DE69009574T2 - Verfahren und Vorrichtung für seismisches Prospektieren in Bohrlöchern, besonders in abgelenkten Bohrlöchern. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prospektion in Bohrlöchern und insbesondere abgelenkten Bohrlöchern, die die Verwendung von Sende- und Empfangsmitteln umfassen, die in ein und dem gleichen Teil des Bohrlochs lokalisiert sind. Unter "abgelenkten Bohrlöchern" sind Bohrlöcher zu verstehen, die wenigstens zum Teil horizontal oder stark geneigt gegenüber der Vertikalen verlaufen.
• Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Herstellung seismischer Aufzeichnungen einer unterirdischen Zone, die von einem Teil des horizontalen Bohrlochs durchsetzt ist, wobei die Tragweite der Untersuchung und die Auflösung zwischen denen liegen, die man im allgemeinen mit Diagraphie-Schallsonden erhält und denen, die nach den klassischen Verfahren der seismischen Prospektion aus großer Entfernung zu erhalten sind.
• Die Diagraphie-Werkzeuge umfassen im allgemeinen in ein und dem gleichen Gehäuse eines oder mehrere Sendeorgane, die so ausgebildet sind, daß sie akustische Signale in einem Frequenzbereich in der Größenordnung von 20 bis 25 Khz erzeugen und umfassen weiterhin eines oder mehrere entsprechende Empfängerorgane. Solche Werkzeuge sind sehr gut für die Feinuntersuchung der Bohrlöcher oder deren unmittelbare Umgebung ausgebildet. Um eine große Reichweite zu erhalten, verwendet man üblicherweise seismische Wellen sehr niedriger Frequenz im Bereich zwischen 10 und 200 Hz beispielsweise, dagegen mit einer relativ schwachen Auflösung. Die Quelle des seismischen Geräusches ist im allgemeinen an der Oberfläche angeordnet und die durch die unterirdischen Diskontinuitäten zurückgeschickten Wellen werden durch eines oder mehrere Geophone eingefangen oder empfangen, die im Gehäuse einer in ein Bohrloch hinabgelassenen Sonde gelagert sind.
• Für die Geophysiker ist es interessant, über seismische Aufzeichnungen zu verfügen, die eine relativ ausgedehnte Zone von durch Bohrlöcher durchsetzte Zonen betrifft, und insbesondere abgelenkten Bohrlöchern, die man durch sedimentäre Becken bohrt, um besser deren Konfiguration zu studieren. Die geforderte Zwischenreichweite macht die Verwendung akustischer Wellen einer Frequenz erforderlich, die erheblich niedriger als die der Diagraphiesonden ist. Die interessantesten Ergebnisse jedoch können nur dann erhalten werden, wenn man in signifikativer Weise die Entfernung vergrößert, welche die Sender für akustische Wellen und deren Empfänger trennt. Dies kann ohne größere Schwierigkeiten in Bohrlöchern oder Teile vertikaler Bohrlöcher realisiert werden, indem man ggf. ein Bohrlochwerkzeug verwendet, das wenigstens eine Satellitensonde umfaßt, die unter einer gewissen Entfernung unter einer Hauptsonde aufgehängt ist. Eine solche Ausbildung wird jedoch unwirksam für den Fall sehr stark abgelenkter Bohrlöcher und insbesondere in Teilen horizontaler Bohrlöcher, und zwar wegen der Schwierigkeit des Fortschritts und der Betätigung der Sonden.
• Die akustischen Sonden mit Zwischenfrequenz wurden bereits in Bohrlöchern verwendet. Durch die US-PS Nr. 4 542 487 ist ein System der seismischen Prospektion bekannt geworden, das eine an der Oberfläche angeordnete Quelle umfaßt, welche akustische Wellen in einem Zwischenfrequenzbereich bis 300 Hz aussendet. Die Sonden werden durch unterschiedliche Geophone in dem Gehäuse einer Bohrlochsonde empfangen. Mit einer solchen Ausbildung, wo die Quelle an der Oberfläche bleibt, ist die Nutzeintauchtiefe der Sonde beschränkt für die höchsten Frequenzen des betrachteten Frequenzbandes. Darüberhinaus eignet sich die beschriebene Vorrichtung nicht für eine Verwendung in einem Teil eines stark abgelenkten Bohrlochs. Zitiert werden kann die US-PS Nr. 4 394 754, die die Verwendung in einem Bohrloch einer Anordnung beschreibt, die aus einem Sender für akustische Vibrationen bei einer Frequenz von 1 Khz sowie zwei Empfänger beschreibt, die etliche Meter unter Abstand zueinander angeordnet sind. Hierzu ist zu bemerken, daß eine solche Anordnung durchaus nicht mehr vorgesehen ist, um in stark abgelenkten Bohrlochteilen zu arbeiten und daß die Distanz zwischen Sender und den Empfängern hier sehr gering ist.
• In der europäischen Patentanmeldung Nr. 246 148 ist ein Verfahren zur seismischen Prospektion beschrieben, das insbesondere in den gering gegen die Horizontale geneigten Bohrlochteile anwendbar ist. Es umfaßt die Verwendung eines oder mehrerer Sender für akustische Wellen, deren Frequenz im Band von 5000 bis 10000 Hz liegt und damit unterhalb desjenigen, wo im allgemeinen die Diagraphiesonden arbeiten. Die durch die das Bohrloch umgebenden Diskontinuitäten zurückgesandten Wellen werden durch einen oder mehrere piezo-elektrische Empfänger empfangen. Die Sender und Empfänger sind in einer einzigen Bohrlochsonde angeordnet, die am Ende eines Bohrstrangs befestigt ist und durch Schub bis in die zu untersuchende abgelenkte Zone gebracht wird. Der Maximalabstand zwischen den Sendern und Empfängern liegt in der Größenordnung von etlichen zehn Metern. Eine solche Ausbildung ist zweckmäßig, um Diagraphien in einer verbreiterten Zone um ein Bohrloch herum zu erhalten. Sie ist aber schlecht geeignet für Operationen der seismischen Prospektion bei Frequenzen, die beachtlich niedriger liegen, da der Typ von verwendeten Empfängern es nicht ermöglicht, eine Diskriminierung zwischen den aufsteigenden und absteigenden Wellen durchzuführen. Der realtiv verminderte Abstand zwischen den Sendern und den Empfängern, hervorgerufen durch deren Anordnung in einer einzigen Sonde, bedeutet ebenfalls eine Begrenzung.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung ist gut anwendbar auf die Realisation von Explorationen in Bohrlöchern und insbesondere in abgelenkten Bohrlochteilen mit akustischen Wellen in einem Zwischenfrequenzband zwischen dem seismischen Band bei sehr niedriger Frequenz und dem Frequenzband von mehr als 10 KHz, das im allgemeinen für die Schalldiagraphien verwendet wird. Es weist Empfangsmittel auf, die wenigstens eine Sonde umfassen, die mit Richtempfangsmitteln für akustische Wellen versehen ist und zeichnet sich dadurch aus, daß
• - man diese Sonde mit einer Betätigungsvorrichtung an der Oberfläche über eine steife Kolonne verbindet, wobei die Sonde mechanisch hiervon intermittierend abgekoppelt werden kann, die Sende-Empfang-Anordnung ebenfalls Sendemittel für akustische Wellen aufweist, die wenigstens eine Quelle für akustische Wellen umfassen, die an der Kolonne zwischen der Sonde und der Betätigungsvorrichtung zwischengeschaltet sind, ein Mehrleiterkabel zur Verbindung der Sende-Empfangs-Anordnung mit einer Steuer- und Aufzeichnungsanordnung, die an der Oberfläche der Mittel angeordnet ist, um diese Empfangsmittel gegen die Wandung des Bohrlochs zu pressen und ein System der verschobenen oder verzögerten Verbindung, automatisch die elektrische Verbindung nacheinander zwischen der Quelle und der Sonde nach deren Herablassen in das Bohrloch und zwischen der Steuer- und Aufzeichnungsanordnung und dieser Quelle nach Absenken hiervon ins Bohrloch herzustellen,
• - man kuppelt mechanisch die Sonde von der steifen Kolonne ab und preßt diese Empfangsmittel gegen die Bohrlochwandung,
• - hierbei sind die Empfängermittel in fester Position gehalten, man löst das Aussenden der akustischen Wellen durch die Quelle ausgehend von der Steuer- und Aufzeichnungsanordnung aus,
• - man überträgt auf die Steuer- und Aufzeichnungsanordnung über das Mehrleiterkabel Signale, die von den Diskontinuitäten zurückgeschickt werden, die das Bohrloch umgeben und von den Empfängermitteln empfangen werden,
• - man wiederholt die beiden vorhergehenden Stufen an einer Vielzahl von Orten des Bohrlochs, wo die Sende-Empfangs- Anordnung nacheinander durch Zug an der steifen Kolonne hingebracht wurde und
• - man stellt die mechanische Koppelung der Sonde mit der steifen Kolonne wieder her.
• Durch eine sorgfältige Wahl der Entfernung zwischen der Sonde und der Quelle, die leicht durch Hinzufügen oder Herausziehen einer gewissen Anzahl von Verrohrungsabschnitten untereinander verändert werden kann, und, indem man akustische Wellen aussendet, deren Auflösungsvermögen in den vom Bohrloch durchsetzten Schichten beispielsweise in der Metergrößenordnung ist, kann man relativ feine seismische Schnitte mit einer Reichweite von 50 bis 100 Metern beispielsweise erhalten, was sehr günstig für die Exploration interessanter identifizierter Zonen ist.
• Die Prospektionsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung umfaßt wenigstens eine Bohrlochsonde eines Querschnitts, der an den des zu explorierenden Bohrlochs angepaßt ist und mit Richtempfängermitteln versehen ist, eine röhrenförmige steife Kolonne zur Verbindung der Sonde mit einer Betätigungsvorrichtung an der Oberfläche und ein Kabel zur Verbindung der Sonde mit einer Steuer- und Aufzeichnungsanordnung an der Oberfläche der Sendemittel, die auf dieser Kolonne zwischen der Sonde und der Betätigungsvorrichtung zwischengeschaltet sind und wenigstens eine Quelle für Wellen umfassen. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß sie Mittel umfaßt, um diese Empfangsmittel mit der Bohrlochwandung zu kuppeln, ein System zur verzögerten oder verschobenen Verbindung, um untereinander eine elektrische Verbindung einerseits zwischen der Quelle und der Sonde nach deren Herablassen in das Bohrloch und andererseits zwischen der Steuer- und Aufzeichnungsanordnung und der Quelle nach deren Herablassen in das Bohrloch herzustellen.
• Nach einer Ausführungsform sind die Sonde und die Quelle jeweils beispielsweise zwei Führungsblöcken zugeordnet, die je einen röhrenförmigen an der steifen Kolonne befestigten Körper und ein Führungselement umfassen, das im Körper oder Gehäuse zwischen einer zurückgezogenen Stellung und einer vorgeschobenen Stellung beweglich ist, Mittel zur Verriegelung der beiden Führungselemente in zurückgeschobener Stellung bezüglich der röhrenförmigen Körper oder Gehäuse sowie Mittel, die mit den beiden Führungselementen zusammenwirken, um diese letzteren gegen ihre jeweiligen vorgeschobenen Positionen zu schieben, wobei die Sonde mechanisch vom röhrenförmigen Körper, der in dieser vorgeschobenen Stellung zugeordnet ist, abgekoppelt wird.
• Das Verbindungssystem kann einen ersten Stecker zur elektrischen Verbindung, der an dem der Sonde zugeordneten Führungselement befestigt ist, eine erste elektrische Buchse, die in flüssiger Umgebung, verbunden mit einem ersten Element des Mehrleiterkabels einsteckbar ist, das mit dieser Quelle verbunden ist, umfassen, wobei ein zweiter Verbindungsstecker, befestigt an dem der Quelle zugeordneten Führungselement vorgesehen ist sowie eine zweite elektrische Buchse, die in flüssiger Umgebung, verbunden mit einem zweiten Element des Mehrleiterkabels, einsteckbar ist, das mit dieser mittigen Steuer- und Aufzeichnungsanordnung verbunden ist, Führungsmittel der ersten und zweiten Buchsen, die deren elektrische Verbindung mit den beiden entsprechenden Steckern ermöglicht, Mittel um eine Fluidzirkulation in dieser Kolonne derart herzustellen, daß diese Buchsen gegen ihre Eingriffspositionen jeweils in Kontakt mit den beiden Steckern geschoben werden sowie Verriegelungsmittel dieser Buchsen in Eingriffsstellung umfassen.
• Die Quelle umfaßt beispielsweise einen Vibrator des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Typs, zugeordnet zu Mitteln zur Erzeugung der kontinuierlichen oder impulsmäßigen Vibrationssignale oder auch einen Funkengeber oder Sparker.
• Die Empfangsmittel können mehrere Richtempfänger wie Geophone oder Beschleunigungsmeßgeräte umfassen, deren Achsen gemäß unterschiedlichen Richtungen gerichtet sind, wobei diese Empfänger beispielsweise auf einem Träger angeordnet sind, der bezüglich des Gehäuses oder Körpes der Sonde ausrichtbar ist.
• Die Quelle kann mehrere unter Abstand zueinander längs der steifen Kolonne verteilte Elemente umfassen. Genauso können mehrere Sonden unter Abstand zueinander längs der steifen Kolonne verteilt sein.
• Nach einer zweiten Ausführungsform ist die Quelle am Körper ihres Führungsblocks befestigt und umfaßt einen Durchlaß längs ihrer Achse, der die konjugierte Verschiebung der beiden Führungselemente ermöglicht, wenn sie mittels des Mehrleiterkabels verbunden sind, wobei die Vorrichtung auch Hilfsleitermittel zur Verbindung der Quelle mit eben diesem Mehrleiterkabel umfaßt.
• Weitere Merkmale und Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung erschließen sich besser beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung, in der auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, wo
• - Figur 1 eine erste Ausführungsform der Sende- Empfangsanordnung mit einer Sendequelle und einer Meßsonde zeigt, die unter Abstand voneinander längs einer steifen Kolonne angeordnet sind;
• - Figur 2 zeigt eine erste Stufe des Einsetzens der Sonde in das Bohrloch;
• - Figur 3 zeigt eine zweite Stufe, wo die Quelle hinzugefügt und mit der Sonde verbunden ist;
• - Figur 4 zeigt eine dritte Stufe, wo man die Sende- Empfangsanordnung mit einer Steuer- und Aufzeichnungsanordnung an der Oberfläche verbindet, nachdem man sie bis in einen stark abgelenkten Teil eines Bohrlochs geführt hat;
• - Figur 5 zeigt das mechanische Abkuppeln der Sonde vor dem Beginn der Sende-Empfangszyklen;
• - die Figuren 6 und 7 zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Orientierung im Raum von in jeder Sonde eingeschlossenen Richtempfängern;
• - Figur 8 zeigt eine Installationsausführungsform von Empfängern auf einem orientierbaren Träger;
• - Figur 9 zeigt eine Installationsausführungsform mehrerer Vibratoren auf einem orientierbaren oder ausrichtbaren Träger;
• - Figur 10 zeigt eine zweite Ausführungsform der Sende- Empfangsvorrichtung und
• - Figur 11 zeigt eine Teildarstellung der die Quelle mit der Sonde verbindenden Kolonne, die mit Dämpfungsmitteln versehen ist.
• Die in Figur 1 in der Position gegenseitiger Verbindung dargestellte Sende-Empfangsanordnung ist so ausgelegt, daß sie in ein Bohrloch 1 abgelassen werden kann. Sie umfaßt eine Meßsonde 2 zugeordnet zu einem Führungsblock 3, der analog dem in der bekannt gemachten französischen Patentanmeldung Nr. 2.609.105 ist. Der Führungsblock 3 umfaßt ein röhrenförmiges Gehäuse 4, das an einem ersten Ende mit einem Spitzende 5 versehen ist. Die äußere Wand dieses Spitzendes ist aufgeweitet. Ihre Form ist angepaßt an die des Endes der Sonde, derart, daß eine Zentrierung hiervon sichergestellt ist, wenn sie sich in Abstützung gegen das Spitzende befindet. Ein Verbindungskabel 6, das über eine Öffnung 7 des Spitzendes 5 läuft, verbindet das obere Ende der Sonde 2 mit einem Führungselement 8, das im Innern des röhrenförmigen Gehäuses 4 zwischen einer zurückgezogenen Stellung (Figur 1) und einer vorgeschobenen Stellung näher dem Spitzende 5 beweglich ist. Verriegelungsmittel blockieren das Führungselement 8 in zurückgezogener Stellung. Sie können gebildet werden beispielsweise durch Spannstangen 9 mit elektrischer oder elektrohydraulischer Steuerung und können von der Oberfläche aus betätigt werden; sie greifen in Nuten 10 des röhrenförmigen Gehäuses oder Körpers. Die Länge des Kabels 6 ist derart gewählt, daß die Sonde fest in Abstützung gegen das Spitzende in zurückgezogener Stellung des Führungselementes 8 ist. Auf der dem Kabel 6 gegenüberliegenden Seite und hiermit verbunden umfaßt das Führungselement 8 einen männlichen Mehrkontaktstecker 11, der gemäß der Achse des Gehäuses 4 orientiert bzw. ausgerichtet ist, sowie eine röhrenförmige Verlängerung 12 von einem Querschnitt kleiner als dem des Gehäuses 4, die in einem Bund 13 endet. Diese kommt in Anschlag gegen eine Innenschulter 14 des Gehäuses in zurückgezogener Stellung des Führungselementes. Der Bund 13 dient zur Führung einer weiblichen Buchse 15 gegen den männlichen Stekker 11. Die weibliche Buchse 15 ist mit den unterschiedlichen Leitern eines Mehrleiterkabels 16 verbunden. Die Buchse 15 wird von einer röhrenförmigen Schwerstange 17 von im wesentlichen gleichem Querschnitt überbaut. Blockierungsmittel 18 ermöglichen es, die weibliche Buchse mit dem Führungselement 8 zu verbinden, wenn sie in den männlichen Stecker 11 eingreift. Hierzu kann man auch aus der Entfernung auslösbare Spannstangen 18 verwenden, die in Nuten 19 an der Basis der röhrenförmigen Verlängerung 12 eingreifen.
• Beispiele elektrischer Verbinder, die diesen Typ von Mehrkontaktstecker und angepaßter Buchse verwenden, sind beschrieben beispielsweise in der US Patentschrift 4 500 155.
• Öffnungen 4a und 13a sind im Bund 13 belassen und die Wandung des Gehäuses 4 des Führungselementes ist von Kanälen derart durchsetzt, daß ein Fluidstrom zwischen innerhalb und außerhalb der röhrenförmigen Kolonne zirkulieren kann.
• Wie mit Bezug auf die Figuren 6 bis 8 deutlich werden wird, umfaßt die Sonde 2 Lager, insbesondere für eines oder mehrere Richtgeophone oder Beschleunigungsmeßgeräte, um die akustischen Wellen einzufangen, die durch die das Bohrloch umgebenden Diskontinuitäten zurückgesandt werden.
• Die Länge des Gehäuses 4 und der mögliche Hub des Führungselementes 8 zwischen seiner verriegelten zurückgezogenen Position und seiner vorgeschobenen Position, wo er in Anschlag gegen den Ansatz 5 kommt, sind derart gewählt, daß die Sonde ausreichend vom röhrenförmigen Körper 4 entfernt werden kann.
• Der röhrenförmige Körper 4 ist mit einer ersten röhrenförmigen Kolonne oder Verrohrung 20 verbunden, die durch die gegenseitige Verbindung mehrerer identischer Rohrabschnitte beispielsweise gebildet worden ist.
• Am gegenüberliegenden Ende der Verrohrung 20 ist ein zweiter Führungsblock 21 befestigt, der ein röhrenförmiges Gehäuse 22 analog dem Gehäuse 4 umfaßt. Es umfaßt eine Kammer 22a, die mit der Umgebung außerhalb des Gehäuses über Längsnuten 23 in Verbindung steht, die quer zu seiner Wand ausgespart sind. Eine seismische Quelle 24 ist in der Kammer 22a angeordnet. Man kann beispielsweise eine Schwingungsquelle und insbesondere eine magnetostriktive oder piezoelektrische Quelle mit konstanter Frequenz verwenden. Ihre Schwingungsfrequenz wird im Zwischenfrequenzband, d.h. in der Größenordnung von etlichen KHz gewählt. Man kann auch einen Funkengeber oder sogenannten Sparker verwenden, der ein breites Emissionsspektrum hat.
• Auf der Seite gegenüber der Verrohrung 20 ist die Quelle mit einem Führungselement 25 von einem Querschnitt verbunden, der an den Innenquerschnitt des zweiten röhrenförmigen Gehäuses 21 angepaßt ist. An diesem Element 25 ist ein Mehrkontaktstecker 26 befestigt, der entsprechend der Achse des Gehäuses 21 orientiert und in der Mitte einer röhrenförmigen Führungsverlängerung 27 angeordnet ist. Ein Bund 28 erleichtert die Führung - gegen den Stecker 26 - einer Mehrkontaktbuchse 29, die mit einem zweiten Mehrleiterkabel 30 verbunden ist, das es ermöglicht, die Sende-Empfangsanordnung (2, 24) mit einer zentralen Steuer- und Aufzeichnungsanordnung 31 (siehe Figur 4), die außerhalb des Bohrlochs angeordnet ist, zu verbinden. In gleicher Weise ist über der Buchse 29 eine Schwerstange 32 angebracht und mit Blockierungsmitteln in Einsteckstellung versehen und kann von der Oberfläche aus ferngesteuert werden. Diese Blockiermittel beispielsweise elektrische Spannstangen 33 greifen in Nuten 34, die hierzu angepaßt an der Basis der röhrenförmigen Verlängerung 27 angeordnet sind. Die elektrische Kontinuität zwischen den Kontakten des Steckers 26 und den Leitern des Kabels 16 ist sichergestellt durch elektrische Leitungen, die im Innern der Quelle 24 angeordnet und nicht dargestellt sind.
• Das Führungselement 25 ist in ähnlicher Weise mit Verriegelungsmitteln 35 versehen, die von der Oberfläche aus ferngesteuert werden können und beispielsweise aus elektrischen Stangen oder Elementen bestehen, die in Nuten 36 greifen, die in der Wandung des zweiten röhrenförmigen Gehäuses 21 ausgespart sind. Die Gesamtheit der Quelle 24 und ihres Führungselementes 25 ist in der Lage, sich innerhalb des Gehäuses 21 zwischen einer zurückgezogenen Position, wo der Bund 28 in Anschlag gegen eine Schulter 27 der Innenwandung kommt und wo die Verriegelungsmittel gegenüber den Nuten 36 stehen und einer vorgeschobenen Stellung bewegbar. Der Hub dieser Anordnung 24, 25 im Gehäuse 22 zwischen den beiden Stellungen ist im wesentlichen gleich dem des Führungselements 8 innerhalb des ersten röhrenförmigen Gehäuses 1.
• In gleicher Weise umfassen der Bund 28 und die Wandung des zweiten Gehäuses 22 Öffnungen 28a, 21a und das Führungselement 25 ist von Kanälen 25a derart durchsetzt, daß ein Fluidstrom sich zwischen innerhalb und außerhalb des röhrenförmigen Gehäuses 21 einstellen kann.
• Dieses ist an seinem der Quelle 24 gegenüberliegenden Ende verbunden mit einer zweiten röhrenförmigen Kolonne oder Verrohrung 38, die gebildet wird durch die gegenseitige Verbindung von Rohrabschnitten und es durch sukzessive Hinzufügungen ermöglicht, die Sende-Empfangsanordnung bis zur geforderten Tiefe selbst in sehr abgelenkten Bohrlochteilen zu führen. Der Vorgang wird mittels einer Betätigungsvorrichtung 39 (Figur 4) eines an sich auf dem Gebiet des Bohrens bekannten Typs durchgeführt. Das Mehrleiterkabel 30, das von einer Haspel 40 abgewickelt wird, wird bis zum zweiten Gehäuse 21 längs der Kolonne 38 hinabgelassen.
• Nach einer durch die französische Patentschrift 2.547.861 bekannten Ausbildung wird die Verbindung zwischen dem dritten Mehrleiterkabel 30 und der mittigen Anordnung 31 erleichtert durch die Verwendung eines Spezialverbinders mit seitlichem Fenster 41, das den Fachleuten unter dem Namen "Side entry Sub" bekannt ist und schematisch in Figur 4 dargestellt ist. Wenn man verzögert eine gegenseitige Verbindung der Buchse 29 auf ihrem Stecker 26 im zweiten röhrenförmigen Körper 21 nach Absenken der Sende-Empfangsanordnung vornimmt, so verwendet man bevorzugt einen hydraulischen Vortrieb. Die Kolonne 34 ist abgedeckt durch einen Injektionskopf 42. Der Fluidstrom stellt sich hier ein innerhalb der Kolonne und der Rückstrom erfolgt über die Öffnungen 28a und 21a, die Kanäle 25a durch ein Führungsstück 25 und den Ringraum zwischen der Kolonne und dem Bohrloch hindurch.
• Die Sonde 2 kann Verankerungsarme 43 umfassen, die längs des Körpers während dessen Absenkens eingelegt sind. Ein elektrohydraulisches Steuersystem vom Typ, wie beispielsweise in der französischen Patentschrift 2 501 380 beschrieben, kann zum Spreizen der Arme 43 verwendet werden. Das Öffnen der Arme führt dazu, den Körper der Sonde gegen die Wandung des Bohrlochs während der aufeinanderfolgenden Sende-Empfangszyklen zu pressen. Die Verankerungsarme 43 können auch wie dies die französische Patentschrift 2 609 100 zeigt, versetzt sein.
• Die Sonde kann vorzugsweise mehrere Richtempfänger umfassen, deren Achsen derart angeordnet sind, daß Signale entsprechend mehreren unterschiedlichen Richtungen eingefangen werden. Man kann beispielsweise Geophone und/oder dreiaxiale Beschleunigungsmesser C1, C2, C3 verwenden, deren Achsen orthogonal zu je zweien (Figur 6) angeordnet sind oder auch Blöcke von vier Empfängern (C1, C2, C3, C4), deren Achsen in ein und der gleichen Ebene unter 45º zueinander sich befinden, wie in Figur 7 schematisiert. Die Empfängeranordnung ist vorzugsweise auf einem orientierbaren Träger 44 (Figur 8) angeordnet, der in eine Winkelposition geführt werden kann, die bezüglich des Gehäuses der Sonde 2 durch einen Elektromotor 45 bestimmt wird. Die Wirkung auf den Motor, die es ermöglicht, eine geeignete Winkelkorrektur einzuführen, wird bestimmt durch eine Orientierungsmessung vermittels eines Pendels eines an sich bekannten Typs 46.
• Die Quelle 24 kann omnidirektionell sein. In der gleichen Weise kann man aber (Figur 9) eine Quelle verwenden, die aus einem oder mehreren Sendeelementen E1, E2 gebildet ist, die auf einem Träger 47 montiert sind, der durch die Wirkung eines Elektromotors 48 orientierbar ist, den man von der Oberfläche fernsteuert. Die Angaben hinsichtlich der effektiven Orientierung der Sendeeinheiten E1, E2 werden durch ein Mittel zum Messen der Winkelabweichung, beispielsweise ein Pendel 49, gemessen und zum Betätigungspersonal über das Mehrleiterkabel 30 übertragen.
• Wegen der Notwendigkeiten der seismischen Exploration ist es möglich, eine Quelle zu verwenden, die aus mehreren Sendeelementen gebildet ist, die längs der Bohrlochachse unter Abstand zueinander angeordnet sind.
• Das Einsetzen der Sende-Empfangseinrichtung in einem Teil des geneigten Bohrlochs wird, wie unten angegeben und durch die Figuren 2-5 dargestellt, realisiert.
• Die an ihrem Führungsblock 3 befestigte Sonde 2 wird zunächst in das Bohrloch 1 eingeführt. Durch aufeinanderfolgende Verbindungen einer gewissen Anzahl von Rohrabschnitten (die die zweite röhrenförmige Kolonne 20 bilden) kann man die Anordnung bis auf eine bestimmte Tiefe (Figur 2) absenken.
• Man führt dann in das Bohrloch die erste Buchse 15 am Ende des zweiten Mehrleiterkabels 16 ein. Beschwert durch die Stange 17 geht sie aufgrund ihres Eigengewichtes nach unten, bis sie sich auf ihren Stecker 11 steckt. Die Verriegelungsmittel 18 werden dann derart betätigt, daß die Buchse 11 vermittels des ersten röhrenförmigen Gehäuses 4 befestigt wird. Man befestigt dann an der Kolonne 20 das zweite die Quelle 24 (Figur 3) enthaltende Gehäuse.
• - Man verbindet dann das zweite röhrenförmige Gehäuse 22 mit einem ersten Verrohrungsabschnitt und durch aufeinanderfolgende Verbindungen bildet man die zweite steife Kolonne 38. Man senkt so die Sende-Empfangsanordnung 2, 24 bis in den Bohrlochteil ab, wo die Vorgänge der seismischen Prospektion (Figur 4) ausgeführt werden.
• - Der Spezialverbinder 41 wird eingesetzt. Das dritte Mehrleiterkabel 30, das an seinem Ende die zweite Buchse 29, beschwert durch ihre Stange 32 trägt, wird in die Kolonne 38 eingeführt. Der Spezialverbinder 41 wird mit einem Injektionskopf 42 überdeckt und man stellt eine Fluidzirkulation derart her, daß die beschwerte Buchse 29 gegen ihren Stecker 26 am unteren Ende der Kolonne 38 vorgetrieben wird, bis man die Verriegelung der Verbindungsmittel 33 erhält. Die Sende- Empfangsanordnung ist dann in der Lage, zu arbeiten.
• Entsprechend der in Figur 10 dargestellten Ausführungsform wird die Quelle 24 im unteren Teil des zweiten röhrenförmigen Gehäuses 21 befestigt. Ein Durchlaß 50 ist entsprechend ihrer Achse durch das Kabel 16 belassen, das im Betrieb die beiden Führungselemente 8 und 25 derart verbindet, daß die gleichzeitige Bewegung bzw. Verschiebung möglich wird, wenn ein Zug auf das Kabel 30 vermittels der Betätigungsvorrichtung 39 (Figur 4) ausgeübt wird.
• Die elektrische Speisung der Quelle 24 wird über ein sekundäres Verbindungsmittel möglich, das zwischen der Quelle und dem Mehrkontaktstecker 26 des Führungselementes 25 angeordnet ist. Dieses Verbindungsmittel umfaßt ein Ablenkungsgehäuse 51, das es ermöglicht, einen oder mehrere Kontakte des Mehrleitersteckers 26 mit einem sekundären Betätigungskabel, das mit der Quelle 24 verbunden ist, zu verbinden. Das Kabel 52 ist ausreichend lose, um die Bewegung oder Verschiebung des Führungselements 25 im Innern des Gehäuses 22 zuzulassen.
• Die Vorgehensweise des allmählichen Einsetzens der Sende- Empfangseinrichtung ist praktisch die gleiche wie vorher beschrieben.
• Unabhängig von der gewählten Ausführungsform verbindet man bevorzugt die Quelle 24 mit der Sonde 2 über einen Kolonnenteil 20, der mit Signaldämpfungsmitteln derart versehen ist, daß die Wellen abgeschwächt und verzögert werden, die sich in Richtung längs der Rohre oder im Bohrlochfluid fortpflanzen. So kann man beispielsweise (Figur 11) einen Kolonnenteil 53 verwenden, dessen Wand gemäß einer an sich bekannten Ausbildung mit Öffnungen 54 wie dünnen auf seinem Umfang verteilten Schlitzen versehen ist. Die Verbindung zwischen der Quelle und der Sonde kann herbeigeführt werden vermittels eines Kolonnenteils, der aus einem Material hergestellt ist, das in der Lage ist, die Vibrationen oder Schwingungen zu dämpfen oder auch mit dämpfenden Materialschichten überzogen zu werden.
• Die elektrische Verbindung zwischen der mittigen Anordnung und der Sende-Empfangseinrichtung am Boden wurde wie man oben gesehen hat, realisiert, man fügt eine gewisse Anzahl von zusätzlichen Abschnitten hinzu, derart, daß die Einrichtung bis zu einem gewählten Ort geführt wird, wo Vorgänge der seismischen Exploration durchgführt werden sollen.
• Man beginnt damit, die Sonde 2 von ihrem Führungsblock 3 zu trennen.
• Die Trennung wird möglich nach Freigabe der Verriegelungsmittel 9 und 32, die von der mittigen Anordnung 31 an der Oberfläche ferngesteuert sind. Das Gleiten in ihren jeweiligen Gehäusen 4, 22 der beiden Führungselemente 8 und 25, die jeweils mit der Sonde 2 und mit der Quelle 24 verbunden sind, wird durch einen Fluiddruck erhalten, wobei der Injektionskopf an seinen Ort wieder zurückgebracht wird. Die Sonde 2 löst sich von ihrem Sitz gegen den Anschlag 5.
• Man kann auch die Arme 43 der Sonde 2 an der Wand des Bohrlochs verankern, indem man die Kolonne 30 anhebt, um das Führungselement 8 in Anschlag gegen den Ansatz 5 zu bringen. Vorzugsweise kombiniert man die beiden Vorgänge, um die Extraktion zu erleichtern.
• Das Kabel 6 wird dann entspannt, derart, daß mechanisch der Körper der Sonde (Figur 5) vom Führungsblock 3 abgekuppelt wird und diese den Vibrationen oder Schwingungen der festen Kolonne (30, 38) ausgesetzt wird.
• Es werden dann eine oder mehrere Sende-Empfangszyklen durchgeführt. Die von den Richtempfängern C empfangenen Signale werden an die zentrale Steuer- und Aufzeichnungsanordnung 31 vermittels Leiter übertragen, die dem Kabel 6, 16 und 30 einverleibt sind. Die elektrische Verbindung zwischen diesen Leitern und der Anordnung 31 wird in an sich bekannter Weise über eine Bürstenanordnung vorgenommen, die auf den mit der Welle des Haspels 36 festen Sammelringen reiben.
• Wenn einmal die Messungen an der ersten Station durchgeführt sind, löst man die Arme von der Sonde, und hebt dann die Kolonne 30 nach oben, indem man die Sonde 2 bis zur zweiten Meßstation, beispielsweise 5 oder 10 Meter näher an die Oberfläche zieht. Die Sonde 2 wird von neuem verankert und man senkt erneut die Kolonne derart ab, daß das Kabel 6 entspannt wird. Am oberen Ende der Verrohrung 38 werden Rohrabschnitte abgenommen, und das Kabel auf den Haspel 40 gewickelt.
• Das gleiche Verfahren wird bei jeder Station wieder begonnen, bis der Spezialverbinder 41 im wesentlichen bis zum Oberflächenniveau gelangt ist. Nachdem die Arme der Sonde 43 geschlossen worden sind, übt man dann einen Zug auf das Ubertragungskabel 30 aus, um die Führungselemente 8, 25 gegen ihre jeweiligen zurückgezogenen Stellungen gleiten zu lassen und durch eine Steuerung oder Betätigung löst man die Verriegelungsmittel 9, 33 aus, derart, daß sie fest bezüglich der beiden Gehäuse 4, 22 gemacht werden. Die Sonde 2 kehrt dann in Abstützung gegen den Anschlag 5 zurück.
• Durch Wirkung auf die Verriegelungsmittel 33 gibt man die beschwerte Buchse 29 frei und hebt das Kabel 30 an. Nach der Rückkehr des zweiten Körpers 22 bis zur Oberfläche steuert man die Freigabe der beschwerten Buchse 15. Der Sendeteil der Vorrichtung kann dann von der Kolonne 20 gelöst werden. Der Vorgang des Zurückziehens wird bis zur Rückkehr der Sonde 2 an die Oberfläche fortgesetzt.
• Der Spezialverbinder 41 wird demontiert. Man hebt schließlich die Sonde 2 und den Führungsblock 3 in der gleichen Weise an, wie sie abgesenkt wurden.
• Nach diesem Verfahren kann man Reihen von Messungen oder Eingriffsvorgängen in Zonen horizontaler Bochrlöcher, die stark geneigt (bezogen auf die Vertikale) sind oder die sogar vertikal sind, durchführen.
• Das beschriebene Verfahren ermöglicht es, seismische besonders interessante Profile zu realisieren, wenn das Bohrloch horizontal oder stark abgelenkt ist und man wünscht, genau und in Zonen, die sonst schwierig durch Sondierungen zu explorieren waren, genaue Kenntnisse der geologischen Formationen, wie dem Dach eines Speichers oder Schichten, die zu beiden Seiten des horizontalen oder stark geneigten Teils des Bohrlochs angeordnet sind, zu haben.
• Man wählt vorzugsweise eine Sendefrequenz im Band 200 bis 2000 Hz. In Formationen, wo die Geschwindigkeit der Wellen in der Größenordnung von 3000 m/Sek. beispielsweise liegt, erhält man eine Auflösung zwischen 0,35 und 3,75 m. Mit einer Frequenz dieser Größenordnung liegt die Nutzreichweite der Wellen bei 50 bis 100 m und ihr Auflösungsvermögen liegt in der Größenordnung von 1 m.
• Man verbleibt im Rahmen der Erfindung, wenn man mehrere Meßsonden wie die Sonde 2 verwendet, die unter Abstand zueinander längs des Bohrlochs vermittels ziemlich steifer Verbindungselemente gehalten werden, um die Axialschübe zu übertragen, die für den Fortschritt der Vorrichtung notwendig sind, jedoch geeignet sind, die direkten Übertragen zwischen empfangenen Wellen zu dämpfen.
• Die Vorrichtung nach der Erfindung bietet sich an für Maßnahmen oder Vorgänge in stark abgelenkten Bohrlöchern. Jedoch kann sie in vertikalen oder im wesentlichen vertrikalen Bohrlöchern selbstverständlich Verwendung finden.
• Die beschriebenen Beispiele richten sich auf eine Sende- Empfangseinrichtung, die mit Mitteln zum Senden und Empfangen seismischer oder akustischer Wellen ausgestattet sind. Man verläßt auch nicht den Rahmen der Erfindung, wenn man die beschriebenen Mittel durch irgendwelche anderen Sende- und Empfangsmittel für Signale eines beliebigen Typs ersetzt, um Vorteile auszunützen, die mit der Struktur der Vorrichtung insgesamt verknüpft sind.

Claims (17)

1. Verfahren zur Prospektion in Bohrlöchern vermittels akustischer Wellen und insbesondere in abgelenkten Bohrlöchern vermittels einer Sende-Empfangsanordnung für akustische Wellen mit Empfangsmitteln, die wenigstens eine Sonde (2) umfassen, die mit Richtempfangsmitteln für akustische Wellen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- man diese Sonde mit einer Betätigungsvorrichtung (39) an der Oberfläche über eine steife Kolonne verbindet, wobei die Sonde mechanisch hiervon intermittierend abkuppelbar ist, diese Sende-Empfangsanordnung auch Mittel zum Aussenden akustischer Wellen umfasst, die wenigstens eine Quelle für akustische Wellen (24) umfasst, die in der Kolonne zwischen der Sonde (2) und der Betätigungsvorrichtung (39) zwischengeschaltet ist, ein Mehrleiterkabel (6, 16, 30) zur Verbindung der Sende-Empfangsanordnung mit einer an der Oberfläche angeordneten Steuer- und Aufzeichnungsanordnung (31), Mitteln (43), um diese Empfängermittel gegen die Wandung des Bohrlochs zu pressen und ein System zur verschobenen bzw. verzögerten Verbindung, um automatisch die elektrische Verbindung nacheinander zwischen der Quelle und der Sonde nach deren Absenken in das Bohrloch und zwischen der Steuer- und Aufzeichnungsanordnung und dieser Quelle nach Absenken dieser in das Bohrloch herzustellen,

- man entkoppelt mechanisch die Sonde von der steifen Kolonne (20, 38) und man presst diese Empfängermittel gegen die Bohrlochwandung,

- diese Empfängermittel werden in fester Position gehalten, man löst das Aussenden der akustischen Wellen durch die Quelle ausgehend von der Steuer- und Aufzeichnungsanordnung aus,

- man überträgt an die Steuer- und Empfangsanordnung über das Mehrleiterkabel Signale, die von den das Bohrloch umgebenden Diskontinuitäten zurückgesandt und von den Empfängermitteln aufgenommen wurden,

- man wiederholt die beiden vorhergehenden Stufen an einer Vielzahl von Orten des Bohrlochs, wohin die Sende-Empfangsanorunung nacheinander durch Zug an der steifen Kolonne gebracht wurde und

- man stellt die mechanische Koppelung der Sonde mit der steifen Kolonne wieder her.

2. Prospektionsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, wenigstens eine Bohrlochsonde umfassend, die hinsichtlich des Querschnitts (2) dem des zu explorierenden Bohrlochs angepasst und mit Richtempfängern (C1, C2...) versehen ist, einer rohrenförmigen steifen Kolonne (20, 38), um die Sonde mit einer Betätigungsvorrichtung an der Oberfläche (39) zu verbinden und einem Kabel (6, 16, 30), um die Sonde mit einer Steuer- und Aufzeichnungsanordnung an der Oberfläche (31) zu verbinden, Sendemitteln, die auf dieser Kolonne zwischen der Sonde und der Betätigungsvorrichtung zwischengeschaltet sind und wenigstens eine Quelle (24) für Wellen umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (43) umfasst, um diese Empfängermittel mit der Bohrlochwandung zu verbinden, weiter ein System zur verzögerten oder verschobenen Verbindung, um eine elektrische Verbindung einerseits zwischen der Quelle und der Sonde nach deren Absenken in das Bohrloch, und andererseits zwischen der Steuer- und Aufzeichnungsanordnung und der Quelle nach Absenken hiervon in das Bohrloch herzustellen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (2) und die Quelle (24) jeweils zwei Führungsblöcken (3, 21) zugeordnet sind, die einen röhrenförmigen Körper (4, 22) umfassen, der an der steifen Kolonne befestigt ist sowie ein Führungselement (8, 25), das im Körper (4, 22) zwischen einer rückgezogenen Position und einer vorgeschobenen Position beweglich ist, Mittel (9, 35) zum Verriegeln der beiden Führungselemente in zurückgezogener Stellung bezogen auf diese röhrenförmigen Körper und hydraulische Mittel, die mit den beiden Führungselementen zusammenwirken, um diese letzteren gegen ihre jeweiligen vorgeschobenen Stellungen zu schieben, wobei die Sonde (2) mechanisch von dem röhrenförmigen in dieser vorgeschobenen Position zugeordneten Körper entkoppelt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungssystem einen ersten Stecker zur elektrischen Verbindung (11), der an dem der Sonde (2) zugeordneten Führungselement (8) befestigt ist; eine erste elektrische Buchse (15), die in flüssiger Umgebung, verbunden mit einem ersten Element (16) des Mehrleiterkabels einsteckbar ist, das mit dieser Quelle (24) verbunden ist; einen zweiten elektrischen Verbindungsstecker (26), befestigt an dem der Quelle (24) zugeordneten Führungselement (25), eine zweite elektrische Buchse (29), die in flüssiger Umgebung, verbunden mit einem zweiten Element des Mehrleiterkabels (30), einsteckbar ist, das mit dieser mittigen Steuer- und Aufzeichnungsanordnung (31) verbunden ist, Führungsmittel (12, 27) der ersten und zweiten Buchsen (15, 29), die deren elektrische Verbindung mit den beiden entsprechenden Steckern (11, 26) ermöglicht sowie Mittel, um eine Fluidzirkulation in dieser Kolonne derart herzustellen, daß diese Buchsen gegen ihre Eingriffsspositionen jeweils in Kontakt mit den beiden Stekkern geschoben werden sowie Verriegelungsmittel (18, 23) dieser Buchsen in Eingriffsstellung umfasst.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Befestigung der Quelle und des ersten Elements des Mehrleiterkabels derart aufweist, daß gemeinsam die Sondenanordnung und die Quelle zwischen ihren zurückgezogenen und ihren vorgeschobenen jeweiligen Positionen verschoben oder bewegt werden.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenaen Ansprüche, dadurch gekennzeicnnet, daß die Quelle (24) wenigstens einen Vibrator umfasst.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (24) wenigstens einen Funkengeber umfasst.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vibrator vom magnetostriktiven oder piezoelektrischen Typ ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vibrator Mitteln zur Aussendung von akustischen Signalen zugeordnet ist, deren Frequenz derart gewählt ist, daß das Auflösungsvermögen in den vom Bohrloch durchsetzten Formationen in der Größenordnung von 1 m liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängermittel (C1, C2...) mehrere Richtempfänger aufweisen, deren Achsen gemäß unterschiedlichen Richtungen gerichtet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängermittel auf einem Träger (44) angeordnet sind, der bzgl. des Körpers der Sonde (2) ausrichtbar oder orientierbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Mittel (46) umfasst, das mit der Steuer- und Aufzeichnungsanordnung (31) verbunden ist, um die Ausrichtung oder Orientierung dieses Trägers (44) zu erfassen sowie einen Motor (45) aufweist, der fernbetätigbar ist, um die Orientierung dieses Trägers zu verändern.

13. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vibrator einem Generator für akustische Impulssignale zugeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch dakennzeichnet, daß die Quelle mehrere Elemente (E1, E2) umfasst, die unter Abstand zueinander längs der steifen Kolonne verteilt sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Sonden umfasst, die unter Abstand voneinander längs der steifen Kolonne angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (24) am Körper (22) ihres Führungsblocks befestigt ist und einen Durchlass (50) gemäß ihrer Achse aufweist, der die konjugierte Verschiebung zweier Führungselemente (8, 25) ermöglicht, wenn sie vermittels des Mehrleiterkabels verbunden sind, wobei die Vorrichtung Hilfsleiter (52) aufweist, um diese Quelle (24) mit diesem Mehrleiterkabel zu verbinden.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie Dämpfungsmittel umfasst, um die Wellen zu dämpfen, die sich längs des Bohrlochs direkt zwischen der Quelle (24) und der Sonde (2) fortpflanzen.