DE2809987A1

DE2809987A1 - Verfahren und vorrichtung zum untersuchen eines bohrlochs

Info

Publication number: DE2809987A1
Application number: DE19782809987
Authority: DE
Inventors: John D Ingram
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1977-03-10
Filing date: 1978-03-08
Publication date: 1978-09-14
Also published as: NL7802459A; MX144375A; NO146617C; CA1119283A; IT1093773B; FR2383455B1; AU3348478A; GB1598380A; FR2383455A1; AU518574B2; EG13601A; BR7801421A; IT7821040A0; NO780836L; US4123744A; NO146617B

Description

der Societe de Prospection Electrique Schlumberger, 42, rue Saint Dominique, Paris/Frankreich

BETREFFEND:

"Verfahren und Vorrichtung zum Untersuchen eines Bohrlochs"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Untersuchen eines Bohrlochs, wobei die Richtwirkung der Energxestrahlung während der Untersuchung in einem Bohrloch eingestellt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum dynamischen Steuern von akustischen SEndern während der Untersuchung eines Bohrlochs.

Bei einer typischen Untersuchung eines Bohrlochs wird ein akustischer Sender oberhalb eines Paars von Schallempfängern auf einem BohrlochUntersuchungswerkzeug angeordnet. Wenn das Werkzeug hochgezogen wird, wird der Sender aktiviert, um akustische Energie in das Bohrloch auszustrahlen. Als ein Ergebnis der zylindrischen Form des Senders wird das meiste seiner Energie senkrecht zur Achse und radial auswärts gegen die

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umgebende Erdformation getrahlt, wo sie nachfolgend sowohl aufwärts als auch abwärts längs der Bohrlochwandung als auch auswärts in die Formation sich fortsetzt. Die Empfänger, die unterhalb des Senders angeordnet sind,verwenden nur einen Teil der Energie, die sich abwärts längs des Bohrlochs und durch die Formation fortsetzt. Die Energie, die sich aufwärts und auswärts fortsetzt, wird folglich nicht verwendet. Diese uneffiziente Energieverwendung begrenzt den zulässigen Abstand zwischen dem Sender und den Empfängern. Energie, die von einem Empfänger empfangen wird, der zu weit von ehern Sender entfernt ist, würde zu gering sein, um ein zuverlässiges Verarbeiten der empfangenen Welle zu ermöglichen, um eine Information, etwa die Laufzeit einer besonderen Welle oder die Größe dier Welle oder andere Parameter abzuleiten, die zu einem Verständnis der Erdformation um das Bohrloch herum als Funktion der Tiefe führen.

Die Größe der Wellenform, die auf die Empfänger fällt, ist eine Funktion einer großen Anzahl von Faktoren, etwa der Dämpfung der Wellenform aufgrund des Abstandes zwischen Sender und Empfänger, dem Charakter der Formation, dem dominanten Frequenzspektrum der akustischen Energie, der Bohrlochform und -größe. Ferner können Formationen akustisch nahe dem Bohrloch geändert werden, so daß Signale von Empfängern, die in einem kurzen Abstand vom Sender angeordnet sind, nicht die radial tieferen, ungeänderten Formationseigenschaften wiedergeben. Um genaue Messungen unter derartigen Bedingungen vorzunehmen, sind größere Abstände und stärkere Signale an den weiter entfernten Empfängern notwendig. Angesichts der variablen Natur der Erdformation ist häufig die Größe der akustisichen Energie, die auf den Empfänger auftrifft, an der unteren Grenze.

Vorschläge wurden gemacht, um die Stärke der akustischen Wellen, die abwärts zu den Empfängern laufen, durch Steuern der Richtwirkung der Energieverteilung von dem Sender zu verbessern.

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Eine Methode entsprechend der US-PS 3 136 318 besteht darin, daß das Richtwirkungsverhalten in einer fixierten Weise geändert wird. Bei anderen Methoden kann die Richtwirkung mechanisch (US-PS 3 542 15o) oder elektrisch (US-PS 3 496 553) eingestellt werden. Diese Einstellungen werden gewöhnlich vor dem Einbringen des Bohrlochwerkzeuges in das Bohrloch vorgenommen und basieren folglich auf angenommenen Bedingungen. Bei den Methoden zum elektrischen Einstellen wird gewöhnlich ein Verfahren verwendet, daß als Richtstrahlen (beam steering) bekannt ist, wobei ein verzögertes Ausstrahlen von Sendern vorgenommen wird, so daß die Gesamtenergie ein Maximum in einer bestimmten Richtung besitzt. Wie in der US-PS 3 496 553 beschrieben ist, wird ein Sender aus einer Vielzahl von getrennten Generatorelementen gebildet, die längs der Achse des Bohrlochwerkzeugs getrennt voneinander nahe beieinander angeordnet sind. Dies e Generatoren sind elektrisch durch elektrische Verzögerungsleitungen in Reihe geschaltet. Wenn der Sender eingeschaltet wird, wird zunächst der oberste Generator eingeschaltet, während jeder der unteren Generatoren relativ zu einem über ihm verzögert eingeschaltet wird. Die Verzögerungen sind derart, daß das Einschalten jedes Elementes eine akustische Welle erzeugt, die in Phase mit den vorher erzeugten Wellen ist, die sich abwärts bewegen. Dieses phasenverzögerte Einschalten erzeugt einen akustischen Gesamtimpuls,dessen Energieverteilung besonders in einer Richtung von dem ersten zum letzten gepulsten Element des Senders verstärkt ist. Diese Richtwirkung ändert sich sowohl mit dem physikalischen Abstand zwischen den Elementen als auch mit der inneren Verzögerung. Der physikalische Abstand ist bei dem Aufbau des Senders vorgegeben. Die elektrische Verzögerung kann durch Änderung der Ladespannung oder Kondensatoren geändert werden, die in den elektrischen Schaltkreisen verwendet werden.

In der US-PS 3 732 945 ist eine Senderanordnung beschrieben, bei der die Richtwirkung der Energie durch Phasenverzögerung der Sendezeiten einer Vielzahl von Sendern geändert werden kann.

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Die Verzögerungszeiten werden festgelegt unter Steuerung eines Signals, das an der Erdoberfläche erzeugt wird. Durch Erzeugen des Steuersignals für verschiedene Verzögerungen können spezifische Wellen, etwa die Druck- oder Seherungswelie, in der akustischen Welle, die an dem Schallempfänger ankommt, durch Steuern der Richtwirkung der akustischen Energie der Sender betont werden.

Ein weiteres Unteasuchungsverfahren unter Verwendung von Schallwellen, wobei ein elektrisch selektierbares Riehtstrahlenverfahren verwendet wird, ist in der US-PS 3 614 725 beschrieben. Hierbei wird der abwärts gerichtete Richtwirkungswinkel eines akustischen Sendestrahles etwa von der Erdoberfläche durch Vorgeben eines Vormagnetisierungsstromes auf permeable Kerne, die getrennte Sendeelemente verbinden, ferngesteuert. Andere Methoden zur Bohrlochuntersuchung verwenden Richtstrahlung mit einem vorgegebenen Winkel oder einem rückstellbaren Winkel, vergl. US-PS 3 475 722.

Die Methoden zur Bohrlochuntersuchung unter Verwendung von Richtstrahlung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, liefern keine Einstellung auf häufige Änderungen, die bei einem Bohrlochuntersuchungswerkzeug in Betracht zu ziehen sind, wenn dieses verschiedene Formationen durchläuft. Vielmehr ist es allgemeine Praxis bei Methoden, die eine Richtstrahlmöglichkeit besitzen, einen festen Strahlungswinkel auszuwählen, der auf besten Schätzungen der Formationseigenschaften anstatt tatächlichen Messungen beruht, wobei dieser feste Winkel während eines Bohrlochuntersuchungsgangs beibehalten wird. Obwohl eine derartige Methode eine zweckmäßige Anwendung der Richtstrahlung kann sein, kann man bezüglich der Untersuchungsergebnisse trotzdem nichtdie optimalen Möglichkeiten des Richtstrahlens verwenden. Ferner war die relative physikalische Position von Sender und Empfängern bisher bei normalen Verwendungen nicht geeignet, eine geeignete Verwendung der tatsächlichen Messungen zum Einstellen der Richtstrahlen

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ζ u e rmö gli chen.

Bei einer erfindungsgemäßen Bohrlochuntersuchung wird eine dynamische Richtstrahlung verwendet. Ein Wellenparameter wird abgeleitet, wenn ein Untersuchungswerkzeug längs des Bohrlochs bewegt wird. Der Parameter wird dann dazu verwendet, um dynamisch die Richtstrahlung einer Welle einzustellen, um den abgeleiteten Parameter zu optimalisieren. Die Richtwirkung der Sender, die in dem Werkzeug angeordnet sind, wird automatisch entsprechend dem Parameter eingestellt, wesrnn sich das Werkzeug längs äss Bohrlochs bewegt.

Unter dynamischen Richtstrahlen wird hierbei die Echtzeitänderung der Richtwirkung der Energieübertragung von den Sendern als eine Funktion eines Parameters verstanden, der von einer vorhergehenden übertragenen Welle abgeleitet ist, um den Wellenabschnitt, von dem der Parameter,abgeleitet wird, zu verstärken. Erfindungsgemäß wird die Richtungder Energie von den Sendern optimalisiert, wenn eine Bohrlochuntersuchung durchgeführt wird.

Bei einer Ausführungsform des dynamischen Richtstrahlens wird vorzugsweise ein besonderer Parameter einer empfangenen Welle durch Steuern der Richtwirkung der Senderstrahlung für die Energie als ein Maß des Parameters hervorgehoben.

Bei einer anderen Ausführungsform wird der Parameter an der Bohrlochstelle vor den Sendern erhalten und zeitweilig gespeichert, bis die Sender sich bis zu dieser Bohrlochstelle bewegt haben. Der abgeleitete Parameter wird dann verwendet, um die Richtwirkung der Sender in Übereinstimmung mit dem Wert des Parameters an dieser Stelle einzustellen. Als Ergebnis hiervon wird der Wellenabschnitt, von dem der Parameter abgeleitet wurde, verstärkt.

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Erfindungsgemäß kann ein Bohrlochuntersuchungswerkzeug verwendet werden, das eine Vielzahl von mit Abstand angeordneten Sendern und Empfängern aufweist, das aufwärts längs eines Bohrlochs bewegt wird. Der obere und untere Sender sind beide unter den Empfängern angeordnet. Die Sender werden dann aufeinanderfolgend mit einer anfänglichen relativen Verzögerung aktiviert, die ausgewählt ist, um eine übertragene Welle zu erzeugen, deren Energieverteilung in Aufwärtsrichtung und in einem Winkel verstärkt ist, der optimal zum Erregen der Übertragung der Wellen durch die Formation zu den Empfängern ist. Signale von den Empfängern werden unmittelbar verarbeitet, um einen besonderen Parameter, etwa die Laufzeit der übertragenen Welle durch die Erdformation zwischen den Empfängern abzuleiten. Wenn die Sender gegenüber der Formation bewegt werden, für die der Parameter abgeleitet wurde,wird die Zeit zwischen den Senderaktivierungen aktiviert, um die übertragene Welle beispielsweise durch verzögernde Betätigung des oberen Senders relativ zu dem unteren Sender als eine Funktion der abgeleiteten Laufzeit zu verstärken.

Wenn die Abstände zwischen Paaren von Empfängern, die verwendet werden, um den Parameter abzuleiten, von dem Abstand zwischen den Sendern abweichen, muß die Aktivierungsverzögerung ferner bezüglich dieses Unterschiedes korrigert werden.

Das dynamische Richtstrahlen kann bezüglich verschiedener Parameter gesteuert werden, beispielsweise kann eine vorbestimmte Charakteristik der empfangenen Welle isoliert und vorzugsweise durch Steuern der relativen Phasen zwischen den Sendern, die akustische oder elektromagnetische Energiestrahlen erzeugen können, verstärkt werden. Bei einer Bohrlochuntersuchung durch Schall kann der Parameter, der zum dynamischen Richtstrahlen verwendet wird, beispielsweise die Laufzeit der Druck- oder Scherungswellen sein.

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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum dynamischen Steuern der Energieübertragung zu schaffen, die von Sendern erzeugt wird, die bei der Untersuchung eines Bohrlochs verwendet werden.

Diese und andere Vorteile und Aufgaben der Erfindung werden nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung zum dynamischen Steuern,

Fig. 2 zeigt schematisch ein Verfahren zum dynamischen Steuern eines Energiestrahls, um vorzugsweise einen Wellenbereich zu verstärken, von dem ein Parameter abgeleitet wird,

Fig. 3 zeigt eine Wellenform, die von einem Schallempfänger aufgenommen wird,

Fig. 4 zeigt schematisch eine Analogmethode zum Ableiten eines Paran±ers, der bevorzugt durch das dynamische Steuern verstärkt wird.

In Fig. 1 ist eine Bohrlochuntersuchungseinrichtung 1o schematisch dargestellt. Ein Bohrlochuntersuchungswerkzeug 12 ist an einem Kabel 14 in einem Bohrloch 16 aufgehängt und mit einem Paar von Sendern 18.1 und 18.2 sowie mit einem Paar von Empfängern 2o.1 und 2o.2 ausgerüstet. Die Sender sind voneinander durch einen Abstand S. getrennt, der derart gewählt ist, daß eine verzögerte Betätigung der Sender in bekannter Weise einen gesteuerten oder gerichteten Strahl erzeugen kann. Die Sender 18 und die Empfänger 2o können von verschiedenartigen Typen, etwa

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ak-ustischer oder elektromagnetischer Art sein. Wenn der Abstand S, die bei einer elektromagnetischen Ausstrahlung verwendete
Wellenlänge übersteigt, ist die relative Phase zwischen den Ausstrahlungen so gewählt, daß sich die gewünschte Richtwirkung ergibt.

Das Untersuchungswerkzeug 12 kann andere Einrichtungen aufweisen, die gewötnlich bei Bohrlochuntersuchungen verwendet werden, etwa einen Taster zum Messen des Bohrlochdurchmessers, Stromversorgungen zum Betätigen der Sender 18 und Steuerkreisen zum
Erhalten der gewünschten geänderlichen Verzögerung in der Betätigung der Sender. Derartige Einrichtungen sind bekannt und aus
Gründen der Klarheit in Fig. 1 nicht dargestellt. Es genügt,
darauf hinzuweisen, daß elektrischer Strom für die verschiedenen Werkzeugfunktionen durch das Kabel 14 von oberirdischen, nicht
dargestellten Quellen zusammen mit Signalübertragungswegen für
Steuersignale und Wellenformen von den Empfängern 2o geliefert
wird.

Bei einer Bohrlochuntersuchung wird das Werkzeug 12
aufwärts bewegt, während die Sender 18 mit einer Rate in der
Größenordnung von 2o Impulsen pro Sekunde betätigt werden, um
Energieimpulse in die Erdformationen zu schicken. Die aktivierten Sender erzeugen Wellen, die zu den Empfängern 2ο längs eines Pfades verlaufen, der allgemein mit 21 bezeichnet ist und aus einem Abschnitt 22, der durch das Bohrlochmedium nahe den Sendern 18 verläuft, einem Formationsabschnitt 2 3 zwisdchen den Sendern 18, einem gemeinsamen Formationsabschnitt 24, einem Formationsabschnitt 26 zwischen den Empfängern 2o und 21.2 für die Energie, die auf den Empfänger 2o.2 auftrifft, und Abschnitten 2 8 und 28' zwischen den Empfängern 2o.1 bzw. 2o.2 und der Wandung des Bohrlochs gebildet wird. Die Empfänger 2o können abwechslnd in die Lage versetzt werden, empfangene Wellen in Antwort auf die Senderaktivierungen wiederzugeben.

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Die empfangenen Wellen werden verstärkt und über das Kabel 14 zu einer überirdischen Signalverarbeitungseinrichtung mit einer Leitung 3o übertragen. Tiefensignale werden über eine Leitung 32 erhalten, indem die Kabellänge 14, die abgegeben ist, überwacht wird.

Die empfangenen Wellen und Teifensignale werden verarbeitet, um eine brauchbare Information über die Erdformation zu erhalten. Hierzu kann ein Digitalprozessor 34 verwendet werden, wobei die Bohrlochuntersuchungsdaten auf ein verträgliches Format umgewandelt werden. Eine Technik zum Umwandlen der formationen der Bohrlochuntersuchung ist beispielsweise in der US-Patentanmeldung 581 3 81 vom 27. Mai 19 75 beschrieben.

In der vorstehend genannten Anmeldung sind verschiedene Methoden zum Ableiten eines verwendbaren Parameters aus den empfangenen Wellen beschrieben. Beispielsweise können die empfangenen Wellen schnell in Digitalform konvertiert und anschließend in speziellen Verarbeitungsmethoden verwendet werden, um einen Parameter zu liefern, etwa die Geschwindigkeit der übertragenen Welle, oder bei einer Schalluntersuchung die Geschwindigkeit der Druckwelle V in cm/sec oder die Umkehrung hiervon, die Laufzeit Δ> Τ in ρ see/cm. Derartige Paramter können schnell und zuverlässig mit Verarbeitungsmethoden bestimmt werden, die in dem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Sendezyklen abgesdiossen sind.

Der Parameter kann mit einem festprogrammierten Prozessor oder einem solchen bestimmt werden, dessen Programm geändert werden kann, um verschiedene Bedingungen anzupassen. Einzelheiten der Verwirklichung einer derartigen Parameterbestimmung können aus der vorgenannten Anmeldung entnommen werden.

Das Verfahren 34 ist, wie in Abschnitt 36 gezeigt ist, programmiert, um ein Parameterwellensignal, etwa Δ Τ (Laufzeit)

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als Funktion der Tiefe des Werkzeugs 12 in derart kurzer Zeit zu bestimmen, daß die Δ T-Bestimmung in einem solchen Zeitraum abgeschlossen ist, der mit konventionellen Untersuchungsgeschwindigkeiten vereinbar ist. Die Tiefenangabe auf Leitung 32 nimmt Bezug auf eine bestimmte Stelle an dem Werkzeug 12, etwa beispielsweise die Stelle des Empfängers 2o.2, der am weitesten von den SEndern 18 entfernt ist, oder die Stelle in der Mitte zwischen den Empfängern 2o.

Wenn der Parameter Δ.Τ durch Verarbeiten verschiedener Wellen von den Empfängern 2o.1 bzw. 2o.2 bestimmt wird, wird die Laufzeit für den Bohrlochabschnitt 26 zwischen den Empfängern 2o.1 und 2o.2 erhalten. Da dieser Bohrlochabschnitt sich oberhalb der Sender 18 befindet, wird der Parameterwert oder das Wellensignal zusammen mit der Tiefe des Bohrlochabschnittes gespeichert, auf das sich die Messung bezieht, wie im Abschnitt 36 des Prozessors 34 angedeutet ist.

Der Vorgang des Aktivierens der Sender 18.1 und 18.2 wird fortgesetzt, während sich das Werkzeug 12 aufwärts längs des Bohrlochs 16 bewegt. Die tatsächliche Tiefe der Sender 18 wird in Abschnitt 38 des Prozessors 34 überwacht, da der Abstand zwischen den Empfängern 2o und den Empfängern 18 bekannt ist. Wenn die Sender 18 in bezug auf einen Bohrlochabschnitt, etwa den Abschnitt 26, wirksam angeordnet sind, für den der Parameterwert Δ Τ vorher bestimmt und gespeichert wurde, wird dieser Wert verwendet, um eine Aktivierungsverzögerung /^ F zwischen den Sendern durch den Prozessorabschnitt 4o zu berechnen.

Die Verzögung Z^ F kann ausgedrückt werden als eine

Phasenverzögerung gemessen in Mikrosekunden. Daher wird beispielsweise nach einem kurzen Zeitraum, nachdem der erste SEnder 18.1 aktiviert wurde, der zweite Sender 18.2 aktiviert. Die Verzögerung Δ F kann dynamisch auf einer Anzahl von Grundlagen bestimmt werden.

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Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird die Aktivierungsverzögung Δ F als solche bestimmt, die benötigt wird, um die übertragene Welle zu verstärken, die in dem gemessenen A. T läuft. Daher ist Δ. F gleich dem Laufzeitparameterwert Δ^ Τ mit einem Korrekturfaktor, um den tatsächlichen S. zwischen den Sendern in Betracht zu ziehen. Wenn beispielsweise der I&rameterwert F in Mikrosekunden pro 3o.48 cm und der Abstand S, gleich 3o.48 cm ist, ist die tatsächliche Verzögerung gleich Δ. T. Wenn der Abstand etwa 15,24 cm ist, wirddie tatsächliche Verzögerung F in Abschnitt 4o durch zwei dividiert.

Wenn die Verzögerung Δ F, wie in Abschnitt 4o dargestellt, berechnet ist, wird sie in einem Abschnitt 42 des Prozessors 34 verwendet, um die relative Aktivierung der Sender zu steuern. Bei einer Untersuchung werden die Sender 18 in regelmäßigen Intervallen aktiviert. Die Aktivierung kann von der oberirdischen Ausrüstung durch Senden eines geeigneten Impulses über das Kabel 14 ferngesteuert werden. Geeignete elektronische Einrichtungen in dem Werkzeug 12 können dann dazu verwendet werden, um die relative Aktivierungsverzögerung zwischen den Sendern 18 zusammen mit einem Kontrollsignal zu liefern, wie es in der US-PS 3 614 725 beschrieben ist, um die gewünschte Aktivierungsverzögerung A F zu erzeugen. In einem derartigen Fall ist die Aktivierungssteuerung für die Sender teilweise im Bohrloch und teilweise oberirdisch angeordnet, wobei beispielsweise der Abschnitt 42 die sich regelmäßig wiederholenden Aktivierungsimpulse erzeugt und über eine Leitung 44 abgibt. Eine Digital-Analog-Umwandlung des Aktivierungsverzögerungssignal Δ F von Abschnitt 4o wird dann verwendet, um kontinuierlich die relative Verzögerung zwischen den Sendungen einzustellen. Andererseits kann die Verzögerung Δ. F in der Bohrloch von dem Abschnitt 4o längs des Kabels 14 in Digitalform übertragen werden. In einem solchen Fall ist das Werkzeug 12 mit einem geeigneten Speicherkreis versehen, wie er etwa in der US-PS 3 732 945 beschrieben ist, um' getrennt zunächst den Sender 18.1 und dann den

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Sender 18.2 mit einer Veaz ögerung/-A F zu betätigen.

Die beschriebene Aktivierungsverzögerungssteuerung funktioniert wie ein Steuersystem in Form einer geschlossenen Schleife, das es ermöglicht, eine Bohrlochuntersuchung mit einer Arbeitsweise durchzuführen, die als eine Funktion der tatsächlichen Formationsbedingungen auf den neuesten Stand gebracht ist. Als Steuerung in Form einer geschlossenen Schleife kann das gesamte Verarbeiten der Wellen zum Ableiten der Steuerparameter zum Steuern des dynamischen Richtstrahlens im Bohrloch vorgenommen werden. Geeignete Prozessoreinrichtungen, die in der Bohrlochumgebung arbeiten können, können in dem Werkzeug angeordnet werden, während digitierte empfangene Wellen über das Kabel 14 übertragen werden, um auf geeigneten Speichereinrichtungen, etwa Bandgeräten, aufgenommen zu werden.

Für bestimmte Erdformationen kann es wünschenswert sein, verschiedene Parameter zu vergrößern. Beispielsweise kann es bei einer Schalluntersuchung in einem Bohrloch zweckmäßig sein, zum Verstärken der Schwerungswellen dynamisch zu richtstrahlen. In diesem Fall kann der Parameter, der in Abschnitt 36 bestimmt wird, die Laufzeit für die Scherungswelle Δ-TS sein, die entsprechend der vorgenannten Patentanmeldung erhalten vird. Eine Verzögerung Δ F wird in einem solchen Fall als eine Funktion der Scherungswellenlaufzeit berechnet und bezüglich des Abstand S, korrigiert, während der Wert von Δ-F, der auf den Bohrlochabschnitt bezogen ist, zu dem zu Sender 18 bewegt wurden, verwendet wird.

Wenn es bei einer Schalluntersuchung schwierig ist, die Scherungswelle aus den empfangenen Wellen herauszufinden, kann die Laufzeit Δ-ts für die Scherungswelle aus einer Messung der Druckwellenlaufzeit /\_TC bestimmtwerden, wie in der vorgenannten Patentanmeldung angegeben ist. Bieispielsweise ist es bekannt, daß -Δ- TS größer als Δ. TC um einen Faktor ist, der zwischen 1,6 und etwa

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2,ο variieren kann. Der tatsächliche Faktor, der in der Abschätzung verwendet wird, kann auf der Basis einer allgemeinen Kenntnis der Lithologie in der interessierenden Tiefe ausgewählt werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist ein Verfahren 6o zum dynamischen Richtstrahlen mit Sendern 18 dargestellt, um einen besonderen Parameter eines Abschnittes einer empfangenen Welle zu verstärken. Dies kann mit einem einzelnen Empfänger 2ο und mit einem Prozessor, etwa einem Prozessor 34, der ein Festprogramm verwendet, oder mit einem Signalprozessor, der mit variablen Programmen arbeitet, durchgeführt werden. Hierbei wird das Maximum in einer bestimmten Schwingungsperiode der empfangenen Welle optimalisiert. In einem solchen Fall kan ein einzelnes Empfängerwerkzeug oder einer der Empfänger 2o im Werkzeug 12 verwendet werden, wobei einer der Empfänger 2o im Werkzeug ausgeschaltet wird. Die Methode von Fig. 2 ist in vereinfachter Form dargestellt, wobei Schritte, wie digitieren von empfangenen Wellen, Organisation der Daten und Bestimmung von bestimmten Wellen aus Gründen der Klarheit weggelassen wurde. In bezug hierauf sei auf die vorgenannte Patentanmeldung verwiesen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Verwendung eines dynamischen Richtstrahlens ins Auge gefcTßt, um die Größe eines vorbestimmten Abschnittes einer empfangenen Schallwelle zu maximalisieren, etwa das Maximum der halben Schwingungsperiode 62, die dem ersten Durchgang 64 in der Wellenform 66 von Fig. 3 folgt.

Die Methode wird begonnen mit einer ersten Aktivierung von beiden Sendern mit einer anfänglichen versuchsweisen Aktivierungsverzögerung A-F , bezogen auf eine Abschätzung der Laufzeit für die Druckwelle in der Wellenform 66 von Fig. 3. Für jede Aktivierung der Sender wird die Verzögerung Δ. F um Inkremente von β um den Versuchswert Δ. F mit einer Gesamtzahl von η Ver-

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suchen variiert. Für jeden Versuch wird ein Parameter, etwa die

Größe des Maximums P₁ in der halben Schwingungsperiode 62 gemessen und zusammen mit der Verzögerung -^- F gespeichert, die verwendet wurde, um die Werte für P, zu erhalten. Der beste Wert des Parameters wird ausgewählt, etwa der Maximalwert für P-, ,und die entsprechende zugehörige Verzögerung .Δ. F wird dann als Optimum und als neuer Versuchswert für die Verzögerung /S-F für eine rä chste Reihe von Versuchen verwendet.

Eine anfängliche Abschätzung.^. F wird in Block 7o geliefert. Ferner werden in Block 72 die Werte für η und 6> geliefert. Der Wert für G> liegt in der Größenordnung von wenigen MiktD Sekunden und wird im allgemeinen ausgewählt als etwa ein Drittel bis ein Viertel der Breite der halben Schwingungsperiode 62. In dem Beispiel von Fig. 2 ist & beispielsweise 5 Mikrosekunden.

Der Wert für η wird als ganze Zahl gewählt, die zum Optimieren von Δ· F als zweckmäßig gefunden wird. Im allgemeinen kann eine ungerade Zahl, etwa η = 3,für den oben genannten Bereich für die Werte von 6> verwendet werden.

Wie in Block 74 gezeigt ist, wird eine Verzögerung -Δ F¹

als Änderung von /-^- F in Abhängigkeit von den Werten von η und cS und entsprechend der Beziehung A-F' = A-F - (n-1 ) £> für

O t-\

ungerade Werte von η und Af¹ = Δ F' = F -η ο für gerade Werte von η berechnet. Ferner wird ein Versuchszähler NT auf den Wert 0 gesetzt.

In Block 76 von Fig. 2 wird die Verzögerung A F" verwendet, um die Verzögerung zwischen den Betätigungen der beiden Sender, T. und T , wie bei 18.1 bzw. 18.-2 in Fig. 1 dargestellt ist, zu steuern. Die resultierende Schallwelle kommt beim Empfänger 2o.1 an und wird in eine elektrische Form überführt.

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Eine Verarbeitungstechnik, wie sie in der vorgenannten Anmeldung beschrieben ist, kann in Block 78 verwendet werden, um die empfangene Welele zum weiteren Verarbeiten, etwa zum Aufnehmen oder Analysieren nach Speichern in Block 80 zu digitieren. Die digitierte Wellenform 66 wird dann in Bbck 82 abgetastet, um die Halbschwingungsperiode 62 und ihre Maximalenergie P, zu identifiezieren, bestimmt und gespeichert. Falls gewünscht, kann die Ankunftszeit t, des Maximalwertes P, in der Halbschwingungsperiode ebenfalls bestimmt und gespeichert werden. Der Wert t, wird in bezug auf die Aktivierungszeit des Senders 18.1 bestimmt, der am weitesten von dem Empfänger 2o.1 entfernt ist.

Die Bestimmung der Halbschwingungsperiode 62 kann durch anfängliches Bestimmen der ersten Bewegung 68 und ihre Ankunftszeit in Wellenform 66 durchgeführt werden, wobei eine der Methoden verwendet wird, die in der oben genannten Patentanmeldung beschrieben sind. Wenn die Ankunftszeit der ersten Bewegung bekannt ist, wird der erste Durchgang 64 durch Aufnahme der Wellenform 66, beginnend bei der ersten Bewegung 68, bestimmt. Die Gesamthalbschwingungsperiode kann dann durch Bestimmen des zweiten Durchgangs 65 identifiziert werden, so daß alle abgetasteten Werte der Halbschwingungsperiode 62 zur Lokalisierung und Speicherung der Größe des Maximalwertes P, untersucht werden können. Der vorerwähnte Versuchszhähler NT wird dann wie bei 84 gezeigt um einen Zähler vorgestellt und bei 86 bezüglich der Gleichheit zu n, der Anzahl der Versuche, die in Block 72 gespezifiziert wurde, abgefragt. Da beim ersten Versuch NT kleiner als η ist, ist die Antwort der Abfrage in 86 "NEIN", und das Verfahren läuft weiter in Block 88.

In Block 88 wird die vorherige Verzögerung L·. F¹ durch das Inkrement £5 verändert, um einen neuen Wert für Δ F* zu liefern, der dann in der beschriebenen Wefee in den Blöcken 76 bis 8X6 verwendet wird.

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Wenn η Versuche ausgeführt sind, ist NT = η und das Ergebnis des Abfrageblocks 86 ist "JA". Dann geht das Verfahren weiter in 31ock 9o, wo die abgeleiteten Parameterwerte, etwa P, , für die η verschiedenen /\ F'-Werte untersucht werden. Das

Δ. F¹ für den besten Parameterwert wird ausgewählt und nachfolgend in dem vorstehend beschriebenen Verfahren als der optimale Versuchswert ^F für die nächste Reihe von Sendungen verwendet, indem wieder bei Block 74 begonnen wird.

Fig. 4 stellt ein Analogverfahren 1oo zum Ableiten des Maximalwertes für die erste Halbschwingungsperiode 62 als Ersatz für die Blöcke 78 und 82 von Fig. 2 dar.

In Block 78A wird ein Steuerimpulse für eine Leitung 1o4 erzeugt, nachdem beide Sender 18.1 und 18.2 durch Block 76 von Fig= 2 aktiviert sind= Das Steuersignal kann nach Feststellen des ersten Durchgangs 64 erzeugt werden und wird abgeschialtet, wenn der zweite Durchgang 65 festgestellt wird.

Das Steuersignal wird auf ein analoges Logikgatter 1o6 gegeben, um Signale von einem Empfänger auf einerLeitung 1o8 zu einem Schwellendetektor 11o durchzulassen. Der Ausgang 112 des letzteren'ist mit einem analogen Logikgatter 114 gekoppelt, um einen Steuerimpuls mit einer Dauer äquivalent zu der Zeit zu liefern, die die erste Halbschwingungsperiode einen Schwellwert übersteigt, der gesetzt ist, um unerwünschte GeräuschsignaIe auszuschließen.

Das Halbschwingungsperiodensignal läuft somit durch Änaloggatter 1o6 und 114 und dann zu einem Spitzendetektor 116, um den Spitzenwert P, der Halbschwingungsperiode 62 zu messen. Ein Schaltkreis 118 wird verwendet, um das Ende des Steuerimpulses von dem Schwellwertkreis 11o festzustellen und ein entsprechendes Signal auf einer Leitung 12o zu erzeugen, um einen Abtast-und Haltekreis 122 zu aktivieren.

8 Π 9 8 3 '⁷ / r

Nach einer Verzögerung durch den Kreis 124, um das Abtasten durch den Kreis 122 zu ermöglichen, wird ein Umformsteuersignal über eine Leitung 126 auf einen Analog-Digital-Wandler 128 gegeben. Der letztere wandelt den festgestellten Maximalwert der Halbschwingungsperiode P,, der im Kreis 122 gespeichert ist, in ein Digitalformat um, das als Eingang zu dem Signalprozessor über die Eingangsleitung 13o geeignet ist.

Der Signalprozessor empfängt den Maximalwert in Block 82A bei einer solchen Zeit, bei der der Maximalwert in Übereinstimmung mit einem geeigneten Instrukt ions signal von dem Analog-Dicritalwandler 128 verfügbar ist. Nachfolgende Stufen des Signalprozessors werden wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 durch Fortsetzung mit dem Schritt in Block 84 durchgeführt.

Erfindungsgemäß wird somit der Teil einer Welle bei einer Bohrlochuntersuchung durch Steuern der Richtwirkung der Energiequelle während der untersuchung als Funktion eines Parameters verstärkt, der von dem verstärkten Abschnitt abgeleitet wird. Es können verschiedene Energiequellen, etwa akustische oder elektromagnetische, verwendet werden. Die Echtzeitsteuerung bezüglich der Richtwirkung des Energiestrahls verbessert die Bestimmung des Parameters und ermöglicht vorteilhafterweise größere Abstände des Empfängers von den Sendern zum Verbessern einer Bohrlochuntersuchung.

^ OSSQiNAL

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Claims

Societe de Prospection

Eletrique Schlumberger "'¹DnQQQ¹V

Patentansprüche

' 1 J Verfahren zum Untersuchen eines Bohrlochs mit einem Bohrlochuntersuchungswerkzeug mit einer Vielzahl von Sendern zum Erzeugen von getrennten Ausstrahlungen, die veränderlich und relativ zueinander verzögert sein können, um einen richtbaren Energiestrahl zu liefern, wobei das Werkzeug ferner Empfänger aufweist, um einfallende Strahlung zu empfangen und eine empfangene Welle zu erzeugen, die repräsentativ für die Bohrlochuntersuchung ist, wobei aus der empfangenen Welle ein Parameter äogeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungsverzögerung zwischen den Sendern als Funktion des abgeleiteten Parameters verändert wird, um die Abstrahlungen von den Sendern in einer Richtung zu dem Empfänger dynamisch zulenken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn zusätzlich ein Parameter von der empfangenen Welle abgeleitet wird, der auf einen vorbestimmten Abschnitt des Bohrlochs bezogen ist, beim Verändern der Aktivierungsverzögerung die Verzögerung zwischen den Sendern als Funktion des abgeleiteten Parameters verändert wird, wenn die Sender in bezug auf den vorbestimmten Bohrlochabschnitt, auf den sich der abgeleitete Parameter bezieht, betriebsfähig angeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ändern der Aktivierungsζext Parameterwerte gespeichert werden, die sich auf bestimmte Bohrlochabschnitte beziehen, wobei die gespeicherten Parameterwerte verwendet werden, um die Verzögerung zwischen den Sendern in der Reihenfolge zu variieren, in der die Parameterwerte abgeleitet wurden, um eine dynamisch gerichtete Energiestrahlung von den Sendern zu erhalten.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameterwert als Funktion des Abstandes zwischen den Sendern eingestellt wird, um eine Aktivierungsverzögerung proportional zu dem Parameterwert zu liefern.

5. Verfahren nach einem der Ansprüchei bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ändern der Verzögerungszeit dann, wenn ein Wellenparameter in der empfangenen Welle abgeleitet wird, die Parameterwerte entsprechend dem Abstand zwischen den Sendern angepaßt werden, um Sendeverzögerungen zwischen den Sendern zu liefern, die ausgewählt sind, um die Welle zu verstärken, deren Parameterwert abgeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ableiten eines Parameters der empfangenen Welle ein vorbestimmter Abschnitt der empfangenen Welle gesucht und ein charakteristischer Parameter für den vorbestimmten Abschnitt gemessen sowie der gemessene Parameter dazu verwendet wird, die Verzögerung in einer Richtung zu verändern, die gewählt ist, um den vorbestimmten Abschnitt durch nachfolgende Ausstrahlungen der Sender zu vergrößern.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Schallsendern die erste Bewegung in der empfangenen Welle und die erwste Halbschwingun^periode in der empfangenen Welle bestimmt werden, die einem ersten Nulldurchgang nachfolgend der ersten Bewegung folgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschwingungsperiode zum Bestimmen der Größe ihres Maximalwertes abgetastet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeleitete Parameter die Laufzeit einer

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vorbestimmten Charakteristik der empfangenen Welle ist.

1o. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß· der abgeleitete Parameter die Größe eines vorbestimmten Abschnittes der empfangenen Welle ist.

11 . Verfahren zum Untersuchen eines Bohrlochs nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeleitete Parameter ein bester Parameterwert ist, wobei eine Verzögerung zur entsprechenden Aktivierung der Sender entsprechend einer vorbestimmten Änderung relativ zu einer Versushsverzögerung bestimmt, die Sender entsprechend der bestimmten Verzögerung aktiviert, ein Parameterwert einer empfangenen Welle für die bestimmte Verzögerung abgeleitet, die Bestimmung, Aktivierung und Ableitung fir verschiedene Verzögerungen wiederholt wird, die entsprechend der vorbestimmten Änderung bestimmt werden, der beste Parameterwert und die zugeordnete Verzögerung aus diesen Parameterwerten, die für verschiedene Verzögerungen erhalten wurden, ausgewählt und der Versuchsverzögerungswert durch den Verzög~erungswert für die weitere Untersuchung des Bohrlochs mit diesem Werkzeug ersetzt wird, der zu dem besten Parameterwert gehört.

12. Vorrichtung zum Untersuchen eines Bohrlochs mit einem Bohrlochuntersuchungswerkzeug, das eine Vielzahl von Sendern verwendet, die angeordnet sind, um eine Änderung der Richtstrahlung der Energiestrahlung von den Sendern durch Steuerung der relativen Verzögerung in der Aktivierung der Sender zu ermgölichen, mit einem Empfänger, der angeordnet ist, um die von den Sendern erzeugte Energie in Form einer Welle, die für die Bohrlochuntersuchung repräsentativ ist, zu empfangen, wobei Mittel vorgesehen sind, mit denen ein Parametersignal erzeugbar ist, das repräsentativ für eine Charakteristik einer empfangenen Welle ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die auf das Parametersignal zum Erzeugen eines Aktivierenden Verzögerungssignal ansprechbar

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sind, das eine Funktion des Parametersignals ist, wobei Mittel'zum Anlegen des aktivierenden Verzögerungssignals an die Sender vorgesehen sind, um den Energiestrahl hiervon während der Bohrlochuntersuchung in einer Richtung zu richten, die ausgewählt ist, um die empfangene Wellencharakteristik zu optimalisieren, von der das Parametersignal erzeugt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger in bezug auf die Sender, gemessen in Richtung des Bohrlochs vor den Sendern angeordnet ist, während ferner Mittel zum Speichern der Parametersignale und Mittel zum Auswählen des gespeicherten Parametersignals zum Steuern der Richtwirkung des Energiestrahls vorgesehen sind, der von den Sendern in Übereinstimmung mit dem Parametersignal, das für den Bohrlochabschnitt abgeleitet wurde, ausgestrahlt wird, zu dem die Sender während der Bohrlochuntersuchung hin bewegt wurden.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erzeugen des aktivierenden Verzögerungssignals ferner Mittel zum Anpassen des aktivierenden Verzögerungssignals an den Abstand zwischen den Sendern aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erzeugen des Parametersignals ferner Mittel zum Ableiten eines Abschnittssignals aufweist, das repräsentativ für eine vorbestimmte Charakteristik eines ausgwählten Abschnitts der empfangenen Welle ist, die durch eine Versuchsverzögerung zum Aktivieren der Sender erzeugt wurde, während das Mittel zum Erzeugen des aktivierenden Verzögerungssignals Mittel zum Erzeugen einer Vielzahl von aktivierenden Verzögerungssignalen, die repräsentativ für verzögernde Aktivierungen der Sender um

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einen Versuchsverzögerungswert sind, Mittel zum Speichern der Abschnittsignale und der zugeordneten aktivierenden Verzögerungssignale und Mittel zum Auswählen des Verzögerungssignals als neues Versuchssignal aufweist, das dem besten Segmentsignal zugeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Mittel zum Ableiten des Segmentsignals der Maximalwert des ausgewählten Segmentes oder Wellenabschnitts bestimmt wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Mittel zum Ableiten des Segmentsignals die Geschwindigkeit des ausgewählten Segments oder Wellenabschnitts bestimmt wird.

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