DE3779538T2

DE3779538T2 - Verfahren und geraet zur akustischen bohrlochmessung.

Info

Publication number: DE3779538T2
Application number: DE8787307820T
Authority: DE
Inventors: George Attali; James R Birchak; Robert A Lester
Original assignee: Western Atlas International Inc
Current assignee: Western Atlas International Inc
Priority date: 1986-09-22
Filing date: 1987-09-04
Publication date: 1993-01-07
Anticipated expiration: 2007-09-05
Also published as: NO171468B; DK166396B; NO872552D0; EP0261825A3; EP0261825B1; DK494187A; NO171468C; DK494187D0; US4805156A; EP0261825A2; DE3779538D1; CA1283201C; NO872552L; DK166396C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der akustischen Bohrlochvermessung und betrifft insbesondere ein Gerät und ein Verfahren, die zum Bestimmen der Qualität der Zementbindung zwischen der Wand eines in eine Erdformation eingebrachten Bohrlochs und einer zementierten Auskleidung geeignet sind.
In der Öl- und Gasindustrie werden Quellen durch Setzen eines Leitungsstrangs oder einer Auskleidung in einem Bohrloch und durch Verfüllen des Ringraums zwischen der Leitung oder der Auskleidung und dem Bohrloch mit Zement komplettiert. Dieser Zementierungsvorgang trennt die unterschiedlichen Formationszonen und trennt insbesondere die öl- und gashaltigen Produktionszonen von nicht ausbeutbaren Zonen, wie beispielsweise wasserführende Formationen. Sind die Formationen einmal durch die Zementauskleidung getrennt, so sind nur die gewünschten öl- und gasführenden Formationen zu Produktionszwecken durchbohrt. Fehler oder Unvollständigkeiten der Zementbindung führen zu einer unvollständigen Trennung zwischen den verschiedenen Formationen. Das Wandern der Fluide unter Druck durch die In dem Zement auftretenden Hohlräume und Risse zwischen der Auskleidung und der Bohrlochwandung führt zu Vermischungen der Fluide der einen Zone mit den Fluiden der anderen Zone. Diese Vermischung ist insbesondere dann unerwünscht, wenn Fluide von wasserführenden Flözen in Fluide einer Produktionszone wandern. Diese Wanderung führt typischerweise zu einer verminderten Produktion von kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden, erhöht die Produktion von nicht gewünschten Fluiden und verunreinigt die Ausrüstung. Das Resultat sind oft erhebliche finanzielle Verluste, die dazu führen können, daß die Quelle unwirtschaftlich wird.
Demgemäß ist es für Fachleute in der Öl- und Gasindustrie seit langem ein Ziel gewesen, die Qualität der Zementbindung zwischen einer Auskleidung und der Wand eines Bohrlochs akkurat zu bestimmen. Eine "gute Bindung" erzielt die gewünschte Trennung der Zonen und erreicht eine gute Verbundwirkung, obwohl Mikrorisse oder Mikrohohlräume vorhanden sein können.
Es gibt bereits viele Einrichtungen zum Untersuchen der Bindungsqualität zwischen einer Auskleidung und einer Bohrlochwandung. Ältere Systeme zum Untersuchen der Zementbindung in Quellen in der Öl- und Gasindustrie beinhalten konventionelle akustische Zementbindungssysteme, die akustische Energie in unterschiedlichsten Geräten und Methoden einsetzen. So ein System ist in US-A- 42 55 798 beschrieben, das eine akustische Pulsechotechnik zum Untersuchen der Qualität der Zementbindung zu der Auskleidung und die Dicke von der Auskleidung in dem Bohrloch untersucht. Das Dokument listet auf und beschreibt in den Spalten 2 bis 7 eine Menge von Patenten und Artikeln, die im Detail viele ältere derartige Systeme zum Bewerten der Zementqualität mittels akustischer Energie beschreiben. Dokument US-A-37 81 784 offenbart eine Anordnung von zwei Geberelementen, die mit unterschiedlichen Frequenzen emittieren, und zwei Empfängerelementen, wobei die Dämpfung der Signale, die zwischen den Geberelementen und Empfängerelementen übertragen werden, zum Schätzen der Charakteristik der zur Anordnung benachbarten geologischen Formation benutzt werden. US-A-38 11 529 offenbart eine ähnliche Anordnung, aber mit vier Empfangselementen, die in einem 90º Intervall um die Oberfläche eines Quellbohrwerkzeuges angeordnet sind und ein einzelnes Übertragungselement nahe der Empfangselemente und im Zentrum der Quellbohrung vorhanden ist. US-A-42 55 798 beschreibt zusätzlich eine Vielzahl von Übertragern, die umfangsmäßig um ein Quellbohrwerkzeug vorhanden sind, die vertikal versetzt angeordnet sind, wobei jeder Übertrager eingesetzt wird, um die Zementbindungsqualität hinter der Auskleidung zu bestimmen. Jeder Übertrager macht seine eigene Bestimmung, so daß keine Messung über einen Bogen vorhanden ist.
Diese älteren akustischen Systeme leiden jedoch typischerweise unter einem oder zwei größeren Nachteilen. Viele dieser älteren Systeme ermitteln lediglich einen Durchschnittswert der Bindungsqualität über den gesamten Umfang der Auskleidung in der gemessenen Tiefe innerhalb des Bohrloches. Demgemäß kann die Untersuchungsperson, die derartige Systeme einsetzt die spezifische Azimuthstellung über dem Bohrloch, bei der ein Kanal vorhanden sein kann, nicht bestimmen. Praktisch kann der Untersuchende nicht zwischen einem schadhaften Kanal und zwischen mehreren kleinen Rissen unterscheiden. Andere Systeme, die eine Azimuth-Scanmessung vorsehen, messen die Bindungskonditionen lediglich an spezifischen Punkten um den Umfang herum und geben keine Anzeige der Bindungskonditionen über den Bogen zwischen diesen Punkten.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gerät zur akustischen Bohrlochvermessung vorgesehen mittels einer Sonde, die in einem Bohrloch zu positionieren ist und mehrere Übertrager aufweist, von denen zwei als akustische Pulssignalgeber und zwei als akustische Pulssignalempfänger betreibbar sind, mit einer Treibereinrichtung für die zwei Pulssignale anstrahlenden Übertrager sowie mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Signals, das den Amplituden der von den zwei empfangenen Übertragern aufgenommenen akustischen Pulssignale entspricht, die von den zwei sendenden Übertragern herrühren und für die akustische Übertragungscharakteristik eines Wegs entlang einer Außenfläche der Sonde repräsentativ sind. Das Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Übertrager wahlweise als Empfänger und Sender betreibbar ist, wobei die Übertrager in solcher Zahl und Verteilung angeordnet sind, daß die Treibereinrichtung die Übertrager in mehreren Arrays in mehreren Ebenen derart erregen kann, daß jeder von mehreren Übertragern zu mehr als einem Array zugeordnet werden kann, wobei jedes Array vier Übertrager aufweist, die auf einem Bogen angeordnet sind, der sich entlang der Außenfläche erstreckt, und wobei zwei der Übertrager in jedem Array als Sender T und zwei als Empfänger R betreibbar sind.
Die Übertrager eines jeden Feldes können so angeordnet sein, daß die Übertrager von benachbarten Paaren von Übertragern in jedem Feld dieselbe Funktion innerhalb des Feldes ausführen. Das bevorzugte Übertragermuster in den Feldern ist T&sub1;-R&sub1;-R&sub2;-T&sub2;. Andere akzeptierbare Übertragermuster in den Feldern schließen R&sub1;-T&sub1;-T&sub2;-R&sub2; und T&sub1;-T&sub2;-R&sub1;-R&sub2; ein. Diese Felder erlauben die Bestimmung der Bindungsqualität zwischen den benachbarten Übertragern, die dieselbe Funktion in dem Feld ausüben. Die Felder sind vorzugsweise entlang der Ganghöhe von einer oder mehreren Spiralen um die Achse des Werkzeugs angeordnet.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Übertrager zum Abgeben von akustischen Signalen höchster Stärke und zum Empfangen akustischer Signale kleinster Stärke konfiguriert, um die Empfangsgrenzen für ein Bindungsqualitätsgerät zu verbessern.
Die Übertragerkonfiguration in einer Ausführungsform der Erfindung sieht Mittel zum Maximieren des abgegebenen oder empfangenen Signals entlang des Untersuchungsbogens um den Umfang der Auskleidung oder Bohrlochs vor. Jeder Übertrager enthält zumindest zwei sequentiell arbeitende Übertragerelemente. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält jeder Übertrager ein Paar von quadratischen Übertragerelementen, die entlang der Achse des Werkzeugs oder des Bohrlochs angeordnet sind, die Dimensionen von der Hälfte der akustischen Wellenlänge aufweisen und die so angeordnet sind, daß die Ecken des Quadrats rechtwinklig zu der Linie der Übertragung entlang der Steigung der Spiralen und bevorzugt in einem Winkel von 45º zur Werkzeugachse angeordnet sind. Die individuellen Elemente dieser Übertrager arbeiten sequentiell um die Signalstärke zu maximieren, die entlang der Steigung der Helix übertragen wird, bevorzugt unter einem Winkel von +- 45º zu dem Werkzeug oder der Auskleidungsachse und zu den Empfangsübertragern gerichtet. Der Einsatz von Übertragerelementen mit dieser Konfiguration maximiert die Signalstärke entlang des Bogens der Untersuchung und verbessert die Genauigkeit der Bestimmungen der Bindungsqualität.
Das Gerät zur Bohrlochvermessung kann weiterhin Mittel zum Erzeugen eines ersten akustischen und eines zweiten akustischen Pulssignales von den zweiten als Geber ausgebildeten Übertragern und Mittel zum Messen der maximalen Amplitude von einer Anzahl der ersten Signale, die von jedem der ersten und zweiten als Empfänger ausgebildeten Übertrager empfangen werden, aufweisen. Schließlich kann das Gerät noch Mittel zum Bestimmen der Übertragungszeit für jedes der akustischen Pulssignale zwischen den benachbarten Paaren von Übertragern mit ähnlicher Funktion aufweisen, die die ersten und zweiten umfangsmäßig getrennten Punkte definieren, zwischen denen die Bindungsqualität bestimmt wird.
In elektrischer Kommunikation mit den oben erwähnten Mitteln zum Messen und Bestimmen sind Mittel zum Berechnen der Dämpfungsrate der akustischen Signale zwischen den benachbarten Paaren von Übertragern mit ähnlicher Funktion, die sich auf die gemessenen maximalen Amplituden und Übertragungszeiten stützen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Übertrager gleichmäßig beabstandet über einen verlängerten Rahmen mit einer Längsachse angeordnet. In einer exemplarischen Konfiguration sind fünf Übertrager gleichmäßig beabstandet über den Rahmen in einer einzigen Ebene senkrecht zu der Längsachse des Rahmens angeordnet und produzieren fünf unterschiedliche Übertragerfelder, die Messungen der Bindungsqualität hinter jedem der fünf Segmente von 72º liefern. Da man beim Anordnen der Übertrager über den Rahmen infolge der Geometrie auf Probleme stößt, insbesondere wo kleinere Messungsbogen gewünscht sind, ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine spiralförmige Anordnung der Übertrager vorgesehen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind neun Übertrager gleichförmig entlang einer einzelnen Spirale von 480º angeordnet, die Messungen über sechs Segmente mit einem Winkel von 60º liefern. Eine alternative bevorzugte Ausführungsformen schließt zwölf Übertrager ein, die in zwei Spiralen mit je sechs Übertragern angeordnet sind, wobei die Spiralen um 180º um das Gehäuse herum verschoben angeordnet sind. Andere alternative Ausgestaltungen beinhalten zwölf Übertrager, die in drei Spiralen mit je vier Übertragern angeordnet sind, wobei jede Spirale um 120º um das Äußere herum versetzt angeordnet ist. Benachbarte Übertrager sind bevorzugt in einer Distanz getrennt, die zumindest so groß ist wie 3λ, wobei λ die Wellenlänge der akustischen Signale des Systems ist oder in einer Distanz getrennt, die zumindest so groß ist wie 12th, wobei th die Dicke der Auskleidung des Bohrloches darstellt.
Das Gerät kann weiterhin noch Mittel zum Anzeigen der Dämpfungsrate und zum Vergleichen der berechneten Dämpfung mit der Dämpfungsanzeige einer guten Bindung aufweisen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur akustischen Bohrlochvermessung vorgesehen, bei dem eine Sonde in ein Bohrloch eingesetzt wird, welche mehrere Übertrager aufweist, von denen zwei so betreibbar sind, daß sie akustische Pulssignale aussenden, und zwei dieser Übertrager so betrieben werden können, daß sie akustische Pulssignale empfangen, bei dem die zwei sendenden Übertrager erregt werden und über die zwei empfangenden Übertrager ein Signal erzeugt wird, das den Amplituden der abgestrahlten akustischen Pulssignale entspricht, die für die akustische Übertragungscharakteristik eines entlang einer Außenfläche der Sonde verlaufenden Wegs repräsentativ sind. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Übertrager wahlweise als Empfänger und Sender und die Übertrager in mehreren Arrays in mehreren Ebenen betrieben werden, wobei jeder von mehreren Übertragern mehr als einem Array zugeordnet wird, und jedes Array vier dieser Übertrager aufweist, die auf einem Bogen angeordnet sind, der sich entlang der genannten Außenfläche erstreckt, und daß in einem Sektor des Umfangs des Bohrlochs ein Pfad festgelegt wird, entlang dem zwei der Übertrager in jedem Array als Sender (T) und zwei als Empfänger (R) betrieben werden.
Die Methode kann die Schritte beinhalten, daß eine erste akustische Druckwelle durch die Auskleidung entlang einem durch erste und zweite umfangsmäßig getrennt vorhandene Punkte definierten Bogen abgegeben wird, so daß die Welle an dem ersten Punkt ankommt, bevor sie an dem zweiten Punkt ankommt. Die Stärke des abgegebenen und empfangenen Signals wird durch sequentielles Aktivieren eines Paars von Übertragerelementen. die jeder Übertrager enthält, verstärkt. Jedes Übertragerelement beinhaltet eine plane Führungsfläche senkrecht zu dem Bogen der Untersuchung auf einer Linie hin zu dem Empfangselement. Sequentielle Aktivierung dieser Elemente mit einem entsprechenden Zeitverzug maximiert die abgegebene und empfangene Signalstärke. Die Maximalamplitude der Welle wird an den ersten und zweiten Punkten zusammen mit der Zeit zur Übertragung der Welle zwischen den ersten und zweiten Punkten gemessen. Die Methode kann weiterhin den Schritt enthalten, daß eine zweite akustische Druckwelle durch die Auskleidung und entlang des Bogens abgegeben wird und die maximale Amplitude der zweiten Welle, die an jedem der ersten und zweiten Punkte empfangen wird, gemessen wird. Die Methode kann ferner den Schritt enthalten, daß die Dämpfungsrate für die akustische Welle zwischen den ersten und zweiten Punkten aus den vier gemessenen Amplituden und der gemessenen Übertragungszeit berechnet wird und die Dämpfungsrate als eine Anzeige der Qualität der Zementbindung angegeben wird. Alternativ oder zusätzlich wird die berechnete Dämpfung mit der Dämpfung für eine gute Bindung oder eine Bindung bekannter Qualität verglichen. Wenn die Tiefe und die Orientation innerhalb des Bohrlochs nicht vorab bekannt ist, kann die Methode weiterhin den Schritt beinhalten, daß der Azimuth des Bohrloches und die Tiefe innerhalb des Bohrloches gemessen wird.
Ausgestaltungen des Geräts und der Methode der vorliegenden Erfindung können Mittel zur Verfügung stellen zum akuraten Bestimmen der Qualität einer Zementbindung hinter einem Bogen einer Auskleidung in einem zementierten Bohrloch und/oder zum präzisen Lokalisieren von Kanälen, Rissen und anderen Imperfektionen in dem Zement hinter der Verkleidung.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen wie diese ausführt werden kann, wird nun beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
Fig. 1 ist eine Darstellung eines Seilarbeitswerkzeuges zur akustischen Bohrlochvermessung, das innerhalb einer zementierten Auskleidung in einem Bohrloch angeordnet ist;
Fig. 1A ist eine Querschnitt-Darstellung eines akustischen Übertragers der in einem Werkzeug zur akustischen Bohrlochvermessung verwendbar ist;
Fig. 2 ist eine Darstellung einer Projektion eines Übertragermusters einer dreifachen Spirale, wobei jede Spirale von 180º um 120º um die Achse des Werkzeugs zur akustischen Bohrlochvermessung versetzt angeordnet ist;
Fig. 3 ist eine Darstellung eines Bereiches der Außenfläche des Werkzeuges zur akustischen Bohrlochvermessung, das das Übertragerfeldmuster gemäß Fig. 2 ergibt;
Fig. 4 ist eine Querschnittsdarstellung des Werkzeugs zur akustischen Bohrlochvermessung von Fig. 3 entlang der Linie 4-4;
Fig. 5 ist eine Querschnittsdarstellung eines Werkzeugs zur akustischen Bohrlochvermessung gemäß Fig. 3 entlang der Linie 5-5;
Fig. 6 ist eine Darstellung einer Projektion eines Übertragermusters einer einzelnen Spirale von 480º um das Werkzeug zur akustischen Bohrlochvermessung herum;
Fig. 7 ist eine Darstellung der Projektion eines Übertragermusters von zwei Spiralen, wobei jede Spirale mit 300º umläuft und um 180º versetzt um das Werkzeug zur Bohrlochvermessung angeordnet ist;
Fig. 8 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 ist ein Querschnitt von Fig. 8 entlang der Linie 9-9;
Fig. 10 ist eine Darstellung von einer akustischen Übertragernoppe von Fig. 8;
Fig. 11 ist eine Darstellung von einem Bereich eines Werkzeugs zur akustischen Bohrlochvermessung, die einen Richtungsübertrager aufweist;
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm von den wichtigsten Komponenten und Schaltungen des Werkzeugs zur akustischen Bohrlochvermessung;
Fig. 13 ist eine grafische Darstellung von der Dämpfung, die in einer Testauskleidung festgestellt worden ist, die ein Zementhohlraum in einem Winkel annähernd von 120º Breite und zentriert an der bestimmten Position Null aufweist;
Fig. 14 ist eine grafische Darstellung von der Dämpfung, die in einer Testauskleidung festgestellt worden ist, die ein Zementhohlraum in einem Winkel annähernd von 120º Breite und zentriert an der bestimmten Position Null aufweist;
Fig. 15 ist eine grafische Darstellung von der Dämpfung, die in einer Testauskleidung festgestellt worden ist, die ein Zementhohlraum in einem Winkel annähernd von 17,6º Breite und zentriert an der bestimmten Position Null aufweist;
Fig. 16 ist eine grafische Darstellung von der Dämpfung, die in einer Testauskleidung festgestellt worden ist, die ein Zementhohlraum in einem Winkel annähernd von 17,6º Breite und zentriert an der bestimmten Position Null aufweist; und
Fig. 17 ist eine grafische Darstellung eines Ausgangssignals für ein Werkzeug zur akustischen Bohrlochvermessung, das Ergebnisse für sechs Sektoren darstellt, die umfangsmäßig um die Auskleidung herum angeordnet sind und unterschiedliche Bindungscharakteristika illustrieren.
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Gerät und ein Verfahren gerichtet, das zum Bestimmen der Qualität einer Bindung zwischen einer Wand eines Bohrlochs, die eine Erdformation durchdringt, und einer darin zementierten Auskleidung verwendbar ist. Diese Bestimmung wird zwischen zwei umfangsmäßig getrennten Punkten auf einem Bogen der Auskleidung durchgeführt. Das Gerät und das Verfahren der vorliegenden Erfindung besitzt eine Vielzahl von Übertragern zum Abgeben und Empfangen einer akustischen Pulsdruckwelle durch die Auskleidung zwischen den zwei umfangsmäßig getrennten Punkten. Das Messen der maximalen Amplitude eines ausgewählten Bereiches des Signals, das von Übertragern empfangen wird, die an zwei getrennten Punkten angeordnet sind, und die Übertragungszeit zwischen den beiden Punkten von jedem zweier solcher akustischen Pulsdruckwellen erlaubt die Berechnung der Dämpfungsrate des akustischen Pulssignals zwischen den beiden Punkten und den Vergleich der Dämpfung zwischen gleichartigen Punkten mit einer guten Bindung oder einer Bindung bekannter Qualität.
Fig. 1 zeigt ein akustisches Bohrlochvermessungswerkzeug 10, das bei 12 an einem Seilarbeitskabel 24 befestigt ist, das über eine Seilscheibe 26 zu einer konventionellen Oberflächenseilarbeitsausrüstung (nicht dargestellt) führt. Verteilt auf der Oberfläche des Werkzeugs 10 sind eine Vielzahl von Übertragernoppen 30 vorhanden, die Übertragerelemente 40 einschließen, die entweder als Signalgeber oder Signalempfänger für ein akustisches Pulssignal funktionieren. In elektrischer Verbindung mit dem Übertragerelement 40 steht eine geeignete elektrische Schaltung zum Kontrollieren des Betriebs der Übertrager und zum Aufnehmen und Weiterverarbeiten von Informationen zum Bestimmen der Signalamplituden, Übertragungszeiten und Dämpfungsraten zur Ermittlung der Bindungsqualität. Die Daten werden auf einem konventionellen Recorder 22 oder anderen geeigneten Mitteln dargestellt.
Das dargestellte akustische Bohrlochvermessungswerkzeug 10 ist in einer Auskleidung 84, die mit Zement 86 an der Wandung des Bohrlochs 82 in einer Erdformation 80 zementiert ist, angeordnet. Die Übertragernoppen 30 stehen von der Oberfläche 14 des Werkzeugs 10 über und können unter der Einwirkung einer Feder 46 in Kontakt mit der Auskleidung 84 gebracht werden, die auf die Rückseite der Noppe einwirkt. Gestauchte Ringe 11 oder andere Zentralisierungsbauteile, die dem Fachmann bekannt sind, bewirken, daß das Werkzeug 10 zentriert innerhalb der Auskleidung 84 angeordnet ist.
Fig. 1A zeigt ein größeres Detail einer beispielhaften Übertragernoppe 30, die in einem Werkzeug 10 eingesetzt wird. Die Übertragernoppe 30 enthält ein Übertragerelement 40, das ein dünnes scheibenförmiges, zentriert innerhalb eines zylindrischen Trägerelements 32 angeordnetes Element aus geeignetem keramischem piezoelektrischem Material enthält, beispielsweise Bariumtitanat, Bleizirconattitanat oder dgl.,. Ein großes Unterstützungselement 40, das ein schlecht leitendes akustisches Übertragungsmedium aufweist, wie beispielsweise mit Wolfram versetztes Epoxyd oder dgl., ist direkt hinter dem Übertragerelement 40 angeordnet. Diese Übertragerelemente sind in Akustikwellen absorbierendem Material 42 angeordnet und gekapselt, das porösen Gummi oder dgl. zum akustischen Isolieren des Übertragerelements von der Oberfläche 14 des Werkzeugs 10 enthält. Der zylindrische Trägerelement 32 umfaßt ein Schutzelement 34 aus einem Schutzmaterial, wie beispielsweise Teflon oder dgl., um das Übertragerelement 40 vor dem Kontakt mit der Innenoberfläche der Auskleidung 84 zu schützen. Das zylindrische Trägerelement 32 endet innenseitig mit einem Flansch 36, der eine Außenfläche 38 zum Anlagekonakt mit der Außenfläche 18 zwischen den konzentrischen Befestigungsbohrungen 16 und 17 zum Begrenzen des radialen Weges der Übertragernoppe 30 aufweist. Eine Feder 46 bewirkt daß die Übertragernoppe 30 an die innere Oberfläche der Auskleidung 84 anliegt oder bewirkt ein volles Ausfahren, wobei der Flansch 36 an der Oberfläche 18 anliegt. Eine ähnliche akustische Sender/Empfängernoppe ist in der US-A-38 11 529 in Fig. 4 beschrieben, die durch diesen Verweis Gegenstand dieser Beschreibung wird. Elektrische Kontakte 44 verlaufen durch eine zentrale Bohrung von dem Übertragerelement 40 zu der Kontrollschaltung 20 durch das Werkzeug 10.
Fig. 11 zeigt eine Übertragernoppe gemäß der vorliegenden Erfindung. Jeder Übertragernoppe 30 enthält ein Paar von Übertragerelementen 40a und 40b, die sequentiell entweder als sequenzielle Geber oder sequenzielle Empfänger arbeiten. Der Übertrager enthält Übertragerelemente 40a und 40b, die bei a und b zentriert sind und vorzugsweise entlang der Achse des Werkzeugs 10 oder der Auskleidung 84 angeordnet sind, welche Achse durch die Linie "A" dargestellt ist. Der Zentrum- zu-Zentrum-Abstand zwischen den Übertragerelementen 40a und 40b ist d&sub1;. Die Übertragerelemente 40a und 40b sind so konfiguriert und deren Zentren sind so positioniert, daß sich eine geeignete zeitliche Aktivierung der Elemente eine sich aufbauende Interferenz der akusitschen Pulse entlang des Untersuchungsbogens und eine sich abbauende Interferenz in anderen Richtungen einstellt. Wenn die Elemente so angeordnet und aktiviert sind, produzieren sie verbesserte "Steuer"- Signale entlang des Untersuchungsbogens. Wenn die Elemente entlang einer Linie parallel zur Werkzeugachse, wie in Fig. 11 dargestellt, angeordnet sind, können die Signale entlang des Pfades von beiden rechten und linken Spiralen leicht "gesteuert" werden. Falls die Elemente nicht entlang einer Linie parallel zur Werkzeugachse angeordnet sind, ist das "Steuern" entlang beider rechten und linken Spiralen noch möglich, nachdem für jede Richtung eine geeignete Laufzeit berechnet ist. Obwohl schwieriger, liegt die Berechnung der Laufzeit im Können des Fachmanns.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhalten die Übertragungselemente 40a und 40b jeweils eine im wesentlichen lineare Führungskante, die rechtwinkelig zu dem Untersuchungsbogen und zu einer Linie angeordnet ist, die die Übertrager/Empfänger des Feldes verbindet. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform sind die Übertragungselemente als Quadrate mit einer Seitenlänge entsprechend einer halben Wellenlänge des akustischen Signals, das abgegeben wird, ausgebildet, so daß die Zentren a und b und die Führungsflächen jeweils getrennt durch eine Entfernung einer halben Wellenlänge der akustischen Pulse entlang dieses Bogens angeordnet sind. Die sequentielle Aktivierung der Übertragerelemente 40a und 40b bei geeigneten Zeitverhältnissen in dieser am meisten bevorzugten Ausführungsform führt ebenso wie die Ganghöhe der Spirale und der Winkel der Untersuchungsbogens in Fig. 11 zu einer Maximierung der Signalstärke bei einem Winkel θ. In dieser am meisten bevorzugten Ausführungsform, in der die Ganghöhe der Spirale der Übertragerkonfiguration 45º beträgt und der Winkel zwischen der Werkzeugachse und der die Zentren a und b der Übertragerelemente 40a und 40b verbindenen Linien null ist, maximiert diese Konfiguration das Signal bei einem Winkel von ± 45º, um verbesserte Ergebnise zu erzielen. Die Aktivierung der sich am nächsten zu den Empfängern befindlichen über der Übertragernoppe 30 angeordneten Übertragerelementen, in der Darstellung Übertragerelement 40a zu Empfänger 34 oder Übertragerelement 40b zu nicht dargestellten Empfängern, wird durch den Zeitfaktor td = d&sub2;/VS verzögert, wobei d&sub2; die Entfernung entlang des Untersuchungsbogens zwischen den Senkrechten ist, die durch die Zentren a und b der Übertragerelemente gezogen sind. Speziell gemäß der Formel
wobei td = die Zeitverzögerung zwischen der Aktivierung der Übertragerelemente 40a und 40b;
d&sub1; = die Zentrum-zu-Zentrum-Entfernung zwischen den Übertragerelementen 40a und 40b;
VS = die Geschwindikeit der akustischen Welle in dem Bestimmungsbogen in der Auskleidung oder Formation; und
θ = der Winkel zwischen der Verbindungslinie der Zentren a und b der Übertragungselemente 40a und 40b und dem Untersuchungsbogen
darstellt.
Fig. 12 zeigt schematisch in einem Blockdiagramm die bedeutenden Schaltungen und Funktionen der vorliegenden Erfindung. Die Auswahl der zu aktivierenden Signalgeber als Signalgeberpaar wird durch Signalgeberwahlmittel 50 mit einer Signalaktivierung, die durch Signalgeberaktivierungsmittel 52 kontrolliert werden, bewirkt. Die Auswahl des Paares der zu aktivierenden Empfänger in Verbindung mit jedem aktivierten Geber wird durch einen Kanalempfangsselektor 60 bewirkt. Das empfangene Signal wird durch eine Verstärkungsregelungseinrichtung 62 über eine Empfangsamplitudenmeßeinrichtung 64 und einem torgesteuerten Zeitdetektor 66 weiterverarbeitet. Eingabewerte und Ausgabewerte zu und von diesen Schaltungskontrolleinrichtungen werden kontrolliert durch eine Kontroll- und Datengewinnungseinrichtung 68. Schließlich können die Signale zu und von der Kontroll- und Datengewinneinrichtung über ein konventionelles Telemetriesystem 70 übertragen werden. In den oben beschriebenen Kontrollschaltungen sind konventionelle Schaltungen und abhängige Schaltungen eingesetzt, die für den Fachmann gut bekannt sind, und demgemäß nicht näher beschrieben werden müssen.
In zwei seiner Ausführungsformen enthält ein Werkzeug zur akustischen Bohrlochvormessung, das erfindungsgemäß eingesetzt wird, fünf oder sechs Übertrager, die symmetrisch in einer einzigen Ebene rechtwinkelig zu der Achse des Werkzeugs 10 und gleichmäßig verteilt über der Oberfläche 14 des Werkzeugs 10 an den Spitzen eines Fünfecks bzw. Sechsecks angeordnet sind. Es könnte auch gesagt werden, daß diese Übertrager entlang eines Bogens einer Spirale von 360º mit einer Ganghöhe von null angeordnet sind. Eine Fünfeckkonfiguration sieht fünf Felder von vier gleichförmig verteilten Übertragern vor, die Informationen betreffend jeden der fünf Sektoren in einem Bereich jeweils von 72º über den Umfang der Auskleidung liefern. In der hexagonalen Konfiguration liefern sechs Übertragerfelder ähnliche Informationen betreffend jeden von sechs gleichen 60º Sektoren, verteilt über den Umfang. In Wirklichkeit ist es jedoch schwierig, eine derartige ebene Verteilung der Übertrager zu erzielen wegen der gedrängten Anordnung, die aus dem Versuch resultiert, fünf oder sechs Übertrager in einer Ebene in einem Werkzeug anzuordnen, dessen Durchmesser wegen des Einführens in ein Bohrloch beschränkt ist. Demgemäß gibt es einige bevorzugte Ausführungen, die eine minimale Vielzahl von Übertragern zum Erzeugen der gewünschten Resultate aufweist.
Fig. 6 bezieht sich auf eine solche Konfiguration, in der neun Übertrager gleichförmig entlang einer einzelnen Spirale von 480º um die Längsachse des Werkzeugs 10 verteilt vorhanden sind. Fig. 6 zeigt das Feldmuster, das durch eine solche Konfiguration erzeugt werden würde. Während das zentrale Paar vor jedem der vier benachbarten Übertragern als Empfänger funktioniert und die äußeren Übertrager als Geber funktionieren, würde ein Werkzeug, das das in Fig. 6 dargestellte Muster produzieren würde, Informationen liefern, betreffend die Bindungsqualtität zwischen den Übertragern T&sub2; und T&sub3; mit dem Feld, das die Übertrager T&sub1; - T&sub4; enthält. In ähnlicher Weise wird Information betreffend die Bindungsqualität zwischen den Übertragern T&sub3; und T&sub4; erhalten, indem ein Feld eingesetzt wird, das die Übertrager T&sub2; - T&sub5; und so weiter bis zur Information betreffend die Bindungsqualität zwischen den Übertragern T&sub7; und T&sub8; durch ein Feld geliefert wird, das die Übertrager T&sub6; - T&sub9; enthält. Der Fachmann wird leicht verstehen, daß andere Konfigurationen, z.B. RTTR und TTRR Konfigurationen, dargestellt durch die Summe, eingesetzt werden können anstelle der gerade beschriebenen TRRT Konfiguration, um Informationen für jeden Sektor um den Umfang der Auskleidung herum zu bekommen. Weiterhin wird der Fachmann erkennen, daß die Übertrager nicht beabstandet durch einen Winkel von 60º angeordnet sein müssen und daß ein kleinerer Abstand einer größeren Anzahl von Übertragern entlang einer Spirale mit größerer Ganghöhe eine Bestimmung der Bindungsqualität in entsprechend engeren Bögen um den Umfang der Auskleidung herum ermöglicht. Es soll jedoch festgehalten werden, daß der Abstand zwischen benachbarten Übertragern bevorzugt zumindest so groß wie 3λ belassen werden sollte, wobei λ die Wellenlänge der akustischen Signale darstellt, um befriedigende Resultate zu erzielen. Zusätzlich sollte der Abstand zwischen benachbarten Übertragern nicht weniger als 12th sein, da die Wellenlänge 4th nicht überschreiten sollte, wobei th die Dicke der Auskleidung ist. Der Abstand zwischen benachbarten Übertragern sollte typischerweise nicht weniger als 6 Inches (15 cm) betragen, da th für normale Auskleidungen 1/4 Inch bis 1/2 Inch (0,63 cm bis 1,27 cm) beträgt.
Fig. 7 zeigt eine alternative Übertragerkonfiguration, die zwölf Übertrager T&sub1; bis T&sub1;&sub2; einsetzt die in zwei Spiralen von 300 º jede um die Oberfläche des Werkzeugs 10 herum angeordnet sind. Die Übertrager sind jeweils als Geber und Empfänger ausgebildet. Die Spiralen sind um 180 º gegeneinander versetzt auf der Oberfläche 14 des Werkzeugs 10 vorhanden. Die Messungen werden in ähnlicher Art und Weise ausgeführt, wie bereits in bezug auf die eine einzige Spirale mit neun Übertragern diskutiert. In dieser Konfiguration wird die Bindungsqualität zwischen T&sub2; und T&sub3;, T&sub3; und T&sub4; und T&sub4; und T&sub5; bestimmt durch den Einsatz der Übertrager T&sub1; bis T&sub6; der ersten Matrix und die Bindungsqualität zwischen T&sub8; und T&sub9;, T&sub9; und T&sub1;&sub0; und T&sub1;&sub0; und T&sub1;&sub1; wird erhalten durch Einsatz der Übertrager T&sub7; bis T&sub1;&sub2; der zweiten Spriale. In dieser Konfiguration sind zwei Übertrager diametral in jeder der sechs Ebenen rechtwinklig zur Achse des Werkzeuges 10 angeordnet, um Informationen zu liefern, die jede der sechs gleichförmig über die Auskleidung verteilten Segmente in kürzeren Abständen zu liefern.
Die Figuren 2 - 5 zeigen eine Konfiguration von zwölf Übertragern verteilt in drei Spiralen mit 180 º, die um 120 º versetzt auf der Oberfläche des Werkzeuges 10 vorhanden sind. Eine derartige Konfiguration erzeugt tatsächlich vier Übertrager, die auf einem einzelnen Bogen von jeder der drei linken und drei rechten Spiralen liegen, so daß jede Spirale eingesetzt wird, um die Bindungsqualität in einer der sechs Sektoren über eine umlaufende Auskleidung zu bestimmen. Diese Konfiguration liefert Informationen, die sich auf eine enge vertikale Strecke d beschränken. In dieser Konfiguration enthält jedes Feld zwei Empfänger und zwei Geber, die entlang jeder diagonalen Linie der Fig. 2 aufgefunden werden können. Die Messungen werden zwischen zwei benachbarten Empfängern gemacht, wie durch die durchgezogenen Linien der Fig. 2 dargestellt ist.
Eine Testeinrichtung mit Übertragern T&sub1; und T&sub2; und Empfängern R&sub1; und R&sub2; angeordnet in dem Muster TRRT, ist aufgebaut worden, wobei die Übertrager über eine 180º-Spirale konfiguriert wurden, wobei jede Spirale um 60 º versetzt war und mit einer vertikalen Beabstandung d von sechs Inches (15 cm) angeordnet war, gemäß der Konfiguration der Figuren 2 und 3 als Muster, beispielsweise wie T&sub1;R&sub2;R&sub3;T&sub4; oder T&sub3;R&sub4;R&sub5;R&sub6;. Die Achsen der beiden Geber sind aufeinderbezogen in einem Winkel von 180 º angeordnet und der Untersuchungsbogen des Feldes ist der Bogen zwischen den beiden Empfängern R&sub1; und R&sub2;.
Im Einsatz gibt T&sub1; ein akustisches Pulssignal in die umgebende Auskleidung ab, die ein Signal zuerst bei R&sub1; und später bei R&sub2; erzeugt. Die maximale Amplitude des zuerst bei R&sub1; und später R&sub2; empfangenen Signals wird gemessen und aufgezeichnet. T&sub2; wird dann eingesetzt um ein ähnliches Signal abzugeben, das zuerst bei R&sub2; und dann bei R&sub1; empfangen und aufgezeichnet wird. Weiterhin wird die Übertragungszeit des Signals zwischen R&sub1; und R&sub2; für eine oder für beide der akustischen Kompressionswellen gemessen. Die Dämpfungsrate wird bestimmt durch folgende Gleichung:
wobei α&sub1;&sub2; = die Dämpfungsrate zwischen R&sub1; und R&sub2;;
VS = die Geschwindigkeit der akustischen Welle in der Auskleidung;
Aij = die Amplitude des Signals, das von Rj ausgehend vom Geber Ti empfangen wird, wobei i = 1 oder 2 und j = 1 oder 2; und
tij = die Zeit, bei welcher das Signal von Ti bei Rj aufgezeichnet wird, wobei i = 1 oder 2 und j = 1 oder 2
darstellt.
Die oben beschriebene Einrichtung wurde in einem simulierten Bohrloch getestet, worin die Auskleidung mit Kalciumhydrid an ein simuliertes Bohrloch zementiert war. Die Auskleidung wies einen Außendurchmesser von 9 3/4 Inches (24,7 cm) auf. Konventionelle Auskleidungen haben eine Wandstärke von 0,462 Inches (1,17 cm) oder von 0,22 λ, wobei λ die Wellenlänge des akustischen Pulssignals war. Ein Hohlraum, der einen um 120 º ungebundenen Sektor repräsentiert, wurde über einem definierten Nullpunkt hergestellt. Dieses Modell wurde in einem wassergefüllten Tank angeordnet und die Messungen wurden in einer Fläche durchgeführt, die den ungebundenen Bereich und 60 º Sektoren auf jeder Seite davon umfaßt. Daten wurden an 10 º-Intervallen um die Leitungsaußenoberfläche herum erhalten und die Dämpfung für das Maximalsignal E¹ und das zweite Signal E² wurden aufgezeichnet, um die in den Figuren 14 bzw. 13 dargestellten Ergebnisse zu erzeugen. Das auffallendste Merkmal dieser Kurven ist das symmetrische Auftreten von minimalen Dämpfungen an Punkten, die dem Hohlraum entsprechen oder einem Bogen der Leitung, der eine schlechte Bindungsqualität aufweist.
Ein ähnlicher Test wurde unternommen mit einem Testringraum, der einen Hohlraum aufweist, der einen 17,6 º vertikalen Kanal am Referenzpunkt Null repräsentiert. Alle anderen Konditionen waren identisch. Die Ergebnisse der gemessenen Dämpfungen sind in den Figuren 15 und 16 dargestellt, die einen signifikanten gemessenen Dämpfungsunterschied aufzeigen der sich am deutlichsten an dem kleinen vertikalen Tunnel zeigt.
Der Einbau einer solchen Vorrichtung in ein Seilarbeitswerkzeug zur akustischen Bohrlochvermessung unter Einsatz eines konventionellen Streifendiagramm-Aufzeichners konnte eine einfach lesbare Ausgabe erbringen, so wie die in Fig. 17 dargestellte. Konventionelle Tiefen und Azimuth-Vorrichtungen 13 würden der Bedienperson die Tiefe von jeder Messung und die den Azimuthort eines jeden Sektors 1-2, 2-3 bis 6-1 liefern. Solch eine Vorrichtung kann leicht anzeigen, ob die Auskleidung und der Zement über den gesamten Umfang der Verkleidung eine gute Bindung ausgebildet haben oder ob eine schlechte Bindung in einem oder mehreren der gemessenen Sektoren vorhanden ist.
Das in den Figuren 8-10 dargestellte Werkzeug ist die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform für ein Seilarbeitswerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Werkzeug 110 umfaßt zwölf justierbar positionierbare Übertragernoppen 130, die in der Noppenkonfiguration wie in Fig. 2 dargestellt verteilt angeordnet sind. Das Werkzeug 110 umfaßt sechs justierbare Arme, von denen jeder Arm zwei Übertragernoppen 130, getrennt durch einen Abstandsträger 128, aufweist. Jeder Arm umfaßt weiterhin einen oberen Arm 124, der schwenkbar an dem zentralen Körperbereich 120 des Werkzeugs 110 an seinem oberen Ende und schwenkbar bei 134 an dem unteren Übertragernoppen 130a befestigt ist. Ein ähnlich aufgebauter Unterarm 126 ist schwenkbar an seinem unteren Ende an dem zentralen Werkzeugbereich 120 und schwenkbar an seinem oberen Endbereich an dem Boden des unteren Noppen 130 befestigt. Entweder einer oder beide der Arme 124 und 126 sind verschieblich entlang des zentralen Bereiches 120 des Werkzeugs 110 angeordnet, um einem verschieblichen Ring und Motor (nicht dargestellt) zu ermöglichen, die Arme entlang des zentralen Bereiches 120 des Werkzeugs 110 zum Ein- bzw. Ausfahren der Übertragernoppen 130 zu schieben oder zu ziehen. In der eingefahrenen Position sind die Noppen 130 außenbündig an dem zentralen Werkzeugbereich 122 in Einsatzteile 122 eingefahren, damit das Werkzeug leichter durch die Außenverkleidung gezogen werden kann. Das Ausfahren der die Übertragungsnoppen 130 tragenden Arme bringt die Übertragerelemente 140a, 140b, die innerhalb eines absorbierenden Materials 142 befestigt sind, in engen Kontakt mit der inneren Wandung der zu testenden Auskleidung.
Es ist ein Gerät und eine Methode, die eine Vielzahl von Übertragern mit zwei gleichmäßig entlang einer oder mehrerer Spiralen beabstandeten Übertragerelementen aufweist, dargestellt und beschrieben worden. Der Fachmann wird jedoch erkennen, daß auch eine Vielzahl von Übertragerelementen beabstandet und entsprechend sequentiell aktiviert eingesetzt werden kann, um die richtungsmäßige Signalstärke weiter zu verbessern.
Das Gerät und die Methode gemäß der Erfindung können ebenfalls verwendet werden, um azimuthabhängige Messungen in harten Formationen durchzuführen, um Frakturen in nicht ausgekleideten Bohrlöchern zu ermitteln. Wenn Frakturen ermittelt werden, wird eher als die akustische Druckwelle die akustische Schubwelle gemessen.

Claims

1. Gerät zur akustischen Bohrlochvermessung mittels einer Sonde (10), die in einem Bohrloch (82) zu positionieren ist und mehrere Übertrager (40) aufweist, von denen zwei als akustische Pulssignalgeber und zwei als akustische Pulssignalempfänger betreibbar sind, mit einer Treibereinrichtung (20, 50, 60) für die zwei Pulssignale abstrahlenden Übertrager sowie mit einer Einrichtung (20, 64, 70) zum Erzeugen eines Signals, das den Amplituden der von den zwei empfangenden Übertragern aufgenommenen akustischen Pulssignale entspricht, die von den zwei sendenden Übertragern herrühren und für die akustische Übertragungscharakeristik eines Wegs entlang einer Außenfläche der Sonde repräsentativ sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Übertrager (40) wahlweise als Empfänger und Sender betreibbar ist, wobei die Übertrager in solcher Zahl und Verteilung angeordnet sind, daß die Treibereinrichtung (20, 50, 60) die Übertrager in mehreren Arrays in mehreren Ebenen derart erregen kann, daß jeder von mehreren Übertragern zu mehr als einem Array zugeordnet werden kann, wobei jedes Array vier Übertrager aufweist, die auf einem Bogen angeordnet sind, der sich entlang der Außenfläche erstreckt und wobei zwei der Übertrager in jedem Array als Sender (T) und zwei als Empfänger (R) betreibbar sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem der Signalerzeuger (20, 64,70) eine Einrichtung zum Bestimmen der Signalübertragungszeit eines akustischen Pulssignals aufweist, das zwischen den zwei empfangenden Übertragern (R) bezüglich jedes betriebenen Arrays von Übertragern (40) auftritt.

3. Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Signalerzeuger (20, 64, 70) eine Einrichtung zum Bestimmen der Dämpfung eines akustischen Pulssignals aufweist, das zwischen den zwei empfangenden Übertragern (R) bezüglich jedes betriebenen Arrays von Übertragern (40) auftritt.

4. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche mit mehreren radial von der Sonde (10) nach außen abstehenden Noppen (30), die die Wand oder die Auskleidung eines Bohrlochs berühren, wenn die Sonde in dieses eingeführt wird, wobei die Übertrager (40) benachbart zu den Außenflächen der Noppen angeordnet sind.

5. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem benachbarte Übertrager (40) um eine Distanz voneinander beabstandet sind, die mindestens dem Dreifachen der für das akustische Pulssignal gewählten Wellenlänge entspricht.

6. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem jeder Übertrager (40) ein erstes und ein zweites Übertragerelement (40a, 40b) aufweist, und die Treibereinrichtung (20, 50, 60) die ersten und zweiten Elemente in einer Folge erregt, die so gewählt ist, daß die Amplitude des akustischen Pulssignals in Richtung entlang des Bogens möglichst verstärkt wird.

7. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Übertrager (40) spiralförmig um die Längsachse der Sonde (10) angeordnet sind.

8. Gerät nach Anspruch 7 mit zwölf Überträgern (40), die in zwei Spirallinien mit jeweils sechs Übertragern angeordnet sind, wobei die Übertrager in sechs Ebenen rechtwinklig zur Längsachse angeordnet sind und in jeder dieser Ebenen der Übertrager einer Spirallinie einem entsprechenden Übertrager der anderen Spirallinie diametral gegenüberstehend angeordnet ist.

9. Gerät nach Anspruch 7 mit zwölf Übertragern (4), die in drei Spirallinien mit jeweils vier Übertragern angeordnet sind, wobei die Übertrager in vier Ebenen rechtwinklig zur Längsachse angeordnet sind und jede Ebene einen Übertrager aus jeder der Spirallinien enthält, die mit Bezug auf die Achse um 120º gegeneinander versetzt sind.

10. Gerät nach Anspruch 7 mit neun Übertragern (4), die in einer Spirallinie von 480º Umschlingungswinkel um die Achse angeordnet sind, wobei die Treibereinrichtung (20, 50, 60) die Übertrager in sechs Arrays mit jeweils vier Übertragern in jedem Array erregt.

11. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, das in eine zementierte Auskleidung des Bohrlochs eingesetzt werden kann und bei dem die von dem Signalerzeuger (20, 64, 70) erzeugten Signale für die Qualität der Zementbindung zwischen der Auskleidung und der Bohrlochwand in den jedem betriebenen Übertragerarray jeweils zugeordneten Sektoren um die Achse repräsentativ sind.

12. Verfahren zur akustischen Bohrlochvermessung, bei dem eine Sonde (10) in ein Bohrloch (82) eingesetzt wird, welche mehrere Übertrager aufweist, von denen zwei so betreibbar sind, daß sie akustische Pulssignale aussenden, und zwei dieser Übertrager (40) so betrieben werden können, daß sie akustische Pulssignale empfangen, bei dem die zwei sendenden Übertragern erregt werden und über die zwei empfangen den Übertrager ein Signal erzeugt wird, das den Amplituden der abgestrahlten akustischen Pulssignale entspricht, die für die akustische Übertragungscharakteristik eines entlang einer Außenfläche der Sonde verlaufenden Wegs repräsentativ sind, dadurch gekennzeichnete daß jeder Übertrager wahlweise als Empfänger und Sender und die Übertrager in mehreren Arrays in mehreren Ebenen betrieben werden, wobei jeder von mehreren Übertragern mehr als einem Array zugeordnet wird, und jedes Array vier dieser Übertrager aufweist, die auf einem Bogen angeordnet sind, der sich entlang der genannten Außenfläche erstreckt und daß in einem Sektor des Umfangs des Bohrlochs ein Pfad festgelegt wird, entlang dem zwei der Übertrager in jedem Array als Sender (T) und zwei als Empfänger (R) betrieben werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem im Verfahrensschritt des Erzeugens eines Signals auch eine Dämpfung für das zwischen den zwei empfangenden Übertragern laufender akustischen Pulssignals bestimmt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem die Verfahrensschritte von Anspruch 12 für verschiedene Sektoren ausgeführt werden, um den gesamten Umfang um die Sonde abzudecken.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das in einem Bohrloch mit einer zementierten Auskleidung ausgeführt wird, bei dem mit der Signalerzeugung ein für die Qualität der Zementbindung zwischen der Auskleidung und der Bohrlochwand im jeweiligen Sektor repräsentatives Signal generiert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Signal für die Zementbindequalität mit einem ähnlichen Signal verglichen wird, das für eine Zementbindung vorgegebener Qualität repräsentativ ist.