NL8303578A - Werkwijze voor bodemonderzoek en inrichting voor het toepassen van deze werkwijze. - Google Patents

Description

* » * , VO 5155

Betr.: Werkwijze voor "bodemonderzoek en inrichting voor het toepassen van deze werkwijze.

De uitvinding heeft "betrekking op boorputonderzoek in het algemeen en meer in het "bijzonder op boorputonderzoek onder gebruik van akoestische afschuifgolven.

Bij akoestisch boorputonderzoek is het gebruikelijk de drukgolf -5 snelheid van aardformaties, welke boorputten omgeven, te meten. Een gebruikelijk drukgolfsnelheidsonderzoekstelsel omvat een cilindrische onder zoeksonde voor ophanging in een boorputvloeistof, een bron, welke met de sonde is verbonden om in de boorputvloeistof drukgolven op te wekken, en een of meer detectoren, welke met de sonde zijn verbonden en zich op 10 een afstand van de drukgolfbron bevinden voor het detecteren van de golven in de boorputvloeistof. Een drukgolf in de boorputvloeistof, welke door de bron wordt opgewekt, wordt in de, de boorput omgevende aardforma-tie gebroken. De golf plant zich door een gedeelte van de formatie voort en wordt naar de boorputvloeistof teruggebroken in een punt bij de detec-15 tor en daarna door de detector gedetecteerd. De verhouding van de afstand tussen de bron en de detector tot de tijd'tussen het opwekken en detecteren van de drukgolf levert de drukgolf snelheid van de formatie. De afstand tussen de bron en de detector is gewoonlijk constant en bekend, zodat een meting van de tijd tussen het opwekken en detecteren van de 20 drukgolf voldoende is om de drukgolf snelheid van de formatie te bepalen.

Voor een betere nauwkeurigheid is deze afstand gewoonlijk veel groter dan de afmetingen van de bron en de detector. Informatie, welke van belang is voor de productie van olie en gas uit onder het aardoppervlak gelegen formaties, kan uit de drukgolfsnelheden van dergelijke formaties worden 25 verkregen.

Wanneer een drukgolf, opgewekt door een drukgolfbron, in de boorputvloeistof de wand van de boorput bereikt, wekt de golf in de omgevende aardformatie een gebroken drukgolf op, zoals boven is beschreven. Bovendien wekt de golf in de omgevende aardformatie een gebroken afschuif-30 golf op en geleidegolven, welke zich in de boorputvloeistof en het deel van de formatie bij de boorput bewegen. Een deel van deze afschuifgolf wordt naar de boorputvloeistof teruggebroken in de vorm van een drukgolf en bereikt de detector van de onderzoeksonde. De geleidegolven worden ook door deze detector gedetecteerd. Een golf, welke behoort tot een van 35 de drie typen golven, welke door de detector worden gedetecteerd, kan een 0303578

V

- 2 - , * aankomst worden genoemd: de drukgolven in de boorputvloeistof, veroorzaakt door breking van drukgolven in de formatie, worden de drukgolf aankomsten genoemd, die, veroorzaakt door breking van afschuifgolven in de formatie, de af schuif golfaankomsten, en die, veroorzaakt door geleidegolven, de 'ge-5 leide-golfaankomsten. Derhalve is het door de detector gedetecteerde signaal een samengesteld signaal, dat de drukgolf aankomst, de afschuif-golfaankomst en de geleide-golfaankomsten omvat. Drukgolven bewegen zich sneller dan afschuifgolven en afschuifgolven bewegen zich normaliter sneller dan de geleidegolven. Derhalve is in het door de detector gedetecteer-10 <16* samengestelde signaal de drukgolfaankomst de eerste aankomst, de af schuif golf aankomst de tweede aankomst en de geleide -golf aankomst en de laatste aankomsten. Bij het meten van de drukgolf snelheid van de formatie geeft het tijdinterval tussen het opwekken van drukgolven en het detecteren van de eerste aankomst, gedetecteerd door de detector, de benaderde 15 looptijd van de gebroken drukgolf in de formatie. Derhalve beïnvloeden de latere afschuifgolf- en geleide-golfaankomsten de meting van de drukgolf snelheid van de formatie niet op een schadelijke wijze.

Behalve, dat de drukgolf zich .over een vertikale afstand in de formatie, bij benadering gelijk aan de afstand tussen de bron en de de-20 tector, beweegt, beweegt de drukgolf zich ook over korte afstanden in de vloeistof. De extra tijd, welke nodig is om deze korte afstanden af te leggen, introduceert fouten in de snelheidsbepaling. Om deze fouten te reduceren, wordt bij de gebruikelijke onderzoekinrichtingen gebruik gemaakt van tenminste twee detectoren, die in vertikale richting langs de 25 boorput op een afstand van elkaar zijn opgesteld. Het tijdinterval tussen de detectie door de twee detectoren wordt gemeten in plaats van het tijdinterval tussen het uitzenden en detecteren. De verhouding tussen de afstand tussen de twee detectoren en dit tijdinterval levert de drukgolf-snelheid. Aangezien de drukgolf zich over bij benadering gelijke, korte 30 afstanden in de boorputvloeistof beweegt voordat de golf de twee detectoren bereikt, is het tijdinterval tussen de detectie door de twee detectoren een meer nauwkeurige maat voor de werkelijke looptijd in de formatie. Derhalve levert het gebruik van twee detectoren en het meten van de tijd tussen de deteetie door de twee detectoren een meer nauwkeurige drukgolf-35 snelheid, Andere storende invloeden, zoals boorputafmetingsveranderingen en kanteling van de sonde kunnen door conventionele inrichtingen worden gereduceerd. Een van deze inrichtingen is beschreven in Log Interpretation, Vol, 1 - Principles, Schlumberger Limited, Hew York, N. Y. 10017 ______ 8303578 * » - 3 - 1972 Edition, pag. 37 - 3Ö.

Het is bekend, dat afschuifgolfsnelheidsonderzoek ook informatie kan verschaffen, welke van belang is voor de productie van olie en gas uit onder het aardoppervlak gelegen formaties. De verhouding tussen de 5 afschuifgolfsnelheid en de drukgolfsnelheid kan informatie verschaffen omtrek de rotslithologie van de onder het aardoppervlak gelegen formaties. Het afschuifgolfsnelheidsonderzoek kan het ook mogelijk maken, dat seismische afschuifgolftijdsecties worden omgezet in dieptesecties. Het af-schuifgolfonderzoek is van nut bij het bepalen van andere belangrijke 10 eigenschappen van aardformaties, zoals afschuifbelasting, porositeit, fluidumverzadiging en de aanwezigheid van breuken. Het afschuifgolfonderzoek kan ook van nut zijn voor het bepalen van de belastingstoestand om de boorput, welke van groot belang is bij het ontwerpen van hydraulische breukbehandeling.

15 De conventionele drukgolfonderzoekbron en de drukgolven, welke daarmede in de boorputvloeistof worden opgewekt, zijn symmetrisch om de as van de onderzoeksonde. Wanneer deze drukgolven in de omgevende aard-formatie worden'gebroken, zijn de relatieve amplituden van de gebroken afschuif- en drukgolven zodanig, dat het lastig is een onderscheid te 20 maken tussen de latere afschuifgolfaankomst ten opzichte van de eerdere drukgolf aankomst en ten opzichte van trillingen in de boorput, welke worden veroorzaakt door breking van de drukgolf in de formatie. Derhalve is het lastig een conventionele, symmetrische drukgolfbron voor het onderzoek van de afschuifgolfsnelheid te gebruiken. Men heeft correlatiemetho-25 den toegepast om de af schuif golf aankomst te onttrekken uit de volledige, geregistreerde, akoestische golfreeks. Dergelijke methoden vereisen evenwel gewoonlijk een verwerking van informatie door een rekeninrichting, zodat afschuifgolfsnelheden niet direkt kunnen worden bepaald. Het kan ook lastig zijn de afschuifgolfaankomst af te nemen, indien deze naar 30 de tijd dicht bij de drukgolfaankomst is gelegen.

Men heeft voor het bepalen van de afschuifgolfsnelheid gebruik gemaakt van asymmetrische drukgolfbronnen. Bij dergelijke bronnen kan de amplitude van de afschuifgolfaankomst aanmerkelijk groter zijn dan die van de drukgolfaankomst. Door het trekkerniveau van het detectie- en re-35 gistratiestelsel zodanig in te stellen, dat ten opzichte van de drukgolf-aankomst wordt gediscrimineerd, wordt de afschuifgolfaankomst als de eerste aankomst gedetecteerd. Het kan derhalve mogelijk zijn de looptijd 8303578

« V

- 4 - van afschuifgolven in de formatie en derhalve de afschuifgolfsnelheid te bepalen. Dergelijke asymmetrische golven wekken elk in de boorputvloeistof een positieve drukgolf in êên richting en een gelijktijdige negatieve drukgolf in de tegengestelde riehting op. De interferentie van de twee 5 drukgolven kan veroorzaken, dat de af schuif golf aankomst sterker is dan de drukgolf aankomst. Asymmetrische golven zijn beschreven in de Europese octrooiaanvrage No. 31989 en de Amerikaanse octrooischriften 3-593.255 en 4.207.961.

In de Europese octrooiaanvrage is een bron van het buigtype be-10 schreven, welke is voorzien van twee circulaire, piëzo-elektrische platen, welke met elkaar zijn verbonden en aan een onderzoeksonde zijn bevestigd. Wanneer over de twee piëzo-elektrische platen een spanning wordt aangelegd, zullen de platen buigen. Door het buigen van de transducentplaten ontstaat een positieve drukgolf in ëên richting en een gelijktijdige ne-15 gatieve drukgolf in de tegengestelde richting. In het Amerikaanse oc-trooischrift 3.593.255 is een drukgolfbron beschreven, welke is voorzien van twee piëzo-elektrische segmenten, elk in de vorm. van een halve holle cilinder. De twee segmenten zijn zodanig gemonteerd, dat zij een gespleten cilinder vormen, De twee segmenten hebben een tegengestelde polarisatie 20 en aan elk segment wordt een elektrische spanning aangelegd, welke veroorzaakt, dat het ene segment in radiale richting uit zet, terwijl het andere segment tegelijkertijd in radiale richting samentrekt, waardoor een positieve drukgolf in een richting en een gelijktijdige negatieve drukgolf in de tegengestelde richting wordt opgewekt. In het Amerikaanse 25 octrooischrift 4.207.961 zijn spoelen, welke op een spoelstelsel zijn gemonteerd, opgesteld in het magnetische veld van een permanente magneet en wordt door de spoelen een stroom gevoerd om het spoelstelsel aan te drijven. Door de beweging van het spoelstelsel wordt een volume water in één riehting uitgeworpen en wordt tegelijkertijd een equivalent volume 30 water in tegengestelde richting aangezogen, waardoor een positieve drukverandering in ëên riehting en een gelijktijdige negatieve drukverandering in de tegengestelde richting ontstaat,

De werkwijze en inrichting volgens de uitvinding dienen voor het bepalen van de afschuifgolfsnelheid van een aardformatie, welke een boor-35 put omgeeft. Bij de.werkwijze volgens de uitvinding wordt een 2n-polige afschuifgolf door de aarde langs de put uitgezonden, waarbij n een geheel getal is, dat groter is dan 2, en wordt de 2n-polige af schuif golf aankomst 8303578 * « - 5 - in tenminste één punt, dat in longitudinale richting langs de put op een afstand van het zendpunt is gelegen, gedetecteerd. Indien de afschuifgolf-aankamst in twee punten wordt gedetecteerd, wordt de tijd, welke verstrijkt tussen de detecties in de twee punten, gemeten voor het bepalen 5 van de af schuif golf snelheid van de aarde, welke de put omgeeft. Imdien de afschuif golf aankomst in slechts één punt wordt gedetecteerd, wordt de tijd, verstreken tussen het uitzenden en detecteren van het af schuif golf signaal gemeten om de afschuif golfsnelheid van de aarde te bepalen. De inrichting volgens de uitvinding omvat een huis, dat bestemd is om in de put naar 10 boven en naar beneden te werden bewogen, signaalgeneratororganen in het huis voor het uitzenden van een 2n-polige afschuif golf in de aardformatie, welke de put cangeeft, waarbij n een geheel getal is, dat groter is dan 2, en signaaldetectier-organen in het huis, welke in longitudinale richting langs de put op een afstand van de signaalgeneratororganen zijn gelegen 15 voor het detecteren van de aankomst van een dergelijke af schuifgolf.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont : fig. 1 een schematisch aanzicht van een akoestisch, onderzoekstel-sel volgens de uitvinding; 20 fig. 2 een vereenvoudigd perspectivisch aanzicht van een voorkeurs uitvoeringsvorm van een achtpolige afschuifgolfonderzoekinrichting volgens de uitvinding; fig. 3 een dwarsdoorsnede van de achtpolige afschuifgolfonderzoek-bron volgens fig. 2 over de lijn III-III; 25 fig. 1* een vereenvoudigd perspectivisch aanzicht van de achtpoli ge afschuifgolfonderzoekinriehting volgens fig. 2 en 3, waarbij de oriëntatie van de detectoren ten opzichte van die van de achtpolige bron en de elektrische verbindingen met de bron en de detectoren zijn aangegeven; fig. 5 «en dwarsdoorsnede van een andere uitvoeringsvorm van een 30 achtpolige afschuifgolfonderzoekbron volgens de uitvinding; fig. 6 een dwarsdoorsnede van een andere uitvoeringsvorm van een achtpolige afschuifgolfonderzoekbron volgens de uitvinding; en fig. T een dwarsdoorsnede van veer een andere uitvoeringsvorm van een achtpolige afschuifgolfonderzoekbron'volgens de uitvinding.

35 Fig, 1 is een schematisch aanzicht van een akoestisch onderzoek- stelsel ter illustratie van de uitvinding. Een onderzoeksonde 10 is bestemd om in een boorput naar boven en naar beneden te worden bewogen.

8303578 « * - 6 -

De sonde "bevat een meerpolige afschuifgolfbron 12 met twee detectoren, 1H, 16. Voor het inleiden van het onderzoek, wordt de sonde 10 opgehangen in een vloeistof 18, die in een boorput 20 aanwezig is, welke laatste door een aardformatie 22 is omgeven. Detectoren 1U, 16 worden 5 zodanig met de sonde 10 verbonden, dat zij in longitudinale richting langs de boorput 20 op een afstand van elkaar en van de bron 12 zijn gelegen.

De bron 12. wordt met een ontsteek- en registratiebesturingseenheid 2k verbonden. Ofschoon de ontsteek- en registratiebesturingseenheid in fig.

1 is weergegeven als een eenheid, welke gescheiden is van de onderzoek-10 sonde, kan het deel van de eenheid, waarmede de meerpolige afschuifgolfbron wordt gevoed, voor het gemak in de onderzoeksonde worden ondergebracht. Signalen, welke door de detectoren 1^, 16 worden geregistreerd, worden toegevoerd aan een banddoorlaatfilter 26, een versterker 28 en een j tijdintervaleenheid 30.

15 Op een wijze, welke later zal worden toegelicht, wordt de ont steek- en registratiebesturingseenheid gebruikt voor het ontsteken van de bron 12, welke een afschuifgolf in de formatie 22 opwekt. De afschuif-golf aankomst wordt gedetecteerd door de detectoren 1¾ en 16. De sonde 10 bevat ook een voorversterker (niet weergegeven in fig. 1), welke de door 20 de detectoren 1U, 16 gedetecteerde af schuif golf aankomst versterkt. De versterkte signalen worden dan door een filter 26 gefilterd en door de versterker 28 opnieuw versterkt. Het tijdinterval tussen de detectie van de aankomst door de detector 1 h- en de detectie door de detector 16 wordt dan door de tijdintervaleenheid 30 gemeten. Dit tijdinterval kan, naar 25 wens, worden opgeslagen of weergegeven.

Fig. 2 toont een vereenvoudigd, perspectivisch aanzicht van een achtpolige afschuifgolfonderzoekinrichting, welke een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding vormt. Zoals aangegeven in fig. 2, omvat de onderzoeksonde 10 een aantal holle, cilindrische secties. De bovenste 30 sectie 32 bevat een achtpolige afschuifgolfonderzoekbron (niet weergegeven in fig. 2), en bezit zes vensters b2, welke het mogelijk maken, dat de door de bron opgewekte drukgolven zich op een eenvoudige wijze via deze vensters in de boorputvloeistof voortplanten. Secties 3^, 36, die elk een (niet afgebeelde). detector bevatten, bevinden zich onder de bron en 35 bezitten eveneens vensters Mj-, k6, als aangegeven in fig. 2. De door de bron in de sectie 32 opgewekte, gecombineerde drukgolven planten zich via de vensters h2 en de boorputvloeistof 18 voort en bereiken de wand van de 8303578 - 7 - boorput 20. Een gedeelte van deze gecombineerde drukgolven wordt in de aardformatie 22 in de vorm van een af schuif golf gebroken. Nadat deze af schuif golf zich door de formatie over een afstand heeft voortbewogen, worden gedeelten daarvan terug naar de boorput, in de boorputvloeistof 5 18 gebroken, om de detectoren in secties 3^, 36 via de respectieve ven sters Uk en 1*6 te bereiken. Het tijdinterval tussen de detecties door de twee detectoren wordt dan, zoals beschreven, gemeten.

De nomenclatuur voor de meerpoligheid is gebaseerd op opeenvolgende machten van 2, d.w.z., 2n, waarbij n een geheel getal is, en n * 1, 2, 3 10 enz. Derhalve omvatten de meerpolen de dipool (n = 1), de quadrupool (n = 2) en de octopool (n =* 3). De nomenclatuur voor meerpolen van hogere orde is gebaseerd op 2n, waarbij n - k, 5» 6 enz.

Fig. 3 toont een dwarsdoorsnede van de achtpolige afschuifgolf-bron volgens fig. 2 over dé lijn III-III. Zes in hoofdzaak gelijke sec-15 toren 62, 6k, 66, 68, T0, 72 van een radiaal gepolariseerde, piëzo-elektrische, holle cilinder zijn ruimtelijk zodanig opgesteld, dat zij in hoofdzaak coaxiaal zijn en een gemeenschappelijke as omgeven. Over de cilindervlakken van elke sector wordt in hoofdzaak gelijktijdig in hoofdzaak dezelfde elektrische puls zodanig toegevoerd, dat de aan twee 20 naast elkaar gelegen sectoren toegevoerde pulsen een tegengestelde polariteit hebben. Deze constructie is weergegeven in fig. 3. Bij een dergelijke constructie zal, indien één sector tengevolge van de elektrische puls in radiale richting uitzet, de twee daarnaast gelegen sectoren in radiale richting samentrekken en omgekeerd. Indien de zes dectoren ra-25 diaal naar buiten zijn gepolariseerd, zullen de uitzet- en samentrek- kingsrichtingen zijn, zoals aangegeven door de holle pijlen in fig. 3· Tij-• dens het samentrekken van een sector, zal het gehele binnenste cilindervlak daarvan zich naar binnen bewegen. Tijdens de expansie, zal het gehele buitenste cilindervlak van de sector zich naar buiten bewegen. De 30 op deze wijze door de uitzetting en samentrekking van de zes sectoren opgewekte, gecombineerde drukgolf zal in de omgevende aardformatie worden gebroken voor het opwekken van een achtpolige afschuifgolf. Om de achtpolige afschuifgolf aankomst te detecteren, kunnen de detectoren een constructie hebben, overeenkomende met die van de achtpolige afschuifgolf-35 bronnen, weergegeven in fig. 3 of in fig. 5, welke later zal worden beschreven.

De centrale ruimte tussen de zes sectoren is gevuld met een ring- 8303578 - 8 - vormig lichaam van ondersteuningsmateriaal 7U om de trillingen van de zes sectoren weg te dempen, zodat de opgewekte achtpolige afschuifgolf een korte duur zal hebben. Dit ringvormige lichaam 7U kan op gebruikelijke wijze aan de sectie 32 worden bevestigd, bijvoorbeeld door het inbrengen 5 van een doorn J6 in het midden van het lichaam 7^, en het schroeven van de twee uiteinden van de doorn op twee schijven, welke nauwsluitend in de sectie 32 passen. De zes sectoren worden op het buitenste cilindervlak van het lichaam 7^ geplaatst en kunnen op hun plaats worden gehouden door twee ringen (niet weergegeven in fig. 3) van elastisch ondersteuningsma-10 teriaal, die nauwsluitend over de zes sectoren passen. De zes sectoren zijn in de sectie 32 zodanig opgesteld, dat elke sector naar een van de zes zenders h2 is gekeerd, als aangegeven in fig. 3. De sectorruimten tussen de vensters en de sectoren zijn gevuld met olie 78. De trillingen van de zes sectoren zullen drukgolven in de olie 78 veroorzaken, die via 15 het venster k2 worden overgedragen om in de aarde aan achtpolige afschuifgolf op te wekken. De sectorruimten tussen de met olie gevulde ruimten worden gevuld met een ondersteuningsmateriaal 80 om de trillingen van de zes sectoren weg te dempen.

Fig. U is een vereenvoudigd perspectivisch aanzicht van' de acht-20 polige af schuif golf onder zoekinrichting volgens fig. 2 en 3, waarbij de oriëntatie van de detectoren ten opzichte van die van de achtpolige bron, en de elektrische verbindingen met de bron en de detectoren zijn aangegeven. Om de drukgolf in een boorputvloeistof, veroorzaakt door breking van de door de bron 12. opgewekte achtpolige afschuifgolf te detecteren, is de 25 detector 1H bij voorkeur ook een achtpolige detector met een constructie, overeenkomende met die van de bron. 12. De zes sectoren zijn zodanig opgesteld, dat zij in hoofdzaak dezelfde as hebben als de zes sectoren van de bron 12, en dat zij in hoofdzaak dezelfde laterale posities om de gemeenschappelijke as innemen als de sectoren van de bron 12 om de intensiteit 30 van het gedetecteerde achtpolige signaal maximaal te maken. De buitenste en binnenste cilindervlakken van de zes sectoren van de detector zijn met het banddoorlaatfilter 26 verbonden op een wijze, overeenkomende met de verbindingen van de respectieve oppervlakken van debron 12 met de ontsteekt en registratiebesturingseenheid 2k, De detector 16 komt overeen 35 met de detector .lU, doch is in fig. 5 terwille van de eenvoud niet weergegeven. Om het mogelijk te maken, dat de zes sectoren van elk van de twee detectoren de achtpolige afschuifgolfaankomst detecteren, zullen de 8303578 - 9 - secties 3^, 3β van fig. 2 elk bij voorkeur zes respectieve vensters hk, k6 bezitten. Ofschoon de detector volgens fig. U is weergegeven als met eenzelfde constructie als de bron volgens fig. 3, is het duidelijk, dat detectoren met een constructie, overeenkomende met die van de bronnen 5 volgens fig- 5» 6» 7 (later te beschrijven) ook kunnen worden toegepast.

De zes sectoren of platen van elk type detector zijn bij. voorkeur lateraal cm de gemeenschappelijke as (d.w.z. in azimuth) met de zes sectoren van de bron gecentreerd cm het gedetecteerde signaal maxim aal te maken.

Fig. 5 toont een dwarsdoorsnede van een aehtpolige afschuif-10 golfbron bij een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding. Zes langwerpige, piëzo-elektrische, samengestelde platen 82, 8U, 86, 88, 90, 92 zijn ruimtelijk zodanig opgesteld, dat zij in hoofdzaak de parallellogrammen van een zeshoekig prisma vormen. Elk van de zes samengestelde platen omvat twee tegengesteld gepolariseerde, piëzo-elektrische platen, 15 die met elkaar zijn verbonden. De zes samengestelde platen zijn aan de sectie 32' van de onderzoeksonde bevestigd door twee klemplaten (niet weergegeven in fig. 5). Elk van de twee klemplaten bezit zes gleuven, waarin de uiteinden van de zes samengestelde platen nauwsluitend passen.

De twee klemplaten worden dan zodanig in de sectie 32' ingebracht en be-20 vestigd, dat de langwerpige samengestelde platen in hoofdzaak evenwijdig zijn aan de as van de onderzoeksonde.. Het gedeelte van elke samengestelde plaat tussen de twee uiteinden zal hierna het "niet-ingeklemde gedeelte" of het "niet-bevestigde gedeelte" worden genoemd. Het is evenwel duidelijk, dat de zes samengestelde platen niet aan hun uiteinden aan de son-25 de behoeven te worden bevestigd. Een bevestiging aan één uiteinde of in een punt tussen de twee uiteinden is voldoende. In dat geval kan het gedeelte van elke plaat, dat verschilt van het bevestigde gedeelte, het "niet-ringeklemde gedeelte" of het "niet-bevestigde gedeelte" worden genoemd.

30 Over de platte vlakken van elk van de zes samengestelde platen wordt in hoofdzaak gelijktijdig in hoofdzaak dezelfde elektrische puls aangelegd, De aan twee naast elkaar gelegen samengestelde platen toegevoerde pulsen hebben een zodanige tegengestelde polariteit, dat, indien het niet-bevestigde gedeelte van één samengestelde plaat buigt en zich 35 radiaal naar buiten beweegt, de niet-bevestigde gedeelten van de twee naastgelegen samengestelde platen zullen buigen en zich radiaal naar binnen zullen bewegen. De richtingen van de buigbewegingen van de zes 8303578 t - 10 - samengestelde platen zijn in fig. 5 aangegeven door de holle pijlen. De buigbeweging van elke samengestelde plaat leidt tot een drukgolf in de boorputvloeistof. De gecombineerde drukgolf, -welke door de achtpolige bron wordt opgewekt, zal in de formatie, welke de boorput omgeeft, worden ge-5 broken en tot een achtpolige afschuifgolf leiden. Om de achtpolige af-schuifgolfaankomst in de boorputvloeistof te detecteren, is de detector 1U- bij voorkeur van het achtpolige type en heeft deze een constructie, overeenkomende met de in fig. 3 of in fig. 5 af geheelde achtpolige bronnen. De buitenvlakken van de samengestelde platen van de detector zijn in 10 plaats van met de ontsteek*· en registratiebesturingseenheid 2k met het banddoorlaatfilter 26 verbonden. De zes sectoren of platen van de detector zijn bij voorkeur in azimuth gecentreerd met de zes platen van de afschuif golfbr on volgens fig. 5·

De samengestelde platen, welke een paar tegengesteld gepolariseer-15 de, piëzo-elektrisehe platen, omvatten, zijn in de handel gemakkelijk verkrijgbaar. Piëzo-elektrisch samengestelde platen, geleverd door de Vernitron Company of Bedford, Ohio, bekend als Bender Bimorphs, voldoen goed. De zes piëzo-elektrisehe sectoren van het in fig.. 3 af geheelde type en de in de later te beschrijven fig. 6, J af geheelde typen, worden 20 eveneens geleverd door de Vernitron Company.

Fig. 6 toont een dwarsdoorsnede van een andere uitvoeringsvorm van een achtpolige af schuif golfbr on volgens de uitvinding. In de fig. 3 en U zijn de zes sectoren van de achtpolige bron radiaal gepolariseerd. De zes sectoren kunnen ook in omtreksrichting worden gepolariseerd, zoals 25 aangegeven door de polarisaties van de seetoren 102, 10^, 106, 108, 110 en 112 in fig. 6.. De zes in omtreksrichting gepolariseerde sectoren bevinden zich in hetgeen bekend staat als de duigmodus. De zes sectoren kunnen worden verkregen uit een holle, cilindrische, piëzo-elektrisehe cilinder door zes smalle longitudinale sectoren uit te snijden. Over de zijvlakken 30 van elk van de zes sectoren wordt een elektrische puls aangelegd, zodat het resulterende elektrische veld in elke sector in hoofdzaak evenwijdig aan de polarisatie daarvan is. De elektrische puls veroorzaakt, dat elke sector in radiale richting, afhankelijk van de polariteit van de puls uitzet of samentrekt, Indien de sectoren 102, 106, 110 in een in omtreks-35 richting rechtse richting zijn gepolariseerd, doch de elektrische velden daarin een in omtreksrichting linkse richting hebben, als aangegeven in fig, 6, zullen de drie sectoren in radiale richting samentrekken. Indien 8303578 Λ -Tide polarisaties van en de elektrische velden in de sectoren 104, 108, 112 alle in omtreksriehting een rechtse richting hebben, dan zullen de drie sectoren in radiale richting uitzetten.

Fig. T toont een dwarsdoorsnede van weer een andere uitvoerings-5 vorm, welke een achtpolige afschuifgolfbron volgens de duigmodus toont.

De zes sectoren, 122, 124, 126, 128, 130, 132 zijn zes van de twaalf longitudinale sectoren van een piëzo-elektrische holle cilinder, waarbij elk van de twaalf sectoren in cmtreksriehting zijn gepolariseerd. Naast elkaar gelegen onderdelen bezitten tegengestelde omtrekspolarisaties.

10 De zes sectoren 122, 124, 126, 128, 130, 132 zijn de enige sectoren van de cilinder, welke zullen uitzetten en samentrekken en zijn alle in de omtreksrichting in rechtse richting gepolariseerd. De verbindingsranden van naast elkaar gelegen sectoren kunnen worden bekleed met geleidende lagen (niet aangegeven). Elektrische pulsen worden zodanig toegevoerd, 15 dat het elektrische veld in elk van de zes sectoren in hoofdzaak evenwijdig aan de polarisatie daarvan is. Bij de polarisaties van de sectoren en polariteiten van de pulsen, als aangegeven in fig. T, zullen de sectoren 122, 126, 130 in radiale richting uitzetten, terwijl de sectoren 124, 128, 132 in radiale richting zullen samentrekken. De resterende 20 zes sectoren zullen niet uitzetten of samentrekken aangezien over deze sectoren geen potentiaalverschil wordt aangelegd.

Bij zowel de voorkeursuitvoeringsvorm als. de bovenbeschreven drie andere uitvoeringsvormen, worden piëzo-elektrische materialen gebruikt voor het opbouwen van de achtpolige afschuifgolfbron, en wordt de bron 25 gevibreerd door elektrische pulsen. Het is evenwel duidelijk, dat men andere constructies van de bron en andere vibratiemiddelen kan toepassen. Derhalve kunnen zuiver mechanische middelen worden gebruikt otl de zes sectoren van de voorkeursuitvoeringsvorm en de zes platen of sectoren van elk van de drie andere uitvoeringsvormen te vibreren. Een achtpolige 30 afschuifgolf zal worden opgewekt zolang als de sectoren of de platen op dezelfde wijze vibreren als bij de voorkeurs- en andere uitvoeringsvormen.

De achtpolige afschuifgolfbron volgens de uitvinding kan worden gebruikt voor het bepalen van afschuifgolfsnelheden ter plaatse, (d.w.z., 35 dat de af s chuifgolf snelheden kunnen worden bepaald zonder informatieverwerking) indien de afschuifgolfaankomst een aanmerkelijk grotere amplitude heeft flan de drukgolfaankomst, De afschuifgolfaankomst heeft slechts 8303578 it - 12 - een aanmerkelijk grotere amplitude dan de drukgolf aankomst, wanneer de frequenties van de in de aarde om de boorput opgewekte achtpolige afschuif-golf binnen bepaalde frequentiegebieden zijn gelegen. Voor elke aardforma-tie bestaat er een voorkeursfrequentiegebied voor het bepalen van de af-5 schuifgolf snelheid zodanig , dat de af schuif golf aankomst aanmerkelijk sterker is dan de drukgolf aankomst. Het voorkeursfrequentiegebied varieert met de af schuif golf snelheid van de formatie, welke wordt onderzocht. Indien derhalve het benaderde gebied van de afschuifgolfsnelheden van de formatie bekend is, kan een voorkeursgebied van frequenties worden geko-10 zen. Voor een put met een diameter van 25 cm zijn de voorkeursfreqüentie-gebieden aangegeven in de onderstaande tabel.

Benaderd gebied van afschuifgolfsnelheden Voorkeursfrequentiegebied (m/sec) _ (kHz)_ 5000 ^ 6000 3,7 - 12,6 6000 - T00Q 3,8 - 20 15 7000 - 8000 3,9 - 26,5 8000 - 9000 4,1-33

Het benaderde gebied van de afschuifgolfsnelheden van een formatie kan worden geschat door conventionele methoden, zoals het meten van de drukgolf snelheden van de formatie. De af schuifgolf snelheid is bij bena-20 dering de helft van de drukgolf snelheid. Uit de gemeten drukgolf snelheden kan het benaderde gebied van afschuifgolfsnelheden worden geschat.

De voorkeursfrequenties variëren omgekeerd met de diameter van de put. Derhalve worden voor een put met een diameter cL in plaats van 25 cm de voorkeursfrequentiegebieden gegeven door dié, aangegeven in de boven-25 staande tabel, vermenigvuldigd met een factor 25/d.

Fig. 3, 4, 6, 7 tonen achtpolige afschuifgolfbronnen, waarbij gebruik wordt gemaakt van zes sectoren, welke in radiale richting worden ...gevibreerd voor het opwekken van achtpolige afschuifgolven in aardfor-maties. De frequenties van de achtpolige afschuifgolven, die op deze wij-30 ze worden opgewekt, variëren omgekeerd met de straal van de sectoren.

Opdat de frequenties binnen de boven opgesomde voorkeursfrequentiegebieden liggen, verdient het de voorkeur, dat de stralen van de sectoren groot zijn. Derhalve zijn hun stralen bij voorkeur slechts iets kleiner dan de straal van de onderzoeksonde. Het is duidelijk, dat de fig. 3, 4, 6, 7 35 niet op schaal zijn getekend.

De meerpolige bronnen van hogere orde kunnen worden opgebouwd op 8303578 - 13 - een wijze, overeenkomende met de vier uitvoeringsvormen van de achtpoli-ge afschuifgolfbron, weergegeven in de fig. 3, 5» 6 en 7· Derhalve kan de zestienpolige bron worden opgebouwd door acht langwerpige piëzo-elek-trische, samengestelde platen ruimtelijk zodanig op te stellen, dat de 5 acht parallellogrammen van een acht zij dig prisma worden gevormd. Aan elk van de acht samengestelde platen wordt in hoofdzaak dezelfde elektrische puls met een zodanige polariteit aangelegd, dat naast elkaar gelegen platen met in hoofdzaak tegengestelde fazen vibreren. Een andere uitvoeringsvorm van de zestienpolige bron verkrijgt men indien de acht sa-10 mengestelde platen worden vervangen door acht in hoofdzaak identieke sectoren van een radiaal of in de omtreksrichting gepolariseerde piëzo-elektrische holle cilinder. Aan elke sector wordt in hoofdzaak dezelfde elektrische puls zodanig toegevoerd, dat naast elkaar gelegen sectoren met in hoofdzaak tegengestelde fazen vibreren. Men kan andere wijzen 15 voor het opbouwen en vibreren van de platen en sectoren gebruiken zolang als de platen en sectoren op dezelfde wijze worden gevibreerd. Men kan andere meerpolen van hogere orde opbouwen op een wijze, overeenkomende met de achtpool en de zestienpool. Bij voorkeur zullen de detectoren, welke worden gebruikt voor het detecteren 'van de afschuifgolfaankomsten 20 van hogere orde, van een orde zijn, welke is aangepast aan de orde van de bron.

Het aantal samengestelde platen of sectoren van de uitvoeringsvormen van de bovenbeschreven achtpolige en zestienpolige bronnen is niet aangepast aan de nomenclatuur van de achtpolige en zestienpolige 25 bronnen. Derhalve omvat de achtpolige bron zes platen of sectoren en de zestienpolige bron acht platen of sectoren. De twee-en-dertig-polige bron omvat tien platen of sectoren. Ofschoon derhalve de nomenclatuur van de meerpolige bronnen is gebaseerd op 2n, waarbij n een geheel getal is, en waarbij n = 1, 2, 3, ... , is het overeenkomstig aan tal platen of sec-30 toren gelijk aan 2n. Derhalve omvat een dipool (n = l)-bron 2 x 1 of 2 platen of sectoren. Een vierpolige (n = 2)-bron omvat 2 x 2 of U platen of sectoren. Een achtpolige (n = 3), een zestienpolige (n - U) en een tweere-dertog-polige (n = 5)-bron omvat respectievelijk 6, 8 en 10 platen of sectoren. Derhalve zal in het algemeen een 2n-polige bron 2n platen of .. . 35 sectoren omvatten, waarbij n een geheel getal is en waarbij n = 1, 2, 3 enz.

8303578

Claims (14)

1. Werkwij ze voor het onderzoeken van de aarde om een "boorput, waarbij uit de boorput een 2n-polige afschuifgolf door de aarde langs de bron wordt uitgezonden, waarbij n een geheel getal is, dat groter is dan 2, en de 2n-polige afschuifgolfaankomst in tenminste één punt, dat in 5 longitudinale richting langs de bron op een afstand van het zendpunt is gelegen, wordt gedetecteerd. 2. · Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de tijd, verstreken tussen het uitzenden en detecteren van de 2n-polige afschuif-golfvorm wordt gemeten voor het bepalen van de afschuifgolfsnelheid van 10 de aarde, welke de put omgeeft.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de 2n-polige af s chuif golf aankomst wordt gedetecteerd in twee punten, waartussen een bekende afstand aanwezig is, welke twee punten in longitudinale richting langs de put op een afstand van elkaar zijn gelegen, en waarbij 15 voorts de tijd, verstreken tussen de detecties in de twee punten, wordt gemeten om de afschuifgolfsnelheid van de aarde om de put te bepalen.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de put een vloeistof bevat en waarbij de 2n-polige afschuifgolf in de aarde wordt gezonden door in de vloeistof een aantal drukgolven op te wekken, welke 20 zullen interfereren voor het opwekken van de 2n-polige afschuifgolf in de aarde, welke de vloeistof omgeeft.

5. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de meerpolige afschuifgolf een achtpolige afschuifgolf is.

6. Werkwijze volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat het benader-25 de gebied van afschuifgolf snelheden van de aarde, welke de vloeistof om*- geeft, wordt bepaald en de frequenties van de achtpolige afschuifgolf zijn gelegen in het voorkeursfrequentiegebied, overeenkomende met het benaderde gebied van afschuifgolfsnelheden van de aarde, welke de vloeistof omgeeft, overeenkomstig de onderstaande tabel :

30 Benaderd gebied van afschuifgolf- Voorkeursfrequentiegebied snelheden (m/see) (kHz) 5000 - 6ooo 10/d (3,7 - 12,6) . 6000 - T000 10/d (3,8 - 20 ) 7000 - 8000 10/d (3,9 - 26,5) 8000 - 9000 10/d (U,1 - 33 ) 35 waarbij d diameter van de put in cm is. 8303578 - 15 - 7» Inrichting voor het akoestisch onderzoeken van een aardformatie, welke een "boorput omgeeft, welke een vloeistof bevat gekenmerkt door een onderzoeksonde, welke bestemd is om in de vloeistof in de boorput te worden opgehangen, een afschuifgolfbron, voorzien van 2n onderdelen, welke 5 met de onderzoeksonde zijn verbonden, waarbij n een geheel getal is, dat groter is dan 2, en waarbij elk onderdeel een sector van een holle cilinder omvat, waarbij de 2n sectoren zodanig met de onderzoeksonde zijn verbonden, dat zij in hoofdzaak coaxiaal zijn en een gemeenschappelijke as omgeven, organen, die met de onderzoeksonde zijn verbonden om de 2n· 10 secties in radiale richting, in hoofdzaak gelijktijdig, en op in hoofdzaak dezelfde wijze zodanig te vibreren, dat naast elkaar gelegen sectoren met in hoofdzaak tegengestelde fazen vibreren voor het opwekken van een 2n-polige afschuifgolfvorm in de aardformatie, en organen, die met de onder-soeksonde zijn verbonden cm in tenminste een gekozen plaats in de vloei-15 stof, welke in longitudinale richting langs de boorput op een afstand van de 2n onderdelen is gelegen, de gebroken drukgolf in de vloeistof, veroorzaakt door breking van de 2n-polige afschuif golfvorm te detecteren.

8. Inrichting volgens conclusie 7 niet het kenmerk, dat n gelijk is aan 3 en de vibraties van de zes sectoren een achtpolige afschuifgolfvorm 20 in de formatie' opwekken.

9. Inrichting volgens conclusie 7 met het kenmerk, dat de detectie-organen zijn voorzien van 2n sectoren van een holle cilinder, waarbij de 2n sectoren van de detectie-organen in hoofdzaak coaxiaal zijn en de gemeenschappelijke as van de sectoren van de afschuifgolfbron omgeven 25 en waarbij de 2n sectoren van de detectie-organen in laterale richting om de gemeenschappelijke as met de zes sectoren van de afschuifgolfbron zijn gecentreerd.

10. Inrichting voor het akoestisch onderzoeken van een aardformatie, welke een boorput omgeeft, die een vloeistof bevat, gekenmerkt door een 30 onderzoeksonde, welke bestemd is om in de vloeistof in de boorput te worden opgehangen, een afschuifgolfbron met 2n onderdelen, die met de onderzoeksonde zijn verbonden, waarbij n een geheel getal is, dat groter is dan 2, en waarbij elk onderdeel is voorzien van een langwerpige plaat, die aan de onderzoeksonde op een plaats en zodanig is bevestigd, dat de 35 2n onderdelen in hoofdzaak de parallellogrammen van een 2n-zijdig poly-fonaal prisma vormen, organen, die met de onderzoeksonde zijn verbonden om het niet-bevestigde gedeelte van elk van de 2n platen in een richting, 8303578 - 16 - in hoofdzaak loodrecht op het platte oppervlak van de plaat, in hoofd-zaak gelijktijdig en op in hoofdzaak dezelfde wijze zodanig te vibreren, dat de niet-bevestigde gedeelten van naast elkaar gelegen platen met in hoofdzaak tegengestelde fazen vibreren voor het opwekken van een 2n-polige 5 af schuif golf in de aardformatie, en organen, die met de onder zoeksonde zijn verbonden om op tenminste één plaats in de vloeistof, die in longitudinale richting langs de boorput op een afstand van de 2n onderdelen is gelegen, de gebroken drukgolf in de vloeistof, veroorzaakt door breking van de 2n-polige afschuifgolf te detecteren.

11. Inrichting volgens conclusie 10 met het kenmerk, dat n gelijk is aan 3 en de vibraties van de zes onderdelen een achtpolige afschuifgolf-vorm in de aardformatie opwekken.

12. Inrichting volgens conclusie 10 met het kenmerk, dat de detectie-organen zijn voorzien van 2n langwerpige platen, die op één plaats van 15 de plaat op een zodanige wijze aan de onderzoeksonde zijn bevestigd, dat zij in hoofdzaak de parallellogrammen van :een 2n-zijdig polygonaal prisma vormen en in azimuthrichting met 2n platen van de af schuifgolfbron zijn gecentreerd.

13. Inrichting voor het akoestisch onderzoeken van een aardformatie, 20 welke een boorput omgeeft, die een vloeistof bevat, gekenmerkt door een onderzoeksonde, welke bestemd is om in de vloeistof in de boorput te worden opgehangen, 2n sectoren van een gepolariseerde, holle, piëzo-elektrische cilinder, die zodanig met de onderzoeksonde zijn verbonden, dat de 2n sectoren in hoofdzaak coaxiaal zijn en een gemeenschappelijke 25 as omgeven, waarbij n een geheel getal is, dat groter is dan 2, organen, welke met de onderzoeksonde zijn verbonden om in hoofdzaak dezelfde elek-‘ trische puls in hoofdzaak gelijktijdig over elk van de 2n sectoren aan te leggen, waardoor de 2n sectoren in radiale richting vibreren, waarbij de elektrische pulsen zodanige polariteiten hebben, dat naast elkaar gelegen 30 sectoren met in hoofdzaak tegengestelde fazen zullen vibreren, waardoor in de aardformatie een 2n-polige afschuifgolf wordt opgewekt, en organen, die met de onderzoeksonde zijn verbonden om in tenminste één plaats in de vloeistof, welke in longitudinale richting langs de boorput op een afstand van de 2n sectoren is gelegen, de gebroken drukgolf in de vloeistof, 35 veroorzaakt door breking van de 2n-polige afschuifgolf, te detecteren. 1U. Inrichting volgens conclusie 13 met het kenmerk, dat de 2n sectoren radiaal zijn gepolariseerd en de elektrische pulsen over de buitenste en 8303578 - π - binnenste cilindervlakken van de sectoren worden aangelegd.

15. Inrichting volgens conclusie 13 met het kenmerk, dat de 2n sectoren in omtreksrichting zijn gepolariseerd en de elektrische pulsen zodanig aan de 2n sectoren worden toegevoerd, dat het elektrische veld 5 in elke sector in hoofdzaak evenwijdig is aan de polarisatie daarvan.

16. Inrichting volgens conclusie 15 met het kenmerk, dat naast elkaar gelegen sectoren in tegengestelde omtreksrichtingen zijn gepolariseerd en de polariteiten van de toegevoerde elektrische pulsen zodanig zijn, dat de elektrische velden in de 2n sectoren dezelfde omtreksrichting hebben. 10 1T. Inrichting volgens conclusie 15 met het kenmerk, dat de 2n sectoren in dezelfde omtreksrichting zijn gepolariseerd, waarbij elke twee naast elkaar gelegen sectoren zijn gescheiden door een andere sector van de holle, piëzo-elektrische cilinder, waarbij de polariteiten van de aangelegde, elektrische pulsen zodanig zijn, dat de elektrische velden in naast elkaar 15 gelegen sectoren tegengestelde omtreksrichtingen bezitten. l8. Inrichting voor het akoestisch onderzoeken van aardformatie, welke een boorput omgeeft, die een vloeistof bevat, gekenmerkt door een onder-zoeksonde, welke bestemd is om in de vloeistof in de boorput te worden opgehangen, 2n paren langwerpige piëzo-elektrische platen, waarbij elk 20 paar met elkaar is verbonden aan de platte vlakken daarvan, waarbij n een geheel getal is, dat groter is dan 2, waarbij elk paar in richtingen, in hoofdzaak loodrecht op de platte vlakken van het paar is gepolariseerd en elk paar in êén punt aan de onderzoeksonde is bevestigd, en elk paar zodanig aan de sonde is bevestigd, dat de 2n paren in hoofdzaak parallallo-25 grammen van het 2n-zijdig polygonaal prisma vormen, organen om in hoofdzaak dezelfde elektrische puls aan elk paar in hoofdzaak gelijktijdig toe te voeren teneinde de niet-bevestigde gedeelten van elk van de 2n paren in een richting, in hoofdzaak loodrecht op de oppervlakken daarvan te vibreren, waarbij de elektrische pulsen zodanig worden toegevoerd, dat de 30 niet-bevestigde gedeelten van naast elkaar gelegen paren met in hoofdzaak tegengestelde fazen zullen vibreren voor het opwekken van een 2n-polige afschuifgolf in de aardf ormatie, en organen, die met de onderzoeksonde zijn verbonden om in tenminste êén plaats in de vloeistof, die in longitudinale richting langs de boorput op een afstand van de 2n paren is ge-35 legen, de gebroken drukgolf in de vloeistof, veroorzaakt door breking van de 2n-polige afschuifgolf te detecteren. 8303578