DE3701039C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wandler als seismische Impulsquelle in einem Bohrloch, mit einer Kammer, die wenigstens im Betriebszustand ein Elektrolytfluid enthält und in der eine erste und eine zweite Elektrode vorgesehen ist, mit einer Einrichtung zum Anlegen einer Hochspannung an diese Elektroden, mit einem wenigstens teilweise elastischen, elektrisch isolierenden Kammergehäuse, mit einer Sperre, mit deren Hilfe die durch das Kammergehäuse gebildete Kammer in einen ersten Volumenbereich und einen zweiten Volumenbereich unterteilt ist, wobei in der Sperre ein schmaler Öffnungskanal ausgebildet ist, so daß der erste Volumenbereich und der zweite Volumenbereich der Kammer miteinander in Fluidverbindung stehen, und wobei die erste und die zweite Elektrode sich beabstandet zueinander in den ersten bzw. zweiten Volumenbereich hinein erstrecken, so daß beim Anlegen einer Hochspannung an die Elektroden eine Bogenentladung durch und in der Nähe des Öffnungskanals erfolgt.

Im Stand der Technik wurden bereits Funkenentladungsvorrichtungen verwendet, um akustische Pulssignale in flüssigen Medien zu erzeugen, um z. B. Tiefenvermessungen im Ozean durchzuführen und um Bodenprofile von Meeresablagerungen zu vermessen. Bei diesen Anwendungsfällen werden metallische Funkenentladungselektroden unmittelbar in den Salzwasserelektrolyten eingetaucht, was zur Folge hat, daß die wiederholten Plasmaentladungen die Elektroden erodieren, so daß diese ihre geometrische Form und ihren Abstand verändern. Die Funkenentladung, die in solchen "Offenwasser-Bedingungen" auftreten, werden ebenfalls möglichen räumlichen Schwankungen aufgrund der elektrolytischen Parameter des flüssigen Mediums unterworfen. Die Elektrodengeometrie, der Elektrodenabstand und auch die Parameter des Elektrolyten beeinflussen den elektro-akustischen Energieumwandlungsprozeß, der mit der elektrischen Funkenentladung einhergeht. Dadurch wird auch die Genauigkeit und die Konstanz der Zeitabstimmung zwischen dem Trigger, der den Funken startet und dem erhaltenen akustischen Druckimpuls beeinflußt.

Es wurde auch schon darüber berichtet, daß mit offenen Elektroden arbeitende Funkenentladungsvorrichtungen in wassergefüllten Bohrlöchern eingesetzt worden sind. Da jedoch die Flüssigkeit, die in solchen Bohrlöchern vorzufinden ist, im allgemeinen Frischwasser ist, was nur leicht leitend ist, muß hier in die Bohrlöcher Salz hinzugefügt werden, um eine wirksame elektrische Entladung zu erhalten. Auch wenn die Bohrlochflüssigkeit derart vorbereitet worden ist, ist der Funkenentladungsprozeß immer noch denselben Schwankungen unterworfen, wie sie im Zusammenhang mit Funkenentladungen beobachtet werden, die in offenen Seegewässern vorgenommen werden. Darüber hinaus können zwar akustische Impulssignale, wie sie mit der Funkenentladungstechnik erzeugt werden können, evtl. eine nützliche und wirksame Methode darstellen, um die geologischen Materialien in Bohrlöchern zu untersuchen, jedoch sind viele Bohrlöcher aufgrund ihrer horizontalen Ausrichtung nicht in der Lage, Wasser zu halten.

In der US-PS 34 28 940 ist ein Schallwandler beschrieben, der weitgehend einem Schallwandler der eingangs erwähnten Art entspricht. Der Schallwandler weist ein Gehäuse auf, das eine von Wasser oder anderen Umgebungsmedien getrennte Kammer besitzt, durch die der Schall übertragen wird. Ein Flüssigmetall wird im Bereich eines Durchgangs, der in einer die Kammer in zwei Volumenbereiche unterteilenden Sperre vorgesehen ist, an seinem Verdampfungspunkt augenblicklich in den gasförmigen Zustand überführt, um so eine elastische Gehäusewand auszuweiten und dadurch eine Schallwelle in dem umgebenden Wasser oder anderen Medien zu erzeugen.

Ein Wandler der eingangs erwähnten Art mit einer ein Elektrolytfluid verwendenden Kammer ist aus der US 34 03 375 bekannt. Der Wandler weist einen in einer Sperre ausgebildeten Öffnungskanal auf, der entsprechend der geringen Dicke der Sperre sehr kurz ist und einen konstanten Durchmesser besitzt. Da bei diesem Wandler die Bogenentladung beim Anlegen einer Hochspannung nur im und in der Nähe des Öffnungskanals erfolgt, tritt kein die Lebensdauer des Wandlers beeinträchtigender Verschleiß der Elektroden durch Elektroerosion auf. Ein Nachteil dieses Wandlers besteht darin, daß die von dem Wandler ausgesendete Wellenform und das Frequenzspektrum der akustischen Impulse für viele Anwendungsfälle, insbesondere für den Einsatz eines Wandlers in einem Bohrloch, nicht optimal geeignet ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wandler als seismische Impulsquelle zu schaffen, der für den Einsatz in einem Bohrloch eine optimale Wellenform und ein optimales Frequenzspektrum aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Öffnungskanal in der Sperre eine sich nur in einer Richtung erweiternde Querschnittsfläche aufweist, die mit ihrem kleinsten Durchmesser an einem ersten Ende des Öffnungskanals beginnt und zum größten Durchmesser am gegenüberliegenden Ende anwächst.

Durch diese erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, seismische Impulse zu erzeugen, die in der Wellenform und im Frequenzspektrum optimal an die Bedingungen in einem Bohrloch angepaßt sind.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Wandler so ausgebildet werden, daß er asymmetrische Kräfte auf eine Bohrlochwand ausüben kann, wodurch in das umgebende geologische Medium seismische Schubwellen einkoppelbar sind.

Der Plasmabogen, der bei der Entladung erzeugt wird, kommt nicht in Kontakt mit irgendwelchen erodierbaren Materialien. Daher ist die Geometrie und die Abmessung der Entladezone, die durch die keramische Sperre festgelegt wird, immer konstant. Die elektrische Entladung, die aus der in einem Hochspannungskondensator gespeicherten elektrischen Energie erzeugt wird, schafft einen Bogen mit extrem hoher Temperatur, der sofort den Flüssigelektrolyten verdampft, der in dem schmalen, durchlochten Bereich der keramischen Sperre vorliegt. Dadurch wird ein thermodynamisch erzeugter Druckimpuls erzeugt, von dem dann ein akustisches Pulssignal ausgeht. Da mit dem Bogen keine erodierbaren Materialien in Kontakt stehen, bleibt auch der Elektrolyt frei von Verunreinigungen und hält seine Eigenschaften auch über viele Pulsentladungszyklen unverändert.

Durch Anlegen einer ausreichend hohen Spannung über die Schicht der leitenden Flüssigkeit innerhalb der Öffnung im Betrieb wird die Flüssigkeit verdampft und erzeugt eine schmale Dampfblase. Diese einen hohen Widerstand aufweisende Dampfblase hält der hohen Spannung nicht stand, so daß sofort eine Lichtbogenbildung stattfindet. So entsteht eine hochleitende Strecke, die die beiden Flüssigkeitszonen verbindet. Dies ermöglicht wiederum, daß der elektrische Entladestrom durch die Öffnung hindurch fortgesetzt wird. Die hohe Bogentemperatur und die Energie, die in dem Flüssigkeitsfilament, welches sich innerhalb der Öffnung befindet, verbraucht wird, führt zu einer weiteren Verdampfung des Elektrolyten, so daß die elektrische Eingangsenergie in thermodynamische Energie umgewandelt wird, die sich im wesentlichen in Form einer ausweitenden Druckblase darstellt. Die expandierende Oberfläche dieser Druckzone startet eine abstrahlende Stoßdruckwelle, die vom Ort der elektrischen Entladung wegwandert. Indem man das Elektrolytvolumen in eine akustisch durchlässige Kammer, wie z. B. eine Elastomerröhre, füllt, wird es möglich, daß die abgestrahlte Druckwelle sich in dem Medium fortpflanzt, welches die Elektrolytkammer umgibt. In der Praxis beträgt die Pulshäufigkeit 0,5 Pulse pro Sekunde. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Größe und die Form der flüssigkeitsgefüllten Öffnung, die die beiden Elektrolytkörper elektrisch verbindet, so bestimmt werden kann, daß die Zeitabhängigkeit des elektrischen Energieentladungsprozesses festgelegt werden kann. Würde man für die Öffnung einen kleinen Durchmesser und eine kurze Länge wählen, so würde die Entladung rasch erzeugt. Wählt man jedoch die Öffnung konisch oder exponentiell in ihrer Form und mit einem kleinen Scheitel in dem Bereich, in dem der Bogen erzeugt wird, so wird die Entladung in der Zeit beträchtlich verlängert. Da die Zeit, die benötigt wird, um die gespeicherte elektrische Energie in den Entladungsprozeß einzuleiten, auch die zeitlichen Eigenschaften der abgestrahlten akustischen Druckwelle bestimmt, kann man durch die Wahl der Öffnungskonstruktion auch die Druckpulswellenform beeinflussen und insbesondere so beeinflussen, daß eine Anwendung für geophysikalische Bohrlochmessungen möglich ist. Die Erfindung führt noch zu weiteren zusätzlichen Vorteilen. So kann sie leicht in zylindrischen Formen wegen ihres Einsatzes in Bohrlöchern ausgelegt werden und stellt auch eine Einrichtung dar, mit der mit einer Funkenentladungsvorrichtung in Bohrlöchern gearbeitet werden kann, die kein Wasser oder andere Flüssigkeiten enthalten. Die Möglichkeit, den Bogenentladungsprozeß innerhalb einer zylindrischen elastomeren Röhre durchführen zu können, gestattet es, den Wandler an die Bohrlochgeometrie und den Einsatz hierfür gleichmäßig anzupassen. Durch die elektrodenlose Funkenentladung werden alle Schwankungen der Bogengeometrie vermieden. Auch bleiben die Elektrolytparameter über viele Entladungszyklen hinweg unverändert, weil bei der Erfindung keine Kontaminate in die im Wandler enthaltende Elektrolytflüssigkeit fallen. Bei der Erfindung ist außerdem ein Gasentlüftungssystem vorgesehen, das auf Gaserzeugung anspricht. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art beeinträchtigt diese Gaserzeugung die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Vorrichtungen.

Das Entlüftungssystem nach der Erfindung arbeitet so, daß die elektrische Leitfähigkeit zwischen der positiven Elektrode und einer Gasentlüftungselektrode gemessen wird. Der Differenzdruck, der erforderlich ist, um alle entstandenen Gase auszuleiten, wird dadurch erzeugt, daß ein hydraulisches Fluid in einen Ring zwischen ein inneres elastisches Gehäuse und ein äußeres elastisches Gehäuse gepumpt wird. Das äußere elastische Gehäuse wird dadurch nach außen gegen das Bohrloch aufgeweitet, was zu einem kontinuierlichen akustischen Flußweg von der Funkenentladungskammer zur Bohrlochwand führt.

Die Erfindung kann asymmetrische Kräfte auf eine Bohrlochwand ausüben, indem eine oder mehrere hochdichte Reaktionsmassen eingesetzt werden, die die Wandlerentladungskammer teilweise umgeben. Indem eine hochdichte Masse auf einer Seite der Bogenentladungskammer angeordnet wird, entsteht ein positiver Druck an der Bohrlochwand in einer bevorzugten Strahlungsrichtung. In der Richtung der Reaktionsmasse wird auf die Bohrlochwand ein minimaler Druck ausgeübt. Indem so asymmetrische Kräfte auf die Bohrlochwand eingeleitet werden, erzeugt der neue Wandler Schubwellen in dem umgebenden geologischen Medium. Diese asymmetrischen Kräfte neigen auch zur Erzeugung von bezüglich der Asymmetrierichtung gerichtet abgestrahlten seismischen Wellen, und zwar sowohl Schubwellen als auch Druckwellen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung weiter erläutert und beschrieben.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in expandiertem Zustand in einem Bohrloch angeordnet ist,

Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Sperre,

Fig. 3 ist eine detaillierte Darstellung, die die Abmessungen der Öffnung der Sperre zeigt,

Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, die in expandiertem Zustand in einem Bohrloch eingeordnet ist, wobei eine hochdichte Reaktionsmasse auf einer Seite die Entladungskammer umgibt,

Fig. 5 ist eine anschauliche perspektivische Darstellung eines Teils der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung, die die Anordnung der hochdichten Reaktionsmasse zeigt,

Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im expandierten Zustand in einem Bohrloch, wobei eine hochdichte Reaktionsmasse einen oberen Teil der Entladungskammer auf einer Seite umgibt und wobei eine weitere hochdichte Reaktionsmasse einen unteren Abschnitt der Entladungskammer auf der gegenüberliegenden Seite dieser Kammer angeordnet ist,

Fig. 7 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, wobei die Lage der hochdichten Reaktionsmassen zu sehen ist.

Wie Fig. 1 zeigt, weist der zylindrische elektrische Bogenentladungswandler 10 eine keramische Sperre mit einer Öffnung 14, eine positive Elektrode 16 und eine negative Elektrode 18 auf, die zueinander beabstandet sind und in einer Gummiröhre 20, die mit Elektrolyt 22 gefüllt ist, eingeschlossen sind. Die Gummiröhre 20 ist mit einem Ende fest mit einem keramischen Isolator 32 verbunden, der im oberen Teil 26 des Wandlers 10 angeordnet ist. Das andere Ende ist fest mit dem unteren Teil 28 des Wandlergehäuses 30 verbunden. Die elektrolytgefüllte Gummiröhre 20 ist von einem expandierbaren Gummischuh 24 umgeben. Ein Ende des Schuhs 24 ist mit dem oberen Abschnitt 26 befestigt, während das andere Ende mit dem unteren Abschnitt 28 verbunden ist. Im Ringraum 23, zwischen der Gummiröhre 20 und dem expandierbaren Gummischuh 24, sind vier Edelstahlhaltestreben 25 angeordnet, die zur Strukturverstärkung bei Zug zwischen dem oberen Abschnitt 26 und dem unteren Abschnitt 28 des Wandlergehäuses 30 verlaufen. Die Streben sind allgemein gleich beabstandet in jedem Quadranten des zylindrischen Ringraums 23 angeordnet. Die Streben 25 vervollständigen darüber hinaus den elektrischen Kreis von der negativen Elektrode 18, die ein integraler Bestandteil des unteren Abschnitts 28 ist zur elektrischen Erde (Gehäuse 30). Am unteren Abschnitt 28 des Wandlergehäuses 30 ist mit Hilfe einer geeigneten Schraubverbindung eine Verschlußkappe 27 abnehmbar angeordnet. Die Verschlußkappe 27 dient zum Schutz des Wandlers beim Einschieben in das Bohrloch 44 und auch zum Schutz der Füll- und Ablaufstecker 55 und 60. Mit dem keramischen Isolator 32 ist die positive Elektrode 16 verbunden. Der Isolator 32 isoliert diese Elektrode elektrisch vom Sondengehäuse 30. Die positive Elektrode 16 weist einen Bohrkanal 17 auf, um so mit Hilfe eines Lochbetrachters einfach die Öffnung 14 beobachten zu können, ohne daß das gesamte Wandlergehäuse 30 hierzu mühsam auseinandergenommen werden müßte. Die Inspektion der Öffnung 14 kann auch durch den Kanal 61 nach Abnahme der Verschlußkappe 27 und des Steckers 60 durchgeführt werden.

Mit Hilfe einer elektrischen Durchgangsleitung 34, die durch den keramischen Isolator 32 hindurch verläuft, kann eine Hochspannung an die positive Elektrode 16 angelegt werden. Durch den keramischen Isolator 32 verläuft auch ein Gasentlüftungskanal 36, der dazu dient, die Gase 38, die vom Elektrolyt 22 bei der Bogenentladung freigesetzt werden, auszuleiten. Der Gasentlüftungskanal 36 besitzt eine Teflonhülse 54, die sich durch den Kanal hindurch erstreckt, wie das Fig. 1 zeigt. Zwischen der Hülse 54 und dem Isolator 32 sind Dichtungen 62 angebracht, um zu verhindern, daß eine leitende Schicht aus Elektrolyt an der Grenzschicht dazwischen entsteht. Der Differenzdruck, der benötigt wird, um das Gas 38 auszuleiten, wird erzeugt, indem ein hydraulisches Fluid in den Ringraum 23 zwischen der Gummiröhre 20 und dem expandierbaren Gummischuh 24 eingeleitet wird. Das hydraulische Fluid 40 expandiert den Schuh 24 nach außen gegen die Bohrlochwand 42, wodurch ein durchgehender akustischer Flußweg von der Funkenentladungskammer 45 zur Bohrlochwand 42 entsteht. Der hydraulische Fluiddruck hebt auch den statischen Druck des Elektrolyts 22 über den Druck im Bohrloch 44 an. Das Gas 38 sammelt sich an der Spitze 46 der Elektrolytkammer 45 und kann durch die Gasentlüftungsöffnungen 37 in der Elektrode 16, durch das Gasentlüftungskanal 36 über die Hülse 54, die Gasentlüftungselektrode 52, die Röhre 48 und das Solenoidventil 50, welches in Fig. 1 gezeigt ist, ausgeleitet werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem das hydraulische Fluid nicht unter Druck gesetzt wird, fließt das Gas normal an die Spitze 46 der Elektrolytkammer 45 und kann, wenn eine genügende Gasmenge sich angesammelt hat, über die Gasentlüftungsöffnungen 37 in der Elektrode 16, den Gasentlüftungskanal 36, über die Hülse 54, die Gasentlüftungselektrode 52, die Röhre 48 und das Solenoidventil 50 ausgeleitet werden.

Zur Erzeugung eines hydraulischen Fluiddruckes im Ringraum 23 wird zusätzliches Hydraulikfluid über den Fluidkanal 51 in den Ringraum 23 gepumpt. Das Pumpsystem ist oberhalb des Wandlers 10 angeordnet und in Fig. 1 nicht dargestellt. Das Wandlergehäuse 30 besitzt auch einen hydraulischen Fluidfüll/Auslaßkanal 53 mit einem Stecker 55 im unteren Endbereich 28, so daß auf herkömmliche Art Hydraulikfluid in den Ringraum 23 gefüllt oder daraus entnommen werden kann.

Die isolierende keramische Sperre 12 trennt zwei Elektrolytkörper 22a und 22b. Die Fig. 2 und 3 zeigen mehr Einzelheiten der Sperre 12. Die Sperre 12 besitzt eine im Querschnitt schmale Öffnung 14, durch die die beiden Flüssigkeitsbereiche in Kontakt miteinander kommen können. Die Geometrie der Öffnung ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel so gewählt, daß sie exponentiell verläuft, wobei der Durchmesser des Düsenhalses 14S ungefähr 5×10^-4 m und der Durchmesser der Ausgangsöffnung 14B ungefähr 1.0×10^-2 m beträgt. Die Länge der Öffnung 14 beträgt ca. 2,5×10^-2 m. Die Elektrolytlösung, die bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist eine 17,5 gewichts-%ige Natriumsulfatlösung. Es wurde herausgefunden, daß eine Natriumsulfatlösung bei wiederholten Entladungen sehr wenig zum Gasen neigt. Andere Elektrolyte, die auch verwendet werden können, umfassen 20 gewichts-%ige Lösungen aus Natriumchlorid oder Kaliumchlorid oder Aluminiumchlorid.

Im Betrieb wird eine ausreichend hohe Spannung (ca. 10 000 Volt) mit Hilfe der Hauptelektrodenkörper 22a und 22b über die Schicht leitender Flüssigkeit 15 innerhalb der Öffnung 14 gelegt, was aufgrund der elektrischen Wärme zu einem Verdampfen der Flüssigkeit führt, so daß eine kleine Dampfblase mit einem kleinen Durchmesser 14A entsteht. Diese, einen hohen Widerstand aufweisende Dampfblase kann der hohen Spannung nicht standhalten, so daß unmittelbar eine Lichtbogenbildung stattfindet, wodurch ein hochleitender Pfad entsteht, der die beiden Flüssigkeitszonen miteinander verbindet. Dadurch kann der elektrische Entladungsstrom sich durch die Öffnung 14 fortpflanzen. Die hohe Temperatur des Bogens und die Energie, die in dem in der Öffnung 14 enthaltenen Elektrolytfaden 15 verbraucht worden ist, setzen die Verdampfung des Elektrolyten 22 fort, wodurch die elektrische Eingangsenergie in thermodynamische Energie umgewandelt wird, die weitestgehend als expandierende elektrische Druckblase erscheint. Die expandierende Oberfläche dieser Druckzone startet eine abstrahlende Schockdruckwelle, die sich von dem Ort der elektrischen Entladung entfernt. Dabei wird das Elektrolytvolumen innerhalb der akustisch durchlässigen Kammer 45 gehalten - mit Hilfe der inneren Gummiröhre 20 -, während die abgestrahlte Druckwelle sich in dem Medium (hydraulisches Fluid 40), welches die Elektrolytkammer 45 umgibt, fortsetzt, evtl. bis zur Bohrlochwand 42. Die praktische Pulsfrequenz für diesen Prozeß beträgt 0,5 Pulse pro Sekunde.

Die keramische Sperre 12 ist mit Hilfe geeigneter Mittel, wie z. B. Klebstoffen, mit der Innenwand 46 der zylindrischen inneren Gummiröhre 20 zwischen der positiven Elektrode 16 und der negativen Elektrode 18 verbunden. Die keramische Sperre 12 ist so gebaut, daß das Frequenzspektrum der abgestrahlten seismischen Pulse den jeweiligen Erfordernissen für relativ langwellige seismische Fortpflanzung entspricht. Insbesondere sollte das Bohrlochwandlergehäuse 30 einen relativ langwährenden Entladungsimpuls erzeugen, um so ein gewünschtes seismisches Signalfrequenzspektrum hervorzurufen.

Der Öffnungskanal 14, der die beiden Bereiche der Hauptflüssigkeitselektrolyte 22a und 22b verbindet, bildet die anfängliche Bogenentstehungszone bei der Erzeugung des elektrischen Entladungsimpulses. Da die Pulsentladung mit der Zeit fortschreitet, wird die Bogenzone durch Elektrolytverdampfung und Druckausdehnung der Bogenzone vergrößert. Der elektrische Widerstand des Öffnungskanals 14 legt die Energiedichte fest, die in den Elektrolyten 15 und 22 entwickelt wird und daher auch die Verdampfungsgeschwindigkeit. Die Öffnungsgeometrie regelt nicht nur die Verdampfungsgeschwindigkeit, sondern auch die Zeitdauer des erzeugten Druckpulses in dem Elektrolytfaden 15 und beeinflußt daher auch das Frequenzspektrum der abgestrahlten akustischen Pulse.

Der Widerstand der exponentiell geformten erweiterten Öffnung 14 gemäß der vorliegenden Erfindung ist wesentlich größer als derjenige von sich konisch erweiternden Öffnungen mit denselben Trichterhalsdurchmessern 14a und Ausgangsdurchmessern 14b.

Bei einem Zahlenbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung beträgt die gespeicherte Energie 500 Joule und die Entladungszeitkonstante ist so gewählt, daß das abgestrahlte seismische Frequenzspektrum auf den Dekadenbereich von 100 bis 1000 Hz beschränkt ist. Die Spitzenenergie des elektrischen Entladungsimpulses erscheint nach einer vorübergegangenen Zeit von ungefähr 160 Mikrosekunden nach Beginn der Entladung und das Energieentladungsereignis ist im wesentlichen nach 425 Mikrosekunden abgeschlossen. Von den ursprünglich als elektrische Energie gespeicherten 500 Joule, die in der Funkenentladung freigesetzt worden sind, werden ca. 85 Joule zum Verdampfen des flüssigen Elektrolytes verbraucht, was zur Bildung einer Dampfblase in dem flüssigen Elektrolyten bei 14a führt. Die Ausweitungsgeschwindigkeit dieser Blase ist eine relativ unempfindliche Funktion der Energieverbrauchsgeschwindigkeit im Elektrolyten. Aufgrund von Wirkungsgradfaktoren des Ladestroms braucht die Wandlerquelle im Mittel eine Gesamtbetriebsleistung von 500 Watt, wenn der Wandler mit einer Frequenz von 0,5 Entladungspulsen pro Sekunde betrieben wird. Die Wandlervorrichtung 10 ist relativ groß, um den notwendigen Energiespeicherkondensator aufnehmen zu können. Die Sondenkonstruktion ist für die relativ hohe Spannung (10 000 Volt), die für eine wirksame Funkenentladung benötigt wird, ausgelegt. Die Abmessungen der Elektrolytkammer 45 bei der Erfindung betragen im Durchmesser 5,1 cm und in der Länge ca. 20 cm. Die gesamte Erstreckungslänge des Wandlers liegt im Bereich zwischen 5 bis 7 Metern, damit der Energiespeicherkondensator (nicht gezeigt) und andere für den Betrieb benötigte Bauelemente untergebracht werden können, einschließlich des Fluidreservoires und der Pumpe, die benötigt wird, um den Schuh 24 durch Fluid zu expandieren, um so den Betrieb des Wandlers in flüssigkeitsfreien Bohrlöchern zu vereinfachen.

Die Notwendigkeit der Gasentlüftung 38 wird bei der Erfindung elektronisch festgestellt, indem die Leitfähigkeit zwischen der positiven Elektrode 16 und einer Gasentlüftungselektrode 52 gemessen wird. Wie Fig. 1 zeigt, wurde der äußere expandierbare Gummischuh 24 ausgeweitet und gegen die Bohrlochwand 42 mit Hilfe des Hydraulikfluids 40 unter Druck gepreßt. Auch war der Wandler 10 lange genug in Betrieb, so daß sich kleine Gasansammlungen 38 an der Spitze 46 der Elektrolytkammer 45 gebildet haben. Das Gas 38 entweicht, wie dargestellt ist, über das Solenoidventil 50 in das Bohrloch 44.

Zu Beginn eines normalen Betriebszyklus ist das Solenoidventil 50 geschlosssen. Der äußere expandierbare Gummischuh 24 befindet sich in seiner zurückgezogenen Stellung, wie strichpunktiert in Fig. 1 angedeutet ist. Bei gefüllter Kammer 45 ist der Füllstand des Elektrolyten 22 am oder oberhalb der Nachweishöhe, die von der Zwischenfläche 58 zwischen der Teflonhülse 54 und der Füllstandmeßmetallelektrode 52 (Gasentlüftungselektrode). Wenn der Elektrolyt 22 die Meßelektrode 52 kontaktiert, ist der elektrische Widerstand zwischen "A" und "B" klein. Dieser kleine Widerstand wird mit Hilfe eines elektronischen Steuerkreises (nicht gezeigt) erfaßt. Dieser Kreis hält dann das Solenoidventil 50 geschlossen.

Während des normalen Betriebsablaufes wird der aufweitbare Schuh 24 gegen die Bohrlochwand 42 unter Druck mit Hilfe des Hydraulikfluids 40 gedrückt. Die nach außen erfolgende Aufweitung des Außenschuhs 24 setzt auch den Elektrolyt 22 unter Druck, da auch die innere Gummiröhre 20 flexibel ist. Der Wandler 10 wird dann betrieben, indem eine Hochspannungsquelle zwischen dem Punkt "A" und dem Sondengehäuse 30 angelegt wird. Das Ergebnis ist eine elektrische Bogenbildung und eine Dampfblasenbildung an der Öffnungskrümmung 14a der keramischen Sperre 12.

Der Teil des daraus resultierenden Gases 38, der nicht zurück mit dem Elektrolyten 22 in Lösung geht, steigt zur Spitze 46 der Kammer 45 an und sammelt sich dort, wie das in Fig. 1 angedeutet ist. Nach einer bestimmten Anzahl von Funkenentladungen stellt der elektronische Steuerkreis den Widerstand zwischen dem Punkt "A" und "B" fest. Wenn der Elektrolyt 22 nicht mehr die Füllstandmeß- bzw. Gasentlüftungselektrode 52 aufgrund von angesammeltem Gas 38 berührt, ist dort der Widerstand groß. Der Steuerkreis öffnet dann das Solenoidventil 50. Die Teflonhülse 54 schafft eine nicht feuchtende Oberfläche, die die Ansammlung eines leitenden Elektrolytfilms 22 auf der inneren Oberfläche des Kanals 36 verhindert. Da der Elektrolyt 22 und das Gas 38 mittels des Hydraulikfluids 40 unter Druck stehen, wird das Gas 38 schnell durch die Entgasungsöffnungen 37, den Gasentlüftungskanal 36, die Röhre 48 und das Solenoidventil 50 in das Bohrloch 44 ausgeleitet.

Wenn das Gas 38 ausgeleitet worden ist und der Elektrolyt 22 wieder die Füllstandsmeß- bzw. Gasentlüftungselektrode 52 berührt, schließt der Steuerkreis wieder das Solenoidventil 50. Damit ist die Entlüftung abgeschlossen.

Auch wenn über die Zeit gesehen eine große Gasmenge 38 ausgeleitet wird, wird dadurch der Elektrolyt 22 nicht wesentlich weniger, da sehr kleine Flüssigkeitsvolumen in relativ große Gasvolumen umgewandelt werden. Eventuell wird die Wand der inneren Röhre 20 leicht nach innen gedrückt. Jedoch bringt die Hinzufügung von Elektrolyt 22 über den Stecker 60 und den Kanal 61 in die Kammer 45 bei der nächsten Wartung die Wand der inneren Röhre 20 wieder in ihre normale Position zurück. Zwischen der Füllstandsmeß/Gasentlüftungselektrode 52 und dem Solenoidventil 50 verläuft ein großer Abschnitt der Plastik- oder Kunststoffröhre 48. Dies führt zu einem hohen elektrischen Widerstand zwischen dem Elektrolyten 20 und dem Solenoidventil 50, welches in direktem Kontakt mit dem Sondengehäuse 30 steht. Auch wenn Elektrolyttröpfchen sich in der Röhre 48 sammeln, so bleibt doch der Widerstand ausreichend hoch, so daß der normale Betrieb nicht beeinträchtigt wird. Im normalen Betrieb wird die Röhre 48 gewöhnlich mit Gas 38 oder Tröpfchen oder kleinen Abschnitten mit Elektrolyt 22, der vom Gas 38 mitgenommen wird, benetzt.

Der Wandler 10, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, kann verwendet werden, um seismische Druckwellen in angebohrten geologischen Formationen zu erzeugen. Die Erzeugung von Druckwellen geht dabei von der axialsymmetrisch konstruierten Entladungskammer 45 aus. Dies führt dazu, daß die durch die Bogenentladung erzeugten und abgestrahlten Impulse akustische Pulssignale sind, deren Wellenfront sich in allen Richtungen und gleichförmig in der Azimutal-Ebene um die Achse der Entladungskammer 45 fortpflanzt. Das bedeutet, daß die zeitlichen Kräfte, wie sie durch die Druckpulse hervorgerufen werden, gleichförmig und symmetrisch um die Achse des Wandlers 10 entstehen, so daß Druckwellen in dem umgebenden geologischen Medium erzeugt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 bis 7 werden dagegen nichtsymmetrische Kräfte erzeugt, indem eine oder mehrere hochdichte Reaktionsmassen verwendet werden, die mit den Bezugszeichen 70, 70a und 70b bezeichnet sind und teilweise die Entladungskammer 45 umgeben. Wenn man eine hochdichte Masse, wie z. B. 70, 70a oder 70b, auf einer Seite der zylindrischen Bogenentladungskammer 45 anordnet, wird die Einleitung von Druckwellen aus den Bogenentladungsimpulsen in das geologische Medium, welches die Elektrolytkammer 45 umgibt, in den Azimut-Bereichen geschwächt, in denen diese Massen angeordnet sind. Die Massen 70, 70a oder 70b bewirken einen hohen mechanischen Widerstand, was dazu führt, daß die dort auftreffenden Druckwellen in der Richtung weg von den Massen reflektiert werden, so daß in den Azimut-Bereichen der Kammer 45, die nicht mit solchen Massen umgeben sind, stärkere Druckwellen entstehen. Die hinzugefügten Massen 70, 70a oder 70b können als Reaktionsmassen bezeichnet werden, da die Kraft der Druckpulse innerhalb der Entladungskammer 45 in der Richtung verstärkt wird, die weg von diesen Massen führt. Dies liegt an der Reflexion der Druckwellen an diesen Massen. Die Massen 70, 70a oder 70b sind aus dichten Materialien (je dichter desto besser) hergestellt, wie z. B. Wolfram. Die Masse 70, 70a oder 70b kann aber auch aus Blei oder aus Keramik bestehen. Die Dicke der Masse 70, 70a oder 70b beträgt ungefähr 2,5 cm, hängt jedoch von dem verwendeten Material, dem Bohrlochdurchmesser und der Stärke der Bogenentladung ab.

Ein asymmetrischer Kraftwandler 10a ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt, wobei die gleichen Bezugszeichen für die bereits erläuterten Bauteile verwendet worden sind. Fig. 5 ist eine vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Wandlers, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, wobei aus Gründen der Klarheit viele Bauelemente, die in Fig. 4 gezeigt sind, nicht dargestellt sind. Aus Gründen der Klarheit sind einige Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur allgemein in Fig. 5 angedeutet. In dem Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, wird die Kammerhülse oder Röhre 20 über ungefähr die Hälfte ihres Umfangs von einer direkt aufgebrachten Reaktionsmasse 70 umgeben. Die Masse 70 befindet sich direkt auf der Hülse 20, ist jedoch nicht mit der Hülse 20 verbunden. Das nach oben weisende Ende der Masse 70 ist mit dem oberen Teil 26 des Gehäuses 30 verschweißt oder irgendwie anders verbunden. Das untere Ende der Masse 70 ist mit dem unteren Abschnitt 28 des Gehäuses 30 ebenfalls verschweißt oder anders verbunden. Die Masse 70 schafft auch eine Strukturverstärkung gegen Zug zwischen den oberen und unteren Abschnitten 26 bzw. 28 des Gehäuses 30 und bildet eine erdende Leitung zwischen den Elektroden 18 und dem Gehäuse 30, so daß die Streben 25 nicht benötigt werden. Wie weiterhin den Fig. 4 und 5 entnommen werden kann, sind die oberen und unteren Ende der Masse 70 geeignet zulaufend ausgebildet. Wie Fig. 4 zeigt, ist ein Teil der Hülse 20 von einem äußeren ausweitbaren Gummischuh 24a umgeben, der geeignet am oberen Ende mit dem oberen Abschnitt 26 und am unteren Ende mit dem unteren Abschnitt 28 verbunden ist. Der Schuh 24a umgibt den Teil der Röhre 20, der nicht von der Masse 70 umgeben ist. Die Seitenkanten des Schuhs 24 sind geeignet mit der Masse 70 verbunden. 23a bezeichnet den Ringraum zwischen dem Schuh 24a und der Hülse 20, während 43a die eingezogene Lage des Schuhs 24 darstellt. Das Hydraulikfluid 40 wird in den Ringraum 23a über den Fluidkanal 51 eingefüllt.

Wenn über einen nicht dargestellten Schalter die Hochspannungs(HV)-Entladungsenergiequelle angeschaltet wird, verdampft der flüssige Elektrolyt 15 in der zulaufenden Öffnung 14, wobei die Dampfblase überspringt. Die Entladungsenergie erzeugt einen Plasmabogen, der sich ausweitet und einen Druckpuls erzeugt, der durch die Elektrolytkammer 20 hindurchtritt und eine akustische oder seismische Welle in dem umgebenden Medium startet. Die Gegenwart der Reaktionsmasse 70 führt zu einer Reflexion der Druckwellen, so daß die Druckwellen in erster Linie in der Richtung sich fortpflanzen, in der keine Masse 70 vorhanden ist. Diese Richtung ist in Fig. 4 und 5 mit schwarzgezeichneten Pfeilen dargestellt, die die bevorzugte Druckwellenabstrahlrichtung zeigen. Der nicht voll ausgezeichnete Pfeil in den Fig. 4 und 5 zeigt jeweils die Richtung, in der sich nur abgeschwächte Druckwellen ausbreiten.

Wenn der Wandler 10a in einem flüssigkeitsgefüllten Bohrloch angeordnet wird oder anders mit einer aufgebohrten geologischen Formation gekoppelt wird, wie das in Fig. 4 dargestellt ist, ist die seitliche Kraft auf die Bohrlochwand 42 asymmetrisch, wobei ein großer Druck bzw. positiver Druck in der bevorzugten Abstrahlrichtung auf die Bohrlochwand 42 ausgeübt wird (schwarzgezeichneter Pfeil), während ein geringer Druck auf die Bohrlochwand 42 in dem Bereich wirkt, in dem die Reaktionsmasse 70 angeordnet ist (nicht voll ausgezeichneter Pfeil). Diese seitliche unsymmetrische Stoßkraft induziert dynamische Schubbeanspruchungen in dem geologischen Medium, wobei die Kräfte in einer Richtung wirken, die senkrecht zur Bohrlochachse verlaufen. Diese dynamischen Schubbeanspruchungen verursachen Schubwellen, die quer zur Bohrlochachse polarisiert sind und in Richtungen senkrecht zur Bohrlochachse als auch in Richtungen senkrecht zur bevorzugten Druckabstrahlrichtung abgestrahlt werden. Für vertikal gerichtete Bohrlöcher iniziiert der asymmetrische Druckwandler 10a daher Schubwellen in der gebohrten Formation, die vom Ort der Quelle sowohl nach oben und unten als auch in alle Winkelrichtungen in der Ebene senkrecht zur Ebene C-C′, wie in Fig. 5 angedeutet, sich ausbreiten. Die Teilchenbewegungen dieser Schubwellen stehen senkrecht zur Ebene C-C′.

Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Wandlers, der eine unsymmetrische Kraft erzeugt, ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10b versehen. Dabei sind wiederum dieselben Bezugszeichen für die oben bereits erwähnten Bauteile verwendet worden. In der Fig. 7 ist ein Teil der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung anschaulich dargestellt, wobei eine Reihe von Bauteilen, die in Fig. 6 gezeigt sind, die in Fig. 7 nicht dargestellt sind, was der Klarheit dienen soll. Weiterhin sind aus den selben Gründen einige Merkmale der Erfindung lediglich allgemein in Fig. 7 angedeutet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die oberen und unteren Abschnitte der Bogenentladungskammer 45 auf diametral gegenüberliegenden Seiten mit Reaktionsmassen 70a und 70b versehen. Um so ein Impulskräftepaar hervorzurufen, welches im wesentlichen quer zur zylindrischen Achse des Wandlers 10b gerichtet ist. Beim Auftreten einer jeden Entladung übt dieses Kräftepaar eine unsymmetrische Druckwellenanregung an der Bohrlochwand 42 aus, wobei Schubwellen erzeugt werden, die quer zur Bohrlochachse polarisiert sind und deren maximale Teilchenbewegung in der C-C′′-Ebene, die in Fig. 7 gezeigt ist, erfolgt. Die dunkelgezeichneten Pfeile in den Fig. 6 und 7 zeigen die Richtung der bevorzugten Druckwellenabstrahlung, während die nicht dunkelgezeichneten Pfeile in den Fig. 6 und 7 die Richtung angeben, in der die geschwächte Abstrahlung von Druckwellen erfolgt. Die Schubwellen, die mit der Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und 7 erzeugt werden, liegen in einem Frequenzbereich, für den die Größe des Kraftmomentenpaares ungefähr einer halben Schubwellenlänge in dem aufgebohrten geologischen Medium beträgt. Die Erzeugung des Entladungsdruckpulssignals in einem Frequenzbereich, derart, daß Schubwellen mit der optimalen Frequenz erzeugt werden, wird durch geeignete Wahl der Bogenentladungszeitkonstante erreicht. Es ist klar, daß der Wandler 10a keine bevorzugte Frequenz hat, da er nicht, wie der Wandler 10b, ein Kräftepaar erzeugt. Die Frequenzeigenschaften des Wandlers 10a werden durch die Pulsentladung bestimmt.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 steht die Masse 70a in unmittelbarem angrenzendem Kontakt mit dem oberen Ende der Hülse 20 und umgibt dieses obere Ende der Hülse 20 ungefähr um den halben Umfang, ist jedoch nicht an der Hülse 20 befestigt. Die Masse 70b steht in unmittelbarem angrenzendem Kontakt zum unteren Ende der Hülse 20 und umgibt das untere Ende der Hülse 20 ungefähr um den halben Umfang, ist jedoch nicht fest an der Hülse 20 befestigt. Die oberen und unteren Enden der Masse 70a sind mit dem oberen Abschnitt 26 des Gehäuses 30 verschweißt bzw. irgendwie anders verbunden. Das untere Ende der Masse 70 ist mit dem unteren Abschnitt 28 des Gehäuses 30 verschweißt oder anders befestigt. Das untere Ende der Masse 70a und das obere Ende der Masse 70b sind vorzugsweise zusammengeschweißt oder anders miteinander verbunden, jeweils an den angrenzenden Flächen 72 auf gegenüberliegenden Seiten der Kammer 45. Die Verbindung der Masse 70a mit der Masse 70b sorgt für eine strukturelle Festigkeit bei Zugbeanspruchungen zwischen den oberen und den unteren Abschnitten 26 bzw. 28 des Gehäuses 30 und schafft darüber hinaus eine Erdung zwischen den Elektroden 18 und dem Gehäuse 30, so daß auch hier die Streben 25 nicht benötigt werden. Wenn jedoch die Massen 70a und 70b nicht miteinander verbunden sind, sind geeignete erdende Streben erforderlich.

Wie des weiteren in Fig. 6 dargestellt ist, wird ein ausweitbarer Gummischuh 24b geeignet mit seinem obersten Ende mit dem oberen Abschnitt 26 und mit seinem untersten Ende mit dem obersten Ende der Masse 70b verbunden. Der Schuh 24b umgibt den oberen Teil der Hülse 20, der nicht von der Masse 70a umgeben ist. Die Seitenkanten des Schuhs 24b sind geeignet mit der Masse 70a verbunden. 23b bezeichnet den Ringraum zwischen dem Schuh 24b und der Hülse 20, während 43b die eingezogene Stellung des Schuhs 24 angibt. Hydraulikfluid 40 wird in den Ringraum 23b über den Fluidkanal 51 eingebracht. Ein äußerer ausweitbarer Gummischuh 24c ist geeignet mit seinem obersten Ende mit dem untersten Ende der Masse 70a und mit seinem untersten Ende mit dem unteren Bereich 28 verbunden. Der Schuh 24c umgibt den unteren Teil der Hülse 20, der nicht von der Masse 70b umgeben ist. Weiterhin sind die Seitenkanten des Schuhs 24a geeignet mit der Masse 70b befestigt. 23c bezeichnet einen Ringraum zwischen dem Schuh 24c und der Hülse 20, während 43c die zurückgezogene Position des Schuhs 24c zeigt. Ein Fluidkanal oder eine Auslaßleitung 51a erstreckt sich durch den oberen Teil 26 und die Masse 70a, um so Hydraulikfluid 40 in den Ringraum 23c einfüllen zu können. Alternativ hierzu kann eine Röhre (nicht gezeigt) sich vom Boden des Schuhs 24b durch die Masse 70a und/oder 70b zur Spitze des Schuhs 24c erstrecken. Der Kanal 53 und der Stecker 55 sind ebenfalls vorhanden, um so einen Zugang zum Ringraum 23c zum Füllen bzw. zum Entleeren von Hydraulikflüssigkeit 40 zu ermöglichen.

Die Schubwellen, die von jedem der mit Massen beschwerten Bogenentladungswandler ausgehen (Fig. 4 bis 5 und Fig. 6 bis 7), enthalten einen beträchtlichen Teil der akustischen Energie, die durch die Entladung erzeugt worden ist. Das Frequenzspektrum und die Wellenform des Schubwellenquellensignals wird durch die physikalischen Abmessungen der sich erweiternden Öffnung 14 in der keramischen, isolierenden Sperre 12 bestimmt. Typische Gesamtenergiewerte und andere Entladungsparameter der Wandler 10a und 10b sind die folgenden:
Primärenergie = 500 Joule (gespeichert im Kondensator), Energiespeicherkondensator = 14 mfd, Spannung am Kondensator = 8500 Volt, Energieentladegeschwindigkeit = eine Entladung alle 2 Sek. Frequenzspektrum des Bogenentladungsdruckimpulses = 10 bis 2000 Hz.

Die Wandler, wie sie in den Fig. 4 bis 5 und 6 bis 7 dargestellt sind, erzeugen und starten auch Druckwellenpulssignale in gebohrten geologischen Formationen. Weil der Bogenentladungsdruckimpuls keine gleichförmige Kraft auf die Bohrlochwand 42 aufgrund der Anwesenheit der Reaktionsmassen 70, 70a und 70b erzeugt, wird die Druckwellenanregung ungleichförmig in den Radialrichtungen um das Bohrloch herum. Dadurch werden die abgestrahlten Druckwellen wenigstens zu einem gewissen Grad azimutal gerichtet sein. Diese Richteigenschaft wird durch die wirksame Abstrahlungsöffnung des Wandlers bestimmt und in Wellenlängeneinheiten der erzeugten Druckwelle gemessen. Da jedoch der Durchmesser des Bohrloches diese wirkende Öffnung erzeugt und höchstwahrscheinlich sehr klein ist (typischerweise 0,1 Wellenlänge oder weniger), ist die Richteigenschaft der Druckwelle in der Radialebene um die Bohrlochachse herum im wesentlichen in alle Richtungen gerichtet. Trotzdem kann, wenn mit Frequenzen im Bereich von einigen kHz oder höher bei bohrlochseismischen Messungen gearbeitet wird, eine wirksame Richtcharakteristik erzeugt werden, die einer vorwärts nach rückwärts Strahlungsamplitude von ca. 2 zu 1 beträgt, indem die oben beschriebene Anordnung verwendet wird, was in vielen bohrlochgeophysikalischen Anwendungsfällen nützlich und wirksam sein kann.

Die unsymmetrische Seitenkraft, die von den Wandlern 10a oder 10b erzeugt wird, führt zu einigen einzigartigen Effekten bei der seismischen Abstrahlung von Schub- und Druckwellen in gebohrten geologischen Formationen. Es ist klar, daß, abgesehen von den Abwandlungen oder verschiedenen Ausführungsbeispielen, die hier beschrieben worden sind, die Wandler 10a und 10b so aufgebaut sind und auch so arbeiten, wie das im Zusammenhang mit dem Wandler 10 beschrieben worden ist. Es soll auch unterstrichen werden, daß es nicht unbedingt notwendig ist, ein Gerät mit einem Schuh zu verwenden, wenn in flüssigkeitgefüllten Bohrlöchern gearbeitet wird, obwohl es bevorzugt ist, daß die Wandler 10, 10a und 10b mit Schuhen 24, 24a und 24b/24c versehen sind. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß das erfindungsgemäße Gerät auch ohne Schuhe 24, 24a oder 24b/24c und entsprechend auch Hydraulikfluid 40 und entsprechende Füll- und Entleerungsleitungen 51, 51a oder 53 verwirklicht werden kann. Wenn jedoch die Wandler 10, 10a oder 10b mit Schuhen 24, 24a bzw. 24b/24c ausgestattet sind, können die Wandler 10, 10a oder 10b entweder in flüssigkeitsgefüllten oder in nicht flüssigkeitsgefüllten Bohrlöchern eingesetzt werden. Es soll auch noch erwähnt werden, daß die Wandler 10a und 10b vorzugsweise mit Zentriervorrichtungen versehen sind, beispielsweise mit einem Federbügelzentriergerät, so daß die Wandlerachse im wesentlichen zentriert im Bohrloch ausgerichtet werden kann. Es soll auch erwähnt werden, daß die Materialdichte, wie sie für die Massen 70, 70a oder 70b gewählt wird, vorzugsweise bei wenigstens 7000 kg pro Kubikmeter liegt.

Claims (11)

1. Wandler als seismische Impulsquelle in einem Bohrloch mit einer Kammer (45), die wenigstens im Betriebszustand ein Elektrolytfluid enthält und in der eine erste und eine zweite Elektrode (16, 18) vorgesehen ist, mit einer Einrichtung zum Anlegen einer Hochspannung an diese Elektroden, mit einem wenigstens teilweise elastischen, elektrisch isolierenden Kammergehäuse (20), mit einer Sperre (12), mit deren Hilfe die durch das Kammergehäuse (20) gebildete Kammer (45) in einen ersten Volumenbereich (22a) und einen zweiten Volumenbereich (22b) unterteilt ist, wobei in der Sperre (12) ein schmaler Öffnungskanal (14) ausgebildet ist, so daß der erste Volumenbereich (22a) und der zweite Volumenbereich (22b) der Kammer (45) miteinander in Fluidverbindung stehen, und wobei die erste und die zweite Elektrode (16, 18) sich beabstandet zueinander in den ersten (22a) bzw. zweiten (22b) Volumenbereich hinein erstrecken, so daß beim Anlegen einer Hochspannung an die Elektroden (16, 18) eine Bogenentladung durch und in der Nähe des Öffnungskanals erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungskanal (14) in der Sperre (12) eine sich nur in einer Richtung erweiternde Querschnittsfläche aufweist, die mit ihrem kleinsten Durchmesser an einem ersten Ende (14a) des Öffnungskanals beginnt und zum größten Durchmesser am gegenüberliegenden Ende (14b) anwächst.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (45) geschlossen und permanent mit dem Elektrolytfluid gefüllt ist.

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum intermittierenden Entlüften von erzeugtem Gas, welches als Ergebnis einer Anzahl von Bogenentladungen in der Elektrolytflüssigkeit entsteht, wobei die Gasentlüftungseinrichtung (17, 36, 48, 50) eine Einrichtung (52) zum Messen der Gasbildung in der Kammer aufweist.

4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch wenigstens eine hochdichte Reaktionsmasse (70, 70a, 70b), die teilweise das Kammergehäuse (20) umgibt.

5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsmasse (70) das Kammergehäuse (20) ungefähr über dessen halbe Umfangsfläche umgibt und sich vom oberen (26) zum unteren Endelement (28) erstreckt.

6. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler eine erste und eine zweite Reaktionsmasse (70a, 70b) an dem oberen Endelement (32) bzw. dem unteren Endelement (28) des Kammergehäuses (20) auf sich diametral gegenüberliegenden Seiten des Kammergehäuses (20) aufweist.

7. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch wenigstens ein elastisches äußeres Gehäuse (24), dessen Gehäusewand das Kammergehäuse (20) wenigstens teilweise umgibt, und einen zwischen dieser Gehäusewand eingeschlossenen Füllraum (23, 23a, 23b, 23c) zum Einfüllen eines Hydraulikfluids.

8. Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich das äußere Gehäuse (24) von einem oberen (26) zu einem unteren Endelement (28) erstreckt.

9. Wandler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuse (24) das Kammergehäuse (20) etwa über dessen halbe Umfangsfläche umgibt.

10. Wandler nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein erstes äußeres Gehäuse (24b), dessen Gehäusewand das obere Ende des Kammergehäuses (20) teilweise umgibt, und einen geschlossenen Füllraum (23b); ein zweites äußeres Gehäuse (24c), dessen Gehäusewand das untere Ende des Kammergehäuses (20) teilweise umgibt, und einen eingeschlossenen Füllraum (23c).

11. Wandler nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Steigern des Drucks und des Volumens des Hydraulikfluids zum Ausweiten des äußeren Gehäuses (24, 24a, 24b, 24c) bevor die Bogenentladung stattfindet und nachdem der Wandler in einem Bohrloch angeordnet worden ist.