NO161998B - Fremgangsmaate og anordning for aa logge jorden omkring en broenn. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å logge jorden som omgir en brønn av den art som angitt i innledningen til krav 1 samt en hastighetsbrønnloggeanordning for utførelse av fremgangsmåten som angitt i innledningen til krav 12.

Ved akutisk brønnlogging er det vanlig å måle kompresjons-eller trykkbølgehastigheten til jordformasjonene som omgir borehullene. Et konvensjonelt loggesystem som bygger på trykkbølgehastigheten innbefatter en sylindrisk loggesonde egnet til å bli hengt ned i borehullfluidumet, en kilde forbundet med sonden for å generere trykkbølger i borehullsfluidumet, og en eller flere detektorer forbundet med son-

den anbragt med avstand fra trykkbølgekilden for å detek-

tere trykkbølger i borehullsfluidumet. En- trykkbølge i borehullsfluidumet generert av kilden blir avbøyd inn i jordformasjonen som omgir borehullet. Den utbreder seg gjennom en del av formasjonen og blir bøyd tilbake inn i borehullsfluidumet ved et punkt tilliggende detektoren og blir så detektert av detektoren. Avstandsforholdet mellom kilden og detektoren og tiden mellom frembringelsen og detekteringen av trykkbølgen gir trykkbølgehastigheten for formasjonen. Avstanden mellom kilden og detektoren er vanligvis fast og kjent slik at målingen av tiden mellom trykkbølgefrembringelsen og detekteringen er tilstrekkelig for å bestemme trykkbølgehastigheten. For bedre nøyaktighet er slik avstand vanligvis mye større enn dimensjonene på kilden eller detektoren. Viktig informasjon for produksjon av olje og gass fra underjordiske jordformasjoner kan bli utledet fra trykkbølgehastighetene til slike formasjoner.

Når en trykkbølge generert ved hjelp av en trykkbølgekilde

i borehullsfluidumet når borehullveggen, produserer den

en avbøyd trykkbølge i omgivende jordformasjon som beskrevet ovenfor. I tillegg produserer den også en avbøyd skjær-bølge i den omgivende jordformasjonen og ledede bølger som utbreder seg i borehullsfluidumet og delen av formasjonen tilliggende borehullet. Delen av slik skjær-bølge blir bøyd tilbake inn i borehullsfluidumet i form av en trykkbølge og når detektoren i den logiske sonden. De ledede bølgene

blir også detektert ved hjelp av slike detektorer. Enhver bølge som er en av de tre typene av bølgene detektert ved hjelp av detektoren kan bli en ankomst: trykkbølgene i borehullsfluidumet bevirket ved avbøyningen av trykkbølgene i formasjonen til trykkbølgeankomsten, de bevirket ved bøy-ning av skjær-bølger i formasjonen skjær-bølgeankomsten,

og de bevirket ved ledede bølger de ledede bølgeankomstene. Signalet detektert av detektoren er således et sammensatt signal som innbefatter trykkbølgeankomsten, skjær-bølgean-komsteh og den ledede bølgeankomsten. Ved jordformasjoner utbreder seg trykkbølger hurtigere enn skjær-bølger og skjær-bølger i formasjonen utbreder seg vanligvis hurtigere enn ledede bølger. Ved det sammensatte signal detektert av detektoren er derfor trykkbølgeankomsten den første ankomsten, skjær-bølgeankomsten den andre ankomsten og den ledede bølgeankomsten den siste ankomsten. Ved måling av trykkbølgehastigheten til formasjonen gir tidsintervallet mellom genereringen av trykkbølger og detekteringen av den første ankomsten detektert av detektoren tilnærmet utbredelsestiden for den avbøyde trykkbølgen i formasjonen. Den senere skjær-bølgen og ledede bølgeankomsten påvirker følge-lig ikke målingen av trykkbølgehastigheten til formasjonen.

I tillegg til utbredelsen over en vertikal avstand i formasjonen tilnærmet lik avstanden mellom kilde og detektor utbreder seg trykkbølgen også over korte avstander i fluidumet. Den ekstra tiden nødvendig for å utbrede seg slike korte avstander innbefatter feil i hastighetsloggen. For å redusere slike feil anvender konvensjonelle loggeanordninger i det minste to detektorer anordnet med avstand vertikalt fra hverandre langs borehullet fra hverandre. Tidsintervallet mellom detekteringen av de to detektorene blir målt i stedet for tidsintervallet mellom overføringen og detekteringen. Forholdet mellom avstanden mellom de to detektorer og slike tidsintervall gir trykkbølgehastigheten. Siden trykkbølgen utbreder seg over tilnærmet like korte avstander i borehullsfluidumet før det når de to detektorene, er tidsintervallet mellom detekteringen av de to detektorer mer nøyaktig målt for den virkelige utbredelsestiden i formasjonen. Anvendelsen av to detektorer og måling av tiden mellom detekteringen av de to detektorene gir derfor en mer nøyaktig trykkbølgehastighet. Andre falske effekter slik som borehullsstørrelsesendringer og sondevippinger kan bli redusert ved konvensjonelle anordninger. En slik anordning er beskrevet i "Log Interpretation", vol. 1 - Prinsiples, Sclumberger Limited, New York, N.Y. 10017, 1972, s. 37-38.

Det er velkjent at skjær-bølgehastighetslogging også kan gi informasjon viktig for produksjon av olje og gass fra underjordiske jordformasjoner. Forholdet mellom skjær-bølge-hastigheten og trykkbølgehastigheten kan avsløre stenlito-logien til underjordiske jordformasjoner. Skjær-bølge-hastighetsloggen kan også muliggjøre seismisk skjær-bølge-tidsseksjoner til å bli omformet til dypdeseksjoner. Skjær-bølgeloggen er også nyttig ved bestemmelsen av andre vik-tige karakteristikker for jordformasjonene slik som porø-sitet, fluidumsmetning og tilstedeværelsen av brudd.

Den konvensjonelle trykkbølgeloggkilden og trykkbølgene

den genererer er symmetriske om loggesondeaksen. Når slike trykkbølger blir avbøyd inn i den omgivende jordformasjonen, er de relative amplitudene til avbøyde skjær- og trykkbølger slik at det er vanskelig å adskille den senere skjær-bølge-ankomsten fra den tidligere trykkbølgeankomsten og fra tilbakekastningen i borehullet bevirket ved avbøyningen av trykkbølgen i formasjonen. Det er derfor vanskelig å anvende en konvensjonell symmetrisk trykkbølgekilde for logging av skjær-bølgehastigheten. Korrelasjonsteknikker har blitt anvendt for å utlede skjær-bølgeankomsten fra det fullstendig opptegnede akustiske bølgetoget. Slike teknikker krever imidlertid vanligvis behandling av data ved å anvende en datamaskin slik at skjær-bølgehastigheten ikke bli logget på linje. Det kan også være vanskelig å utlede skær-bølge-ankomsten dersom den i tid er tett opptil trykkbølgeankomsten.

Asymmetriske trykkbølgekilder er blitt utviklet for å logge skjær-bølgehastighet. Ved anvendelse av slike kilder kan amplituden til skjær-bølgeankomsten være betydelig høyere enn den til trykkbølgeankomsten. Ved å justere triggenivået til detekterings- og opptegningssystemet for å diskriminere i forhold til trykkbølgeankomsten blir skjær-bølgeankomsten detektert som den første ankomsten. Det er således mulig å bestemme utbredelsestiden for skjær-bølgen i formasjonen og derfor skjær-bølgehastigheten. Ved slike asymmetriske kilder genererer kilden borehullsfluidumet en positiv trykkbølge i en retning og en samtidig negativ trykkbølge i motsatt retning. Interferensen mellom de to trykkbølgene kan bevirke at amplituden til den avbøyde skjær-bølgen i formasjonen blir betydelig større enn den til den avbøyde trykkbølgen i formasjonen. Denne typen av asymmetrisk kilde er beskrevet i europeisk patentsøknad nr. 31989, US patent nr. 3.593.255 og US patent nr. 4.207.961.

Den europeiske patentsøknaden beskriver en kilde av bøye-typen som innbefatter t© piezoelektriske- plater bundet sammen og festet til en loggesonde. Når en spenning blir til-ført over de to piezoelektriske platene, vil platene bøyes. Bøyingen av transduktorplatene skaper en positiv trykkbølge i en retning og en samtidig negativ trykkbølge i den motsatte retningen. US patent nr. 3.593.255 beskriver en trykkbølgekilde som innbefatter to piezoelektrisk segmenter hver i form av en halv hul sylinder. De to segmentene er satt sammen for å danne en spaltet sylinder. De to segmentene har motsatt polarisasjon og elektrisk spenning blir tilført til hvert segment som bevirker at et segment utbreder seg radialt og samtidig bevirker det andre segmentet å trekke seg sammen radialt, og det tilveiebringes derved en positiv trykkbølge i en retning og samtidig en negativ trykkbølge i motsatt retning. US patent nr. 4.207.961 beskriver en spole montert på en spolekjerneenhet anordnet i det magnetiske feltet i en permanent magnet og strøm blir sendt gjennom spolene for å drive spoleenheten. Bevegelsen av spoleenheten støtter et vannvolum i en retning som samtidig suger et likt volum med vann i motsatt retning og derved genereres en positiv trykkbølge i en retning og samtidig en negativ trykkbølge i motsatt retning.

En annen type skjær-bølgeloggekilde i stedet for kopling av kilden til borehullveggen gjennom mediumet med borehull-fluidum, er kilden enten koplet direkte med borehullveggen eller gjennom mekanisk organ slik som en monteringspute. Slike skjær-bølgeloggekilder er beskrevet i US patentene nr. 3.354.983 og nr. 3.949.352.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte av den inn-ledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1 samt en hastighetsloggeanordning av den innlednings-vis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av karak-teristikken til krav 12.

Ytterligere trekk ved fremgangsmåten og anordningen for ut-førelse av fremgangsmåten fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning

til tegningen, hvor:

Fig. IA viser et skjematisk riss av et akutisk loggesystem. Fig. IB viser et forenklet perspektivriss av kvadrupol-sk jær-bølgeloggekilden som viser den foretrukne utførelsesformen av denne oppfinnelsen-Fig. 2 og 3 viser nærmere den foretrukne utførelsesformen

av foreliggende oppfinnelse.

Fig. 4 viser et forenklet delperspektiv og delvis skjematisk riss av hvorledes den foretrukne utførelses-formen av oppfinnelsen kan bli anvendt for å logge skjærobølgehastighet.

Fig. 5 viser et skjematisk riss av strålingsmønsteret

til kvadrupolbølgen og monopol- og dipolbølgestøy, som viser en metode for å redusere slik støy.

Fig. 6 viser et skjematisk riss av en kvadrupolskjær-bølge-loggeanordning som viser en metode for å redusere støy ved hjelp av monopol- og dipolskjær-bølger. Fig. 7 og 8 viser et tverrsnitt av to forskjellige kvadrupol-sk jær-bølgekilder som viser to alternative utførelses-former av oppfinnelsen. Fig. 9, 10, 11A og 11B viser tverrsnitt av kvadrupolskjær-bølgeloggekilder, som viser ytterligere alternative utførelsesformer av oppfinnelsen. Fig. 12 viser et tverrsnitt av en kvadrupolskjær-bølgekilde som viser ennå en ytterligere alternativ utførelses-form av oppfinnelsen.

Fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen er for

å logge skjær-bølgehastighet til en jordformasjon som omgir en brønn eller et borehull. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen innbefatter sending av en kvadrupolskjær-bølge gjennom jorden langs brønnen, detektering av ankomsten av skjær-bølgen ved et punkt anbragt med avstand i lengderetningen langs brønnen fra punktet for utsendingen og målingen av tiden foregått mellom utsendingen og detekteringen for å bestemme hastigheten av skjær-bølgen gjennom jordformasjonen. Anordningen ifølge oppfinnelsen innbefatter et hus for heving og senking i en brønn, signalgenereringsinnretning i huset for utsending av en kvadrupolskjær-bølge til jordformasjonen som omgir brønnen, og signaldetekteringsinnretning i huset anbragt med avstand i lengderetningen langs brønnen for signalgenereringsinnretningen for å detektere slik kvadrupol-sk jær «bølge.

Ved den foretrukne utførelsesformen blir en kvadrupolskjær-bølge sendt inn i jorden som omgir en brønn som inneholder fluidum ved å generere i fluidumet hovedsakelig samtidig fire trykkbølger: en første og andre positive trykkbølger,

en første og andre negativt trykkbølger. Den første og

andre negative trykkbølgen er generert ved et første og andre punkt i respektiv et fluidum og den første og andre positive trykkbølgen ved et tredje og fjerde punkt i respek-

tive fluidum. Det første, andre, tredje og fjerde punktet er således anordnet at ved en firkant, de fire hjørnene som er definert av det første, andre og tredje punktet og normal projeksjonen av det fjerde punktet på et plan definert av og som inneholder det første, andre og tredje punktet er de fire vinklene til firkanten hver mindre enn 180°.

Det første og andre punktet definerer motsatte hjørner av firkanten. Frekvensområdet til hver av de fire trykkbølgene inneholder en overlappende del av frekvensen definert som et frekvensområde felles for frekvensområdet til de fire trykkbølgene. Hver av de fire trykkbølgene inneholder komponentbølger felles med alle fire trykkbølgene, idet komponentbølgen har frekvenser i den overlappende delen.

De fire trykkbølgene generert på denne måten vil interferere og frembringe en kvadrupolskjær-bølge i jordformasjonen som omgir borehullet.

Hvor en detektor av kvadrupoltypen er anvendt for å detektere bølgen bevirket av kvadrupolskjær-bølgekilden er det mulig å redusere støyen bevirket av monopol- og dipolsignaler. Kvadrupoldetektoren er innrettet med og anbragt med avstand fra kvadrupolskjær-bølgekilden. Kilden og detektoren er anvendt for å generere den første loggeopptegningen som ovenfor beskrevet. Kilden blir dreiet med hovedsaken 90° om en linje som passerer gjennom kilden og detektoren.

Den andre loggeopptegningen blir generert. Kilden blir dreiet med hovedsaken ytterligere 90° slik at den blir hovedsakelig dreiet 180° fra dens posisjon i løpet av genereringen av den første loggeopptegningen. En tredje loggeopptegning blir generert. Kilden blir dreiet med hovedsakelig 90° slik at den blir dreiet hovedsakelig 180° fra dens posisjon i løpet av genereringen av den andre loggeopptegningen. En fjerde loggeopptegning blir generert. Monopol-og dipolskjær-bølgers støyer blir redusert ved å subtrahere summen av den andre og fjerne loggeopptegningen fra summen av den første og tredje loggeopptegningen.

Fig. IA viser et skjematisk riss av et akutisk loggesystem ifølge oppfinnelsen. En loggesonde 20 er anordnet for heving og senking i en brønn. Sonden inneholder en kvadrupolskjær-bølgekilde 22 og to detektorer 24, 25. For å starte loggingen blir sonden 20 hengt opp i en fluidum 26 som er i et borehull 28 som er omgitt av en jordformasjon 30. Detektorene 24, 25 er forbundet med sonden 20 ved at de er anbragt med avstand i lengderetningen langs borehullet 28 fra hverandre og fra kilden 22. Kilden 22 er forbundet med en avfyrings-og opptegningsstyreenhet 32. Selv om avfyrings- og styre-opptegningsenheten er vist på fig. 1 som en separat enhet, adskilt fra loggesonden, kan delen av enheten som strømfor-syner, kvadrupolskjær-bølgekilden av bekvemmelighetsgrunner ved drift være anbragt i loggesonden. Signalet opptegnet av detektorene 24, 25 blir tilført et båndpassfilter 36,

en forsterker 38 og en tidsintervallenhet 40.

På en måte som forklart nedenfor blir avfyrings- og opp-tegningsenheten anvendt for å avfyre kilden 22 som frembringer en kvadrupolskjær-bølge i formasjonen 30. Kvadrupol-sk jær-bølgeankomsten blir detektert av detektorene 24 og 25. Aksen til brønnen er en trykkbølgeknute for kvadrupol-bestråling. For kvadrupolskjær-bølgeankomsten som skal bli detektert skulle derfor detektorene 24, 25 ikke være på en brønnakse. Sonden 20 inneholder også en forforsterker (fig. IA) som forsterker kvadrupolskjær-bølgeankomsten detektert av detektorene 24, 25. De forsterkede signalene blir så filtrert av filteret 36 og forsterket igjen av forsterke-ren 38. Tidsintervallet mellom detekteringen av ankomsten av detektoren 24 og detektering av detektoren 25 blir så

målt av tidsinervallenheten 40. Slik tidsintervall kan bli lagret eller fremvist som ønsket.

Fig. IB viser et forenklet perspektivriss av en kvadrupol-sk jær-bølgeloggekilde som viser foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen. Som vist på fig. IB innbefatter kvadrupol-loggekilden 58 en loggesonde 60 og fire elementer 61, 62, 63 og 64. Ved den foretrukne utførelsesformen som vist på fig. IB, er loggesonden 60 en hul sylinder som har en akse 66 og hver av de fire elementene er en sektor av en hul sylinder fremstilt av et piezoelektrisk materiale.

De fire elementene er således forbundet med sonden 60 at

de er i hovedsaken koaksiale med sonden og omgir sondeaksen 66 i cyklisk rekkefølge 61, 63,62 og 64. De fire elementene er polarisert i valgte retninger. Ved den foretrukne ut-førelsesf ormen er de fire elementene polarisert i radiale retninger, selv om elementet polarisert i omkretsretningene kan bli anvendt som beskrevet senere.

Elektriske pulser blir tilført over de indre og ytre sylin-

driske overflatene til hver av de fire elementene som vir-

ker at hvert element eksponderer eller trekkes sammen radielt. Elektriske firkantpulser har blitt akseptert.

Dersom alle fire elementene er polarisert radialt utover

som vist på fig. IB og elektriske pulser blir tilført ele-

mentene 61, 62 slik at de indre sylindriske overflatene til elementene 61 og 62 er ved høyere elektrisk potensial enn de ytre sylindriske overflatene, vil elementene 61 og 62 til å begynne med trekkes seg sammen radialt. Sammen-trekningsretningen er vist med pilser på fig. IB. Elek-

triske pulser blir så tilført elementene 63 og 64 slik at de ytre sylindriske overflatene til slike elementer er ved høyere elektriske potensial enn de indre sylindriske over-

flatene. Elementene 63 og 64 vil så begynne å ekspandere radialt i retninger som vist på fig. IB. Dersom elektriske pulser blir tilført hovedsakelig samtidig til de fire ele-

mentene, vil de fire elementene generere fire trykkbølger hovedsakelig samtidig: ekspandering av elementene 63 og 64

vil generere positive trykkbølger og sammentrekningen av elementene 61 og 62 vil generere negative trykkbølger. Der-

som elektriske pulser tilført de fire elementene har over-

lappende frekvenser over en felles komponent med frekvensene ved deres slike overlappende frekvenser, vil de fire genererte trykkbølgene interferere og trenge inn i jordformasjonen 30

som omgir kvadrupolkilden 58 og frembringe en kvadrupolskjær-bølge i jordformasjonen. De elektriske pulsene tilført de fire elementene er fortrinnsvis av hovedsakelig lik bølge-

form. Loggesonden 60'har fire vinduer tilliggende de fire elementene som tillater at trykkbølge generert av de fire elementene utbredes radialt under vinduene inn i borehullsfluidumet.

Kvadrupolskjær-bølgen i jordformasjonen 30 frembragt av kvadrupolkilden 58 kan bli detektert ved et sted anbragt i avstand i lengderetningen langs borehullet fra kilden 58 på en måte som skal beskrives nedenfor med henvisning til fig. 4.

Som beskrevet tidligere kan kvadrupolskjær-bølgekilden 58 bli anvendt for å generere fire trykkbølger i borehullsfluidumet og avbøyning av den resulterende kombinerte trykk-bølgen i jordformasjonen vil frembringe en kvadrupolskjær-bølge i jordformasjonen. Avbøyning av slik resulterende, kombinert trykkbølge vil også frembringe en avbøyd trykk-bølge i jordformasjonen, men amplituden til slik avbøyd trykkbølge er betydelig mindre enn den til den avbøyge kva-drupolsk jær-bølgen . Ved justering av triggernivået til detekterings- og opptegningssystemet, vil således kvadrupol-sk jær-bølgeankomsten bli den første ankomsten detektert av en detektor.

Fellespunktene til de to genererte negative trykkbølgene

er fortrinnsvis i hovedsaken i fase og fortrinnsvis hovedsakelig motsatt i fase med felleskomponentene til de to genererte positive trykkbølgene. ' Dette vil forbedre virkningsgraden til kvadrupolkilden. Konvensjonell trykkbølge-logging anvender trykkbølger i form av bølgepulser. Mens fire trykkbølger beskrevet med henvisning til fig. IB kan være trykkbølgepulser, kan lange bølgetog bli anvendt.

Fire trykkbølger er fortrinnsvis trykkbølgepulser av hovedsakelig samme bølgeform. Med slik bølgeform er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen effektivere siden interferensen mellom kun felleskomponentene til de fire trykkbølgekompo-nenter med hverandre bidrar til generering av kvadrupol-sk jær-bølge i formasjonen.

Felleskomponentene med overlappende frekvenser til fire trykkbølger generert av kvadrupolskjær-bølgekilden har fortrinnsvis frekvenser innenfor visse områder. Slike foretrukne frekvensområder varierer med jordformasjontypen med forskjellige skjær-bølgehastigheter. Dersom det tilnærmede området for skjær-bølgehastigheten er kjent, kan således et foretrukket frekvensområde bli valgt. For en brønn med 2 5,4 cm diameter er foretrukne frekvensområder for overlappende frekvenser forskjellige områder av skjær-bølge-hastigheter vist i tabellen nedenfor:

Dersom frekvensområdet for overlappende frekvenser for de

fire trykkbølgene er fra 4 kHz til 14 kHz, opererer kvadru-polskær-bølgekilden i det foretrukne frekvensområdet for hele området av skjær-bølgehastighetene fra 127 m/s til 228 m/s. Det tilnærmede området for skjær-bølgehastighetene til en formasjon kan bli beregnet ved hjelp av en vanlig metode, slik som måling av trykkbølgehastigheten til formasjonen. Skjær-bølgehastigheten er tilnærmet en halvdel av trykkbølgehastigheten. Fra den målte trykkbølgehastig-heten kan det tilnærmede skjær-bølgehastighetsområdet bli beregnet.

De foretrukne frekvensene kan være inverse med diameteren

til brønnen. For en brønndiameter d i stedet for 25,4 cm,

er således det foretrukne frekvensområdet gitt ved de nevnte ovenfor i tabellen multiplisert med en faktor 10/d.

Frekvensene ved hvilke kvadrupolskjær-bølgekilden kan bli drevet er mye høyere enn operasjonsfrekvensene til de andre mere kjente loggeanordninger. Høye frekvenser ved hvilke kvadrupolskjær-bølgekilden kan bli drevet muliggjør mer nøyaktig måling av skjær-bølgehastigheten til jordformasjonene.

Ved den foretrukne utførelsesformen er de fire elementene

fire sektorer av en hul sylinder og i hovedsaken koaksial med en lik avstand fra sondeaksen. Sektorene til de for-

skjellige sylindere med forskjellige radier kan også bli anvendt. Det skal bemerkes at fire slike sektorer kan bli anvendt selv om de ikke er koaksiale med sondeaksen forutsatt at deres akser er hovedsakelig parallelle med sondeaksen og at de er orientert slik at sondeaksen er på den konkave siden av hver sektor. En slik sammenstilling kan bli tilveiebragt ved å bevege de fire elementene 61 til 64 på fig. IB radialt bort fra aksen 60 ved hjelp av forskjellige avstander. Den cykliske ordenen 61, 63, 62, 64 til de fire elementene i fig. IB definerer de relative posisjonene til de fire elementene. Siden rekkefølgen er cyklisk, kan en av de følgende cykliske rekkefølgene bli anvendt for å ankomme ved de samme relative posisjonene; 63, 62, 64, 61; 62, 64, 61, 63 og 64, 61, 63, 62. Mens fire elementer er fortrinnsvis i hovedsaken jevnt anbragt med avstand rundt aksen 66 som vist på fig. IB, skal det bemerkes at sammen-stillinger ved hvilke de fire elementene ikke er jevnt anbragt med avstand rundt aksen 66 kan bli anvendt og er innenfor rammen av oppfinnelsen. Utskifting av elementene motsatt anbragt, slik som 61, 62 eller 63, 64 vil også ikke påvirke driften1 av kilden på fig. IB.

De fire elementene 61, 62, 63 og 64 må ikke nødvendigvis være sektorer til en hul sylinder som vist på fig. IB, men kan være legeme av enhver form eller størrelse så lenge deres geometriske tyngdepunkter er anordnet relativt i forhold til hverandre på en måte som beskrevet nedenfor og at genererer trykkbølger på en måte lignende den til sektoren på fig. IB beskrevet tidligere. Det geometriske tyngdepunktet definert i "American Heritage Dictionary of the English Language", 1978, Houghton Mifflin Co., Boston, Massachusetts, som midten for massen til en gjenstand som har en konstant (dvs. jevn) tetthet. Dersom gjenstanden har en varierende tetthet, kan det geometriske tyngdepunktet til en slik gjenstand definert som punktet som vil være det geometriske tyngdepunktet til en slik gjenstand dersom en slik gjenstand var av konstant tetthet. Det geometriske tyngdepunktet til elementet 62 er vist som 62a på fig. IB.

De fire elementene (første, andre, tredje og fjerde element) av enhver form eller størrelse er således forbundet med et hus at ved en firkant, hvis fire hjørner er definert av de geometriske tyngdepunktene til det første, andre og tredje elementet og normalprojeksjonen av det geometriske midtpunktet til det fjerde elementet på planen definert av og som inneholder de geometriske midtpunktene til det første, andre og tredje elementet, er de fire vinklene til firkanten hver mindre enn 180°. De fire elementene blir vibrert ved hjelp av en vibreringsinnretning slik at elementene med geometriske tyngdepunkter ved to diagonalt motsatte hjørner genererer positive trykkbølger og de øvrige to elementene negative trykkbølger hvor fire trykkbølger har en felles komponentbølge. De fire trykkbølgene generert på denne måten vil så interferere for å frembringe en kva-drupolsk jær-bølge i hver jordformasjon. De geometriske midtpunktene til de fire elementene er fortrinnsvis kopla-nare og i form av fire hjørner til en firkant. Planet som inneholder de geometriske midtpunktene er fortrinnsvis perpendikulære på borehullsaksen. Dersom de fire elementene er små slik at de blir hovedsakelig punkttrykkbølgekilder, så blir de fire trykkbølgene generert hovedsakelig ved fire punkter som er anbragt med avstand på samme måte som de geometriske tyngdepunktene til de fire elementene.

Polariseringen av de fire elementene kan være radialt innover, motsatt av de vist på fig. IB. Ved et slikt tilfelle vil elementene 61, 62 bevege seg utover og elementene 73,

74 innover. Dersom polariteten til pulsene tilført de fire elementene blir snudd om, vil samme omsnuing av retningen for de fire elementene være resultatet. Dersom elementene 61, 62 er polarisert radialt utover, men elemente 63, 64

er polarisert radialt innover og elektriske pulser er således tilført at den indre overflaten til de fire elementene er til å begynne med ved et høyere elektrisk potensial enn de ytre overflatene, vil elementene 61, 62 til å begynne med trekke seg sammen radialt og elemente 63, 64 vil til å begynne med ekspandere radialt. Alle slike konstruksjoner kan bli anvendt for kilden 58 for å frembringe kvadrupol-sk jær-bølger. De fire elementene er fortrinnsvis hovedsakelig

identiske i form av størrelse og er fordelt symmetrisk

rundt aksen 66 og ved samme dypde i borehullet og aksen

66 som er sammenfallende med borehullsaksen. Ved slik

form, størrelsesfordeling opererer kvadrupolskjær-bølge-kilden 58 mer effektivt.

Fig. 2 og 3 viser en nærmere detaljert utførelsesform av oppfinnelsen. Eig. 2 viser et tverrsnitt av kvadrupol-sk jær-bølgekilden på fig. IB langs et plan som inneholder loggesondeaksen 66. Fig. 3 viser et riss langs linjen 3-3 på fig. 2 som! viser et tverrsnitt av kvadrupolkilden på

et plan perpendikulært på aksen til loggesonden.

De fire piezoelektriske elementene 61, 62, 63 og 64 kan være forbundet med loggesonden 60 som er vist på fig. 2. Stemplene 68 og 70 har slik diameter at de passer stramt i loggesonden 60. Stemplene 68 og 70 har gjengede innskjæringer, 72 og 74 henholdsvis, og de to stemplene kan være forbundet ved hjelp av stempelstangen 76, hvis to ender er gjenget og er av en slik størrelse at de kan bli skutt inn i utskjær-ingene 72 og 74 til stemplene 68 og 70. For å sette sammen kilden 58, er stempelstangen 76 satt inn i et ringformet legeme av foringsmateriale 78 og fire elementer 61 til 64 anbragt på den ytre sylindriske overflaten av legemet 78 slik at de er i hovedsaken koaksiale med stempelstangen 76. To ringer av tetningsmateriale 80 og 82 passer tett over de fire elementene av legemet 78 for å holde elementene på plass. Stempelstangen 76 og stemplene 68 og 70 blir så satt sammen som beskrevet tidligere og hele enheten blir satt inn i leggesonden 60. Loggesonden 60 har fire vinduer fordelt rundt dens- omkrets og er tett omhyllet av fire gummimembraner 84, 86v 88> og 9-0'..

De fire gummimembranene tetter: de fire vinduene- ved å være festet til loggesonden ved hjelp av vanlige innretninger, slik som mekaniske klips. Mellomrommene mellom de fire gummimembranene og de fire piezoelektriske elementer er fylt med olje 92. O-ringene 94 og 96 tettet berøringsflatene mellom stemplene 68 og 70 og loggesonden 60 for å forhindre lekkasje av oljen i de to.

For å tilveiebringe passasje for elektriske forbindelser, har stemplet 68 og stempelstangen 76 hull 102, 104 gjennom deres respektive sentrer. De to hullene kommuniserer med hverandre. Stempelstangen 76 har videre en passasje 106

som er perpendikulær på dens akse og som kommuniserer med hull 104. Stemplet 68 har dessuten fire passasjer 108 i kommunikasjon ved en ende med hullet 102 og den andre enden går det ytre sylindriske flatene til de fire elementene.

En elektrisk pulsgenerator 110 er forbundet med de fire elementene ved hjelp av to ledningsgrupper: gruppen 112 innbefatter fire ledninger 112a, 112b, 112c og 112d, og gruppen 114 innbefatter ledningene 114a, 114b, 114c og 114d. Gruppe 112 med dens ledninger er forbundet med det positive knutepunktet til generatoren og gruppen 114 sine ledninger er forbundet med det negative knutepunktet. Ledningene 112c og 112d er tredd gjennom hull 102 og så gjennom passa-sjene 108 og er forbundet med den ytre sylindriske overflaten til elementene 63 og 64. Ledningen 112a og 112b er tredd gjennom hullet 102 til stemplet 68 og hullet 104 til stempelstangen 76 og er så forbundet via hullet 106 og legemet 78 med de indre overflatene til elementene 61 og 62 henholdsvis. På en lignende måte er ledningene 114a og 114b ført gjennom hullet 102, passasjen 108 og er forbundet med de ytre sylindriske overflater til elementene 61 og 62 henholdsvis. Ledningene 114c og 114d er likeledes ført gjennom hullene 102, 104 og 106 og forbundet med de indre sylindriske overflatene til elementene 63 og 64 henholdsvis. Når den elektriske pulsgeneratoren 110 således tilfører en elektrisk puls over de to gruppene med ledninger, blir pulsen tilført over hvert par med ledninger forbundet med en av de fire elementene. En slik puls bevirker at de indre sylindriske overflatene til elementene 61 og 62 blir ved et høyere elektrisk potensial enn deres ytre sylindriske overflater. Dersom elementene 61 og 62 er polarisert radialt utover, vil som kjent slike elektriske potensialene bevirke at elementene 61 og 62 trekkes sammen radialt til å begynne med. Pulsene tilført av generatoren 110 vil bevirke at ytre sylindriske overflatene til elementene 63 og 64 blir ved et høyere elektrisk potensial enn de indre sylindriske overflatene. Elementene 63 og 64 blir polarisert radialt utover og slikt elektrisk potensial vil bevirke at de to elementene ekspanderer radialt til å begynne med.

Forbundet på ovennevnte måte vil derfor hovedsakelig samme elektriske puls- tilført av generatoren 110 hovedsakelig samtidig til de fire elementene bevirke at de fire elementene beveges hovedsakelig samtidig: elementene 61 og 62'trekkes sammen og beveges innover til å begynne med og elementene- 63 og 64 ekspanderer og beveger seg utover til å begynne med. Det er velkjent at etter at e-t piezoelektrisk materiale- er bevirket til å ekspandre eller trekkes sammen til å begynne med av en elektrisk puls, vil det vekselvis ekspandere og trekke seg sammen selv om ingen elektrisk puls er blitt tilført etter starttriggerpulsen. Etter at de elektriske pulsene er blitt tilført de fire elementene som bevirker at elementen 61 og 62 trekker seg sammen og at elementene 63 og 64 ekspanderer, vil således elementene 61 og 62 vekselvis ekspandere og trekke seg sammen, og elementene 63 og 64 vil vekselvis trekke seg sammen og ekspandere. Ved deres vekselvis ekspandering og sammentrekning vil de fire elementene tape energi og deres situa-sjon blir eventuelt dempet ned, men i løpet av deres ekspansjon og sammentrekning vil de fire elementene generere fire trykkbølgetog. Siden de fire elektriske pulsene til-ført generatoren 110 til de fire elementene er hovedsakelig de samme unntatt av polariteten, har de fire trykkbølge-togene hovedsakelig samme bølgeform. Bølgetogene generert ved hjelp av elementene 61 og 62 er hovedsakelig i fase. Bølgetogene generert av elementene 63 og 64 er hovedsakelig i fase med hverandre, men har motsatt fase i forhold til bølgenetogene generert av elementene 61 og 62. Slike trykk-bølger blir sendt gjennom oljen 92, gummimembranene, så inn i borehullsfluidumet 26 og eventuelt inn i jordformasjonen. De fire således genererte trykkbølgene vil interferere og frembringe en kvadrupolskjær-bølge i jordformasjonen 30. Slik skjær-bølgeutbredelse gjennom jordformasjonen blir bøyd tilbake inn i borehullsfluidumet 26 og blir detektert ved en avstand fra loggekilden 58 som vil bli forklart nedenfor. Legemet 78 er fortrinnsvis fremstilt av et beleggmateriale med god dempningskvalitet for å dempe ned tilbakekastningen av de fire elementene slik at de fire trykkbølgetogene generert av de fire elementene er av kort varighet.

De fire piezoelektriske elementene 61 til 64 kan lett bli fremstilt av piezoelektriske krystaller tilgjengelig i handelen. Piezoelektriske krystaller av typen fremstilt av "Vernitron Company of Bedford", Ohio har vært tilfreds-stillende. En type i handelen tilgjengelig piezoelektrisk krystall i form av en hul sylinder polarisert radialt utover. De indre og ytre sylindriske veggene til slike krystaller

er hver belagt med et sjikt av ledende materiale, slik som sølv. Siden den elektriske pulsen for generatoren 110

blir tilført til tilliggende elementer av de fire elementene i motsatt polaritet, må de indre sylindriske flatene til tilliggende elementer så vel som deres ytre sylindriske overflater være elektrisk isolert. Slik isolasjon kan bli tilveiebragt ved å kutte ut fire tettliggende langsgående seksjoner for å gi de fire sektorene 61 til 64. I stedet for å kutte ut slike tettliggende langsgående seksjoner kan alternativt det ledende sjikt på både den indre og ytre overflaten til slike seksjoner bli fjernet.

Fig. 4 viser et forenklet, delvis perspektivisk og delvis skjematisk riss av hvorledes utførelsen av oppfinnelsen kan bli anvendt til å logge skjær-bølgehastighet. Som vist på fig. 4, innbefatter loggesonden 140 kvadrupolskjær-bølge-loggekilden 58 og to detektorer 142 og 144. De to detektorene ligger tettere opp mot overflaten av jorden enn kilden 58 for a forenkle elektrisk forbindelser i sonden 140. De to detektorene er fortrinnsvis kvadrupoldetektorer som vil bli beskrevet senere under henvisning til fig. 6. Når kvadrupolskjær-bølgeloggekilden 58 er aktivert av en elektrisk puls, genererer den en kvadrupolskjær-bølge i jordformasjonen 30 som beskrevet ovenfor. Del av slik kvadrupolskjær-bølge utbreder seg oppover. Den blir delvis bøyd tilbake inn i borehullsfluidumet 26 tilliggende detektoren 142 og blir detektert av detektoren 142. Del av slik kvadrupolskjær-bølge utbreder seg dessuten imidlertid oppover og blir tilbakebøyd inn i borehullsfluidumet 28 tilliggende detektoren 144 og blir detektert av detektoren 144. Tidsintervallet mellom detekteringen av avbøyningen av kvadrupolskjær-bølgen av detektoren 142 og dens detektering av detektoren 144 gir derfor utbredelsestiden for kvadrupolskjær-bølgen nødvendig for å utbrede seg avstanden mellom de to detektorene. Det skal bemerkes at selv om anvendelsen av to detektorer er foretrukket, er anvendelse av en detektor adekvat. Hvor kun en detektor blir anvendt, er utbredelsestiden for kvadrupolskjær-bølgen mellom kilden 58 og detektoren gitt ved hjelp av tidsintervallet mellom genereringen av de fire trykkbølgene ved hjelp av kilden 58 og detekteringen av kvadrupolskjær-bølgeankomsten ved hjelp av detektoren.

De fire trykkbølgene generert av kilden 58 beskrevet ovenfor vil interferere for å frembringe ikke bare en kvadrupol-skjær-bølge i jordformasjonen 30, men også en dipol-og en monopolskjær-bølge. Monopol- og dipolskjær-bølgene er mye mindre i amplitude sammenlignet med kvadrupolskjær-bølgen og fremkommer ved opptreden av detektorsignalet som støy. Slik støy kan bli redusert på en måte som forklart som følgende.

Fig. 5 viser strålingsmønsteret til en kvadrupolbølge med dipol- og monopolbølger som støy. De to perpendikulære rette linjene på fig. 5 er symmetriske akser for kvadrupol- bølgen. En linje har retningene 146, 150 motsatt i forhold til hverandre og den andre linjen har retningene 148, 152 motsatt i forhold til hverandre. Strålingsmønsteret til kvadrupolbølgene er vist på fig. 5 som 154. Strålings-mønstrene til dipol- og monopolstøyen er vist på fig. 5

med prikkede linjer som 156 og 158. Dersom fire elementer til kilden 58 er fire identisk sektorer til en sylinder og er symmetrisk fordelt rundt aksen 66 som vist på fig.

6, passerer en av de symmetriske aksene gjennom sentrene til to motsatt anordnede elementer og den andre aksen passerer gjennom sentrene til de øvrige to elementene som vist på

fig. 6. Monopolstøy, hvis strålingsmønster er vist ved 158

på fig. 5, er symmetrisk og har størrelsen M. Dipolstøy, hvis strålingsmønster er vist som 156 på fig. 5, kan ha enhver orientering i forhold til de symmetriske aksene til kvadrupolbølgen. Som vist på fig. 5 har den dipole støyen komponentene Dl, D2, -Dl og -D2 i retningen 146, 148, 150

og 152, henholdsvis. Kvadrupolbølgen 154 har komponentene Q, -Q, Q, og -Q i retningene 146, 148, 150 og 152 henholdsvis .

Dersom fire elementer i detektoren er innrettet med fire elementer ved kilden 58 som vist på fig. 6 og strålings-mønsteret til kvadrupolbølgen og monopol- og dipolstøyen generert av kilden 58 er som vist på fig. 5, er signalet detektert av detektoren M + Dl + Q og slikt signal blir opptegnet som den første loggeopptegningen. Kilden 58

blir dreiet ved tilnærmet 90° i forhold til detektoren om den felles aksen til kilden og detektoren og den andre loggeopptegningen blir utført. Signalopptegningen vil være M + D2 - Q. Kilden 58 blir dreiet ytterligere 90° etter

den andre opptegningen, slik at den nå er dreiet 180° fra dens posisjon i løpet av den første opptegningen. En tredje opptegning blir utført og det opptegnede signalet vil være M -Dl +Q. Kilden 58 blir dreiet ytterligere 90° slik at

den er dreiet 180° fra dens posisjon i løpet av den andre opptegningen. En fjerde opptegning er utført og det opp-

tegnede signal vil være M -D2 -Q. Subtrahering av summen til den andre og fjerne opptegningen fra summen av den første og tredje opptegningen vil i hovedsaken redusere støyen bevirket av monopol- og dipolskjær-^bølgene generert av kilden 58 i formasjonen.

Mens fremgangsmåten for støyreduksjon beskrevet ovenfor er vist med kvadrupolskjær-bølgekilde og detektor, som hver innbefatter fire hovedsakelig identiske transduktorer symmetrisk fordelt rundt loggesondeaksen, skal det bemerkes at samme fremgangsmåten skal bli anvendt ved å anvende andre kvadrupolskjær-bølgekilder og detektorer. Hvor kilden og detektoren ikke er koaksial, eller hvor kilden og detektoren ikke har akse i stedet for å dreie kilden om den felles aksen til kilden og detektoren som i fremgangsmåten beskrevet ovenfor, blir kilden dreiet om en linje som passerer gjennom både kilden og detektoren.

I situasjoner hvor det er lite fordelaktig å fysikalsk

dreie kvadrupolskjær-bølgekilden i forhold til detektoren, kan noe av den monopole skjær-bølgestøyen bli redusert ved å snu polariteten til pulssignalet tilført over de to gruppene med ledninger 112 og 114 mellom to loggeopptegninger. Subtrahering av en opptegning fra en annen vil redusere støyen bevirket av monopolskjær-bølger. Det skal bemerkes at dersom polariteten til pulssignalet blir snudd, vil den genererte kvadrupole skjær-bølge vende i polaritet som om kvadrupolskjær-bølgekilden er blitt dreiet med 90°. En del av monopolskjær-bølgestøyen vil ikke vende om i polaritet mellom de to opptegninger. Subtraheringen av en loggeopptegning til en annen vil redusere denne delen av monopol-sk jærebølgestøyen . Polariteten til pulssignalet tilført over to grupper med ledninger 112 og 114 kan bli snudd lett ved hjelp av en polaritetsbryter 168 koplet mellom kilden 58 og pulsgeneratoren 110 som vist på fig. 6.

Den konvensjonelle detektoren er symmetrisk og kan ikke

bli anvendt for å detektere endringer bevirket ved dreiing

av kilden 58. For å detektere slike endringer er detektorene 142 og 144 fortrinnsvis kvadrupoldetektorer som kan være lik kilden 58 i konstruksjon med unntak av at i stedet for å være forbundet med en pulsgenerator, er de to detektorene forbundet på lignende måte med en bølgeform-opptegninger 166 som vist på fig. 6 (kun en detektor og dens forbindelse med opptegneren 166 er vist på fig. 6).

De fire elementene i hver av de to detektorene er fortrinnsvis innrettet asimutmessig med fire elementer ved kilden 58 som referanse med sondeaksen 66 som vist på fig. 6. Siden borehullsaksen er en trykkbølgeknute for kvadrupol-stråling, er fortrinnsvis ingen av de fire elementene på borehullsaksen. For best resultat er de fire elementene koaksiale med borehullet.

Med henvisning til fig. 4 er de to detektorene 142 og 144 fortrinnsvis kvadrupoldetektorer. De fire elementene til hver av de to detektorene er asimutmessig fortrinnsvis innrettet med de fire elementene i kilden 58 som vist på fig. 6. Andre detektortyper kan også bli anvendt. En konvensjonell, piezoelektrisk, hul, sylindrisk detektortype kan bli anvendt dersom en, to eller tre av de fire vinduene vist på fig. 3 som tettet ved hjelp av membraner 84, 86, 88 og 99 er dette av et materiale for hovedsakelig å redusere akustisk bølgegjennomgang gjennom slike vinduer. Dersom to av slike vinduer skal bli dekket, skulle de være motsatte anordnet slik som to vinduer tettet med membraner 84, 86 eller to av membranene 88 og 90.

Ved den foretrukne utførelsesformen vist på fig. 2 og 3,

er de fire elementene polarisert radialt. De fire elementene kan alternativt være polarisert på omkretsen slik at elementene er i en såkalt ringmodus ("hoop mode"). Fig. 7 og 8 er tverrsnittriss på planen perpendikulært med logge-sondens akse som viser alternative utførelsesformer under anvendelse av piezoelektriske krystaller i ringmodusen.

Som vist på fig. 7 er de fire elementene 171, 172, 173 og 174 omkretsmessig polarisert. Med unntak av retningen av polariseringen og elektriske forbindelser er konstruksjonen av den alternative utførelsesformen det samme som den til den foretrukne utførelsesformen.

Elektriske pulser blir tilført over hvert element slik at det resulterende elektriske feltet med et slikt element er hovedsakelig parallelt med dets polarisering. Den elektriske pulsen vil bevirke at et slikt element ekspanderer eller trekker seg sammen radialt avhengig av pulsens polaritet. De fire elementene kan bli tilveiebragt av en hul sylindrisk piezoelektrisk sylinder ved å kutte ut fire smale langsgående sektorer. De frilagte sideflatene til elementene er hovedsakelig rektangulære i form og er belagt med et ledende sjikt, slik som sølv. En elektrisk puls blir så påført over to ledende sjikt til hvert element. De ledende sjiktene for elementene 171 er sjiktene 184 og 186 som vist på fig. 7. De ledende sjiktene til tilliggende elementer er adskilt slik at forskjellige potensialer kan bli påført til tilliggende kanter av elementene. De elektriske pulsene er således tilført at det resulterende elektriske feltet i hvert element er hovedsakelig parallelt med dets polariseringslinje. Dersom polariseringen av elementene 171, 172 og det elektriske feltet deri er ved omkretsen i retning mot urviseren, som på fig. 7, vil de to elementene ekspandere radialt. Dersom polariseringen av elementene 173, 174 er ved omkretsen i retning mot urviseren, men det elektriske feltet deri er i omkretsen mot urviserretningen som på fig. 7, vil de to elementene trekke seg sammen radialt. Slike mot eller med urviserretning er ved alle henvisninger sett fra samme ende av sondeaksen. Dersom elektriske pulser av den typen anvendt ved den foretrukne utførelsesformen blir tilført hovedsakelig samtidig til de fire elementene, vil trykkbølgen generert av de fire elementene interferere og frembringe en kvadrupol-skjær-bølge i den omgivende jordformasjonen på lignende måte som ved den foretrukne utførelsesformen. Som ved den foretrukne utførelsesformen må de fire elementene til fig.

7 ikke være koaksiale med loggesonden så lenge som deres akser er hovedsakelig parallelle med sondeaksen og sondeaksen er anbragt med avstand fra og på den konkave siden av hvert element.

Fig. 8 viser et forenklet tverrsnitt av en annen alternativ utførelsesform av en skjær-bølgeloggekilde som anvender ringmodusen. De fire elementene 201, 202, 203 og 204 er fire av åtte langsgående sektorer til en piezoelektrisk hul sylinder, idet hver av de åtte seksjonene har blitt polarisert omkretsmessig. Tilliggende elementer har motsatt omkretsmessig polarisering. Ved denne alternative utførelsesformen er de fire elementene kun sektorer av den hule sylinderen som vil ekspandere og sammentrekke og alle er polarisert på omkretsen i urviserretningen. Forbindelses-kanten til enhver av to tilliggende sektorer blant åtte sektorer er belagt av et ledende sjikt. De elektriske pulsene er således tilført at det resulterende elektriske feltet ved hvert element er hovedsakelig parallelt med dens polariseringslinje. Med polariseringen av de fire elementene og polaritetene til de elektriske pulsene til-ført de fire elementene som vist på fig. 8, vil elementene 201 og 202 ekspandere radialt mens elementene 203 og 204

vil trekke seg sammen radialt. De øvrige fire sektorene ekspanderer ikke eller trekker seg ikke sammen siden ikke noe elektrisk potensialforskjell blir påført over slike elementer.

Fig. 9, 10 er tverrsnittriss av en kvadrupolskjær-bølge-loggekilde som viser en ytterligere alternativ utførelses-form av oppfinnelsen. I stedet for å anvende sylindriske seksjoner av en hul piezoelektrisk sylinder innbefatter de fire elementene hver to sjikt, eller et par med piezoelektriske plater festet sammen ved hjelp av deres flate overflater. Med unntak av de fire elementene er konstruksjonen av denne alternative utførelsesformen det samme som den til den foretrukne utførelsesformen. Hver sjikt eller plate ved hvert element av den alternative utførelsesformen er polarisert hovedsakelig perpendikulært på dens flate overflate og polarisasjonen til de to sjiktene eller platene er i hovedsaken av motsatt retning. Det er velkjent at dersom en elektrisk puls blir tilført over to flate overflater til et element som innbefatter et par med motsatt polariserte plater, vil den bevirke at elementet bøyes. De kommersielt tilgjengelige piezoelektriske kompositt-platene som kan bli anvendt for generering av akutiske bølger, er vanligvis solgt i form av to piezoelektriske plater forbundet over et ledende sjikt som er lagvis mellom to piezoelektriske plater. Polariseringen av de to platene kan være hovedsakelig motsatt rettet som beskrevet ovenfor eller de kan ha hovedsakelig samme retning. Dersom polariseringen er av samme retning, så blir den elektriske pulsen tilført hver plate slik at de elektriske feltene i de to platene har hovedsakelig motsatt polaritet. Dette ledende sjiktet vil muliggjøre at den elektriske pulsen tilført til hver av de to platene genererer et mer jevnt elektrisk felt ved slike plater og vil forbedre virkningsgraden av loggekilden.

Fig. 11A viser et riss langs linjen 11-11 på fig. 9 som viser et delvis tverrsnitt av kvadrupolskjær-bølgelogge-kilden på fig. 9 hvor to motsatte sider av elementet 211 er festet til stemplene 68 og 70 og er fast. En elektrisk puls tilført over de flate overflatene til elementet 211 vil bevirke at dens midtdel bøyes og vibreres. De ekstreme posisjonene til elementene ved vibreringen er vist med prikkede linjer 211a og 211b. Fig. 11B er et riss langs linjen 11-11 på fig. 9 som viser et delvis tverrsnitt av kvadrupolskjærebølgeloggekilden på fig. 9 hvor kun en side av elementet 211 er festet i posisjon med stemplet 70. En elektrisk puls tilført over den flate overflaten til elementet 211 vil bevirke at delen av elementet 211 bort fra den festede siden til å bøye og vibrere med ekstreme posi-sjoner som vist ved hjelp av prikkede linjeposisjoner angitt som 211c og 211d. Elektriske pulser av motsatt polaritet blir tilført til tilliggende elementer på fig. 9 slik at når et element bøyes innover vil to tilliggende elementer bli bøyd utover.

Dersom polariteten til de tilførte elektriske pulsene til

de fire elementene er som vist på fig. 9 og begge endene av hver av de fire elementene er festet som på fig. 11A,

vil midtdelen av elementet 211 og 212 bevege seg utover,

mens den midtre delen av elementene 213 og 214 vil bevege seg innover, som derved frembringer fire trykkpulser som vil interferere og frembringe en kvadrupolskjær-bølge ved omgivende jordformasjon. Dersom kun en ende av hver av de fire elementene fastgjort til loggesonden som på fig.

11B, vil de ikke-festede endene til elementene 211 og 212 bevege seg innover og de til elementene 213 og 214 vil bevege seg utover, som derved frembringer to positive trykkbølger og to negative trykkbølger for å frembringe en kvadrupolskjær-bølge i jordformasjonen.

De fire elementene vist på fig. 9 og 10 er fortrinnsvis

for bundet med sonden slik at elementene 211 og 212 danner et par med hovedsakelig motsatt anordnede sider av en terning og således dannes elementene 213 og 214. Det skal bemerkes at plater motsatt anordnet slik som platene 213,

214 ikke må være parallelle i forhold til hverandre og tilliggende plater ikke må være perpendikulære på hverandre. Heller ikke må platene være rektangulære i form. Sammen-stillinger hvor de fire elementene i hovedsaken danner fire parallellogrammer av et firesidet prisme kan bli anvendt og er en del av denne oppfinnelsen.

Fig. 12 viser et tverrsnittriss av en kvadrupolskjær-bølge-loggekilde som viser en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen. Fire konvensjonelle symmetriske kilder er anvendt, men blir drevet ved faser lignende tidligere utførelses-former. Fire radialt polariserte, hule, piezoelektriske sylindre 231, 232, 233 og 234 er således de fire elementene. Dersom de fire elementene er polarisert radialt utover,

og polariteten for de tilførte pulsene er som vist på fig.

12, vil elementene 231, 232 trekke seg sammen for å generere to negative trykkbølger og elementene 233, 234 vil ekspandrer for å generere to positive trykkbølger. De fire bølger interfererer som før for å frembringe en kva-drupolsk jær-bølge ved formasjonen.

Mens det er effektivere og således å foretrekke at de

fire elementene på fig. 12 er anordnet symmetrisk slik at deres akser så sett definerer parallelle kanter til en terning, innbefatter også oppfinnelsen andre anordninger.

Det skal bemerkes at oppfinnelsen også innbefatter anordninger hvor aksen til elementer er hovedsakelig parallelle med sondeaksen og elementene omgir sondeaksen i følgende rekkefølge: første element 231, tredje element 233, andre element 232 og fjerde element 234 og hvor ekspansjonene og sammentrekningene av de fire elementene er som beskrevet under henvisning til fig. 12.

Den ovenfor beskrevne fremgangsmåten og anvendte konstruksjon er kun som en illustrasjon og forskjellige endringer i form, størrelse, materiale eller andre detaljer ved fremgangsmåten og konstruksjonen kan bli gjort innenfor rammen av oppfinnelsen som det fremgår av de medfølgende kravene.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for å logge Jorden som omgir en brønn, hvor det foretas måling ut fra bestemmelsen av tilstedeværelsen av en skjærbølge suksessivt ved to punkter med avstand fra hverandre langs brønnen, av tiden som går mellom tilstedeværelsen av skjærbølgen ved de to punktene for å bestemme hastigheten til skjærbølgen gjennom jorden,karakterisert vedsending av en kvadrupol-skjærbølge gjennom jorden langs brønnen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at det som to punkter anvendes punktene for hhv. sending og detektering.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at det som de to punktene anvendes respektive to detekteringspunkter med avstand fra sendepunktet langs brønnen.

4 . Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3, karakter i-s e t ved at brønnen inneholder et fluidum og at kvadrupolskjærbølgen sendes inn i jorden ved å generere i fluidumet fire trykkbølger, to positive og to negative trykkbølger med en felles komponentbølge, som vil interferere og frembringe en kvadrupolskjærbølge i jorden som omgir fluidumet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,karakterisertved at de fire trykkbølgene genereres ved fire respektive punkter i fluidet, at de fire punktene lokaliseres slik at ved en firkant av hvilke de fire hjørnene er definert av tre av de fire punktene, og den normale projeksjonen av det øvrige fjerde punktet på et plan definert av og inneholder tre av de fire punktene, hver av de fire viklene til firkanten er mindre enn 180° og de to punktene hvor de to negative trykkbølgene genereres definerer diagonalt motsatte hjørner av firkanten.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4 eller 5,karakterisert vedat det som frekvensen for felleskomponenten til de fire trykkbølgene anvendes en som er innenfor frekvensområdet 4 kHz til 14 kHz.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 4, 5 eller 6,karakterisert vedtrinnet for å bestemme tilnærmet område for skjærbølgehastigheten for jorden som omgir fluidumet og at det som frekvensen til felleskomponenten for de fire trykkbølgene anvendes en som er innenfor frekvensområdet som korresponderer med området for skjærbølgehastigheten for jorden som omgir fluidumet i samsvar med tabellen nedenfor:

hvor d er borehulldiameteren.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1 for å redusere støy bevirket ved hjelp av monopole og dipole signaler i logging av skjærbølge-hastigheten til en jordformasjon som omgir et borehull som inneholder et fluidum,karakterisert vedat loggeopptegningen genereres ved hjelp av en kvadrupolskjær- bølgeloggeanordning som innbefatter en kvadrupolskjærbølge-kilde og en kvadrupolskjærbølgedetektor som innrettes med og anbringes med avstand fra kilden, idet loggeopptegningen genereres ved aktivering av kvadrupolskjærbølgekilden ved fluidumet for å generere en kvadrupolskjærbølge i formasjonen og å detektere ved hjelp av kvadrupoldetektoren i fluidumet, trykkbølgen i fluidumet bevirket ved avbøyning av kvadrupolskjærbølgen, idet fremgangsmåten for støyreduksjon innbefatter generering av første loggeopptegning, dreiing av skjærbølgekilden med hovedsakelig 90° om en linje som går gjennom kilden og detektoren, generering av en andre loggeopptegning, dreiing av kvadrupolskjærbølgekilden med hovedsakelig 90° om linjen slik at kvadrupolskjærbølgekilden blir hovedsakelig dreiet 180° fra dens posisjon i løpet av generering av første loggeopptegning, og generering av en tredje opptegning, dreiing av den kvadrupolskjærbølgekilden med hovedsakelig 90° om linjen slik at den blir dreiet hovedsakelig 180° fra dens posisjon i løpet av genereringen av den andre loggeopptegning, generering av den fjerde loggeopptegning og tilveiebringelse av forskjellen mellom summen av den andre og fjerde loggeopptegningen og summen av den første og den tredje loggeopptegningen for å redusere monopol- og dipolstøy.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisertved at det som kvadrupolskjærbølgekilde og kvadrupol-skjærbølgedetektor anvendes anordninger som hver innbefatter fire sektorer til en hul sylinder i det vesentlige koaksialt med loggesonden og som videre innbefatter innretning for vibrering av fire sektorer og for kilden for å generere fire trykkbølger til en lignende bølgeform i fluidumet, idet de positive trykkbølgene genereres av to motsatt anbrakte sektorer og to negative trykkbølger av de øvrige motsatt anbrakte sektorene, og at det som linje om hvilken kilden roteres anvendes aksen til loggesonden.

10. Fremgangsmåte Ifølge krav 1 eller 4 eller 5 for å redusere støy bevirket ved monopolskjærbølger ved logging av skjær-bølgehastighet til en jordformasjon som omgir et borehull som Inneholder et fluidum, karakterisert veden generering av loggeopptegning ved hjelp av en kvadrupolskjærbølge-loggeanordning innbefattende (i) fire sektorer av en hul, piezoelektrisk sylinder hovedsakelig koaksial med loggesonden, (ii) innretning for å tilføre elektriske pulser til de fire sektorene, idet polariteten til pulsene er slik at pulsene bevirker motsatt anordnede sektorer til å vibrere hovedsakelig i fase med hverandre og tilliggende sektorer til å vibrere hovedsakelig motsatt i fase til hverandre, og (ili) kvadrupolskjærbølgedetekteringsinnretning anordnet i fluidumet anordnet i avstand fra og innrettet med de fire sektorene, idet loggeopptegningen blir generert ved aktivering av kvadrupolskjaerbølgekilde i fluidumet for å generere en kvadrupolskjærbølge i formasjonen og detektering ved hjelp av kvadrupol-skjærbølgedetektoren i fluidumet, trykkbølgen i fluidumet bevirket ved avbøyning av kvadrupolskjær-bølgen, generering av den første loggeopptegning, generering av den andre loggeopptegning hvor polariteten til de elektriske pulsene tilført av de elektriske pulstil-førselsinnretningene til de fire elementene reverseres fra de ved genereringen av den første opptegningen, tilveiebringelse av forskjellen mellom den andre loggeopptegningen og den første loggeopptegningen.

11. Fremgangsmåte Ifølge krav 10,karakterisertved at det som elektriske pulstilførselsinnretningen anvendes en som innbefatter en elektrisk pulsgenerator forbundet med de fire elementene over en polaritetsbryter slik at polaritetene til de elektriske pulsene tilført de fire elementene blir omsnudd ved frem- og tilbakebevegelse av polaritetsbryteren.

12. Hastighetsbrønnloggeanordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1-11, innbefattende et hus for heving og senking i en brønn, signalgenereringsinnretning i huset for å sende soniske signaler inn i jorden som omgir brønnen, og signaldetekteringsinnretning i huset som kan detektere i det minste et punkt i lengderetningen med avstand fra signalgenererings-innretningens ankomst av soniske signalene sendt inn i jorden som omgir brønnen ved hjelp av signalgenereringsinnretningen, idet punktet er anbrakt med avstand fra brønnens akse,karakterisert vedat signalgenereringsinnretningen kan generere en kvadrupolskjærbølge i jorden som omgir brønnen.

13. Anordning ifølge krav 12,karakterisert vedat brønnen inneholder et fluidum, at signalgeneringsinn-retningen innbefatter fire elementer og innretning for å vibrere de fire elementene slik at vibreringen av de to av de fire elementene genererer to positive trykkbølger i fluidumet og vibreringen av de øvrige to elementene genererer to negative trykkbølger, og at de fire trykkbølgene generert på denne måten har en overlappende frekvens og en trykkbølge med felles komponent med frekvenser i det seg overlappende frekvensområdet.

14. Anordning Ifølge krav 12.karakterisert vedat de fire elementene er lokalisert i forhold til hverandre, slik at ved en firkant, ved hvilken fire hjørner er definert av de geometriske tyngdepunktene til de fire elementene og normalprojeksjonen til det geometriske tyngdepunktet for det fjerde elementet på planet definert av og inneholdt i tyngdepunktene til de tre av de fire elementene, de fire vinklene til firkanten er mindre enn 180" og at de to elementene, vibrasjonen av hvilke genererer to negative trykkbølger med tyngdepunktene ved digitalt motsatte hjørner til firkanten, slik at de fire trykkbølgene vil interferere for å frembringe en kvadrupolskjærbølge i jordformasjonen som omgir brønnen.

15. Anordning ifølge krav 12,karakterisert vedat signalgenereringsinnretningen er utformet slik at trykkbølgen med felles komponent har frekvenser innenfor området 4 khz til 14 kHz.

16. Anordning ifølge krav 13,karakterisert vedat hver av de fire elementene er fremstilt av piezoelektrisk materiale og er polarisert og at vibreringsinnretningene innbefatter en elektrisk pulstilførselsinnretning som tilfører elektriske pulser over fire elementer for å generere trykkbølger i fluidumet.

17. Anordning ifølge krav 16,karakterisert vedat hver av de fire elementene innbefatter en sektor av en polarisert, hul, piezoelektrisk sylinder og at de elektriske pulsene fra den elektriske pulstilførselsinnretningen bevirker at hver av de fire sektorene vekselvis ekspanderer og trekker sammen radialt i forhold til dens akse som derved genererer trykkbølger i fluidumet.

18. Anordning ifølge krav 16.karakterisert vedat hver av de fire elementene innbefatter et sammensatt plateelement som hver innbefatter to plater med polarisering i hovedsakelig motsatt i forhold til hverandre og hovedsakelig perpendikulær på de flate overflatene til de sammensatte plateelementene og at elektriske pulser fra den elektriske pulstilførselsinnretningen vil bevirke at de fire sammensatte plateelementene bøyes og vibrerer, som derved genererer trykkbølger i fluidumet.