NO793209L - Fremgangsmaate og apparat for akustisk borehullslogging - Google Patents

Description

" Fremgangsmåte og apparat for akustisk borehulls loqqinq"

Den foreliggende oppfinnelse vedrører forbedrede fremgangsmåter og apparater for undersøkelse av karakteristikkene til undergrunnsformasjoner som gjennomtrenges av et borehull, og mer spesielt fremgangsmåter og apparater for digitalisering og behandling av en akustisk signatur for å bestemme valgte formasjonskarakteristikker.

Det er velkjent at olje og gass blir funnet i undergrunnsformasjoner og at det blir boret brønner eller borehull ned i disse formasjonene for å finne slike substanser. (Hva som ikke er vanlig kjent, er at av forskjellige grunner vil ikke innholdet i de fleste slike formasjoner automatisk trenge inn i borehullet når formasjonene gjennomtrenges.) Vanligvis er det imidlertid nødvendig å undersøke eller "logge" hele lengden av borehullet for å lokalisere de formasjoner som kan ha interesse før brønnen kan fullføres for produksjon av olje eller gass.

Det finnes ingen enkelt loggeteknikk eller innretning som kan tilveiebringe en direkte indikasjon på olje eller gass i en spesiell formasjon av interesse. Istedet er de mest. brukte loggeteknikker de som måler forskjellige fysiske parametre ved grunnbestanddelene i nærheten av borehullet, idet slik informasjon kan anvendes i henhold til valgte funksjonsmessige forhold til å bestemme hvilke av formasjonene som har en mulig verdi.

For eksempel er det klart at hvis oljen og gassen er spredt eller dispergert i hulrommene eller.porerommene i en formasjon, så vil en formasjon med stor porøsitet mer sannsynlig innehold'produserbare mengder av olje eller gass enn en formasjon med mindre porøsitet.

En indikasjon på den relative porøsiteten til grunnmaterialene langs borehullet vil følgelig være av verdi når det gjelder å bestemme de dybder ved hvilke olje og gass i passende mengder for utvinning mest sannsynlig vil være å finne.

Til å begynne med ble borehullslogging utført ved hjelp av en sonde eller loggeanordning som bare hang i enden av en kabel ved bunnen av borehullet og så ble heist oppover gjennom borehullet mens den genererte målinger av en eller flere grunnparametere. Vanligvis var det i sonden anordnet kretser for å omforme disse målingene til passende elektriske signaler som så ble overført til overflaten gjennom en eller flere elektriske ledere i loggekabelen. På overflaten var det anordnet registreringsapparater for å motta og registrere slike signaler i korrelasjon med en passende indikasjon på den borehullsdybde ved hvilken signalene ble utledet.

Som nevnt er mange forskjellige loggeteknikker og apparater blitt utviklet og anvendt på denne måten, idet noen er mer passende enn andre, avhengig av de forskjellige tilstander som eksisterer.i borehullet. For eksempel er det lenge blitt brukt innretninger og teknikker til å måle løpetiden eller hastigheten til en akustisk puls som forplanter seg gjennom slike formasjoner. I slike tilfeller blir målingene vanligvis omformet til elektrisk energi som er representativ for størrelsen av denne grunnparameteren som blir målt.

Den tidligste akustiske loggeinnretningen som er vist og beskrevet i US-patent nr. 2 651 027, omfattet en enkelt akustisk sender og en akustisk mottager. Instrumentet tilveiebrakte en indikasjon

på den seismiske bølgehastigheten over et forholdsvis stort forma-sjonsintervall, slik som fem fot. Behov for øket nøyaktighet av målingene og mer detaljerte formasjonskarakteristikker, resulterte i utviklingen av en akustisk loggeanordning med to mottagere.

Den akustiske loggeanordningen med to mottagere består av

en enkelt akustisk sender og to akustiske mottagere som er adskilt med en viss avstand, som for eksempel en fot. Dette systemet måler den tid som kreves for akustisk energi til å forplante seg den distansen som er lik avstanden mellom de to mottagerne. Den

akustiske senderen blir brakt til å utsende energi som forplanter seg gjennom de tilstøtende formasjoner til det nærmeste mottagerstedet.

Den tid det tar for den akustiske energien å forplante seg via de tilstøtende formasjoner over avstanden mellom nærmottageren og fjernmottageren, blir målt, og det tilveiebringes dermed en indikasjon på den akustiske hastigheten for det området av borehulls-, formasjonene som befinner seg mellom mottagerstasjonene. Selv om dette •systemet innebar en forbedring, var det ikke så effektivt som man kunne ønske, idet den mottatte informasjon.ble påvirket av

o posisjoneringen av instrumentet i borehullet. Når den akustiske anordningen var i en skråttstilt stilling i borehullet,, var resul-tatet upålitelige hastighetsmålinger.

For å tilveiebringe en mer nøyaktig måling av den akustiske karakteristikken til undergrunnsformasjoner, ble det utviklet et system med to sendere og to mottagere. Denne akustiske loggeanordningen er utstyrt med en øvre sender, en øvre mottager, en. nedre mottager og en nedre sender som blir drevet for å oppnå uavhengige målinger som representerer akustisk energi som gjennom-løper formasjonene ovenfra og nedenfra mellom mottagerne og tilveiebringer minst to tidsmålinger som blir midlet, og som gir en midlere løpetid.' På denne måten kompenserer dette instrumentet for slike faktorer som apparatstilling i borehullet.

Aktiveringen eller "avfyringen" av en akustisk sender i borehullsloggeanordningen vil forårsake at et utbrudd av akustisk energi blir sendt utover i borehullet og de omgivende formasjoner. Ved ankomst til en mottager blir den akustiske energien av mottageren omformet til et elektrisk signal av oscillerende karakter, vanligvis i instrumentet eller overføres til overflaten for behandling for å utlede valgte formasjonskarakteristikker.

Behandlingen av en akustisk signatur er blitt konsentrert om flere bølgeformkarakteristikker for å gi utvalgte informasjoner om formasjonene. Amplityden av en eller flere oscillasjoner i den akustiske signaturbølgeformen kan måles for å tilveiebringe en indikasjon på formasjonoppsprekking eller kvaliteten av sement-bindingen til en foring langs en del av det forede borehullet. I tillegg kan løpetiden for den akustiske bølgen gjennom et formasjons-intervall beregnes ved å foreta en tidsmåling over en valgt del av den akustiske signaturen.

En fremgangsmåte for å måle og beregne hastigheten, eller den inverse ■ løpetiden, er beskrevet i US-patent nr. 3 257 639.

Hastighets- eller løpetids-måling har vist seg å være

den mest kritiske og den vanskeligste måling å foreta på en nøyaktig og pålitelig måte. Som nevnt er den akustiske signaturen representert som et oscillerende eller ringende elektrisk signal. Formålet er å måle tiden fra et fast punkt på signaturen, slik som sender-avfyringsøyeblikket, til et andre punkt på signaturen representert av deteksjonen av at akustisk energi frembrakt ved senderavfyringen, ankommer til et mottagersted. Det vanskelige målepunktet på den akustiske signaturen for sikkert og konsekvent å bestemme løpetiden, er ankomsten av den akustiske energien til mottagerstedet.

Den delen av den akustiske signaturen som representerer ankomsten til den akustiske energien fra senderen til et mottagersted, forandrer kontinuerlig karakter på grunn av formasjonseffek-ter, støy frembrakt på grunn av loggeanordningens bevegelse i borehullet, og forvrengning forårsaket av overføring av signaturen til et overflatested gjennom en elektrisk leder i loggekabelen. Forandringer i formasjonskarakteristikker resulterer i en stadig varierende amplityde i det mottatte elektriske signalet og- en varierende frekvens for oscillasjonene som frembringes ved deteksjonen av den utsendte energien. Tidlige anstrengelser for å detektere det andre målepunktet på det representative mottatte signalet, var rettet mot å detektere det punkt ved hvilket den første positive halvperioden av den mottatte bølgeformen krysset fra et positivt spenningsnivå til et negativt spenningsnivå, eller sagt på en annen måte, krysset et referansenivå for null spenning. Målepunktet var utilfredsstillende på grunn av forvrengning i den første halvperioden av den mottatte bølgeformen. Forvrengningen kan skyldes en eller flere av de ovennevnte faktorer og resulterer i en unøyaktig hastighets- og løpetids-måling.

Et alternativt andre målepunkt var det første punktet for sammenfall mellom den første halvperioden av den mottatte akustiske energien og en referansenivå på null spenning. Dette punktet blir kalt "nullgjennomgangspunktet".

Flere faktorer ved behandling av den analoge akustiske signaturen

for å bestemme nullgjennomgangspunktet, resulterte i en utilfredsstillende måling. Noen ganger varierer amplityden til det mot-

tatte signalet slik at istedet for å detektere det første nullgjennomgangspunktet, hopper deteksjonskretsen i tid langs den akustiske signaturen til det andre nullgjennomgangspunktet, noe som resulterer i "periodesprang" og en unøyaktig måling.

Det at loggeanordningen i tillegg blir trukket oppgjennom, borehullet ved enden av en kabel, genererer støy som kan opptre på den akustiske signaturen før det mottatte signalet. I slike tilfeller kan deteksjonspunktet feilaktig legges til støysignalet, noe som resulterer i måling av en større hastighet enn den hastigheten som. formasjonen oppviser. Disse to tilfellene av målepunktdetek-sjonsfeil ble vanligvis kontrollert ved at operatøren visuelt over-våket den akustiske signaturen på et oscilliskop og manuelt regulertesystemforsterkningen for å oppnå det korrekte deteksjonspunktet.

I de fleste tilfeller mislyktes operatøren i sine forsøk på å foreta de nødvendige justeringer for å oppnå den nødvendige grad av nøy-aktighet og pålitelighet i deønskede målingene.

For å gjøre målingen mer nøyaktig ble det benyttet en

liten terskélspenningskrets for å legge deteksjonspunktet ved et lite spenningsnivå over nullspenningsnivået istedet for til det første sammenfallspunktet mellom signaturen og nullspenningsnivået. Dette nivået ble valgt over nivået for mesteparten av støyen som frembringes av instrumentbevegelsen. Selv om terskeldeteksjonspunktet har vist seg å være mer tilfredsstillende enn de tidligere detek-sjonspunktene, utgjør det likevel ikke det mest mulig■nøyaktige deteksjonspunktet for beregning av hastighet og løpetid. Helningen til den første halvperioden i det mottatte signalet er ikke konstant. Denne helningen kan forandre seg på grunn av den ovennevnte forvrengning som skyldes overføringen av signaturen til overflaten over leder i loggekabelen, eller den forandrer seg fordi formasjonen påvirker den akustiske energien. Ved å benytte et koinsidens-deteksjonspunkt over nullspenningsnivået, blir forandringer i bølgeformhelningen avspeilt som unøyaktigheter i hastighets- og løpetids-beregningene på grunn av et forandret koinsidenspunkt mellom referansenivået og den akustiske bølgeformen.

Disse og andre ulemper blir overvunnet ved den foreliggende oppfinnelse som tilveiebringer en fremgangsmåte og et apparat for å omforme en akustisk signatur til digital form og utføre nøyaktig og pålitelig bestemmelse av valgte akustiske signaturparametere.

I en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et borehullsloggesystem som omfatter en sonde som genererer elektriske representasjoner av en valgt flerhet fysiske karakteristikker ved formasjonene som omgir et borehull, en loggekabel for opphengning og føring av sonden gjennom borehullet forbi de formasjoner som' er av interesse, og passende kretser på overflaten for behandling og registrering av data som tilveiebringes av sonden. Mer spesielt vil sonden fortrinnsvis omfatte kretser som, som respons på et instruksjonssignal, vil aktivere eller styre en eller flere følere eller andre kretser, slik som den akustiske senderen, eller en eller flere akustiske mottagere. Akustisk energi vil bli sendt gjennom et intervall av undergrunnsformasjonen hvor den vil bli detektert av en akustisk mottager. Den akustiske signaturen som er representativ for den akustiske energien som forplanter seg gjennom formasjonsintervallet, blir overført til et sted på overflaten.

Det vises nå til overflatedelen av systemet som fortrinnsvis omfatter en forbedret anordning for deteksjon av ankomsten, av den akustiske energien til elektronikkretser på overflaten, og som igangsetter en analog/digital-omformer for å omforme den analoge akustiske signaturen til digital form. Den omformede anloge akustiske signaturen blir overført til et lager i overflateelektro-.nikken, hvorved sanntids-datasignaler fra sonden er tilstede for spesiell behandling.

Den digitale representasjon av den akustiske signaturen blir samplet for å lokalisere et første referansepunkt som skal brukes til måling av løpetiden for det formasjonsintervallet som den akustiske energien har gjennomløpt. Den digitale signaturen blir videre analysert for å måle et andre punkt som er represen-tativt for ankomsten av akustisk energi på et mottagersted. Tidsintervallet mellom det første referansepunktet og iet andre målepunktet blir så beregnet for å gi formasjonsløpetid eller akustisk hastighet gjennom formasjonene. I tillegg blir det generert et støyimmunitetsportsignal som er funksjonsmessig avhengig av det andre målepunktet på den akustiske signaturen. I den etterfølgende syklus for det samme sender/mottager-paret, får støyimmunitets-porten alle forekomster på den akustiske signaturen etter det første referansepunktet og før støyimmunitetsporten, til å bli oversett. Støyimmunitetsporten forhindrer, inntregning av uønskede signaler i bølgeparameterberegninger, og fordi den er funksjonsmessig forbundet med en akustisk signaturkarakteristikk, er den kontinuerlig varierende eller flytende.

Den digitale akustiske signaturen blir videre analysert

for å tilveiebringe en amplitydemåling av den mottatte akustiske energien. Amplitydemålingen blir brukt ved evaluering av formasjonskarakteristikker og til å tilveiebringe et styresignal som vil bli brukt til å regulere forsterkningen til en binær forsterker for å optimalisere signalamplityden til påfølgende akustisk energi, for dermed å sikre at signalamplitydene er innenfor et forutbestemt amplitydeområde som kan omformes til digital form av analog/digital-omformeren.

Når dessuten amplityden til den mottatte signaturen har nådd et nullspenningsnivå, noe som indikerer slutten av det mottatte signalet, blir det generert et styresignal som kan brukes til å endre avfyringsfrekvensen til senderne. Styresignalet kan forandre repetisjonsfrekvensen for utløsningen av senderne basert på en tidssynkronisert hastighet, eller det kan indikere at den fart instumentet beveges med gjennom borehullet, skal endres når det anvendes en dybdesynkronisert avfyringshastighet.

Det er følgelig et formål med den foreliggende oppfinnelse

å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte og et apparat for akustiske målinger av undergrunnsformasjoner.

Det er også et formål med den foreliggende oppfinnelse å, tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat for generering av et elektrisk sanntidssignal som er funksjonsmessig forbundet med mottagelsen av akustisk energi som er sendt gjennom en forutbestemt distanse i undergrunnsmaterialer.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelse

å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat for omforming av det elektriske sanntidssignalet til en digital representasjon av formen, til den akustiske energien i dette.

Det er et annet formål med den foreliggende oppfinnelse

å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat for omforming av det elektriske sanntidssignalet til en digital representasjon av formen til den akustiske energien i dette.

Det er et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat for behandling av en digital representasjon av akustisk energi for å gi en pålitelig indikasjon på hastighet og løpetid for akustisk energi i undergrunnsformasjoner.

Det er også et formål med den foreliggende oppfinnelse

å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat for genering av en støyimmunitetsport som er funksjonsmessig forbundet med en valgt parameter for den mottatte akustiske energien.

Det er ytterligere et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat for måling av amplityden av mottatt akustisk energi og generere et ampiityde-styresignal basert på den målte amplityde.

Videre er det er formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat for å bestemme slutten av mottatt akustisk energi, og å frembringe et signal for å optimalisere senderavfyringsfrekvensen som respons på slutten.

Et spesielt trekk ved den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for bestemmelse av løpetiden for akustisk energi i undergrunnsmaterialer som gjennomtrenges av et borehull, ved å generere akustisk energi ved en posisjon i borehullet, detektere akustisk energi i en forutbestemt avstand fra der hvor den ble generert, frembringe en elektrisk representasjon for den detekterte akustiske energi, overføre den elektriske representasjon til overflaten, utlede fra den elektriske representasjon en digital representasjon av den akustiske energien, bestemme ut fra den digitale representasjon et første og et andre punkt som er funksjonsmessig forbundet med den hastighet ved hvilken akustisk energi forplanter seg over den forutbestemte avstand gjennom undergrunnsmaterialene.

Et annet trekk ved den foreliggende oppfinnelse omfatter generering ut fra den digitale representasjon av et amplitydestyresignal som er funksjonsmessig forbundet med amplityden til det detekterte akustiske signal.

Et annet trekk ved oppfinnelsen er måling av slutten av den akustiske energien og genering av et styresignal som er funksjonsmessig forbundet med den detekterte slutten for bruk ved optimalisering av den gjentagelses-frekvens ved hvilken akustisk energi blir.generert.

Et annet trekk ved den foreliggende oppfinnelse omfatter generering av en støyimmunitetsport som er funksjonsmessig forbundet med det andre målepunktet på den digitale representasjonen for den akustiske energien. Et ytterligere spesielt trekk ved den foreliggende oppfinnelse omfatter et apparat med en akustisk sender, en akustisk mottager, en analog/digital-omformer for omforming av en elektrisk representasjon av akustisk energi til en digital representasjon, kretser for å bestemme ut fra det digitale signalet første og andre målepunkter som videre gir hastigheten av den akustiske energien i undergrunnsmaterialer.

Et annet spesielt trekk omfatter kretser for generering fra den digitale representasjonen av den akustiske energien, av et amplitydestyresignal som er funksjonsmessig forbundet med amplityden til den detekterte akustiske energien.

Et annet trekk omfatter kretser for å bestemme slutten

av den mottatte akustiske energien, en ytterligere krets for å generere et elektrisk signal som er.funksjonsmessig avhengig av slutten av detekterte akustiske energien for bruk til å optimalisere senderens repetisjonshastighet.

Et annet trekk ved den foreliggende oppfinnelse omfatter en krets for genering av en støyimmunitetsport som vil være funksjonsmessig avhengig det andre målepunktet på den digitale representasjonen for den mottatte akustiske energien.

Et ytterligere spesielt trekk er at den akustiske senderen i loggeinstrumentet blir aktivert på en dybdeavhengig basis.

Disse og andre formål og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil bli forstått på grunnlag av den følgende beskrivelse av flere -teknikker for praktisering av oppfinnelsen, i forbindelse med de vedføyde tegninger, der:

Figur 1 er en forenklet funksjonsmessig representasjon

av en utføreIsesform av oppfinnelsen;

Figur 2 er en mer detaljert funksjonsmessig representasjon av en del av undergrunnsinstrumentet som er skissert på figur 1; Figur 3 er en mer detaljert funksjonsmessig representasjon av over-fla.tekretsen som er skissert på figur 1; Figur 4a, 4b og 4c illustrerer grafisk karakteristikker ved en akustisk signatur; og Figur 5 er et flytskjema som illustrerer en fremgangsmåte for å bestemme løpetiden til en akustisk puls.

Det vises nå til figur 1 hvor det er vist et forenklet funksjonsmessig skjema over en utførelsesform av oppfinnelsen, og hvor det mer spesielt er vist en loggesonde 2 som passende kan omfatte en akustisk loggeseksjon 5 anordnet for å tilveiebringe passende målinger av karakteristikkene til formasjoner som omgir et borehull (ikke vist). Målinger blir overført fra borehullet til overflaten ved hjelp av en konvensjonell loggekabel 7 som er anordnet for å dreie et skivehjul 8 eller lignende, for å tilveiebringe en korrelativ indikasjon på den borehullsdybde ved hvilken disse målingene blir tatt. Mer spesielt kan skivehjulet 8 også være koblet til en passende dybdekoderkrets 10 ved hjelp av en drivaksel 9 eller lignende, hvorved dybdekoderkretsen 10 vil levere et fun-sjonsmessig korrelativt dybdemålesignal 12 til overflatedelen av boreplassystemet 11 i forbindelse med de målingene som tilveiebringes over loggekabelsen 7.

Den akustiske loggeseksjonen 5 omfatter en første sendertransduser (T^) 100, en første mottagertransduser (R^.) 102, en andre mottagertransduser (R2) 103 og en andre sendertransduser (T,,) 101. Den akustiske loggeseksjonen 5 omfatter også undergrunnselektronikk 400 som vil bli forklart under henvisning til figur 2.

Det er velkjent å tilveiebringe borehullskompensasjon ved

å bruke to sendere og to mottagere ved en midlingsteknikk for å kompensere for utvaskninger og lignende uregelmessigheter i borehullet. Den borehullskompenserte anordningen med dens to sendere og to mottakere krever fire påfølgende sykluser for å fullføre en intervalltidsmåling.

Dette skyldes fremgangsmåten med alternerende mottagere for å overføre de mottatte akustiske signalene til overflaten i sin hel-het. Rekkefølgen for å foreta en slik avlesning, er som følger: (1) Puls sendertransduser T, og mål tiden det tar for lyden å forplante seg til mottager R2, idet denne tiden betegnes T^R2• (2) Puls igjen og mål tidsintervallet til mottager idet denne tiden betegnes T-[_R3_'(3) Puls sender T2og mål den tiden det tar for lyden å forplante seg til mottager R^, idet denne blir betegnet T2R^. (4) Puls sender T2og mål tiden det tar for akustiske energien- å nå mottager R2, idet denne betegnes T2R2"

Disse målingene blir kombinert som vist nedenfor for å oppnå en komplett måling av tidsintervallet mellom mottagerne R^ og R,,:

Det vises nå til figur 2 hvor det er vist en akustisk loggeseksjon 5 i sonden 2 som kan anvendes i forbindelse med overflatesystemet 11 for å måle lydoverføringskarakteristikker for formasjonslag som gjennomtrenges av et borehull. Disse karakteristikkene kan igjen være funksjonsmessig forbundet med fysiske parametre som er nyttige når det gjelder å bestemme hydrokarbon-innhold, slik som porøsitet. Som nevnt omfatter en typisk akustisk loggeseksjon 5 i sonden 2 et par akustiske sendere 100 og 101 for levering av utbrudd av akustisk energi til den omgivende .formasjon, om ønsket som respons på passende signaler generert fra overflatesystemet 11, eller alternativt generert i sonden 2. Man vil videre se at det er tilveiebrakt et par akustiske mottagere 102 og 103 for mottagelse av akustisk energi fra den omgivende formasjonen som respons på den akustiske utbrudd som leveres av senderne 100-101.

I den foretrukne operasjonsmodus for seksjonen 5 i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, kan styresignaler fra overflatestystemet II som styrer tidene for avfyring av senderne 100 og 101, fortrinnsvis sendes på en passende leder 104a i loggekabelsen 7 til en passende senderlogikkrets 104. På lignende måte kan det være tilveiebrakt en en mottagerlogikkrets 110 for å motta signaler, fortrinnsvis fra overflatesystemet 11, på leder 110a i loggekabelsen 7. Etter behandling av signalet på leder 104a som inneholder informasjon vedrørende rekkefølgen for senderavfyring og lignende, kan logikkretsen 104 være anordnet for å generere en utmatning 104b til neller-port 105.

På tilsvarende måte kan mottagerlogikkretsen 110 sende

et passende signal 110b til neller-port 105 som inneholder informasjon vedrørende rekkefølgen for mottagerinnkobling og lignende som overføres til mottagerlogikkretsen 110 110a, og neller-porten kl05 kan deretter generere en passende utmatning 105a til forforsterkere 112 og 113.

Som beskrevet mer detaljert i det følgende, er formålet med utmatningen 105a å styre innkoblingen av forforsterkerne 112

og 113 for å akseptere signaler fra en spesiell mottager 102 og 103 på en forutbestemt måte. Det skal bemerkes at neller-porten 105 videre kan tilveiebringe et forsinkelsesinngangssignal 105b til en passende forsinkelseskrets 106 som gir eventuelle transienter på loggekabelen forårsaket av logiske pulser på lederne 110a og 104a eller lignende, nok tid til å forsvinne før energisering av senderne 100 elles 101, Forsinkelseskretsen 106 kan videre tjene til å gi sender- og mottager-porter i forforsterkerne 112-113 og i senderdrivkretsen 109 nok tid til å innstille seg til sine korrekte tilstander og tilveiebringe nok tid til å få alle transienter som genereres av dem, til å forsvinne. Ved slutten av ovennevnte for-sinkelse som genereres av forsinkelseskretsen 106, blir en forsin-kelsesutmatning 106a levert til en konvensjonell dobbelt neller-port 107. Man kan se at neller-porten 107 er anordnet for•å tilveiebringe et senderkoblingssignal 107a til senderkobler 114, som, som respons på dette, overfører et senderinnkoblingssignal 114a til senderdrivkretsen 109. Formålet med senderdrivkretsen 109 er å overføre energi på dens utganger 109a og 109b til hhv. senderne 100 og 101 som respons på senderinnkoblingssignalet 114a. Dette vil igjen få senderne 10& og 101 til å levere utbrudd av akustisk energi til de omgivende formasjoner på konvensjonell måte. Det skal bemerkes at senderdrivkretsen 109 for å tilføre senderne 100-101 energi, blir forsynt med kraft på leder 108a fra en konvensjonell kraftforsyning 108 som fortrinnsvis mottar kraft fra overflatesystemet 11 over leder 108b. Ved mottagelse av akustisk energi fra

de omgivende formasjoner som respons på utbrudd av akustisk energi levert av senderne 100-101, vil mottagerne 102-103 levere sine ut-matninger som er funksjonsmessig forbundet . med denne mottatte energien, på ledere 102a og 103a til passende forforsterkere 113 og 112. Utmatningene fra disse forforsterkerne 113 og 112 vil så bli levert på henholdsvis leder 113a og 112a til forsterker/bufferkrets 111, hvor de blir ytterligere forsterket og overført til en passende analog/digital-omformerkrets på forsterkerutgang 115,.der de kan digitaliseres og behandles, eller de blir overført direkte til overflatesystemet 11 på leder 115a i loggekabelen 7 for digitalisering og behandling. Behandlingen av den digitaliserte akustiske signaturen vil bli forklart mer detaljert i det følgende under henvisning til andre figurer.

Som forklart blir portsignalutmatningen 105a tilveiebrakt til forforsterkerne 112-113 for å styre, på forutbestemt måte, de tider til hvilke responser fra mottagerne 102-103 blir levert til forsterker/buffer-kretsen 111. I tillegg til å forsterke akustiske signaler på lederne 112a og 113a for eventuell overføring til overflatesystemet 11, kan. forsterker/buffer 111 videre generere én markeringspuls som respons på utmatningen ,107b fra neller-porten 107. Formålet med denne pulsen er å tilveiebringe en indikasjon på at en sender er blitt energisert, for å lette behandlingen og lignende av det akustiske signalet på utgang 115 og 115a.

Det vises nå til figur 3 hvor det er vist et sterkt forenklet funksjonsskjema over en del av overflatekretsene som omfatter det apparatet som er lokalisert ved overflatesystemet 11, og-som illustrerer en spesiell konstruksjon av en del av overflatesystemet 11 som er passende for å oppnå, behandle, registrere, lagre, og lignende, informasjon vedrørende akustiske loggemålinger, og mer spesielt.fra loggeseksjonen 5. Som man ser av figur 3, genererer styrekretsen 40 fortrinnsvis loggedatainstruksjonssignaler 44 som kan være funksjonsmessig forbundet med dybden av sonden 2, og som kan være utledet fra informasjon som er tilført hovedstyrekretsen 40 fra dybdestyrekretsen 33 over dybdedata/styre-kanal 46. Selv om avfyringen av de akustiske senderne i den foretrukne utførelses-formen er funksjonsmessig forbundet med dybden av instrumentet i . borehullet, kan senderne også styres, ved hjelp av tidsbasert pulsing, som velkjent på området.

Instruksjonssignal 44 kan overføres til en passende senderavfyrings-krets 66 som så genererer .et senderavfyringssignal 66a som inneholder nødvendig informasjon for den akustiske loggeseksjonen, inn-befattet signaler for tri.gging av senderne 100-101 og mottagerne 102-103 (figur 2), og lignende. Følgelig kan avfyringssignalet 66a leveres til linjestyringskrets 23, som igjen kan være tilpasset av instruksjonssignalet 44 fra hovedstyrekretsen 40 til å levere av-fyringssignal 66a til den passende leder i loggekabelen 7, slik at det blir overført til senderlogikkretsen 104 og mottagerlogikk-krétsen 110 i den akustiske loggeseksjonen som er vist på figur 2.

Det vises igjen til figur 3 hvor det som en illustrasjon kan antas at som respons på et passende.senderavfyringssignal 66a1 mottatt av den akustiske loggeseksjonen 5 på kabelen 7, har akustisk energi blitt levert til og mottatt fra formasjonen av den akustiske loggeseksjonen 5, og det kan videre antas at en funksjonsmessig respons på dette er tilstede på loggekabelen 7. Følgelig, og som mer spesielt illustrert på figur 3, kan disse akustiske responsene.hensiktsmessig overføres over loggekabel 7 til linjestyrekretsen 23 som kan velge den leder i loggekabelen 7 som inneholder disse responsene. Disse valgte målesignalene Kan deretter overføres som utmatning 24 til signalformingskretsen 25, som på passende måte kan tilpasse disse signalene på loggekabel 7 for senere behandling. De formede signalene 26 kan deretter leveres til synkroniserings-detektgrk^etsen 27.Utmatning 27c fra synkdetektor 27 blir koblet til en høyhastighets analog/digitalomformer 31 ved forekomst.av en synkroniseringspuls ved synkdetektoren 27.

Tilpassede signaler 26 tilføres også binærforsterker 28. Utmatingen 28a fra binærforsterkeren 28 vil så bli levert til ana-log/digital-omformeren 31 som har blitt aktivert av innmatning 27c.

I enkelte tilfeller har de signalene som når binærforsterkeren 28

en slik størrelse at forsterkning eller dempning ikke er nødvendig. Slike signaler blir følgelig overført direkte til omformeren 31 gjennom forsterker 28 uten å endres. Etter omforming av de analoge signalene 28a av omformeren 31, kan disse digitale signalene deretter passende overføres til inngang 32a på gjenvinningsstyrekretsen 32 og deretter overføres til hovedstyrekretsen 4 0 på leder 32 b for videre overføring til primærlager 56 for å tillate akustisk signaturbehand-ling i sann tid. Et forsterkningsstyresignal 45 kan sendes til

binærforsterkeren 28 fra gjenvinningsstyrekretsen 32, som igjen kan utlede passende forsterkningsstyreinformasjon fra hovedstyre- . kretsen 4 0 som blir overført til gjenvinningsstyrekretsen 32 på data/instruksjons-signalleder 44.

Som antydet på figur 3, kan det være ønskelig å frem-

vise diverse informasjoner vedrørende den akustiske loggeseksjonen 5, slik som sanntids akustiske signaturer, for overvåknings-formål og lignende. Mer spesielt kan akustisk informasjon som er tilstede på utgang 26 overføres som akustisk signatursignal 180a til en passende forsterker 184 og. deretter til oscilloskopet 185

på utgang 184a.

Dessuten kan det være ønskelig å tilveiebringe en markeringsgenera-torkrets hvor informasjon i tillegg til det akustiske signatursig-nalet 180a og funksjonsmessig forbundet med dette, samtidig kan fremvises i form av synlige markeringer eller indikatorer på oscilloskop 185. Denne kretsen kan følgelig omfatte en klokke 181 som sender tidssignaler på utgang 181a til en nedteller 182, som igjen kan være anordnet for å sammenligne signaler fra klokken 181 med informasjon fra hovedstyrekretsen 40 som blir sendt til ned-telleren 182 på datainstruksjonssignalet 44. Ved denne sammen-ligningen kan telleren 182 fortrinnsvis tilveiebringe et teller-signal 186 til en passende monostabil multivibrator 183, som igjen kan generere en hensiktsmessig pulsutmatning 187 som blir sendt til forsterker 184 for fremvisning på oscilloskop 185.

Virkemåten til kretsen på figur . 3 kan forstås bedre ved

å studere figurene 4a, 4b og 4c, og den følgende beskrivelse av den akustiske signaturbehandlingen for å utlede valgte parametere i henhold til formålet med den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen.

Som nevnt blir den akustiske signaturen 401 som er vist på figur 4a,

overført fra den akustiske loggeseksjonen 5 i sonden 2 ved hjelp av loggekabelen 7. Linjestyrekretsen 23 velger en leder i kabelen 7 som fører den akustiske signaturen 401 og overfører bølgeformen via inngang 24 til signaltilpasningskretsen 25. De tilpassede signalene 26 blir samtidig tilført synkdetektor 27 og binærforsterker 28.

Synkdetektor 27 bestemmer tilstedeværelsen av synkroniseringspuls 402 på den akustiske signaturen 401, som indikerer avfyringen av en sender i borehullet. Utgang 27c vil så aktivere den høyhastighets analog/digital-omformeren 31 for å tillate digitalisering av den

akustiske signaturen 4 01.

Tilpassede signaler 26 tilføres også binærforsterker 28. Forsterker 28 kan enten videre-føre den akustiske signaturen uendret, eller som forklart nedenfor, kan regulere amplityden til den akustiske signaturen slik at den vil falle innenfor det optimale ampli-tydeområdet som kan digitaliseres av A/D-omformer 31. Denne auto-matiske forsterkningsstyring som er basert på et styresignal utledet fra en tidligere akustisk signatur, eliminerer mange av de foran-nevnte problemer som skyldes kontinuerlig varierende signalainplityder, og tillater derfor en mer pålitelig behandling av akustiske signal-parametere.

Utmatning 28a fra binerforsterker 31 blir omformet av den høyhastighets analog/digital-omformeren 31 til digital form. Selv om det i den foretrukne utførelsesformen ble valgt en samplingshas-tighet på 2 mikrosekunder, vil man innse at samplingshastigheten er gjenstand for et konstruksjonsmessig valg. Den digitale representasjon av den akustiske signaturen, som er delvis illustrert på

figur 4b, blir overført fra gjenvinningsstyrekretsen 32 til hovedstyrekretsen 40 på inngang 32b. Styrekretsen 40 overfører den digitale representasjonen av den akustiske signaturen til primær-lageret på inngang 58, hvor det er tilgjengelig for behandling før den akustiske signaturen som genereres fra den neste senderavfyringen ankommer til overflateelektronikken.

Behandlingen av den akustiske signaturen for å utlede den parameter som svarer til hastighet eller løpetid, vil bli best forstått under henvisning til figur 4b i forbindelse med. figur 5. Som nevnt igangsetter deteksjonen av en synkpuls 4 02 av synkdetektoren 27, omformeren 31, slik at den akustiske signaturen vil bli omformet til digital for som illustrert på figur 4b. Som vist på figur 4b blir også synkpulsen 403 brukt til å generere en bølgeform med en konstant helning 403, noe som muliggjør et nøyaktig første referansepunkt for beregning av hastighet eller løpetid. Det første referansepunktet (T ) 4 04 vil være det punkt ved hvilket den konstante helningen krysser nullspenningsnivået 407, og det blir funnet ved å bestemme den siste positive samplingen 4 05 før kryssing av nullspenningsnivået 407, og ved å bestemme den første negative samplingen 406 etter kryssing av nivået 407. Interpolasjon mellom 405 og 406 gir punktet (Tq) 404, som er det punktet som skal innlede tidsmålingen for den signaturen som behandles.

Det vises igjen til figur 4b og figur 5 hvor den digitaliserte signaturen som har en karakteristisk form, blir kontrollert for å finne en negativ sampling 408. Den negative samplingen 408

vil være den siste negative.samplingen før det mottatte akustiske signalet krysser nullspenningsreferansen 407. Samplingene blir så kontrollert for deteksjon og måling av den første positive samplingen 409 etter kryssing av nullspenningsnivået 407. Med begge samplingene 408 og 409 kan det eksakte punktet for koinsidens 410 mellom nullspenningsreferansen 407 og den første ankomsten 411, bli funnet ved interpolasjon og vil gi det andre målepunktet T for^en signaturen som behandles. Den akustiske løpetiden for denne spesi-elle avfyringen av en sender, er således tiden fra det første refe-<ran>sepunktet (T0) 404 til det første målepunktet (T^ 410.

Prosessen blir gjentatt for hver etterfølgende senderavfyring for å tilveiebringe en tidsmåling for hver senderavfyring, som så kan brukes ved beregning av den gjennomsnittlige løpetid, som forklart foran.

Før målepunktet 410 vil bli akseptert som et virkelig målepunkt, må den første ankomsten 411 oppfylle visse kriterier. Den første ankomsten 411 blir kontrollert for å bestemme at den ligger innenfor et visst amplitydeområde. Toppamplityden blir beregnet på samme måte som tidsmålepunktet og kan forstås ved å se på figur 4c. Den første ankomsten blir analysert for å finne den siste samp-

lingen på den positive helningen 412, og den første samplingen 412

og 413 gir toppspenningspunktet. Den samme analysen blir gjort på

den andre ankomsten 414 av grunner som vil bli nærmere forklart i det etterfølgende. I tillegg blir den første ankomsten 411 målt for å bestemme at det antall samplinger som er tilstede, er over et minste forutbestemt tall og under et største forutbestemt tall, for derved å sikre at ankomsten 411 har en forutbestemt form og størrelse. Ved å bestemme at den første ankomsten 411 oppfyller de fastslåtte kriterier, blir det sikret at målepunktet 410 ikke er et produkt av tilfeldig støy.

Straks amplitydene til den første ankomsten 412 og den andre ankomsten 414 er bestemt, blir spenningene kombinert for å generere styresignal 45 på figur 3, som vil bli brukt til å regulere amlityden for den neste akustiske signaturen som genereres av det identiske sender/mottager-paret. Som nevnt vil forsterker 28 bli regulert for å optimalisere amplityden til den akustiske signaturen for pålitelig behandling.

I den foretrukne utførelsesformen er det ønskelig å ha maksimal støyimmunitet slik at det foretas en mest mulig nøyaktig og pålitelig tidsmåling. For å oppnå dette blir det anvendt en støy-forkastelsesport. Etter at målepunktet 410, som vanligvis benevnes nullgjennomgangspunktet, er blitt bestemt, blir en forutbestemt tidsstørrelse subtrahert fra nullgjennomgangspunktet 410.' I den .følgende syklus fra det samme sender/mottager-paret vil alle samplinger etter det første referansepunktet (T0)°9fØr nullgjennomgangspunktet minus det forutbestemte tidsintervallet, bli oversett. I realiteten er det skapt en støy-immunitetsport som blir effektiv straks etter måling av det første referansepunktet og som avsluttes før straks nullgjennomgangsmålepunktet. Eventuell støy som kan være tilstede på den akustiske signaturen etter det første referansepunktet og før slutten av støy-immunitetsporten, vil ikke påvirke tidsmålingen. Man vil se at støy-immunitetsporten representerer et konstant tidsintervall subtrahert fra nullgjennomgangspunktet, noe som resulterer i at støyimmunitetsporten varierer konstant i tid i forhold til det første referansepunktet. Ved å gjøre støy-immunitetsporten avhengig av formasjonshastigheten, blir det sikret at den første ankomsten 411 ikke vil krysse over til et punkt innenfor støy-immunitetsporten hvor det blir forkastet som støy, eller bevege seg så langt vekk fra slutten av støy-immunitets-intervallet'at støyforkastelsesfunksjonen går tapt, noe som ville kunne inntreffe hvis støy-immunitetsporten var avhengig av det første referansepunktet, som i teknikkens stand.

Som før nevnt blir hele den akustiske signaturen omformet til digital form for behandling. Ved å digitalisere hele signaturen, måler styrekretsen 4 0 kontinuerlig amplityden for å bestemme det punkt ved hvilket den mottatte akustiske bølgeformen har dødd ut eller minsket til nullspenningsnivået 407 som antydet generelt ved 415 på figur 4b. Bestemmelsen av at hele den mottatte bølgeformen er avsluttet, tillatter optimalisering av repetisjonsfrekvensen til senderavfyringen. For å forklare dette nærmere: avfyringen av den etterfølgende sendersyklusen kan forandres i tid slik at kort etter at en mottatt bølgeform har døddut, blir den neste senderen igang-satt.

Forandringen av senderrepetisjonsfrekvensen blir utført ved enten

å forandre den hastighet ved hvilken instrumentet gjennomløper et borehull, i det tilfelle hvor det benyttes en dybdesynkronisert avfyringsmetode, eller styrekretsen 40 kan endre avfyringsfrekvensen når det brukes en tidssynkronisert avfyringsmetode.

Ved kontinuerlig å overvåke og endre den akustiske senderavfyringsfrekvensen, blir det sørget for en optimalisert avfyringsfrekvens uansett den formasjon som evalueres.

Mange modifikasjoner og variasjoner foruten de som er spesielt nevnt,, kan foretas i de teknikker og konstruksjoner som er beskrevet her og skissert på de vedføyde tegninger, uten å avvike vesentlig fra rammen for den foreliggende oppfinnelse. Følgelig er det klart at de former av oppfinnelsen som er vist og illustrert her, bare er eksempler som ikke begrenser rammen for den foreliggende oppfinnelse.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for bestemmelse av løpetiden for akustisk energi i undergrunnsmaterialer som gjennomtrenges av et borehull,

   karakterisert ved ;

   genering av akustisk energi ved en posisjon i borehullet,

   detektering av akustisk energi ved en forutbestemt distanse fra nevnte posisjon av akustisk energigenerering,

   frembringelse av en eletrisk representasjon av den detekterte akustiske energi relativt til et forutbestemt spenningsnivå,

   overføring av den elektriske representasjonen til et overflatested,

   utledning fra den elektriske representasjon av en digital representasjon av den detekterte akustiske energien,

   bestemmelse fra den digitale representasjonen av et første punkt som er funksjonsmessig forbundet med genereringen av akustisk energi, og av et andre punkt som er funksjonmessig forbundet med den første koinsidens mellom den elektriske representasjon av akustisk energi og det forutbestemte spenningsnivå, og

   utledning av en indikasjon på hastigheten til den akustiske energien over nevnte forutbestemte distanse av grunnmaterialene i forhold til den delen av nevnte digitale representasjon som ligger mellom det første og det andre punktet.
2. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved generering fra den digitale representasjonen av et amplitydestyresignal som er funksjonsmessig forbundet med amplityden til den detekterte akustiske energien.
3. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved måling av slutten av den akustiske energien, og generering av et styresignal som er funksjonsmessig forbundet med den målte slutten for bruk til optimalisering av frekvensen for genereringen av akustik energi.
4. 4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved generering av en støy-immunitetsport som er funksjonsmessig forbundet med det andre punktet i den nevnte digitale representasjon av den akustiske energien.
5. 5. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den akustiske energien blir generert pa en dybdeavhengig basis.
6. 6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at bestemmelsen av det' første punktet omfatter generering av et signal med konstant helning som er funksjonsmessig forbundet med genereringen av akustisk energi, og bestemmelse av koinsidenspunktet mellom helningen og det forutbestemte spenningsnivået.
7. 7. Apparat for bestemmelse av hastigheten til akustisk energi i en forutbestemt distanse av grunnmaterialer som gjennomtrenges av et borehull, karakterisert ved :

   Minst en akustisk sender for generering av akustisk energi ved en posisjon 1 borehullet,

   minst en akustisk mottager for detektering av akustisk energi ved en forutbestemt distanse fra nevnte posisjon for akustisk energigenerering,

   midler for frembringelse av en elektrisk representasjon for den detekterte akustiske energien relativt til ét forutbestemt spenningsnivå,

   midler for overføring av nevnte elektriske representasjon til et

   overflatested,

   midler for omforming av den elektriske representasjon til en digital representasjon av den akustiske energien,

   midler for bestemmelse fra den digitale representasjonen av et første punkt som er funksjonsmessig forbundet med senderens generering av akustisk energi,

   midler for bestemmelse fra den digitale representasjonen av et andre punkt som er funksjonsmessig forbundet med mottagerens detektering av den genererte akustiske energi, og

   midler for måling av tidsintervallet mellom det første og det andre punktet for å gi en indikasjon på hastigheten til den akustiske energien over den forutbestemte distansen.
8. 8. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved midler for generering fra den digitale representasjonen av et amplitydestyresignal som er funksjonsmessig • forbundet med amplityden til den detekterte akustiske energi.
9. 9. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved midler for bestemmelse av slutten av den mottatte energien, og midler for generering av et elektrisk signal som er funksjonsmessig forbundet med den detekterte slutt og som skal brukes for å optimalisere avfyringsfrekvensen av senderen.
10. 10. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved midler for generering av en støy-immunitetsport som er funksjonsmessig forbundet med nevnte andre punkt på den digitaliserte representasjon av den akustiske energien.
11. 11. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved at den akustiske senderen blir aktivert på en dybdeavhengig basis.