NO163385B - Fremgangsmaate for akustisk logging av en jordformasjon. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for akustisk logging av en jordf ormas jon- av den art som angitt i innledningen-tii krav 1.

Ved akustisk brønnlogging er det vanlig å måle kompresjons-bølgehastigheten'i jordformasjoner som.omgir borehull.

Et konvensjonelt kompresjonsbølgehastighetsioggesystem omfatter en sylindrisk loggesonde som er tilpasset for å bli nedsenket i en borehullvæske, en kilde forbundet med sonden for å generere kompresjonsbølger i borehullvæsken, og en eller flere detektorer forbundet med. sonden og adskilt fra kompresjonsbølgekilden for å detektere kompresjonsbøl-

ger i borehullvæsken. En kompresjonsbølge i borehullvæsken som er generert av kilden blir avbøyd inn i jordformasjonen som omgir borehullet. Den forplanter seg gjennom et parti av formasjonen og blir avbøyd tilbake inn i borehullvæs-

ken ved et punkt som ligger nær til detektoren og blir så detektert av detektoren. Forholdet mellom avstanden-mellom kilden og detektoren og tiden mellom generering og deteksjon av kompresjonsbølgen gir kompresjonsbølgehas-tigheten til formasjonen. Informasjon som er viktig for å produsere olje og gass fra underjordiske jordformasjoner, kan avledes fra kompresjonsbølgehastighetene i slike formasjoner.

Når en kompresjonsbølge'som er generert av en kompresjons-bølgekilde i borehullvæsken når borehullveggen, frembringer den en avbøyd kompresjonsbølge i den omgivende jordformasjonen som beskrevet ovenfor. I tillegg frembringer den også en avbøyd skjærbølge i den omgivende jordformasjonen,

og en styrt bølge som forplanter seg i borehullvæsken og deler av formasjonen som ligger inntil borehullet. I massive formasjoner hvor skjærbølgehastighetene til formasjonene er større enn lyshastigheten i borehullvæsken, blir deler av en slik skjærbølge avbøyd tilbake i borehullvæsken i form a en kompresjonsbølge og når detektoren i loggesonden. Den styrte bølgen blir også detektert av en slik detektor.

En hvilken som helst bølge, som er en av de tre typene bølger detektert av detektoren, kan kalles en ankomst: kompresjonsbølgene i borehullvæsken forårsaket av avbøynin-gen av kompresjonsbølger i formasjonen kan kalles kompre-sjonsbølgeankomstene, disse forårsaket av avbøyningen av skjærbølger i formasjonen kan kalles skjærbølgeankomster, og disse forårsaket av styrte bølger kan kalles styrte bølgeankomster. Således er signalet detektert av detektoren et sammensatt signal som omfatter kompresjonsbølgeankomsten, skjærbølgeankomsten og den styrte bølgeankomsten. Kompre-sjonsbølger forplanter seg hurtigere enn skjærbølger og skjærbølger forplanter seg vanligvis hurtigere enn de styrte bølgene. I det sammensatte signalet detektert av detektoren er derfor kompresjonsbølgeankomsten den første ankomsten, skjærbølgeankomsten den andre ankomsten og den styrte bølge-ankomsten den siste ankomsten.

Det er alminnelig kjent at skjærbølgelogging også kan gi

informasjon som er viktig ved produksjon av olje og gass

i fra underjordiske jordformasjoner. Forholdet mellom skjær-bølgehastigheten og kompresjonsbølgehastigheten kan avdekke fjelllitologien til de underjordiske jordformasjonene. Skjærbølgehastighetsloggen kan også sette en istand til

å omforme seismiske skjærbølgetidsseksjoner til dybdesek-

> sjoner. Skjærbølgeloggen er nyttig ved bestemmelsen av andre viktige egenskaper til jordformasjoner, så som skjær-spenning, porøsitet, væskemetning og tilstedeværelsen av sprekker. Skjærbølgeloggen kan også være nyttig ved bestemmelse av spenningstilstanden rundt borehullet, hvilket

) er meget viktig ved utforming av hydrauliske sprekkbehand-lingsforanstaltninger.

Asymmetriske kompresjonsbølgekilder er blitt utviklet for

logging av skjærbølgehastighet. Ved anvendelse av slike

> kilder kan amplituden til skjærbølgeankomsten være vesentlig høyere enn amplituden til kompresjonsbølgeankomsten,. Ved å justere utløsernivået til detekterings- og opptegnings-

systemene for å diskriminere kompresjonsbølgeankomsten, detekteres skjærbølgeankomsten som den første ankomsten.

Det kan således være mulig å bestemme forplantningstiden

til skjærbølger i formasjonen og således også skjærbølge-hastigheten. Asymmetriske kilder er vist i Agona et al., Europeiske patent søknad nr. 31989 og White, US-PS 3.593.255.

I myke formasjon, så som formasjoner nær overflaten eller Gulf-kystens myke skiferleire, er skjærbølgehastigheten

til slike formasjoner mindre enn lydhastigheten i borehullvæsken.

Ifølge Snell's lov, hvor skjærbølgehastigheten til formasjonen er mindre enn lydhastigheten i borehullvæsken, vil skjærbølgene bli avbøyd inn i formasjonen og vil forplante seg bort fra borehullet, og de vil ikke bli avbøyd tilbake inn i borehullvæsken for å nå detektoren. Agona et al.

og White har ikke vist hvordan skjærbølgehastigheter kan logges under slike omstendigheter.

Kitsunezaki viser i US-PS 4.207.961 en innretning for å logge skjærbølgehastigheten i en myk formasjon. Spoler er montert på en spoleanordning som så er plassert i det magnetiske feltet til en permanent magnet. En stram puls blir sendt gjennom spolene for å drive spoleanordningen. Bevegelsen til spoleanordningen sender ut en mengde vann

i en retning og samtidig suger opp en lik mengde vann fra den motsatte retningen. Via vannmediet vil bevegelsen av spoleanordningen indirekte skyve på en del av borehullveggen og trekke på en annen del på den andre siden av spoleanordningen. En slik eksitering utøvd på borehullveggen, vil generere skjærbølger i myke formasjoner som kan detekteres på steder i borehullvæsken vertikalt adskilt fra spoleanordningen.

Kitsunezaki's US-PS 4.207.961 er blitt overdratt til OYO Corporation of Tokyo, Japan. I en YOY Technical Note, datert november 1980 og med tittel "Development of the

Suspension S-wave Logging System", av Ogura, Nakanishi

og Morita, er det vist en solenoid type elektromagnetiske eksiteringsanordning for å generere skjærbølger og som viser seg å være den samme som anordningen vist i US-PS 4.207.961. I artikkelen er det fastslått at solenoidtype eksiterings-anordningen som brukes i skjærbølgeloggesystemet kan anvendes til å måle skjærbølgehastigheter på opp til rundt 1 km pr. sekund, eller 3000 fot pr. sekund. Det viser seg således at innretningen som er vist av Kitsunezaki muligens ikke er istand til å logge skjærbølgehastigheter på mer en 3000 fot pr. sekund. Artikkelen fastslår videre at data fra eksperimenter med et slikt system viser at den observerte skjærbølgeamplituden faller dramatisk med økning i skjærbølgehastigheten til formasjonen, og at ved skjærbølgehastigheter så lave som 450 meter pr. sekund,

eller omtrent 1350 fot pr. sekund, vil den observerte skjær-bølgeamplituden bli ekstremt liten. Det kan således være vanskelig å anvende en slik innretning til å logge skjær-bølgehastigheter selv mellom området 1350 fot pr. sekund og 3000 fot pr. sekund. I artikkelen "A New Method for Shear-Wave Logging", Geophysics vol. 45, nr. 10 (oktober 1980), side 1489-1506, har Kitsunezaki beskrevet en loggeinnretning som viser seg å være den samme som innretningen i US-PS 4.207.961. På side 1500 i artikkelen fastslår Kitsunezaki av drivmekanismen til en slik loggeinnretning

har problemer med å logge formasjoner med høyere skjærbølge-hastighet.

Det fremgår også at Kitsunezaki's innretning må være stasjo-nær under anvendelse for å kunne generere skjærbølger i jordformasjoner på måten som beskrevet ovenfor. Dette kravet vil sinke loggeprosessen. Det vil også øke sannsynligheten for at loggeinnretningen kan sette seg fast i brønnen og sannsynligheten for å minste innretningen.

Foreliggende oppfinnelse overvinner ovenfornevnte mangler ved hjelp av en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1.Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

Skjærbølgehastigheten til formasjonen kan bestemmes ved

å logge den hurtigste komponenten til en styrt bølge, idet nevnte komponent har hovedsakelig den samme hastigheten som skjærbølgen i formasjonen. Ved en slik fremgangsmåte, blir en styrt bølge generert i borevæsken hvor den hurtigste komponenten til den styrte bølgen har hovedsakelig den samme hastighet som skjærbølgen i formasjonen. Ankomsten til en slik hurtigste komponent blir detektert ved i det minste et sted i væsken adskilt longitudinalt langs borehullet fra stedet hvor den styrte bølgen blir generert. Hastigheten til den hurtigste komponenten til den styrte bølgen, som er hovedsakelig den samme som skjærbølgehastigheten i formasjonen, kan bestemmes.

Oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til tegning-ene, hvor fig. 1-8 ikke er opptegnet i riktig målestokk,

og er kun ment for illustrasjonsformål.

FIG. 1 viser skjematisk et akustisk loggesystem som kan anvendes for å logge skjærbølgehastigheten til en jordformasjon ved å logge hastigheten til en styrt bølge. FIG. 2 er en forenklet perspektivtegning av en dipol akustisk loggeinnretning som kan anvendes til å logge skjær-bølgehastigheten i en jordformasjon ved å logge hastigheten til en styrt bølge. FIG. 3 er et delvis tverrsnitt av en dipol akustisk innretning tatt etter linjen 3-3 på fig. 2. FIG. 4 er et tverrsnitt av en kvadropol akustisk loggekilde som kan anvendes for å logge skjærbølgehastigheten til en formasjon ved å logge hastigheten til en styrt bølge. FIG. 5 er en forenklet perspektivtegning av kvadropol akustisk loggeinnretningen på fig. 4, og viser orienteringen av detektorene i forhold til kvadropol kilden og de elektriske forbindelsene til kildene og detektorene. FIG. 6 er et tverrsnitt av nok en kvadropol akustisk logge kilde som kan anvendes for å logge skjærbølgehastigheten til en formasjon ved å logge hastigheten til en styrt bølge. FIG. 7 er et tverrsnitt av en optopol akustisk loggekilde som kan anvendes for å logge skjærbølgehastigheten i en formasjon ved å logge hastigheten til en styrt bølge. FIG. 8 er et tverrsnitt av en annen akustisk loggekilde som kan anvendes for å logge skjærbølgehastigheten i en formasjon ved å logge hastigheten til en styrt bølge.

Hvor skjærebølgehastigheten i formasjonen som omgir borehullet er mindre enn lydhastigheten i borehullvæsken, vil skjærbølgen frembragt i formasjonen forårsaket av avbøyning av kompresjonsbølger i borehullvæsken, forplante seg bort fra borehullet og de vil aldri nå detektoren i borehullet. Under slike omstendigheter kan det derfor ikke være mulig

å logge skjærbølgehastigheten direkte. Søkeren har imidler-tid oppdaget at når en multipolkilde, enten det er en dipol, kvadropol, oktopol eller en høyere ordens multipol, blir anvendt for å generere kompresjonsbølger i borehullvæsken, vil kompresjonsbølgene når de når borehullveggen generere en forgrenet styrt bølge. Hastigheten til den styrte bølgen avhenger av på en komplisert måte lydhastighetene i borehullvæsken og formasjonen, frekvensen til bølgen og form og størrelse på borehullet. Dersom multipol-kilden sender ut ved frekvenser som omfatter en kritisk frekvens (som skal forklares senere), vil den hurtigste komponenten til den styrte bølgen generert på denne måten ha i hovedsak den samme hastigheten som skjærbølgen. Ved derfor å detektere ankomsten til denne hurtigste komponenten til den styrte bølgen, kan man finne skjærbølgehastigheten i formasjonen. Skjærbølgehastigheten i formasjonen kan logges på denne måte uansett om skjærbølgehastigheten i formasjonen er større eller mindre enn lydhastigheten i borehullvæsken. Denne fremgangsmåten kan anvendes for.å logge skjærbølge-hastigheter til massive eller harde, såvel som myke formasjoner. I de fleste myke formasjoner vil den styrte bølgen generert ved hjelp av en konvensjonell symmetrisk kilde

ha komponenter hvis hastigheter alle er lavere enn skjær-bølgehastigheten. I de fleste myke formasjoner hvor skjær-bølgehastighetene er mindre enn lydhastigheten i borehullvæsken, kan derfor bare multipolkilder anvendes ved skjær-bølgen as ti gnet s logg ing .

Fig. 1-8 illustrerer akustiske loggesystemer som anvender forskjellige multipol-loggekilder som kan anvendes for å logge skjærbølgehastighetene i jordformasjoner ved å

logge hastigheten til en styrt bølge. Fig. 1 viser skjematisk et akustisk loggesystem som kan anvendes for å bestemme skjærbølgehastighetene i jordformasjoner. En loggesonde 10 er tilpasset for å heves og senkes i en brønn. Sonden inneholder en multipol akustisk kilde 12 og to detektorer

14 og 16. For å starte loggingen blir sonden 10 senket ned i en væske 18 i et borehull 20, som er omgitt av en jordformasjon 22. Detektorer 14 og 16 er slik forbundet med sonden 10 at de er adskilt longitudinalt langs borehullet 20 fra hverandre, og fra kilden 12. Kilden 12 er forbundet med en avfyrings- og opptegningsstyreenhet 24. Signaler registrert av detektorene 14 og 16 blir matet til et båndpassfilter 26, en forsterker 28 og en tidsintervallenhet 30. På en måte som beskrevet i det følgende anvendes avfyrings- og opptegningsstyreenheten til å avfyre kilden 12 som frembringer en styrt bølge i væsken 18 og formasjonen 22. Den styrte bølgeankomsten blir detektert av detektorene 14 og 16, filtrert av filteret 26 og forsterket av forsterke-ren 28. Tidsintervallet mellom detekteringen av ankomsten ved hjelp av detektoren 14 og detekteringen av detektoren 16 blir så målt av tidsintervall-enheten 30. Et slikt tidsintervall lagres eller fremvises etter ønske. Fig. 2 er en forenklet perspektivtegning av en dipol akustisk loggeinnretning som kan anvendes for å logge formasjoner. Som vist på fig. 2, omfatter loggesonden 10 et antall hule sylindriske seksjoner. Toppseksjonen 32 inneholder en dipol akustisk loggeinnretning (ikke vist på fig. 2) og 2 motsatt anordnede vinduer 42 som tillater at kompre-sjonsbølgene generert av dipolen kan forplante seg radielt derigjennom inn i borehullvæsken. Seksjoner 34 og 36 inneholder hver en detektor (ikke vist). De to seksjoner er anordnet under seksjonen 32 og har vinduer 44 og 46 som vist på fig. 2. Når kompresjonsbølgene generert av dipol-kilden i seksjonen 32 når borehullveggen, genererer de en forgrenet dipolstyrt bølge i borehullvæsken og en del av formasjonen som ligger inntil borehullet. Mye av ener-gien i den styrte bølgen er konsentrert ved og nær borehul-lets væske-borehull-vegg grensesnitt. I formasjonen vil amplituden til den styrte bølgen dempes hurtig med økende distanse bort fra grensesnittet. Den styrte bølgen vil forplante seg langs borehullet ved grensesnittet og i borehullvæsken for å nå detektorene i seksjonene 34 og 36 gjennom vinduer 44 og 46 respektivt. Den forenklede perspektiv-tegningen av høyere ordens multipoler akustiske loggeinnret-ninger vil oppføre seg på samme måte som dipol innretninger vist på fig. 2, med unntak av at hver av seksjonene 32, 34 og 36 fortrinnsvis har flere vinduer enn to som vist på fig. 2.

Terminologien for multipolen er basert på etterfølgende potenser av to, dvs. 2n, hvor n er et helt tall og n =

1, 2, 3 osv. Således omfatter multipodene dipolen (N =

1), kvadropolen (n = 2) og oktopolen (n = 3). Terminologien for høyere ordens multipoler er basert på 2n hvor n = 4,

5, 6 osv.

Fig. 3 er et delvis tverrsnitt av en dipol akustisk loggeinnretning tatt etter linjen 3-3 på fig. 2. Som vist på fig.

3, omfatter dipolskjærbølgeloggekilden 12 et par langstrakte piezoelektriske plater som har to ender. Plateparet er festet sammen ved sine flate overflater for å danne en sammensatt plate 12. Hver av de to platene er polarisert

hovedsakelig perpendikulært på sin flate overflate og pola-risasjonene av de to platene er i hovedsakelig motsatte retninger. Den sammensatte platen er festet til sonden ved tett innpassing av begge endene mellom klemmeplater 54 som er festet til sonden. Klemmeplatene holder den sammensatte platen på plass mens den vibrerer. Partiet av den sammensatte platen mellom de to endene som er festet ved hjelp av klemmeplatene 54 vil i det etterfølgende bli kalt "det ikke-festede parti". Den ytre avdekkede, flate overflate av den sammensatte platen 12 er belagt med et ledende sjikt 55, og er forbundet via slike sjikt ved hjelp av ledninger 56 til avfyrings- og opptegningsstyreenheten 24. Avfyrings- og opptegningsstyreenheten påtrykker en elektrisk puls over den sammensatte platen 12. Det er kjent at dersom en elektrisk puls blir påtrykt over de to flate overflatene til et plateelement som omfatter et par motsatt polariserte piezoelektriske plater, vil den forårsake at elementet bøyer seg. Dersom polariteten til pulsen som påtrykkes er som vist på fig. 3, vil det ikke-festede midtre partiet av den langstrakte sammensatte platen 12 bøye seg i en retning som vist ved den åpne pilen 60

på fig. 3. Mens de sammensatte platene 12 på fig. 3 er vist som festet i begge ender, må det forstås at, dersom platene bare er festet ved en ende eller et sted mellom endene, vil partiene som ligger et stykke fra festepunktet kunne vibreres ved hjelp av elektriske pulser på samme måte for å generere en dipol-styrt bølge i borehullvæsken. Slike partier vil i det etterfølgende bli kalt di "ikke-festede partier".

Den sammensatte platen som omfatter paret motsatt polariserte piezoelektriske plater er kommersielt tilgjengelig. Piezoeleketriske sammensatte plater levert av Vernitron Company of Bedford, Ohio, kjent som Bender Bimorphs har vist seg tilfredsstillende. Rommet som omgir kilden 12

og er innelukket av den sylindriske seksjonen 32, er fylt med olje 64. Den øvre og nedre delen av seksjonen 32 er

fylt med et opplagringsmateriale 66 som fortrinnsvis har gode dempeegenskaper.

Som vist på fig. 3, er detektoren 14 og seksjonen 34 lik kilden 12 og seksjonen 32 i utforming. De ytre avdekkede, ledende sjikt på detektoren 16 er forbundet med et båndpassfilter 26 (ikke vist på fig. 3) istedet for en avfyrings-krets. Båndpassfilteret er så forbundet med en forsterker og en tidsintervallenhet som vist på fig. 1. Detektoren 16 og seksjonen 36 (ikke vist på fig. 3) er av sammen konstruksjon som detektoren 14 og seksjonen 34, og er anordnet nedenfor detektoren 14.

Fig. 4 viser i tverrsnitt en kvadropol akustisk loggekilde

som kan anvendes for å logge skjærbølgehastighetene i formasjoner ved å logge hastigheten til en styrt bølge. Istedet for å bruke bare en langstrakt sammensatt plate som i dipol-skjærbølgekilden vist på fig. 3, anvender kvadropolskjær-bølgekilden 4 slike langstrakte sammensatte plater 72,

74, 76 og 78 som er orientert i rommet på en slik måte at de fire platene danner hovedsakelig de fire rektangulære sidene til en langstrakt terning. De fire platene 72,

74, 76 og 78 er festet til loggesonden ved begge ender ved hjelp av to klemmeplater, idet hver klemmeplate har 4 spalter i hvilke endene av de fire sammensatte platene er tett innpasset. Seksjonen 32 av kvadropolinnretningen har fire vinduer 42 istedet for to som vist på fig. 2.

De fire platene er slik orientert i rommet at de vender mot vinduene 42 som vist på fig. 4. Sektorrommet mellom de fire platene og de fire vinduene er fylt med olje 80. Rommet mellom de fire platene og sektorrommet mellom det oljefylte rom er fylt med et opplagringsmateriale 66 med gode dempeegenskaper.

Hovedsakelig det samme elektriske pulssignal ble påtrykt over hver av de fire sammensatte platene. Dersom polariteten til de elektriske pulsene påtrykt er slik som vist på fig. 4, vil de ikke-festede partiene av de fire platene bøye seg og bevege seg i retningene til de fire hule pilene på fig. 4. Dersom de elektriske pulsene blir påtrykt de fire platene hovedsakelig samtidig, vil de fire platene bøye seg og bevege seg hovedsakelig samtidig og generere fire sammensatte bølger i oljen 80. De fire kompresjons-bølgene vil forplante seg gjennom vinduene 42, borehullvæsken 18 og nå borehullveggen. Når de fire kompresjonsbølgene når borehullveggen, vil de generere en kvadropol styrt bølge i borehullvæsken. Som ved dipolkilden, kan de fire platene anvendes på samme måte for å generere en kvadropol styrt bølge selv om hver av den er festet bare ved en ende istedet for ved begge ender.

Fig. 5 er en forenklet perspektivtegning av kvadropol akustisk loggeinnregningen på fig. 4, og illustrerer orienteringen av detektorene i relasjon til kvadropolkilden, og de elektriske forbindelsene til kilden og detektorene. For å detektere kvadropolstyrt bølge, er detektoren 14 fortrinnsvis også en kvadropol detektor av en konstruksjon tilsvarende kilden 12. De fire sammensatte platene av detektoren 14 har fortrinnsvis de samme orienteringer i rommet i relasjon til borehullet som samme til kilden 12.

De avdekkede ytre overflater av de fire sammensatte platene til detektoren 14 er forbundet med båndpassfilteret 26

på en tilsvarende måte som forbindelsene mellom de respektive overflater av kilden 12 og avfyrings- og opptegningsstyreenheten 24. Nok en detektor er anordnet nedenfor detektoren 14 og er lik detektoren 14, men er ikke vist på fig. 5

for klarahetens skyld. For å tillate at de fire platene til hver av de to detektorene skal kunne detektere ankomsten av den styrte kvadropolbølgen, vil seksjonene som inneholder de to detektorene hver ha fire vinduer.

Fig. 6 er et tverrsnitt av en annen kvadropol akustisk loggekilde som kan anvendes for å logge skjærbølgehastig-heter i formasjoner ved å logge hastigheten til en styrt bølge. Kilden på fig. 6 er i konstruksjon lik kilden på fig. 4 med unntak at istedet for fire sammensatte piezoelektriske plater, omfatter kilden 6 hovedsakelig identiske sektorer 82, 84, 86 og 88 av en radielt polarisert diezoelektrisk hul sylinder. De fire seksjoner er så anordnet i rommet at de har hovedsakelig den samme aksen. De fire sektorene er plassert på den ytre sylindriske overflaten av et ringformet legeme 90 av opplagringsmateriale. To elastiske ringer (ikke vist på fig. 6) er tett anordnet over de fire sektorene for å holde dem på plass under deres vibrasjoner. En spindel 92 passerer gjennom legemet 90

og er ved begge ender fastskrudd til to skiver (ikke vist på fig. 6) som passer tett inn i seksjonen 32.

Det er vel kjent at når en elektrisk puls blir påtrykt over den indre og ytre overflate av hver sektor, vil dette forårsake at sektorene ekspanderer og trekker seg sammen radielt. Forskjellig fra kilden på fig. 4 hvor bare de ikke-festede partiene av de sammensatte platene vil bevege seg, vil hele sektoren bevege seg innover eller utover radielt. Dersom de fire sektorene er polarisert radielt utover, og dersom hovedsakelig den samme elektriske pulsen blir påtrykt de fire sektorene hovedsakelig samtidig med polariteter som vist på fig. 6, vil sektorene 82 og 86 bevege seg radielt innover mens sektorene 84 og 88 vil bevege seg radielt utover. Ekspansjon og sammentrekning av de fire sektorene vil opptre hovedsakelig samtidig og generere fire kompresjonsbølger. For å detektere ankomsten til den styrte kvadropolbølgen, kan de anvendte detektorer være av samme konstruksjon som kvadropolkilden på fig.

6, eller kvadropolkilden på fig. 4 og 5 beskrevet ovenfor.

Fig. 7 er et tverrsnitt av en oktopol akustisk loggekilde som kan anvendes for å logge skjærbølgehastigheter i formasjoner ved å logge hastigheten til en styrt bølge. Seks langstrakte diezoeiektriske sammensatte plater er således anordnet i rommet at de danner hovedsakelig parallellogram mene til et heksagonalt prisme. Som ved dipol og kvadropolkildene på fig. 3, 4 og 5, omfatter hver av de seks sammensatte platene 2 motsatt polariserte piezoelektriske plater festet sammen, og hver sammensatt plate er festet til loggesonden ved hjelp av klemmeplater. Som ved avfyring av dipolen og kvadropolkildene, blir hovedsakelig den samme elektriske pulsen påtrykt over de flate overflatene til hver av de seks sammensatte platene hovedsakelig samtidig og med polariteter som vist på fig. 7. De ikke-festede partiene av inntil hverandre liggende sammensatte plater vil bøye seg og vibrere i hovedsakelig motsatte faser. Retningene til bøyebevegelsene av de seks sammensatte platene er vist med hule piler på fig. 7. Bøyebevegelsen til hver sammensatt plate vil generere en kompresjonsbølge i borehullvæsken. Når de seks kompresjonsbølgene når borehullveggen, vil de generere en oktopol styrt bølge i borehullvæsken. Som ved dipol og kvadropol kildene, kan de seks platene anvendes for å generere en oktopol styrt bølge selv om hver av dem er festet bare ved en ende. For å detektere ankomsten til den styrte oktopolbølgen i borehullvæsken, er den anvendte detektor fortrinnsvis en oktopol type som kan være av samme konstruksjon som oktopolkilden vist på fig. 7. De ytre overflatene av de sammensatte platene til detektoren 14 er forbundet med båndpassfilter 26 istedet for avfyrings- og opptegningsstyreenheten 24.

De tre seksjonene som inneholder oktopolkilden og detektorene korresponderende med seksjonene 32, 34, 36 på fig.

2, har hver seks vinduer istedet for to.

Fig. 8 er et tverrsnitt av en alternativ oktopol akustisk loggekilde som kan anvendes for å logge skjæbølgehastig-heten i formasjoner ved å logge hastigheten til en styrt bølge. Seks hovedsakelig like sektorer av en radielt polarisert piezoelektrisk hul sylinder er_ således anordnet at de er hovedsakelig koaksiale. De seks sektorene kan være festet til sonden på en tilsvarende måte som ved kvadropolkilden på fig. 6. Hovedsakelig den samme elektriske pulsen blir påtrykt over de sylindriske overflatene til hver sektor hovedsakelig samtidig, slik at pulsene påtrykt to inntil hverandre liggende sektorer er av motsatt polaritet. Dette arrangement er vist på fig. 8. Med et slikt arrangement vil, dersom en sektor blir påvirket av den elektriske pulsen slik at den utvider seg radielt, så vil to inntil liggende sektorer trekke seg sammen radielt. Retningene for ekspansjon og sammentrekking er vist ved hule piler på fig. 8.

De kombinerte kompresjonsbølgene generert på denne måte

ved ekspansjonen og sammentrekningen av de seks sektorene vil generere, når de treffer borehullveggen, en oktopol styrt bølge i borehullvæsken. For å detektere ankomsten av den styrte oktopolbølgen, kan de anvendte detektorene være av en konstruksjon tilsvarende den akustiske oktopol-kilden vist på fig. 7 eller 8. De tre seksjonene som inneholder oktopolkilden og detektorene korresponderende med seksjonene 32, 34 og 36 på fig. 2, vil hver ha 6 vinduer istedet for 2.

Multipolkilder av høyere orden kan konstrueres på en tilsvarende måte til de to utførelsene av den akustiske oktopolkilden vist på fig. 7 og 8. således kan 16 pol-kilden konstrueres ved å anordne 8 langstrakte, sammensatte flater i rommet slik at de danner de 8 parallellogrammene til et oktagonalt prisme. Hovedsakelig den samme elektriske pulsen blir påtrykt hver av de 8 sammensatte platene med slik polaritet at inntil hverandre liggende plater vibrerer i hovedsakelig motsatte faser. En alternativ utførelse av 16 pol-kilden kan konstrueres dersom de 8 sammensatte platene blir erstattet av 8 hovedsakelig identiske sektorer av en radielt polarisert diezoelektrisk hul sylinder. Hovedsakelig den samme elektriske pulsen blir påtrykt hver sektor slik at inntil hverandre liggende sektorer vibrerer i hovedsakelig motsatte faser. Andre høyere ordensmultipoler kan konstrueres på denne måte. Fortrinnsvis vil detektorene som anvendes for å detektere ankomstene av høyere ordensstyrte bølger være av en orden

som er tilpasset ordenen til kilden.

Antallet sammensatte plater eller sektorer i utførelsene

av oktopol- og 16 pol-kildene beskrevet ovenfor, passer ikke inn i terminologien for oktopol og 16 pol-kildene. Således omfatter oktopol-kilden 6 plater eller sektorer

og 16 pol-kilden 8 plater eller sektorer. 32 pol-kilden omfatter 10 plater eller sektorer. Mens således terminologien for multipol kildene er basert på 2n, hvor n er et helt tall med n=l, 2, 3 ..., og det korresponderende antall plater eller sektorer er 2n. således vil en dipol-kilde (n=l) omfatte 2x1 eller 2 plater eller sektorer.

En kvadropol (n=2) kilde omfatter 2x2 eller 4 plater eller sektorer. En oktopol (n=3), en 16-pol (n=4) og en 32-pol (n=5) kilde omfatter 6, 8 og 10 plater eller sektorer respektivt. Generelt vil derfor en 2n<->pol-kilde omfatte 2n plater eller sektorer, hvor n er et helt tall, og n =1, 2, 3 osv.

Mens skjærbølgehastighetene i formasjonene kan logges ved

å anvende de ovenfor beskrevne multipol-kilder og systemer, må det forstås at oppfinnelsen kan bli utført ved å anvende andre multipol akustiske systemer eller andre akustiske systemer såvel.

For å generere en styrt bølge,karakterisert vedat dens hurtigste komponent har den samme hastigheten som en skjær-bølge i formasjonen, må sekvensområdet utstrålt av multipol-kilden inneholde en hvis kritisk frekvens. For en dipol-kilde er den kritiske frekvensen f omtrentlig gitt ved: hvor a er borehullradius og v skjærbølgehastigheten. For en kvadropol-kilde er den kritiske frekvensen gitt omtrentlig ved:

For en oktopol-kilde er den kritiske frekvensen gitt omtrentlig ved:

Skjærbølgehastigheten i formasjonen kan beregnes ved hjelp av en konvensjonell metode, så som å måle kompresjonsbølge-hastigheten i formasjonen..Skjærbølgehastigheten er omtrent halvparten av kompresjonsbølgehastigheten. Båndbreddene til de styrte bølgeene generert av multipolkildene beskrevet i det forutgående, er så brede at grove anslag for skjær-bølgehastighetene i formasjonen er adekvate for å bestemme hvorvidt multipolkilden sender ut ved den kritiske frekvensen .

Den delte sylindertypekilden vist av White i US-PS 3.593.255 og den sirkulære skivetypekilden vist av Angona et al.

i den europeiske patentsøknad nr. 31989 kan anvendes som dipolkilder for å generere og logge den hurtigste komponenten di den styrte bølgen som har den samme hastigheten som skjærbølgen. Den kritiske frekvensen som må utstråles av dipol-kilden er lav i mange typer formasjoner forbundet med olje- og gass-undersøkelser. Det er viktig at utformingen av dipol-kilden er tilpasset for å utstråle en slik lav frekvens. For dette formål kan den langstrakte sammensatte plate på dipol-kilden vist på fig. 3 være en mer hensiktsmessig utforming enn utformingen med delt sylinder vist av White og sirkulærskiveutformingen vist av Angona et al.

Startfrekvensen som må utstråles av en multipolkilde er

ofte lav ved mange typer formasjoner. Frekvensene utstrålt av 2n<->pol-typekilden som omfatter 2n sektorer beskrevet ovenfor, varierer omvendt med radius av sektorene. Det kan således være ønskelig at radius til sektorene er så

stor at kilden er istand til å utstråle ved lave frekvenser. Ved konstruksjonen av en slik multipol-kilde så kan det

være ønskelig at radius for sektorene bare er litt mindre enn radius til loggesonden.

Som forklart ovenfor, kan avbøyde bølger ikke logges direkte der hvor skjærbølgehastigheten til formasjonen er mindre enn lyshastigheten i borehullvæsken. Selv om skjærbølgehas-tigheten er lik eller litt større enn lydhastigheten i borehullvæsken, kan skjærbølgeankomsten fremdeles ha lav amplitude og gi dårlige resultater ved skjærbølgelogging. Under slike omstendigheter kan fremgangsmåten i henhold

til oppfinnelsen gi bedre målinger enn fremgangsmåter hvor avbøyde skjærbølger blir logget direkte.

Ankomsten til den hurtigste komponenten i den styrte bølgen kan logges fortløpende,(dvs. at ankomsten kan trekkes ut uten at det er nødvendig med databehandling),dersom en slik ankomst er vesentlig større i amplitude enn kompresjons-bølgeankomsten. Dette vil være tilfelle når hovedsakelig alle de utstrålte frekvensene fra multipolkilden ligger innenfor et foretrukket frekvensområde. Det foretrukne frekvensområdet til en dipol-kilde er forskjellig fra det foretrukne frekvensområdet til en kvadropol-kilde. Generelt kan det foretrukne frekvensområdet til en multipol av en bestemt orden være forskjellig fra det til en multipol av en annen orden. Det foretrukne frekvensområdet til en multipol varierer med skjærbølgehastigheten i formasjonen som skal logges. Dersom den omtrentlige skjærbølgehastig-heten til en formasjon blir anslått som beskrevet i det forutgående, kan det foretrukne frekvensområdet for multipolen velges.

Den forutgående beskrivelse av fremgangsmåte og konstruksjon er kun ment som eksempel på oppfinnelsen og forskjellige endringer i størrelse, utforminger, materialer eller andre detaljer når det gjelder såvel fremgangsmåte som kontruksjon vil ligge innenfor rammen av de vedføyede patentkrav.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for akustisk logging av en jordformasjon, som omgir et borehull og inneholder en væske for å tillate bestemmelse av skjærebølgehastigheten til formasjonen,karakterisert ved vibrering av en multipolkilde i væsken for å generere i væsken en ledet bølge, hvilken hurtigeste komponent har i det vesentlige samme hastighet som skjærebølgen som utbreder seg i jordformasjonen, og detektering av ankomsten til den ledede bølges hurtigeste komponent ved i det minste ett sted i væsken med lik avstand langs borehullet fra multlpolkilden.

2. Fremgangsmåte ifølge krav hvor den tilnærmede skjærebølge-hastigheten v til formasjonen er kjent,karakterisert vedat det som multipolkilde anvendes en som er en dipolkilde vibrert i væsken for å generere i væsken en ledet bølge, hvis frekvens Innbefatter en kritisk frekvens gitt av

hvor a er borehullsradiusen, slik at den hurtigeste komponenten til den ledede bølgen har i det vesentlige samme hastighet som skjærebølgen som utbreder seg i formasjonen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisertved at det anvendes en dipolkilde med et hus og et langstrakt element festet til huset med et elementsted og opphengt i væsken, og at den ikke-festede delen av elementet vibreres i en retning 1 hovedsaken perpendikulært på sin lengde for å generere i væsken en ledet bølge, hvis frekvens innbefatter en kritisk frekvens gitt av f = v/12a[Hz].

4 . Fremgangsmåte ifølge krav 1 hvor den tilnærmede skjærebølge-hastigheten v til formasjonen er kjent,karakterisert vedat det anvendes som multipolkilde en kvadropolkilde for å vibrere i væsken og generere i væsken en ledet bølge, hvis frekvens innbefatter en kritisk frekvens f gitt av

hvor a er borehullsradiusen slik at den hurtigeste komponenten til den ledede bølgen har vesentlig samme hastighet som skjærebølgeutbredelsen i formasjonen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1 hvor den tilnærmede skjærebølge-hastigheten v til formasjonen er kjent,karakterisert vedat det anvendes som multipolkilde en oktopolkilde som vibrerer 1 væsken for å generere i væsken en ledet bølge med frekvenser, hvilke frekvenser innbefatter en kritisk frekvens f gitt av

hvor a er borehullsradiusen, slik at den hurtigeste komponenten til den ledede bølgen har i det vesentlige samme hastighet som skjærebølgeutbredelsen i formasjonen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-5,karakterisertved at tidsintervallet mellom genereringen av den styrte bølgen og detekteringen av ankomsten til den hurtigeste komponenten til den styrte bølgen måles.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1-6,karakterisertved at ankomsten til den hurtigeste komponenten til den styrte bølgen detekteres ved to steder 1 væsken adskilt i lengderetningen langs borehullet fra hverandre og fra kilden, og at tidsintervallet mellom detekteringen og ankomsten til den hurtigeste komponenten til den styrte bølgen måles ved de to stedene.