DE3688270T2

DE3688270T2 - Verfahren zur beobachtung von bohrloechern und einrichtung zum selben zweck.

Info

Publication number: DE3688270T2
Application number: DE86305634T
Authority: DE
Inventors: Ltd Iizuka; Ltd Ishii; Yoshitaka Matsumoto; Koji Noguchi
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Core Inc
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Core Inc
Priority date: 1985-07-22
Filing date: 1986-07-22
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2006-07-23
Also published as: DE3688270D1; EP0210826A3; EP0210826A2; JPH067068B2; CA1273815A; JPS6222035A; EP0210826B1; US4779201A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Beobachtung von Bohrlöchern, wie zum Beispiel Bohrungs- und Rohrleitungslöchern.
Beim Bohren unterirdischer Aushöhlungen für Dämme, Tunnels und dergleichen wird eine geologische Untersuchung an der Baustelle durchgeführt, und die Ergebnisse der Untersuchung werden zum Entwurf von Plänen verwendet. Es ist ebenfalls erforderlich, das Verfahren zur Projektausführung auszuwählen und die Vollendung in Bezug auf den Projektfortgang, die Projektsicherheitsmaßnahmen und dergleichen sicherzustellen.
Bei einer geologischen Untersuchung ist es im allgemeinen erforderlich, sowohl die Richtung, Neigung der Gesteinsverbindung, Eigenschaften des Gesteins als auch das Streichen und Einfallen der Schicht zu ermitteln. Ein Verfahren zur Durchführung einer solchen Untersuchung besteht darin, an der Baustelle ein Loch zu bohren und Proben des Kerns zu nehmen, um seine Beschaffenheit zu beobachten. Ein anderes Verfahren besteht darin, an der Baustelle ein Loch zu bohren, und eine direkte Beobachtung der Bohrlochwandung vorzunehmen.
Schichtformationen zeigen eine Vielfalt verschiedener Farben, die von der Gesteinsart und von dem Grad, zu dem das Gestein verwittert ist, abhängen. Zum Beispiel ist Granit in neuem Gestein in der Farbe weiß oder blau-weiß, ändert sich aber mit zunehmender Verwitterung in gelb und dann in braun.
Bei dem ersten geologischen Untersuchungsverfahren, das auf der direkten Beobachtung beruht, wird ein Ingenieur eine Beurteilung über Art und Kategorie des Gesteins durch Beobachten des Gesteins und freigelegter Gesteinsoberflächen mit bloßem Auge, um die vorerwähnten Farbveränderungen zu prüfen, und durch Untersuchen der Gesteinshärte mit einem Hammerklopfverfahren fällen. Die Ergebnisse dieser Tests werden aufgezeichnet. Bei einer Bohrungsuntersuchung werden die Ergebnisse üblicherweise in einem Bohrungsprotokoll festgehalten.
Ein Beispiel eines Bohrungsprotokolls ist in Fig. 1 dargestellt. Wie gezeigt enthalten die aufgezeichneten Ergebnisse sowohl die Bezeichnung der Schichtformation, Farbton, Kernprobenhäufigkeit und "RQD" als auch die Ergebnisse von elektrischen Messungen und Temperatur- und Schallmessungen. Die Kernprobenhäufigkeit und "RQD" sind als Kurven, die den Prozentsatz (%) des Bohrungskerns pro einer Eindringstrecke ausdrücken, dargestellt, und die elektrischen, Temperatur- und Schallmessungen sind durch die Kurven oder gebrochenen Linien, die φ(Q-m), T(ºC) bzw. V(Km/sek) ausdrücken, dargestellt. Für die Bezeichnungen der Schichtformationen und Bodenart werden ausführliche Merkmalstabellen, die Bodenart und Gestein betreffen, verwendet.
Den Farbton betreffend wurden jedoch noch keine Maßstäbe bezüglich Verfahren zum Ausdrücken und Messen fest aufgestellt, und Farbtöne, die als Beurteilungskriterien von Farben, die der Verwitterung folgen, dienen, können nicht objektiv unterschieden werden, wenn die Beobachtung mit bloßem Auge erfolgt. Folglich wird ein Farbton basierend auf der Subjektivität des Ingenieurs beurteilt und aufgezeichnet. Selbst wenn eine Schicht mit ein und derselben Farbe beobachtet und die Farbe in einer Tabelle eingetragen wird, wird wegen der Unterschiedlichkeit der Individuen selten der gleiche Ausdruck von verschiedenen Ingenieuren verwendet. Dies hat den Gebrauch von subjektiven Ausdrücken und den Gebrauch einer Vielzahl verschiedener Farbbezeichnungen zur Folge. Außerdem ist es unmöglich, eine Farbe zu reproduzieren, die nur auf einem geschriebenen Eintrag beruht.
Selbst wenn Daten aus der Untersuchung der Bodenqualität und unterirdischem Wasser mittels Durchführung elektrischer Messungen und Schallmessungen in dem Bohrungsloch und kontinuierlicher Probenentnahme objektiver Daten in Richtung der Bohrtiefe gewonnen werden, ist es daher nicht möglich, diese Daten hinsichtlich des Farbtons in die Form fortlaufender numerischer Werte zu bringen.
Außerdem muß bei der Durchführung von Bohrungsuntersuchungen der Bohrungskern zur Beobachtung herausgezogen und übertage gebracht werden. Dabei neigt ein Kern, der starker Verwitterung ausgesetzt war, dazu, zu zerknittern, so daß Teile davon nicht beobachtet werden können, und Daten, die die Kernzusammensetzung anzeigen, können nicht fortlaufend entnommen werden; statt dessen sind die erhaltenen Daten der Mittelwert von aus einzelnen Schichten erhaltenen Werten.
Bei dem zweiten geologischen Untersuchungsverfahren, das direkte Beobachtung der Bohrlochwand mit sich bringt, sind diverse Gerätschaften verfügbar, wie zum Beispiel Fernsehen, Periskope, Kameras und Scanner, alle zum Beobachten einer Bohrlochwand.
Bohrlochfernsehen ist eine kompakte Farbfernsehkamera, die an Kabeln aufgehängt ist und in das Bohrloch gesenkt wird, so daß die Bohrlochwand über Grund mit einem Fernsehmonitor betrachtet werden kann. Da ein Bohrlochfernsehen einen Blickwinkel von etwa 30º hat, wird der gesamte Bohrlochwandumfang durch Drehen eines an dem vorderen Ende der Kamera montierten Spiegels beobachtet. Beim Durchführen einer Analyse der Wand wird die Wand Bild für Bild von der Fernsehkamera aufgenommen, und die Bilder werden zu einem vergrößerten Bild zusammengesetzt, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Um eine Aufzeichnung dieser Bilder zu erhalten, werden sie mit einem VTR aufgezeichnet. Die Kompaßrichtung wird in den Bildern durch einen Drehwinkel von genau nördlich angezeigt.
Ein Bohrlochperiskop ist ein Periskop, das in das Bohrloch eingeführt wird, und enthält einen Kopf, der ein Objektiv und einen Reflektor umfaßt. Ein Rohr ist mit dem Kopf verbunden und erlaubt einem, über Grund die Bohrlochwand durch ein Okular zu beobachten. Wie das Bohrlochfernsehen hat das Bohrlochperiskop einen Blickwinkel von etwa 30º. Um die ganze Peripherie der Wand zu beobachten, muß der Beobachter das gesamte Periskop von über Grund aus drehen. Die Aufzeichnung von Bildern mit solch einem Periskop bringt die Montage einer Kamera am Okularbereich davon und Photographieren der erforderlichen Wandbereiche mit sich. Die Kompaßrichtung wird durch Befestigen eines Magnets am Okularteil des Periskops und Ablesen der Stellung einer Nadel mit bloßem Auge ermittelt.
Eine Bohrlochkamera enthält einen Kopf, der eine Panoramakamera aufnimmt. Der Kopf wird an Kabeln aufgehängt und in das Bohrloch gesenkt, um vergrößerte Bilder bestimmter Abschnitte der Bohrlochwand aufzunehmen. Diese Bilder werden wiedergewonnen und auf Film reproduziert, um ein vergrößertes Bild zu erhalten. Die Breite eines durch eine Umdrehung der Bohrlochkamera aufgenommenen vergrößerten Bildes beträgt 1 bis 1.5 cm, so daß etwa ein 50 cm -Abschnitt der Wand auf einer einzelnen Filmrolle aufgenommen werden kann. Um eine Aufeinanderfolge vergrößerter Bilder zu erreichen, müssen daher die Bilder, die die Breite von 1 bis 1.5 cm haben, vertikal zusammengesetzt werden. Die Kompaßrichtung wird durch Reproduktion der genauen Nordrichtung auf dem Film angezeigt.
Ein Bohrlochscanner enthält einen optischen Kopf und einen photoelektrischen Wandler. Während er gedreht wird, projiziert der optische Kopf einen Lichtstrahl auf die Bohrlochwand. Das von der Wand reflektierte Licht wird von dem photoelektrischen Wandler empfangen, der das reflektierte Licht in ein elektrisches Signal umwandelt. Ein vergrößertes Bild wird aus der Richtung des projizierten Lichtstrahls und der Tiefe des Scanners gewonnen.
Um Richtung und Einfallen von Rissen in der Schichtformation zu bestimmen, wird es im Sinne von Genauigkeit und Effizienz vorgezogen, daß ein vergrößertes Bild erzeugt und dieses in seiner Gesamtheit beobachtet wird. Bei dem herkömmlichen Bohrlochfernsehen und dem Bohrlochperiskop können jedoch alle aufgenommenen Bilder nicht auf einmal beobachtet werden. Folglich müssen die Bilder, wie in Fig. 2 gezeigt, durch Zusammenkleben zusammengesetzt werden, um ein vergrößertes Bild zu erhalten. Dies erfordert einen erheblichen Arbeitsaufwand. Mit der Bohrlochkamera kann andererseits auf vergleichbar einfache Art ein Bild der gesamten Bohrlochperipherie erhalten werden. Es kann jedoch nur ein Abschnitt von 50 cm zu einer Zeit gemessen werden, und der Kopf muß zum Filmwechsel aus dem Bohrloch gehoben und wieder eingesetzt werden. Da außerdem die Qualität der vergrößerten Bilder nicht verifiziert werden kann, ohne den Film zuerst zu entwickeln, kann eine Beurteilung der Bildqualität nicht vor Ort erfolgen. Wird kein brauchbares Bild erhalten, muß man zur Baustelle zurückkehren und die Aufnahme wiederholen.
Unter den bisher erwähnten Geräten ist der Bohrlochscanner dadurch am besten, daß ein vergrößertes Bild zum Zeitpunkt der Messung gewonnen werden kann. Ein Nachteil dieses Hilfsmittels besteht noch darin, daß eine harte Kopie des gesamten vergrößerten Bildes mit einer Anzeigeeinrichtung dieser Art nicht zu erhalten ist.
Beim Durchführen einer geologischen Untersuchung durch Absenken von Geräten der erwähnten Art in ein Bohrloch, wobei die Geräte an Kabeln aufgehängt sind, ist es in der Technik übliche Praxis, die Tiefe, zu der das Gerät herabgelassen wurde, als Anzahl von Umdrehungen einer zur Tiefenmessung verwendeten Seilscheibe zu messen. Diese Tiefenmessung durch Verlassen auf eine Seilscheibe ist geeignet, zum Beispiel durch Seilscheibenschlupf, Fehler zu machen.
Um Fehler, die Faktoren, wie z. B. dem Schlupf der Seilscheibe, zuzuschreiben sind, zu korrigieren, besteht ein angenommenes Verfahren darin, an dem Absenkkabel entlang seiner Länge in festen Abständen Markierungen anzubringen. Bei Untersuchungen von Strukturen im Tiefbau reichen die Tiefen bis zu etwa 300 Metern hinab. Mit der vorerwähnten Markierungsmethode kann die Tiefe bis zu einer gemessenen Genauigkeit von ± 1 Meter bestimmt werden. Dies liefert Werte, die im großen und ganzen zum Bauen von Strukturen der obigen Art genügend genau sind. In letzter Zeit ist jedoch die Notwendigkeit für untersuchende Bohrungen bei Tiefbauarbeiten aufgetreten, die Tiefen von 1000 bis 1500 Meter umfassen. Für Tiefen der 1000 Meterklasse bergen die vorerwähnten herkömmlichen Lösungen in Bezug auf die Genauigkeit erhebliche Schwierigkeiten in sich. Besonders, da sich die verwendeten Kabel wegen ihres Eigengewichts dehnen, wird es unmöglich, die Tiefe genau zu bestimmen, wenn es um tiefere Bohrlöcher geht.
Bei größeren Bohrtiefen gibt es Gelegenheiten, wo sich beim Bohren des Lochs irreguläre Kurven entwickeln. Dies kann durch zermalmte Gesteinsbruchstücke, die in der Nähe der Bohrkrone eingelagert werden, Unterschiede im Bohrwiderstand beim Schrägbohren durch Schichtgrenzflächen mit unterschiedlichen Härten oder durch Abweichungen der Deformationseigenschaften des Bohrstangenmaterials verursacht werden. Dies führt zu einem Problem, worin die durch Bohren gewonnene geologische Information weder die richtigen Koordinaten noch die richtige Richtung repräsentiert. Um die Kosten von Ölbohrungen und geothermischen Quellen zu verringern, wird außerdem die Bohrungsspitze durch künstliches Krümmen des Lochs mittwegs von einem einzelnen Eingang in eine Anzahl verschiedener Richtungen gerichtet. Auch in diesem Fall ist es erforderlich, die Lochkrümmung genau zu messen.
Ein Beispiel der Messung von Bohrlochkrümmung besteht darin, einen Kreiselausgleicher, an den ein magnetischer Rotationskörper angebracht ist, an einer Beobachtungsstelle zu verriegeln. Andere Systeme zum Messen der Bohrlochkrümmung enthalten ein sogenanntes "Toropari" zum Aufnehmen von Bildern, einen Neigungsmesser, bei dem eine beschwerte Nadel auf ein Registrierpapier gesenkt wird, das von einem magnetischen System gedreht wird, um das Papier zu perforieren oder zu markieren, so daß die Neigung ermittelt werden kann, oder einen Kreisel der die Lochkrümmung durch einen Dreirichtungskreisel aufspürt. All diese herkömmlichen Systeme haben jedoch Probleme. Zum Beispiel können bei dem System, das das "Toropari" oder den Neigungsmesser verwendet, Daten weder kontinuierlich noch augenblicklich erfaßt werden. Das Kreiselsystem ist nicht nur teuer, sondern erlegt auch der Meßgeschwindigkeit eine Beschränkung auf, um die Genauigkeit zu verbessern. Auch muß der Kreisel bei jeder Benutzung kalibriert werden.
Unser Patent JP-A-57106202 eröffnet einen Bohrlochscanner mit einer Sonde, die sich an einer Winde aufgehängt in dem Bohrloch auf und ab bewegt, einem an die Sonde angeschlossenen Tiefensensor zum Ermitteln der aufgehängten Position der Sonde, einem unter einem geneigten Winkel zur Richtung eines Lichtstrahls angebrachten Halbspiegel, einem Reflexionsspiegel, um den durch den Halbspiegel kommenden Lichtstrahl zu reflektieren und zum Richten des von der Bohrlochwand refektierten Lichts zu dem Halbspiegel hin, einem photoelektrischen Wandler zum Empfangen des von dem Halbspiegel reflektierten Lichts und zum Umwandeln desselben in ein elektrisches Helligkeitssignal, einem bei dem Spiegel angebrachten Azimutzeiger, einer Antriebseinheit zum Drehen des Reflexionsspiegels und des Azimutzeigers im Verhältnis zu der von dem Sensor ermittelten aufsteigenden oder absteigenden Geschwindigkeit, und einem Aufzeichnungsgerät zum Zusammenführen und Aufzeichnen des Helligkeitssignals aus dem photoelektrischen Wandler als einem stetigen vergrößerten Abtastbild, wobei das Ausgangssignal aus dem Sensor und das Ausgangssignal aus dem Azimutzeiger synchronisiert sind.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren und Vorrichtung bereitzustellen zum Beobachten eines Bohrlochs, das nichtsenkrecht oder gekrümmt sein kann, und um eine spektrale Beobachtung des Farbtons der Wand zu erlauben; und um eine Ausgabe der Beobachtung als elektrisches Signal bereitzustellen; und um auch eine genaue Messung der Bohrlochtiefe zu erlauben.
Erfindungsgemäß stellen wir ein Verfahren zur spektralen Beobachtung der Wand eines Bohrlochs mit einer Sonde bereit, die innerhalb des Bohrlochs auf und ab bewegt wird, umfassend die Schritte:
a) Projizieren eines Lichtstrahls auf die Wand des Bohrlochs aus einer Lichtquelle innerhalb der Sonde;
b) Messung von Stellen an der Wand des Bohrlochs, die von dem Lichtstrahl angestrahlt werden, einschließend die Schritte des Messens einer Strecke, die die Sonde auf und ab bewegt wird, der Drehungsausrichtung eines optischen Kopfes der Sonde in Beziehung zu der Achse des Bohrlochs und des Lichtstrahlprojektionswinkels an der Sonde in Bezug zu einer Ebene senkrecht zu der Sondenachse, und Berechnen von Beobachtungsstellen auf der Basis dieser gemessenen Größen;
c) Trennen des von der Bohrlochwand reflektierten Lichts in Spektren und Umwandeln der Spektren in elektrische Signale während die von dem Lichtstrahl angestrahlten Stellen bei Schritt b) gemessen werden; und
d) Ausgabe von Beobachtungsinformation hinweisend auf die Bohrlochwand auf Korrelieren der angestrahlten Stellen und der elektrischen Signale;
dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrloch nicht-senkrecht oder gekrümmt sein kann und daß der Meßschritt b) die Messung der Neigung der Sonde durch einen Neigungsmesser enthält, und der Schritt d) enthält:
Drehen eines Spiegels mit mehreren Oberflächen mit einer Geschwindigkeit, die mit der Drehungsausrichtung des optischen Kopfes synchronisiert ist;
Reflektieren eines spektralen Signals an jeder Oberfläche des Spiegels mit einer Helligkeit, die der Intensität des von der Bohrlochwand reflektierten Lichts entspricht; und
Reproduzieren jedes reflektierten spektralen Signals auf lichtempfindlichem Film, der im Zusammenwirken mit der tiefenweisen Bewegung der Sonde in dem Bohrloch beweglich ist.
Ebenfalls stellen wir eine Vorrichtung bereit, die bei einem solchen Verfahren verwendet werden kann, nämlich zur spektralen Beobachtung eines Bohrlochs unter Verwendung einer Sonde, die innerhalb des Bohrlochs auf und ab bewegt wird, umfassend:
Lichtprojektionseinrichtung zur Projektion eines Lichtstrahls auf die Bohrlochwand;
Empfangslicht-Verarbeitungseinrichtung zum Trennen des von der Bohrlochwand reflektierten Lichts in spektrale Intensität und Umwandeln der spektralen Intensität in elektrische Signale;
Positions-Sensoreinrichtung zum Abtasten von Beobachtungsstellen, die von der Sonde beobachtet werden, und einschließend einen Längensensor zum Abtasten einer Länge, mit der das Kabel, an dem die Sonde aufgehängt ist, von über Grund ausgelegt ist; einen Azimutkompaß mit einem internen Magnet zum Messen des Fallwinkels der Sonde und einen Sonden-Drehrichtungssensor;
Datenverarbeitungs-Steuereinrichtung zum Durchführen der gesamten Steuerung der Vorrichtung und zum Verarbeiten der durch Umwandlung in elektrische Signale gewonnenen Beobachtungsinformation; und
Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben der Beobachtungsinformation;
dadurch gekennzeichnet, daß die Positions-Sensoreinrichtung umfaßt
einen Neigungsmesser zum Messen der Neigung der Sonde; und
worin die Ausgabesteuereinrichtung umfaßt:
einen lichtempfindlichen Film zum Aufzeichnen eines vergrößerten Bildes, und der im Zusammenwirken mit der tiefenweisen Bewegung der Sonde in dem Bohrloch beweglich ist;
eine Lichtquelle, die durch ein von der spektralen Intensität abhängendes Signal moduliert wird; und
einen Vielfachoberflächenspiegel, der mit einer Drehzahl drehbar ist, die Licht aus der Lichtquelle entsprechend einer Umdrehung der Lichtprojektion in dem Bohrloch in einer Richtung bei rechten Winkeln zu der Längsrichtung des Films bei einem Drehwinkel zur Reflexion von einer Oberfläche des Spiegels abtasten wird.
Mit dem vorgenannten Verfahren und Vorrichtung der Erfindung kann geologische Information basierend auf genau vermessenen Beobachtungsstellen gewonnen werden, und ein vergrößertes Bild basierend auf dieser Information kann ebenfalls leicht gewonnen werden. Außerdem können auf Farbton basierende Beobachtungen unter Verwendung der Spektraldaten durchgeführt werden, so daß die Gesteinseigenschaften nützlich in technischen Ausdrücken bestimmt werden können.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen vorgenommen wird, in denen gleiche Referenzzeichen die gleichen oder ähnliche Teile über die Figuren hinweg bezeichnen.
Gegenstand der begleitenden Zeichnungen:
Fig. 1 zeigt ein Bohrungsprotokoll, in dem Farbton eingetragen ist;
Fig. 2 ist eine Darstellung eines vergrößerten Bildes, das durch Zusammenkleben einer Vielzahl von Aufnahmen erhalten wird;
Fig. 3 ist eine Darstellung, die den Zustand einer Sonde im Einsatz veranschaulicht, wenn die Sonde bei einer in einem Bohrloch durchgeführten geologischen Untersuchung verwendet wird;
Fig. 4 ist eine Darstellung, die eine exemplarische grundsätzliche Anordnung einer Sonde veranschaulicht, wenn sie zur Farbtonaufzeichnung verwendet wird;
Fig. 5 ist eine Darstellung, die die Korrelation zwischen der reflektierten Intensität von blau, rot und grün sowie verschiedene Eigenschaften veranschaulicht, wenn eine geologische Formation analysiert wird;
Fig. 6 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen Verwitterungsrangordnung und der P-Wellen-Geschwindigkeit basierend auf einer Beurteilung, die auf bloßem Auge beruht, veranschaulicht.
Fig. 7 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen Verwitterungsrangordnung und einem Farbtonindex basierend auf einer Beurteilung, die auf bloßem Auge beruht, veranschaulicht;
Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen einem Farbtonindex und WPI (einer chemischen Eigenschaft);
Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen einem Farbtonindex und Porosität;
Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen einem Farbtonindex und P-Wellen- Geschwindigkeit;
Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen einem Farbtonindex und Zugfestigkeit;
Fig. 12 ist eine Darstellung eines exemplarischen, grundsätzlichen Aufbaus einer erfindungsgemäßen Sonde mit Einrichtungen zur Beobachtung einer Bohrlochwand und zum Abtasten der beobachteten Stelle;
Fig. 13 ist eine Darstellung, die der Beschreibung der von einem Azimutkompaß und einem Neigungsmesser abgetasteten Winkel nützlich ist;
Fig. 14(A), (B) veranschaulichen exemplarische Konstruktionen von Vielfach-Spektrumabtastern;
Fig. 15(A), (B) veranschaulichen Pfade auf der abgewickelten Oberfläche einer von einem Lichtstrahl abgetasteten Lochwand;
Fig. 16 ist eine Darstellung, die der Beschreibung einer Ausführung nützlich ist, bei der eine harte Kopie einer Bohrlochwandoberfläche unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Bohrlochabtasters gewonnen wird;
Fig. 17 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau eines Systems, das die vorliegende Erfindung verkörpert, darstellt;
Fig. 18 ist ein Flußdiagramm, das zur Beschreibung der in dem System von Fig. 17 ausgeführten Verarbeitung nützlich ist;
Fig. 19(A), (B), (C), (D) zeigen Beispiele von Anzeigeausgaben von Meßdaten, die eine Bohrlochkrümmung anzeigen;
Fig. 20(A), (B) zeigen ein Beispiel eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten Azimutkompasses;
Fig. 21 zeigt ein Beispiel der Art und Weise, in der der Azimutkompaß von Fig. 20 angebracht ist;
Fig. 22(A), (B) zeigen ein Beispiel eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten Neigungsmessers;
Fig. 23 zeigt ein Beispiel der Art und Weise, in der der Neigungsmesser von Fig. 22 angebracht ist; und
Fig. 24(A), (B), (C) zeigen Beispiele von Systemen zum Messen der Bohrlochtiefe.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung wird nun unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird eine Sonde mit einer Winde innerhalb des Bohrlochs auf und ab bewegt. In der Sonde sind als Bohrlochbeobachtungseinrichtungen eine Einrichtung zum Projizieren eines Lichtstrahls auf die Bohrlochwand und zum Beobachten der Intensität des reflektierten Lichts und eine Einrichtung zum genauen Abtasten der beobachteten Stelle enthalten. Als Beobachtungsdaten werden die Farbtöne und ein vergrößertes Bild der Wandoberfläche, die Richtung, Neigung und Art von Rissen in dem Gestein an der Wandoberfläche und andere, wichtige geologische Untersuchungsdaten ausgegeben. Die entsprechenden beobachteten Stellen können auch spezifiziert werden.
Zu Beginn eine Beschreibung eines Beispiels eines grundsätzlichen Aufbaus einer Sonde zur Beobachtung des Farbtons einer Bohrlochwandoberfläche.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die mit Nummer 1 bezeichnete Sonde mit dem Ende eines Kabels 2 zum Absenken der Sonde in ein Bohrloch 5 verbunden. Das Kabel 2 wird von einer Winde 3 betätigt und ist an seinem anderen Ende mit einem Aufzeichnungsgerät 4 zum Aufzeichnen verschiedener Daten verbunden.
Wenn Farbton erfaßt werden soll, wird die Sonde 1 intern mit einer Lichtquelle 6, einem Reflektor 7, einer Linse 8, einem Gerät 9 zur Spektroskopie und einem Signalwandler 10, wie in Fig. 4 gezeigt, ausgestattet. Die Sonde 1 mit dieser Ausrüstung wird in das Bohrloch 5 mit dem Kabel 2 und der Winde 3 abgesenkt. Ein von der Lichtquelle 6 in der Sonde 1 ausgesendeter Lichtstrahl wird an der Wandoberfläche des Lochs 5 reflektiert und von dem Reflektor 7 empfangen, der das Licht entlang der Achse der Sonde 1 so umleitet, daß die Linse 8 ein Abbild eines Brennpunkts auf dem spektroskopischen Gerät 9 bilden kann. Das Letztere zerlegt das Licht in ein Spektrum. Da das erhaltene Spektrum das Ergebnis von Absorption und Reflexion sein wird, welche wiederum von den Farben der an der Bohrlochwand bloßgelegten geologischen Formationen abhängen, wird die reflektierte Intensität unterschiedlich sein. Das Spektrum wird von dem spektroskopischen Gerät 9 und dem Signalumwandler 10 in elektrische Signale umgewandelt, wobei der Letztere die Signale an ein außerhalb der Sonde 1 befindliches Aufzeichnungsgerät 4 überträgt. Das Aufzeichnungsgerät 4 verarbeitet diese Signale und zeichnet sie auf.
Das von dem Gerät 9 gelieferte Spektrum wird mit einer Standardfarbe, zum Beispiel Standardweiß, kalibriert. Die R (roten), G (grünen) und B (blauen) Farben des Spektrums werden dann herausgezogen. Standardwerte dieser drei Spektralfarben, wie sie sind oder nach vorheriger Speicherung in einem Speicher, werden mit der abgetasteten Signalstärke verglichen und die resultierenden Abweichungswerte kombiniert, um die Farbe zu spezifizieren. Die so spezifizierte Farbe läßt keinen Raum für subjektive Interpretation, die auf individuellen Unterschieden unter den Beobachtern beruht, und wird durch die gleichen Ergebnisse ausgedrückt, ungeachtet wieviele Beobachter die Analyse durchführen. Dies macht es möglich, die Beschaffenheit einer geologischen Formation unter Verwendung eines gemeinsamen Standards zu beurteilen.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Anordnung begrenzt, bei der ein Vergleich mit den Standardwerten gemacht wird, um die Farbe auszudrücken. Es ist auch möglich, jede der drei Spektralfarben einzeln auszugeben und sie zur Analyse der Beschaffenheit der Geologie zu verwenden. Spezifischer und als Beispiel sei angenommen, daß eine Korrelation zwischen jeder der Spektralfarben für Granit und einachsiger Druckfestigkeit, Dichte, Flüssigkeits-Leitfähigkeit und Porosität, wie in Fig. 5 gezeigt, ermittelt wurde. Wenn die Intensität jeder Spektralfarbe bekannt ist, können die betreffenden Standardwerte sofort erhalten werden.
Wenn die drei Spektralfarben in einem Bohrungsprotokoll, wie in Fig. 1 gezeigt, erfaßt werden, können aufeinanderfolgende Werte entsprechend der Tiefe gewonnen werden. Dies wird es im Gegensatz zu den Bohrungsprotokollen der herkömmlichen Technik ermöglichen, ein vollständig ausgestattetes Bohrungsprotokoll bereitzustellen.
Als nächstes folgt eine detaillierte Beschreibung einer Korrelation zwischen Granitfarbton und Verwitterungsgrad basierend auf einem Beispiel, bei dem neun verschiedene Arten von Granitproben herausgezogen und untersucht werden.
Neun Arten von Granitproben wurden in Bezug auf den Verwitterungsgrad, der mit bloßem Auge beurteilt wurde, in eine Rangordnung gebracht. Die beobachteten Eigenschaften umfaßten Farbe, Gewicht, Hammerrückprall und Geräusch, das durch Schlagen mit einem Hammer erzeugt wird. Die Beziehung zwischen dem Verwitterungsgrad und den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Gesteinsproben wurden geprüft, und es wurde befunden, daß die zwei übereinstimmen. Mit anderen Worten, die technologischen Eigenschaften des Gesteins, die bekannt sein müssen, wenn Gesteinsstrukturen vermessen und bearbeitet werden, wurden befunden, daß sie dicht mit dem durch einen Geologen mit bloßem Auge beurteilten Grad der Gesteinsverwitterung korrelierten. Die erwähnte chemische Eigenschaft ist der WPI-Wert, der durch Berechnung basierend auf quantitativer Analyse von Kalium, Natrium, Magnesium, Kalzium, Silizium, Aluminium, Eisen, Titan und allen Bestandteilen des Kristallisationswassers des Gesteins erhalten wird. Die physikalischen Eigenschaften umfassen die Porosität des Gesteins, elastische Wellengeschwindigkeit des Gesteins [P-Wellen (Längswellen), S-Wellen (Querwellen)] und die Zugfestigkeit des Gesteins. Es ist anzumerken, daß der WPI-Wert ein Verfahren zum Ausdrücken, in Form chemischer Zusammensetzung, des Zustands der durch Verwitterung verursachten Gesteinsveränderung betrifft. Der Wert wird wie folgt ausgedrückt:
WPI-Wert = B/A
worin A = SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; + Fe&sub2;O&sub3; + FeO + TiO2 +
CaO + MgO + Na&sub2;O + K&sub2;O
B = 100 (K&sub2;O + Na&sub2;O + MgO + CaO-H&sub2;O&spplus;).
Die Korrelation zwischen P-Wellengeschwindigkeit und Verwitterungsrangfolge basierend auf Beurteilung mit bloßem Auge ist in Fig. 6 dargestellt.
Als nächstes wurden die neun Arten von Granitproben mit einer Farbfernsehkamera photographiert, die Bilder in 131 · 131 Punkt digitale Bilddaten umgewandelt, die Intensität der Farben R, G, B aller Pixel (etwa 17,000 Punkte) gemessen und die Ergebnisse einer Verarbeitung unterzogen, um die Farbtonindexe zu erhalten. Es wurde herausgefunden, daß die serielle Rangordnung der Farbtondaten und der mit bloßem Auge beurteilten Verwitterung sich zueinander wie in Fig. 7 gezeigt verhalten. Korrelationen der in Fig. 8 bis 11 gezeigten Art wurden von den zwei Korrelationen gefunden, die die vorerwähnten chemischen und physikalischen Eigenschaften (Fig. 6) und Farbtoneigenschaften (Fig. 7) enthalten. Besonders ist einzusehen, daß basierend auf diesen Korrelationen der Verwitterungsgrad und die technologischen Eigenschaften des Gesteins durch Messung des Farbtons ermittelt werden können.
Wie oben zuvor im Detail beschrieben, können die folgenden Vorteile bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Spektralfarbton-Beobachtungssonde erwartet werden:
(A) Farbton kann quantitativ durch Instrumente gemessen werden. Solch eine Messung liefert standardisierte Daten einer objektiven Art, ungeachtet, wer die Messung durchführt. Solche Daten sind sehr nützlich bei der Beurteilung geologischer Formationen.
(B) Der Farbton einer geologischen Formation kann von allen auf einer gemeinsamen Basis diskutiert und verstanden werden.
(C) Eine in ein Bohrloch abgelassene Sonde erlaubt direkte Beobachtung der Bohrlochwand und ermöglicht eine Bildverarbeitung oder Spektralanalyse übertage. Dies bringt die folgenden Ergebnisse:
(a) Farbtondaten können selbst bei Bohrlochwänden mit starker Verwitterung, welchen Bereichen, erfaßt werden.
(b) Bohrungsuntersuchungen sind mit einem kernlosen Bohrverfahren anstelle des kostenaufwendigen Kernbohrverfahrens durchführbar.
(c) Da die Farbtondaten in Form ausführlicher Daten, die sich mit der Tiefe des Bohrlochs stetig ändern, erfaßt werden können, wird die Genauigkeit geologischer Bestimmungen verbessert.
(d) Voll instrumentierte automatische Messungen und Datenverarbeitung sind möglich, elektrisches Registrieren, Erfassung akustischer Wellengeschwindigkeit und Farbtonerfassung können alle innerhalb des Bohrlochs durchgeführt werden, und objektive Daten, die mit der Tiefe des Lochs fortlaufend sind, können gewonnen werden, wodurch geologische und Grundwasseruntersuchungen in kürzerer Zeit durchgeführt werden können.
(e) Ein vollständiges Bohrungsprotokoll der Ergebnisse kann bereitgestellt werden.
Als nächstes wird ein exemplarischer grundlegender Aufbau einer Sonde beschrieben, die in der Lage ist, eine Bohrlochwandoberfläche abzutasten und ein vergrößertes Bild der Wandoberfläche in Korrelation mit den beobachteten Stellen zu liefern.
In Fig. 12 umfaßt eine Sonde mit der Nummer 11 einen Beobachtungsteil, der in einem Bohrloch 26 auf und ab bewegt wird, und eingerichtet ist, einen Lichtstrahl auf die Lochoberfläche zu projizieren und die Intensität des reflektierten Lichts zu messen, und einen Positionssensorteil zur genauen Ermittlung der Stellen, die beobachtet werden.
Der Beobachtungsteil enthält einen mit einem Antriebsmotor 12 verbundenen optischen Kopf 16 mit einem Richtungsfinder 13, einer Linse 14 und einem Spiegel 15. Ferner sind vorhanden eine Lichtquelle 22 zum Senden eines Lichtstrahls durch einen Halbspiegel 19 zu dem optischen Kopf 16, ein Schlitz 20 und eine Linse 21 zum Formen des Lichtstrahls und ein Schlitz 17 und ein photoelektrischer Wandler 18 zum Ermitteln des Lichtstrahls von dem optischen Kopf 16, nachdem der Strahl an der Bohrwandoberfläche reflektiert wurde. Bei einer Anordnung dieser Art wird das Licht aus der Lichtquelle 22 von dem Schlitz 20 und der Linse 21 zu einem Strahl geformt und der resultierende Lichtstrahl über den Halbspiegel 19, den Spiegel 15 und die Linse 14 auf die Bohrlochwand projiziert. Die Intensität des von der Bohrwandoberfläche reflektierten Lichtstrahls wird über die Linse 14, den Spiegel 15, den Halbspiegel 19 und den Schlitz 17 von dem photoelektrischen Wandler 18 gemessen. Während der optische Kopf 16 von dem Motor 12 gedreht wird, wird die Sonde 11 in dem Bohrloch abgesenkt, wobei dessen Wandoberfläche abgetastet wird. Ein der Intensität des reflektierten Lichtstrahls entsprechendes elektrisches Signal wird von dem photoelektrischen Wandler 18 erzeugt.
Die obige Beobachtung der Bohrwandfläche durch den Beobachtungsteil erfolgt während die Richtung durch einen internen Richtungsfinder 13 aus einer Bezugsposition der Sonde 11, wenn die Bezugsposition in eine bestimmte Richtung zeigt, nachgewiesen wird. Wenn jedoch ausschließlich nur auf den Richtungsfinder 13 vertraut wird, muß das Bohrloch genau senkrecht sein. Wenn das Bohrloch nicht-senkrecht ist, kann ein deutliches Abfallen der Beobachtungsgenauigkeit erwartet werden. Aus diesem Grund ist der Positionssensorteil vorgesehen und wird verwendet, die beobachtete Stelle genau zu bestimmen, selbst wenn das Bohrloch nicht-senkrecht oder gekrümmt ist.
Der Positionssensorteil ist mit einem Azimutkompaß 23 und einem Neigungsmesser 25 als Einrichtungen zur Krümmungsmessung und mit einem Drehungsmesser 24 als Einrichtung zum Messen der Ausrichtung des optischen Kopfes ausgestattet. Der Azimutkompaß 23 ist an der Sonde 11 an ersten Drehpunkten A, A' befestigt. Der Azimutkompaß 23 kann an diesen ersten Drehpunkten A, A' frei um eine Achse l, die mit der Axialrichtung der Sonde 11 übereinstimmt, und an zweiten Drehpunkten Q, Q' um eine Achse m, die senkrecht zu der Achse l liegt, gedreht werden. Die Achsen l und m sind in Fig. 12 durch unterbrochene Linien angezeigt. Diese Anordnung erlaubt es, den Beobachtungsteil in einem Zustand festzuhalten, der sich in Bezug auf die Vertikalrichtung von übertage nicht verändert. Der einzelne Aufbau des Azimutkompasses ist in Fig. 20 dargestellt, in der zu sehen ist, daß der Azimutkompaß einen internen Magnet zum Messen des Neigungswinkels der Sonde 11 hat, wie nachstehend beschrieben wird.
Der Neigungsmesser 25 hat gleichfalls Drehpunkte R, R', an denen der Neigungsmesser frei um die Achse l gedreht werden kann, und ist an der Sonde 11 bei den Drehpunkten B, B' befestigt. Folglich ist die Anordnung so, daß der Beobachtungsteil um die Achse l gedreht werden kann, um der Neigung der Sonde 11 zu entsprechen. Der detaillierte Aufbau des Azimutkompasses ist in Fig. 21 dargestellt, in der zu sehen ist, daß der Azimutkompaß ein internes Gewicht hat, um die Neigung der Sonde 11 zu messen. Der Drehungsmesser 25 ist an der Position des Drehpunkts A angebracht, wo der Azimutkompaß 23 befestigt ist, und mißt eine Bezugsrichtung E der Sonde 11 (s. Fig. 3).
Fig. 13 zeigt ein dreidimensionales Koordinatensystem mit X, Y und Z Achsen. Die X-Achse sei in der Nordsüd-Richtung ausgerichtet, die Y-Achse in der Ostwest-Richtung und die Y-Achse in Richtung der Erdschwerkraft. In diesem Fall stellt ein Azimutwinkel R den Azimut von Nord und ein Neigungswinkel Φ eine Neigung von einer horizontalen Ebene dar. Bei der in Fig. 12 gezeigten Sonde wird der in Fig. 13 dargestellte Azimutwinkel R aus dem von dem Azimutkompaß 23 angezeigten Eintauchwinkel und die in Fig. 13 gezeigte Neigung Φ aus der von dem Neigungsmesser 25 angezeigten Neigung erhalten. Folglich laß ein in Fig. 12 gezeigter Bezugspunkt D mit einem Nordazimut ausgerichtet sein, und laß diesen als ein Bezugsazimut dienen, und laß den Azimutwinkel R und den Neigungswinkel Φ beide null sein, wenn sich der Azimutkompaß 23 und der Neigungsmesser 25 in den in Fig. 12 gezeigten Zuständen befinden. Wenn dann das Bohrloch von dem in Fig. 12 gezeigten Zustand in einem Winkel α in Richtung des Nordazimuts geneigt ist, wird der Azimutwinkel R 0 sein, die Neigung Φ wird α und der Drehwinkel δ wird null sein. In einem Fall wo das Bohrloch in einem Winkel α in Richtung des Westazimuts geneigt ist, dreht jedoch der Azimutkompaß 23 und der Neigungsmesser 25 90º gegen den Uhrzeigersinn um die Achse l. Folglich werden die Azimut- und Neigungswinkel R, Φ -90º bzw. α. Der von dem Drehungsmesser 24 gemessene Drehwinkel δ wird ebenfalls 90º. Wenn die Sonde 90 in Westrichtung gedreht (verdrillt) wird, verändern sich der Azimutwinkel R und der Neigungswinkel Φ nicht. Nur der von dem Drehungsmesser 24 gemessene Drehungswinkel δ ändert sich, dieser wird 0º. Folglich wird die Krümmung des Bohrlochs durch den Azimutkompaß 23 und den Neigungsmesser 25 und die Ausrichtung der Sonde durch den Drehungsmesser 24 gemessen. Für einen Fall wo die Messung durch einen Scanner erfolgt, kann die Richtung, in die der optische Kopf 16 (der Scannerkopf) zeigt, durch den Betrag der Drehung (der Ausgang des Richtungsfinders 13) von der Bezugsposition E, die in der Sonde eingestellt ist, bestimmt werden. Der Drehungsmesser 24 dient zum Messen der Ausrichtung der Sondenbezugsposition E, um die Ausrichtung des optischen Kopfes 16 zu erhalten, die von der Verdrehung des Drehungsmessers abhängt. Insbesondere kann die Ausrichtung der Bezugsposition E von Sonde 11 durch Addieren des von dem Drehungsmesser 24 gemessenen Drehwinkels δ zu dem von dem Azimutkompaß 23 gemessenen Azimutwinkel R erhalten werden. Andererseits dient der Richtungsfinder 13 des Scannerteils zum Messen der Richtung, in der der optische Kopf 16 (Scannerkopf) von der Bezugsposition E in der Sonde 11 abweicht. Daher ist es durch Korrigieren der Ausrichtung des optischen Kopfes 16 um diesen gemessenen Betrag möglich, die beobachtete Stelle in den von dem photoelektrischen Wandler 18 gelieferten Abtastdaten zu erhalten. Die beobachtete Stelle der Abtastdaten kann in der Form eines genauen Wertes unter Verwendung einer vorgegebenen Berechnungsformel basierend auf Daten, die die Positionskoordinaten des Drehungsmittelpunkts des optischen Kopfes 16, die Ausrichtung des Kopfes, den Bohrlochdurchmesser und die Bohrlochneigung anzeigen, berechnet werden.
Fig. 14 veranschaulicht einen exemplarischen Aufbau eines Vielfach- Spektrumscanners, bei dem Wellenlängenbereiche ausgewählt werden und ein reflektierter Lichtstrahl für jeden einzelnen Wellenlängenbereich durch eine Mehrzahl von photoelektrischen Wandlern gemessen wird. In der Anordnung von Fig. 14(A) ist ein optisches Prisma 26 an der linken Lichtaustrittsseite des lichtempfangenden Schlitzes 17 angeordnet, um das Eintrittslicht in seine spektralen Komponenten zu zerlegen, und ein Wellenlängen-Auswahlschlitz 27 ist an der Lichtaustrittsseite des Prismas 26 angebracht, um die Wellenlängenbereiche auszuwählen. Die Intensität der gespaltenen Lichtstrahlung von jedem Wellenlängenbereich wird von einem photoelektrischen Wandler 28, der an der Lichtaustrittsseite des Schlitzes 27 angeordnet ist, gemessen. Entsprechend kann dann, wenn der Schlitz 17 zum Beispiel in den drei Bereichen rot, blau und grün angebracht ist, ein Farbbild durch Kombinieren der gespaltenen Lichtstrahlintensitäten dieser drei Farben auf dem Schirm eines Farbfernsehmonitors erhalten werden. Außerdem kann eine Helligkeitsdarstellung des Infrarotbereichs durch Messen der gespaltenen Lichtstrahlintensität im Infrarotbereich erhalten werden. Bei der in Fig. 14(B) gezeigten Anordnung sind die Lichteingangsenden der optischen Fasern 29 gegenüber der Lichtaustrittsseite des lichtempfangenden Schlitzes 17 so angebracht, daß ein von der Bohrlochwandfläche reflektierter Lichtstrahl in die Eingangsenden nach passieren des Schlitzes 17 eintreten wird. Die Lichtausgangsenden der optischen Fasern 29 sind voneinander abgetrennt und ein Filter 30, z. B. ein Bandpaß- oder Begrenzungsfilter, ist an jedem Ausgangsende angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht es, einen gewünschten Wellenlängenbereich auszuwählen. Ein photoelektrischer Wandler 31 ist an dem Ausgangsende von jedem Filter 30 angeordnet.
In der obigen Anordnung wird ein Lichtstrahl von der Lichtquelle 22 erzeugt und auf die Bohrlochwandfläche projiziert während er tiefenweise in dem Bohrloch bewegt und durch den Motor 12 gedreht wird. Der von der Bohrlochwandfläche reflektierte Lichtstrahl wird von einem photoelektrischen Wandler 18 in ein elektrisches Signal umgewandelt, um Bildinformation, die die Bohrlochwand anzeigt, bereitzustellen. Diese Information wird einer Datenverarbeitungs-Steuereinheit übermittelt. Die Letztere enthält z. B. einen Mikroprozessor und einen Speicher und dient zum Steuern des Antriebsmotors 12 und der Lichtquelle 22 und zum Verarbeiten der Information aus dem photoelektrischen Wandler 18. Die durchgeführte Verarbeitung umfaßt Speichern des elektrischen Signals als Bildinformation in dem Speicher, Ausgeben einer harten Kopie eines stetigen vergrößerten Bildes in Tiefenrichtung des Bohrlochs mit einem Bildprozessor und Ausgeben des vergrößerten Bildes und anderer notwendiger Informationen durch ein Ausgabegerät, wie z. B. einem Drucker oder Fernsehmonitor. Um die Ausgabe einer harten Kopie eines stetigen vergrößerten Bildes in Richtung der Bohrlochtiefe zu erzeugen, kann der Bildprozessor z. B. wie in Fig. 16 gezeigt aufgebaut sein.
Mit Bezug auf Fig. 16 wird die Helligkeit einer Lichtquelle 44 auf der Basis von elektrischen Signalen gesteuert, die aus dem in Fig. 12 gezeigten photoelektrischen Wandler gewonnen werden. Die elektrischen Signale können wie von dem photoelektrischen Wandler empfangen verwendet werden. Alternativ können die Signale in dem Speicher temporär gespeichert und dann nach Auslesen aus dem Speicher entsprechend der Abtastfolge verwendet werden. Ein Prisma 43 mit der Form eines vieleckigen Prismas wird als Reflektor benutzt. Licht aus der Lichtquelle 44 wird von dem Prisma 43 so reflektiert, daß es auf einen lichtempfindlichen Film 45 scheint. Wenn das Prisma 43 in Pfeilrichtung, wie in Fig. 16 dargestellt, gedreht wird, wird das reflektierte Licht aus der Lichtquelle 44 gezwungen, den Film 45 sechsmal nacheinander (das Prisma 43 als sechseckig angenommen) pro Umdrehung des Prismas In rechten Winkeln zur Längsrichtung des Films zu überstreichen.
Wenn demnach die Drehzahl des Prismas 43 und die des Motors 12 (Fig. 12 synchronisiert sind, der Film 45 in Koordination mit der tiefenweisen Bewegung der Sonde bewegt wird und die Helligkeit der Lichtquelle 44 auf der Basis von elektrischen Signalen aus dem photoelektrischen Wandler gesteuert wird, dann wird eine harte Kopie eines vergrößerten Bildes der Bohrlochwand auf dem Film 45 erhalten, wobei das Bild in der Tiefenrichtung des Bohrlochs fortlaufend ist. Wenn die aus dem photoelektrischen Wandler erhaltenen elektrischen Signale nicht nur Helligkeitssignale sondern Signale sind, die die Helligkeit der drei Farben rot, blau und grün enthalten, dann kann eine auf diesen Signalen basierende Modulation natürlich selbst mit der Lichtquelle 44 durchgeführt werden, wodurch eine harte Kopie in Farbe erhalten werden kann.
Ein in Fig. 17 dargestelltes Steuersystem wird nun beschrieben. Das System von Fig. 17 enthält einen Azimutkompaß 52, einen Neigungsmesser 53 und einen Tiefenmesser 55. Der Letztere ist an einer Obertage-Steuereinheit zum Steuern der nachgelassenen Länge eines Kabels CL angebracht und eingerichtet, die nachgelassene Länge des Kabels CL abzutasten. Der Azimutkompaß 52, der Neigungsmesser 53 und der Tiefenmesser 55 sind an eine erste arithmetische Einheit 56 angeschlossen. Wenn die nachgelassene Länge des Kabels CL eine Einheitslänge erreicht, liest die erste arithmetische Einheit 56 den Azimutwinkel R und den Neigungswinkel Φ aus dem Azimutkompaß 52 bzw. dem Neigungsmesser 53 ein und berechnet die nachgelassene Länge des Kabels CL in Form der Komponenten Δx, Δy, Δz entsprechend dem in Fig. 13 dargestellten Koordinatenraum. Die Berechnung basiert auf der nachgelassenen Länge ΔL des Kabels CL, dem Azimutwinkel 6 und der Neigung Φ. Die Längenanteile werden wie folgt ausgedrückt:
Δx = ΔL cosΦ cosR
Δy = ΔL cosΦ cosR
Δz = ΔL sinΦ.
Der Ausgang der ersten arithmetischen Einheit 56 wird an eine zweite arithmetische Einheit 57 angelegt, welche die Sondenlagekoordinaten Xi, Yi, Zi aus einem Speicher 58 liest, wobei diese Koordinaten durch die vorangehende Integration von Δx, Δy, Δz erhalten wurden. Zu diesen Koordinatenwerten addiert die zweite arithmetische Einheit 57 die von der arithmetischen Einheit 56 berechneten nachgelassenen Längen Δx, Δy, Δz, um die gegenwärtigen Positionskoordinaten Xi+1, Yi+1, Zi+1 der Sonde zu berechnen. Diese Koordinaten werden wie folgt ausgedrückt
Xi+1 = Xi + Δx
Yi+1 = Yi + Δy
Zi+1 = Zi + Δz.
Als Beispiel habe der Bohrlocheingang die Koordinaten (0,0,0), und ein Punkt A, der 10 m nach Norden, 30 m nach Westen und 50 m unter Grund liegt, habe die Koordinaten (10,30,50). Wenn die Sonde von dieser Position in einer Richtung e = 0, Φ = 30º durch Nachlassen von 10 m Kabel bewegt wird, dann wird der Betrag der Positionsänderung sein:
Δx = 10 · cos30º cosR = 8.7
Δy = 10 · cos30º sinR = 0
Δz = 10 · sin30º = 5.
Daher wird die gegenwärtige Position der Sonde wie folgt ausgedrückt:
Xi+1 = 10 + 8.7 = 18.7
Yi+1 = 30 + 0 = 30
Zi+1 = 50 + 5 = 55.
Somit wird sich die Sonde bei einer Position 18.7 m nach Norden, 30 m nach Westen und 55 m unter der Erde befinden.
Das System von Fig. 17 enthält weiter einen Scannerteil 51 und einen Drehungsmesser 54, welche die zweite arithmetische Einheit 57 mit Abtastdaten bzw. einem Signal versorgen, das den Drehungswinkel der Sonde anzeigt. Die zweite arithmetische Einheit 57 berechnet die beobachtete Stelle basierend auf den Abtastdaten, dem Drehungswinkel der Sonde und der aus der oben beschriebenen Berechnungen erhaltenen Sondenposition und speichert diese Daten in dem Speicher 58.
Der Speicher 58 speichert die von der zweiten arithmetischen Einheit 57 berechneten Positionskoordinaten X, V, Z der Sonde in einer zeitlichen Folge und speichert auch die entsprechenden Sondenausrichtungen, Abtastdaten und Beobachtungsstellen. Fig. 18 zeigt ein Flußdiagramm der Verarbeitung bis zu dem Schritt, bei dem die Positionskoordinaten X, Y, Z der Sonde in dem Speicher 58 gespeichert werden.
Das System von Fig. 17 enthält weiter eine Ausgabesteuereinheit 60 und eine Steuereinheit 59 zum Durchführen der gesamten Steuerung, einschließlich der arithmetischen Einheiten 56, 57, des Speichers 58 und der Ausgabesteuereinheit 60. Basierend auf den im Speicher 58 gespeicherten Positionskoordinaten X, Y, Z liefert die Ausgabesteuereinheit 60 Daten an eine Ausgabeeinheit (nicht dargestellt), wie z. B. einen Bildschirm oder XY-Plotter, um die Bahn der Sonde auf dem Bildschirm oder Plotter darzustellen, und gibt auch Abtastdaten für eine Hardcopy aus. Wie zuvor erwähnt, wird die Hardcopy durch Helligkeltsmodulation der Abtastdaten und Gewinnen eines Ausdrucks des Ergebnisses auf Film erzeugt.
In diesem Fall können Daten, die Lauf und Neigung der Risse und Schichtformation anzeigen, die in einem schräg gekrümmten oder einem horizontalen Bohrungsloch erhalten werden, durch Anwenden einer Korrektur auf Daten, die auf die Ausrichtung des Bohrungslochs hinweisen, gewonnen werden.
Fig. 19(A) zeigt ein Beispiel einer Sondenbahn in einem Nordsüd-Querschnitt. Fig. 19(B) zeiht eine Beispiel einer Sondenbahn in einem Ostwest-Querschnitt. Fig. 19(C) zeigt ein Beispiel einer Sondenbahn in einer Draufsicht von oben. Fig. 19(D) zeigt ein Beispiel einer Sondenbahn in drei Dimensionen.
Beispiele des Azimutkompasses und des Neigungsmessers werden nun beschrieben.
Bei dem in Fig. 20 dargestellten Azimutkompaß ist eine spezifische Gravitationsflüssigkeit 62 innerhalb eines Gehäuses 61 eingeschlossen. Die Flüssigkeit 62 ist eine transparente Flüssigkeit, z. B. Siliconöl, einer Art, die ein Gewicht von annähernd null auf ein Lager 63 eines beweglichen Elements, das einen Magnet 64 und eine Kodierscheibe 65 umfaßt, zur Folge hat. Durch axiale Stützung des beweglichen Elements in der spezifischen Gravitationsflüssigkeit durch das Lager 63 wird die Schwerkraft durch den Auftrieb der spezifischen Gravitationsflüssigkeit 62 und das Trägheitsdrehmoment durch die Viskosität der Flüssigkeit ausgeglichen, wodurch sich der Magnet 64 sanft bewegen kann, so daß die Richtung immer die des Nordazimuts sein wird. Ein lichtemittierendes 67 und eine lichtempfangendes Element 66 sind einander gegenüberstehend über der Kodierscheibe 65 angeordnet, die sich im Einklang mit dem Magnet 64 dreht. Licht aus dem Element 67 wird auf die Kodierscheibe 65 projiziert und von dem Element 66 empfangen, wodurch ein Azimut bestimmt werden kann. Nimmt man zum Beispiel die Stellung der Kodierscheibe 65, wenn der Sondenbeobachtungsazimut mit dem Nordazimut ausgerichtet ist, als Bezug, kann der Drehwinkel der Kodierscheibe 65 basierend auf einem Signal aus dem lichtempfangenden Element 66 erhalten werden, wenn die Sondenbeobachtungsposition sich ändert und das Gehäuse 61 sich entsprechend dieser Versetzung dreht. Der Versatz vom Nordazimut kann so bestimmt werden.
Fig. 21 zeigt ein Beispiel der Art und Weise, wie der Azimutkompaß von Fig. 20 befestigt ist. In Fig. 21 ist das Gehäuse 61 mit den Drehpunkten A, A', Q, Q', um die das Gehäuse frei drehbar ist, verbunden und an der Sonde bei den Drehpunkten A, A', wie später beschrieben wird, befestigt. Es ist so angeordnet, daß eine die Drehpunkte A, A' verbindende Linie eine vertikale Stellung (d. h. mit der Sondenachsenrichtung überstimmend) in einem Zustand annehmen wird, wo die Sonde gerade nach unten zeigt. Selbst wenn die Neigung der Sonde verändert wird, um die Neigung der die Drehpunkte A, A' verbindenden Linie zu ändern, wird sich demnach die Stellung des Gehäuses 61 nicht ändern, und die Kodierscheibe 65 wird in einem horizontalen Zustand gehalten werden, wodurch eine hochgenaue Meßgenauigkeit bereitgestellt wird. Wenn die Drehbewegung auf der die Drehpunkte A, A' verbindenden Linie bei einem Zustand auftritt, wo die Sondenachse gerade nach unten oder gerade aufwärts zeigend verbleibt, wird ferner der Ausgang unbestimmt sein, aber die Horizontalkomponente der Sondenrichtung wird in diesem Fall null sein. Folglich wird kein Ausgang von dem Azimutkompaß benötigt.
Außerdem ist es zulässig, einen Magnet mit einem zweiachsigen Kreiselausgleich als obigen Magnet zu verwenden.
Bei dem in Fig. 22 gezeigten Neigungsmesser ist ein Schwimmer 74 und ein Gewicht 78 an einer Kodierscheibe 75 befestigt. Die Kodierscheibe 75 ist axial in vertikaler Stellung in einem Gehäuse 71 durch ein Lager 73 so gestützt, daß die Seite der Scheibe, an der das Gewicht 78 befestigt ist, immer abwärts zeigt. Fig. 22(B) stellt eine Seitenansicht (Schnittansicht) von Fig. 22(A) dar. Wenn der Neigungsmesser nach links oder rechts von dem gezeigten Zustand geneigt wird, verändern sich die Positionen des lichtemittierenden Elements 77 und des lichtempfangenden Elements 76 auf der Kodierscheibe 75. Neigung wird gemessen, indem diese Änderung abgetastet wird. Ein Beispiel einer Art der Anbringung dieses Neigungsmessers ist in Fig. 23 dargestellt, in welchem das Gehäuse 71 über Drehpunkte R, R', um die das Gehäuse frei drehbar ist, angeschlossen und an der Sonde bei Festpunkten B, B', wie zuvor dargelegt, befestigt ist. Er ist so angeordnet, daß die die Festpunkte B, B' verbindende Linie eine senkrechte Stellung (d. h. mit der Sondenachsenrichtung übereinstimmend) in einem Zustand annehmen wird, wo die Sonde gerade nach unten zeigt. Ungeachtet der Richtung, in der die Sonde geneigt wird, wird eine solche Neigung somit durch Drehung des Gehäuses 71 um eine Achse begleitet, welche die die Punkte B, B' verbindende Linie ist, und die Kodierscheibe 75 wird immer in einer senkrechten Stellung gehalten werden, wodurch eine hochgenaue Messung geliefert wird. Der Neigungsmesser ist folglich so gestützt, daß er sich in der links-rechts Richtung von Fig. 22(A) nicht neigt, sondern nur in der links-rechts Richtung von Fig. 22(B).
Nun werden Ausführungen eines erfindungsgemäßen Systems zur Bohrlochtiefenmessung beschrieben.
Bei der Ausführung von Fig. 24(A) ist ein Induktionsdraht (oder eine optische Faser oder Ultraschalldraht) Innerhalb eines Kabels zur Tiefenmessung vorgesehen. Das System enthält eine Signalübertragungszeit-Berechnungseinrichtung 86 zum Berechnen des Betrags der Kabeldehnung innerhalb eines Bohrlochs 81. Durch Ausstatten des Kabels mit Marken zur Längenmessung wird der Betrag der Kabeldehnung in dem Bohrloch gemessen und die Kabellänge korrigiert, um eine genaue Tiefenmessung zu ermöglichen.
In Fig. 24(A) sendet die Signalübertragungszeit-Meßeinheit 86 ein elektrisches Impulssignal (oder ein Licht- oder Ultraschallsignal) aus, das in der Nähe einer Sonde 82 reflektiert wird, und ermittelt das reflektierte Signal, wobei die Umlaufzeit gemessen und die Länge, um die sich das Kabel in dem Bohrloch 81 dehnt, berechnet wird.
Folglich wird die Länge des Kabels innerhalb des Bohrlochs 81 durch zuvor an dem Kabel angebrachte abstandsgleiche Marken gemessen und diese Länge von der Signalübertragungszeit-Meßeinheit 86 auf der Basis der berechneten Dehnungsstrecke korrigiert, um es so zu ermöglichen, die korrekte Tiefe der Sonde 82 zu erhalten.
Bei der in Fig. 24(B) gezeigten Anordnung werden eine Zeitdifferenz- Meßeinheit 87, ein induktiver elektromagnetischer Wellensensor 88 und ein Signalsender 89 verwendet, um die Umlaufzeit eines durch ein Kabel in dem Bohrloch übertragenen Signals genau wie in der Anordnung von Fig. 24(A) zu messen, wodurch die Tiefe der Sonde 82 gemessen wird.
Der Signalsender 89 in Fig. 24(B) sendet ein elektrisches Impulssignal durch das Kabel zu der Sonde 82. Der induktive elektromagnetische Wellensensor 88 ermittelt eine durch das elektrische Impulssignal erzeugte Welle, die durch das Innere des Kabels läuft. Die Zeitdifferenz-Meßeinheit 87 mißt die Zeitdifferenz zwischen den von dem Sensor 88 ermittelten elektromagnetischen Wellen und berechnet aus dem gemessenen Wert die Strecke. Genauer gesagt, wenn der Signalsender 89 den elektrischen Signal Impuls zu der Sonde 82 sendet, werden die elektromagnetischen Wellen durch den induktiven elektromagnetischen Wellensensor 88 zum Zeitpunkt des Sendens und zum dem Zeitpunkt, wo der Impuls infolge von Reflexion zurückkehrt, ermittelt. Die Zeitdifferenz-Meßeinheit 87 mißt dann die Umlaufzelt des elektrischen Impulssignals von dem Sensor 88 zu der Sonde 82 und berechnet die Tiefe von dem Sensor 88 zu der Sonde 82 basierend auf dieser Umlaufzeit.
Theoretisch kann die Kabellänge einschließlich der Dehnung gemessen werden, da die Übertragungszeit nicht durch die Kabeldehnung selbst, sondern durch die Kabellänge einschließlich dessen Dehnung bestimmt wird. Als Folge davon kann die Tiefe auf eine genaue Weise gemessen werden. Spezifischer, den Querschnitt eines Koaxialkabels betreffend soll a der Radius des Kerns, b der Radius des Dielektrikums und &epsi; die Dielektrizitätskonstante sein. Wenn die Kabellänge von l auf l+Δl zunimmt, wird die folgende Gleichung gelten:
worin a' den Radius der Ader darstellt, wenn das Kabel sich gedehnt hat, und b' den Radius des Dielektrikums darstellt, wenn das Kabel sich gedehnt hat. Da die elektrischen Konstanten L und C eines Koaxialkabels wie folgt sind:
L = 0.4593 log&sub1;&sub0; (b/a)
C = 24.13 E/log&sub1;&sub0; (b/a)
werden diese Konstanten durch b/a bestimmt. Folglich ist (dielektrischer Radius)/(Aderradius), wenn ein Kabel der Länge l sich um Δ l ausdehnt, durch die folgende Gleichung gegeben:
Demnach verändern sich die elektrischen Konstanten L, C nicht. Folglich ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit nicht, selbst wenn sich das Kabel ausdehnt. Mit anderen Worten, wenn ein 990 m Kabel auf eine Länge von 1000 m gedehnt wird, wird die beobachtete Ausbreitungsverzögerungszeit die eines 1000 m Kabels sein.
In der in Fig. 24(C) gezeigten Anordnung werden ein Schallsender 90, ein Schallsensor 91, ein Schallübertragungs-Startsignalgenerator 92 und eine Schallübertragungszeit-Meßeinheit 93 verwendet, um die Schallübertragungszeit durch ein wassergefülltes Bohrloch 81 zu messen, so daß die Tiefe zu der Nähe einer Sonde 82 berechnet werden kann.
In Fig. 24(C) ist ein Schallsender 90 direkt über der Sonde 82 angeordnet und sendet Schallwellen als Reaktion auf ein von dem Schallübertragungs-Startsignalgenerator 92 empfangenes elektrisches Signal.
Der Schallsensor 91 ist am Eingang zu dem Bohrloch 81 angebracht, um die von dem Schallsender 90 gesendeten Schallwellen zu ermitteln. Die Schallübertragungszeit-Meßeinheit 93 mißt die Laufzeit der Schallwellen vom Senden des elektrischen Signals an den Schallsender 90 von dem Schallübertragungs-Startsignalgenerator 92, nämlich vom Aussenden der Schallwelle durch den Schallsender 90, der von dem elektrischen Signal gestartet wird, bis zum Ermitteln der Schallwelle durch den Schallsensor 91 und berechnet die Tiefe abwärts zur Nähe der Sonde 82 basierend auf dem gemessenen Wert der Laufzeit.
Es erübrigt sich zu sagen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die in Fig. 24 dargestellten Anordnungen beschränkt ist, sondern auf verschiedene Arten in Bezug auf die Art des Signals, des Aufbaus der Einrichtung zur Signalverarbeitung, der Signalerzeugung und -ermittlung und auch in anderen Aspekten abgeändert werden kann.
Außerdem ist die Erfindung nicht auf die Anordnung, bei der Licht aus der Lichtquelle direkt auf die Bohrlochwandfläche projiziert wird, wie in Fig. 4 gezeigt, oder auf die Anordnung, bei der ein Halbspiegel und Reflektor in Kombination verwendet werden, wie in Fig. 12 gezeigt, beschränkt. In Fig. 12 ist es zulässig, den Halbspiegel zu entfernen, den Lichtprojektionswinkel des optischen Kopfes 16 direkt von der Seite auf und ab zu verschieben und das lichtempfangende Element über oder unter dem optischen Kopf 16 anzubringen.
Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß die Wandoberfläche eines Bohrlochs basierend auf objektiv bestimmten Farbtönen beobachtet und ein vergrößertes Bild der Wandfläche auf einfache Art ausgegeben werden. Außerdem können Beobachtungspunkte nach Ermittlung des Eintauchwinkels, des Neigungswinkels und der Kabellänge berechnet werden. Dies ermöglicht es, die beobachtete Stelle und Tiefe selbst in einem gekrümmten Bohrloch genau zu bestimmen. Da weiterhin die Orientierung eines Scannerkopfes durch Ermitteln der Drehung einer Sonde innerhalb eines Bohrlochs berechnet wird, kann der Beobachtungsazimut und die Tiefe von Abtastdaten genau erfaßt werden. Ferner kann eine Beobachtung basierend auf einem horizontalen Bild in Übereinstimmung mit der beobachteten Stelle, die zu jedem Element von Abtastdaten gehört, selbst in einem geneigten Bohrloch durchgeführt werden, und eine Bohrlochwandbeobachtung basierend auf genau bestimmten Positionen kann stetig erfolgen, um eine Beobachtung von Diagonalverwerfungen und dergleichen in einem geneigten Bohrloch zu ermöglichen. Da die Sondentiefe durch Messen der Laufzeit elektrischer, optischer oder akustischer Signale gemessen wird, kann die Tiefe einer in Tiefen der 1000 m Klasse abgelassen Sonde unabhängig von der Dehnung des Sondenhaltekabels genau gemessen werden.

Claims

1. Verfahren zur spektralen Beobachtung der Wand eines Bohrlochs unter Verwendung einer Sonde (11), die innerhalb des Bohrlochs (26) auf und ab bewegt wird, umfassend die Schritte:

a) Projizieren eines Lichtstrahls auf die Wand des Bohrlochs (26) aus einer Lichtquelle (22) innerhalb der Sonde (11);

b) Messen von Stellen an der Wand des Bohrlochs (26), die von dem Lichtstrahl angestrahlt werden, einschließend die Schritte des Messens einer Strecke, die die Sonde auf und ab bewegt wird, der Drehungsausrichtung eines optischen Kopfes (16) der Sonde in Bezug auf die Achse des Bohrlochs und des Lichtstrahlprojektionswinkels in Bezug zu einer Ebene senkrecht zu der Sondenachse, und Berechnen von Beobachtungsstellen auf der Basis dieser gemessenen Größen;

c) Trennen des von der Bohrlochwand reflektierten Lichts in Spektren und Umwandeln der Spektren in elektrische Signale während die von dem Lichtstrahl angestrahlten Stellen bei Schritt b) gemessen werden; und

d) Ausgeben von Beobachtungsinformation hinweisend auf die Bohrlochwand nach Korrelieren der angestrahlten Stellen und der elektrischen Signale;

dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrloch nicht-senkrecht oder gekrümmt sein kann und daß der Meßschritt b) die Messung der Sondenneigung durch einen Neigungsmesser (25) enthält, und der Schritt d) enthält:

Drehen eines Mehrfach-Oberflächenspiegels (43) mit einer Geschwindigkeit, die mit der Drehungsausrichtung des optischen Kopfes (16) synchronisiert ist;

Reflektieren eines spektralen Signals an jeder Oberfläche des Spiegels (43) mit einer Helligkeit, die der Intensität des von der Bohrlochwand reflektierten Lichts entspricht; und

Reproduzieren jedes reflektierten spektralen Signals auf lichtempfindlichem Film (45), der im Zusammenwirken mit der tiefenweisen Bewegung der Sonde in dem Bohrloch beweglich ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin Beobachtungsstellen durch Berechnen eines Bewegungsbetrags wenn immer eine Änderung in einer Einheitslänge einer Strecke, um die die Sonde (82) auf oder ab bewegt wird, vorhanden ist, berechnet werden, und Integrieren der so berechneten Bewegungsbeträge.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin der Schritt zum Messen der Strecke, um die die Sonde (82) auf und ab bewegt wird, die Schritte enthält von:

Senden eines Signals nach der Sonde (11) von einem Eingang des Bohrlochs;

Empfangen des Signals nach dessen Rückkehr von der Sonde; Messen der Signallaufzeit vom Senden des Signals bis zur Rückkehr des Signals; und

Berechnen der Strecke vom Bohrlocheingang zu der Sonde auf der Basis der gemessenen Signallaufzeit.

4. Verfahren nach Anspruch 2, worin der Schritt zum Messen der Strecke, um die die Sonde (82) auf und ab bewegt wird, die Schritte enthält von:

Messen der Umlaufzeit eines Signals über die gesamte Länge eines Kabels, an dem die Sonde aufgehängt ist, bei einem Zustand, wo das Kabel in das Bohrloch (81) abgesenkt wurde und einem Zustand, wo das Kabel ganz eingeholt wurde;

Berechnen der Länge, um die das Kabel sich innerhalb des Bohrlochs dehnt, basierend auf einer Differenz zwischen den zwei unter den vorgenannten Bedingungen gemessenen Umlaufzeiten; und

Korrigieren der Strecke, um die die Sonde auf und ab bewegt wird, basierend auf der berechneten Länge, um die sich das Kabel dehnt, welche Strecke auf der Basis der nachgelassenen Länge des Kabels gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, worin der Schritt zum Messen der Strecke, um die die Sonde (82) auf und ab bewegt wird, die Schritte enthält von:

Leiten eines elektrischen Impulssignals durch ein Kabel, an dem die Sonde aufgehängt ist;

Wahrnehmen einer von dem elektrischen Impulssignal erzeugten elektromagnetischen Welle an einem Eingang des Bohrlochs (81);

Messen der Umlaufzeit des elektrischen Impulssignals von dem Eingang des Bohrlochs zu der Sonde basierend auf der Wahrnehmung der elektromagnetischen Welle; und

Berechnen der Strecke, um die die Sonde auf und ab bewegt wird, basierend auf der gemessenen Umlaufzeit.

6. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Sonde (82) mit einer Schallsendeeinrichtung (92) zum Senden einer Schallwelle nach Starten durch ein daran von außerhalb des Bohrlochs (81) übergebenes Signal ausgestattet ist, wobei die Strecke, um die die Sonde auf und ab bewegt wird, basierend auf einer von der Schallwelle benötigten Zeit zum Erreichen eines Eingangs des Bohrlochs berechnet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der Schritt d) Darstellung spektraler Signale als spezifische Farben nach Vergleichen der spektralen Signale mit Standardwerten davon enthält.

8. Vorrichtung zur spektralen Beobachtung einer Bohrlochwand unter Verwendung einer Sonde, die innerhalb des Bohrlochs (26) auf und ab bewegt wird, umfassend:

Lichtprojektionseinrichtung (14,15,22) zum Projizieren eines Lichtstrahls auf die Bohrlochwand;

Empfangslichtverarbeitungseinrichtung zum Trennen von der Bohrlochwand reflektierten Lichts in spektrale Intensität (26,27,29,30) und Umwandlung der spektralen Intensität in elektrische Signale (28, 31);

Positionsabtastungseinrichtung (23,24,25) zum Abtasten der von der Sonde beobachteten Beobachtungsstellen und enthaltend einen Längenabtaster zum Ermitteln einer Länge um die ein Kabel (2), an dem die Sonde aufgehängt ist, von übertage nachgelassen ist; einen Azimutkompaß (23) mit einem internen Magnet zum Messen des Fallwinkels der Sonde und einen Drehrichtungssensor (24);

Datenverarbeitungs-Steuereinrichtung (56-59) zum Ausführen der gesamten Steuerung der Vorrichtung und zum Verarbeiten von durch Umwandlung in elektrische Signale erhaltener Beobachtungsinformation; und

Ausgabeeinrichtung (60) zum Ausgeben der Beobachtungsinformation;

dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsabtasteinrichtung umfaßt einen Neigungsmesser (25) zum Messen der Neigung der Sonde; und worin die Ausgabesteuereinrichtung umfaßt:

einen lichtempfindlichen Film (45) zum Aufzeichen eines vergrößerten Bildes und welcher im Zusammenwirken mit der tiefenweisen Bewegung der Sonde (11) in dem Bohrloch (26) beweglich ist;

eine Lichtquelle (44), die von einem Signal moduliert wird, das von der spektralen Intensität abhängt; und

einen Mehrfach-Oberflächenspiegel (43), der mit einer Drehzahl drehbar ist, die Licht von der Lichtquelle (44) entsprechend einer Umdrehung der Lichtprojektion in dem Bohrloch in einer Richtung bei rechten Winkeln zu der Längsrichtung des Films (45) bei einem Drehwinkel zur Reflexion von einer Oberfläche des Spiegels (43) abtasten wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, worin die Lichtprojektionseinrichtung einen Reflektor (16) zum Reflektieren von Licht, das von einer Lichtquelle (22) ausgesendet wird, enthält, wobei der Reflektor drehbar ist, um das Licht über die Bohrlochwand zu lenken.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, worin die Lichtprojektionseinrichtung einen Halbspiegel (19) zum Übertragen von Licht enthält, das von einer Lichtquelle (22) ausgesendet wird, und zum Reflektieren von Licht, das von der Bohrlochwand reflektiert wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, worin die Empfangslicht-Verarbeitungseinrichtung ein optisches Prisma (26) und einen Schlitz (17) zum Auswählen von Wellenlängenbereichen von Licht, besitzt, das von dem Prisma aufgespalten wurde.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, worin die Empfangslicht-Verarbeitungseinrichtung enthält:

optische Fasern mit je einem Lichtausgangsende, wobei die Lichtausgangsenden der optischen Fasern (29) voneinander im Abstand angeordnet sind, und Filter (30) an betreffenden der Lichtausgangsenden angeordnet sind, wodurch Wellenlängenbereiche ausgewählt werden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, worin der Sondeneintauchsensor (downdip) und der Sondenneigungswinkelsensor einen Drehwinkel mit einer Kodierscheibe (65) abtasten, die axial in einer Flüssigkeit (62) mit einem spezifischen Gewicht gehalten wird, welches das Gewicht eines in der Flüssigkeit angebrachten beweglichen Elements (64,65) im wesentlichen null macht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin ein lichtemittierendes Element (67) und lichtempfangendes Element (66) so vorhanden sind, daß sie einander über der Kodierscheibe (65) gegenüberstehen, wodurch der Drehwinkel abgetastet wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, worin der Sondenneigungswinkelsensor (25) ein an der Kodierscheibe (?5) befestigtes Gewicht (78) enthält, das in vertikaler Richtung der Sonde frei drehbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, worin der Sondeneintauchsensor ein Azimutkompaß ist, der einen Magnet (64), der an der Kodierscheibe (65) befestigt ist, und zwei Sätze von Drehpunkten (A, A';Q,Q') umfaßt, die in zwei senkrechte Richtungen gelegt und frei drehbar sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, worin die Datenverarbeitungs-Steuereinrichtung die Sondenposition durch Berechnen eines Betrags einer Sondenverschiebung für jede nachgelassene Einheitslänge eines Kabels, an der die Sonde aufgehängt ist, und Integrieren der so berechneten Verschiebungswerte ableitet.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, worin die Datenverarbeitungs-Steuereinrichtung (56-59) Standardwerte für betreffende spektrale Signale hat und spezifische Farben nach Vergleichen spektraler Signale mit den betreffenden der Standardwerte anzeigt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, worin der Mehrfach-Oberflächenspiegel als ein vieleckiges Prisma definiert ist.