NO167604B - Fremgangsmaater og anordninger til bruk ved akustisk broennlogging. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører akustisk brønnlogging generelt og nærmere bestemt fremgangsmåte og anordning for å etablere multipolakustiske bølger i en underjordisk jordformasjon som traverseres av et borehull med en sonde, som har en sentral langsgående akse, anbragt deri. Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte og en anordning for å detektere multipol akustiske bølger i en underjordisk jordformasjon som traverseres av et borehull med en sonde, som har en sentral langsgående akse, anbragt deri.

Det har lenge vært kjent i forbindelse med undersøkelser av underjordiske jordformasjoner som traverseres av et borehull at målinger eller "logginger" av akustisk energi som innføres i formasjonen kan gi uhyre nyttig informasjon om forskjellige formasjonsparametere og karakteristika. Følgelig har det vært vanlig å innføre en loggingssonde i borehullet som inneholdere en eller annen type av akustisk bølgegenerator og mottager, å rette akustisk energi fra generatoren inn i formasjonen hosliggende borehullets elevasjon av interesse, og deretter å registrere med mottageren de resulterende akustiske bølger som kommer tilbake fra formasjonen.

En akustisk bølge av særlig interesse er kjent innenfor teknikken som "Skjær" eller 2S" bølgen, hvilken kan utvikle seg i en formasjon som et resultat av vibrerende bevegelse i formasjonen i rett vinkel relativt, bevegelsesretningen for bølgen. En generell omtale av dette og relatert "kompresjons" (eller "trykk") bølgefenomen vil kunne finnes i "The Full Acoustic Wave Train In A Laboratory Model Of A Borehole" av S. T. Chen, Geophysics, Volume 47, Nr. 11, November 1982, og i de norske patentsøknader 83.1690, 83.2452, 83.3903 og 84.2940, hvilke samtlige her innbefattes som en allmenn henvisning.

Skjærbølgelogging er blitt i økende grad nyttig ved detek-tering av formasjonsbrudd samt ved bestemmelsen av lito-logiske egenskaper i formasjonene o.l. Imidlertid har flere problemer bidratt til vanskeligheten ved en vellykket bruk av denne teknikken.

F.eks. har man ofte funnet at amplituden av skjærebølgen er utilstrekkelig for effektiv behandlilng og analyse. Typisk krever skjærebølgen en større bevegelsestid enn ompre-sjonsbølgen for å traversere den langsgående distansen gjennom formasjonen mellom den akustiske generatoren og detektoren, følgelig fant man ofte at det var vanskelig å skille mellom denne først-ankommende kompresjonsbølgen og den senere-ankommende skjærbølgen (hvilken kan ankomme før kompresjonsbølgen er blitt fullstendig dempet).

Forsøk ble gjort for å øke størrelsen av S-bølgen som treffer på formasjonen for å øke størrelsen av den mottatte S-bølgen relativt de andre signalene, for derved å øke signal/støyforholdet. Slik forskning frembragte en del nyttige resultater, slik som realiseringen at vinkelen som den akustiske energien ble innført med i formasjonen kunne øke dannelsen av S-bølger, og den ytterligere oppdagelse at multipolakustiske kilder, slik som kvadrupolkilder (omtalt i nevnte norske patentsøknad 83.1690) kunne langt mer effektivt frembringe ønskede S-bølger og tilveiebringe et middel for direkte S-bølgelogging.

Uttrykket "multipolkilde" anvendes her til å betegne kilder for dipol, kvadrupol eller høyere ordens akustiske bølger, men skal ikke betegne aksielt symmetriske monopolkilder.

Imidlertid eksisterte fortsatt alvorlige problemer for den vellykkede frembringelse av slike S-bølger. Eksempelvis har det vært kjent at multipolkilder er mindre virkningsfulle akustiske utstrålere enn monopolkilder. Følgelig, for å oppnå fordelen ved multipolkilder for direkte S-bølgelog-ging, med forbedret signal/støyforhold relativt kompre-sjonsbølge "støy" og annen støy, var det behov for virkningsfulle multipole ordenskiIder.

Flere konstruksjonsbegrensninger ble presentert som hindret skapningen av mer virkningsfulle S-bølgekilder. I særdeleshet, for å utføre akustiske S-bølgeloggingsoperasjoner i myke formasjoner, var det ofte nødvendig å tilveiebringe sterke kilder for S-bølger med frekvenser mindre enn 3 KHz. Dette i sin tur antydet rent generelt fysiske store kilder for å oppnå de nødvendige lave resonansfrekvenser, bruken av store høyspenningskilder for krafttilførsel til energisering av slike fysisk store kilder var imidlertid ufordelaktig p.g.a. det medfølgende behov for komplisert elektrisk kretskonstruksjon og p.g.a. høyspenningsstøy interferens-problemer i tilknytning til slik høyspenningtilførsel.

Fremgangsmåten for å etablere multipolakustiske bølger, ifølge kjennetegnes ved trinnene: samtidig å generere 2N akustiske trykkbølger, hvor N er et helt tall som ikke er mindre enn 1, som stammer fra et tilsvarende antall av diskrete steder adskilt radielt utad fra nevnte sentrale langsgående akse, slik at nevnte bølger vil forplante seg initielt langs respektive bølgeakser i retninger som er i alt vesentlig parallelle med nevnte sentrale langsgående akse, idet nevnte bølgeakser er orientert slik at projeksjonene, i et plan som er perpendikulært på den sentrale langsgående aksen, av linjer som avskjærer den sentrale langsgående aksen og bølgeaksene definerer et flertall av omtrentlig like vinkler a, der a er omtrentlig lik 360°/2N, og slik at en hvilken som helst første av bølgene som beveger seg langs en korresponderende første av bølgeaksene er i alt vesentlig ute av fase i forhold til en hvilken som helst andre av bølgene som beveger seg langs en tilsvarende andre av bølgeaksene, hvor den første bølgeaksen og den andre bølgeaksen er adskilt med vinkel a med hensyn til den sentrale langsgående aksen, og å reflektere nevnte bølger inn i nevnte formasjon langs baner som har projeksjoner på nevnte perpendikulære plan, forløpende alt vesentlig radielt utad fra nevnte sentrale langsgående akse, idet nevnte reflekterte bølger forstyrrer hverandre til å frembringe en akustisk multipol skjærbølge i nevnte formasjon.

Anordningen for å etablere multipolakustiske bølger, kjennetegnes ved akustisk bølgegeneratormiddel for samtidig å generere 2N akustiske trykkbølger, hvor N er et helt tall som ikke er mindre enn 1, som stammer fra et tilsvarende antall av diskrete steder anbragt radielt utad fra nevnte sentrale langsgående akse, slik at nevnte bølger vil forplante seg langs respektive bølgeakser i retninger som er i alt vesentlig parallelle med nevnte sentrale langsgående akse, idet nevnte bølgeakser er orientert slik at projeksjoner, i et plan som er perpendikulært på den sentrale langsgående akse, av linjer som skjærer den sentrale langsgående akse og bølgeaksene, definerer et flertall av omtrentlig like vinkler a, hvor a er omtrentlig lik 36CT/2N, Dg slik at en hvilken som helst første av bølgene som beveger seg langs en tilsvarende første av bølgeaksene er i alt vesentlig ute av fase i forhold til en hvilken som helst andre av bølgene som beveger seg langs en tilsvarende andre av bølgeaksene, hvor den første bølgeaksen og den andre bølgeaksen er adskilt med vinkel a relativt den sentrale langsgående aksen, og akustisk bølgereflektormiddel for å reflektere nevnte bølger inn i nevnte formasjon langs baner som har projeksjoner, på nevnte perpendikulære plan som strekker seg i ialt vesentlig radielle utadretninger fra nevnte sentrale langsgående akse, idet nevnte reflekterte bølger forstyrrer hverandre til å frembringe en akustisk multipol skjærebølge i nevnte formasjon.

Fremgangsmåten for å detektere multipolakustiske bølger kjennetegnes ifølge oppfinnelsen ved trinnene: å reflektere nevnte bølger, samtidig mottatt fra nevnte formasjon som 2N akustiske trykkbølger hvor N er et helt tall som ikke er mindre enn en, langs respektive baner, som har fremspring, på et plan som er normalt på nevnte sentrale langsgående akse, som strekker seg innad til nevnte sentrale langsgående akse, slik at nevnte reflekterte .bølger vil forplante seg langs respektive bølgeakser i retninger som er i alt vesentlig parallelle med nevnte sentrale langsgående akse, idet nevnte bølgeakser er orientert slik at projeksjonene, i et plan som er perpendikulært på den sentrale langsgående aksen, av linjer som skjærer den sentrale langsgående aksen og bølgeaksene, definerer et flertall av omtrentlig like vinkler cx, der cx er omtrentlig lik 360°/2N, og samtidig å detektere nevnte 2N reflektert akustiske bølger på et korresponderende antall av diskrete detektorsteder adskilt utad fra nevnte sentrale langsgående akse, slik at en hvilken som helst detektert første av bølgene som beveger seg langs en korresponderende første av bølgeaksene er i alt vesentlig ute av fase i forhold til hvilken som helst detektert av bølgene som beveger seg langs en korresponderende andre av bølgeaksene, hvor den første bølgeaksen og den andre bølgeaksen er adskilte med en vinkel a i forhold til den sentrale langsgående aksen.

Anordningen for å detektere multipolakustiske bølger kjennetegnes ifølge oppfinnelsen ved akustisk bølgereflektor-middel for å reflektere nevnte bølger, samtidig mottatt fra nevnte formasjon som 2N akustiske trykkbølger, hvor N er et helt tall som ikke er mindre . enn 1, langs respektive baner som har projeksjoner, på et plan som er normalt på nevnte sentrale langsgående akse, som forløper innad til nevnte sentrale langsgående akse, slik at nevnte reflekterte bølger vil forplante seg langs respektive bølgeakser i retninger som er i alt vesentlig parallell med nevnte sentrale langsgående akse, idet nevnte bølgeakser er orientert slik at projeksjonene, i et plan som er perpendikulært på den sentrale langsgående aksen, av linjer som skjærer den sentrale langsgående aksen og bølgeaksene, definerer et flertall av omtrentlig like vinkler a, hvor a er omtrentlig lik 360"/N, og akustisk bølgedetektormiddel for samtidig å detektere nevnte 2N akustiske bølger på et tilsvarende antall av diskrete detektorsteder som er radielt adskilt utad fra nevnte sentrale langsgående akse, slik at en hvilken som helst detektert første av bølgene som beveger seg langs en korresponderende første av bølgeaksene er omtrentlig ute av fase i forhold til en andre detektert av bølgene som beveger seg langs en korresponderende andre av bølgeaksene, hvor den første bølgeaksen og den andre bølgeaksen er adskilte med vinkel a i forhold til den sentrale langsgående aksen.

Den innledningsvis omtalte fremgangsmåte samt anordning kjennetegnes, ifølge oppfinnelsen, forøvrig ved de trekk som fremgår av de etterfølgende patentkrav, samt av den etter-følgende beskrivelse og tegningene.

Oppfinnelsen skal nå nærmere beskrives under henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 er et oversiktsbilde, delvis skjematisk over et akustisk loggingssystem ifølge foreliggende oppfinnelse . Fig. 2 er et illustrerende riss, delvis i snitt som viser en foretrukket utførelsesform av en kvadrupol-skjærbølgeloggingskilde som angitt i fig. 1. Fig. 3 er et vertikalriss, i tverrsnitt, av loggingskilden ifølge fig. 2, vist i et plan som innbefatter den langsgående sentrale akse som er felles for loggings-sonden i fig. 1 og loggingskilden i fig. 2 som befinner seg i nevnte sonde. Fig. 4 er et planriss i tverrsnittet av loggingskilden

ifølge fig. 3 langs linjen 4-4.

Fig. 5 er et illustrerende riss av stavelementene og de tilhørende spoler hos loggingskilden ifølge fig. 2 og illustrerer skjematisk den elektriske oppkopling av disse. Fig. 6A er et illustrerende riss av den akustiske reflektoren hos loggingskilden i fig. 2. Fig. 6B er et plan (bunn) riss av den akustiske reflektoren

vist i fig. 6A.

Fig. 7 er et planriss i tverrsnitt av en 16-pols skjære-bølgeloggingskilde som illustrerer en alternativ utførelsesform av loggingskilden ifølge fig. 3. Fig. 8A er et illustrerende riss av den akustiske reflektoren i alternativ utførelsesform av loggingskilden vist i fig. 7. Fig. 8B er et plan (bunn) riss av den akustiske reflektoren

vist i fig. 8A.

Fig. 9 er et illustrerende riss av en alternativ utførelses-form av stavelementene og tilhørende spoler i loggingskilden ifølge fig. 2 og illustrerer skjematisk den elektriske oppkopling av samme. Fig. 10 er et tverrsnittriss av en dipolakustisk skjær-bølgekilde, vist i et plan perpendikulært på den langsgående sentrale aksen for kilden, og illustrerende en annen utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 11 er et illustrerende riss av den akustiske reflektoren

for loggingskilden vist i fig. 10.

Fig. 12 er et plan (bunn) riss av den akustiske reflektoren

i fig. 11.

Fig. 13 er et tverrsnittriss av en oktopol akustisk skjær-bølgekilde, vist i et plan perpendikulært på den langsgående aksen av kilden, og illustrerende en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 14 er et illustrerende riss av den akustiske reflektoren

for loggingskilden vist i fig. 13.

Fig. 15 er et plan (bunn) riss av den akustiske reflektoren

vist i fig. 14.

Den multipole betegnelsen er basert på påfølgende potenser av to, dvs. 2n, hvor n er et helt tall og n=l, 2, 3 osv. mot uendelig. Således innbefatter multipolen dipolen (n=l), kvadrupolen (n=2) og oktopolen (n=3). Betegnelsen for høyere ordens multipoler er basert på 2n med n=4, 5, 6 osv. mot uendelig. Multipolene innbefatter ikke monopolene (n=0).

Fig. 1 er et illustrerende riss av et akustisk loggingssystem ifølge foreliggende oppfinnelse tilpasset særlig for bruk ved logging av akustiske skjærebølger i en underjordisk jordformasjon som traverseres av et borehull. Den underjordiske formasjonen 10 som skal undersøkes traver<s>eres av et brønn-borehull 12 som typisk inneholder et fluidum 14. En loggingssonde 16 er tilveiebragt og tilpasset til å kunne beveges vertikalt langs borehullet 12 til den ønskede borehullelevasjon ved hvilken formasjonen skal undersøkes.

Sonden 16 er konvensjonelt av en seksjonsmessig utforming, og kan innbefatte en akustisk bølgegenererende kildesek-sjon 18, og en eller flere akustiske bølgedetektor-seksjoner, slik som seksjonene 20, 22 og 24. Hver detek-torseksjon er forsynt med en tilsvarende detektor, hvilke detektorer samlet skal betegnes som detektorrekken 25. Detektorseksjonene 20, 22 og 24 inneholder henholdsvis detektorene D1, D2 og Dn i detektorrekken 25. Andre detektorseks joner som inneholder andre detektorer i detektorrekken 25 er ikke vist eller er kun delvis vist i fig. 1. På tilsvarende måte vil kildeseksjonen 18 huse den akustiske kilden 26 ifølge foreliggende oppfinnelse. Det skal bemerkes at detektorseks jonene 20, 22 oa 24 tvnisk vil wre fysisk isolert fra kildeseksjonen 18 ved hjelp av en av-standsseksjon 29 på en måte som er velkjent innenfor teknikken, og at seksjonene 18-24 dessuten vil være koaksialt innrettet om en langsgående sentral akse 28 for å danne den sylindriske sonden 16. Når sonden 16 anbringes innenfor borehullet 12, vil man se at den sentrale aksen 28 også fortrinnsvis tilnærmer seg aksen for borehullet 12. Et nærmere studium av fig. 1 viser at seksjonene 18, 20, 22 og 24 hver er forsynt med et respektivt sett av akustiske vinduer 27, 36, 38 og 40. Selv om hvert av settene 27, 36, 38 og 40 er vist i fig. 1 til å innbefatte fire vinduer, kan hvert sett innbefatte flere eller færre enn fire vinduer. Under drift vil kilden 26 generere fire akustiske bølgepulser (hvorav kun 1 er vist som trykkbølge 30) på en måte som skal beskrives i det etterfølgende i nærmere detalj. Hver bølgepuls vil forplante seg fra kilden 26 i en vinkel 34 av størrelse 9 relativt planet som innbefatter linjen 32 og er normal på den sentrale aksen 28. En del av den akustiske energien i hver bølge-puls (innbefattende bølgen 30) vil traversere borehullfluidumet 14, gå inn formasjonen 10 og bevege seg langsgående retning nedad hvoretter den vil gå inn igjen i fluidumet 14 og detekteres av detektoren i detektorrekken 23 på en måte som skal beskrives i nærmere detalj senere.

En utløsnings og registreringsstyreenhet 44 anvendes til å styre energiseringen av kilden 26 ved passende ønskede tidspunkter, funksjonelt vist ved nærværet av bryteren 42. Akustiske bølgeformer generert av detektoren , D2 og Dn i detektorrekken 25 som reaksjon på akustisk energi som treffer på denne fra formasjonen 10 vil bli levert på respektive signallinjer 46, 48 og 50 (og andre signallinjer, ikke vist, tilsvarende andre detektorer i detektorrekken 25) til kretser 52, 54, 56 og 58 for behandling, registrering, fremvisning og lignende etter ønske.

Nærmere bestemt, og som funksjonelt vist ved bryteren 52, vil hvert signal på linjene 46-50 bli filtrert av et passende båndpassfilter 54, forsterket av en forsterker 56 og så bli levert til en tidsintervallenhet 58, alt på en måte orr for formål som er velkjent innenfor teknikken. Bevegelsestidene for den akustiske energien fra kilden 26 gjennom formasjonen 10 til en bestemt detektor i detektorrekken 25 kan så bestemmes, fra hvilken hastigheten av de akustiske bølger i formasjonen 10 kan utledes.

Fig. 2 er illustrerende riss som viser en foretrukket utførelsesform av en kvadrupolakustisk-bølgeloggingskilde 26 ifølge den foreliggende oppfinnelse vist i fig. 1 og som befinner seg i seksjonen 18. Kilden 26 omfatter et hult sylindrisk hus 60 g ajennon hvilket en nedre støtte-snindel 62 passerer.Spindelen 62 understøtter en skive-formet basis 64 som bærer fire sylindriske staver 66, 68, 70 og 72. En midtre støttespindel 74 sammenkopler basisen 64 med en akustisk energireflektor 76, hvilken i sin tur er sammenkoplet med en øvre støttespindel 78.

I den øvre del av huset 60 befinner det seg vinduer 27, som tidligere nevnt (hvorav kun er vist for tydlighets skyld) . Hvert vindu er en apertur, og over hvilken det strekker seg en tynn membran, f.eks. en gummiduk eller lignende som er i alt vesentlig akustisk gjennomsiktig, hvorved akustiske pulser som genereres inne i huset 60 kan sendes gjennom membranen til den omgivende formasjon 10. Membranen vil selvfølgelig være tetningsmessig i inngrep med veggen av huset 60, for således å hindre lekkaskje av borehullflui-dum 14 inn i husets 60 mellomrom, ved hjelp av hensiktsmessige midler slik som metallklemmer.

Den nedre basisen vil på den ytre sylindriske overflaten av denne være forsynt med et nedre O-ringholderspor 83 som bærer en O-ring 84 som tilveiebringer tettende inngrep mellom basisen 64 og den indre overflaten av huset 60. Videre vil man se at første, andre, tredje og fjerde skruelinjeformet spoler 86, 88, 90 og 92 er blitt anbragt om respektive staver 66, 68 og 70 og 72, idet slike spoler består av isolert elektrisk spoletråd.

Første og andre aperturer 94 og 96 strekker seg på tvers til den midtre spindelen 74 for mottagelse av endeledere fra respektive spoler 86 og 88, og føre disse ledere til en passende kilde for elektrisk tilførsel, slik det skal beskrives i det etterfølgende. Ytterligere aperturer (ikke vist) i spindelen 74 kan tilveiebringes hvis nød-vendig for å føre endeledere fra spolene 90 og 92 på lignende måte.

Den akustiske reflektoren 76 vil, på tilsvarende måte som for basisen 64 innbefatte et O-ringholderspor 116 som bærer en øvre O-ring 118 for tettende inngrep mellom den ytre sylindriske periferien av reflektoren 76 og den indre overflaten av huset 60. På denne måte vil man forstå at et indre volum 124 (vist i fig. 3) således vil bli tilveiebragt som avtettet fra husets 60 utside og fra områder henholdsvis over og under reflektoren 76 og basisen 64. Volumet 124 vil fortrinnsvis være fylt med et fluidum slik som olje eller lignende for akustisk impedanstilpasning med fluidumet 14.

Idet det nå skal henvises til fig. 3 og 4 i nærmere detalj, vil man minnes at disse figurer er henholdsvis vertikalriss og planriss av den akustiske kilden 26 i fig. 2 og viser ytterligere detaljer ved denne. For det første vil man bemerke at, innvendig og langsgående med hensyn til den midtre spindelen 74, reflektoren 76 og den øvre spindelen 78 langs den sentrale akse 28, er det anbraqt respektive koaksialt innrettede passasjer 98, 100 og 102.

Passasjen 98 kommuniserer med aperturene 94 og 96, hvorved tilveiebringes midler for å føre endelederene av spolene 86-92 gjennom aperturene 94 og 96 til en passende elektrisk energikilde.

Idet det fortsatt henvises til fig. 3 og 4 er gjengede fordypninger 104 og 106 tilveiebragt i basisen 64, og gjengede fordypninger 108 og 110 i reflektoren 76 for på en gjenget måte å motta tilpassede gjengede endepartier av henholdsvis nedre, midtre og øvre spindler 62, 74 og 78. På tilsvarende måte tilveiebringer gjengede fordypninger slik som 112 og 114 i basisen 64 hensiktsmessige midler for montering av de fire stavene 66-72 i basisen 64.

To permanente magneter 120 og 122 er vist anbragt innenfor og bæres av reflektoren 76, hver montert koaksialt med og over en respektiv av stavene 66 og 70 for formålet som skal beskrives senere i nærmere detalj med henvisning til en alternativ utførelsesform. Det skal imidlertid forstås at i den foretrukkede utførelsesform, ifølge fig. 3, vil magneten være utelatt.

I fig. 4 er en x- og y-akse, henholdsvis 126 og 128 blitt vist perpendikulært på hverandre og skjærende den senstrale aksen 28 for å lette den detaljerte beskrivelse som følger. Av lignende årsak er en sirkel 130 blitt angitt liggende i planet definert av aksen 126 og 128 og passerer gjennom de langsgående akser eller sentre av stavene 66-72.

Fig. 5 er et illustrerende riss av stavene 66-72 og tilsvarende spoler 86-92 i loggingskilden 26 i fig. 2, beregnet til å vise funksjonelt den elektriske forbindelse for disse og deres utforming i nærmere detalj. I den foretrukkede utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er stavene 66 og 72 hver konstruert av et f erromagnetisk materiale som oppviser den egenskapen son er kjent son det na<q>netostriktive fenomen hvorved, når et'magnetfelt påføres

materialet i retnina av dets langsgående akse, tilsvarende endringer i lengden av materialet i retningen av dets langsgående akse vil bli frembraat.

Størrelsen av endringen og hvorvidt materialet utvider seg eller trekker seg sammen ved magnetisering er en funksjon av det spesielle materialet. Således oppviser forskjellige materialer avvikende materialdeformasjonskonstanter (endring i lengde pr. enhetslengde p.g.a. magnetostrik-sjon), hvorav noen vil være positive eller negative (indikerende at materialet henholdsvis forlenges eller innkortes ved magnetisering). Dessuten kan slike kon-stanter være enten store eller små (som indikerer henholdsvis større eller mindre prosentvise endringer i lengde for en bestemt magnetfeltstyrke).

Anvender man det foregående på utførelses i fig. 5, vil man forstå at det magnetostriktive fenomen som nettopp er blitt beskrevet kan anvendes til å konstruere en magnetostriktiv vibrator som er i stand til å generere en akustisk trykkbølge. Nærmere bestemt, i utførelsesformen ifølge fig. 5, vil stavene 66 og 70 ønskelig være konstruert av et ferromagnetisk materiale kjent som 2V Permendur som har en positiv deformasjonskonstant, mens stavene 68 og 72 kan være laget et ferromagnetisk materiale slik som nikkel som har en negativ deformasjonskonstant med en absolutt verdi mindre enn den for 2V Permendur.

Av det foregående vil man bemerke at ved påføring av et magnetisk felt på stavene 66 og 70 ved lukking av bryteren 42 og derved energisering av korresponderende spoler 86 og

90 fra den elektriske energikilden 132, vil de øvre sirkulære overflater av stavene 66 og 70 (som ligger i et plan parallelt med det som er definert ved aksene 126 og 128) bevege seg oppad når stavene 66 og 70 forlenger seg i retningen av den sentrale aksen 28. (Man vil minnes at de nedre ender av stavene 66-72 er montert på basisen og forhindret fra å foreta langsgående bevegelse.)

Ved åpning av bryteren 42 og derved deenergisering av spolene 86 og 90, vil stavene 66 og 70 gå tilbake til sine normale lengde. Følgelig, ved å variere styrken av det påtrykte magnetiske felt, slik som eksempelvis ved hurtig åpning og lukking av bryteren 42, vil overflatene av stavene 66 og 70 oscillere i fase ved den samme frekvens for derved å skape to akustiske bølger som beveger seg vertikalt oppad mot reflektoren 76 langs aksene for stavene 66 og 70 og i retningen av den sentrale aksen 28.

På lignende måte, p.g.a. at stavene 68 og 72 har en deformasjonskonstant av motsatte fortegn i forhold til for stavene 66 og 70, vil, ved samtidig energisering av deres korresponderende spoler 88 og 92 med de for stavene 66 og 70, de øvre sirkulære overflater av stavene 68 og 72 bevirkes til å oscillere i retningen av den sentrale aksen 28 i fase med hverandre ved den samme frekvensen, men 180° ute av fase med de for stavene 66 og 70. Dette vil skape to ytterligere akustiske bølger som også beveger seg vertikalt oppad mot reflektoren 76, son tidligere beskrevet og ute av fase med disse.

P.g.a. at den absolutte verdien av deformasjonskonstantene for 2V Permendur er større enn den for nikkel, for en bestemt magnetfeltstyrke, vil vibrasjonsamplituden for stavene 66 og 70 være større enn for stavene 68 og 72. Følgelig, i utførelsesformen ifølge fig. 5 son nettop er beskrevet, kan antallet tørn hos spolene 86 og 90 gjøres mindre enn tilsvarende for spolene 88 og 92 for å frembringe vibrasjoner av omtrentlig lik amplitude, hvilket er ønskelig for at kilden 26 skal sende kvadrupol akustiske bølger inn i formasjonen 10.

I flere utførelsesformer som er omtalt her, vil visse av stavene som anvendes ved konstruering av en kilde, ifølge foreliggende oppfinnelse, ha en første deformasjonskonstant og visse vil ha en andre deformasjonskonstant hvis absolutte verdi avviker fra den for den første deformasjons-konstanen. Eksempelvis er den absolutte verdi av defor-mas jonskons tanten for nikkel omtrentlig halvparten den for 2V Permendur. I disse utførelsesformer kan de effektive deformasjonskonstanter for stavmaterialene som anvendes tilpasses ved å innhylle stavene som har større absolutt deformasjonskonstant med et elektrisk ledende metallelement (som kan være en tråd) slik at metallelementet innhylles mellom hver slik stav og den korresponderende omgivende energiserende spolen som frembringer magnetfeltet på staven. Denne innhylling vil delvis skjerme staven fra magnetfeltet, hvorved den effektive deformasjonskonstanten for den innhyllede staven derved reduseres. I en kilde som har noen staver av nikkel og noen av 2V Permendur, vil eksempelvis en tynn aluminiumstrådinnhylling rundt hver 2V Permendurstav oppnå den ønskede virkning med hensyn til tilpasning av deformasjonskonstantene for stavene.

I fig. 6A og 6B er det vist henholdsvis et perspektivriss og et planriss av den akustiske reflektoren 76 innenfor logg-ingssonden 26 ifølge fig. 2. I særdeleshet vil man se at reflektoren 76 definerer en omsnudd pyramide som er avkortet ved flaten som er tilliggende fordypningen 108. Nærmere bestemt vil man se at den således definerte pyramide har fire reflekterende flater 134, 136, 138 og 140.

Fra orienteringen av flatene 134-140 relativt aksene 126 og 128 og den koaksiale innretting av reflektoren 76 langs den sentrale aksen 28, vil man forstå av hver stav 66-72 er anbragt hosliggende og under en korresponderende respektiv flate av flatene 134-140, med den langsgående aksen på hver stav skjærende dens respektive side.

Hensikten med slik innretting vil kunne sees fra pilen 135 som representerer en akustisk bølge generert fra en av stavene 66-72 som nettopp er beskrevet og som beveger seg i langsgående retning oppad i retningen av den sentrale aksen 28 langs aksen for den spesielle staven mot reflektoren 76. Når bølgen treffer reflektoren 76, vil den bli reflektert som bølge 30 i en 9 vinkel 34 relativt planet i hvilket den horisontale referanselinjen 32 ligger og er normalt på den sentrale aksen 28.

På denne måte, ved på passende måte å forme sidene 130-140, vil vertikalt bevegelig akustiske trykkbølger som genereres av hver stav 66-72 blir reflektert i en retning som er generelt normal på den sentrale aksen 28, slik at hovedlobene for den akustiske bølgeenergien som reflekteres fra reflektoren 76 vil bevege seg ut fra kildeseksjonen 18 (gjennom settet av vinduer 27), og inn i formasjonen 10 i alt vesentlig i de fire retningene som angitt med aksene 126 og 128.

Reflektoren 76 er fortrinnsvis konstruert av et virknings-fullt akustisk reflektormateriale slik som aluminium eller stål for å gjøre overføringen av energi fra reflektoren til formasjonen maksimal. Man har også funnet ønskelig at de reflekterende bølgelober ikke reflekteres i en vinkel nøyaktig normal på den sentrale aksen 28, men heller med en forskyvning, ønskelig i området av ca. 20° til ca. 45° relativt et plan normalt på den sentrale aksen 28, for å bedre omdannelsen (på en måte som er beskrevet i de etterfølgende to avsnitt) av kompresjonsbølgen som derved skapes i borehullfluidumet 14 til de ønskede kvadrupol-skjærbølger i formasjonen 10. Dette kan selvfølgelig ut-føres ved å justere helningsvinkelen for flaten 134-140 relativt den sentrale aksen 28, justere orienteringen av aksene for stavene 66-72 relativt flatene 134-140, eller begge.

Det vil forstås at ved grensesnittet mellom borehullfluidumet 14 og formasjonen 10, vil ikke bare en del av kom-presjonsbølgeenergien som forplanter seg i borehullfluidumet 14 bort fra kilden 26 blir omdannet til akustiske skjærbølgeenergi som også vil forplante seg i formasjonen 10, men en annen del av slik kompresjonsmessig bølge-energifluidumet 14 vil bli omdannet til akustiske kompre-sjonsbølgeenergi som vil forplante seg i formasjonen 10. Skjærbølgene som induseres i formasjonen 10 vil forstyrre hverandre til å frembringe en kvadrupolskjærbølge i formasjonen 10. På tilsvarende måte vil kompresjonsbølgene som induseres i fomasjonen 10 forst<y>rre hverandre til å frembringe en kvadrupolkompresjonsbølge i formasjonen 10. Forholdet mellom kvadrupolskjærbølgeenergien og kvadrupolkompre-sjonsbølgeenergien som frembringes av kilden 26 i formasjonen 10 vil avhenge av den tidligere nevnte vinkel ved hvilken trykkbølgene i fluidumet er innfallende på grensesnittet mellom fluidumet 14 og formasjonen 10 og vil også avhenge av kildens frekvens.

For direkte akustisk skjærbølgelogging, er det ønskelig å forbedre genereringen av skjærbølger i formasjonen 10 relativt genereringen av kompresjonsbølger i denne. Dette kan utføres på den måte som er beskrevet i avsnittet som er umiddelbart foregående det ovenstående avsnitt. I motsetning til dette kan det, for virkningsfull akustisk kompresjonsbølgelogging være ønskelig å forbedre genereringen av kompresjonsbølger i formasjonen 10 relativt genereringen av skjærbølger i den.

Kilden 26 som drives i den samme modus som beskrevet her med henvisning til kvadrupolskjærbølgelogging, kan anvendes for å utføre kvadrupol akustiske kompresjonsbølge-logging. Kvadrupolkompresjonsbølgeankomsten på detektorene vil opptre forut for kvadrupolskjærbølgens ankomst på detektoren, slik at den samtidiae generering av kvadrupol-skjærbølger i formasjonen 10 (med kvadrupolkompresjons-bølgene av interesse i kvadrupolkompresjonsbølgelogging) ikke vil hindre kompresjonsbølgeloggingsoperasjoner. For på virkningsfull måte å utføre kvadrupolakustisk kompre-sjonsbølgelogging under anvendelse av kilden 26, er det ønskelig at helningsvinkelen for flatene 134-140 relativt den sentrale aksen 28 og orienteringen av aksene for stavene 66-72 relativt flatene 134-MO justeres slik at ete reflek-terende bølgelober forplanter sea ien retning som er normal på den sentrale aksen 28, slik at genereringen av kompre-sjonsbølger i formasjonen 10 forbedres relativt genereringen av skjærbølger i denne.

Det vil forstås av fagfolk at dipol, oktopol og andre utførelsesformer av den akustiske kilden ifølge foreliggende oppfinnelse beskrevet nedenfor på tilsvarende måte er egnet for enten multipolakustiske skjærbølgelogging eller for multipolakustisk kompresjonsbølgelogging.

Man vil også ha bemerket at det er ønskelig at de oppad bevegelige akustiske bølger fra hver øvre stavs 66-72 overflate stammer fra punkter så radielt innad mot den sentrale aksen 28 som praktisk mulig. Dette er for å til-nærme seg så meget som mulig fire i meget kort avstand fra hverandre anbragt monopole kilder som kreves for en kvadrupolkilde og kan utføres ved å minske diameteren for sirkelen 130 om hvilken stavene 66-72 er jevnt adskilte.

Fig. 7, 8A og 8B tilsvarer henholdsvis fig. 4, 6A og 6B, ved at de viser tilsvarende riss av en alternativ utfør-elsesform ifølge den foreliggende oppfinnelse. Nærmere bestemt, mens den foregående beskrivelse av foreliggende oppfinnelse har vært begrenset til en kvadrupolbølge-generator eller kilde, er oppfinnelsen ikke beregnet til å være således begrenset og tilsikter fullt ut andre utfør-elsesformer.

Således med henvisning til de tidligere omtalte norske patentsøknader 83.1690, 83.2452, 83.3903, 84.2940, kan det være ønskelig i forbindelse med visse anvendelser for å gjøre bruk av en dipolakustisk bølgekilde, slik som vist i fig. 10, 11 og 12, eller en kilde av høyere orden enn kvadrupolkilden, slik som den akustiske oktopolbølgekilden som er vist i fig. 13, 14 og 15, eller en akustisk 16-polsbølgekilden som vist i fig. 7, 8A og 8B.

Antallet av staver i utførelsesformene for dipolen, oktopolen og 16-polskilden som skal beskrives nedenfor passer ikke med terminologien for dipol, oktopol og 16-pols-kildene. Således omfatter en dipol (n=l) kilde to ganger en eller to staver. En kvadrupol (n=2) kilde omfatter to ganger to eller fire staver. En oktopol (n=3), en 16-pol (n=4) og en 32-pol (n=5) kilde omfatter henholdsvis seks, åtte eller ti staver. Derfor vil generelt en 2n<->polkilde omfatte 2n staver, hvor n er et helt tall, n = 1, 2, 3 osv. mot uendelig.

Generelt for en 2n<->polkilde ifølge foreliggende oppfinnelse, er 2n staver (hvor n = 1, 2, 3 osv. mot uendelig) anbragt i alt vesentlig jevnt om den sentrale aksen for en loggingsonde. Fortrinnsvis er stavene i alt vesentlig jevnt anbraqt om den sentrale' aksen. Hosliggende staver, med hensyn til den vinkelmessige posisjon om den sentrale aksen, frembringer trykkbølger som er i alt vesentlig 180° ute av fase relativt hverandre og som i utgangspunktet forplanter seg mot reflektoren og derefter reflekteres generelt radielt utad fra den sentrale aksen.

Følgelig, idet det nå henvises til fig. 7 i sammenligning med fig. 4, vil man forstå at i stedet for kun fire staver 66-72, er det tilveiebragt åtte staver 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170 og 172 (med korresponderende spoler som ikke er vist) samt åtte korresponderende vinduer 142, 144, 146, 148, 150, 152, 154 og 156 radielt utad fra stavene.

På en tilsvarende måte som for utførelsesf ormen i fig. 1-6B vil 8 staver 158-172 og tilsvarende spoler være orientert slik at deres sentral er jevnt adskilt om sirkelens 130 omkrets og deres akser er parallelle med den sentrale aksen 28. På tilsvarende måte vil stavene veksle mellom et første og andre ferromagnetiske materiale ettersom sirkelen 130 omkretsmessig traverseres. Endelig kan stavene energiseres på en måte som er tilsvarende den som funksjonelt vist i fig. 5.

Det vil således forstås at i utførelsesformen ifølge fig. 7, 8A og 8B, vil istedet for frembringelse av fire trykk-bølger som beveger seg oppad innenfor sonden 16 mot reflektoren 76, åtte slike bølger blir frembragt. Følgelig er det nødvendig å modifisere reflektoren 76 som vist i fig. 8A og 8B for således å frembringe tilsvarende reflekterende overflater 174, 176, 178, 180, 182, 184, 186 og 188, som vil bevirke hver slik bølge til å bli reflektert ut av sitt respektive vindu 142, 146, 148, 150, 152, 154 og 156, inn i formasjonen 10 i åtte separate adskilte radielte utadrettede retninger fra den sentrale aksen 28.

Fig. 10 er et tverrsnittriss av en dipolakustisk skjær-bølgegenerator som illusterer en annen utførelsesform av den akustiske kilden 26, ifølge oppfinnelsen. I stedet for fire staver, er det tilveiebragt kun to staver 258 og 260 (med korresponderende skruelinjede spoler som ikke er vist) samt to korresponderende vinduer 254 og 256 radielt utad fra henholdsvis stavene 258 og 260.

På en tilsvarende måte som i utførelsesf ormen i fig. 1 t.o.m. 6B, er stavene 258 og 260 og tilsvarende spoler orientert i alt vesentlig 180° bort fra hverandre på om-kretsen av sirkelen 230 og deres akser er parallelle med den sentrale aksen 28. På tilsvarende måte er en av stavene 258 og 260 laget av et første magnetostriktivt materiale som har en positiv deformasjonskonstant (slik som av 2V Permendur) og den andre er laget av et andre magnetostriktivt materiale som har en negativ deformasjonskonstant (slik som nikkel). Stavene 258 og 260 energiseres på en måte som er tilsvarende den som funksjonelt er vist i fig. 5.

Det vil sålede forstås at i utførelsesformen ifølge fig. 10, vil to trykkbølger (en 180° ute av fase relativt den andre) bli frembragt til å forplante seg i utgangspunktet innenfor sonden 16 mot reflektoren. 278. Reflektoren 278 er plassert over de øvre ender av stavene 258 og 260 ved å skru den gjengende fordypningen 208 på overensstemmende gjenget øvre endeparti av spindelen 74.

Reflektoren 278, vist i fig. 11 og 12 er forsynt med reflekterende overflater 274 og 276 for respektivt å reflektere trykkbølger fra stavene 258 og 260 ut av vinduer 254 og 256, for derved å forplantes i alt vesentlig radielt utad fra den sentrale aksen 28. Reflektoren 278 er generelt formet som en omsnudd fast kjegle, avkortet ved overflaten som er hosliggende fordypningen 208, og har reflekterende overflater 274 og 276 dannet på motsatte vendende regioner av dens generelt koniske ytre overflate. Aksene for stavene 258 og 260 skjærer henholdsvis overflatene 274 og 276 når reflektoren 278 er riktig plassert relativt stavene.

Fig. 13 viser et tverrsnittsriss av en oktopolakustisk skjærbølgekiide som illustrerer ennu en ytterligere ut-førelsesform av den akustiske kilden 26 ifølge oppfinnelsen. Idet det henvises til fig. 13 sammenlignet med fig. 4, vil man forstå at i stedet for kun fire staver 66-72, er det tilveiebragt seks staver 358, 360, 362, 364, 366 og 368 (med korresponderende spoler som ikke er vist) samt seks korresponderende vinduer 344, 346, 348, 350, 352 og 354 radielt utad fra stavene.

På tilsvarende måte som utførelsesformen ifølge fig. 1-6B, vil de seks stavene 358-368 og korresponderende spoler være orientert slik at deres sentra er jevnt adskilt om sirkelens 370 omkrets og deres akser er parallell med den sentrale aksen 28. Likeledes vil stavene veksle mellom et første og andre ferromagnetiske materiale ettersom sirkelen 370 omkretsmessig traverseres. Endelig kan stavene energiseres på en måte som er tilsvarende den som er funksjonelt vist i fig. 5.

Det vil således forstås at i utf ørelsesformen i fig. 13, 14 og 15, vil i stedet for fire frembragte trykkbølger som beveger seg oppad innenfor sonden 16 mot reflektoren 76, seks slike bølger bli frembragt. Følgelig er det nødvendig å anvende en modifisert reflektor 376 som vist i fig. 14 og 15 (i stedet for reflektoren 76 i utførelsesformen vist i fig. 6A og 6B) for derved å tilveiebringe seks korresponderende reflekterende overflater 380, 382, 384, 386, 388 og 390, som vil bevirke hver slik bølge til å bli reflektert ut av dens respektive vindu 344, 346, 348, 350, 352 og 354 inn i formasjonen 10 i seks separate og adskilte radielt utadrettede retninger fra den sentrale aksen 28.

Man vil minnes fra det foregående at i utførelsesformen i fig. 3 ble det nevnt at i en alternativ utførelseform av denne var det ønskelig å tilveiebringe to formagnetiser-ingsmagneter (slik som de son er vist der der som 120, 122). Denne alternative utførelsesform vil nå bli omtalt i nærmere detalj.

I den alternative utførelsesform som nå skal omtales, kan samtlige staver i denne, slik som stavene 66-72 i fig. 3, lages av det samme ferromagnetiske materialet, et materiale som er valgt med en relativ høy deformasjonskonstant for å frembringe relativt høye vibrasjonsmessige amplituder i stavene og følgelig en sterkere akustisk kilde.

Et problem med anvendelse av staver av det samme materialet ligger i å oppnå det ønskede i det ovenstående bemerkede ute-av-faseforhold mellom de genererte akustiske bølger (generert ved hjelp av hver stav og oppnådd tidligere som følge av bruken av staver med to avvikende de-formas jonskonstanter). Ved å tilveiebringe et formagneti-sert magnetfelt på to diametralt motsatte staver, slik som 66 og 70 av de fire vist i fig. 3, kan denne ute-av-fase-operasjonen ikke desto mindre fortsatt oppnås.

Nærmere bestemt kan stavene 66 og 70 eksempelvis forut-deformeres av de korresponderende permanente magneter 120 og 122 som bæres over den i reflektoren 76 (alternativt kan elektromagnetiske spoler erstatte magnetene 120 og 122 i visse anvendelser hvor permanente magneter kan være hindrende p.g.a. volumet).

Disse staver 66 og 70 vil enten bli deformert ytterligere eller få en lettelse i de predeformerte tilstander som en funksjon av retningen av magnetfeltet som påføres ved hjelp av de korresponderende spoler 86 og 90 til stavene 66 og 70. Mens magnetostriktivt materiale som har en positiv deformasjonskonstant vil forlenge (og det magnetostriktive materialet som har en negativ deformasjonskonstant vil trekke seq sammen) med magnetisering uavhengig av for-tegnene (positivt eller negativt) på det påførte magnetfelt, er mengden av slik bevegelse relatert til den absolutte størrelse av det påførte magnetfelt.

Ved således å alternere retningen av den energiserende strømmen til spolene 86 og 90, kan størrelsen av det netto magnetiske felt som utøves på stavene 66 og 70 bevirkes til å variere på hver side av den premagnetiserte eller predeformerte verdien, for derved å bevirke stavene 66 og 70 til å bevege seg i den ene eller den andre ønskede retning av den sentrale aksen 28 fra en predeformert stilling enten til en mindre eller mer deformert stilling. Dette i sin tur tillater dannelse av den ønskede ut-av-fasebevegelse mellom diametralt motsatte stavpar 66-70 og 68-72.

I fig. 9 er ennu en ytterligere utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse vist der. Nærmere bestemt viser fig. 9 en alternativ måte å konstruere de vibrerende staver som anvendes i utførelsesformene for den akustiske bølgekilden vist i fig. 3, 7 eller 10.

Hver magnetostriktiv stav med tilhørende spole, slik som staven 66 og spolen 86 i fig. 3, kan erstattes av en piezoelektrisk stav slik som de fire som er vist i fig. 9 i utspilt riss.

Man vil se at hver stav omfattes av en flerhet av polarisert skiver, slik som skivene 198, 200, 204 og 206 i fig. 9 tilpasset av et egnet piezoelektrisk krystallmateriale, slik som det som er kommersielt tilgjengelig fra Vernitron Company, Bedford, Ohio, USA. Disse skiver vil bli stablet og koaksialt innrettet langs respektive akser 190, 192, 194 og 196. Man vil se at disse akser korresponderer med langsgående akser for de tidligere beskrevne staver 66-72 som strekker seg parallelt med den sentrale aksen 28.

Piezoelektriske krystaller har den egenskap at de enten vil utvide seg eller trekke seg sammen som reaksjon på et påtrykt elektrisk potensiale, og hvorvidt krystallet utvider seg eller trekker seg sammen kan styres av retningen av det påtrykte potensialet og retningen av krys-tallets polarisering.

Følgelig, med krystallskivene 198-206 polarisert i hen-holdet til de viste piler, stablet og oppkoblet, vil det forstås at p.g.a. at oppkoblingen av stablene innrettet langs aksene 190 og 194 er motsatt den for de som er innrettet langs aksen 192 og 196, vil ved energisering av samtlige fire stabler fra energikilden 132 ved lukking av bryteren 42, to diametralt motstående stabler ekspandere i langsgående retning i retningen av den sentrale aksen 28 mens de to gjenværende vil trekke seg sammen, hvorved det oppnåes den ønskede generering av to sett av longitudinale akustiske bølger som er ute av fase og som tidligere beskrevet med henvisning til utførelsesformen i fig. 2.

Som tidligere bemerket, p.g.a. den langsgående forskyv-ningsmodus av staven ifølge den foreliggende oppfinnelse oppfinnelse og dessuten p.g.a. de relativt større langsgående dimensjoner av sonden 16 (i motsetning til tverr-dimensjonene) som er tilgjengelig for å huse et vibrerende organ, er det mulig å bygge akustiske kilder ifølge læren gitt ved den foreliggende oppfinnelse, hvorved det i sonden 16 kan genereres uhyre virkningsfulle akustiske trykk-bølger som er ute av fase og tilstrekkelige til lett å opprette sterke dipol, kvadrupol eller høyere ordens skjærbølger i formasjonen av interesse.

Den ønskede frekvens for de akustiske bølger som skal genereres vil bestemme valget av de spesielle lengder av stavene 66-72 på en måte som er velkjent innenfor teknikken ettersom de naturlige frekvenser for stavene, en funksjon av deres lengde, vil være relatert til denne ønskede frekvens. Imidlertid, for akustisk skjærbølge-logging vil de typiske ønskede frekvensområder for oscillasjonen av stavene 66-72 i kvadrupolutførelsesformen vist i fig. 2 være i området akkurat under 3 KHz til ca. 14 KHz eller endog høyere, med frekvenser omkring 3 KHz ofte vanlige for direkte skjærbølgelogging av relativt "myke" formasjoner og ca. 6 KHz eller høyere for direkte skjærbølgelogging i "harde" formasjoner.

P.g.a. styrken av akustiske bølger som kan genereres med sonde ifølge foreliggende oppfinnelse, har man funnet at den første harmoniske av den nominelle oscillasjonsfre-kvens for stavene (hvilken første harmoniske også er tilstede i oscillasjonene) kan være av tilstrekkelig størrelse slik at kilden 26 kan opereres både for myke og harde formasjoner på den samme frekvensen.

P.g.a. styrken av den foregående kilde, kan dessuten også brønn-til-brønnlogging endog oppnås hvor formasjonen kan akustisk eksiteres ved et borehullsted og den akustiske signaturen detekteres ved et hosliggende borehullsted.

P.g.a. at oscillerende magnetostriktive staver kan tilveiebringes som energiseres av magnetiske felt, blir det satt relativt små effekttilførselskrav til lav spenning for å energisere deres respektive spoler. Dette er en særlig fordel relativt konvensjonelle piezoelektrisk vibrerende elementer som karakteristisk krever høyspenningstilførsel med tilhørende støyproblemer og lignende. Når "stablet rekke" staver av et piezoelektrisk skivemateriale imidlertid erstatter magnetostriktive staver, slik som i til-fellet med den alternative utførelsesform i fig. 9, kan disse problemene reduseres ved omhyggelig konstruksjon.

Man vil forstå at operasjonsprinsippene for sonden 26, ifølge foreliggende oppfinnelse som omtalt her kan tilpasses med relativt små endringer til å konstruere akustiske bølgedetektorer, og slike detektorer ligger følgelig ubetinget innenfor den foreliggende oppfinnelses omfang og ide. Eksempelvis, med henvisning til fig. 2, vil man lett forstå at hvis kilden som er vist der anvendes som en detektor, vil akustiske bølger fra formasjonen som skal detekteres bevege seg motsatt de som er generert når den virker som en kilde. Nærmere bestemt vil akustiske bølger gå inn gjennom vinduene 79, 81 etc. og blir reflektert nedad av reflektoren 76 på stavene 66-72.

Denne energi som treffer på stavene 66-72 vil bevirke vibrasjoner i disse, hvilket kan anvendes til å indusere målbare potensialsignalnivåer i spolene 86-92 som funksjonelt er relatert til de akustiske bølgene.

Det er derfor klart at den foreliggende oppfinnelse er en som er godt tilpasset til å oppnå samtlige av de fordeler og trekk som er angitt i det ovenstående, sammen med andre fordeler som vil være innlysende og tydelig fra en beskrivelse av selve anordningen.Det skal forståes at visse kom-binasjoner og underkombinasjoner kan være av praktiske betydning og kan anvendes uten henvisning til andre trekk og underkombinasjoner. Dessuten er den foregående beskrivelse og illustrasjon av oppfinnelsen kun ment som en illustrasjon og forklaring av denne, idet oppfinnelsen tillater forskjellige endringer hva angår størrelse, form og materialsammensetning av de komponenter som inngår, samt hva angår detaljer ved den viste konstruksjon, uten derved å avvike fra oppfinnelsens omfang og ide.

Claims (25)

1. Fremgangsmåte for å etablere multipolakustiske bølger i en underjordisk jordformasjon som traverseres av et borehull med en sonde, som har en sentral langsgående akse, anbragt deri, karakterisert ved trinnene: samtidig å generere 2N akustiske trykkbølger, hvor N er et helt tall som ikke er mindre enn 1, som stammer fra et tilsvarende antall av diskrete steder adskilt radielt utad fra nevnte sentrale langsgående akse, slik at nevnte bølger vil forplante seg initielt langs respektive bølgeakser i retninger som er i alt vesentlig parallelle med nevnte sentrale langsgående akse, idet nevnte bølgeakser er orientert slik at projeksjonene, i et plan som er perpendikulært på den sentrale langsgående aksen, av linjer som avskjærer den sentrale langsgående aksen og bølgeaksene definerer et flertall av omtrentlig like vinkler a, der a er omtrentlig lik 360°/2N, og slik at en hvilken som helst første av bølgene som beveger seg langs en korresponderende første av bølgeaksene er i alt vesentlig ute av fase i forhold til en hvilken som helst andre av bølgene som beveger seg langs en tilsvarende andre av bølgeaksene, hvor den første bølgeaksen og den andre bølgeaksen er adskilt med vinkel a med hensyn til den sentrale langsgående aksen, og å reflektere nevnte bølger inn i nevnte formasjon langs baner som har projeksjoner på nevnte perpendikulære plan, . for-løpende alt vesentlig radielt utad fra nevnte sentrale langsgående akse, idet nevnte reflekterte bølger forstyrrer hverandre til å frembringe en akustisk multipol skjærbølge i nevnte formasjon.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte trykkbølger initielt forplantes innenfor nevnte sonde og deretter reflekteres radielt utad fra nevnte sonde.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte bølgeakser er i alt vesentlig i lik avstand fra nevnte sentrale akse.

4. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte reflekterte bølger innbefatter lober som reflekteres med en vinkel G fra et plan som er perpendikulært på nevnte sentrale akse, hvor 0 er større enn null.

5. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at N - 2.

6. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at retningene av nevnte radielt utad reflekterte bølger, når de projeseres på et plan som er perpendikulært på nevnte sentrale akse, definerer nevnte flertall av vinkler a, og at nevnte genererte trykkbølger har en amplitude og frekvens slik at nevnte reflekterte bølger vil forstyrre hverandre til å generere en akustisk multipolskjærbølge i nevnte formasjon.

7. Anordning for å etablere multipolakustiske bølger i en underjordisk jordformasjon som traverseres av et borehull med en sonde, som har en sentral langsgående akse, anbragt deri, karakterisert ved: akustisk bølgegeneratormiddel for samtidig å generere 2N akustiske trykkbølger, hvor N er et helt tall som ikke er mindre enn 1, som stammer fra et tilsvarende antall av diskrete steder anbragt radielt utad fra nevnte sentrale langsgående akse, slik at nevnte bølger vil forplante seg langs respektive bølgeakser i retninger som er i alt vesentlig parallelle med nevnte sentrale langsgående akse, idet nevnte bølgeakser er orientert slik at projeksjoner, i et plan som er perpendikulært på den sentrale langsgående akse, av linjer som skjærer den sentrale langsgående akse og bølgeaksene, definerer et flertall av omtrentlig like vinkler a, hvor a er omtrentlig lik 360<*>/2N, og slik at en hvilken som helst første av bølgene som beveger seg langs en tilsvarende første av bølgeaksene er i alt vesentlig ute av fase i forhold til en hvilken som helst andre av bølgene som beveger seg langs en tilsvarende andre av bølgeaksene, hvor den første bølgeaksen og den andre bølgeaksen er adskilt med vinkel a relativt den sentrale langsgående aksen, og akustisk bølgereflektormiddel for å reflektere nevnte bølger inn i nevnte formasjon langs baner som har projeksjoner, på nevnte perpendikulære plan som strekker seg i ialt vesentlig radielle utadretninger fra nevnte sentrale langsgående akse, idet nevnte reflekterte bølger forstyrrer hverandre til å frembringe en akustisk multipol skjærebølge i nevnte formasjon.;

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte bølgeakser er i alt vesentlig i lik avstand fra nevnte sentrale akse.;

9. Anordning som angitt i krav 7 eller 8, karakterisert ved at nevnte generatororgan innbefatter et flertall av stavorgan som hver er i langsgående retning koaksialt med en forskjellig tilsvarende akse av nevnte bølgeakser for å etablere vibrasjoner i retningen av nevnte bølgeakser.;

10. Anordning som angitt 1 krav 9, karakterisert ved at hver av nevnte stavorganer består av et magnetostriktivt materiale som har en deformasjonskonstant, som vibrerer i retningen av bølgeaksen som tilsvarer dette under nærværet av et foranderlig magnetisk felt i nevnte retning.;

11. Anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at det neste av nente flertall av stavorganer, og hver av nevnte flertall av stavorganer som har en bølgeakse adskilt fra bølgeaksen som korresponderer med nevnte neste i nevnte flerhet av stavorganer med en vinkel lik 2na i forhold til nevnte sentrale akse, og bestående av et første magnetostriktivt materiale som har en første deformasjonskonstant, og at alle andre av nevnte flertall av stavorganer består av et andre magnetostriktivt materiale som har en andre deformasjonskonstant som er forskjellig fra nevnte første deformasjonskonstant, hvor n er et positivt helt tall.;

12. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved at den absolutte verdi av den første deformasjonskonstanten er større enn den for den andre deformasjonskonstanten, og at anordningen dessuten omfatter: et elektrisk ledende metallelement som omhyllet om hver av nevnte stavorganer, bestående av et materiale som har nevnte første deformasjonskonstant slik at den absolutte verdi av den effektive deformasJonskonstanten for hver av nevnte omhyllede stavorganer reduseres til en verdi som er mindre enn den absolutte verdien av nevnte første deformasjonskonstant .;

13. Anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at hver av nevnte flertall av stavorganer har i alt vesentlig den samme deformasjonskonstanten.;

14. Anordning som angitt i krav 13, karakterisert ved at den også består av: pre-magnetiseringsmiddel for å etablere et konstant valgt magnetisk felt hosliggende forutbestemte av nevnte flertall av stavorganer.;

15. Anordning som angitt i krav 14, karakterisert ved at nevnte premagnetiseringsmiddel omfatter en permanent magnet.;

16. Anordning som angitt i krav 14, karakterisert ved at nevnte pre-magnetiseringsmiddel omfatter en elektromagnetisk spole.;

17. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert ved at hver av nevnte flertall av stavorganer består av piezoelektrisk materiale som vibrerer i retningen av bølgeaksen som korresponderer med dette når energisert av et foranderlig elektrisk potensiale.;

18. Anordning som angitt i krav 17, karakterisert ved hver av nevnte stavorganer består av et flertall av skiver av nevnte piezoelektiske materialer som er stablet i langsgående retning i retningen av bølgeaksen som korresponderer med dette.;

19. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 7-18, karakterisert ved at nevnte akustiske bølgereflektormiddel omfatter et flertall av akustisk reflektorflatemidler, hver for en forskjellig av nevnte bølger og som vender mot en forskjellig av nevnte bølger og vender mot en forskjellig av i alt vesentlig radielt utadretninger fra nevnte sentrale akse, for å reflektere hver av nevnte forskjellige av nevnte flertall av bølger i en respektiv av nevnte forskjellige av nevnte i alt vesentlig radielt utadrettede retninger.;

20. Anordning som angitt i krav 19, underordnet direkte eller indirekte krav 9, karakterisert ved at nevnte akustiske bølgereflektormiddel definerer en omsnudd pyramide 1 koaksial innretning med nevnte sentrale akse, idet nevnte pyramide har flater som hver består av en forskjellig av nevnte flertall av flatemidler, idet hver av nevnte flater er orientert over et respektivt av nevnte stavorganer og skjæres ytterligere av en av nevnte bølgeakser som korresponderer med nevnte respektive av nevnte stavorganer.;

21. Anordning som angitt i krav 19 eller i kravene 19 og 20, karakterisert ved at hver av nevnte flertall av flatemidler er orientert for å reflektere en forskjellig av nevnte bølger med en vinkel 6 fra et plan som er perpendikulært på nevnte sentrale akse, hvor 8 er større enn null.;

22. Anordning som angitt i krav 19, eller i kravene 19 og 20, eller i krav 21, karakterisert ved at antallet av nevnte flertall av stavorganer er lik 2N og antallet av nevnte flertall av flatemldler er lik 2N.;

23. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 7-22, karakterisert ved at N - 2.;

24. Fremgangsmåte for å detektere multipol akustiske bølger i en underjordisk jordformasjon som traverseres av et borehull med en sonde, som har en sentral langsgående akse, anbragt deri, karakterisert ved trinnene: å reflektere nevnte bølger, samtidig mottatt fra nevnte formasjon som 2N akustiske trykkbølger hvor N er et helt tall som ikke er mindre enn en, langs respektive baner, som har fremspring, på et plan som er normalt på nevnte sentrale langsgående akse, som strekker seg innad til nevnte sentrale langsgående akse, slik at nevnte reflekterte bølger vil forplante seg langs respektive bølgeakser i retninger som er i alt vesentlig parallelle med nevnte sentrale langsgående akse, idet nevnte bølgeakser er orientert slik at projeksjonene, i et plan som er perpendikulært på den sentrale langsgående aksen, av linjer som skjærer den sentrale langsgående aksen og bølgeaksene, definerer et flertall av omtrentlig like vinkler a, der a er omtrentlig lik 360<*>/2N, og samtidig å detektere nevnte 2N reflektert akustiske bølger på et korresponderende antall av diskrete detektorsteder adskilt utad fra nevnte sentrale langsgående akse, slik at en hvilken som helst detektert første av bølgene som beveger seg langs en korresponderende første av bølgeaksene er i alt vesentlig ute av fase i forhold til hvilken som helst detektert av bølgene som beveger seg langs en korresponderende andre av bølgeaksene, hvor den første bølgeaksen og den andre bølgeaksen er adskilte med en vinkel a i forhold til den sentrale langsgående aksen.

25. Anordning for å detektere multipolakustiske bølger i en underjordisk jordformasjon som traverseres av et borehull med en sonde, som har en sentral langsgående akse, anbragt deri, karakterisert ved: akustisk bølgereflektormiddel for å reflektere nevnte bølger, samtidig mottatt fra nevnte formasjon som 2N akustiske trykkbølger, hvor N er et helt tall som ikke er mindre enn 1, langs respektive baner som har projeksjoner, på et plan som er normalt på nevnte sentrale langsgående akse, som forløper innad til nevnte sentrale langsgående akse, slik at nevnte reflekterte bølger vil forplante seg langs respektive bølgeakser i retninger som er i alt vesentlig parallell med nevnte sentrale langsgående akse, idet nevnte bølgeakser er orientert slik at projeksjonene, i et plan som er perpendikulært på den sentrale langsgående aksen, av linjer som skjærer den sentrale langsgående aksen og bølgeaksene, definerer et flertall av omtrentlig like vinkler a, hvor a er omtrentlig lik 36C/N. og akustisk bølgedetektormiddel for samtidig å detektere nevnte 2N akustiske bølger på et tilsvarende antall av diskrete detektorsteder som er radielt adskilt utad fra nevnte sentrale langsgående akse, slik at en hvilken som helst detektert første av bølgene som beveger seg langs en korresponderende første av bølgeaksene er omtrentlig ute av fase i forhold til en andre detektert av bølgene som beveger seg langs en korresponderende andre av bølgeaksene, hvor den første bølgeaksen og den andre bølgeaksen er adskilte med vinkel a i forhold til den sentrale langsgående aksen.