R/.HICHhN H

   JULR S-KRElS-STR. J? D-8Ü01I MÜNCHEN 60

   TELEFON: 084-885210 TELEX: 5216739 dputd TELEGRAMM: DOELLNER-PATl N I MÜNCHEN

   DUl M

   Exxon Production Research Company P. O. Box 2189

   Houston, Texas 77001 V. St. A.

   Vorrichtung \xn* Verfahren zur Vermessung von Er^i'ormationen mittels alrastischer Eultipolwellen

   Patentansprüche:

   1} Vorrichtung zur Messung .^er Druckvrellengeschwincügkeit einer ursprünglichen Sr π formation, -^ie ein Bohrloch umgibt, gekennzeichnet ^urcn

   ein Gehäuse (20), das innerhalb eines Bohrloches (22) absenkbar und anhebbar ist,

   eine Signalerzeugereinrichtung (10) innerhalb ^es Gehäuses (20) zur übertragung einer 2ⁿ-Pol-Druckwelle in die Ursprungs-Erdformation (26), wobei ⁿ eine ganze Zahl größer als 0 ist, unr!

   eine Signal-Detektoreinrichtung (12) innerhalb des Gehäuses (20) zur Ermittlung eier Ankunft der die Ursprungsformation durchlaufenden 2ⁿ-Pol-Druckwelle an mindestens einer Stelle in dem Bohrloch in einem Längsabstand entlang des Bohrloches von der Signalerzeugereinrichtung (10).
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragene 2ⁿ-Pol-Druckwelle eine Quadropol-P-Welle ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
   Welle eine Oktopol-P-Welle ist.

   kennzeichnet , daß die übertragene 2 -PoI-P-
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -

   kennzeichnet, daß mittels der Signal-Detektor-Einrichtung (12) die 2ⁿ-Pol-P-Wellenankunft an zwei Stellen innerhalb ^es Bohrloches in einem Längsabstand entlang fles Bohrloches voneinander aufnehmbar ist, wobei die Vorrichtung außerdem eine Zeitintervall-Einheit (74·) umfaßt zur Bestimmung Aes Zeitintervalls zw-ischen der Aufnahme der 2 -PoI-P-Wellenankunft an den beiden Stellen.
5. 5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Bestimmung der P-Wellen-Geschwindigkeit einer Ursprungs- £rdformation, die ein mit !Flüssigkeit gefülltes Bohrloch umgibt, gekennzeichnet durch

   _ 3 —

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   eine Meßsonde (20), die innerhalb des Bohrloches (22) absenkbar und anhebbar ist,

   eine akustische 2ⁿ-Pol-Quelle (10), die an die Sonde (20) angeschlossen ist zur übertragung einer 2 -PoI-P-Welle durch die Flüssigkeit (24) in die Ursprungs-Erdformation (26), wobei ⁿ eine ganze Zahl größer als Null ist,und

   eine Signal-Detektor-Einrichtung (12), die an die Sorte (20) angeschlossen ist,mit mindestens einem Detektor (x»i) zur Aufnahme der Ankunft der 2ⁿ-Pol-P-Welle in einem Längsabstand entlang des Bohrloches, der eine hinreichende Entfernung von der Quelle besitzt, so daß jede signifikante Wellenankunft, die von der Quelle erzeugt wird, neben der 2ⁿ-Pol-P-Wellenankunft aufnehmbar ist, nach der 2ⁿ-Pol-P-Vellenankunft und von dieser 2ⁿ-P-Wellenankunft unterscheidbar ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein Bandpaßfilter (70) vorgesehen ist zur Unterdrückung aller Frequenzkomponenten jeder von der Detektor-Anordnung (12) aufgenommenen Ankunft mit einer Frequenz außerhalb eines vorbestimmten Bereiches, wobei der vorbestimmte Bereich Frequenzen umfaßt, bei welchen die Amplitude der aufgenommenen 2ⁿ-Pol-P-Wellenankunft groß ist relativ zur Amplitude jeder anderen aufgenommenen Ankunft.
7. 7· Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung ztr Vergrößerung des Abstandes zweichen der akustischen 2ⁿ-Pol-Quelle und mindestens einem Detektor vorgesehen ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Meßsonde voneinander tisinbare Sektoren oder Sondenabschnitte umfaßt, einschließlich

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   eines ersten Sektors (32), der die akustische 2ⁿ-Pol-Quelle enthält, sowie ein zweiter Sektor (36) mit mindestens einem Detektor (x*1), wobei der Abstand zwischen der akustischen 2ⁿ-Pol-Quelle (10) und dem Detektor (ui) vergrößerbar ist durch Hinzufügung von Abstandssektoren (ß) zwischen dem ersten Sektor (32) und dem zweiten Sektor (36).
9. 9· Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die akustische 2 -Pol-Quelle eine Quadropol-Quelle ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß
    Quelle eine Oktopol-Quelle ist.

    kennzeichnet, daß die akustische 2 -PoI-
11. 11. Verfahren zur Vermessung der P-Wellengeschwindigkeit einer ursprünglichen Erdformation, die ein Bohrloch umgibt, jedoch von dem Bohrloch durch eine Eindringzone getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man:

    a) von einem Punkt in dem Bohrloch eine 2ⁿ-Pol-P-Welle

    in die Formationszone überträgt, die das Bohrloch umgibt, wobei ⁿ eine ganze Zahl größer als Null ist,

    b) die P-Wellengeschwindigkeit der ITormationszone mißt durch die Aufnahme derAnkunft der 2ⁿ-Pol-P-Welle an einem Punkt in dem Bohrloch in einem Längsabstand ent-

    T'O lang des Bohrloches von dem Punkt der Übertragung un*

    c) die Schritte (a) und (b) mit zunehmend größeren Abständen zwischen dem Punkt der Übertragung und dem Punkt der Aufnahme durchführt, bis die gemessenen P-Wellengeschwindigkeiten in zwei aufeinander folgenden Messungen im wesentlichen die gleichen sind, wobei die gemessene P-Wellengeschwindigkeit im wesentlichen die P-Wellengeschwindigkeit der ursprünglichen Erdformation ist.

    — S _

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12. 12. Verfahren nach. Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man:

    a) eine 2ⁿ-P-Welle von einem Punkt in dem Bohrloch in eine Formationszone überträgt, die das Bohrloch umgibt, wobei η eine ganze Zahl größer als i\full ist,

    b) die P-Wellengeschwindigkeit eines Bereiches der lormationszone mißt, die einen Abstand von dem Bohrloch besitzt durch die Aufnahme der Ankunft der P-WeIle an zwei Stellen in dem Bohrloch, die einen Längsabstand entlang des Bohrloches von dem Punkt eier "Übertragung und voneinander besitzen, wobei man das Zeit-Intervall zwischen der Aufnahme rier 2³³VPoI-P-WeIlenankunft an

    den beiden Stellen mißt, und

    c) die Schritte a) und b) mit zunehmend größerem Abstand zwischen dem Übertragungspunkt und den beiden Aufnahmestellen wiederholt zur Messung der P-Wellengeschwindigkeit der Bereiche der Formationsζone in zunehmend größeren Abständen von dem Bohrloch, bis die gemessenen P-Wellengeschwindigkeiten in zwei aufeinander folgenden Messungen im wesentlichen die gleichen sind, wobei ^ie gemessene P-Wellengeschwindigkeit im wesentlichen die P-Wellengeschwindigkeit der Ursprungsformation ist.
13. 13· Verfahren zur Bestimmung des Radius einer Eindringzone einer Erdformation, die ein Bohrloch umgibt, wobei eine ursprüngliche Erdformation das Bohrloch umgibt, jedoch von diesem durch die Eindringzone getrennt ist, d a d u r c h gekennzeichnet , daß man:

    a) eine 2ⁿ-Pol-P-Welle von einem Punkt innerhalb des Bohrloches in die das Bohrloch umgebende Erdformation überträgt,wobei eine ganze Zahl größer als Null ist,

    b) die P-Wellengeschwindigkeit einer Zone der Erdformation, r>ie einen ersten Abstand vom Bohrloch besitzt, mißt

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    ^urch ^ ie Aufnahme rl er Ankunft der 2 -Pol-P-Welle an einer ersten Stelle und einer zweiten Stelle in dem Bohrloch in einem Längsabstand entlang des Bohrloches von ^em Punkt der Übertragung und untereinander und das Zeit-Intervall zv/ischen der Aufnahme der 2ⁿ-Pol-P-Wellenankunft an der ersten Stelle und an der zweiten Stelle mißt und

    c) die Schritte a) und b) mit zunehmend größeren Abständen zwischen dem Übertragungspunkt und der ersten Stelle sowie zwischen dem Übertragungspunkt und der zweiten Stelle zur Messung der P-Wellengeschwindigkeiten von Zonen der Erdformation, die sich zunehmend weiter weg von dem Bohrloch befinden, bis die gemessenen P-Wellengeschwindigkeiten in zwei aufeinander folgenden Messungen im wesentlichen gleich sind, wobei der Radius der Eindringzone der Erdformation bestimmt werden kann als:

    wobei ζ der kleinste Abstand zwischen dem Punkt der Übertragung und *er ersten Stelle und zwischen dem Punkt der Übertragung und der zweiten Stelle ist, bei welchem im wesentlichen die konstante P-VeIl^geschwindigkeitsmessung erhalten wurde, während Ov die Geschwindigkeit der P-Wellen in d er Ur sprungs format ion und Ci die Geschwindigkeit der P-Wellen in der Eindringzone ist.
14. 14. Verfahren zur Schubwellen-Vermessung einer Ursprungsformation, die ein Bohrloch umgibt, jedoch von dem Bohrloch durch eine Eindringzone getrennt ist, dadurch g e kennzeichnet, daß man:

    a) von einem Punkt innerhalb des Bohrloches eine 2 -PoI-S-Welle in eine formationszone, die das Bohrloch umgibt, überträgt, wobei ⁿ eine ganze Zahl größer als Null ist,

    b) die S-W'ellengeschwindigkeit der lOrmationszone mißt durch die Aufnahme der Ankunft der 2ⁿ-Pol-S-Welle an einem Punkt innerhalb *es Bohrloches in einem Abstand entlang

    des Bohrloches von rl em Punkt der Übertragung und

    c) die Schritte a) und "O) mit zunehmenden Abständen zwischen

    dem Punkt der Übertragung und dem Punkt der Aufnahme wiederholt, bis d.ie gemessenen S-Wellengeschwindigkeiten in zwei aufeinander folgenden Messungen im wesentlichen r*ie gleichen sind, wobei die gemessene S-Wellengeschwinriigkeit im wesentlichen die S-Wellengeschwindigkeit der Ursprungs-Erdformation ist.
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15. 15· Verfahren zur Vermessung der S-Wellengeschwindigkeit einer Ursprungs-Pormation, die ein Bohrloch umgibt, jedoch von dem Bohrloch durch eine Eindringzone getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mans

    a) eine 2ⁿ~Pol-S-Welle von einem Punkt innerhalb des Bohrloches in eine Formationsζone, die das Bohrloch umgibt, überträgt, wobei ⁿeine ganze Zahl größer als ETuIl ist,

    b) die S-Wellengeschwindigkeit eines Bereiches der Eormationszone, die einen ersten Abstand von dem Bohrloch besitzt, mißt durch die Aufnahme der Ankunft der S-Welle an zwei Stellen innerhalb des Bohrloches, die einen Längsabstand, entlang des Bohrloches von dem Punkt der Übertragung und voneinander besitzen und das Zeit-Intervall zwischen der Aufnahme der 2ⁿ-Pol-S-Wellenankunft an den beiden Stellen mißt und

    c) die Schritte a) und b) mit zunehmen größeren Abständen zwischen dem Punkt der Übertragung und den beiden Aufnähmesteilen wiederholt zur Messung der S-Wellengeschwindigkeiten der Bereiche der Formationszone in größer werdenden Abständen von dem Bohrloch, bis die gemessenen S-Wellengeschwin^igkeiten in zwei aufeinander folgenden Messungen im wesentlichen gleich sind, wobei die gemessene S-Wellengeschwindigkeit im wesentlichen die S-Wellengeschwindigkeit der Ursprungsformation ist.

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16. 16. Verfahren zur Bestimmung des Radius einer Eindringzone einer Erdformation, die ein Bohrloch umgibt, wobei eine Ursprungs-Formation das Bohrloch umgibt, jedoch von dem Bohrloch durch diese Eindringzone getrennt ist, d a durch gekennzeichnet, daß man:

    a) eine 2ⁿ-Pol-S-Welle von einem Punkt innerhalb des Bohrloches in *ie das Bohrloch umgebende Erdformation über-10

    trägt,wobei eine ganze Zahl größer als Null ist,

    b) die S-Wellengeschwindigkeit einer Zone der Erdformation mißt, die einen ersten Abstand von dem Bohrloch besitzt, in dem man die Ankunft der 2ⁿ-Pol-S-Welle an einer ersten Stelle und an einer zweiten Stelle in dem Bohrloch in einem Längsabstand entlang des Bohrloches von dem Punkt der Übertragung und voneinander aufnimmt und das Zeit-Intervall zwischen der Aufnahme der 2ⁿ-Pol-S-Wellenankunft an der ersten Stelle und an der zweiten Stelle mißt und

    c) die Schritte a) und b) mit zunehmend größeren Abständen zwischen dem Punkt der Übertragung und. der ersten Stelle sowie zwischen dem Punkt der Übertragung und der zweiten Stelle wiederholt, um die S-Wellengeschwindigkeit der Zonen der Erdformation zu messen, die immer weiter von dem Bohrloch weg sind, bis die in zwei aufeinander folgenden Messungen bestimmten S-Wellengeschwindigkeiten im wesentlichen gleich sind, wobei der Radius der Eindringzone der Erclformation identifiziert werden kann als:

    (z/2)(((Cv/Ci)-D((Cv/Ci)+i))^1/2, wobei ζ der kleinste Abstand zwischen dem Punkt der Übertragung und. der ersten Stelle und. zwischen dem Punkt der Übertragung und der zweiten Stelle ist, bei welchem man im wesentlichen die gleiche S-Wellengeschwindigkeitsmessung erhält, während Ov die Geschwindigkeit der S-WeI-len in der Ursprungs-Iormation und Ci die Geschwindigkeit der S-Wellen in der Eindringzone ist.