DE1623464C3 - Verfahren zum akustischen Untersuchen von ein Bohrloch umgebenden geologischen Medien - Google Patents

Description

K ₌ zJ

it S

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum akustischen Untersuchen von ein Bohrloch umgebenden geologi- w sehen Medien, bei dem akustische, praktisch identische Signale gesendet und jeweils mehrere Extremwerte enthaltende Empfangssignale in Höhen konstanten Abstands, bezogen auf die jeweiligen Emissionshöhen im Bohrloch, erfaßt werden, bei dem aus den v> Empfangssignalcn Amplitudenverhaltnisse gebildet und diese Amplitudenverhaltnisse gegenüber den ihnen zugeordneten Bohrlochtiefen aufgezeichnet werden.

Ein solches Verfahren ist in der US-PS 32 51029 beschrieben, wo die Amplitude der ersten Halbwelle des bo empfangenen Signals, aber kein Amplitudenverhältnis innerhalb eines Signals gemessen wird, denn es handelt sich um die Messung des Verhältnisses der Intensitäten der jeweils an einem ersten sowie einem zweiten Empfänger empfangenen Signale.

Nach der weiterhin bekannten US-PS 31 02 251 wird die Dämpfung eines Signals zwischen zwei Empfängern gemessen.

dx '

wo Q die Menge des umgebenen Fluidums der Viskosität μ. ist, d,aß durch eine Gesteinsschicht mit dem Querschnitt S und der Dicke dx strömt, wenn die Druckdifferenz zwischen den beiden Oberflächen der Schicht mit dem Abstand dv gleich dp ist. K wird meistens in Millidarcy ausgedrückt.

Weitere Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung geben sich aus den übrigen Patentansprüchen.

Es ist also möglich, nach den ■ Maßnahmen der Erfindung, quantitativ als Funktion der Tiefe die Permeabilität der durch eine Sondierungsbohrung erbohrten Schichten festzustellen.

Man kann auch das Amplitudenverhältnis zwischen dem dritten und dem ersten Extremwert ersetzen, und zwar beispielsweise durch das Ampliludenverhältnis entsprechender Vollseilwingungen.

Als besonderer Fortschritt ist die Ermittlung der Permeabilität selbst beim Vorhandensein eventueller Tonschichten zu nennen.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun anhand der Figuren näher erläutert werden. In diesen zeigt

F i g. 1 schematisch eine Vorrichtung, mit der von einem Bohrloch durchsetzte Gesteinsschichten durch die Emission akustischer von einer Sonde ausgehender Signale in Schwingungen versetzt werden;

Fig. la zeigt den Charakter des zur Emission häufigsten verwandten Signals;

Fi g. 2 und 3 sind zwei Beispiele für vom Empfänger der Sonde aufgenommene Wellenzüge, die analysiert wurden;

F i g. 4 zeigt den dekadischen Logarithmus der Permeabilität der von einer Bohrung durchsetzten Gesteine als Funktion der Tiefe;

Fig. 5 stellt gegenüber Fig.4 die Aufzeichnung der Permeabilität für das gleiche Bohrloch dar, die nach dem erfindiingsgemäßen Verfahren erhalten wurde;

F i g. 6 und 7 zeigen zwei Züge akustischer Wellen, bei denen man den Wellenberg dcv Maximalampliiude der Transvcrsalwellen sowie die beiden benachbarten Wellenberge isoliert hat;

Fig.8 ist ein Frakturierungsdiagiamm der von einer

6 23

ΗοΙιπιημ diirchschiiiiicnen (iesieme. hcryesielli nach einem klassischen Verfahren;

I'ig. 9 zeigt dem;'.e::eniiher eine Aufzeichnung durch lirüche. die nach dem erfiiulungsgeniäl.ien Verfahren hergestellt wurde: ■'>

Fig. 10 zeigt ein Schaltbild einer völlig automatischen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;

F-' i g. 1 I eine Variante zu dieser Vorrichtung, und

F ig. 12 erläutert eine besonders interessante Ausfühiimgsform einer Vorrichtung mit zwei Sendern.

In Fig. I isl schemalisch ein Beispiel für eine Vorrichtung gezeigt, die eingesetzt werden kann, um mittels Schallwellen die Formationen, die durch eine .Sondierungsbohrung 1 durchschnitten werden, in Schwingungen zu versetzen. π

Diese Vorrichtung umfaßt eine Sonde 2, die in das Bohrloch bis in Höhe der untersuchten Formation 3 herabgelassen ist. Diese besieht aus einem Sender 77ür Schallwellen und einem Empfänger R, der wie der Sender Γ nach dem Magnetostriktionsprinzip arbeilen kann.

Der Sender Tsendet, beispielsweise 10-bis 20mal pro Sekunde, in alle Richtungen .Schallimpulse, die durch R 'nach Ausbreitung über die explorierte Formation 3 in der Nähe des .Sondierungsbohrlochs empfangen wer- i-, den, wobei die Steuerung der Emission über ein elektronisches Gerät 7 mil periodischer Steuerung, das sich an der Oberfläche befinden kann, erfolgt.

Um zu verhindern, daß R Schallwellen empfängt, die durch den Sondenkörper 2 übertragen werden, isl tieren jo Teil zwischen Γ und R so aufgebaut, daß er vom Schall mit langsamer Ausbreitungsgeschwindigkeit durchlaufen wird (er besteht beispielsweise aus einem zentralen Kunsistoffdorn), und der Empfang der Wellen durch R ist auf ein kleines Zeitintervall nach der Emission durch r> T begrenzt. Auf diese Weise stören die durch den Körper der Sonde übertragenen Wellen nicht die über die Formation 3 übertragenen.

Die ausgesendeten Schallimpulse können Frequenzspcklren im Bereich von Kilohertz bis Megahertz und beispielsweise 20-30 Kilohertz besitzen. Die ausgesandten Impulse besitzen beispielsweise das Aussehen einer gedämpften Harmonischen, wie in Fig. la dargestellt, wo als Funktion der Zeit 1 die Amplitudenänderungen des Impulses dargestellt sind. Der entspre- 1; chcnde, vom Empfänger R erfaßte Wcllcnzug ist auf dem Schirm des Os/illoskops 4 sichtbar, das mit der Sonde 2 über das elekirische Kabel 5 verbunden ist. Die elektrische Verbindung zwischen einerseits dem Oszilloskop 4 und der Steuereinrichtung 7 und andererseits den entsprechenden elektrischen Leitern des Kabels 5 wird auf übliche Weise über Schleifringe bewirkt, die isoliert auf der Welle 8 der Trommel 9 zum Aufwickeln des Kabels 5 aufgesei/l sind. [Die Schleifringe sind mit den Leitern des Kabels 5 verbunden; jeweils mit dem ■;■> Oszilloskop 4 und der Steuereinrichtung 7 verbundene Bürsten schleifen auf diesen Schleifringen.

Die Form des vom Empfänger R aufgenommenen Wellcnzuges ist beispielsweise wie in Fi g. 2 oder auch in Fig. 3 dargestellt. bo

In diesen Figuren ist die Amplitude (in Millivolt) dabei R empfangenen Schallwelle als Funktion der Zeit ι (in Mikrosckunden)dargestellt.

Vor den beiden Wellen/ügen wird ein Wellenberg 6. in Fmissionszeitpunkt des Schallimpulses durch den <,<■> Sender Ti aufgezeichnet.

Untersuchungen der Ausbreitung der ausgesandten Schallwelle in der betrachteten Formation führen dazu.

/11 uniersL'heiden in eine Komponente dieser Welle parallel /iir Achse des Bohrloches (Kompressionswelle) und eine Transversal- oder Schenmgskomponenie (Transversal- oder Scherungswellc). :

Die Kompressionswelle verläuft vom Sentier Γ zum Empfänger R in einem Volumen der Formation 3, tlas praktisch gleich einem Zylinderring ist.

Die schnellste ist die Kompressionswelle. Man kann also annehmen, daß die ersten Wölbungen der Welle A\, Ai und Ajdes Wellenzuges allein auf die Kompressionswelle zurückgehen.

Indem mittels des Empfängers R der Wellenzug entsprechend einem identischen akustischen Signal auf verschiedenen Bohrlochhöhen empfangen wird und jedesmal eines der Verhältnisse

Λ,'

der Amplituden der Wellenkämmc der beiden ersten Wellenberge und Täler, beispielsweise A\ und Λ2 oder A] und /A3 des empfangenen Wellenzuges, gemessen werden, wurde festgestellt, daß eine sehr enge Korrelation zwischen diesem Verhältnis und der

Messung des Verhältnisses — oder der Beweglichkeit

bestand, wobei K die Permeabilität der Formation 3 in Höhe der Sonde 2 ist, die diesen Wellenzug erzeugt hat, μ ist die Viskosität des'dic Formation imprägnierenden Mediums, wobei dieses Verhältnis im übrigen in üblicher Weise an in verschiedenen Höhen entnommenen Proben festgelegt wird.

Die Amplituden /?ι, Λ_> und /)j hängen natürlich von der Maximalamplitude des bei Tausgesandten Schallimpulses ab, die Verhältnisse

lh

und T^-

sind jedoch hiervon unabhängig und damit erlaubt die Messung eines dieser Verhältnisse an den bei R empfangenen Schallwellenzügen, entsprechend den verschiedenen Höhen der Sonde im Bohrloch, die quantitative Bewertung bzw. Berechnung der Permeabilität der durch die Sondierungsbohrung längs dieser durchbohrten Gesteine, oder genauer gesagt die

Festlegung des obengenannten Verhältnisses —.

Beispielsweise zeigt Fig.4, als Funktion der Tiefe z, den dekadischen Logarithmus der Permeabilität K der durch eine Sondierungsbohrung durchsetzten Gesteine (Permeabilität der regelmäßig alle 33 cm längs des Bohrlochs bei diesem Versuch entnommenen Proben); F i g. 5 illustriert die Veränderungen des Verhältnisses

wobei die Tiefe ζ auf den gleichen Diagrammen entsprechend ist. Bei diesem Beispiel werden die am Empfänger R der Sonde ankommenden Schallwellenzüge (Fi g. 2 und 3) für verschiedene Tiefen dieser Sonde aufgezeichnet, indem mittels einer mit dem Oszilloskop 4 synchronisierten Kamera die auf dem Oszilloskopschirm nach etwa jeweils 30 cm Sondenanhebung erscheinenden Bilder pholographiert werden.

Es ist ersichtlich, daß die Korrelation zwischen der Kurve nach Fig.4 und der nach dem erfindungsgemä-

lien Verfahren erhaltenen nach I" i g. 5 ganz, besonders augenfällig ist.

Die Beziehung zwischen dem Verhältnis

ist von der Art

7 1 ^K

l_c = α 1Og₁₀- + ß,

wo oc und β numerische Koeffizienten praktisch konstanter Werte für ein und dasselbe Sondierungsbohrloch sind. /,. kann als Maß des Verhältnisses

—betrachtet werden, so K gleich der Permeabilität der

gegenüber der Sonde vorhandenen Formation und μ gleich der Viskosität des diese Formation imprägnierenden Mediums ist.

Ist das Gestein isotrop, so wird durch /_t· die tatsächliche Beweglichkeit gemessen.

Wenn dieses Gestein mit isotropem Gefüge Frakturen ausreichenden Abstandes aufweist, so ist die so gemessene Mobilität K gleich der des die Frakturen trennenden Gefüges.

Weist das Gestein sehr eng aneinanderliegende Risse auf, so wird durch /_tdie Gesamtpermeabilität gemessen, wobei die Permeabilität des Gefüges und die aufgrund der Risse berücksichtigt wird. Im übrigen kann man für den Fall, in dem das nicht isotrope Gestein eine Permeabilität aufweist, die in Vertikal- und in Horizontalrichtung unterschiedlich ist, annehmen, daß /,. ziemlich genau die vertikale Permeabilität des Gesteins darstellt, da sich die Kompressionswelle vertikal fortpflanzt.

Es wurde festgestellt, daß die erstellten Diagraphicn bzw. Aufzeichnungen der Permeabilität nicht durch das Vorhandensein von Ton in den durch die Sondierungsbohrung durchschnittenen Gesteinen gestört wurden. Dieses Ergebnis ist auffallend, da die tonhaltigen Formationen eine erhöhte Porosität jedoch bei Poren kleinerer Abmessungen und damit einer Permeabilität Null aufweisen, so daß man glauben könnte, daß die Porosität dieser Formationen an gewissen Stellen die hergestellten Diagraphien verfälschen könnte, in dem sie sich auf diese als »Falschpermeabilität« übertragen.

Es hat sich nun überraschend herausgestellt, daß dem nicht so ist und daß die erhaltenen Permeabiütäls-Werte sehr schön die tatsächliche Permeabilität der durch die Sondierungsbohrung durchsetzten Bodenschicht wiedergaben.

Da die Permeabilität eines Gesteins nicht nur mit der Permeabilität ihres Gefüges, sondern auch mit dem Fraktunerungsgrad dieses Gesteins zusammenhängt, wobei nur die nicht kolmatierten Brüche in Betracht kommen, ist es wichtig, daß man einer Diagraphie, beispielsweise nach Fig.5, eine Diagraphie zuordnet, die die Variationen dieses Frakturierungsgrades in der Gesamtlänge über das Bohrloch darstellt.

Zur Zeit erstellt man solche Frakturierungs-Diagraphien am häufigsten durch Beobachtung von in verschiedenen Tiefen entnommenen Bohrkernen.

Beim Auswerten wird in einem Diagramm die Anzahl der Brüche in den Proben festgestellt, die den Erdschichten in wachsenden Tiefen entsprechen sowie die mittlere Öffnung der Brüche in jeder der Schichten, die Richtung der Bruchflächen, die auf drei Typen zurückgeführt sind: Horizontalrichiimg. Vertikalrichlung unc! Schrägrichtiing und schließlich die gegebenenfalls vorhandene Kolmation der Brüche.

["in Frakuirierungs-Diagramm isi in Γ i g. 8 dargestellt, wo man auf der Ordinate für jede untersuchte Bodenschicht das Produkt /"der Bruchanzahl mit ihrer mittleren Öffnung, ausgedrückt in Zehntel Millimeter, aufgetragen hai.

Es wurde nun gefunden, daß das Verhältnis der

ίο Amplitude des Kammes der Wölbung mit maximaler Amplitude des durch den Empfänger R der Sonde empfangenen Wellcnzugcs zur Amplitude des Kammes einer Wölbung, die der Wölbung mit Maximalamplittide des Wellenzuges benachbart ist, für den Frakturierungsgrad repräsentativ war.

Dieses Resultat wird erklärlich, wenn man beachtet, daß in der Nähe der Wölbung der Maximalamplitude des Wellcnzugcs diese im wesentlichen gebildet wird durch die Welle der Querausbreiuing entsprechend der Ankunft am Empfänger R derjenigen akustischen Wellen, die nach einer Ausbreitung in Richtung senkrecht zur Bohrlochachse reflektiert wurden. Die Festlegung des obengenannten Verhältnisses entspricht also der Anwendung des Verfahrens auf eine Welle mit Transversalausbreitung, die besonders empfindlich für die Komponente der Horizontalpermcabilität ist und selbst durch die Brüche bzw. Frakturen unabhängig von deren Orientierung beeinflußt ist.

Die F i g. 6 und 7'zeigen zwei Beispiele für akustische vom Empfänger R empfangene und auf das Oszilloskop übertragene akustische Wellenzüge, bei denen lediglich die der Maximalamplilude benachbarten Wölbungen betrachtet werden — diese benützten Wölbungen sind mit verstärkter Linienführung im Wellenzug eingezeichnet. Man bestimmt die Werte, die durch einen mit der Amplitude des Wellenkammes der Wölbungen zusammenhängenden Parameter genommen wurden. Man mißt für jede Stellung der Sonde den Wert dieses Parameters für die Wölbung mit Maximalamplitude, beispielsweise die Amplitude Λμ der Wölbung Am der Maximalamplitude der Transversalwelle und den Wert dieses Parameters, beispielsweise die Amplitude h_M-\ oder Λμ+ι für eine der Wölbungen (Am-\ oder /t/w+i). die der Wölbung mit Maximalamplitude bei dieser Transversalwelle benachbart ist und man bestimmt eines der Verhältnisse

¹M

oder

M +1

Trägt man die durch das eine oder andere dieser Verhältnisse in Funktion der Tiefe der Sonde ermittelten Werte auf, so erhält man eine Diagraphie, wie beispielsweise in Fig.9 dargestellt, die gegenübergestellt mit dem Diagramm nach Fig.8 eine ausgezeichnete Korrelation mit dem Fraktunerungsgrad der durch die Sondierungsbohrung durchsetzten Schichten erkennen läßt.

Eines der Verhältnisse

K-I

bzw.

'M

¹M + 1

kann also dafür ausgenutzt werden, quantitativ den Fraktunerungsgrad der Gesteine oder die Permeabilität des Bruches darzustellen, man wählt insbesondere das erste Verhältnis.

F⁷Ur den Fall, wo zwei Wölbungen der Transversal-

welle die gleiche Maximalamplilude darzustellen scheinen, beseitigt man die Mehrdeutigkeit, indem man als MaximalampliUidenwölbiing die wählt, für die die Tangente in dem Punkt entsprechend dem Ausgangspunkt der Wölbung den größeren Wert zeiligt.

Die vertikalen Frakturen haben kaum einen Einfluß auf den Wert

AT

der zur Erstellung der Diagraphie nach Fig. 5 benutzt wurde, und besitzen jetzt einen nachweisbaren Einfluß auf die Werte

und

¹M+1

K)

15

da diese Verhältnisse, ausgehend von der Transversalwelle, festgelegt sind.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß durch die Erfindung Mittel geliefert werden, durch die man eine Permeabilitäts-Diagraphie (F i g. 5) erstellen kann, in die sich hauptsächlich die Änderungen der Vertikalpermeabilität des Gcfügcs der durch eine Bohrung durchsetzten Gesteine übertragen, und daß man (Fig.9) eine Diagraphie der kombinierten Permeabilität erstellen kann, in der die Horizontalpermeabilität des Gefüges und die Permeabilität der Brüche bzw. Frakturen umfaßt werden. '

Fig. 10 zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Alisführungsform einer völlig automatischen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, um beispielsweise die Messung des Indexes der Permeabilität oder der Beweglichkeit, beispielsweise die Kennwerte I₁- und l'_c — wie oben erläutert — in verschiedenen Höhen der Bohrung durchzuführen.

Im Diagramm bezeichnet 10 eine zweckmäßige Synchronisiereinrichtung bekannter Bauart, die dazu dient, eine Korrespondenz zwischen den durch den Empfänger R empfangenen Züge aufeinanderfolgender Wellen und zwischen den verschiedenen Höhen in der Sondierungsbohrung zu schaffen, die durch eine Detektoreinriehtung 11 für das Vorbeilaufen des die Sonde 2 tragenden Kabels 5 markiert werden.

Bei den vom Empfänger R empfangenen Zügen oder Verläufen aufeinanderfolgender akustischer Wellen besitzt der Wellenberg A\ der Druckwelle für eine gegebene Vorrichtung immer gleiche Polarität; ihm voran geht im allgemeinen eine Wellenwölbung, Vorläufersignal genannt, deren Polarität immer entgegengesetzt ist und die man von der Wölbung bzw. dem Wellenberg A\ unterscheiden muß (dieser Vorläufer ist in den F i g. 2 und 3 nicht dargestellt).

Zu diesem Zweck kann man beispielsweise einen Vorversuch, etwa an der Oberfläche, durchführen, indem man die Sonde in ein künstliches Eichbohrloch klassischer Bauweise einführt, das beispielsweise aus einem mit Glaskugeln gefüllten Rohr besteht. An den durch den Empfänger R während eines solchen Versuches empfangenen Signalen ist es leicht, den Vorläufer von der ersten Wölbung A\ zu unterscheiden, wobei letztere eine erheblich höhere Amplitude aufweist, was es möglich macht, die jeweiligen Polaritäten für die verwandte Vorrichtung festzulegen. (,5

Die schematisch in Fig. 10 dargestellte Vorrichtung weist eine Einrichtung 12 zur Schwellenwertregelung der Empfindlichkeit auf, durch die lediglich die bei R empfangenen Wellenzüge zugelassen werden, deren Intensitälsniveau über dem der Erd- und Vorrichtungsgeräusehe liegt.

Die Schwellenwerlrcgelung kann beispielsweise über eine übliche Einrichtung der Mnemotron-ßauart 13 erfolgen, und zwar während eines vorhergehenden Vorganges, der während des Herablassens der Sonde in das Bohrloch ausgeführt werden kann.

Diese Vorrichtung bewirkt ein »Eichen« der Ordinaten eines Wellenzuges und liefert die algebraische Summe der Proben der gleichen Abszisse für η Messungen auf jeder Bohrlochhöhe.

Ist η ausreichend groß, so verschwindet der Einfluß des Geräusches in dieser algebraischen Summe, und zwar aufgrund des zufallsbedingten Charakters dieses Geräusches (der Mittelwert der Geräuschkomponenten ist Null).

Dadurch, daß während des Herablassens der Sonde in das Bohrloch Vormessungen mit einem Orientierungswert vorgenommen werden, wird es durch diese Speichervorrichtung möglich, den kleinsten Wert des Amplitudenkammes der ersten Wölbung der Kompressionswelle festzulegen, deren Polarität von da an ja bekannt ist; es wird damit möglich, automatisch den Empfindlichkeitsschwellenwert der Einrichtung 12 (mit der die Speichereinrichtung durch eine in Fig. 10 gestrichelt eingezeichnete Leitung verbunden ist) auf eine festgelegte Fraktion dieses Minimalwertes festzulegen, der so gewählt ist, daß der Geräuscheinfluß auf die nachfolgenden Messungen eliminiert wird.

Der Unterbrecher K' ermöglicht es, gegebenenfalls das Mnemotron 13 beim Aufwinden abzuschalten.

Durch Verwendung dieses Mnemotrons während des gesamten Diagraphicvorganges ist es also möglich, auf die Empfangsschwellenwerlregelungseinrichtung 12 zu verzichten.

Diese Schwellenwertregelung kann von Hand nach Markierung auf dem Oszilloskopschirm 4 während des Herablassens der Sonde von dem kleinsten durch die Amplitude des Wellenkammes der ersten Wölbung aufgenommenen Wertes durchgeführt werden.

Der bei 12 austretende Akustikwellenzug hat beispielsweise die bei Di₂ dargestellte Form.

Er wird auf den Eingang der Mittel zur Erfassung der ersten Wölbung A\ der Kompressionswelle gegeben, wobei diese Mittel beispielsweise gebildet werden durch den Unterbrecher 14, dessen Schließen nur bei Eintreffen eines Signals mit einer Polarität gesteuert wird, die der oben festgelegten für die erste Wölbung entspricht und wobei die Intensität größer sein muß als die des oben ebenfalls festgelegten Schwellenwertes, wobei der Unterbrecher dann geschlossen bleibt.

Der Teil des mit dieser ersten Wölbung beginnenden Akustikwellenzuges wird dann gegen die Detektionsmittel für die Maximalamplitude aufeinanderfolgender Wölbungen gerichtet.

Beim dargestellten Beispiel bestehen diese Mittel in Kombination aus einer Koinzidenzschaltung 15 sowie einer Parallelschaltung 16, die in Reihe aufweist:

Eine erste differenzierende Schaltung 17, die das Signal 18 entsprechend der Wölbung A\ liefert, bei dem es sich um dessen erste Ableitung nach der Zeit handelt; einen Kippkreis 19 und eine zweite differenzierende Schaltung 21, deren jeweilige Ausgangssignale, die der Wölbung Ai des Wellenzuges entsprechen, bei 20 und 22 in F i g. 10 dargestellt sind.

Das Signal 22 wird an eine der Eingangsklemmen 23 der Koinzidenzschaltung 15 gelegt, wobei das aus dem

809 510/21

Unterbrecher 14 austretende Signal an die andere Eingangsklemme 24 der Schaltung gelegt wird.

Das Signal 23 besitzt eine Spitze gleichen Vorzeichens wie das der Wölbung des Wellen/uges, der sie entspricht, wobei diese Spitze dem Durchgang der ■"> Wölbung durch ihr Maximum (Umkehrpunkt) entspricht.

Die Koinzidenzschaltung 15 ist so eingerichtet, daß das an ihre Klemme 14 gelegte Signal nur während des kurzen Zeitintervalls entsprechend dem Anlegen eines in Impulses gleichen Vorzeichens beispielsweise die Spitze 25 an ihrer Klemme durchläßt, wobei dieser Impuls gegebenenfalls vorher durch eine Zwischenschaltung zur Beeinflussung ihrer Form, falls dies notwendig wird, vergrößert worden ist.

Der Wcllenzug Di > geht also durch die Koinzidenzschaltung 15 nur während sein· kurzer Zeitintervalle entsprechend den Augenblicken durch, wo die aufeinanderfolgenden Wölbungen ihre Maximalampliuiden erreichen. Die bei 15 austretenden und den verschiede- .'(> neu Wölbungen entsprechenden Signale werden an speichernde Meßgeräte 25, 26 gegeben, wo deren Intensität gemessen und der so gewonnene Meßwert gespeichert wird. Das Gerät 25 dient zur Messung der Maximalamplhude der Wölbung Aw das Meßgerät 26 >■-> entspricht tier der Wölbung A> im gewählten Beispiel, wo der durch die Empfangseinrichtung R aufgenommene Akuslikwellenzug die bei Di_> in F i g. 10 dargestellte Form besitzt.

Die aus den Geräten 25 t.nd 26 austretenden Signale, jn die jeweils eine Funktion der Maximalamplituden /?i und Iu der Wölbungen A] und A> sind, werden an eine Divisoreinrichtung 27 gegeben. Bei dieser kann es sich um eine bekannte Bauart handein, die in Form eines elektrischen Signals das Verhältnis h\/hi ermittelt. i"> wobei dieses Signal an eine Aufzeichnungsvorrichtung 28 gegeben wird.

Auf dieser Aufzeichnungsvorrichtung erscheinen so die Variationen der Kennziffer

40

(oben definiert), was die Veränderungen der Mobilität

— in den Formationen in der Nähe der Sondierungsboh- μ ·)·>

rung als Funktion der Höhe der Sonde wiedergibt, wobei die jeweilige Höhe durch die Synchronisationseinrichtung 10 markiert wurde.

Eine binäre Zählerkette 29, gebildet aus drei bistabilen Kippkreisen, die in Reihe geschaltet sind, und w deren Eingang an die Ausgangsklemmc der Schaltung 15 gelegt ist, bewirkt die Rückstellung der speichernden Meßvorrichtung 25 und 26 auf Null und gleichzeitig das Öffnen des Unterbrechers 14 bei Empfang der dritten Wölbung A ι jedes Wellcnzuges. γ,

Beim dargestellten Beispiel wird diese Rückstellung auf Null durch das Erzeugen eines Signals für den dritten Kippkreis der Kette 29 an ihrem Ausgangsende bewirkt, wobei dieser Steuerimpuls über Leiter 30 bzw. 31 auf den Unterbrecher 14 und die Anordnung der <,o Meßgeräte 25 und 26 übertragen wird.

Die teilweise in Fi g. 11 dargestellte Variante bezieht sich auf den Fall, wo das Verhältnis

gewählt ist und die Beweglichkeit oder die Permeabilität der untersuchten Formationen wiedergibt.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich nur dadurch, daß das Anlegen des. aus der Schaltung 15 austretenden Signals an eines der Meßgeräte 25 oder 26 über Unterbrecher 32 und H erfolgt, deren Schließbewegung jeweils durch Erscheinen eines Ausgangssignals am ersten (Steuerung über 32) und dritten (Steuerung über 3.3) Kippkreis einer Zählerschaltung 34 erfolgt, die aus vier bistabilen in Reihe geschalteten Kippkreisen besieht, was dem Durchlassen der ersten und der dritten Wölbung zum Zeitpunkl von deren Maximalamplilude entspricht.

Das Rückstellen auf Null tier Geräte 25 und 26 und tlas Schließen ties Unterbrechers 14 erfolgt wie oben erwähnt gleichzeitig, indem die Leiter 30 und Jl an die Ausgangsklemme des letzten Kippkreises tier Kette 34 angeschlossen werden.

[is ist möglich, die oben mit Bezug auf F i g. 10 oder ! 1 beschriebenen Einrichtungen für den Fall auszulegen, wo als Parameter, die mit ilen Maximalamplituden tier ersten Wölbungen ties Akusiikwellenzuges zusammenhängen, die jeweiligen Steigungen tier Tangenten (I], i>. Is) an tliese Wölbungen zu Beginn von tieren Empfang gewählt werden.

Es genügt also talsächlich, zwischen den Ausgang des Unterbrechers 14 und die Parallelschaltung 16 eine differenzierende Schaltung 35 zu legen, die für tlas Signal D] > tlas Signal Du gleich tier Ableitung des Signals Di> nach der Zeit erzeugt, das am Ausgang von 35 erscheint. 'Das Messen der Verhältnisse der Steigungen /ι, h, t) wird zurückgeführt auf eine Messung ties Verhältnisses aufeinanderfolgender Wölbungshöhen des abgeleiteten Signals Dj-,. ti. h„ es erfolgt eine Rückführung auf das oben gelöste Problem.

Nach einer anderen Ausführungsform tier in FMg. 10 tiargestellten Einrichtung wird zusätzlich zur differenzierenden Schaltung $5 eine Parallelschaltung vorgesehen, die die Parallelschaltung 16 ersetzt und zwischen den Ausgang des Unterbrechers 14 und ilen Eingang 23 tier Koinzidenzschaltung 15 gelegt wird, wobei tliese so eingerichtet isl. tlaß sie nur dann ein Signal austreten läßt, wenn das bei 14 austretende und bei 2.3 angelegte Signal gleich Null ist, was dem jeweiligen Beginn der verschiedenen Wölbungen entspricht, wobei das bei 15 austretende Signal dann gleich der Steigung der Tangente im entsprechenden Punkt der Wölbung ist.

In einem Fall können wenigstens zwei unterschiedliche Emission.sfrequenz.cn — entsprechend verschiedenen Absländen der Untersuchung bezüglich der Bohrlochachse — verwendet werden, wobei die Eindringtiefe der Schallwellen in die dem Bohrloch benachbarten Formationen im umgekehrten Sinn wie die Frequenz variiert. Weiter wird dabei das Verfahren für die beiden Frequenzen getrennt durchgeführt, und die auf ein und demselben Bohrlochniveau gemessenen

Beweglichkeiten—werden mit den beiden Emissions-

l'requenzen getrennt verglichen, wodurch unter der Annahme, daß die Permeabilität K wenig als Funktion des Abstandes von der Achse des Bohrloches in dessen Nähe variiert, die Viskositäisänderungen der die Formationen auf einem festgelegten Niveau als Funktion des Abstandes zur Achse der Sondierungsbohrung imprägnierenden Medien ermittelt werden können.

Eine Vorrichtung, die sich für die Durchführung dieses Verfahrens eignet, ist in F i g. 12 schemuisch dargestellt.

Sie arbeitet mit einer in der Akustikdiagraphie üblichen Sonde 37 mit zwei Senilem 71 und T> und zwei

Empfängern R\ und /f>bei gleichem Absland /./wischen den beiden Sendern und /wischen den beiden !'•Empfängern.

Einer der beiden Sentier, beispielsweise tier Sentier Γι, sendet akustische Signale mit einer Frequenz, die /wischen 20 000 und '50 000 Hertz liegen kann; der andere sendet auf einer Frequenz, die zwischen 2000 und 20 000 Hertz, beispielsweise zwischen 5000 und 10 000 Hertz, liegen kann.

Die Sender sind zur Abgabe von Kugelwellen ausgelegt und können auf dem Magnetostriktiven oder piezoelektrischen Prinzip aufgebaut sein, wobei man beim letztgenannten Fall einem piezoelektrischen Quarz eine geeignete Form gibt.

Der Empfänger R\ ist auf die Emissionsfrequenz ties Senders Γι und der Empfanger R₂ auf die Frequenz des Senders Γ? abgestimmt.

Die durch die beiden Empfänger aufgenommenen Signale werden an die Oberfläche über das Kabel 38 übertragen und können an den Schirmen zweier Oszilloskope abgelesen werden oder auf dem Schirm ein und desselben Oszilloskopes 39 mit zwei Eingängen.

Eine elektronische Folgesteuerung 40 für die Funktion jedes Senders T₁ und Tj bewirkt deren aufeinanderfolgende [Erregung entsprechend dem I lochholen der Sonde 37.

Das eine [-Erregung des Senders T\ von der folgenden, an den Sender Γι gelegte Erregung trennende Zeitintervall At wird durch die Einrichtung 40 so eingestellt, daß tlas Produkt VzIi gleich /. ist. wobei /. tier Abstand /wischen den Mittelpunkten beider Sentier ist und wobei mit V die Geschwindigkeit des Hochholens tier Sonde bezeichnet wird, die durch ein Detektorgerät 41 ermittelt wird, das von bekannter Bauart sein kann untl tlas mil der !Einrichtung 40 über Leiter 42 zur Steuerung der Auslösung der aufeinanderfolgenden Emissionen als Funktion der Geschwindigkeit beim Heraufholen der Sonde verbunden ist.

Unter diesen Bedingungen senden tlie Sentier 7Ί untl T₂ aufeinanderfolgend auf tier gleichen Höhe im Bohrloch während tlieses I lerauf/iehvorganges.

Die Anzahl der pro Meter der Heratifziehbewegung

ausgesendeten Signale ist also gleich

, wobei der

Abstand T\ T₂ in Meiern auszudrücken ist. Man wählt beispielsweise Γι Tj = 0.25 m, und die Gesamtzahl der ausgesandten Signale (für beide Frequenzen) beträgt vier pro Meter (entsprechend einem Signal pro Sekunde bei einer normalen Aufziehgeschwindigkeit der Sonde vt)n 0,25 m/see oder 900 m/Std.).

Der Abstand E=T₁R^T₂R₂, vertikal im Boden gemessen, enthält wenigstens eine Wellenlänge, die der niedrigsten der beiden Emissionsfrequenzen entspricht.

Liegt zum Beispiel die niedrigste beider Emissionsfrequen/en bei 5000 Hz, wenn man als Ausbreitungsgesehwindigkeit für die akustischen Wellen den Maximalwert von 7000 m/sec, entsprechend den schnellsten Ausbreilungen in den Setlimentformationen, nimmt, so wählt man

<■) Die jeweils durch die Empfänger R\ und R₂ empfangenen Signale, die auf dem Schirm des Oszilloskops 39 erscheinen, können auf einem mit der Aufziehgeschwindigkeit der Sonde abgewickelten Film bei Anzeige der verschiedenen Tiefen auf den Film

κι aufphotographiert werden.

Die Signale werden getrennt nach dem oben beschriebenen Verfahren analysiert, indem hierzu beispielsweise eine völlig automatische Einrichtung — wie die;;e beschrieben wurde — zur Festlegung der

fC

'"' Mobilität—durch die Kennziffern, beispielsweise /,.und

μ
IJ, verwendet wird.

Man bildet also auf diese Weise zwei Diagraphien als

Funktion der Tiefe für zwei Emissionsfrequenzen entsprechend zwei unterschiedlichen Abständen für das Eindringen der akustischen Wellen, bezogen auf die Bohrlochachse in die benachbarten Formationen.

Die Kalibrierung dieser Diagraphien in Werten der

Beweglichkeit —wird an der Oberfläche in künstlichen

Böden bekannter homogener Permeabilität ausreichenden Volumens vorgenommen, die beispielsweise aus einer zylindrischen Hülse gebildet werden, die mit einem porösen Material gelullt ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um Glaskugeln oder Sintermetallgranulate handeln, die durch eine geeignete erwärmung behandelt wurden, wobei tlic Zwischenräume /wischen Kugeln oder Granulaten im übrigen durch eine Flüssigkeit bekannter Viskositäl, beispielsweise

j--, Schmieröl, gefüllt sind.

Die Interpretation der durch die beiden Diagraphien erhaltenen Aufzeichnung nimmt man so vor, indem man

JS

die Werte der Beweglichkeil—in jeder Bodenschicht in

unterschiedlichen Abständen von der Wand des Loches entsprechend den beiden verwandten Frequenzen vergleicht.

Da man die Permeabilität K im allgemeinen als konstant in einer Sedimentärformation, bezogen auf die

4> im Abstand zwischen Sendern und Empfängern von den Wellen durchlaufenen Volumina, ansehen kann, erlaubt der Vergleich der beiden für die beiden Emissionsfrequenzen erhaltenen Werte — bei ein und demselben

■-,ο Niveau die Feststellung der seitlichen Variationen der Viskosität tier die Formationen im Mcßintervall untl über den untersuchten Durchmesser imprägnieienden Medien.

Selbstverständlich gibt die Diagraphie für jede

« Frequenz eine Anzeige der Veränderungen der

Mobilität — in der untersuchten Zone, welche dieser

Frequenz entspricht.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum akustischen Untersuchen von ein Bohrloch umgebenden geologischen Medien, bei > dem akustische, praktisch identische Signale gesendet und jeweils mehrere Extremwerte enthaltende Empfangssignale in Höhen konstanten Abstands, bezogen auf die jeweiligen Emissionshöhen im Bohrloch, erfaßt werden, bei dem aus den Empfangs- H) Signalen Amplitudenverhaltnisse gebildet und diese Amplitudenverhältnisse gegenüber den ihnen zugeordneten Bohrlochtiefen aufgezeichnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Mobilität — die Amplitudenverhaltnisse ''

jeweils aus wenigstens zwei der ersten drei Extremwerte eines einzigen Empfangssignals, welches einem einzigen Wellcntyp entspricht, gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenverhaltnisse aus der Maximalamplitude des Transversalanteils sowie atis der benachbarten Amplitude des Empfangssignals gebildet werden. 2>

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenverhältnisse aus wenigstens zwei der ersten drei Extremwerte des Kompressionsanleils des Empfangssignals gebildet werden. jo

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenverhaltnisse auf die Steigung der Tangenten des Beginns der die Extremwerte jeweils enthaltenden Wellenwölbung zurückgeführt werden. j>

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenverhältnisse auf den Flächeninhalt der die Extremwerte enthaltenden jeweiligen Wellenwölbung oberhalb der Zeitachse zurückgeführt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reihen von Ermittlungsvorgängen mit unterschiedlicher Sendefrequenz durchgeführt werden.

4) Allgemein kann man im übrigen ausführen, dall Amplitudenverhaltnisse von Signalen, die jeweils von zwei unterschiedlichen Empfängern aufgefangen wurden, ermittelt wurden.

Eine Messung der Permeabilität von F-'ormationen ist jedoch aufgrund der untersuchten Größen nicht möglich.

Auch die DE-PS 1197 638 kann keine Lösung anbieten, da es dort einfach um ein Signalumwandlungsverfahren geht, bei dem zur Untersuchung zwei benachbarte Schwingungswellenzüge herangezogen werden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zum erstenmal ein Verfahren zum Herstellen akustischer Diagraphen der Mobilität vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindiing.sgemäß dadurch gelöst',

daß zur Ermittlung der Mobilität — die Ampliludenver-

hältnisse jeweils aus wenigstens zwei der ersten drei Extremwerte eines einzigen Empfangssignals, welches einem einzigen Wellentyp entspricht, gebildet werden.
Definiert ist die Mobilität