DE1294044B

DE1294044B - Sound velocity meter

Info

Publication number: DE1294044B
Application number: DE1962T0022076
Authority: DE
Inventors: Mazzagatti Roy Pasqual
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1962-05-07
Filing date: 1962-05-07
Publication date: 1969-04-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Schallgeschwindigkeitsmeßgerät für Bohrlöcher, bestehend aus einem sendenden und wenigstens einem dem Empfang dienenden elektroakustischen Wandler, die an einem rohrförmigen Tragglied befestigt sind. The invention relates to a sound velocity measuring device for boreholes, consisting of a transmitting and at least one receiving electroacoustic Transducers attached to a tubular support member.

In der USA.-Patentschrift 2931455 ist ein Schallgeschwindigkeitsmeßgerät zur Untersuchung von Erdformation beschrieben, das einen Ultraschallerzeuger zum Aussenden akustischer Energie und zwei dem Empfang dienende elektroakustische Wandler aufweist, welche Schallenergie in entsprechende elektrische Impulse umsetzen, die auf eine Zeitmeßschaltung gegeben werden, um die Zeitdifferenz zwischen den ausgesendeten und empfangenen Schallwellen zu bestimmen. Das bekannte Gerät hat die Form einer langgestreckten zylindrischen geschlossenen Hülse mit relativ kleinem Durchmesser, so daß es leicht in eine Erdbohrung gesenkt oder daraus herausgezogen werden kann. In U.S. Patent 2931455 there is a sound velocity meter for the investigation of earth formation described, which is an ultrasonic generator for Emission of acoustic energy and two electroacoustic transducers for reception has, which convert sound energy into corresponding electrical impulses that be given to a timing circuit to determine the time difference between the transmitted and to determine received sound waves. The known device is in the form of a elongated cylindrical closed sleeve of relatively small diameter, so that it can be easily lowered into or withdrawn from a hole in the earth.

Bei derartigen, mit einem sendenden und einem oder mehreren dem Empfang dienenden Wandlern ausgestatteten Meßgeräten entsteht das Problem, eine möglichst wirksame Entkopplung zwischen den einzelnen Wandlern zu schaffen, damit die von dem einen Wandler ausgesendete Schallenergie nicht direkt über das die Wandler haltende Tragglied auf die dem Empfang dienenden Wandler einwirkt. Falls keine wirksame Entkopplung zwischen den Wandlern vorhanden ist, würden einwandfreie Meßergebnisse nicht erzielt, da für diese Meßergebnisse die Auswertung der Zeitdifferenz von in die umgebende Erdformation ausgesandten und nach dem Durchlaufen der Erdformation wieder empfangenen Schallimpulsen maßgebend ist. With such, with a sending and one or more receiving Serving transducers equipped measuring devices, the problem arises, as possible to create effective decoupling between the individual converters so that the Sound energy sent to one transducer is not directly transmitted via the one holding the transducer Support member acts on the transducer serving for reception. If there is no effective decoupling is present between the transducers, perfect measurement results would not be achieved, because for these measurement results the evaluation of the time difference from to the surrounding Earth formation sent and received again after passing through the earth formation Sound impulses is decisive.

Aus der französischen Patentschrift 1 224841 ist es bereits bekannt, zur Erzielung der genannten Entkopplung zwischen den der Sendung und dem Empfang dienenden Wandlern ein Gummiteil zu verwenden, das die direkt über das Tragglied verlaufende Schallenergie absorbiert. Die Verwendung eines derartigen Gummiteils zwischen den dem Empfang und der Sendung dienenden Wandler hat den Nachteil, daß es zur Erzielung einer ausreichenden Entkopplung verhältnismäßig groß sein muß, was einen großen Abstand zwischen den Wandlem bedingt und die Abmessungen des Gesamtgerätes vergrößert, so daß es unhandlich und unpraktisch im Gebrauch erscheint. From French patent specification 1 224841 it is already known to achieve the aforementioned decoupling between the transmission and reception Serving transducers to use a rubber part that is directly over the support member running sound energy is absorbed. The use of such a rubber part between the transducer serving for reception and transmission has the disadvantage that it must be relatively large to achieve sufficient decoupling, which requires a large distance between the transducers and the dimensions of the overall device enlarged so that it appears unwieldy and inconvenient to use.

Außerdem ist das Gummiteil für die genannten Absorptionszwecke flexibel, so daß kein fester Abstand zwischen den daran befestigten Wandlern eingehalten werden kann, was ebenfalls zu Verfälschungen der Meßergebnisse führen kann. In addition, the rubber part is flexible for the aforementioned absorption purposes, so that no fixed distance is maintained between the transducers attached to it can, which can also lead to falsification of the measurement results.

Nach der deutschen Patentschrift 1 014 338 ist es bekannt, an Stelle eines Gummiteiles mechanische Filter zwischen den Wandlern anzuordnen. Wie alle Filteranordnungen, so arbeiten auch diese mechanischen Filter nur innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs. Sie sind auch sehr kompliziert, in der Herstellung aufwendig und teuer. According to German patent specification 1 014 338 it is known in place a rubber part to arrange mechanical filters between the transducers. Like all Filter arrangements, these mechanical filters only work within one specific frequency range. They are also very complicated to manufacture complex and expensive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wirksame Entkopplung zwischen sendenden und dem Empfang dienenden Wandlern eines Schallgeschwindigkeitsmeßgerätes zu schaffen, wobei die Abmessungen des Gerätes möglichst klein gehalten, ein fester Abstand zwischen den Wandlern vorgesehen und aufwendige mechanische Filteranordnungen vermieden werden sollen. The object of the present invention is to provide an effective decoupling between transmitting and receiving transducers of a sound velocity measuring device to create, while keeping the dimensions of the device as small as possible, a solid Distance provided between the transducers and complex mechanical filter arrangements should be avoided.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine mittels einer metallischen Hülse und einem Luftraum zwischen Tragglied und Wandler geschaffene Grenzfläche. Diese Luft-Metall-Grenzfläche ergibt eine sehr hohe Fehlanpassung der Impedanzen für Ultraschallenergie zwischen den erwähnten Wandlern, so daß praktisch keine direkte Energieübertragung zwischen den Wandlern stattfindet. Wenn die metallische Hülse aus Messing besteht, so ist das Verhältnis der spezifischen akustischen Impedanz der Hülse zum Luftraum 1 : 7-104. According to the invention, this object is achieved by means of a metallic sleeve and an air space between the support member and transducer Interface. This air-metal interface results in a very high mismatch in the Impedances for ultrasonic energy between the mentioned transducers, so that practical there is no direct energy transfer between the converters. When the metallic The sleeve is made of brass, so is the ratio of the specific acoustic impedance the sleeve to the air space 1: 7-104.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Gesamtansicht des in ein Bohrloch eingeführten Meßgerätes, F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil des Gerätes nach Fig. 1, wobei Tragglied, Wandler und Grenzfläche zu sehen sind, Fig. 3 eine Querschnittsansicht nach der Linie 111-111 der Fig. 2. The invention is illustrated below with reference to the drawing, for example explained in more detail. It shows F i g. 1 is an overall view of the inserted into a borehole Measuring device, F i g. 2 shows a longitudinal section through part of the device according to FIG. 1, wherein the support member, transducer and interface can be seen, Fig. 3 is a cross-sectional view along line 111-111 of FIG. 2.

F i g. 1 zeigt im einzelnen ein Schallgeschwindigkeitsmeßgerät, das in einer Flüssigkeit 23, die in einem Bohrloch 24 enthalten ist, nahe der Formation 25 unter der Oberfläche angeordnet ist. Das Gerät besteht aus einem elektronischen Abschnitt 10, einem ersten der Aussendung von Ultraschall dienenden Wandler 20 und aus elektroakustischen Wandlern 12 13, die dem Empfang und der Umsetzung von Schallenergie in elektrische Impulse dienen. An dem Gerät ist ein Kabel 14 befestigt, das dazu verwendet wird, das Gerät innerhalb des Bohrloches zu tragen und elektrische Energie zwischen dem Gerät und der auf der Erdoberfläche angeordneten Ausrüstung zu übertragen. F i g. 1 shows in detail a sound velocity meter which in a fluid 23 contained in a borehole 24 near the formation 25 is arranged below the surface. The device consists of an electronic Section 10, a first transducer 20 and serving to transmit ultrasound from electroacoustic transducers 12 13, which receive and convert sound energy serve in electrical impulses. A cable 14 is attached to the device for this purpose is used to carry the device inside the borehole and generate electrical energy between the device and the equipment located on the surface of the earth.

F i g. 2 stellt einen Längsschnitt des Gerätes nach F i g. 1 dar und läßt den der Aussendung von Ultraschall dienenden Wandler 20 erkennen. Die F i g. 2 zeigt ein Tragglied 15 und eine rohrförmige Metallhülse 16, die vorzugsweise aus Messing hergestellt und konzentrisch um das Tragglied 15 angeordnet ist. F i g. 2 shows a longitudinal section of the device according to FIG. 1 represents and allows the transducer 20, which is used to transmit ultrasound, to be recognized. The F i g. Figure 2 shows a support member 15 and a tubular metal sleeve 16, preferably made of brass and arranged concentrically around the support member 15.

Das Tragglied 15 ist durch relativ schmale Dichtteile, z. B. O-Ringe 17, die in Aussparungen in dem Tragteil 15 nahe jedem Ende der Hülse 16 angeordnet sind, im Abstand zu der Hülse 16 gehalten. Das Tragglied 15, die Hülse 16 und die O-Ringe 17 sind so angeordnet, daß ein Luftrauml8 zwischen dem Tragglied und der Hülse gebildet wird. Ein Kopplungsteil 19, das im wesentlichen aus Polymethylacrylat bestehen kann und eine im allgemeinen hohle zylindrische Form aufweist, ist an der Metallhülse 16 befestigt und dient zur Auskopplung der Schallenergie in die Erdformation. Der Wandler 20, z. B. ein piezoelektrisches Element, ist konzentrisch innerhalb des Kopplungsmediums 19 angeordnet und darin eingebettet. Druckunterlagsscheiben 21 aus Kork sind um das Tragglied 15 herum an jedem Ende des Kopplungsmediums 19 angeordnet. Die Klemmen 22 und die hereinführenden Drähte 26 sind dazu vorgesehen, die elektrischen Verbindungen zu dem Wandler 20 herzustellen.The support member 15 is through relatively narrow sealing parts, for. B. O-rings 17, which are arranged in recesses in the support part 15 near each end of the sleeve 16 are kept at a distance from the sleeve 16. The support member 15, the sleeve 16 and the O-rings 17 are arranged so that an air spacel8 between the support member and the Sleeve is formed. A coupling part 19, which consists essentially of polymethyl acrylate may exist and has a generally hollow cylindrical shape, is on the Metal sleeve 16 is attached and serves to decouple the sound energy into the earth formation. The transducer 20, e.g. B. a piezoelectric element is concentric within of the coupling medium 19 arranged and embedded therein. Pressure washers 21 made of cork are around the support member 15 at each end of the coupling medium 19 arranged. The terminals 22 and the incoming wires 26 are intended to make the electrical connections to the transducer 20.

Fig. 3 stellt eine Querschnittsansicht des Ultraschallerzeuger-Bauteils gemäß Linie III-III der F i g. 2 dar, wobei entsprechende Elemente durch gleiche Ziffern gekennzeichnet sind. 3 illustrates a cross-sectional view of the ultrasonic generator component according to line III-III of FIG. 2, where corresponding elements are replaced by same Numerals are marked.

Beim Betrieb des dargestellten Gerätes wird ein von der in Abschnitt 10 untergebrachten elektrischen Schaltung kommender elektrischer Impuls auf den Wandler 20 gegeben, um einen akustischen Impuls zu erzeugen, der durch die Flüssigkeit 23 in dem Bohrloch 24 in die umgebende Formation 25 ausgesendet wird. Der akustische Impuls verläuft durch die Formation 25 und gelangt dann an die dem Empfang dienenden Wandler 12, 13. When operating the device shown, one of the functions described in section 10 housed electrical circuit coming electrical impulse on the Transducer 20 given to an acoustic pulse to generate the emitted through the fluid 23 in the borehole 24 into the surrounding formation 25 will. The acoustic pulse travels through formation 25 and then arrives at it the transducers 12, 13 serving for reception.

Wenn der elektrische Impuls durch die Klemmen 22 und die Drähte 26 an den Wandler 20 geliefert wird, wird also ein akustischer Impuls erzeugt, der radial nach außen durch das Kopplungsmedium 19 in die Bohrlochflüssigkeit 23 gesendet wird. Das Kopplungsmedium 19 ist aus einem Material zusammengesetzt, das einen Wert der spezifischen akustischen Impedanz aufweist, der im wesentlichen gleich dem geometrischen Mittel der Impedanz des Wandlers 20 und der Impedanz der Flüssigkeit 23 ist. Der Wandler 20 sendet einen akustischen Impuls auch radial nach innen in Richtung auf das Tragglied 15. When the electrical pulse through the terminals 22 and the wires 26 is supplied to the transducer 20, so an acoustic pulse is generated, the sent radially outward through the coupling medium 19 into the borehole fluid 23 will. The coupling medium 19 is composed of a material that has a value the specific acoustic impedance, which is substantially equal to the geometric The mean of the impedance of the transducer 20 and the impedance of the liquid 23 is. Of the Transducer 20 also sends an acoustic pulse radially inwardly toward the support member 15.

Um das Tragglied akustisch zu isolieren, sind der Luftraum 18 und die Metallhülse 16, die aus Messing hergestellt sein kann, vorgesehen. Die Kombination der Metallhülse 16 mit dem Luftraum 18 schafft eine Grenzfiäche zwischen dem Wandler 20 und dem Tragglied 15, die auf Grund der Fehlabstimmung der spezifischen akustischen Impedanzen der beiden Materialien Ultraschallenergie nicht leitet, da die spezifische Impedanz von Messing gleich 29 1ob und die von Luft gleich 41,3 g cm/cm3 sec ist, woraus sich ein Verhältnis der spezifischen akustischen Impedanz von Messing zu Luft von etwa 7. 104 ergibt.To acoustically isolate the support member, the air space 18 and the metal sleeve 16, which can be made of brass, is provided. The combination the metal sleeve 16 with the air space 18 creates an interface between the transducer 20 and the support member 15, which due to the mismatch of the specific acoustic Impedances of the two materials do not conduct ultrasonic energy because the specific The impedance of brass is equal to 29 lob and that of air is equal to 41.3 g cm / cm3 sec, which gives a ratio of the specific acoustic impedance of brass to Air of about 7.104 results.

Demgemäß wird nur eine sehr geringe Ultraschallenergie von dem Wandler 20 an das Tragglied 15 übermittelt. Infolgedessen kann auch nur eine sehr geringe Ultraschallenergie von dem Tragteil 15 an die empfangenden Wandler 12, 13 (F i g. 1) übermittelt werden. Zusätzliche Grenzflächen können vorgesehen werden, um die akustischen Impulse weiter abzuschwächen.Accordingly, there is very little ultrasonic energy from the transducer 20 transmitted to the support member 15. As a result, it can only be a very small one Ultrasonic energy from the support member 15 to the receiving transducers 12, 13 (Fig. 1) are transmitted. Additional interfaces can be provided around the to further weaken acoustic impulses.

Claims

Claims: 1. Sound velocity measuring device for boreholes, consisting of a transmitting and at least one receiving electroacoustic Transducers attached to a tubular support member, labeled d u r c h one by means of a metallic sleeve (16! and an air space (18) between Support member (15) and transducer (20) created interface.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the sleeve (16) made of brass.