DE69723056T2

DE69723056T2 - Akustisches system zum aufzeichnen von daten

Info

Publication number: DE69723056T2
Application number: DE1997623056
Authority: DE
Inventors: Masafumi Sagamihara-shi FUKUHARA; Mauricio Sagamihara-shi TEJADA
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2017-02-01
Also published as: CN1174260C; CA2241545C; JPH09211142A; CA2241545A1; CN1210592A; US6205087B1; NO319601B1; EP0877960B1; NO983498L; WO1997028464A1; RU2181494C2; AU1615497A; DE69723056D1; NO983498D0; AU720105B2; JP3696318B2; EP0877960A1

Description

Genaue Beschreibung der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Protokollierungstechnik zum Messen physikalischer Eigenschaften von unterirdischen Formationen, und insbesondere auf ein Protokollierungsverfahren und ein System, die Schallwellen verwenden.
Hintergrund
Um unterirdische Rohstoffquellen, wie z. B. solche, die Öl und Erdgas liefern, zu erkunden, wurde bisher eine Protokollierungstechnik verwendet, bei der ein Bohrloch in den Boden gebohrt wurde, eine Messvorrichtung, die als Bohrlochwerkzeug oder Sonde bezeichnet wird, innerhalb des Bohrlochs angeordnet wurde, so dass es nach oben und nach unten bewegbar war, und ein gemessenes Signal vom Bohrlochwerkzeug mittels einer Verarbeitungsvorrichtung verarbeitet wurde, die an der Oberfläche angeordnet und über ein Protokollierungskabel mit dem Bohrlochwerkzeug verbunden war. Ferner ist die Schallprotokollierung wohlbekannt, die das Ermitteln der Geschwindigkeit des Schalls, der sich durch die unterirdische Formation ausbreitet, unter Verwendung eines Schallwellengenerators und eines Empfängers, der am Bohrlochwerkzeug vorgesehen ist, umfasst. Es sei z. B. auf "Geophysical Well Logging", Jay Tittaman, Academic Press Inc., und auf "Illustration Physical Exploration", 1988, Physical Exploration Society, verweisen.
Bei der herkömmlichen Schallprotokollierung wird eine Schallwelle in Form eines Impulses von einem Schallgenerator ausgegeben und in den Boden übertragen, wobei die sich durch den Boden ausbreitende Schallwelle von einem Empfänger erfasst wird und als eine analoge Signalform über ein Protokollierungskabel zur Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung übertragen wird, die die analoge Signalform verarbeitet, um die Ankunftszeit der Schallwelle am Empfänger zu ermitteln. Aufgrund der Unzuverlässigkeit von analogen Daten, die nach der Übertragung über ein langes Protokollierungskabel empfangen werden, wurde jedoch vor kurzem vorgeschlagen, das analoge Signal am Bohrlochwerkzeug in ein digitales Signal umzuwandeln und anschließend dieses digitale Signal für die benötigte Verarbeitung zur Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung zu übermitteln (siehe "Acquisition and Analysis of Sonic Waveform From a Borehole Monopole and Dipole Source for the Determination of Compression and Shear Speeds and Their Relation to Rock Mechanical Properties and Surface Seismic Data", A. R. Harrison, C. J. Randal, J. B. Aron, C. F. Morris, A. H. Wingnall, R. A. Dwoorak, L. L. Rulledge und J. L. Perkins, SPE 20557, 1990, 23.–26. September, New Orleans, SPE 65th Annual Technical Conference and Exhibition). In der oben erwähnten Literatur (SPE 20557) wird jedoch, wie in deren 3 und 4 gezeigt ist, das gesamte digitale Signal, das einen im voraus gesetzten Schwellenwert überschreitet, für eine Analyse durch die Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung zu dieser übertragen. Dies erfordert die Übertragung einer übermäßigen Menge an digitalen Daten zur Oberfläche, wobei eine breite Bandbreite für die Telemetrie benötigt wird. Da außerdem ferner die Daten, die für die Schallprotokollierungsanalyse nicht unbedingt erforderlich sind, ebenfalls übertragen werden, ist die Effizienz der Operation sehr schlecht. Da ferner eine große Menge an digitalen Daten durch ein langes Protokollierungskabel übertragen wird, besteht auch die Möglichkeit von Fehlern bei der Übertragung.
Von der Erfindung zu lösenden Aufgaben
Die vorliegende Erfindung, die im Hinblick auf die oben erwähnten Punkte gemacht worden ist, schlägt ein Schallprotokollierungsverfahren und ein System vor, die die Nachteile des Standes der Technik, wie sie oben beschrieben worden sind, beseitigen können. Um dies zu erreichen, schlägt sie Möglichkeiten zur Minimierung der Menge an digitalen Daten vor, die zur Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung zu übertragen sind, wodurch die für die Telemetrie benötigte Bandbreite reduziert wird und ferner die Möglichkeit von Datenfehlern reduziert wird, um somit die Zuverlässigkeit des Systems zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schallprotokollierungsverfahren zum Bestimmen der Eigenschaften der Formationen, durch die ein Bohrloch verläuft, geschaffen, wobei das Verfahren ein Bohrlochwerkzeug verwendet, das im Bohrloch aufwärts und abwärts beweglich ange ordnet werden kann und mit einer Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung über ein Protokollierungskabel gekoppelt ist, wobei das Werkzeug mit wenigstens einem Schallwellengenerator und mit wenigstens einem Empfänger, die voneinander beabstandet sind, und außerdem mit einer Bohrlochverarbeitungsvorrichtung versehen ist, die mit dem Generator und mit dem Empfänger und außerdem mit der Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung über das Protokollierungskabel funktional gekoppelt ist, wobei in dem Verfahren das Bohrlochwerkzeug zunächst im Bohrloch geeignet angeordnet wird und dann der Schallwellengenerator dazu veranlasst wird, eine Schallwelle zu erzeugen und anschließend zu empfangen,
wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte:

(1) Verarbeiten eines Erfassungssignals vom Empfänger durch die Bohrlochverarbeitungsvorrichtung, um dadurch eine Ankunftszeit der Schallwelle bei ihrem Empfänger zu bestimmen; und
(2) Senden der so bestimmten Ankunftszeit zu der Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung durch das Protokollierungskabel.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schallprotokollierungs-Bohrlochwerkzeug zum Bestimmen der Eigenschaften der Formationen, durch die ein Bohrloch verläuft, geschaffen, wobei das Werkzeug umfasst:
wenigstens einen Schallwellengenerator; und
wenigstens einen Empfänger, der die Schallwelle empfangen kann, nachdem sich die Welle durch eine Bohrlochbodenformation oder eine Bohrlochverrohrung bewegt hat;
wobei das Werkzeug gekennzeichnet ist durch eine Steuervorrichtung, die die Erzeugung und den Empfang der Schallwelle steuert, wobei die Steuervorrichtung umfasst:
einen Analog/Digital-Umsetzer zum Digitalisieren eines Erfassungssignals von dem Empfänger in einem vorgegebenen Abtastintervall;
einen ersten Speicher zum Speichern einer auf diese Weise digitalisierten Signalform;
einen zweiten Speicher zum Speichern eines vorgegebenen Programms für die Verarbeitung der auf diese Weise digitalisierten Signalform; und
einen Mikroprozessor, der das in dem zweiten Speicher gespeicherte Programm ausführen kann, um dadurch im Betrieb die in dem ersten Speicher gespeicherte digitalisierte Signalform zu verarbeiten, um eine Ankunftszeit einer Schallwelle, die vom Generator erzeugt wird und beim Empfänger ankommt, zu bestimmen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schallprotokollierungssystem geschaffen, das die Zentralisierung der Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung und ein Schallwellenprotokollierungs-Bohrlochwerkzeug der Erfindung, wie eben definiert worden ist, umfasst.
Bei der Schallprotokollierung wird gewöhnlich eine Schallsignalform genutzt, die eine Mittenfrequenz von 15 kHz und eine Wellenlänge von 2,5 m aufweist. Beim Digitalisieren derselben führt dies im Fall einer 16-Bit-Auflösung zu 250·16 Bits = 4 Kilobits. Bei der herkömmlichen digitalen Schallprotokollierung wird diese Menge an digitalen Daten zu einer Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung durch ein Protokollierungskabel mittels Telemetriekommunikation übertragen, wobei die Verarbeitung zum Ermitteln der Ankunftszeit und der Amplitude der P-(Kompressions)-Welle von der Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird. Was jedoch wirklich bei der Schallprotokollierung erforderlich ist, ist grundsätzlich nur die Ankunftszeit und die Amplitude der P-Welle – selten oder niemals sind die restlichen digitalen Signalformdaten erforderlich. Die Daten, die wirklich notwendig sind, nämlich die zwei Zeitpunkte, umfassen somit bei der Digitalisierung lediglich 2·16 Bits = 32 Bits. Wie aus diesem einfachen Beispiel deutlich wird, kann dann, wenn die Verarbeitung der digitalisierten Signalform im Bohrlochwerkzeug selbst ausgeführt wird und nur die resultierende Ankunftszeit und die Amplitude zur Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung übertragen werden, die Menge an Daten, die durch das Protokollierungskabel zu übertragen sind, auf ein Hundertstel oder weniger reduziert werden, wobei als Ergebnis die Übertragungseffizienz deutlich verbessert wird und das Auftreten von Fehlern ebenfalls deutlich reduziert wird. Außerdem weist das Protokollierungskabel eine erhöhte Leerlaufzeit auf, so dass das Protokollierungskabel für bestimmte andere Zwecke verwendet werden kann. Die vorliegende Erfindung wurde hauptsächlich im Hinblick auf diese Punkte gemacht. Obwohl im übrigen gemäß der vorliegenden Erfindung die Hauptaufgabe darin besteht, im Bohrloch die Schallsignalankunftszeit und/oder die Amplitude zu bestimmen und anschließend das Ergebnis zur Oberfläche zu übertragen, ist es selbstverständlich in der vorliegenden Erfindung auch möglich – und in bestimmten Fällen wird dies sogar bevorzugt – nicht das gesamte digitale Signal sondern nur einen ausgewählten Abschnitt desselben zur Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung zu übertragen. Wie im folgenden genauer erläutert wird, hat eine solche selektive Übertragung des digitalen Signals den Vorteil, dass sie die Bestätigung der Datenzuverlässigkeit erlaubt (durch Ausführen einer erneuten Verarbeitung mit der Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung).
Im folgenden wird lediglich zur Erläuterung eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Schallprotokollierungssystem zeigt, das auf der Grundlage einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
2(1) und (2) sind schematische Darstellungen, die die Anordnung der Schallsender und -empfänger in einem Schallprotokollierungs-Bohrlochwerkzeug der vorliegenden Erfindung zeigen.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer Bohrloch-Verarbeitungseinheit zeigt, die im Schallprotokollierungs-Bohrlochwerkzeug der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Erfassungsroutine auf der Grundlage einer Ausführungsform eines Schallprotokollierungsverfahrens der vorliegenden Endung zeigt.
5(a) und (b) sind Darstellungen, die die digitalen Signalformen jeweils für offene und verschalte Bohrlöcher zeigen.
6(a) und (b) sind Darstellungen, die ein Schwellenerfassungsverfahren in der analogen bzw. digitalen Schallprotokollierung zeigen.
7(a) und (b) sind Darstellungen, die das Gleichstromoffset-Messzeitverfahren bzw. die Rauschmessungszeitspanne zeigen.
8 ist eine Darstellung, die die Ankunftszeiterfassungs-Zeitspannen-Startzeit und die Spitzenamplituden-Messzeitspanne zeigt.
9 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Niedrig- und Hoch-Schwellenerfassung und der Spitzenamplitudenerfassung zeigt.
10(a), (b) und (c) sind Darstellungen, die den Prozess zum Ausführen der Hochschwellenerfassung unter Verwendung der Interpolationsverarbeitung zeigen.
11 ist eine Darstellung, die zeigt, wie die Spitzenamplitude durch die quadratische Interpolation unter Verwendung einer parabelförmigen Linie ermittelt wird.

Erläuterung der Bezugszeichen

1: Bohrlochwerkzeug
2: Protokollierungskabel
3: Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung
4: Bohrloch
8: Bohrloch-Verarbeitungseinheit
12c: ADC-Umsetzer
13a: digitaler Signalprozessor
13c: Telemetrieschnittstelle
13d: Programmspeicher
Tt: Ankunftszeit
T₀: Schallwellenzündungszeit
Td: Erfassungsstartzeit
Tp: vorherige Ankunftszeit
T_ht: Hoch-Schwellen-Ankunftszeit
T_It: Niedrig-Schwellen-Ankunftszeit
E1: erste Spitze
E2: zweite Spitze

Ausführungsformen der Erfindung
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Schallprotokollierungssystem zeigt, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Wie in 1 gezeigt ist, enthält das vorliegende Schallprotokollierungssystem ein Bohrlochwerkzeug (auch als Sonde bezeichnet) 1, das innerhalb eines in den Boden gebohrten Bohrloches 4 nach oben und nach unten bewegt werden kann. Das Bohrlochwerkzeug 1 weist eine längliche Form auf, wobei an einer äußeren Umfangsoberfläche seines Gehäuses ein Schallsender T und ein Paar von Empfängern R1 und R2, die voneinander mit einem vorgegebenen Abstand in vertikaler Richtung beabstandet sind und auch von dem Sen der T mit einem vorgegebenen Abstand in vertikaler Richtung beabstandet sind, montiert sind. Innerhalb des Gehäuses des Bohrlochwerkzeuges 1 ist eine Bohrloch-Verarbeitungseinheit 8 gekapselt angeordnet. Ein Beispiel einer spezifischen Struktur einer Bohrloch-Verarbeitungseinheit 8 wird später mit Bezug auf 3 genauer beschrieben. Die Bohrloch-Verarbeitungseinheit 8 ist mit dem Schallsender T und den Empfängern R1 und R2 über (nicht gezeigte) interne Verbindungen verbunden, wobei eine Schallwelle in Form eines Impulses vom Schallsender T entsprechend einem Befehl von der Bohrloch-Verarbeitungseinheit 8 in die unterirdische Formation ausgesendet wird. Die Schallwelle breitet sich durch die unterirdische Formation längs des Bohrloches 4 in vertikaler Richtung aus und wird von den Empfängern R1 bzw. R2 empfangen, so dass entsprechende Erfassungssignale von den Empfängern R1 und R2 der Bohrloch-Verarbeitungseinheit 8 zugeführt werden. Wenn auf diese Weise die jeweiligen Ankunftszeiten T1 und T2 der Schallwelle an dem jeweiligen Empfängern R1 und R2, nachdem sie vom Schallsender T ausgesendet worden ist und sich durch die unterirdische Formation ausgebreitet hat, erfasst werden und eine Differenz zwischen diesen Ankunftszeiten, d. h. ΔT = T1 – T2, berechnet wird, kann anschließend die Ausbreitungszeit der Schallwelle, die sich durch die unterirdische Formation über die vertikale Strecke zwischen dem Paar der Empfänger R1 und R2 ausgebreitet hat, berechnet werden. Aus diesem vertikalen Abstand und der Ausbreitungszeit kann dementsprechend die Geschwindigkeit der Schallwelle, die sich durch die unterirdische Formation ausgebreitet hat, berechnet werden. Da ferner die Ausbreitungszeit der Schallwelle mit der Struktur der unterirdischen Formation in Beziehung steht, ist es möglich, eine solche Struktur zu analysieren.
Es ist zu beachten, dass das in 1 gezeigte Bohrloch ein sogenanntes "nacktes Bohrloch" ist, so dass die Wand des Bohrloches 4 von der unterirdischen Formation gebildet wird. Da in diesem Fall, wie oben beschrieben worden ist, die Schallwelle, die sich durch die unterirdische Formation ausgebreitet hat, erfasst wird, ist es möglich, hauptsächlich die Struktur der unterirdischen Formation zu analysieren. Andererseits wurde ein verschaltes Bohrloch verwendet, wobei in diesem Fall eine zylindrische Verschalung (Verrohrung) längs der Wandoberfläche des Bohrloches 4 eingesetzt ist. Wenn eine Verschalung vorhanden ist, ist, da sich die Schallwelle durch die Verschalung ausbreitet, die Schallwelle, die zuerst am Empfänger ankommt, diejenige, die sich durch die Verschalung ausgebreitet hat. In diesem Fall kann durch Messen der Amplitude der ersten P-Welle die Zemen tierung zwischen der Verschalung und der unterirdischen Formation, der Verbindungszustand zwischen den Segmenten der Verschalung oder dergleichen bewertet werden. Da insbesondere bei der Schallprotokollierung das Bohrlochwerkzeug 1 in der Mitte des Bohrloches 4 angeordnet sein soll, sind in der in 1 gezeigten Ausführungsform Zentrierelemente 1a, 1a an geeigneten oberen und unteren Stellen des Bohrlochwerkzeuges 1 vorgesehen. Es ist zu beachten, dass im Fall der Bewegung des Bohrlochwerkzeugs 1 nach oben und nach unten längs des Bohrloches 4 die Zentrierelemente 1a vorzugsweise in ihre zurückgezogene Positionen versetzt werden.
Der obere Abschnitt des Bohrlochwerkzeugs 1 ist mit einem Protokollierungskabel 2 verbunden ist, so dass das Bohrlochwerkzeug 1 am Protokollierungskabel 2 aufgehängt ist. Das Protokollierungskabel 2 hält nicht nur das Bohrlochwerkzeug 1 in einem mechanisch aufgehängten Zustand, sondern enthält auch (nicht gezeigte) Übertragungsleitungen, um somit die Übertragung von Signalen elektrisch oder optisch zu und von der Bohrloch-Verarbeitungseinheit 8 zu erlauben. Das Protokollierungskabel 2 ist um eine Trommel 6 gewickelt, die an einer Bodenoberfläche 5 angeordnet ist, und ist mit einem Verlängerungs-Protokollierungskabel 2' an der Zentralwelle der Trommel 6 verbunden. Ferner ist das Verlängerungs-Protokollierungskabel 2' mit einer Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung 3 verbunden, die typischerweise ein Computersystem umfasst.
2 zeigt einige Beispiele einer Anordnung von Schallsendern und Empfängern eines Bohrlochwerkzeuges, das gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Das heißt, in der in 1 gezeigten Ausführungsform ist ein einzelner Schallsender T und ein Paar von Empfängern R1 und R2 vorgesehen, während in einem Bohrlochwerkzeug 1' der 2(1) ein paar Schallsender UT und LT und ein paar Empfänger R1 und R2 vorgesehen ist. In diesem Fall kommt eine vom oberen Schallsender UT ausgesendete Schallwelle an dem Paar der Empfänger R1 und R2 zu den Ankunftszeiten TT1 bzw. TT2 an, während andererseits vom unteren Schallsender LT ausgesendete Schallwelle an dem Paar der Empfänger R1 und R2 zu den Ankunftszeiten TT3 bzw. TT4 ankommt. Andererseits sind in einem Bohrlochwerkzeug 1'' der 2(2) zwei Paare von Empfängern R1 und R3 sowie R3 und R4 zwischen einem Paar von Schallsendern UT und LT angeordnet, wobei eine Schallwelle vom oberen Schallsender UT an dem paar Empfänger R2 und R4 zu den Ankunftszeiten TT2 und TT1 ankommt, während eine Schallwelle vom unteren Schallsender LT an dem anderen Paar der Empfänger R1 und R3 zu den Ankunftszeiten TT3 bzw. TT4 ankommt. Auf diese Weise kann durch Vorsehen einer Struktur, in der Schallwellen von separaten Schallsendern am selben Formationsort erfasst werden, die Zuverlässigkeit von Daten erhöht werden, wobei eine genaue Analyse einer unterirdischen Formation durchgeführt werden kann.
3 ist ein Blockschaltbild, das eine genaue Struktur einer Ausführungsform der Bohrloch-Verarbeitungseinheit 8 innerhalb des Bohrlochwerkzeugs 1 zeigt. In 3 enthält die Bohrloch-Verarbeitungseinheit 8 einen Bodenverbinder 10, der mit dem Schallsender T und den Empfängern R1 und R2 des Bohrlochwerkzeugs 1 elektrisch verbunden ist. Da in der in 1 gezeigten Ausführungsform das Bohrlochwerkzeug 1 ein paar Empfänger R1 und R2 aufweist, sind diese mit dem Bodenverbinder 10 und somit mit den jeweiligen entsprechenden Vorverstärkern 11a in einem Vorverstärkerabschnitt 11 verbunden. Außerdem ist auch der Schallsender T mit dem Bodenverbinder 10 verbunden, so dass ein Zündungssteuersignal zum Zünden (Aussenden) einer Schalwelle durch Anregen des Schallsenders T dem Schallsender T zugeführt wird und eine Hochspannung zum Zünden einer Schallwelle von einer Hochspannungsstromversorgung 14b eines Stromversorgungsabschnitts 14 dem Schallsender T zugeführt wird. Außerdem wird ein Erfassungssignal der Schallwellenzündungszeit Tp vom Schallsender T geliefert. Im Vorverstärkerabschnitt 11 ist ferner ein Signalpegelumsetzer 11b vorgesehen, der mit den jeweiligen Vorverstärkern 11a verbunden ist. Dieser Signalpegelumsetzer 11b kann verwendet werden in dem Fall, in dem das Bohrlochwerkzeug 1 zwei Kanäle besitzt, als Verstärkungseinstelleinheit.
Der Vorverstärkerabschnitt 11 ist über einen Bus, der zwei parallele Pfade aufweist, die jeweils einen Multiplexer 12a, einen Verstärker 12b (der ein Anti-Aliasing-Filter enthält) und einen Analog-Digital-Umsetzer 12c enthalten, mit einem Datenerfassungsabschnitt 12 verbunden. Der Datenerfassungsabschnitt 12 ist ferner über einen Bus mit einem Steuerabschnitt 13 verbunden. Der Steuerabschnitt 13 enthält einen digitalen Signalprozessor (DSP) 13a, eine digitale Steuerungsschnittstelle 13b, eine Telemetrieschnittstelle 13c, einen Programmspeicher 13d und einen Datenspeicher 13e, die über Busse miteinander verbunden sind, wobei sich der DSP 13a in der Mitte befindet. Obwohl in dieser Ausführungsform für den DSP 13a der ADSP-2101 verwendet wird, der im Handel vom Analog Devices Inc. erhältlich ist, soll die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung eines solchen spezifischen Prozessors beschränkt sein, wobei auch irgendein anderer Uni versal-Mikroprozessor, ein Mikrokontroller oder dergleichen verwendet werden kann. Der Programmspeicher 13d kann mittels einem oder mehrerer gewöhnlicher nichtflüchtiger Speicher konstruiert sein, wie z. B. ROM, PROM, EPROM und EEPROM. Insbesondere ist zu beachten, dass eine Schallprotokollierungsroutine (z. B. eine digitale Erste-Ankunft-Erfassung, oder einfach DFDA) zum Implementieren verschiedener einzigartiger Schallprotokollierungsfunktionen der vorliegenden Erfindung, die später genauer beschrieben werden, in diesem Programmspeicher 13d gespeichert ist. Das heißt, die Erfassungssignale von den Empfängern und R2 werden A/D-Umsetzer 12c digitalisiert, wobei die resultierenden digitalen Signalformen im Datenspeicher 13e gespeichert werden, so dass es für den DSP 13a möglich ist, die im Datenspeicher 13e gespeicherten digitalen Signalformen entsprechend einem Schallprotokollierungsprogramm zu verarbeiten, das im Programmspeicher 13d gespeichert ist, um somit die Ankunftszeit, die Amplitude oder dergleichen der ersten P-Welle zu ermitteln. Ferner ist zu beachten, dass der Datenspeicher 13e einen RAM zum Speichern von Arbeitsdaten umfasst. Die digitale Steuerungsschnittstelle 13b ist insbesondere für die Zeitsteuerung verantwortlich und steuert den Zeitablauf der Operation des Vorverstärkerabschnitts 11, des Datenerfassungsabschnitts 12 und des Schallsenders T. Außerdem ist zu beachten, dass als eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Prozessor 13a und der Programmspeicher 13d in Form von Firmware, wie z. B. Logikgattern, anstelle eines Mikroprozessors konstruiert sein können.
Der Steuerabschnitt 13 ist mit einem oberen Verbinder 15 über einen Bus verbunden, wobei der obere Verbinder 15 mit einem (nicht gezeigten) Telemetrieeinsatz verbunden ist, der seinerseits mit einem Ende des Protokollierungskabels 2 verbunden ist. Somit kann der DSP 13a Daten zu oder von der Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung 3 mittels Telemetriekommunikation über das Protokollierungskabel 2 senden oder empfangen. Außerdem ist eine Niedrigspannungs-Stromversorgung 14a im Stromversorgungsabschnitt 14 vorgesehen, um dem Vorverstärkerabschnitt 11, dem Datenerfassungsabschnitt 12 und dem Steuerabschnitt 13 Strom zuzuführen.
Im folgenden wird mit Bezug auf die 4 bis 11 eine einzigartige Bohrloch-Schallprotokollierungsfunktion und ein Verfahren der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben. 4 zeigt ein Flussdiagramm des DFAD-(Digitale-Erste-Ankunft-Erfassung)-Programms zum Ermitteln der Ankunftszeit und der Amplitude im Bohrloch, d. h. innerhalb eines Bohrloches, im Schallprotokollierungsprogramm der vorliegenden Erfindung, das in dem in 3 gezeigten Programmspeicher 13d gespeichert ist. Es ist zu beachten, dass die in 4 gezeigte DFAD-Routine nur ein Teil der Schallprotokollierung der vorliegenden Erfindung ist. Das heißt, eine Bohrloch-Schallprotokollierungssequenz der vorliegenden Erfindung enthält grundsätzlich die folgenden vier Routinen.

(1) Schallsender-Aktivierungsroutine
(2) Datenerfassungs- und Digitalisierungsroutine
(3) DFAD-Routine
(4) Telemetrieübertragung der DFAD-Ergebnisse zur Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung

Das heißt, gemäß der Bohrloch-Schallprotokollierungssequenz der vorliegenden Erfindung liefert an erster Stelle in der Routine (1) der DSP 13a einen Befehl zum Aussenden einer Schallwelle an den Schallsender T entsprechend dem Schallprotokollierungsprogramm, das im Programmspeicher 13d gespeichert ist. Anschließend erfasst der DSP 13a in der Routine (2) den Schallzündungszeitpunkt Tp und tastet die Erfassungssignale von den Empfängern R1 und R2 mit einem vorgegebenen Abtastintervall (z. B. 10 Mikrosekunden) ab und digitalisiert diese anschließend mittels des A/D-Umsetzers 12c. Die resultierende digitale Signalform wird im Datenspeicher 13e gespeichert. Es ist zu beachten, dass auch in diesen Routinen (1) und (2) die DFAD-Routine bei Bedarf aufgerufen wird, um die in der DFAD gespeicherten Daten zu verwenden. Anschließend tritt er in den Ablauf der DFAD-Routine ein (4), in der die im Datenspeicher 13a gespeicherte digitale Signalform verarbeitet wird, um somit die Ankunftszeit und/oder die Amplitude bezüglich der ersten P-Welle in der digitalen Signalform zu ermitteln. Anschließend tritt er in die Routine (4) ein, wo die Ankunftszeit und/oder Amplitude, die so ermittelt worden sind, in einen Telemetrierahmen eingesetzt werden, der seinerseits über die Telemetrieschnittstelle 13c zur Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung 3 gesendet wird oder in einen Bereitschaftszustand versetzt wird, bis der Telemetrierahmen voll wird. Die obenbeschriebene Bohrloch-Schallprotokollierungssequenz wird in verschiedenen Tiefen im Bohrloch 4 wiederholt ausgeführt, während das Bohrlochwerkzeug 1 längs des Bohrloches 4 bewegt wird, um somit eine Protokollierung längs der Längsrichtung des Bohrloches 4 zu erhalten.
Im folgenden werden mit Bezug auf das Flussdiagramm der 4 ein zelne Routinen zum Ermitteln der Ankunftszeit und der Amplitude der ersten P-Welle von einer digitalen Signalform in der DFAD-Routine genauer beschrieben.
Sobald wie oben beschrieben eine digitale Signalform, die durch Abtasten mit einem vorgegebenen Verstärkungsfaktor und einem vorgegebenen Abtastintervall (z. B. 10 Mikrosekunden) nach dem Zünden einer Schallwelle und Digitalisieren der abgetasteten Daten (z. B. umfasst jeder Abtastwert einen vorzeichenbehafteten ganzzahligen Wert von 16 Bits) erhalten worden ist, im Datenspeicher 13e gespeichert worden ist, ruft der DSP 13a im Schritt 20 der 4 die im Programmspeicher 13d gespeicherte DFAD-Routine auf.
Obwohl im Flussdiagramm der 4 nicht gezeigt, wird in der vorliegenden Ausführungsform zu Beginn von DFAD zuerst ermittelt, ob eine digitale Signalform zu invertieren ist, in Abhängigkeit von der Art des Bohrlochs 4. Das heißt, wie vorher beschrieben worden ist, das Bohrloch 4 weist grundsätzlich zwei Arten auf und kann somit ein nacktes Bohrloch sein, d. h. ein offener Typ ohne Verschalung, wie in 1 gezeigt ist, oder ein verschaltes Bohrloch, d. h. ein verkleideter Typ, bei dem die Wandoberfläche des Bohrloches 4 mit einer zylindrischen Verschalung verkleidet ist. In Abhängigkeit davon, ob das Bohrloch 4 einem dieser zwei Typen entspricht, unterscheidet sich somit das Signalformmuster eines erfassten Signals, weshalb sich auch dessen Verarbeitung unterscheidet. Im Fall eines offenen Bohrloches wird hauptsächlich die Ankunftszeit der ersten P-Welle, die sich durch die Bodenformation längs des Bohrloches ausgebreitet hat und von den jeweiligen Empfängern empfangen worden ist, ermittelt, woraufhin auf der Grundlage der so ermittelten Ankunftszeit die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Schallwelle, oder dessen Inverse der Langsamkeit, berechnet wird. Solche Parameter, wie die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwelle und die Langsamkeit, werden zur Struktur einer unterirdischen Formation in Beziehung gesetzt, so dass eine solche unterirdische Formationsstruktur (z. B. die Existenz von Öl oder dergleichen) analysiert werden kann, indem diese Parameter längs der Longitudinalrichtung eines Bohrloches abgebildet werden. Andererseits wird im Fall eines Verschalungstyp-Bohrloches hauptsächlich die Amplitude der ersten P-Welle, die sich durch die Verschalung ausgebreitet hat, ermittelt und anschließend auf der Grundlage der Größe der Amplitude die Verbindungsfestigkeit (Verbindungsindex) oder der Grad der Zementierung zwischen der Verschalung und der Bodenformation ausgewertet. Das heißt, da mit höherer Bindungsfestigkeit zwischen der Verschalung und ihrer umgebenden Bodenformation mehr Schallenergie in die umge bende Bodenformation austritt, wird die Amplitude der ersten P-Welle, die vom Empfänger R erfasst wird, kleiner.
Wie in 5(a) gezeigt ist, wird im Fall der Protokollierung mit einem offenen Bohrloch die Polarität der erfassten digitalen Signalform invertiert, da es üblich ist, die Ankunftszeit T unter Verwendung einer zweiten Spitze E2 statt der ersten Spitze E1 der P-Welle zu ermitteln. Es ist zu beachten, dass, obwohl die digitale Signalform tatsächlich individuelle diskrete Datenwerte aufweist, die voneinander mit dem Abtastintervall beabstandet sind, diese als eine glatte und kontinuierliche Kurve in 5 der Bequemlichkeit halber gezeigt ist. Wie vorher erläutert worden ist, bezeichnet Tp die Schallwellenzündungszeit. Andererseits, wie in 5(b) gezeigt, wird im Fall der Protokollierung mit einem Verschalungstyp-Bohrloch die Polarität der digitalen Signalform in diesem Fall nicht invertiert, da es üblich ist, die Amplitude A unter Verwendung der ersten Spitze E1 zu ermitteln. Da die zweite Spitze E2 in der Polarität entgegengesetzt zur ersten Spitze E1 ist, ist es dann, wenn die aktuelle DFAD-Routine sowohl beim offenen Typ als auch beim verschalten Typ der Bohrlöcher verwendet werden soll, notwendig, die Polarität der Daten einer digitalen Signalform zu invertieren, wenn die Ankunftszeit T unter Verwendung der zweiten Spitze E2 ermittelt wird. Auf diese Weise ist es in dem Fall, indem die Verarbeitung mit der DFAD-Routine durch Invertieren der Polarität der Daten einer digitalen Signalform ausgeführt wird, erforderlich, die Daten der digitalen Signalform nach der Verarbeitung mit der DFAD-Routine erneut zu invertieren, um somit zum ursprünglichen Zustand zurückzukehren. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführung es erforderlich ist, die Polarität einer digitalen Signalform zu invertieren, da sie so strukturiert ist, dass die Ankunftszeit T unter Verwendung der zweiten Spitze E2 bei der Protokollierung mit einem offenen Bohrloch ermittelt wird; wenn sie jedoch so strukturiert ist, dass die Ankunftszeit T unter Verwendung der ersten Spitze E1 auch im Fall eines offenen Bohrlochs ermittelt wird, ist es selbstverständlich nicht erforderlich, die Polarität der digitalen Signalform zu invertieren.
Wie mit Schritt 21 der 4 gezeigt ist, wird anschließend eine Gleichspannungsoffset-Messung ausgeführt. Dieser Schritt dient dazu, den Nullpegel der Grundlinie einer Signalform einzurichten, d. h. den Erfassungspegel unter der Bedingung, in der noch keine Schallwelle am Detektor R angekommen ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine digitale Signalform durch Digitalisieren eines Erfassungssignals mittels des A/D-Umsetzers 12c innerhalb des Bohrlochwerkzeuges 1 erhalten, wobei jedoch die Grundlinie der digitalen Signalform nicht unbedingt mit dem Nullpegel im Ausgangssignal eines D/A-Umsetzers 12c genau übereinstimmt. Genauer wird in dieser Ausführungsform ein 16-Bit-ADC (oder A/D-Umsetzer) als A/D-Umsetzer 12c verwendet, wobei in diesem Fall eine solche Differenz im Besonderen vernachlässigbar ist. Um eine Differenz zwischen dem Nullpegel im Ausgangssignal des A/D-Umsetzers 12c und der Grundlinie der digitalen Signalform zu berücksichtigen, muss daher eine solche Differenz als ein Gleichspannungsoffset gemessen werden. Wie in 7(a) gezeigt ist, kann eine Gleichspannungsoffset-Messzeitspanne T_OFF als ein willkürlicher Ort des Grundlinienabschnitts einer digitalen Signalform gesetzt werden, jedoch muss sie vor dem Start einer Ankunftszeiterfassungszeitspanne gesetzt werden. Indem in 7(a) gezeigten Beispiel ist die Gleichspannungsoffset-Messzeitspanne T_OFF so gesetzt, dass sie 100 Mikrosekunden beträgt, während das Abtastintervall auf 10 Mikrosekunden gesetzt ist, so dass sich 11 abgetastete Datenpunkte ergeben. Der Gleichspannungsoffset wird durch Berechnen des Durchschnitts dieser Datenpunkte ermittelt. Es ist zu beachten, wie später beschrieben wird, dass der so erhaltene Gleichspannungsoffset für das Anpassen des Orts der Schwelle verwendet wird, die zum Ermitteln der Ankunftszeit Tt und ferner zum Korrigieren des gemessenen Wertes der Spitzenamplitude verwendet wird.
Anschließend wird die Rauschmessung im Schritt 22 der 4 ausgeführt. In dieser Rauschmessung wird die Amplitude der maximalen positiven Rauschspitze in der Grundlinie einer digitalen Signalform bis zum Start der Ankunftszeiterfassungs-Zeitspanne ermittelt. Die so ermittelte maximale Rauschamplitude wird zum Einstellen des Rauschpegels der Amplitude der ersten P-Welle verwendet, die später zu bestimmen ist, und ferner zum Bewerten der Amplitude der so ermittelten P-Welle. Vorzugsweise wird z. B. mit den gesetzten Mittelund Hoch-Rauschschwellen die maximale Rauschamplitude, die so ermittelt worden ist, klassifiziert, indem bestimmt wird, ob sie ein niedriger Rauschpegel, ein mittlerer Rauschpegel oder ein hoher Rauschpegel ist, woraufhin sie zum Bewerten des Ergebnisses verwendet wird, das durch diese Routine im Bewertungsschritt 30 erhalten wird, der der letzte Schritt in der Routine ist. In der in 7(b) gezeigten Ausführungsform ist die Rauschmessung so eingestellt, das eine Rauscherfassungszeitspanne T_RAUSCHEN am Anfang der Ankunftszeit-Erfassungszeitspanne endet, wobei, da elf Abtastpunkte im Intervall von 10 Mikrosekunden vorhanden sind, diese auf 100 Mikrosekunden gesetzt ist. Ferner wird bei der Rauschmessung die maximale positive Spitze MLP in dieser Rauscherfassungszeitspanne ermittelt. In diesem Fall wird die Rauschspitze z. B. ermittelt, indem die maximale positive Amplitude gefunden wird, deren vorangehende und nachfolge benachbarte Abtastpunkte jeweils eine kleinere Amplitude aufweisen. Die Rauscherfassungszeitspanne kann auf eine willkürliche Zeitspanne an einer willkürlichen Grundlinienposition gesetzt werden, in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen, solange sie vor dem Start der Ankunftszeit-Erfassungszeitspanne bleibt.
Anschließend wird im Schritt 23 der 4 eine automatische Verstärkungssteuerroutine ausgeführt. In der automatischen Verstärkungssteuerroutine, wie in 5(a) gezeigt ist, wird bei der Erfassung der Ankunftszeit Tt der ersten P-Welle ein Schnittpunkt der Kurve, die in Richtung zur positiven Spitze E2 der ersten P-Welle gerichtet ist, mit einer vorgegebenen Schwelle ermittelt, wobei die Ankunftszeit anhand der Zeitspanne vom Schallwellenzündungszeitpunkt T₀ zum Schnittpunkt ermittelt wird. Der Grund dafür, dass die Ankunftszeit unter Verwendung eines Schnittpunktes mit einer ausgewählten Schwelle statt mit der Grundlinie einer digitalen Signalform oder dem Nulldurchgang mit dem Nullpegel ermittelt wird, liegt darin, dass, wie oben beschrieben, die Grundlinie einer digitalen Signalform Rauschen sowie einen Gleichspannungsoffset enthält, wobei ein Fehler auftreten kann, wenn der Nulldurchgang mit der Grundlinie der digitalen Signalform verwendet wird. Sie ist daher so strukturiert, dass hinsichtlich des erfassten Rauschens und des Gleichspannungsoffsets ein Schwellenpegel ermittelt wird und ein Schnittpunkt mit dieser Schwelle erfasst wird, um die Ankunftszeit Tt zu bestimmen. Eine solche Schwelle wird somit als ein vorgegebenes Verhältnis relativ zur Amplitude der Spitze E2 der ersten P-Welle ermittelt. Wenn der Schwellenpegel, der für die Bestimmung der Ankunftszeit Tt verwendet werden soll, als ein vorgegebenes Verhältnis relativ zur Spitze E2 in dieser Weise definiert ist, wird es in dem Fall, in dem der Amplitudenwert der Spitze E2 der nächsten digitalen Signalform sich vom Amplitudenwert der Spitze E2 der vorangehenden digitalen Signalform unterscheidet, erforderlich, den für die Spitze E2 der vorangehenden digitalen Signalform verwendeten Schwellenpegel anzupassen, wenn die Ankunftszeit Tt für die nächste digitale Signalform bestimmt werden soll. Die automatische Verstärkungssteuerung ermittelt aus diesem Grund eine Erfassungsverstärkung, die für die Erfassungsverarbeitung zu verwenden ist, und passt den Schwellenpegel unter Verwendung der Erfassungsverstärkung für jede digitale Signalform an, wodurch die Ermittlung einer Ankunftszeit Tt unter Verwendung eines Schwellenpegels, der immer mit einem vorgegebenen Verhältnis relativ zur Spitze E2 ermittelt wird, sicherzustellen.
Was im vorangehenden Absatz beschrieben worden ist, wird mit Bezug auf die 6(a) und (b) genauer beschrieben. 6(a) zeigt den Zustand, indem die Ankunftszeit Tt unter Verwendung eines Schwellenpegels im Stand der Technik der analogen Schallprotokollierung ermittelt wird. Wenn in diesem Fall eine Schallwelle von einem Bohrlochwerkzeug erfasst wird, wird deren Erfassungssignal zu einer Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung mittels Telemetriekommunikation übertragen, so dass die Ermittlung der Ankunftszeit von der Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird. Die in 6(a) gezeigte Signalform ist daher eine kontinuierliche analoge Signalform. Im übrigen ist Td die Erfassungsstartzeit für die aktuelle Ankunftszeiterfassung, während Tp die Ankunftszeit ist, die durch die vorangehende Ankunftszeit-Erfassungsverarbeitung ermittelt worden ist. Ein von Tp nach Td gerichteter Pfeil zeigt die Tatsache an, dass die Startzeit Td der aktuellen Erfassungszeitspanne um ein Zeitmaß, das vorher ausgewählt worden ist oder durch Ausführen eines vorgegebenen Prozesses ermittelt wird, früher gesetzt ist als die Ankunftszeit Tp, die von der vorangehenden Verarbeitung ermittelt worden ist. Tt ist die Ankunftszeit, die durch die aktuelle Verarbeitung ermittelt worden ist.
In 6(a) ist der Fall gezeigt, indem die Verstärkungssteuerung ausgeführt wird, um die Amplitude der Spitze E2 über die veränderliche Verstärkungssteuerung in einem analogen Erfassungssystem bei 5.000 mV zu halten. Es ist gezeigt, dass zwei Schwellen, nämlich eine hohe Schwelle von 1.000 mV und eine niedrige Schwelle von 250 mV, gesetzt werden. Selbst wenn somit die Spitze E2 der nächsten Signalform einen Amplitudenwert aufweist, der sich von demjenigen der Spitze E2 der vorangehenden Signalform unterscheidet, ändert sich der Schwellenpegel, der einmal gesetzt worden ist, nicht, so dass die erfasste Ankunftszeit und der Amplitudenwert der Spitze E2 sich von Signalform zu Signalform im Wert unterscheiden.
Andererseits zeigt 6(b) das Erfassungsprinzip auf der Grundlage einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Obwohl 6(b) ein Erfassungssignal der Bequemlichkeit halber mittels einer durchgezogenen Linie zeigt, ist zu beachten, dass diese Linie tatsächlich eine Ansammlung diskreter Abtast punkte ist, da sie eine digitale Signalform ist. In 6(b) ist Ad eine gewünschte Spitzenamplitude der Spitze E2, HT ist eine hohe Schwelle und LT ist eine niedrige Schwelle. Es ist zu beachten, dass die gewünschte Spitzenamplitude Ad eine Amplitude ist, für die die automatische Verstärkungssteuerung eine Spitze wünscht, wobei die Erfassungsverstärkung für die nächste Erfassung auf der Grundlage der aktuellen Erfassungsverstärkung und einem Verhältnis zwischen der vorangehenden Ad und der vorangehenden Amplitude angepasst wird. Die übrigen Parameter haben die gleichen Bedeutungen wie diejenigen der 6(a). Da gemäss der vorliegenden Erfindung die Verarbeitung innerhalb eines Bohrlochwerkzeuges ausgeführt wird, ist es für den Operator unmöglich, die Verstärkung des Verstärkers zu steuern. Außerdem wird bei der Bohrloch-Verarbeitungseinheit 8 eine digitale Signalform mit einer vorgegebenen Verstärkung abgetastet. Wenn somit in diesem Fall der Schwellenpegel auf einem konstanten Pegel fixiert ist, ändert sich das Verhältnis der Spitze E2 zur Amplitude Ad der jeweiligen Signalform. Um die Pegel der Schwellen HT und LT relativ zur Spitze E2 auf vorgegebenen Verhältnissen für die jeweiligen Signalformen zu halten, wird unter diesen Umständen die Erfassungsverstärkung für jede der Signalformen auf der Grundlage der Amplitude der erfassten E2 berechnet. Anschließend werden die Schwellenpegel HT und LT für jede der Signalformen auf der Grundlage der so berechneten Erfassungsverstärkung gesetzt.
Der Grund dafür, dass die Erfassungsverstärkung auf diese Weise berechnet wird, liegt darin, dass in der Verarbeitung einer digitalen Signalform die Ankunftszeit und der Amplitudenwert der Spitze E2 unter Verwendung der Erfassungsverstärkung ermittelt werden, die für die vorangehende Signalform ermittelt worden ist oder vom Benutzer im Fall der allerersten Verarbeitung ausgewählt worden ist, woraufhin die Erfassungsverstärkung auf der Grundlage dieser Werte für die aktuelle Signalform modifiziert wird. Ferner wird die aktuelle Signalform unter Verwendung der Erfassungsverstärkung verarbeitet, die so modifiziert worden ist, um somit eine verfeinerte Ankunftszeit und einen verfeinerten Amplitudenwert der Spitze E2 zu ermitteln. Durch zweimaliges Wiederholen eines solchen Prozesses können die Ankunftszeit und der Amplitudenwert der Spitze E2 auf der Grundlage der Erfassungsverstärkung der aktuellen Signalform ermittelt werden. Da wie oben beschrieben in der obenbeschriebenen Ausführungsform die Schwellen HT und LT bei vorgegebenen Verhältnissen bezüglich der Spitze E2 für jede der Signalformen ermittelt werden, ist es notwendig, die Erfassungsverstär kung für jede der Signalformen zu ermitteln, wobei für diesen Zweck eine digitale Signalform verarbeitet wird, um die Erfassungsverstärkung dieser Signalform in der automatischen Verstärkungssteuerroutine zu ermitteln. In einer bevorzugten Ausführungsform werden in der automatischen Verstärkungssteuerroutine maximale und minimale Erfassungsverstärkungen in Abhängigkeit von den Bedingungen gesetzt, wobei nur dann eine gültige Erfassungsverstärkung ermittelt wird, wenn die berechnete Erfassungsverstärkung zwischen diese fällt.
Anschließend werden im Schritt 24 der 4 unter Verwendung der Erfassungsverstärkung, wie oben berechnet worden ist, verschiedene Schwellenpegel einschließlich hoher und niedriger Schwellenpegel HT und LT berechnet. In einer Ausführungsform werden z. B. (1) die gewünschte Amplitude (100%), (2) die niedrige Schwelle (5%), (3) die hohe Schwelle (20%), (4) die mittlere Rauschschwelle (4%) und (5) die hohe Rauschschwelle (40%) berechnet.
Anschließend wird im Schritt 25 der 4 eine Ankunftszeit-Erfassungszeitspanne für die Erfassung der Ankunftszeit Tt in einer digitalen Signalform gesetzt. Die Ankunftszeit-Erfassungszeitspanne dient dazu, zu ermitteln, welcher Abschnitt einer digitalen Signalform für die Erfassung der Ankunftszeit Tt zu verwenden ist. Eine solche Erfassungszeitspanne kann veränderlich gesetzt werden, oder auf einen festen Wert für jede der Signalformen. Um die Erfassungsverarbeitung der Ankunftszeit Tt schnell und effizient auszuführen, ist es wünschenswert, die Erfassungszeitspanne an einen Ort zu setzen, wo die Ankunftszeit Tt wahrscheinlich vorhanden ist, d. h. so, dass die Erfassungszeitspanne unmittelbar vor der Umgebung eines Schnittpunktes mit einer Schwelle beginnt. Zum Beispiel wird die Erfassungszeitspanne für die aktuelle und die nächste digitale Signalform auf der Grundlage des verarbeiteten Ergebnisses der vorangehenden digitalen Signalform gesetzt, wobei es, da es nicht wahrscheinlich ist, dass die Ankunftszeit der aktuellen digitalen Signalform sich von der Ankunftszeit der vorangehenden digitalen Signalform deutlich ändert, vorgezogen wird, den Start der Erfassungszeitspanne zu ermitteln, indem über eine vorgegebene Zeitspanne auf der Grundlage der Ankunftszeit der vorangehenden digitalen Signalform zurückgegangen wird. Genauer, da im Fall eines offenen Bohrlochs die Schallwelle, die sich durch die unterirdische Formation ausbreitet, erfasst wird, ist es wirksam, die Erfassungszeitspanne veränderlich für jede der digitalen Signalformen zu setzen. Da andererseits im Fall eines Verschalungstyp-Bohrloches die Ankunftszeit für die Größe einer gegebenen Verschalung gleich bleibt, ist es mög lich, eine feste Erfassungszeitspanne zu verwenden.
In 8 ist Td die Startzeit der Ankunftszeit-Erfassungszeitspanne und wird gesetzt, indem über eine vorgegebene Zeitspanne von der Ankunftszeit Tp, die bei der vorangehenden Verarbeitung ermittelt worden ist, zurückgegangen wird, wobei sich zeigt, dass die Ankunftszeit Tt an einem positiv verlaufenden Schnittpunkt der digitalen Signalform mit der hohen Schwelle HT für die erste Zeit gesetzt ist und die Erfassungszeitspanne hier endet. Bei der Ermittlung der Ankunftszeit Tt beginnt eine Amplitudenmessungs-Zeitspanne für die Spitze E2 im Schritt 29 der 4, wobei die Amplitudenmessungs-Zeitspanne an einem vorgegebenen Zeitpunkt Ta endet. Außerdem zeigt 9, dass eine digitale Signalform sich zuerst auf einem Ausgangsnullpegel A₀ des A/D-Umsetzers befindet und sich zur ersten positiven Spitze E2 ändert. Die Zeitpunkt, zu dem die digitale Signalform die niedrige Schwelle LT zum ersten Mal schneidet, wird mit T_LT bezeichnet, während der Zeitpunkt, zu dem die digitale Signalform die hohe Schwelle HT zum ersten Mal schneidet, mit T_HT bezeichnet wird. Der Zeitpunkt T_HT wird zur Ankunftszeit Tt, die für diese Signalform ermittelt wird. Außerdem wird der Amplitudenwert der Spitze E2 durch Ad angegeben.
Anschließend wird in den Schritten 26 bis 28 die 4 eine Niedrig- und Hoch-Schwellenerfassungsroutine ausgeführt. Diese Routine kann grundsätzlich als in zwei Stufen unterteilt betrachtet werden. Nämlich (1) eine Niedrig- und Hoch-Schwellenerfassung unter Verwendung abgetasteter Signalformdaten, und (2) eine endgültige Hoch-Schwellenerfassung mittels Interpolation von Signalformdaten. In der ersten Stufe, wie in 10(a) gezeigt ist, werden digitale Signalformabtastpunkte, die in einem Intervall von 10 Mikrosekunden abgetastet worden sind, in einer Erfassungszeitspanne, die wie oben beschrieben gesetzt ist, abgetastet, um somit die ersten Abtastpunkte zu finden, die jeweils die Niedrigund Hoch-Schwellen LT und HT zum ersten Mal in positive Richtung geschnitten haben. Im vorliegenden Fall ist es der Abtastpunkt T_LT, der die niedrige Schwelle LT zum ersten Mal in positiver Richtung geschnitten hat, und es ist der Abtastpunkt T_HT, der die hohe Schwelle HT zum ersten Mal in positiver Richtung geschnitten hat. Somit wird gemäß der Verarbeitung der ersten Stufe der Abtastpunkt T_HT vorläufig als die Ankunftszeit Tt ermittelt. Dies liegt daran, dass in dieser Ausführungsform die Ankunftszeit als ein Zeitpunkt definiert ist, zu dem die erste T-Welle die hohe Schwelle HT zum ersten Mal in positiver Richtung schneidet. Wenn somit die Ankunftszeit anders definiert wird, kann ein spezifisches Ver fahren zum Ermitteln der Ankunftszeit abweichen. Obwohl auf diese Weise der Abtastpunkt T_HT vorläufig als die Ankunftszeit dieser digitalen Signalform in Folge der ersten Stufe dieser Routine ermittelt wird, kann ein Fall auftreten, bei dem der Abtastpunkt T_HT tatsächlich weit entfernt von der hohen Schwelle HT liegt. Dies liegt daran, dass die jeweiligen Abtastpunkte über das Abtastintervall von 10 Mikrosekunden bei der Datenerfassung beabstandet sind. Selbst wenn somit das Abtastintervall ausreichend fein ist oder das Abtastintervall relativ grob ist, jedoch der Abtastpunkt T_HT, der durch die erste Stufe ermittelt worden ist, die hohe Schwelle HT mit einer ausreichenden Genauigkeit schneidet, kann diese Routine am Ende der ersten Stufe beendet werden.
Diese Routine erlaubt, die Ankunftszeit und hohe Genauigkeit zu ermitteln, indem ein Schnittpunkt zwischen der digitalen Signalform und der hohen Schwelle HT genau geschätzt wird, indem ein Interpolationsprozess in der zweiten Stufe ausgeführt wird. Diese zweite Stufe entspricht der Schleife, die den Schritt 28 in 4 enthält. In der vorliegenden Ausführungsform wird dieser Interpolationsprozess ebenfalls in zwei Stufen ausgeführt. Das heißt, an erster Stelle wird eine bandbegrenzte Interpolation, die in 10(b) gezeigt ist, ausgeführt, woraufhin eine in 10(c) gezeigte lineare Interpolation ausgeführt wird. Wie in 10(b) gezeigt ist, wird die bandbegrenzte Interpolation ausgehend vom Abtastpunkt (in diesem Fall dem Abtastpunkt T_LT) angewendet, der den Abtastpunkt T_HT, der vorläufig als Ankunftszeit Tt ermittelt worden ist, unmittelbar vorangeht, um somit Interpolationspunkte in einem Intervall von 2,5 Mikrosekunden zwischen den Abtastpunkten bei 10 Mikrosekunden in der digitalen Signalform zu finden. Anschließend wird eine Verarbeitung ausgeführt, um einen Punkt (Abtastpunkt oder Interpolationspunkt) zu finden, der die hohe Schwelle HT an der ersten Stelle in positiver Richtung schneidet, sowohl für die Abtast- als auch die Interpolationspunkte. In dieser Ausführungsform wird der Interpolationspunkt T_HT' als Ergebnis einer solchen Verarbeitung gefunden, so dass dieser Interpolationspunkte T_HT' vorläufig als neu definierte Ankunftszeit Tt ermittelt wird. Anschließend, wie in 10(c) gezeigt ist, werden zwei Punkte (in diesem Beispiel der Abtastpunkt T_LT und der Interpolationspunkt T_HT'), die dem Schnittpunkt mit der hohen Schwelle HT am nächsten sind, gefunden, wobei eine lineare Interpolation für diese zwei Punkte ausgeführt wird, um einen Schnittpunkt T_HT'' mit der hohen Schwelte HT zu berechnen, der anschließend als die endgültige Ankunftszeit Tt bestimmt wird. Wie oben beschrieben worden ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Inter polationsverarbeitung in zwei Stufen ausgeführt, nämlich einer ersten Stufe mit einer bandbegrenzten Interpolation und einer zweiten Stufe mit linearer Interpolation, jedoch ist es selbstverständlich auch möglich, eine Struktur zu schaffen, die nur die bandbegrenzte Interpolation oder die lineare Interpolation in Abhängigkeit von den Anwendungsbedingungen ausführt.
Die obenbeschriebene bandbegrenzte Interpolation ist auch als ein Verfahren für die Neuabtastung oder Bestimmung der Interpolationspunkte zwischen Abtastpunkten mit einer höheren Auflösung als die Abtastpunkte, die zum ersten Mal durch die Digitalisierung erhalten worden sind, bekannt. Diesbezüglich sei z. B. auf "Reconstruction of Bandlimited Signal from its Samples", A. V. Oppenheim und R. W. Shafer, Discrete Time Signal Processing, Inglewood Cliff, New Jersey, USA, Prentice Hall, 1989, verwiesen. Bei der bandbegrenzten Interpolation werden Abtastpunkte einer Signalform selbst für die Konstruktion eines Signalformsignals zwischen den Abtastpunkten verwendet. Das heißt, eine interpolierte Amplitude y(t) an einem gegebenen Punkt in einer Signalform zum Zeitpunkt t kann durch die folgende bandbegrenzte Interpolationsgleichung berechnet werden.
wobei y_i: Amplitude des i-ten Signalform-Abtastwertes,
t_i: Zeitpunkt des i-ten Signalform-Abtastwertes,
T: Abtastintervall,
n: Anzahl der Signalform-Abtastwerte.
Die obenbeschriebene bandbegrenzte Gleichung erfordert jedoch die Verwendung aller Signalform-Abtastwerte und ferner die Anwendung eines Filters mit der gleichen Menge wie die Signalform. Um die Berechnung einer solchen übermäßigen Menge an Daten zu vermeiden, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine modifizierte bandbegrenzte Interpolation verwendet, in der ein Filter mit kürzerer Länge verwendet wird und eine geringere Anzahl von Signalform-Abtastwerten um einen Punkt, der interpoliert werden soll, verwendet werden kann. Diese modifizierte bandbegrenzte Interpolationsgleichung wird wie folgt ausgedrückt:
wobei i_t: Zeitindex, der t am nächsten ist,
f: Filterlänge in Abtastwertzahl, ungerade Zahl.
Somit wird in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung diese modifizierte bandbegrenzte Interpolationsgleichung verwendet, um die Randbedingungen bei der Berechnung zu lockern und die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
Anschließend wird im Schritt 29 der 4 ein Amplitudenmessprozess ausgeführt. Im Amplitudenmessprozess wird eine Amplitude Ap der ersten ankommenden Spitze gemessen. Diese Amplitudenmessung wird nach der Erfassung der hohen Schwelle ausgeführt. Die so gemessene Amplitude wird in der automatischen Verstärkungssteuerroutine verwendet, die die hohen und niedrigen Schwellen HT und LT wie vorher beschrieben ermittelt. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird diese Spitzenamplitude anhand der Signalform-Interpolationspunkte ermittelt, die in einem Abtastintervall interpoliert worden sind, das feiner ist als das Abtastintervall zum Zeitpunkt der Datenerfassung. Außerdem wird insbesondere im Fall eines Verschalungstyp-Bohrloches bei der Ermittlung der endgültigen Amplitude eine quadratische Interpolationsgleichung genutzt, die durch eine parabelförmige Linie genähert wird.
Eine Spitzenamplitudenmessungs-Zeitspanne wird vor der Erfassung der Ankunftszeit gesetzt, wenn die Ankunftszeit-Erfassungszeitspanne gesetzt wird. Die Spitzenamplitudenmessungs-Zeitspanne reicht von Td bis Ta in 8. Die Messung der Spitzenamplitude kann unabhängig von oder gleichzeitig mit der Erfassung der niedrigen und hohen Schwellen ausgeführt werden, so dass selbst dann, wenn die Erfassung der niedrigen und hohen Schwellen nicht ausgeführt wird, die Erfassung der Spitzenamplitude ausgeführt werden kann. Andererseits wird in dem Fall, in dem die hohe Schwelle zum Zeitpunkt Tt erfasst wird, der Zeitpunkt Ta verändert, so dass die Spitzenamplitudenmessungs-Zeitspanne nach einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Zeitpunkt Tt endet. Die digitalen Signalform-Abtastwerte innerhalb der Spitzenamplitudenmessungs-Zeitspanne werden abgetastet, um die größte Spitze zu finden. Wenn die Amplituden der beiden benachbarten vorangehenden und folgenden Abtastpunkte (links und rechts im dargestellten Beispiel) kleiner sind als die Amplitude eines aktuellen Abtastpunk tes, wird der aktuelle Abtastpunkt als Spitze extrahiert, wobei die Spitze mit der größten Amplitude unter den so extrahierten Spitzen die Spitzenamplitude Ap wird. Die Amplitudenmessung wird für den Gleichspannungsoffset Ap angepasst. Es ist wichtig, den Endzeitpunkt Ta so zu setzen, dass dann, wenn ein Schnittpunkt mit der hohen Schwelle erfasst worden ist, irgendwelche folgenden P-Wellen, die der ersten P-Welle folgen, nicht erfasst werden. Wenn ein Schnittpunkt mit der hohen Schwelle erfasst worden ist, kann die Abtastung der abgetasteten Datenpunkte gestoppt werden, wobei die Abtastung der Interpolationscode zwischen den abgetasteten Datenpunkten eingeleitet werden kann.
Das heißt, gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zum Ausführen einer Amplitudenmessung nach dem Finden des Interpolationspunkts T_HT' durch Ausführen der Hoch-Schwellenerfassung unter Verwendung der in 10(a) gezeigten digitalen Signalform-Abtastwerte und der Hoch-Schwellenerfassung durch die in 10(b) gezeigte bandbegrenzte Interpolation der Zeitpunkt nach 25 Mikrosekunden ausgehend von diesem Interpolationspunkt als der Endpunkt Ta der Spitzenamplitudenmessungs-Zeitspanne gesetzt. Unter den Abtastpunkten und Interpolationspunkten in einem Intervall von 2,5 Mikrosekunden in der Spitzenamplitudenmessungs-Zeitspanne wird der Punkt mit der größten Amplitude als Spitzenamplitude Ap ermittelt. Wenn die Spitzenamplitudenerfassung nach der Erfassung der hohen und niedrigen Schwellen ausgeführt werden soll, ist es selbstverständlich möglich, die Spitzenamplitudenerfassungsverarbeitung unter Verwendung der Daten der 10(b) auszuführen. Insbesondere im Fall eines Verschalungstyp-Bohrloches, wie in 11 gezeigt, kann eine verfeinerte endgültige Spitzenamplitude Ap ermittelt werden, indem eine quadratische Interpolation mit einer parabelförmigen Näherung unter Verwendung von drei Punkten nahe der Spitze ausgeführt wird. Da die Amplitudenmessung ohne die quadratische Interpolation normalerweise für die automatische Verstärkungssteuerroutine ausreicht, wird die Ermittlung der Spitzenamplitude unter Verwendung der quadratischen Interpolation nur im Fall des Verschalungstyp-Bohrloches ausgeführt. Wenn jedoch eine Genauigkeit bei der automatischen Verstärkungssteuerungsroutine erforderlich ist, kann die Ermittlung der Spitzenamplitude ebenfalls unter Verwendung der quadratischen Interpolation ausgeführt werden.
Im Folgenden wird die Fehlerprüfroutine beschrieben, die im Schritt 30 der 4 als Zyklusauslassungs-Wiederherstellungslogik bezeichnet ist. In diesem Schritt nach der Ermittlung der Ankunftszeit Tt durch den Hoch- Schwellenerfassungsprozess wird ermittelt, ob sie als die Ankunftszeit ausgegeben wird. Diese Fehlerprüfroutine ermittelt, ob der Hoch-Schwellenerfassungsprozess die Ankunftszeit falsch erzeugt hat. Wenn ermittelt wird, dass die Ankunftszeit falsch erzeugt worden ist, wird die Ankunftszeit, die im vorangehenden Erfassungsprozess erhalten worden ist, erneut ausgegeben. Außerdem ermittelt diese Fehlerprüfroutine, ob es notwendig ist, die automatische Verstärkungssteuerroutine und die Erfassungszeitspannen-Steuerroutine außer Kraft zu setzen, wenn nicht angenommen wird, dass der Erfassungsprozess korrekt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie vorher beschrieben worden ist, wird in dem Fall, in dem das während der Rauscherfassung für die Grundlinie der digitalen Signalform erfasst worden ist, in drei Arten von niedrigen, mittleren und hohen Rauschen klassifiziert wird, wenn das Rauschen als niedriges Rauschen klassifiziert wird und das Erfassungsergebnis durch die Niedrig- und Hoch-Schwellenerfassung konsistent ist, das Erfassungsergebnis durch diese Fehlerprüfroutine als gültig beurteilt. Wenn andererseits keine Konsistenz für das Erfassungsergebnis vorliegt, indem die Niedrig- und Hoch-Schwellenerfassung oder das Rauschen als mittleres oder hohes Rauschen klassifiziert wird, beurteilt diese Fehlerprüfroutine dieses Erfassungsergebnis als ungültig. In der obigen Ausführungsform wird die Interpolationsverarbeitung im Fall der Hoch-Schwellenerfassung ausgeführt, wobei keine Interpolationsverarbeitung im Fall der Niedrig-Schwellenerfassung ausgeführt wird. Dies liegt daran, dass die Auflösung von 10 Mikrosekunden normalerweise für die Niedrig-Schwellenerfassung ausreicht. Wenn jedoch eine höhere Auflösung auch in der Niedrig-Schwellenerfassung benötigt wird, ist es selbstverständlich möglich, eine ähnliche Interpolationsverarbeitung auch in der Niedrig-Schwellenerfassung auszuführen.
Anschließend, wie in 4 gezeigt ist, wird nach Abschluss des Fehlerprüfschritts 30 die gesamte Erfassungssequenz, die in 4 gezeigt ist, wiederholt für dieselbe digitale Signalform ausgeführt, wobei die Erfassungssequenz mindestens zwei Mal für dieselbe digitale Signalform wiederholt wird. Dies liegt daran, dass in dem Fall, in dem die Erfassungssequenz der 4 zum ersten Mal für eine spezifische digitale Signalform ausgeführt wird, die Erfassungssequenz unter Verwendung der Werte ausgeführt wird, die vom Benutzer gesetzt worden sind, oder der Werte, die in der vorangehenden Erfassungssequenz erhalten worden sind, wobei im Fall der Ausführung der Erfassungssequenz zum zweiten Mal die Schwelle genutzt werden kann, die für die Spitzenamplitude ge setzt worden ist, die durch Ausführen der Erfassungssequenz beim ersten Mal für die spezifische digitale Signalform erhalten worden ist. Obwohl somit die gesamte Sequenz zwei Mal für dieselbe digitale Signalform wiederholt wird, erlaubt dies, die Genauigkeit des erhaltenen Ergebnisses deutlich zu verbessern, wobei ein dreimaliges Ausführen der gesamten Sequenz aufgrund einer Erhöhung der Berechnungszeit nicht unbedingt vorteilhaft ist. Es trifft jedoch zu, dass mit einer höheren Anzahl an Wiederholungen die Zuverlässigkeit höher wird.
Obwohl oben spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, sollte die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezifischen Ausführungsformen beschränkt sein, wobei verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom technischen Umfang der Erfindung abzuweichen.
Auswirkungen
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine digitale Verarbeitung im Bohrloch ausgeführt, wobei es nur erforderlich ist, eine minimale Menge an Daten mittels einer Telemetriekommunikation zu einer Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung zu übertragen, so dass die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlern minimiert wird. Da außerdem die Bandbreite der Telemetriekommunikation entlastet wird, werden die Bedingungen für die Telemetriekommunikation gelockert und eine Kostenreduktion ermöglicht. Da außerdem die Zeit für die Telemetriekommunikation minimiert wird, wird die Geschwindigkeit der Schallprotokollierungsoperation erhöht.

Claims

Schallprotokollierungsverfahren zum Bestimmen der Eigenschaften der Formationen, durch die ein Bohrloch verläuft, wobei das Verfahren ein Bohrlochwerkzeug verwendet, das im Bohrloch aufwärts und abwärts beweglich angeordnet werden kann und mit einer Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung über ein Protokollierungskabel gekoppelt ist, wobei das Werkzeug mit wenigstens einem Schallwellengenerator und mit wenigstens einem Empfänger, die voneinander beabstandet sind, und außerdem mit einer Bohrlochverarbeitungsvorrichtung versehen ist, die mit dem Generator und mit dem Empfänger und außerdem mit der Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung über das Protokollierungskabel funktional gekoppelt ist, wobei in dem Verfahren das Bohrlochwerkzeug zunächst im Bohrloch geeignet angeordnet wird und dann der Schallwellengenerator dazu veranlaßt wird, eine Schallwelle zu erzeugen und anschließend zu empfangen, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte: (1) Verarbeiten eines Erfassungssignals vom Empfänger durch die Bohrlochverarbeitungsvorrichtung, um dadurch eine Ankunftszeit der Schallwelle bei ihrem Empfänger zu bestimmen; und (2) Senden der so bestimmten Ankunftszeit zu der Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung durch das Protokollierungskabel.
Schallprotokollierungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bohrlochverarbeitungsvorrichtung die empfangene Schallwelle mit einem vorgegebenen Abtastintervall abtastet, die Welle in eine digitale Form umsetzt, die digitale Form in einem Speicher speichert und die so gespeicherte digitale Form in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Programm verarbeitet, um dadurch die Ankunftszeit zu bestimmen.
Schallprotokollierungsverfahren nach Anspruch 2, bei dem dann, wenn die digitale Form verarbeitet wird, eine Ankunftszeit-Erfassungszeitspanne gesetzt wird und die Ankunftszeit durch Identifizieren eines Punkts, an dem die digitale Form einen im voraus gewählten Schwellenpegel innerhalb der Ankunftszeit-Erfassungszeitspanne erstmals übersteigt, bestimmt wird.
Schallprotokollierungsverfahren nach Anspruch 3, bei dem dann, wenn der Punkt bestimmt wird, an dem der Schwellenwert überschritten wird, ein erster Abtastpunkt identifiziert wird, der den Schwellenwert überschritten hat, wor aufhin ein Punkt identifiziert wird, der den Schwellenpegel in einem Zeitintervall übersteigt, das kleiner als das Abtastintervall ist, wobei wenigstens einmal zwischen dem ersten Abtastpunkt und dem vorhergehenden Abtastpunkt eine Interpolation erfolgt, wobei dieser Punkt als die Ankunftszeit bestimmt wird.
Schallprotokollierungsverfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, bei dem eine Offset-Erfassungszeitspanne früher als die Ankunftszeit-Erfassungszeitspanne gesetzt wird und bei dem während dieser Offset-Zeitspanne ein Gleichspannungs-Offset in der Grundlinie der digitalen Form erfaßt wird, wodurch der Nullpegel der digitalen Form bestimmt werden kann.
Schallprotokollierungsverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem außerdem eine Rauscherfassungszeitspanne, die vor der Ankunftszeit-Erfassungszeitspanne liegt, gesetzt wird, wobei während dieser Rauschzeitspanne jegliches Rauschen in der Grundlinie der digitalen Form erfaßt wird, wodurch die Zuverlässigkeit der bestimmten Ankunftszeit bewertet werden kann.
Schallprotokollierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bohrlochverarbeitungsvorrichtung außerdem die Amplitude der empfangenen Schallwelle bestimmt, die ebenfalls zu der Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung übertragen wird.
Schallprotokollierungsverfahren nach Anspruch 7 und einem der Ansprüche 6 bis 6, bei dem nach der Bestimmung der Ankunftszeit die größte Amplitude in der digitalen Form, die der Ankunftszeit folgt, identifiziert wird und der Schwellenpegel so eingestellt wird, daß er einen vorgegebenen Anteil dieser Amplitude bildet.
Schallprotokollierungsverfahren nach Anspruch 8, bei dem die digitale Form anschließend unter Verwendung des eingestellten Schwellenwerts neu verarbeitet wird, um die Ankunftszeit durch Identifizieren eines Punkts, an dem der Schwellenwert erstmals überschritten wird, zu bestimmen.
Schallprotokollierungs-Bohrlochwerkzeug zum Bestimmen der Eigenschaften der Formationen, durch die ein Bohrloch verläuft, wobei das Werkzeug umfaßt: wenigstens einen Schallwellengenerator; und wenigstens einen Empfänger, der die Schallwelle empfangen kann, nachdem sich die Welle durch eine Bohrlochbodenformation oder eine Bohrlochverrohrung bewegt hat; wobei das Werkzeug gekennzeichnet ist durch eine Steuervorrichtung, die die Erzeugung und den Empfang der Schallwelle steuert, wobei die Steuervorrichtung umfaßt: einen Analog/Digital-Umsetzer zum Digitalisieren eines Erfassungssignals von dem Empfänger in einem vorgegebenen Abtastintervall; einen ersten Speicher zum Speichern einer auf diese Weise digitalisierten Signalform; einen zweiten Speicher zum Speichern eines vorgegebenen Programms für die Verarbeitung der auf diese Weise digitalisierten Signalform; und einen Mikroprozessor, der das in dem zweiten Speicher gespeicherte Programm ausführen kann, um dadurch im Betrieb die in dem ersten Speicher gespeicherte digitalisierte Signalform zu verarbeiten, um eine Ankunftszeit einer Schallwelle, die vom Generator erzeugt wird und beim Empfänger ankommt, zu bestimmen.
Schallprotokollierungssystem, das die Kombination aus der Bodenoberflächen-Verarbeitungsvorrichtung und einem Schallprotokollierungs-Bohrlochwerkzeug gemäß der Erfindung nach Anspruch 10 umfaßt.