NO833903L - Fremgangsmaate og anordning for logging av et borrehull - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår borrehullslogging generelt og mer spesielt akustisk skjærbølgeborehulls-logging.

Ved akustisk borrehulls-logging er det vanlig å måle kom-presjonsbølgehastigheten til jordformasjoner som omgir borrehull. Et konvensjonelt kompresjonsbølgehastighetlogge-system omfatter en sylindrisk loggesonde som nedsenkes i en borrehullvæske, en kilde forbundet til sonden for å generere kompresjonsbølgen i borrehullvæsken, og en eller flere detektorer forbundet med sonden og adskilt fra kompre-sjonsbølgekilden for å detektere kompresjonsbølger i borrehullvæsken. En kompresjonsvæske i borrehullvæsken som er generert av kilden blir avbøyd inn i jordformasjonen som omgir borrehullet. Den forplanter seg gjennom et parti av formasjonen og blir avbøyd tilbake inn i borrehullvæsken

ved et punkt som ligger nær inntil detektoren og blir så detektert av detektoren. Forholdet mellom avstanden mellom kilden og detektoren og tiden mellom generering og detektering av kompresjonsbølgen gir kompresjonsbølge-hastigheten til formasjonen. Avstanden mellom kilde og detektor er vanligvis fast og kjent, slik at måling av tiden mellom kompresjonsbølge-generering og detektering er tilstrekkelig for å bestemme kompresjonsbølgehastigheten til formasjonen. For å oppnå større nøyaktighet, er en slik distanse vanligvis mye større enn dimensjonene til kilden eller detektoren. Informasjon som er viktig for å produsere olje og gass fra underjordiske jordforma-

sjoner kan avledes av kompresjonsbølgehastighetene til slike formasjoner.

Når en kompresjonsbølge som er generert av en kompresjons-bølgekilde i borrehullvæsken når borrehullveggen, frembringer den en avbøyd kompresjonsbølge i den omgivende jordformasjonen som beskrevet ovenfor. I tillegg frembringer den også en avbøyd skjærbølge i den omgivende jordformasjonen, og styrte bølger som forplanter seg i borrehullvæsken og delen av formasjonen som ligger nær inntil borrehullet.

En del av en slik skjærbølge blir avbøyd tilbake inn i borrehullvæsken i form av en kompresjonsbølge og når detektoren i loggesonden. De styrte bølgene blir også detek-

tert av en detektor. En hvilken som helst bølge som er en av de tre typene bølger detektert av detektoren, kan kalles en ankomst: kompresjonsbølgene i borrehullvæsken forårsaket av avbøyning av kompresjonsbølger i formasjonen kan kalles kompresjonsbølgeankomstene, disse forårsaket av avbøyning av skjærbølger i formasjonen kan kalles skjærbølge-ankomstene og disse forårsaket av styrte bølger kan kalles de styrte bølgeankomstene. Således er signalet detektert av detektoren et sammensatt signal som omfatter kompresjonsbølge-ankomsten, skjærbølgeankomsten og styrtbølgeankostene. Kompresjonsbølger forplanter seg hurtigere enn skjærbølger

og skjærbølger forplanter seg vanligvis hurtigere enn de styrte bølgene. I det sammensatte signalet detektert av detektoren er derfor kompresjonsbølgeankomsten den første ankomsten, skjærbølgeankomsten den andre ankomsten og de styrte bølgeankomstene de siste ankomstene. Ved å måle kom-pres jonsbølgehastigheten til formasjonen, gir tidsintervallet mellom generering av kompresjonsbølger og detektering av første ankomsten detektert av detektoren den omtrentlige forplantningstiden til den avbøyde kompresjonsbølgen i formasjonen. Følgelig vil de senere skjærbølge og styrte-bølgeankomstene ikke påvirke måling av kompresjonsbølge-hastighet i formasjonen.

I tillegg til å forplante seg over en vertikal distanse i formasjonen som er omtrent lik distansen mellom kilden og detektoren, forplanter kompresjonsbølgen seg også over korte avstander i væsken. Den ekstra tiden som er nødvendig for å forplante seg i slike korte distanser, introduserer feil i hastighetsloggen. For å minske slike feil anvender konvensjonelle loggeinnretninger i det minste to detektorer som er adskilt vertikalt fra hverandre langs borrehullet. Tids intervallet mellom detektering av de to detektorene blir målt i stedet for tidsintervallet mellom transmisjon og detektering. Forholdet mellom avstanden mellom de to detektorene og slikt tidsintervall, gir kompresjonsbølge-hastigheten. Siden kompresjonsbølgen forplanter seg over omtrent like korte avstander i borrehullvæsen før den når de to detektorene, er tidsintervallet mellom detektering av de to detektorene et mer nøyaktig mål på den virkelige forplantningstiden i formasjonen. Anvendelse av to detektorer og måling av tiden mellom detektering av de to detektorene, gir derfor en mer nøyaktig kompresjonsbølgehastighet. Andre falske effekter så som endringer i borrehullstørrelsen og sondehelning, kan reduseres ved hjelp av konvensjonelle innretninger. Slik innretning er beskrevet i Log Inter-pretation, Volume 1 - Principles, Schlumberger Limited,

New York, N.Y. 10017, 1872 Edition, sidene 37-38.

Det er vel kjent at skjærbølgehastighetslogging også kan

gi informasjon som er viktig for å produsere olje og gass fra underjordiske jordformasjoner. Forholdet mellom skjær-bølgehastigheten og kompresjonsbølgehastigheten kan avdekke fjell-litologien til de underjordiske jordformasjonene. Skjærbølgehastighetsloggen kan også gjøre det mulig å om-danne seismiske skjærbølgetidsseksjoner til dybdeseksjoner. Skjærbølgeloggen er nyttig ved å bestemme andre viktige egenskaper til jordformasjoner så som skjærspenning, porøsi-tet, væskemetning og tilstedeværelsen av sprekker. Skjær-bølgeloggen kan også være nyttig for å bestemme spennings-tilstanden rundt borrehullet, hvilket er svært viktig ved utforming av hydrauliske sprekkbehandlings-anordninger.

Den konvensjonelle kompresjonsbølgelogge-kilden og kompre-sjonsbølgene som denne genererer i borrehullvæsken er symetrisk om loggesondeaksen. Når slike kompresjonsbølger blir avbøyd inn i den omgivende jordformasjonen, er de rellative amplitudene til de avbøyde skjær og kompresjons- bølgene slik at det er vanskelig å skille den siste skjær-bølgeankomsten fra den tidlige kompresjonsbølgeankomsten,

og fra tilbakekastingene i borrehullet forårsaket av av-bøyning av kompresjonsbølgen i formasjonen. Det er derfor vanskelig å anvende en konvensjonell symetrisk kompresjons-bølgekilde til logging av skjærbølgehastighet. Korregasjons-teknikker er blitt anvendt for å trekke ut skjærbølgeankomsten fra det fullstendige akkustiske bølgetoget som er opptegnet. Slike teknikker krever imidlertid vanligvis bearbeidelse av data ved hjelp av en datamaskin, slik at skjærbølgehastig-hetene ikke kan logges fortløpende. Det kan også være vanskelig å trekke ut skjærbølgeankomsten dersom den er nær i tid til kompresjonsbølgeankomsten.

Assumetrisk kompresjonsbølgekilder er blitt utviklet for å logge skjærbølgehastighet. Ved anvendelse av slike kilder kan amplituden til skjærbølgeankomsten være vesentlig høyere enn amplituden til kompresjonsbølgeankomsten. Ved å justere utløsernivået til detektering-og opptegningssystemene for å diskriminere mot kompresjonsbølgeankomsten, blir skjær-bølgeankomsten detektert som den første ankomsten. Det kan således være mulig å bestemme forplantningstiden til skjærbølger i formasjonen og derfor skjærbølgehastigheten. Slike asymmetriske kilder genererer hver i borrehullvæsken med en positiv kompresjonsbølge i en retning og en samtidig negativ kompresjonsbølge i den motsatte retningen. Inte-ferensen mellom de to kompresjonsbølgene kan sørge for at skjærbølgeankomsten er sterkere enn kompresjonsbølgeankom-sten. Assymetriske kilder er vist av Agona og Co.,EPC patentsøknad nr. 31989, White, U.S. patent nr. 3.593.255

og Kitsunezaki, U.S. patent nr. 4.207.961.

Angona patentsøknaden viser en vend-r-type kilde som omfatter to sirkulære piezoelektriske plater limt sammen og festet til en loggesonde. Når spenning blir påtrykt over de to piezoelektriske platene, vil platene bøye seg. Bøyingen av transduserplatene skaper en positiv kompresjonsbølge i en retning og en samtidig negativ kompresjonsbølge i den motsatte retningen. White patentet viser en kompre-sjonsbølgekilde som omfatter to piezoelektriske segmenter, hver i form av en halv hulsylinder. De to segmentene er satt sammen for å danne en delt sylinder. De to segmentene har motsatt polarisasjon og elektrisk spenning blir påtrykt på hvert segment og forårsaker at et segment utvider seg radielt og forårsaker samtidig, at det andre segmentet trekker seg sammen radielt, og derved frembringes en positiv kompresjonsbølge i en retning og en samtidig negativ kom-presjonsbølge i den motsatte retningen. I Kitsunezaki-patentet blir spoler montert på en spoleanordning og plassert i det magnetiske feltet til en permanentmagnet og strøm blir matet gjennom spolene for å drive spoleanordningen. Bevegelsen av spoleanordningen sender ut en mengde vann i

en retning og samtidig suger et ekvivalent volum vann i den motsatte retningen, og derved genereres en positiv trykkendring i en retning og en samtidig negativ trykkendring i den motsatte retningen.

Fremgangsmåten og anordningen i henhold til denne oppfinnelse blir brukt til å logge skjærbølgehastigheten til en jordformasjon som omgir en brønn eller et borrehull. Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen omfatter å sende en 2n<->pol skjærbølge gjennom jorden langsmed brønnen hvor n er et heltall større enn 2, og detektering av 2n<->pol skjærbølge-ankomsten ved i det minste ett punkt longitudinalt adskilt langs brønnen fra transmisjonspunktet. Dersom skjærbølge-ankomsten detekteres ved to punkter, blir tidsforsinkel-

sen mellom detekteringene ved de to punktene målt for å bestemme skjærbølgehastigheten i jorden som omgir brønnen. Dersom skjærbølgeankomsten blir detektert bare ved ett punkt, blir tidsrommet mellom transmisjon og detektering av skjærbølgesignalet målt for å bestemme skjærbølge-hastigheten i jorden. Anordningen i henhold til oppfinnelsen omfatter et hus tilpasset til å bli hevet og senket

ned i en brønn, signalgenereringsinnretninger i huset for å sende en 2n<->pol skjærbølge inn i jordformasjonen som omgir brønnen hvor n er et heltall større enn 2, og signal-detekteringsinnretninger i huset longitudinalt adskilt langs brønnen fra signalgenereringsinnretningen for å detektere ankomsten av en slik skjærbølge.

Fremgangsmåten og anordningen er nærmere angitt i de etter-følgende patentkrav.

Oppfinnelsen skal nå beskrives med henvisning til tegningene, hvor

figur 1 viser skjematisk et akustisk loggesystem i henhold til oppfinnelsen;

Figur 2 er en forenklet perspektivtegning av en oktopolskjær-bølgeloggeinnretning og viser den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen; Figur 3 viser et tverrsnitt av oktopol skjærbølgeloggekilden på figur 2 tatt etter linjen 3-3; Figur 4 er en forenklet perspektivtegning av oktopolskjær-bølgeloggeinnretningen på figurene 2 og 3, og viser orienteringen av detektorene i relasjon til oktopolkilden, og de elektriske forbindelsene til kilden og detektorene; Figur 5 er et tverrsnitt av en oktopol skjærbølgelogge-kilde, og illustrerer en alternativ utførelse av oppfinnelsen; figur 6 er et tverrsnitt av en oktopol skjærbølgeloggekilde og illustrerer nok en alternativ utførelse av oppfinnelsen; og figur 7 er et tverrsnitt av en oktopol skjærbølgeloggekilde, og viser enda en alternativ utførelse av oppfinnelsen. Figur 1 viser skjematisk et akkustisk loggesystem i henhold til oppfinnelsen. En loggesonde 10 er tilpasset til å bli hevet og senket ned i en brønn. Sonden inneholder en multi-pol skjærbølgekilde 12 og to detektorer 14, 16. For å starte loggingen, blir soden 10 nedsenket i en væske 18 i et borrehull 20, som er omgitt av en jordformasjon 22. Detektorer 14, 16 er slik forbundet med sonden 10 at de er adskilt longitudinalt fra hverandre langs borrehullet 20 og fra kilden 12. Kilden 12 er forbundet til en avfyrings-og opptegningsstyreenhet 24. Selv om avfyrings-og opptegningsstyreenheten er vist på figur 1 som en enhet som er adskilt fra loggesonden, kan delen av enheten som gir energi til multipolskjærbølgekilden, av hensiktsmessige driftsgrunner, være anordnet i huset til loggesonden. Signaler opptegnet av detektorene 14 og 16 blir matet til et båndpassfilter 26, en forsterker 28 og en tidsintervall-enhet 30. På en måte som blir beskrevet nedenfor blir avfyrings-og opptegningsstyreenheten brukt til å avfyre kilden 12 som frembringer en skjærbølge i formasjonen 22. Skjærbølge-ankomsten blir detektert av detektorene 14 og 16. Sonden 10 inneholder også en for-forsterker (ikke vist på figur 1) som forsterker skjærbølgeankomsten detektert av detektorene 14 og 16. De forsterkede signalene blir så filtrert av filteret 26 og forsterket igjen av forsterkeren 28. Tidsintervallet mellom detekteringen av ankomsten av detektoren 14 og detekteringen av detektoren 16, blir så målt av tidsintervallenheten 30. Et slikt tidsintervall kan lagres eller fremvises etter ønske.

Figur 2 er en forenklet perspektivtegning av en oktopol-sk jærbølgeloggeinnretning og illustrerer den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen. Som vist på figur 2, omfatter loffesonden 10 et antall hule sylindriske seksjoner. Topp-seksjonen 32 inneholder en oktopol skjærbølgeloggekilde (ikke vist på figur 2), og har 6 vinduer 42 som tillater at kompresjonsbølgene generert av kilden forplanter seg derigjennom inn i borrehullvæsken. Seksjoner 34 og 36

som hver inneholder en detektor (ikke vist), er anordnet nedenfor kilden og har også vinduer 44 og 46 som vist på figur 2. De kombinerte kompresjonsbølgene generert av kilden i seksjonen 30 forplanter seg gjennom vinduene 42 og borrehullvæsken 18 for å nå veggen til borrehullet 20. En del av slike kombinerte kompresjonsbølger blir av-

bøyd inn i jordformasjonen 22 i form av en skjærbølge. Etter at en slik skjærbølge har forplantet seg et stykke gjennom formasjonen, blir deler av den avbøyd tilbake inn i borrehullet, inn i borrehullvæsken 18, og når detektorene i seksjonene 34 og 36 gjennom vinduene 44 og 46 respektivt. Tidsintervallet mellom detekteringene av de to detektorene blir så målt som beskrevet.

Terminologien for multipolen er basert på etterfølgende potenser av to, det vil si, 2n, hvor n er et heltall, og n = 1, 2, 3 og så videre. Således omfatter multipolene dipolen (n = 1), kvadrapolen (n = 2) og oktopolen (n = 3). Terminologien for høyere orden multipoler er basert på

2n med n = 4, 5, 6 og så videre.

Figur 3 er et tverrsnitt av oktopol skjærbølgekilden på figur 2 tatt etter linjen 3-3. Seks hovedsaklig like sektorer 62, 64, 66, 68, 70 og 72 av en radielt polarisert pietsoelektrisk hul sylinder er slik rommelig arrangert at de er hovedsaklig koaksiale og slik at de omgir en felles akse. Hovedsaklig den samme elektriske pulsen blir påtrykt over de sylindriske overflatene til hver sektor hovedsaklig samtidig, slik at pulsene forsynt til en hvilken som helst av to tilliggende sektorer er motsatte i polaritet. Dette arrangement er vist på figur 3. Med et slikt arrangement vil,dersom en sektor av den elektriske pulsen blir bragt til å ekspandere radielt, de to nærliggende^sektorene til denne trekke seg sammen radielt og omvendt.

Dersom de sekssektorene er polarisert radielt utover,

så vil retningene for ekspansjon og kontraksjon være som illustrert med de hvite pilene på figur 3. Under kontraksjon av en sektor, vil hele dens indre sylindriske overflate bevege seg innover. Under dens ekspansjon,

vil hele dens ytre sylindriske overflate bevege seg utover. Den kombinerte kompresjonsbølgen generert på

denne måten ved ekspansjonen og kontraksjonen av de seks sektorene, vil avbøye inn i den omgivende jordformasjonen og generere en oktopol skjærbølge. For å detektere okto-polsk jærbølge-ankomsten , kan detektorene være av en konstruksjon lik oktopolskjærbølgekilden illustrert på figur 3, eller på figur 5, som vil bli beskrevet senere.

Det sentrale rommet mellom de seks sektorene er fyllt av et ringformet legeme av støttemateriale 74 for å dempe ned tilbakestrålingen av vibrasjonene fra de seks sektorene slik at den genererte oktopolskjærbølgen blir kort i varighet. Dette ringformede legeme 74 kan være festet til seksjonen 32 ved hjelp av en konvensjonell innretning så som en innsatt spindel 76 gjennom senteret til legemet 74, og hvor det på de to endene av spindelen er skrudd to skiver som passer tett inn i seksjonen 32. De seks sektorene er anordnet på den ytre sylindriske overflaten til legemet 74 og kan være holdt på plass ved hjelp av to ringformede elementer (ikke vist på figur 3) av elastisk støttemateriale som passer tett over de seks sektorene.

De seks sektorene er så posisjonert på seksjonen 32 at hver sektor vender mot ett av de seks vinduer 42, som vist på figur 3. Sektoravstanden mellom vinduene og sektorene er fyllt med olje 78. Vibrasjonene til de seks sektorene vil generere kompresjonsbølger i oljen 78, hvilke bølger blir sendt gjennom vinduet 42 for å generere en oktopol skjærbølge i jorden. Sektoravstanden mellom det olje-fylte rommet er fylt av støttemateriale 80 for å dempe ut tilbakestrålingen av vibrasjonene til de seks sektorene. Figur 4 er en forenklet perspektivtegning av oktopol-sk jærbølgeloggeinnretningen på figurene 2 og 3, og viser orienteringen av detektorene i relasjon til oktopolkilden, og de elektriske forbindelsene til kilden og detektorene. For å detektere kompresjonsbølgen i en borrehullvæske forårsaket av avbøyning av oktopolskjær-bølgen generert av kilden, er detektoren 14 fortrinnsvis også en oktopol detektor av en konstruksjon lik til kilden 12. De seks sektorene er slik plassert av de har hovedsaklig den samme aksen som de seks sektorene til kilden 12, og slik at de har hovedsaklig de samme sideveis posi-sjoner rundt felles akse som sektorene til kilden 12, for å maksimere styrken på det detekterte oktopolsignalet.

De ytre og indre sylindriske overflatene til de seks sektorene til detektoren er forbundet til båndpassfilteret 26 på en måte lik forbindelsene fra de respektive overflatene til kilden 12 til avfyrings-og opptegningsstyreenheten 24. Detektoren 16 er lik detektoren 14, men er for tydelighets-skyld ikke vist på figur 5. For å tillate at de seks sektorene til hver av de to detektorene å detektere okto-polsk jærbølgeankomsten , har hver seksjon 34, 36 på figur 2 fortrinnsvis 6 vinduer 44 og 46 respektivt. Mens detektoren på figur 4 er vist konstruksjonsmessig lik kilden på figur 3, må det forstås at detektorer med en konstruksjon lik kildene på figur 5, 6 og 7 (beskrevet nedenfor) også kan brukes. De seks sektorene eller platene av hver type detektor er fortrinnsvis innrettet sideveis rundt den felles aksen, (det vil si azibutalt) med de seks sektorene til kilden for å maksimere det detekterte signalet.

Figur 5 er et tverrsnitt av en oktopolskjærbølgekilde,

og viser en alternativ utførelse av oppfinnelsen. Seks langstrakte pietsoelektriske sammensatte plater 82, 84,

86, 88, 90 og 92 er således rommelig arrangert at de danner hovedsaklig parallelogrammene til et heksagonalt prisme. Hver av de seks sa-mensatte platene omfatter to motsatt

polariserte pietsoelektriske plater som er limt sammen.

De seks sammensatte platene er festet til seksjonen 32'

av loggesonden ved hjelp av to klemmeplater (ikke vist på figur 5). Hver av de to klemmeplatene har seks spalter i hvilke endene av de seks sammensatte platene er tett innført. De to klemmeplatene er så innsatt i og festet til seksjonen 32' i en slik posisjon at de langstrakte sammensatte platene er i det alt vesentlige parallelle med loggesondeaksen. Partiet av hver sammensatt plate mellom de to endene, vil i det etterfølgende bli kalt "det ikke klemte partiet" eller "det ikke festede partiet". Det må imidlertid forstås at de seks sammensatte platene ikke behøver å være festet til sonden ved sine ender. Festet ved en ende eller et sted mellom de to endene vil være tilstrekkelig. Partiet til hver plate utenom det festede partiet kan således bli kalt "det ikke klemte partiet"

eller "det ikke festede partiet".

Hovedsaklig den samme elektriske pulsen blir påtrykt over

de flate overflatene til hver av de seks sammensatte platene hovedsaklig samtidig.Pulsene påtrykt til hvilket som helst to nærliggende sammensatte plater er motsatt i polaritet, slik at dersom det ikke festede partiet til en sammensatt plate bøyer seg og beveger seg radialt utover, så

vil de ikke festede partiene til de to nærliggende sammensatte platene bøye seg og bevege seg radielt innover. Retningene på bøyebevegelsene til de seks sammensatte platene er vist med hule piler på figur 5. Bøyebevegelsen til hver sammensatt plate vil generere en kompresjonsbølge i borrehullvæsken. Den kombinerte kompresjonsbølgen generert av oktopolkilden vil avbøye seg inn i formasjonen som omgir borrehullet og frembringe en oktopolskjærbølge. For å detektere oktopolskjærebølgeankomsten i borrehullvæsken, er detektoren 14 fortrinnsvis en oktopoltype som kan være av en konstruksjon lik oktopolkilden vist på

figur 3 eller på figur 5. Den ytre overflaten til de sammen-

satte platene til detektoren 14 er forbundet til båndpassfilter 26 i stedet for avfyrings og opptegningsstyreenheten 24. De seks sektorene eller platene til detektoren er fortrinnsvis innrettet azimutalt ved de seks platene til skjærbølgekilden på figur 5.

De sammensatte platene omfatter et par motsatt polariserte pietsoelektriske plater, og er komm-rsielt tilgjen-gelige. Pietsoelektriske sammensatte plater levert av Vernitron Company of Bedford, Ohio, kjent som Bender Bimorphs har vist seg tilfredsstillende. De seks pietro-elektriske sektorene av typen vist på figur 3 og av typen vist på figurene 6 og 7, som skal beskrives i det etter-følgende, er også levert av Vernitron Company.

Figur 6 er et tverrsnitt av en oktopol skjærbølgekilde,

og viser en annen alternativ utførelse av oppfinnelsen.

På figurene 3 og 4 er de seks sektorene til oktopolkilden polarisert radielt. Alternativt kan de seks sektorene være polarisert langs omkretsen som vist ved polarisering-ene av sektorene 102, 104, 106, 108, 110 og 112 på figur 6. De seks sektorene som er polarisert langs omkretsen er i en tilstand som er kjent som ringmodusen. De seks sektorene kan fremstilles av en hul sylindrisk piesoelek-trisk sylinder ved å skjære ut seks smale longitudinale sektorer. En elektrisk puls ble påtrykt tvers over side-flaten til hver av de seks sektorene, slik at det resul-terende elektriske feltet i hver sektor er hovedsaklig parallelt med polarisasjonen. Den elektriske pulsen vil forårsake at hver sektor utvider seg eller trekker seg sammen radielt avhengig av polariteten til pulsen. Dersom sektorene 102, 106 og 110 er polarisert langs omkretsen med klokken, mens de elektriske feltene langs omkretsen har en retning mot klokken som vist på figur 6, vil de tre sektorene trekke seg sammen radielt, dersom polarisasjonene til og de elektriske feltene i sektorene 104, 108 og 112 alle er langs omkretsen i en retning mot klokken, så vil de tre sektorene utvide seg radielt.

Figur 7 er et tverrsnitt av nok en annen alternativ ut-førelse, og illustrerer en oktopol skjærbølgekilde i ringmodusen. De seks sektorene 122, 124, 126, 128, 130 og 132 er seks av de tolv longitudinale sektorene til en piezoelektrisk hul sylinder, og hver av de tolv sektorene er blitt polarisert langs omkretsen. Elementene som ligger inntil hverandre har motsatt omkretspolarisasjon. De seks sektorene 122, 124, 126, 128, 130 og 132 er de eneste sektorene til sylinderen som vil utvide seg og trekke seg sammen, og er alle polarisert langs omkretsen i en retning med klokken. Forbindelseskantene til inntilhverandre liggende sektorer kan være dekket av ledende sjikt (ikke vist). Elektriske pulser blir påtrykt slik at det elektriske feltet i hver av de seks sektorene er hovedsaklig parallelt med polarisasjonen. Med polarisasjonene til sektorene og pulspolaritetene som vist på figur 7, vil sektorene 122, 126 og 130 utvide seg radielt, mens sektorene 124, 128 og 132 vil trekke seg sammen radielt. De gjen-værende seks sektorene vil ikke utvide seg eller trekke seg sammen siden ingen potensialdifferanse blir påtrykt over disse sektorer.

I både den foretrukne utførelsen og de tre alternative utførelsene beskrevet ovenfor, blir piezoelektriske materialer anvendt til å danne oktopol skjærbølgekilden,

og kilden blir vibrert ved hjelp av elektriske pulser.

Det må imidlertid forstås at andre konstruksjoner av kilden og andre vibrasjonsinnretninger kan anvendes. Således kan rent mekaniske innretninger bli brukt for å vibrere de seks sektorene til den foretrukne utførelsen,

og de seks platene eller sektorene til hver av de tre alternative utførelsene. En oktopol skjærbølge vil genereres så lenge som sektorene eller platene blir vi-

brert på samme måte som i den foretrukne og de alternative utførelsene.

Oktopol skjærbølgekilden i henhold til oppfinnelsen kan brukes ved logging av skjærbølgehastigheter fortløpende eller on line (det vil si at skjærbølgehastighetene kan bestemmes uten databehandling) dersom skjærbølgeankomsten er vesentlig større i amplitude enn kompresjonsbølge-anmoksten. Skjærbølgeankomsten er vesentlig større i amplitude enn kompresjonsbølgeankomsten, bare når frekvensene til oktopolskjærbølgen frembragt i jordomgivelsene til borrehullet ligger innenfor visse frekvensområder.

For en hvilken som helst jordformasjon er det et foretrukket frekvensområde for å logge skjærbølgehastigheten slik at skjærbølgeankomsten er vesentlig sterkere enn kompresjons-bølgeankomsten. Det foretrukne frekvensområde varierer med skjærbølgehastigheten til formasjonen som skal logges. Dersom således det tilnærmede område til skjærbølge-hastighetene i formasjonen er kjent, kan et foretrukket frekvensområde velges. For en brønn med en diameter på

ti tommer er de foretrukne frekvensområdene vist i tabellen nedenfor.

Det tilnærmede område for skjærbølgehastigheter i en for-masjon kan beregnes ved hjelp av konvensjonelle metoder så som å måle kompresjonsbølgehastighetene til formasjonen. Skjærbølgehastigheten er omtrent halvparten av kompresjons-bølgehastigheten. Fra de målte kompresjonsbølgehastig-hetene kan det tilnærmede område for skjærbølgehastigheter beregnes. De foretrukne frekvensene varierer omvendt med diameteren til brønnen. For en brønn med en diameter d tommer i stedet for 10 tommer vil derfor de foretrukne frekvensområdene være gitt ved disse opplistet i tabellen på forrige side multiplisert med en faktor 10/d.

Figurene 3, 4, 6 og 7 viser oktopolskjærbølgekilder som anvender seks sektorer som blir vibrert radielt for å generere oktopolskjærbølger i jordformasjoner. Frekvensene til oktopol skjærbølgene generert på denne måten, varierer omvendt med radiene til sektorene. For at frekvensene skal være innenfor de foretrukne frekvensområdene opplistet ovenfor., er det å foretrekke at radiene til sektorene er stor. Derfor er radiene fortrinnsvis bare litt mindre enn radiusen til loggesonden. Det vil forstås at figurene 3, 4, 6 og 7 ikke er vist i riktig målestokk.

Høyere orden av multipolkilder kan konstrueres på en måte som er lik de fire utførelsene av oktopol skjærbølgekilden vist på figurene 3, 5, 6 og 7. Således kan 16-pol kilden bli konstruert ved rommelig å anordne 8 langstrakte pietsoelektriske sammensatte plater slik at de danner de 8 parallelogrammene til en oktagonalt prisme. Hovedsaklig den samme elektriske pulsen blir påtrykt hver av de 8

med en slik polaritet at inntil hverandre liggende plater vibrerer i hovedsaklig motsatte faser. En alternativ utførelse av 16-pol kilden kan konstrueres ved å erstatte de åtte sammensatte platene med åtte hovedsaklige identis-ke sektorer av en radielt eller langs omkretsen polarisert pietsoelektrisk hul sylinder. Hovedsaklig den samme elektriske pulsen blir påtrykt hver sektor, slik at inntil hverandre liggende sektorer vibrerer med hovedsaklig motsatte faser. Andre fremgangsmåter for å konstru-ere og vibrere platene og sektorene kan anvendes så lenge som platene og sektorene vibreres på den. samme måten. Andre høyere orden multipoler kan konstrueres på en måte

lik oktopolen og 16-polen. Detektorene som anvendes for å detektere de høyere orden av skjærbølgeankomsten, vil fortrinnsvis være av en orden som er tilpasset ordenen til kilden.

Antallet sammensatte plater eller sektorer i utførelsene

av oktopolen og 16-pol kilden som beskrevet ovenfor, passer ikke til terminologien til oktopolen og 16-pol kildene. Således omfatter oktopolkilden 6 plater eller sektorer og 16-pol kilden 8 plater eller sektorer. 32-pol kilden omfatter 10 plater eller sektorer. Mens således terminologien til multipolkildene er basert på 2n, hvor n er et heltall, med n = 1, 2, 3.... , er det korresponderende antall plater eller sektorer 2n. Således omfatter en dipol (n = 1) kilde 2 x 1 eller 2 plater eller sektorer. En kvadropol (n = 2) kilde omfatter 2x2 eller 4 plater eller sektorer. En oktopol (n = 3), en 16-pol (n = 4) og en 32-pol (n = 5)

kilde omfatter 6, 8 og 10 plater eller sektorer respektivt. Generelt vil derfor en 2n<->pol kilde omfatte 2n plater eller sektorer, hvor n er et heltall, hvor n = 1, 2, 3 og så videre.

Beskrivelsen ovenfor av fremgangsmåten og konstruksjonen

som anvendes, er ment som rent illustrativ, og forskjellige endringer i form, størrelse, materialer eller andre detaljer når det gjelder fremgangsmåten og konstruksjonen, vil ligge innenfor omfanget av de etterfølgende patentkrav.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for å logge jorden som omgir en brønn,karakterisert vedat den omfatter og trans-mittere fra brønnen en 2n<->pol skjærbølge gjennom jorden langs brønnen hvor n er et heltall større enn 2, og å detektere 2n<->pol skjærbølgeankomsten ved i det minste ett punkt longitudinalt adskilt langs brønnen fra transmisjonspunktet.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat den omfatter å måle tidsforløpet mellom transmisjonen og detekteringen av 2n<->pol skjær-bølgen for å bestemme skjærbølgehastigheten til jorden som omgir brønnen.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat 2n<->pol skjærbølgeankomsten blir detektert ved to punkter som har en kjent avstand fra hverandre, hvor nevnte to punkter er adskilt longitudinalt langs brønnen fra hverandre, og tidsforløpet mellom detekteringene ved de punktene måles for å bestemme skjærbølge-hastigheten til jorden som omgir brønnen.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat brønnen inneholder en væske og 2n<->pol skjærbølgen transmitteres inn i jorden ved å generere i væsken et antall kompresjonsbølger som intefererer for å frembringe 2n<->pol skjærbølgen i jorden som omgir væsken.

5.Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat multipolskjærbølgen er en oktopol skjærbølge.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 5,karakterisert vedat det tilnærmede område for skjær- bølgehastigheter i jorden som omgir væsken beregnes, og hvor frekvensene til oktopolskjærbølgen ligger i det foretrukne frekvensområdet som korresponderer til det tilnærmede området for skjærbølgehastigheter til jorden som omgir væsken i samsvar med tabellen nedenfor:

hvor d er borehulldiameteren i tommer.

7. Anordning for akkustisk logging av en jordformasjon som omgir et borehull som inneholder en væske,karakterisert vedat anordningen omfatter: en loggesonde tilpasset til å bli nedsenket i væsken i borehullet; en skjærbølgekilde som omfatter 2n elementer forbundet til loggesonden, hvor n er et heltall større enn 2, og hvert element omfatter en sektor av en hul sylinder hvor de 2n sektorer er slik forbundet med loggesonden at de er hovedsaklig koaksiale og at de omgir en felles akse; en innretning forbundet med loggesonden for å vibrere de 2n sektorene radielt, hovedsaklig samtidig og hovedsaklig på samme måte, slik at inntil hverandre liggende sektorer vibrerer hovedsaklig motsatt i fase for å generere en 2n<->pol skjærbølge i jordformasjonen; en innretning forbundet med loggesonden for å detektere ved i det minste ett valgt sted i væsken adskilt longitudinalt langs borehullet fra de 2n elementene, den avbøyde kompresjonsbølgen i væsken forårsaket ved avbøyning av den 2n<->pol skjærbølgen.

8. Anordning i henhold til krav 7,karakterisert vedatner lik 3 og vibrasjonene til de seks sektorene genererer en oktopol skjærbølge i formasjonen.

9. Anordning i henhold til krav 7,karakterisert vedat detektorinnretningen omfatter 2n sektorer av en hul sylinder hvor nevnte 2n sektorer av detektorinnretningen er hovedsaklig koaksiale og omgir den felles akse til sektorene til skjærbølgekilden, og hvor nevnte 2n sektorer til detektorinnretningen er innrettet lateralt rundt den felles aksen med de seks sektorene til skjærbølgekilden.

10. Anordning for akkustisk logging av en jordformasjon som omgir et borehull som inneholder en væske,karakterisert vedat anordningen omfatter; en loggesonde tilpasset til å bli nedsenket i væsken i borehullet; en skjærbølgekilde som omfatter 2n elementer forbundet med loggesonden hvor n er et heltall større enn 2, hvert element omfatter en langstrakt plate festet til loggesonden ved et sted og på en slik måte at de to n-elementene i hovedsak danner parallellogrammene til et polygonalt prisme med 2n sider; en innretning forbundet med loggesonden for å vibrere det ikke-festede partiet av hver av de 2n platene i en retning som er hovedsaklig normalt på den flate overflaten til platen hovedsaklig samtidig og på hovedsaklig den samme måte, slik at de ikke-festede partiene av inntil hverandre liggende plater vibrerer hovedsaklig motsatt i fase for å generere en 2n<->pol skjærbølge i jordformasjonen; en innretning forbundet med loggesonden for å detektere ved i det minste ett sted i væsken adskilt longitudinalt langs borehullet fra de 2n elementene, den avbøyde kom-presjonsbølgen i væsken forårsaket ved avbøyning av 2n<->pol skjærbølgen.

11. Anordning i henhold til krav 10,karakterisert vedatner lik 3 og vibrasjonene til de seks elementene genererer en oktopol skjærbølge i jordformasjonen.

12. Anordning i henhold til krav 10,karakterisert vedat detektorinnretningen omfatter 2n langstrakte plater festet ved et sted på platen til loggesonden på en slik måte at de i hovedsak danner parallellogrammene til et polygonalt prisme med 2n sider, og at de er innrettet asimutalt med de 2n platene til skjærbølge-kilden.

13. Anordning for akkustisk logging av en jordformasjon som omgir et borehull som inneholder en væske,karakterisert vedat den omfatter; en loggesonde tilpasset til å bli nedsenket i væsken i borehullet; 2n sektorer av en polarisert, hul, piezoelektrisk sylinder forbundet med loggesonden slik at de 2n sektorene er hovedsaklig koaksiale og slik at de omgir en felles akse, hvor n er et heltall større enn 2; en innretning forbundet med loggesonden for å påtrykke hovedsaklig den samme elektriske pulsen hovedsaklig samtidig over hver av de 2n sektorene, og forårsake at de 2n sektorene vibrerer radielt, og nevnte elektriske pulser er av slike polariteter at inntil hverandre liggende sektorer forårsakes å vibrere i hovedsaklig motsatte faser, og derved frembringe en 2n-pol skjærbølge i jordformasjonen; og en innretning forbundet med loggesonden for å detektere ved i det minste et sted i væsken adskilt longitudinalt langs borehullet fra de 2n sektorene, den avbøyde kompre-sjonsbølgen i væsken forårsaket ved avbøyning av 2n<->pol skjærbølgen.

14. Anordning i henhold til krav 13, hvor de 2n<->sektorene er polarisert radielt, og hvor de elektriske pulsene blir påtrykt over de ytre og indre sylindriske overflatene av sektorene.

15. Anordning i henhold til krav 13, karakt e ris ert ved at de 2n<->sektorene er polarisert langs omkretsen, og hvor de elektriske pulsene blir påtrykt de 2n<->sektorene, slik at det elektriske feltet i hver sektor er hovedsaklig parallelt med polarisasjonen.

16. Anordning i henhold til krav 15,karakterisert vedat inntil hverandre liggende sektorer er polarisert i motsatte omkretsretninger og hvor polaritetene til de elektriske pulsene som blir påtrykt er slik at de elektriske feltene i de 2n<->sektorene er i samme omkretsretning.

17. Anordningi henhold ti.l krav 15,karakterisert vedat de 2n<->sektorene er polarisert i den samme omkretsretning, og hvor to tilfeldige inntil hverandre liggende sektorer er adskilt av en sektor av den hule pietsoelektriske sylinderen, og hvor polaritetene til de elektriske pulsene som påtrykkes er slik at de elektriske feltene i inntil hverandre liggende sektorer er i motsatte omkretsretninger.

18. Anordning for akkustisk logging av en jordformasjon som omgir et borehull som inneholder en væske,karakterisert vedat den omfatter: en loggesonde tilpasset til å bli nedsenket i væsken i borehullet; 2n par langstrakte pietsoelektriske plater, hvor hvert par er limt til hverandre ved sine flate overflater, hvor n er et heltall større enn 2, og hvert par er polarisert i retninger hovedsaklig perpendikulært på de flate overflatene til paret, og hvert par er festet et sted til loggesonden, og hver par er slik festet til sonden at de 2n parene danner hovedsaklig parallellogrammene til et polygonalt prisme med 2n sider; en innretning for å påtrykke hovedsaklig den samme elektriske pulsen til hvert par hovedsaklig samtidig for å vibrere de ikke festede partiene av hvert av de 2n parene i en retning hovedsaklig normal på den flate overflaten, og nevnte elektriske pulser påtrykkes på en slik måte at de ikke festede partiene av inntil hverandre liggende par vibrerer i hovedsaklig motsatte faser for å generere en 2n<->pol skjærbølge i jordformasjonen; og en innretning forbundet med loggesonden for å detektere ved i det minste et sted i væsken adskilt longitudinalt langs borehullet fra de 2n parene, den avbøyde kompresjons-bølgen i væsken forårsaket ved avbøyning av 2n<->pol skjær-bølgen.