NL8501345A - Werkwijze voor akoestisch boorputonderzoek en inrichting voor het toepassen van deze werkwijze. - Google Patents

Description

* + '« VO 7156

Werkwijze voor akoestisch boorputonderzoek en inrichting voor het toepassen, van deze werkwijze.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op akoestisch boorputonderzoek en meer in het bijzonder op een werkwijze en inrichting voor het opwekken en detecteren van akoestische golven in een formatie, meer in het bijzonder van het akoestische afschuifgolf-5 type.

Het is bij het onderzoek van onder het aardoppervlak gelegen formaties, door welke formaties zich een boorput uitstrekt, reeds lang bekend, dat metingen van akoestische energie, welke aan de formatie wordt toegevoerd, bijzonder nuttige informatie kan verschaf-10 fen ten aanzien van verschillende formatieparameters en -eigenschappen. Derhalve is het gebruikelijk in de boorput een onderzoeksonde in te brengen, welke een type akoestische golfgenerator en ontvanger bevat teneinde akoestische energie vanuit de generator naar de formatie bij de van belang zijnde hoogte van de boorput toe te voeren en daarna 15 met de ontvanger de resulterende akoestische golven te registreren, die uit de formatie terugkeren.

Een akoestische golf, welke van bijzonder belang is, staat bekend als de "afschuif" of "S" -golf, welke in een ibrmatie kan ontstaan tengevolge van een trillingsbeweging in de formatie loodrecht op de 20 bewegingsrichting van de golf. Een algemene bespreking van dit en daarmede verband houdende "compressie" (of "druk") -golfverschijnselen vindt men in "The Full Acoustic Wave Train In A Laboratory Model Of A Borehole" van S.T. Chen, Geophysics, Vol. 47, No. 11, november 1982 en in de Amerikaanse octrooiaanvragen Serial Nr. 525.910, 440.140, 25 395.449 en 379.684.

Afschuifgolfonderzoek is steeds meer van nut geworden bij het detecteren van formatiebreuken evenals bij het bepalen van litho-logische eigenschappen van formaties en dergelijke. Een aantal problemen heeft evenwel bijgedragen tot de moeilijkheden bij een succesvol 30 gebruik van deze methode.

Het is bijvoorbeeld dikwijls gebleken, dat de amplitude van de afschuifgolf voor een doeltreffende verwerking en analyse onvoldoende is. Meer in het bijzonder vereist de afschuifgolf een grotere loop- ' v' ‘7 / ft* ,.· . i a r.

t -2- • '* tijd dan de compressiegolf om de longitudinale afstand door de formatie tussen de akoestische generator en de detector af te leggen. Derhalve is het dikwijl lastig gebleken om een onderscheid te maken tussen deze eerst binnenkomende drukgolf en de later arriverende af-5 schuifgolf (welke kan binnenkomen voordat de drukgolf volledig is gedempt).

Er zijn pogingen gedaan om de grootte van de S-golf, welke de formatie treft, te vergroten om de waarde van de ontvangen S-golf ten opzichte van de andere signalen te vergroten, waardoor de signaal-10 ruisverhouding wordt vergroot. Een dergelijk onderzoek heeft tot enige nuttige resultaten geleid, zoals het inzicht, dat de hoek waaronder de akoestische energie aan de formatie werd toegevoerd de vorming van S-golven kon verbeteren, en voorts, dat meerpolige akoestische bronnen, zoals quadrupoolbronnen (beschreven in de bovengenoemde 15 Amerikaanse octrooiaanvrage Serial Nr. 379.684) op een meer doeltreffende wijze gewenste S-golven konden verschaffen en konden voorzien in een middel voor een direkt S-golfonderzoek. De uitdrukking "meerpolige bron" wordt hier gebruikt om bronnen van dipool-, quadrupool-of akoestische golven van hogere orde aan te geven, doch niet axiaal 20 symmetrische monopoolbronnen.

Bij het met succes opwekken van dergelijke S-golven bleven evenwel nog steeds ernstige problemen bestaan. Zo is het bijvoorbeeld bekend, dat meerpolige bronnen minder doeltreffende akoestische stra-lers zijn dan monopoolbronnen. Om derhalve de voordelen van meer-25 polige bronnen voor een direkt S-golfonderzoek te verkrijgen, met een verbeterde signaal-ruisverhouding ten opzichte van de drukgolf-"ruis" en andere ruis, waren meer krachtige bronnen van multipoolorde nodig.

Er deden zich een aantal ontwerpbeperkingen voor, die het verschaffen van meer krachtige S-golfbronnen belemmerden. Meer in het 30 bijzonder was het om akoestische S-golfonderzoekhandelingen in zachte formaties uit te voeren, dikwijls nodig te voorzien in sterke bronnen van S-golven met frequenties, welke kleiner waren dan 3 kHz. Dit suggereerde op zijn beurt in het algemeen tot het gebruik van fysisch grote bronnen voor het verkrijgen van de vereiste lage resonantie-35 frequenties. Het gebruik van grote voedingsbronnen met hoge spanning voor het bekrachtigen van dergelijke fysisch grote bronnen be- £ *1 'J a 3 *} 3 £ % -3- • betekende evenwel een bezwaar tengevolge van de daarmede gepaard gaan de noodzaak van een gecompliceerd ontwerp van elektrische ketens en de hoogspanningsruis-interferentieproblemen, die zich bij dergelijke hoog-spanningsvoedingsbronnen voordoen.

5 De werkwijze en inrichting volgens de uitvinding dient voor het opwekken en overdragen van akoestische golven naar een onder het aardoppervlak gelegen formatie, door welke formatie zich een boorput uitstrekt. De werkwijze volgens de uitvinding omvat in het algemeen het opwekken van één of meer paren drukgolven onder gebruik van paren 10 trillingsstaven, waarbij één element van een bepaald paar in fase met één element van elk van de andere paren (en niet in fase met het andere element van elk van de andere paren) vibreert, zodat de drukgolven initieel in een sonde worden voortgeplant in, in hoofdzaak dezelfde richting evenwijdig aan de longitudinale centrale hartlijn daarvan, 15 en daarna elke golf radiaal naar buiten ten opzichte van de sonde en in de formatie wordt gereflecteerd op bij benadering dezelfde hoogte van de boorput, waardoor in de formatie een meerpolige afschuifgolf wordt opgewekt.

De inrichting volgens de uitvinding omvat in het algemeen 20 een sonde, welke bestemd is om langs de boorput te worden bewogen, in welke sonde akoestische golfgeneratororganen en akoestische reflector-organen zijn ondergebracht voor het respectievelijk opwekken en ra-riaal naar buiten reflecteren van de genoemde drukgolven.

Bij een voorkeursuitvoeringsvorm worden vier drukgolven 25 zodanig opgewekt, dat deze zich initieel langs vier assen voortplanten waarvan de snijding met een vlak loodrecht op de centrale hartlijn van de sonde de vier hoeken van een vierhoek en bij voorkeur een vierkant bepalen. De bovengenoemde daaropvolgende reflectie van een bepaalde golf van deze drukgolven naar de formatie is zodanig, dat het grootste 30 gedeelte van de energie in een dergelijke gereflecteerde golf zich voortplant in een algemene richting, welke loodrecht staat op een vlak, bepaald door de twee assen, welke het dichtst in de buurt liggen van as van de bepaalde drukgolf. Bovendien zal de bepaalde drukgolf niet in fase zijn met de drukgolven, die initieel langs twee van dergelijke 35 nabij gelegen assen worden voortgeplant.

C j ΐ ? i ** Λ ·Λ Q Ta,7 J * W

-4-

Bij een dergelijke voorkeursuitvoeringsvorm omvatten de akoestische golfgeneratororganen vier cilindrische staven, die coaxiaal zijn gecentreerd langs de vier assen, waardoor de staafmiddens zijn gelegen op een cirkel, die loodrecht staat op de centrale hart-5 lijn, en in omtreksrichting op gelijke afstanden langs de cirkel zijn gelegen, waardoor eerste en tweede paren van dergelijke staven worden bepaald, waarbij elk paar twee diametraal tegenover elkaar gelegen staven omvat. De staven van het eerste paar bestaan uit eenzelfde eerste magnetostrictief materiaal met een eerste vormveranderingscon-10 stante en die van het tweede paar bestaan, op eenzelfde wijze, uit eenzelfde magnetostrictief tweede materiaal, dat van het eerste materiaal verschilt en voorts een tweede vormveranderingsconstante heeft, die verschilt van de eerste vormveranderingsconstante.

Spoelen om elke staaf, induceren wanneer zij elektrisch 15 worden bekrachtigd in de staven een magnetisch veld evenwijdig aan de assen van de staven, waardoor bij de bovenste uiteinden van de staven oppervlakte tri Hingen optreden, die een quadrupoolbeweging vormen, dat wil zeggen een beweging langs de staafassen, waarbij de beweging van elke staaf van een bepaald paar in fase is met een andere doch 20 niet in fase is met die van het andere paar, waardoor de vier drukgolven worden opgewekt.

Bij een uitvoeringsvorm waarin door de akoestische golfgeneratororganen vier drukgolven worden opgewekt, bestaan de akoestische reflectororganen bij voorkeur uit een akoestisch reflecterend 25 materiaal, dat een omgekeerde afgeknotte vierzijdige pyramide bepaalt, die coaxiaal ten opzichte van de centrale hartlijn is gecentreerd, waarbij het bovenste uiteinde van elke staaf zich bevindt bij en onder een respectief vlak en de hartlijn van elke staaf het respectieve vlak snijdt.

30 De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: fig. 1 een gedeeltelijk schematische afbeelding van een akoestisch onderzoekstelsel volgens de uitvinding; fig. 2 een afbeelding, gedeeltelijk in doorsnede, van een 35 voorkeursuitvoeringsvorm van een vierpolige afschuifgolfonderzoekbron, weergegeven in fig. 1; 150 Π45 -5- fig. 3 een verticaal aanzicht, in dwarsdoorsnede, van de onderzoekbron volgens fig. 2 beschouwd in een vlak, waarin de longitudinale centrale hartlijn is gelegen, welke gemeenschappelijk is voor de in fig. 1 afgeheelde onderzoeksonde en de daarin aanwezige onder-5 zoekbron volgens fig. 2; fig. 4 een bovenaanzicht in dwarsdoorsnede van de onderzoekbron volgens fig. 3 over de lijn IV-IV; fig. 5 een afbeelding van de staafelementen en bijbehorende spoelen van de onderzoekbron volgens fig. 2, waarbij de elektrische 10 bedrading daarvan schematisch is aangegeven; fig. 6A een afbeelding van de akoestische reflector van de in fig. 2 afgeheelde onderzoekbron; fig. 6B een boven- (onder-) aanzicht van de in fig. 6A afgeheelde akoestische reflector; 15 fig. 7 een bovenaanzicht in dwarsdoorsnede van een 16-poli- ge afschuifgolfonderzoekbron, waarbij een andere uitvoeringsvorm van de onderzoekbron volgens fig. 3 is weergegeven; fig. 8A een afbeelding van de akoestische- reflector van de in fig. 7 afgebeelde andere uitvoeringsvorm van de onderzoekbron; 20 fig· 8B een boven- (onder-) aanzicht van de in fig. 8A af gebeelde akoestische reflector; fig. 9 een afbeelding van een andere uitvoeringsvorm van de staafelementen en bijbehorende spoelen van de onderzoekbron volgens fig. 2, waarbij de elektrische bedrading daarvan schematisch is aange-25 geven; fig. 10 een dwarsdoorsnede van een akoestische dipoolaf-schuifgolfbron, beschouwd in een vlak loodrecht op de longitudinale centrale hartlijn van de bron, ter illustratie van een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding; 30 fig. 11 een afbeelding van de akoestische reflector van de in fig. 10 afgebeelde onderzoekbron; fig. 12 een boven- (onder-) aanzicht vein de in fig. 11 afgebeelde akoestische reflector; fig. 13 een doorsnede van een achtpolige akoestische af-35 schuifgolfbron, beschouwd in een vlak loodrecht op de longitudinale centrale hartlijn van de bron, ter illustratie van een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding; 3501345 -6- fig. 14 een afbeelding van de akoestische reflector van de in fig. 13 onderzoekbron? en fig. 15 een boven- (onder-) aanzicht van de in fig. 14 af-gebeelde akoestische reflector.

5 De multipoolnomenclatuur is gebaseerd op opeenvolgende machten van twee dat wil zeggen 2n, waarbij n een geheel getal is en n=l, 2, 3 enz. tot oneindig. Derhalve omvatten de multipolen de dipool (n=l), de quadrupool (n=2) en de octopool (n=3). De nomenclatuur voor multipolen van hogere orde is gebaseerd op 2n waarbij n=4, 5, 6 enz..

10 De multipolen omvatten niet de monopool (n=0).

Fig. 1 toont een afbeelding van een akoestisch onderzoek-stelsel volgens de uitvinding, dat meer in het bijzonder bestemd is om te worden gebruikt bij het onderzoek van akoestische afschuifgolven in een onder het aardoppervlak gelegen formatie, door welke formatie 15 zich een boorput uitstrekt. Door een te onderzoeken onder het aardoppervlak gelegen formatie 10 strekt zich een boorput 12 uit, welke meer in het bijzónder een fluïdum 14 bevat. Er is een onderzoeksonde 16 aanwezig, welke bestemd is om in verticale richting langs de boorput 12 naar de gewenste boorputhoogte te worden bewogen, op welke 20 hoogte de formatie moet worden onderzocht.

De sonde 16 heeft op een conventionele wijze een doorsnede-configuratie en kan zijn voorzien van een akoestische golfgenerator-bronsectie 18 en één of meer akoestische golfdetectorsecties, zoals de secties 20, 22 en 24. Elke detectorsectie is voorzien van een overeen-25 komstige detector, welke detectoren tezamen zullen worden betiteld als het detectorstelsel 25. De detectorsecties 20, 22 en 24 bevatten respectievelijk detectoren D^, D2 en D^ van het detectorstelsel 25. Andere detectorsecties, welke andere detectoren van het detectorstelsel 25 bevatten, zijn in fig. 1 niet weergegeven of slechts gedeelte-30 lijk weergegeven.

Op een soortgelijke wijze zal de bronsectie 18 de akoestische bron 26 volgens de uitvinding bergen. Opgemerkt wordt, dat de detectorsecties 20, 22 en 24 meer in het bijzonder fysisch ten opzichte van de bronsectie 18 zijn geïsoleerd door een afstandsectie 29 en 35 wel op een op zichzelf bekende wijze, en dat de secties 18-24 verder coaxiaal zijn gecentreerd om een longitudinale centrale hartlijn 28 8501345 -7- voor het vormen van de cilindrische sonde 16. Wanneer de sonde 16 in de boorput 12 wordt gebracht blijkt de centrale hartlijn 28 ook bij voorkeur in de nabijheid te liggen vein de hartlijn van de boorput 12.

Een nader onderzoek van fig. 1 doet blijken, dat de sec-5 ties 18, 20, 22 en 24 elk zijn voorzien van een respectief stel akoestische vensters 27, 36, 38 en 40. Ofschoon elk van de stellen 27, 36, 38 en 40 in fig. 1 is weergegeven als vier vensters omvattende, kan elk stelsel meer of minder dan vier vensters omvatten. Tijdens het bedrijf zal de bron 26 vier akoestische golfpulsen (waarvan er slechts 10 één als de drukgolf 30 is weergegeven) opwekken op een wijze, welke hierna meer gedetailleerd zal worden beschreven. Elke golfpuls zal zich vanuit de bron 26 onder een θ-hoek 34 ten opzichte van het vlak, waarin de lijn 32 is gelegen en welk vlak loodrecht staat op de centrale hartlijn 28, voortplanten. Een gedeelte van de akoestische ener-15 gie in elke golfpuls (inclusief de golf 30) zal zich door het boorput-fluldum 14 bewegen, de formatie 10 binnentreden en zich longitudinaal naar beneden voortbewegen waarop de energie het fluïdum 14 opnieuw zal binnentreden en door de' detectoren van het detectorstelsel 25 zal worden gedetecteerd op een later meer gedetailleerd te beschrijven wijze. 20 Er wordt een ontsteek- en registratieregeleenheid 44 ge bruikt om de bekrachtiging van de bron 26 op geschikte gewenste tijdstippen te regelen, functioneel weergegeven door de aanwezigheid van de schakelaar 42. Akoestische golfvormen, die door de detectoren D^, I>2 en van het detectorstelsel 25 worden opgewekt in responsie op 25 akoestische energie, welke vanuit de formatie 10 deze detectoren treft, zullen via respectieve signaallijnen 46, 48 en 50 (en andere niet afgebeelde signaallijnen, overeenkomende met andere detectoren van het detectorstelsel 25) worden toegevoerd aan zich boven de boorput bevindende schakelingen 52, 54. 56 en 58 voor het naar wens verwerken, 30 registreren, weergeven en dergelijke.

Meer in het bijzonder zal, zoals functioneel is aangegeven door de schakelaar 52, elk signaal op de lijnen 46-50 worden gefilterd door een geschikt banddoorlaatfilter 54, worden versterkt door een versterker 56 en daarna worden toegevoerd aan een tijdintervaleenheid 35 58, alle op een wijze en voor doeleinden, die op zichzelf bekend zijn.

8501345 • <· -8- • Daarna kunnen de looptijden van de akoestische energie vanuit de bron 26 via de formatie 10 naar een bepaalde detector van het detectors te 1-sel 25 worden bepaald/ waaruit de snelheid van de akoestische golven in de formatie 10 kan worden afgeleid.

5 Pig. 2 is een afbeelding van een voorkeursuitvoeringsvorm van een vierpolige akoestische golfonderzoekbron 26 volgens de uitvinding weergegeven in fig. 1, die zich in de sectie 18 bevindt. De bron 26 omvat een hol, cilindrisch huis 60 door welk huis zich een onderste ondersteuningsdoom 62 uitstrekt. De doom 62 ondersteunt een schijf-10 vormige basis 64, welke vier cilindrische staven 66, 68, 70 en 72 ondersteunt. Een centrale ondersteuningsdoom 74 verbindt de basis 74 met een akoestische energiereflector 76, welke op zijn beurt is verbonden met een bovenste ondersteuningsdoom 78.

In het bovenste gedeelte van het huis 60 bevinden zich 15 reeds genoemde vensters 27 (waarvan er voor de duidelijkheid slechts twee zijn weergegeven) . Elk venster bestaat uit een opening, waarover zich een dun membraan, zoals een rubber vel of dergelijke uitstrekt, dat in hoofdzaak akoestisch transparant is, waardoor akoestische golven, die binnen het huis 60 worden opgewekt, via het membraan naar de omge-20 vende formatie 10 kunnen worden overgedragen. Het membraan zal natuurlijk afdichtend met de wand van het huis 60 samenwerken teneinde een binnenlekken van het boorput fluïdum 14 in de holten van het huis 60 te beletten, en wel door geschikte organen, zoals metalen klemmen.

De onderste basis 64 bezit aan het buitenste cilinderopper-25 vlak daarvan een onderste O-ring vasthoudgroef 83, waarin zich een coring 84 bevindt, welke voorziet in een afdichtende samenwerking tussen de basis 64 en het binnenoppervlak van het huis 60. Voorts zijn eerste, tweede, derde en vierde schroefvormige spoelen 86, 88, 90 en 92 om de respectieve staven 66, 68, 70 en 72 aangebracht, welke spoelen bestaan 30 uit elektrisch geïsoleerd draad.

De eerste en tweede openingen 94 en 96 strekken zich in dwarsrichting naar de centrale doorn 74 uit voor het opnemen van de eindgeleiders van de respectieve spoelen 86 en 88, waarbij deze geleiders naar een geschikte elektrische voedingsbron worden geleid, die 35 later zal worden beschreven. Verdere (niet afgebeelde) openingen in de doorn 74 kunnen, indien nodig, aanwezig zijn om de eindgeleiders van de spoelen 90 en 92 op een soortgelijke wijze te geleiden.

850 1 34 5 ΐ « -9-

De oekoestische reflector 76 zal evenals de basis 64 zijn voorzien van een bovenste O-ringvasthoudgroef 116, waarin zich een bovenste O-ring 118 bevindt, welke dient voor een afdichtende samenwerking tussen de cilindrische buitenomtrek van de reflector 76 en 5 het binnenoppervlak van het huis 60. Het is duidelijk, dat men op deze wijze een inwendig volume 124 (aangegeven in fig. 3) verkrijgt, dat ten opzichte van de buitenzijde van het huis 60 en ten opzichte van gebieden boven en onder de reflector 76 respectievelijk de basis 64 is afgedicht. Het volume 124 is bij voorkeur gevuld met een fluïdum zoals 10 olie of dergelijke voor een akoestische impedantie-aanpassing aan het fluïdum 14.

Thans meer gedetailleerd verwijzende naar fig. 3 en 4 zal men zich herinneren, dat deze figuren respectievelijk een verticaal en bovenaanzicht van de akoestische bron 26 volgens fig. 2 zijn, waarbij 15 verdere details daarvan zijn aangegeven. Eerst wordt opgemerkt, dat binnen en in de lengterichting van de centrale doom 74, de reflector 76 en de bovenste doom 78 langs de centrale hartlijn 28 respectieve coaxiaal gecentreerde kanalen 98, 100 en 102 aanwezig zijn.

Het kanaal 98 staat in verbinding met de openingen 94 en 20 96 en voorziet in organen om de eindgeleiders van de spoelen 86 — 92 via de openingen 94 en 96 en via de kanalen 98-102 naar een geschikte elektrische energiebron te voeren.

Nog steeds verwijzende naar de fig. 3 en 4 zijn in de basis 64 van schroefdraad voorziene holten 104 en 106 aanwezig en zijn in de 25 reflector 76 van schroefdraad voorziene holten 108 en 110 aanwezig voor het via schroefdraad daarin opnemen van van schroefdraad voorziene eindgedeelten van de respectieve onderste, centrale en bovenste doorns 62, 74 en 78. Op een soortgelijke wijze verschaffen van schroefdraad voorziene holten, zoals 112 en 114 in de basis 64 geschikte organen 30 om de vier staven 66-72 op de basis 64 te monteren.

Er zijn twee permanente magneten 120 en 122 in de reflector 76 aanwezig, welke door deze reflector worden ondersteund en welke elk coaxiaal met en boven een respectieve staaf van de staven 66 en 70 m zijn gemonteerd en wel voor later meer in detail ten aanzien van een 35 andere uitvoeringsvorm te beschrijven doeleinden. Het is evenwel duidelijk, dat bij de voorkeursuitvoeringsvorm volgens fig. 3 de magneten zullen worden weggelaten.

$501345 » l -10-

In fig. 4 zijn een X- en Y-as respectievelijk 126 en 128, weergegeven, die loodrecht op elkaar staan en de centrale hartlijn 28 snijden en wel om de hiernavolgende gedetailleerde omschrijving te vereenvoudigen. Voor eenzelfde doel is een cirkel 130 aangegeven, welke 5 is gelegen in het vlak, bepaald door de hartlijn 126 en 128 en gaande door de longitudinale hartlijnen of middens van de staven 66 — 72.

Pig. 5 is een afbeelding van de staven 66-72 en de overeenkomstige spoelen 86-92 van de onderzoekbron 26 volgens fig. 2, bestemd om de elektrische verbinding daarvan en de configuratie daarvan 10 meer gedetailleerd functioneel aan te geven. Bij de voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding bestaan de staven 66-72 elk uit een ferromagnetisch materiaal, dat de eigenschap vertoont, welke bekend staat als het magnetostrictieve verschijnsel, waardoor wanneer aan het materiaal in de richting van de longitudinale as daarvan een magnetisch 15 veld wordt aangelegd, overeenkomstige veranderingen in de lengte van het materiaal in de richting van de longitudinale as daarvan optreden.

De grootte van de verandering en het feit of het materiaal uitzet of samentrek bij magnetisatie is een functie van het bepaalde materiaal. Zo vertonen verschillende materialen verschillende vorm-20 veranderingsconstanten (veranderingen in lengte per eenheid van lengte tengevolge van magnetostrictie), waarvan.er sommige positief of negatief kunnen zijn (hetgeen aangeeft, dat het materiaal bij magnetisatie respectievelijk langer of korter wordt). Bovendien kunnen dergelijke constanten of groot of klein zijn (hetgeen wijst op respectievelijk 25 een groot of klein percentage veranderingen in lengte bij een bepaalde magnetische veldsterkte).

Wanneer het bovenstaande wordt toegepast op de uitvoeringsvorm volgens fig. 5 is het duidelijk, dat het zojuist beschreven magnetostrictieve verschijnsel kan worden gebruikt voor het construeren 30 van een magnetostrictieve vibrator, welke in staat is een akoestische drukgolf op te wekken. Meer in het bijzonder zullen bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 5 de staven 66 en 70 bij voorkeur zijn vervaardigd uit een ferromagnetisch materiaal, bekend als 2V permendur met een positieve vormveranderingsconstante, terwijl de staven 68 en 72 kunnen 35 zijn vervaardigd uit een ferromagnetisch materiaal zoals nikkel met een negatieve vormveranderingsconstante, waarvan de absolute waarde kleiner is dan die van 2V permendur.

8501345 -11-

Uit het bovenstaande blijkt, dat wanneer aan de staven 66 en 70 een magnetische veld wordt aangelegd doordat de schakelaar 42 wordt gesloten en daardoor de overeenkomstige spoelen 86 en 90 vanuit de elektrische energiebron 132 worden bekrachtigd, de bovenste cirkel-5 vormige vlakken van de staven 66 en 70 (welke zijn gelegen in een vlak, dat evenwijdig is aan het vlak, bepaald door de assen 126 en 128) zich naar boven zullen bewegen omdat de staven 66 en 70 in de richting van de centrale as 28 langer worden- (Men zal zich herinneren, dat de onderste uiteinden van de staven 66-72 op de basis 64 zijn gemonteeerd 10 en geen longitudinale beweging kunnen uitvoeren)-

Bij het openen van de schakelaar 42 en het daardoor uitschakelen van de spoelen 86 en 90 zullen de staven 66 en 70 naar de normale lengte daarvan terugkeren. Door derhalve de intensiteit van het aangelegde magnetische veld te variëren bijvoorbeeld door een snel 15 openen en sluiten vein de schakelaar 42, zullen de bovenvlakken van de staven 66 en 70 in fase met dezelfde frequentie oscilleren, waardoor twee akoestische golven worden opgewekt, die zich in verticale richting naar boven naar de reflector 76 langs de assen van de staven 66 en 70 en in de richting van de centrale hartlijn 28 bewegen.

20 Op een soortelijke wijze zullen omdat de staven 68 en 72 een vormveranderingsconstante hebben waarvan het teken tegengesteld is aan dat van de staven 66 en 70, bij een gelijktijdige bekrachtiging van de bijbehorende spoelen 88 en 92 met die van de staven 66 en 70, de bovenste cirkelvormige vlakken van de staven 68 en 72 in de richting 25 van de centrale hartlijn 28 in fase met elkaar bij dezelfde frequentie oscilleren doch 180° in fase verschoven ten opzichte van de staven 66 en 70. Hierdoor zullen twee verdere akoestische golven worden opgewekt, die zich eveneens in verticale richting naar boven naar de reflector 76 voortbewegen, zoals boven is beschreven, en niet in fase daarmede 30 zijn.

Tengevolge van het feit, dat de absolute waarde van de vormveranderingsconstante voor 2V permendur groter is dan die van nikkel zal bij een bepaalde magnetische veldsterkte de trillingsamplitude van de staven 66 en 70 groter zijn dan die van de staven 68 en 72.

35 Derhalve kan bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 5, welke zojuist is beschreven, het aantal windingen van de spoelen 86 en 90 kleiner wor- 3 4 5 « ι -12- den gekozen dan dat van de spoelen 88 en 92 teneinde trillingen met een bij benadering gelijke amplitude op te wekken, hetgeen gewenst is opdat de bron 26 vierpolige akoestische golven in de formatie 10 zendt.

Bij een aantal hier beschreven uitvoeringsvormen zullen 5 sommige van de staven, welke worden gebruikt voor het opbouwen van een bron volgens de uitvinding, een eerste vormveranderingsconstante hebben en zullen sommige een tweede vormveranderingsconstante hebben, waarvan de absolute waarde verschilt van die van de eerste vormveranderingsconstante. Zo is bijvoorbeeld de absolute waarde van de vormveranderings-10 constante van nikkel ongeveer de helft van die van 2V permendur. Bij deze uitvoeringsvormen kunnen de effectieve vormveranderingsconstanten van de staafmaterialen, welke worden toegepast, worden aangepast door de staven met de grootste absolute vormveranderingsconstante te omwikkelen met een elektrische geleidend metalen element (dat uit een draad 15 kan bestaan), e.e.a. zodanig, dat het metalen element is gewikkeld tussen elke staaf en de overeenkomstige' omgevende bekrachtigingsspoel, die het magnetische veld bij de staaf opwekt. Deze omwikkeling zal de staaf gedeeltelijk ten opzichte van het magnetische veld afschermen, waardoor de effectieve vormveranderinsconstante van de omwikkelde 20 staaf wordt gereduceerd. Bij een bron met enige uit nikkel bestaande en enige uit 2V permendur bestaande staven leidt bijvoorbeeld een dunne omwikkeling van aluminiumdraad om elke staaf van 2v permendur tot het gewenste effect van het aan elkaar aanpassen van de vormveranderingsconstanten van de staven.

25 In de fig. 6A en 6B vindt men respectievelijk een perspec tivisch aanzicht en een bovenaanzicht van de akoestische reflector 76 in de onderzoeksonde 26 volgens fig. 2. Meer in het bijzonder blijkt, dat de reflector 76 een omgekeerde pyramide bepaalt, welke is afgeknot door het oppervlak bij de holte 108. Meer in het bijzonder blijkt, dat 30 de op deze wijze bepaalde pyramide vier reflecterende zijden 134, 136, 138 en 140 bezit.

Uit de oriëntatie van de zijden 134-140 ten opzichte van de assen 126 en 128 en de coaxiale centrering van de reflector 76 langs de centrale hartlijn 28 blijkt, dat elke staaf 66-72 naast en 35 onder een overeenkomstig vlak van de vlakken 134-140 is opgesteld, waarbij de longitudinale hartlijn van elke staaf het bijbehorende respectieve vlak snijdt.

8501345 -13- . Het doel van een dergelijke centrering blijkt uit de pijl 135, welke een akoestische golf voorstelt, die door één van de staven 66-72 wordt opgewekt, zoals juist is beschreven, en zich in longitudinale richting naar boven in de richting van de centrale hartlijn 28 5 en langs de as van de bepaalde staaf naar de reflector 76 beweegt. Wanneer de golf de reflector 76 treft, zal de golf als de golf 30 onder een θ-hoek 34 ten opzichte van het vlak, waarin de horizontale referentielijn 32 is gelegen en welk vlak loodrecht op de centrale hartlijn 28 staat worden teruggekaatst.

10 Op deze wijze zullen door aan de vlakken 134-140 een ge schikte vorm te geven, zich in verticale richting voortbewegende akoestische drukgolven, die door elke staaf 66-72 worden opgewekt, worden teruggekaatst in een richting, die in het algemeen loodrecht op de centrale hartlijn 28 staat, zodat de hoofdlussen van de akoes-15 tische golfenergie, teruggekaatst door de reflector 76, zich uit de bronsecties 18 (via het stelvenster 27) en in de formatie 10, in hoofdzaak in de vier door de assen 126 en 128 aangegeven richtingen zullen bewegen.

De reflector 76 bestaat bij voorkeur uit een doeltreffend 20 akoestisch reflecterend materiaal, zoals aluminium of staal teneinde de overdracht van energie uit de reflector naar de formatie maximaal te maken. Het is eveneens gebleken, dat het wenselijk is, dat de gereflecteerde hoofdlussen niet worden teruggekaatst onder een hoek, die precies loodrecht op de centrale hartlijn 28 staat doch in plaats 25 daarvan is verschoven, bij voorkeur in het gebied van ongeveer 20° tot ongeveer 45° ten opzichte van een vlak, dat loodrecht op de centrale hartlijn 28 staat, teneinde de omzetting (op een wijze, welke in de hiernavolgende twee alinea's zal worden beschreven) van de daardoor in het boorputfluïdum 14 opgewekte drukgolf om te zetten in de 30 gewenste vierpolige afschuifgolven in de formatie 10. Dit kan natuurlijk geschieden door de hellingshoek van de vlakken 134-140 ten opzichte van de centrale hartlijn 28 in te stellen, de oriëntatie van de hartlijnen van de staven 66-72 ten opzichte van de vlakken 134-140 in te stellen of beide.

35 Het zal duidelijk zijn, dat aan het scheidingsvlak tussen het boorputfluïdum 14 en de formatie 10 niet slechts een gedeelte van 8331345 d £ -14- de drukgolf energie, welke vanuit de bron 26 in het boorputfluïdum 14 wordt voortgeplant, zal worden omgezet in akoestische afschuifgolfenergie, welke zich eveneens in de formatie 10 zal voortplanten, doch dat nog een gedeelte van deze drukgolfenergie in het fluïdum 14 zal worden 5 omgezet in akoestische drukgolfenergie, welke in de formatie 10 zal worden voortgeplant. De in de formatie 10 geïnduceerde afschuifgolfen zullen interfereren voor het verschaffen van een vierpolige afschuif-golf in de formatie 10. Op een soortgelijke wijze zullen de in de formatie 10 geïnduceerde drukgolven interfereren en een vierpolige druk-10 golf in de formatie 10 leveren. De verhouding tussen de vierpolige afschuif golfenergie en de vierpolige drukgolfenergie, opgewekt door de bron 26 in de formatie 10, zal afhankelijk zijn van de bovengenoemde hoek waaronder de drukgolven in het fluïdum 14 het scheidingsvlak tussen het fluïdum 14 en de formatie 10 treffen en tevens afhankelijk 15 zijn van de frequentie van de bron.

Voor een direkt akoestisch afschuifgolfonderzoek is het gewenst het opwekken van afschuifgolven in de formatie 10 ten opzichte van het opwekken van drukgolven daarin te vergroten. Dit kan geschieden op de wijze, als beschreven in de onmiddellijk aan de bovenstaande 20 alinea voorafgaande alinea. In tegenstelling daarmede kan het voor een doeltreffend akoestisch drukgolfonderzoek gewenst zijn het opwekken van drukgolven in de formatie 10 ten opzichte van het opwekken van afschuifgolven daarin te vergroten.

De bron 26, die op dezelfde wijze wordt bedreven, als hier 25 is beschreven ten aanzien van het vierpolige afschuifgolfonderzoek, kan eveneens worden gebruikt voor het uitvoeren van een vierpolig akoestisch drukgolfonderzoek. De aankomst van de vierpolige drukgolf bij de detectoren zal plaatsvinden vóór de aankomst van de vierpolige afschuif-golf bij de detectoren, zodat het gelijktijdig opwekken van vierpolige 30 afschuifgolven in de formatie 10 (met de vierpolige drukgolven, welke van belang zijn bij vierpolig drukgolfonderzoek) drukgolfonderzoekhan-delingen niet zullen belemmeren. Voor het op een doeltreffende wijze uitvoeren van een vierpolig akoestisch drukgolfonderzoek onder gebruik van de bron 26 is het gewenst, dat de invalshoek van de vlakken 134-140 35 ten opzichte van de centrale hartlijn 28 en de oriëntatie van de hartlijnen van de staven 66 en 72 ten opzichte van de vlakken 134-140 zodanig worden ingesteld, dat de reflecterende golflussen zich voortplan- s s 1) i τ λ 5 ïw' ·νί* tl V “V w -15- ten in een richting, welke loodrecht staat op de centrale hartlijn 28, zodat het opwekken van drukgolven in de formatie 10 wordt versterkt ten opzichte van het opwekken van afschuifgolven daarin.

Het zal de vakman duidelijk zijn, dat de hierna te beschrij-5 ven dipool-, octopool- en andere uitvoeringsvormen van de akoestische bron volgens de uitvinding op een soortgelijke wijze geschikt zijn voor hetzij meerpolig akoestisch afschuifgolfonderzoek als voor meer-polig akoestisch drukgolfonderzoek.

Verder wordt erop gewezen, dat het gewenst is, dat de uit 10 elk bovenvlak van de staven 66-72 zich naar boven bewegende akoestische golven afkomstig zijn uit punten, die radiaal zo veel mogelijk naar binnen naar de centrale hartlijn 28 toe zijn gelegen. Dit om vier zo dicht mogelijk bij elkaar gelegen monopoolbronnen te benaderen, welke nodig zijn voor een quadrupoolbron, hetgeen kan geschieden doof de 15 diameter van de cirkel 100 waarlangs de staven 66-72 op gelijke afstemden van elkaar zijn gelegen te verkleinen.

De fig. 7, 8A en 8B komen overeen met de respectieve figuren 4, 6A en 6b doordat zij soortgelijke afbeeldingen geven van een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding. Meer in het bijzonder 20 is het waar de voorafgaande beschrijving van de uitvinding is beperkt tot een vierpolige golfgenerator of bron, het niet de bedoeling, dat de uitvinding hiertoe is beperkt, en de uitvinding omvat ook andere uitvoeringsvormen.

Derhalve kan overeenkomstig de hier geciteerde referenties 25 voor sommige toepassingen een akoestische dipoolgolfbron, als weergegeven in de fig. 10, 11 en 12, of een bron van hogere orde dan de quadrupoolbron, zoals de akoestische octopoolgolfbron, weergegeven in de fig. 13, 14 en 15, of de in de fig. 7, 8A en 8B weergegeven 16-polige akoestische golfbron gewenst zijn.

30 Het aantal staven bij de uitvoeringsvormen van de dipool-, de octopool- en de 16-polige bron, welke hierna zullen worden beschreven, is niet aangepast aan de nomenclatuur van de dipool-, octopool-en 16-polige bronnen. Derhalve omvat een dipool (n=l) -bron tweemaal één of twee staven. Een quadrupool (n=2) -bron omvat tweemaal twee of 35 vier staven. Een octopool (n=3), een 16-polige (n=4) en een 32-polige (n=5) -bron omvat respectievelijk zes, acht en tien staven. Derhalve .$53 1 34 5 t *f -16- zal in het algemeen een 2n-poolbron 2n-staven omvatten, waarbij n een geheel getal is, waarbij n = 1, 2, 3 enz..

In het algemeen zijn bij een 2n-polige bron volgens de uitvinding 2n-staven (waarbij n = 1, 2, 3 enz.) in hoofdzaak gelijk-5 matig om de centrale hartlijn van een onderzoeksonde opgesteld. Bij voorkeur zijn de staven in hoofdzaak gelijkmatig om de centrale hartlijn opgesteld. Naast elkaar gelegen staven, ten aanzien van de hoek-positie om de centrale hartlijn, leveren drukgolven, die een faseverschil van in hoofdzaak 180° ten opzichte van elkaar vertonen en 10 welke zich. initieel naar de reflector voortplanten en daarna in het algemeen radiaal naar buiten vanuit de centrale hartlijn worden gereflecteerd.

Derhalve blijkt onder verwijzing naar de fig. 7 in vergelijking met fig. 4, dat in plaats van slecht vier staven 66-72 acht 15 staven 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170 en 172 aanwezig zijn (met overeenkomstige spoelen, die niet zijn weergegeven) evenals acht overeenkomstige vensters 142, 144, 146, 148, 150, 152, 154, 156, die radiaal naar buiten ten opzichte van de staven zijn gelegen.

Op een soortgelijke wijze als bij de uitvoeringsvorm vol-20 gens de fig. 1-6B zullen de acht staven 158-172 en de overeenkomstige spoelen zodanig zijn georiënteerd, dat de middens daarvan op gelijke ' afstanden van elkaar langs de omtrek van de cirkel 130 zijn gelegen en de assen daarvan evenwijdig zijn aan de centrale hartlijn 28.

Op een soortgelijke wijze zullen de staven wisselen tussen een eerste 25 en een tweede ferromagnetisch materiaal wanneer men de cirkel 130 in omtreksrichting doorloopt. Tenslotte kunnen de staven op een soortgelijke wijze worden bekrachtigd als die, welke functioneel is weergegeven in fig. 5.

Het is derhalve duidelijk, dat bij de uitvoeringsvorm vol-30 gens de fig. 7, 8A en 8B in plaats van dat vier drukgolven worden opgewekt, die zich in de sonde 16 naar boven naar de reflector 76 voortbewegen, acht van dergelijke golven zullen worden opgewekt. Derhalve is het nodig de reflector 76 te wijzigen, als aangegeven in de fig. 8A en 8B teneinde te voorzien in overeenkomstige reflecterende vlakken 35 174, 176, 178, 180, 182, 184, 186 en 188, welke veroorzaken, dat elk van deze golven uit het bijbehorende respectieve vensters 142, 146, 148, p. η λ i 4 c y v 2 0^0 -17- 150, 152, 154 en 156 in de formatie 10 in acht gescheiden en distincte radiaal naar buiten gerichte richtingen vanuit de centrale hartlijn 28 wordt gereflecteerd.

Fig. 10 is een dwarsdoorsnede van een akoestische dipool-5 afschuifgolfbron ter illustratie van een andere uitvoeringsvorm van de akoestische bron 26 volgens de uitvinding. In plaats van vier staven zijn slechts twee staven 258 en 260 aanwezig (met overeenkomstige schroefvormige spoelen, welke niet zijn weergegeven) evenals twee overeenkomstige vensters 254 en 256, die respectievelijk radiaal naar bui-10 ten ten opzichte van de staven 258 en 260 zijn gelegen.

Op een soortelijke wijze als bij de uitvoeringsvorm volgens de fig. 1 t/m 6B zijn de staven 258 en 260 en de overeenkomstige spoelen onder een hoek van in hoofdzaak 180° ten opzichte van elkaar langs de omtrek van de cirkel 230 georiënteerd en zijn de assen van de sta-15 ven evenwijdig aan de centrale hartlijn 28. Op een soortgelijke wijze bestaat één van de staven 258 en 260 uit een eerste magnetostrictief materiaal met een positieve vormveranderingsconstante (zoals een 2V permendur) en bestaat de andere uit een tweads magnetostrictief materiaal met een negatieve vormveranderingsconstante (zoals nikkel). De 20 staven 258 en 260 worden bekrachtigd op een wijze welke overeenkomt met die, welke functioneel is weergegeven in fig. 5.

Het is derhalve duidelijk, dat bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 10 twee drukgolven (de ene 180° in fase verschoven ten opzichte van de andere) zullen worden opgewekt, die initieel in de sonde 25 16 naar de reflector 278 voortbewegen. De reflector 278 is boven de bovenste uiteinden van de staven 258 en 260 opgesteld door de van schroefdraad voorziene holte 208 op het van schroefdraad voorziene bovenste eindgedeelte van de doorn 74 te schroeven.

De reflector 278, weergegeven in de fig. 11 en 12, is voor-30 zien van reflecterende vlakken 274 en 276 voor het respectievelijk reflecteren vein de drukgolven uit de staven 258 en 260 via de vensters 254 en 256 teneinde de golven zich in hoofdzaak radiaal naar buiten ten opzichte van de centrale hartlijn 28 te laten voortplanten. De reflector 278 is in het algemeen gevormd als een omgekeerde massieve 35 kegel, welke is afgeknot door het oppervlak bij de holte 208, en voor-van reflecterende vlakken 274 en 276, welke op tegenover elkaar gekeerde v $ -j s ö 4 5 i , -18- • gebieden van het in het algemeen kegelvormige buitenoppervlak daarvan zijn gevormd. De assen van de staven 258 en 260 snijden de respectieve oppervlakken 274 en 276 wanneer de reflector 278 op de juiste wijze ten opzichte van de staven is opgesteld.

5 Fig. 13 toont een dwarsdoorsnede van een acht-polige akoestische afschuifgolfbron ter illustratie van weer een andere uitvoeringsvorm van de akoestische bron 26 volgens de uitvinding. Verwijzende naar fig. 13 in vergelijking met fig. 4 blijkt, dat in plaats van slechts vier staven 66-72, zes staven 358, 360, 362, 364, 366 en 10 368 aanwezig zijn (met overeenkomstige spoelen, welke niet zijn afge- beeld), evenals zes overeenkomstige vensters 344, 346, 348, 350, 352 en 354, die radiaal naar buiten ten opzichte van de staven zijn gelegen.

Op een soortgelijke wijze als bij de uitvoeringsvorm vol-15 gens de fig. 1-6B worden de zes staven 358-368 en de overeenkomstige spoelen zodanig georiënteerd, dat de middens daarvan op gelijke afstanden van elkaar langs de omtrek van de cirkel 370 zijn gelegen en hun assen evenwijdig zijn aan de centrale hartlijn 28. Op een soortgelijke wijze zullen de staven wisselen tussen een eerste en een twee-20 de ferromagnetisch materiaal wanneer men de cirkel 370 in omtreksrich-ting doorloopt. Tenslotte kunnen de staven worden bekrachtigd op een wijze, welke overeenkomt met die, welke functioneel in fig. 5 is weergegeven.

Het is derhalve duidelijk, dat bij de uitvoeringsvorm vol-25 gens de fig. 13, 14 en 15 in plaats van dat vier drukgolven worden opgewekt, die zich in de sonde 16 naar boven naar de reflector 76 bewegen, zes van dergelijke golven zullen worden opgewekt. Het is derhalve nodig gebruik te maken van een gewijzigde reflector 376, als weergegeven in de fig. 14 en 15 (in plaats van de reflector 76 bij de uit-30 voeringsvorm, weergegeven in de fig. 6A en 6B) teneinde te voorzien in zes overeenkomstige reflecterende vlakken 380, 382, 384, 386, 388 en 390, die veroorzaken, dat elk van deze golven uit het bijbehorende respectieve venster 344, 346, 348, 350, 352 en 354 in de formatie 10 wordt gereflecteerd in zes gescheiden en distincte radiaal naar buiten 35 gerichte richtingen vanuit de centrale hartlijn 28.

8501345 -19-

Uit het bovenstaande aal men zich herinneren, dat bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 3 werd vermeld, dat bij een andere uitvoeringsvorm daarvan het gewenst is twee voorspanningsmagneten aan te brengen (zoals die twee, welke daarin als 120, 122 zijn aangegeven).

5 Deze andere uitvoeringsvorm zal thans meer gedetailleerd worden besproken.

Bij de andere uitvoeringsvorm, welke thans zal worden besproken, kunnen alle staven daarvan, zoals de staven 66-72 volgens fig. 3, uit hetzelfde ferromagnetische materiaal bestaan, een materiaal, 10 dat gekozen is met een relatief grote vormveranderingsconstante teneinde relatief grotere trillingsamplituden van de staven en derhalve een sterkere akoestische bron te verkrijgen.

Een probleem bij het gebruik van staven van hetzelfde materiaal ligt in het verkrijgen van het bovengenoemde gewenste fase-15 verschuivingsverband tussen de opgewekte akoestische golven (welke door elke staaf worden opgewekt en eerder worden verkregen ten gevolge van het gebruik van staven met twee verschillende vormveranderings-constanten).

Door het gebruik van een magnetisch voorspanningsveld bij 20 twee diametraal tegenover elkaar gelegen staven, zoals 66 en 70 van de vier staven, weergegeven in fig. 3, kan een dergelijke niet in fase zijnde werking desalniettemin worden verkregen.

Meer in het bijzonder kunnen bijvoorbeeld de staven 66 en 70 vooraf worden belast door overeenkomstige permanente magneten 120 25 en 122, die daarboven in de reflector 76 worden ondersteund ( het is ook mogelijk de magneten 120 en 122 in sommige toepassingen, waarbij permanente magneten teveel ruimte zouden kunnen innemen te vervangen door elektromagnetische spoelen).

Deze staven 66 en 70 zullen of verder worden belast of uit 30 vooraf belaste toestanden worden ontlast als een functie van de richting van het magnetische veld, dat door de overeenkomstige spoelen 86 en 90 aan de staven 66 en 70 wordt medegedeeld. Terwijl magneto-strictief materiaal met een positieve vormveranderingsconstante langer zal worden (en magnetostrictief materiaal met een negatieve vormver-35 anderingsconstante zal samentrekken) bij een magnetisatie onafhankelijk van het teken (positief of negatief) van het aangelegde magne- 80 0 1 34 5 Λ <*· -20- tische veld, houdt de grootte met deze beweging verband met de absolute waarde van het aangelegde magnetische veld.

Door derhalve de richting van de bekrachtigingsstroom van de spoelen 86 en 90 te laten wisselen kan men de grootte van het netto 5 magnetische veld waaraan de staven 66 en 70 worden onderworpen, ter weerszijden van de voorspanningswaarde laten variëren, waardoor de staven 66 en 70 zich in een gewenste richting van de centrale hartlijn 28 uit een vooraf belaste positie hetzij naar een minder hetzij een meer belaste positie bewegen. Hierdoor kan men de gewenste niet in 10 fase zijnde beweging tussen de diametraal tegenover elkaar gelegen staafparen 66-70 en 68-72 verkrijgen.

In fig. 9 is weer een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding weergegeven. Meer in het bijzonder toont fig. 9 een andere wijze van opbouw van de trillingsstaven, welke worden toegepast bij de 15 uitvoeringsvormen van de in de fig. 3, 7 of 10 afgebeelde akoestische golfbron.

Elke magnetostrictieve staaf met bijbehorende spoel, zoals de staaf 66 en de spoel 86 volgens fig. 3, kunnen worden vervangen door een piëzo-elektrische staaf, zoals de vier staven, die in fig. 20 9 in uiteengenomen toestand zijn weergegeven.

Het blijkt, dat elke staaf bestaat uit een aantal gepolariseerde schijven, zoals de schijven 198, 200, 204 en 206 volgens fig. 9, die uit een geschikt piëzo-elektrisch kristalmateriaal zijn vervaardigd, zoals het materiaal, dat op de markt wordt gebracht door de 25 Vernitron Company van Bedford, Ohio. Deze staven worden opgestapeld en coaxiaal gecentreerd langs respectieve assen 190, 192, 194 en 196. Het blijkt, dat deze assen overeenkomen met de longitudinale assen van de eerder beschreven staven 66-72, die zich evenwijdig aan de centrale hartlijn 28 uitstrekken.

30 Piëzo-elektrische kristallen hebben de eigenschap, dat zij of uitzetten of samentrekken in responsie op een aangelegde elektrische potentiaal, waarbij het feit of het kristal uitzet of samentrekt, kan worden geregeld door de richting van de aangelegde potentiaal en de richting van de kristalpolarisatie.

35 Wanneer de kristalschijven 198-206 overeenkomstig de pijlen, als aangegeven, zijn gepolariseerd en bedraad, is het duidelijk, dat §331345 -21- omdat de bedrading van de stapels, die langs de as 190 en 194 zijn gecentreerd tegengesteld is aan die welke langs de as 192 en 196 zijn gecentreerd, bij een bekrachtiging van de vier stapels uit de energiebron 132 door het sluiten van de schakelaar 42 twee diametraal tegenover 5 elkaar gelegen stapels longitudinaal in de richting van de centrale hartlijn 28 zullen uitzetten, terwijl de resterende twee zullen samentrekken, waardoor het gewenste opwekken van twee stellen niet in fase zijnde longitudinale akoestische golven wordt verkregen, zoals eerder ten aanzien van de uitvoeringsvorm volgens fig. 2 is beschreven.

10 Zoals eerder is opgemerkt is het ten gevolge van de longi tudinale verplaatsingsmodus van de staven volgens de uitvinding en verder ten gevolge van de relatief grotere longitudinale afmetingen van de sonde 16 (in tegenstelling met de dwarsafmetingen), welke beschikbaar zijn voor het onderbrengen van een vibratie-onderdeel, mogelijk 15 akoestische bronnen volgens de uitvinding te construeren, die bijzonder krachtige niet in fase zijnde akoestische drukgolven in de sonde 16 kunnen opwekken, welke voldoende zijn om op een eenvoudige wijze sterke dipool-, quadrupool- of van hogere orde zijnde afschuif golven in de van belang zijnde formatie op te wekken.

20 De gewenste frequentie van de akoestische golven, welke moeten worden opgewekt, bepaalt de keuze van de bepaalde lengten van ' de staven 66-72 op een bekende wijze aangezien de eigen frequentie van de staven, een functie van de lengte daarvan, met deze gewenste frequentie is gerelateerd. Voor een akoestisch afschuifgolfonderzoek 25 zullen de typerende gewenste frequentiegebieden van de oscillatie voor de staven 66-72 bij de in fig. 2 afgebeelde quadrupooluitvoeringsvorm evenwel liggen in het gebied juist onder 3 kHz tot ongeveer 14 kHz of zelfs meer, waarbij frequenties van ongeveer 3 kHz dikwijls typerend , zijn voor een direkt afschuifgolfonderzoek van relatief "zachte" for-30 maties en ongever 6 kHz of meer voor een direkt afschuifgolfonderzoek van "harde" formaties.

Tengevolge van de intensiteit van de akoestische golven, welke met de sonde volgens de uitvinding kunnen worden opgewekt, is het gebleken, dat de eerste harmonische van de nominale oseiHatie-35 frequentie van de staven (welke eerste harmonische ook in de oscillaties aanwezig is) een zo grote waarde kan hebben, dat de bron 26 voor zowel zachte als harde formaties bij dezelfde frequentie kan worden 8f" Λ < t t

U; i1 h ZJ

-22- bedreven.

Voorts kan eveneens tengevolge van de intensiteit van de bron volgens de uitvinding een bron-tot-bron onderzoek worden verkregen, waarbij de formatie akoestisch op één boorputplaats kan worden 5 geëxciteerd en de akoestische signatuur bij een naastgelegen boorputplaats kan worden gedetecteerd.

Omdat oscillerende magnetostrictieve stavën kunnen worden gebruikt, welke worden bekrachtigd door magnetische velden, zijn voor het bekrachtigen van de bijbehorende respectieve spoelen lage spannin-10 gen met betrekkelijk geringe energie nodig. Dit is een distinct voordeel ten opzichte van de conventionele piêzo-elektrische trillings-elementen, welke op een kenmerkende wijze bronnen met hogere spanning vereisen, met alle daarmede gepaarde gaande ruisproblemen en dergelijke. Wanneer evenwel "gestapelde" staven van een piëzo-elektrisch 15 schijfmateriaal in de plaats treden van de magnetostrictieve staven, zoals het geval is bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 9, kunnen deze problemen door een zorgvuldig ontwerp worden gereduceerd.

Het is duidelijk, dat de bedrijfsprincipes van de sonde 26 volgens de uitvinding, welke hier zijn beschreven, met betrekkelijk 20 kleine veranderingen kunnen worden aangepast voor het opbouwen van akoestische golfdetectoren, en deze detectoren vallen derhalve binnen het kader van de uitvinding.

Zo blijkt bijvoorbeeld onder verwijzing naar fig. 2, dat indien de daarin weergegeven bron als een detector wordt gebruikt, 25 akoestische golven uit de formatie, welke moeten worden gedetecteerd, zich bewegen in een richting tegengesteld aan die, welke worden opgewekt wanneer de bron als een echter bron werkt. Meer in het bijzonder zullen akoestische golven via de vensters 79, 81, enz. binnentreden en door de reflector 76 naar beneden op de staven 66-72 worden terug-30 gekaatst.

Deze energie, welke de staven 66-72 treft, veroorzaakt daarin trillingen, welke kunnen worden gebruikt voor het induceren van meetbare potentiaalsignaalniveaus in de spoelen 86-92, welke functioneel met de akoestische golven zijn gerelateerd.

35 Het is derhalve duidelijk, dat met de uitvinding alle bovengenoemde voordelen en eigenschappen worden verkregen tezamen met Ö : ‘ %£ KJ » rj ·- -23- andere voordelen, welke uit een beschrijving van de inrichting zelf blijken. Het is verder duidelijk, dat bepaalde combinaties en onder-combinaties van nut zijn en zonder verwijzing naar andere kenmerken en ondercombinaties kunnen worden toegepast. Bovendien is de boven-5 staande beschrijving van de uitvinding slechts ter illustratie en ter toelichting gegeven en zijn binnen het kader van de uitvinding verschillende veranderingen in de afmetingen, vorm en materiaalsamenstel-ling van de componenten van de inrichting volgens de uitvinding, evenals in de details van de afgebeelde constructie daarvan mogelijk.

-Λ. “W * rw ? > - <4 4 ' V - *ï o

Claims (29)

1. Werkwijze voor het opwekken van meerpolige akoestische golven in een onder het aardoppervlak gelegen formatie, door welke formatie zich een boorput uitstrekt, in welke boorput zich een sonde bevindt, die een centrale hartlijn bezit met het kenmerk, dat gelijk- 5 tijdig een even aantal, niet kleiner dan twee, akoestische drukgolven wordt opgewekt, welke afkomstig zijn uit een overeenkomstig aantal discrete plaatsen, die in radiale richting naar buiten ten opzichte van de hartlijn zodanig zijn gelegen, dat de golven zich initieel langs respectieve golfassen in richtingen, die in hoofdzaak evenwijdig 10 aan de centrale hartlijn zijn, voortplanten, en de golven in hoofdzaak radiaal naar buiten vanuit de centrale hartlijn in de formatie worden gereflecteerd.

2. Werkwijze volgens conlcusie 1 met het kenmerk, dat de drukgolven initieel in de sonde worden voortgeplant en daarna radiaal 15 naar buiten uit de sonde worden gereflecteerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de golf-assen in hoofdzaak equidistant zijn ten opzichte van de centrale hartlijn.

4. Werkwijze volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat lijnen 20 elke golfas naar de centrale hartlijn, gelegen in een vlak, dat loodrecht op de centrale hartlijn staat en de centrale hartlijn en de golfassen snijdt, een aantal gelijke hoeken α bepalen, waarbij het aantal golfassen gelijk is aan 2N en waarbij α gelijk is aan 360°/2N, waarbij N een geheel getal is, dat niet kleiner is dan één.

5. Werkwijze volgens conclusie 4 met het kenmerk, dat een eer ste golf van de golven, welke zich in de richting van een overeenkomstige eerste as van de golfassen voortbeweegt, in hoofdzaak niet in fase is met een tweede golf van de genoemde golven, welke zich in de richting van een overeenkomstige tweede as van de golfassen voortbe-30 weegt, waarbij de eerste golfas en de tweede golfas ten opzichte van de centrale hartlijn zijn gescheiden over de hoek α.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de gereflecteerde golven lussen omvatten, die bij een hoek Θ worden gereflecteerd aan een vlak, dat loodrecht staat op de centrale hartlijn, 35 waarbij Θ groter is dan nul. $501345 -25-

7. Werkwijze volgens conclusie 6 met het kenmerk/ dat N = 2.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 met het kenmerk, dat de richtingen van de radiaal naar buiten gereflecteerde golven, geprojecteerd op een vlak, dat loodrecht op de centrale hartlijn staat, het 5 aantal hoeken α bepaalt en waarbij de opgewekte drukgolven een zodanige amplitude en frequentie hebben, dat de gereflecteerde golven zullen interfereren om in de formatie een meerpolige akoestische afschuif-golf op te wekken.

9. Inrichting voor het opwekken van meerpolige akoestische 10 golven in een onder het aardoppervlak gelegen formatie, door welke formatie zich een boorput uitstrekt, in welke boorput zich een sonde met een centrale hartlijn bevindt, gekenmerkt door akoestische golf-generatororganen voor het gelijktijdig opwekken van een even aantal, niet kleiner dan twee, akoestische drukgolven, welke afkomstig zijn 15 uit een overeenkomstig aantal discrete plaatsen, die radiaal naar buiten ten opzichte van de hartlijn op een zodanige afstand zijn gelegen, dat de golven zich langs respectieve golfassen in richtingen, die in hoofdzaak evenwijdig aan de centrale hartlijn zijn, zullen voortplanten en akoestische golfreflectororganen om de golven, in, in hoofd-20 zaak radiaal naar buiten gerichte richtingen vanuit de centrale hartlijn in de formatie te reflecteren.

10. Inrichting volgens conclusie 9 met het kenmerk, dat de golfassen in hoofdzaak equidistant zijn ten opzichte van de centrale hartlijn.

11. Inrichting volgens conclusie 10 met het kenmerk, dat lijnen vanuit elke golf as naar de centrale hartli-jn, gelegen in een vlak, dat loodrecht op de centrale hartlijn staat en de centrale hartlijn en de golfassen snijdt, een aantal gelijke hoeken α bepalen, waarbij het aantal golfassen gelijk is aan 2N en waarbij α gelijk is aan 360°/2N, 30 waarbij N een geheel getal is, dat niet kleiner is dan één.

12. Inrichting volgens conclusie 11 met het kenmerk, dat de generatororganen zijn voorzien van een aantal staaforganen, die elk in longitudinale richting coaxiaal zijn met een verschillende overeenkomstige as van de golfassen voor het tot stand brengen van trillingen in 35 de richting van de golfassen. 850 1 34 3 -26-

13. Inrichting volgens conclusie 12 met het kenmerk, dat een eerste van het aantal staaforganen met een overeenkomstige eerste golf-as bestemd is om in hoofdzaak niet in fase met een tweede van het aantal staaforganen met een overeenkomstige tweede golfas te vibreren, 5 waarbij de eerste golfas en de tweede golfas ten aanzien van de centrale hartlijn van elkaar zijn gescheiden over de hoek a.

14. Inrichting volgens conclusie 13 met het kenmerk, dat elk van de staaforganen bestaat uit een magnetostrictief materiaal met een vormveranderingsconstante, waarbij het staaforgaan vibreert in de 10 richting van de daarmede overeenkomende golfas wanneer een wisse lend magnetisch veld in de genoemde richting aanwezig is.

15. inrichting volgens conclusie 14 met het kenmerk, dat een volgende van het aantal staaforganen en elk van het aantal staaforganen met een golfas, welke van de overeenkomstige golfas naar het ge- 15 noemde volgende orgaan van het aantal staaforganen is gescheiden over een hoek, welke gelijk is aan 2ηΔ ten opzichte van de centrale hartlijn bestaan uit een eerste magnetostrictief materiaal met een eerste vormveranderingsconstante, en waarbij elke andere van het aantal staaforganen bestaat uit een tweede magnetostrictief materiaal met een twee-20 de vormveranderingsconstante, welke verschilt van de eerste vormveranderingsconstante, waarbij n een positief geheel getal is.

16. Inrichting volgens conclusie 15 met het kenmerk, dat het eerste magnetostrictieve materiaal uit nikkel en het tweede magneto-strictieve materiaal uit 2V permendur bestaat.

17. Inrichting volgens conclusie 15 met het kenmerk, dat de absolute waarde van de eerste vormveranderingsconstante groter is dan die van de tweede vormveranderingsconstante en de inrichting tevens is voorzien van een elektrisch geleidend metalen element, dat om elk van de staaforganen bestaande uit een materiaal met een eerste vorm-30 veranderingsconstante is gewikkeld, e.e.a. zodanig, dat de absolute waarde van de effectieve vormveranderingsconstante van elk van de omwikkelde staaforganen wordt gereduceerd tot een waarde, welke kleiner is dan de absolute waarde van de eerste vormveranderingsconstante.

18. Inrichting volgens conclusie 14 met het kenmerk, dat elk 35 van het aantal staaforganen in hoofdzaak dezelfde vormveranderingsconstante bezit. 850134 5 -27-

19. Inrichting volgens conclusie 18 gekenmerkt door voorspan-ningsorganen om een constant gekozen magnetisch veld bij voorafbepaalde staaf organen van het aantal staaf organen op te wekken.

20. Inrichting volgens conclusie 19 met het kenmerk, dat de 5 voorspanningsorganen een permanente magneet omvatten.

21. Inrichting volgens conclusie 19 met het kenmerk, dat de voorspanningsorganen een elektromagnetische spoel omvatten.

22. Inrichting volgens conclusie 13 met het kenmerk, dat elk van het-aantal staaforganen bestaat uit een piëzo-elektrisch mate- 10 riaal, dat in de richting van de daarmede overeenkomende golfas trilt bij bekrachtiging door een variërende elektrische potentiaal.

23. Inrichting volgens conclusie 22 met het kenmerk, dat elk van de- staaforganen bestaat uit een aantal schijven van het piëzo-elektrische materiaal, die longitudinaal in de richting van de daar- 15 mede overeenkomende golfas zijn opgestapeld.

24. Inrichting volgens conclusie 12 met het kenmerk, dat de akoestische golfreflectororganen zijn voorzien van een aantal akoestische reflectorvlakorganen, elk voor een verschillende golf van de genoemde golven en in een verschillende van de in hoofdzaak radiaal 20 naar buiten gerichte richtingen vanuit de centrale hartlijn gekeerd, om elk van de verschillende golven van het aantal golven te reflecteren in een respectieve verschillende richting van de in hoofdzaak radiaal naar buiten gerichte richtingen.

25. Inrichting volgens conclusie 24 met het kenmerk, dat de 25 akoestische golfreflectororganen een omgekeerde pyramide bepalen, die coaxiaal gecentreerd is met de centrale hartlijn, welke pyramide is voorzien van vlakken, die elk een verschillend vlakorgaan van het aantal vlakorganen omvatten, waarbij elk van deze vlakken boven een respectief staaforgaan zijn georiënteerd en voorts worden gesneden door 30 één van de golfassen, welke overeenkomen met het respectieve orgaan van de staaforganen.

26. Inrichting volgens conclusie 23 met het kenmerk, dat elk van het aantal vlakorganen zodanig is georiënteerd, dat een verschillende golf van de golven onder een hoek Θ ten opzichte van een vlak, 35 loodrecht op de centrale hartlijn, wordt gereflecteerd, waarbij Θ groter is dan nul. 850 1 34 3 -28-

• 27. Inrichting volgens conclusie 24 met het kenmerk, dat het aantal staaforganen gelijk is aan 2N en het aantal vlakorganen gelijk is 2N.

28. Inrichting volgens conclusie 13 met het kenmerk, dat N=2.

29. Inrichting volgeris conclusie 13 met het kenmerk, dat de trillingen een zodanige amplitude en frequentie hebben, dat de gereflecteerde golven kunnen interfereren om in de formatie een meerpolige akoestische afschuifgolf op te wekken. 8501345