DE3316850A1

DE3316850A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung akustischer quadrupol-schubwellen

Info

Publication number: DE3316850A1
Application number: DE19833316850
Authority: DE
Inventors: Sen-Tsuen 77479 Sugar Land Tex. Chen; James Allen 77080 Houston Tex. Rice; Graham Arthur 77036 Houston Tex. Winbow
Original assignee: Exxon Production Research Co
Current assignee: ExxonMobil Upstream Research Co
Priority date: 1982-05-19
Filing date: 1983-05-07
Publication date: 1983-12-15
Also published as: NZ203919A; JPH0551875B2; NO831690L; DK222483A; IT1167410B; NL191217B; AU547959B2; NO161998B; OA07431A; NL191217C; FR2532060B1; NL8301455A; MY8600599A; JPS59187282A; MA19801A1; US4932003A; NO161998C; IN159677B; GB2122351A; DE3316850C2

Description

co «ο β β β · β α

Verfahren und Vorrichtung zur Messung akustischer Quadrupol-Schubwellen

Die Erfindung betrifft die Vermessung einer Bohrlochumgebung im allgemeinen, und im besonderen eine solche Vermessung mittels akustischer Schubwellen.

Beider Vermessung der Bohrlochumgebung mittels akustischer Schubwellen ist es üblich, die Kompressions- oder Druckwellengeschwindigkeit der Erdformationen zu messen, die ein Bohrloch umgeben. Ein herkömmliches System zur Vermessung der Druckwellengeschwindigkeit umfaßt eine zylindrische Meßsonde, die unten in dem Bohrlochfluid aufhängbar ist, eine mit der Sonde verbundene Einrichtung zur Erzeugung der Druckwellen in dem Bohrlochfluid, sowie einen oder mehrere Detektoren, die an die Sonde angeschlossen sind und einen Abstand von der Druckwellenquelle besitzen, zur Aufnahme der Druckwellen

Ϊ5 in dem Bohrlochfluid. Eine Druckwelle, die in dem Bohrlochfluid durch die Quelle erzeugt worden ist, wird reflektiert in die das Bohrloch umgebende Erdformation. Sie pflanzt sich durch einen Teil der Formation fort und wird reflektiert zurück in das Bohrlochfluid in einem Punkt, angrenzend an dem Detektor und wird dann von dem Detektor aufgenommen. Das Verhältnis des Abstandes zwischen der Quelle und dem Detektor zu der Zeit zwischen der Erzeugung und der Aufnahme der Druckwelle ergibt die Druckwellengeschwindigkeit der Formation. Der Abstand zwischen der Quelle und dem Detektor ist normalerweise fest und bekannt, so daß die Messung der Zeit zwischen der Druckwellenerzeugung und der Aufnahme ausreicht, um die Druckwellengeschwindigkeit zu ermitteln. Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit ist dieser Abstand normalerweise viel größer als die Dimensionen der Quelle oder des Detektors.

JO Informationen, die für die öl- und Gasförderung aus unterirdischen Formationen wichtig sind, können von den Druckwellengeschwindigkeiten derartiger Formationen abgeleitet werden.

Wenn eine Druckwelle, die durch eine .Druckwellenquelle in dem Bohrlochfluid erzeugt ist, die Bohrlochwand erreicht, erzeugt sie eine reflektierte Druckwelle in der umgebenden Erdformation, wie dies oben beschrieben wurde. Zusätzlich erzeugt sich auch eine reflektierte Schubwelle in der umgebenden Erdformation, sowie leitungsgebundene Wellen, die entlang des Bohrlochfluids und den an das Bohrloch angrenzenden Teil der Formation wandern. Ein Teil der Schubwellen wird reflektiert zurück in das Bohrlochfluid, in der Form einer Druckwelle und erreicht den Detektor in der Meßsonde. Die leitungsgebundenen Wellen werden ebenfalls durch den Detektor aufgenommen. Jede Welle, bei welcher es sich um eine der genannten drei Typen handelt, die mittels des Detektors aufgenommen wird, kann als Ankunft bezeichnet werden: die Druckwellen in dem Bohrlochfluid, die entstanden sind durch die Reflektion von Druckwellen in der Formation, stellen eine Druckwellenankunft dar, die Wellen, die entstanden sind durch die Reflektion von Schubwellen in der Formation, führen zu einer Schubwellenankunft und die leitungsgebundenen Wellen führen zu einer Leitungswellenankunft.

Somit ist das Signal, das von dem Detektor aufgenommen wird, ein zusammengesetztes Signal, das die Druckwellenankunft, die Schubwellenankunft und die Leitungswellenankunft umfaßt. In Erdformationen wandern Druckwellen schneller als Schubwilen, und Schubwellen in der Formation wandern gewöhnlich schneller als die leitungsgebundenen Wellen. Dementsprechend sind in dem zusammengesetzten Signal, das von dem Detektor aufgenommen wird, die Druckwellen die erste Ankunft, die Schubwellen die zweite Ankunft und die leitungsgebundenen Wellen die letzte Ankunft. Beim Messen der Druckwellengeschwindigkeit der Formation gibt das Zeitintervall zwischen der Erzeugung der Druckwellen und der Aufnahme der ersten Ankunft durch den Detektor eine angenäherte Laufzeit der reflektierten Druckwelle in der Formation. Die später ankommende Schubwelle und die Leitungswelle beeinflussen die Messung der Druckwellengeschwindigkeit der Formation nicht.

Zusätzlich zu der Fortbewegung über einen vertikalen Abstand in der Formation um etwa den gleichen Abstand zwischen der Quelle und dem Detektor wandert die Druckwelle auch über eine kurze Distanz in dem Fluid. Die Extrazeit, die erforderlich ist, um solche kurze Abstände zu durchlaufen, führt zu Irrtümern in der Seschwindigkeitsbestimmung. Um derartige Irrtümer zu vermindern, werden bei herkömmlichen Vermessungseinrichtungen mindestens zwei Detektoren eingesetzt, die sich in einem vertikalen Abstand entlang des Bohrloches voneinander befinden. Das Zeitintervall zwischen der Aufnahme durch die beiden Detektoren wird gemessen statt des Zeitintervalls zwischen der Übertragung und der Aufnahme. Das Verhältnis zwischen dem Abstand zwischen den beiden Detektoren und einem solchen Zeitintervall ergibt die Druckwellengeschwindigkeit. Da die Druckwelle nahezu gleich kurze Abstände in dem Bohrlochfluid durchläuft, bevor sie die beiden Detektoren erreicht, ist das Zeitintervall zwischen der Aufnahme von den beiden Detektoren ein genaueres Maß der tatsächlichen Laufzeit in der Formation. Dementsprechend ergibt der Einsatz zweier Detektoren und das Zeitmaß zwischen der Aufnahme durch die beiden Detektoren ein genaueres Ergebnis der Druckwellengeschwindigkeit. Andere Nebeneffekte, wie Bohrlochgrößenveränderungen und Sondenneigung, können durch herkömmliche Einrichtungen vermindert werden. Eine selche Einrichtung ist beschrieben in Log Interpretation, Band 1 - Principles, Schlumberger Ltd., New Xork, N.T. 10017, Ausgabe19?2, Seiten 37 - 38.

Es ist hinlänglich bekannt, daß die Vermessung mittels der Schubwellengeschwindigkeit ebenso zu Informationen führen kann, die wichtig sind für die öl- und Gasförderung aus unterirdischen Erdformationen. Das Verhältnis zwischen der Schubwellengeschwindigkeit und der Druckwellengeschwindigkeit kann den Gesteinsaufbau der unterirdischen Erdformationen aufzsLgen. D&e Schubwellengeschwindigkeitsvermessung er-

möglicht es auch., seismische Schubwellenzeitabschnitte in Tiefenschnitte umzusetzen. Die Schubwellenvermessung ist auch nützlich bei der Bestimmung anderer wichtiger Gharakteristika der Erdformationen, wie der Porösität, der iTuidsättigung und der Anwesenheit von Hissen.

Die herkömmliche Druckwellenmeßquelle und die Druckwelle, die hierdurch erzeugt wird, sind symmetrisch um die Meßsondenachse. Wenn derartige Druckwellen reflefciert werden in die umgebende Erdformation, sind die relativen Amplituden der reflektierten Schub- und Druckwellen derart, daß es schwierig ist, die später ankommende Schubwelle von der früher ankommenden Druckwelle und von den Reflektbnen in dem Bohrloch zu unterscheiden, die durch das Reflektieren der Druckwellen in der Fermation verursacht werden. Dementsprechend ist es schwierig, eine herkömmliche symmetrische Druckwellenquelle für die Vermessung mittels der Schubwellengeschwindigkeit einzusetzen. Entsprechende Techniken sind eingesetzt worden, um die Schubwellenankunft von dem vollen akustischen Wellenzug, der aufgezeichnet wird, zu extrahieren. Derartige Techniken machen jedoch eine Datenverarbeitung erforderlich durch den Einsatz eines Rechners, so daß die Schubwellengeschwindigkeit nicht unmittelbar aufgezeichnet werden können. Es kann außerdem schwierig sein, die Schubwellenankunft zu extrahieren, wenn sie sehr nahe an der Zeit der Druckwellenankunft liegt.

Asymmetrische Druckwellenquellen sind für die Vermessung mittels Schubwellengeschwindigkeit entwickelt worden. Beim Einsatz derartiger Quellen kann die Amplitude der Schubwellenankunft merklich höher sein als diejenige Äer Druckwellenankunft. Durch die Einstellung des Auslöseniveaus der Aufnahme- und Aufzeichnungssysterne zur Diskriminierung gegen die Druckwellenankunft kann die Schubwellenankunft als erste Ankunft ermittelt werden. Es ist somit möglich, die

LaiigesiShwindigkeit \on Schubwellen in der Formation zu bestimmen und dementsprechend die Schubwellengeschwindigkeit. Bei solchen asymmetrischen Quellen erzeugt die Quelle in dem Bohrlochfluid eine positive Druckwelle in einer Richtung und gleichzeitig eine negative Druckwelle in der entgegengesetzten Eiehtung. Die Interferenz der beiden Druck-wellen kann dazu führen, daß die Amplitude der reflektierten Schubwelle in der Formatien merklich größer ist als diejenige der reflektierten Druckwelle in der Fermation. Dieser Typ einer asymmetrischen Quelle ist beschrieben von Angona et al in der europäischen Patentanmeldung Nr. 31989» v©n white, in der US-PS 3,593,255 und von KLtsunezaki in der US-PS 4,207,961.

Angona et al beschreiben eine Biegetypquelle mit zwei piezoelektrischen Platten, die miteinander verbunden und an eine Meßsonde angeschlessen sind.Wenn eine Spannung über die beiden piezoelektrischen Platten gelegt wird, biegen sich diese Platten. Das Biegen der Transducer-Platten erzeugt eine positive Druckwelle in einer Eiehtung und gleichzeitig eine negative Druckwelle in der entgegengesetzten Richtung.

White beschreibt eine Druckwellenquelle mit zwei piezoelektrischen Segmenten, die jeweils hinsichtlich ihrer Form einem halben Hohlzylinder entsprechen .. Die beiden Segmente werden so angeordnet, daß sie einen gespaltenen Zylinder bilden. Die beiden Segmente besitzen eine entgegengesetzte Polarisation,und eine elektrische Spannung wird an jedes Segment angelegt, wodurch ein Segment radial expandiert und gleichzeitig bewirkt, daß sich das andere Segment radial zusammenzieht, wedurch eine positive Druckwelle in einer Richtung und gleichzeitig eine negative Druckwelle in der entgegengesetzten Richtung erzeugt wird. Bei Kitsunezaki werden um eine Spulenanordnung gelegte Wicklungen in dem magnetischen Feld eines Dauermagneten angeordnet ,und Strom wird durch die Wicklungen geschickt, um die Spulenanordnung anzutreiben. Die Bewegung der Spulenanerdnung ejiziefc ein

Wasservolumen in einer Richtung und saugt gleichzeitig ein gleiches Wasservolumen in der entgegensetzten Richtung an, wodurch eine positive Druckwelle in einer Richtung und gleichzeitig eine negative Druckwelle in der anderen Richtung erzeugt wird.

Bei einem anderen Typ einer Schubwellenvermessungsquelle wird, statt die Quelle an die Bohrlochwandung über das Bohrlochfluid zu koppeln, die Quelle entweder direkt an die Bohrlochwandung gekoppelt, oder über eine mechanische Einrichtung, wie etwa ein Montagefutter. Derartige Schubwellenvermessung squellen werden beschrieben von Erickson et al in der US-ES 3,354,983 und Vogel in der US-PS 3,94-9,352.

In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermessung der Erdformation, die ein fluidgefülltes Bohrloch umgibt, zu schaffen, bei welchem die oben aufgezeigten Nachteile im wesentlichen behoben werden. Bei dem Verfahren gemaß der Erfindung wird eine Quadrupol-Schubwelle durch die Erdformation entlang des Bohrloches geschickt, die Ankunft der Schmbwelle an einem Punkt in Längsrichtung entlang des Bohrloches von dem Übertragungspunkt aufgenommen und der Zeitabstand zwischen der Übertragung und der Aufnahme gemessen, um die Geschwindigkeit der Schubwelle durch die Erdformation zu bestimmen. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt ein Gehäuse, das in einem Bohrloch anhebbar und absenkbar ist, mit einer Signalerzeugungseinrichtung in dem Gehäuse, zur Übertragung einer Quadrupol-Schubwelle in die Erdformation, die das Bohrloch umgibt, sowie eine Signalaufnahmeeinrichtung in dem Gehäuse, in einem Längsabstand entlang des Bohrloches von der Signalerzeugereinrichtung zur Aufnahme der Ankunft einer solchen Quadrupol-Schubwelle.

...... «. . „ Ac w I. ,J

§-emäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Quadrupol-Schubwelle in die Erde, die das fluidgefüllte Bohrloch umgibt, übertragen, indem man in dem Fluid im wesentlichen gleichzeitig vier Druckwellen erzeugt: eine erste und eine zweite positive Druckwelle sowie eine erste und eine zweite negative Druckwelle. Die erste und die zweite negative Druckwelle werden an einem ersten bzw. einem zweiten Punkt in dem Fluid erzeugt, und die erste und zweite positive Druckwelle an einem dritten bzw. vierten Punkt in dem Fluid. Der erste, zweite, dritte und vierte Punkt sind derart angeordnet, daß in einem Viereck, dessen vier Ecken durch den ersten, den zweiten und den dritten Punkt sowie die Normalprojektion des vierten Punktes auf eine Ebene, die durch den ersten, zweiten und dritten Punkt definiert wird und diese enthält, gebildet werden, die vier Winkel geringer sind als 180 . Der erste und der zweite Punkt definieren einander gegenüberliegende Ecken des Vierecks. Der Frequenzbereich einer jeden der vier Druckwellen enthält einen überlappenden Teil der Frequenzen, definiert als Frequenzbereich gemeinsam mit den Frequenzbereichen der vier Druckwellen. Jede der vier Druckwellen enthält eine Komponentenwelle, die allen vier Druckwellen gemeinsam ist. Die Eomponentenwelle besitzt Frequenzen in dem überlappenden Teil. Die vier Druckwellen, die so erzeugt worden sind, interferieren miteinander und erzeugen eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation, die das Bohrloch umgibt.

Wenn ein Quadrupol-Typ-Detektor eingesetzt TsLrd, um die Wellen aufzunehmen, die von einer Quadrupol-Schubwellenquelle ausgehen, ist es möglich, das Geräusch zu verringern, das durch die Monopol- und Dipolsignaleverursacht wir.d. Der Quadrupol-Detektor ist ausgerichtet auf die Quadrupol-Schubwellenquelle und besitzt einen Abstand von dieser. Die

$ύ ι ρöρy

Quelle und der Detektor werden eingesetzt zur Erzeugung einer ersten Vermessungaufzeichnung, wie oben beschrieben. Die Quelle wird im wesentlichen um 90° um eine Linie gedreht, die durch die Quelle und den Detektor hindurchgeht. Die zweite Messung wird durchgeführt. Die Quelle wird im wesentlichen um weitere 90° gedreht, so daß sie im wesentlichen um 180° gedreht ist, gegenüber ihrer Position während der Durchführung der ersten Messung. Eine dritte Messung wird durchgeführt. Die Quelle wird im τ«sentliehen um 90° gedreht, so daß sie im wesentlichen um 180° gegenüber der Position gedreht ist, die sie während der Durchführung der zweiten Messung einnahm. Eine vierte Messung wird durchgeführt. Monopol- und Dipischubwellengeräusche werden reduziert durch die Subtraktion der Summe der zweiten und vierten Messung von der Summe der ersten und dritten Messung.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt bzw. zeigen im einzelnen:

Fig. 1A eine schematische Ansicht eines akustischen

Meßsystems zur Erläuterung der Erfindung, 25

Fig. 1B eine vereinfachte perspektivische Darstellung der Quadrupol-Schubwellenmeßquelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 in größerem Detail Einzelheiten dieser bevor-¹¹¹¹ * zugten Ausführungsform,

Fig. 4- eine vereinfachte, teilweise perspektivische

und teilweise schematische Darstellung der 35

Art und Weise, in welcher gemäß der Erfindung die Schubwellengeschwindigkeitsmessung durchgeführt wird

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Strahlungsmusters der Quadrupol-Welle und des Monopol- und Dipolwellengeräusches, zur Erläuterung des Verfahrens zur Verminderung dieses Geräusches,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Quadrupol-Schubwellenmeßeinrichtung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Verminderung &s Geräusches, das durch die Monopol- und Dipolschubwellen verursacht ist,

Fig. 7

und 8 Darstellungen von Querschnitten von zwei verschiedenen Quadrupol-Schubwellenquellen zur Er-

2Q läuterung zweier anderer Ausführungsformen der

Erfindung,

Fig. 9, 10,

A und 11B Querschnittsdarstellungen von Quadrupol-Schub-

wellenmeßquellen weiterer Ausführungsformen ge-

maß der Erfindung und

Fig. 12 eine Querschnittsdarstellung einer Quadrupol-Schubwellenquelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
30

Die Fig. 1A zeigt eine schematische Ansicht eines akustischen Vermessungssystems zur Erläuterung der Erfindung. Eine Mßsonde kann in einem Bohrloch angehoben und abgesenkt werden. Die Sonde enthält eine Quadrupol-Schubwellenquelle 22 und zwei Detektoren 24 und 25. Um die Messung einzuleiten, wird die Sonde 20 in einem Fluid 26 aufgehängt, das sich in einem Bohr-

loch 28 befindet, welches von einer Erdformation 30 umgeben ist. Die Detektoren 24· und 25 sind an die Sonde 20 angeschlossen, daß sie einen Längsabstand entlang des Bohrloches 28 voneinander und von der Quelle 22 besitzen. Die Quelle 22 ist an eine Auslöse- und Steuereinheit 32 angeschlossen. Obwohl die Auslöse- und Steuereinheit in Pig. 1A als getrennte Einheit von der Meßsonde dargestellt ist, kann der Teil der Einheit, die die Quadrupol-Schubwellenquelle mit Energie versorgt, zur Erleichterung des Betriebes von dem Gehäuse der Meßsonde aufgenommen sein. Die Signale, die von den Detektoren 24· und 25 aligenommen werden, werden einem . Bandpaßfilter 36 einem Verstärker 38 sowie einer Zeitintervalleinheit 4-0 zugeleitet.

Ih einer nachfolgend zu erläuternden Weise wird die Erregerund Sifliereinheit eingesetzt, um die Quelle 22 zu erregen, die eine Quadrupol-Schubwelle in der Formation 30 erzeugt. Die Ankunft der Quadrupol-Schubwelle wird von den Detektoren 24- und 25 aufgenommen. Die Achse des Bohrloches ist ein Druck-Wellenknotenpunkt für die Quadrupol-Strahlun-g. Dementsprechend sollten für die Aufnahme der Quadrupol-Schubwellenankunft die Detektoren 24- und 25 nicht in der Bohrlochachse angeordnet sein. Die Sonde 20 enthält auch einen Vorverstärker (in Fig. 1A nicht dargestellt), der die Quadrupol-Schubwellenankunft, die von den Detektoren 24- und 25 aufgenommen wird, verstärkt. Die verstärkten Signale werden dann durch das Filter 36 gefiltert und erneut durch den Verstärker 38 verstärkt. Das Zeitintervall zwischen der Aufnahme der Ankunft durch den Detektor 24- und dessen Aufnahme durch den Detektor 25 wird gemessen mittels der Zeitintervalleinheit 4-0. Ein solches Zeitintervall kann gespeichert oder angezeigt werden, wie dies erwünscht ist.

Die Fig. 1B stellt eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer Quadrupol-Schubwellenmeßquelle gemäß einer bevorzugten

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Ausführungsform der Erfindung dar. Wie die Fig. 1B zeigt, umfaßt die Quadrupol-Meßquelle 58 eine Meßsonde 60 und vier Elemente 61, 62, 63 und 64. Bei der bevorzugten Ausführungsform, wie sie die Fig. 1B zeigt, ist die Meßsonde 60 als Hohlzylinder ausgebildet, mit einer Achse 66, wobei jedes der vier Elemente ein Sektor eines Hcüzylinders ist, der aus einem piezoelektrischen Material besteht. Die vier Elemente sind an die Sonde 60 so angeschlossen, daß sie im wesentlichen koaxial zur Sonde angeordnet sind und die Sondenachse 66 in der zyklischen Ordnung 61, 63, 62 und 64 umgeben. Die vier Elemente sind in ausgewählten Richtungen polarisiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die vier Elemente in radialen Richtungen polarisiert, obwohl auch in Umfangsrichtung polarisierte Elemente ebenfalls eingesetzt werden können, wie dies nachfoü^nd noch zu beschreiben sein wird. -

Elektrische Impulse werden an die inneren und äußeren zylindrischen Oberflächen eines jeden der vier Elemente angelegt und führen dazu, daß die Elemente radial expandieren oder kontrahieren. Rechteckige elektrische Impulse sind akzeptabel. Wenn alle vier Elemente radial nach außen polarisiert sind, wie dies in Fig. 1B dargestellt ist, und elektrische Impulse derart an die Elemente 61 und 62 angelegt werden, daß die inneren Oberflächen der Elemente 61 und 62 höhere elektrische Potentiale aufweisen als die äußeren zylindrischen Oberflächen, kontrahieren die Elemente 61 und 62 zunächst. Die Richtungen der Kontraktion werden als Pfeile in Fig. 1B angezeigt. Elektrische Impulse werden an die Elemente 63 und 64 in einer solchen Weise, angelegt, daß die äußeren zylindrischen Oberflächen der Elemente ein höheres elektrisches Potential aufweisen als die inneren zylindrischen Oberflächen. Die Elemente 63 und 64 ex-

pandieren dementsprechend zunächst radial in den Richtungen, wie dies in S¹Ig. 1B angegeben ist. Wenn elektrische Impulse im wesentlichen gleichzeitig an die vier Elemente angelegt werden, erzeugen die vier Elemente vier Druckwellen, im wesentlichen gleichzeitig: die Expansion der Elemente 63 und 64- erzeugt positive Druckwellen und die Kontraktion der Elemente 61 und 62 erzeugt negative Druckwellen, ton die elektrischen Impulse, die an die vier Elemente angelegt werden, überlappende Frequenzen aufweisen und eine gemeinsame Komponente mit den Frequenzen der überlappenden Frequenzen haben, interferieren die vier erzeugten Druckwellen miteinander und dringen in die Erdformation 30 ein, die die Quadrupol-Quelle 58 umgibt, wobei eine Quadrupol-Schubwelle in der Eiüformation erzeugt wird. Vorzugsweise besitzen die elektrischen Impulse, die an die vier Elemente angelegt werden, im wesentlichen eine ähnliche Wellenform. Die Meßsonde 60 besitzt vier Fenster, angrenzend an die vier Elemente, die ermöglichen, daß die Druckwellen, die durch die vier Elemente erzeugt werden, sich radial durch die Fenster in das Bohrlochfluid fortpflanzen.

Die Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation 30, die durdi die Quadrupol-Quelle 58 erzeugt wird, kann an einer Stelle aufgenommen werden, die sich in Längsrichtung entlang des Bohrloches von der Quelle 58 in einer solchen Weise befindet, die weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert wird.

Wie bereits weiter oben diskutiert wurde, kann die Quadrupol-Schubwellenquelle 58 eingesetzt werden, um vier Druckwellen in dem Bohrlochfluid zu erzeugen, wobei die Eeflektion der sich ergebenden kombinierten Druckwelle, in die das Bohrloch umgebende Erdformation eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation erzeugt. Die Eeflektion der sich so ergeben-

den kombinierten Druckwelle erzeugt außerdem eine reflektierte Druckwelle in der Erdformation, wobei jedoch die Amplitude einer solchen reflektierten Druckwelle merklich geringe:/!st als diejenige der reflektierten Quadrupol-Schubwelle. Durch die Einstellung des Auslöseniveaus des Aufnahme-und Aufzeichnungssystems ist die Quadrupol-Schubwellenankunft die erste Ankunft, die von einem Detektor aufgenommen wird.

Die gemeinsamen Komponenten der beiden erzeugten Negativdruckwellen sind vorzugsweise im wesentlichen in Phase miteinander und vorzugsweise im wesentlichen in entgegengesetzter Phase zu den gemeinsamen Komponenten der beiden erzeugten positiven Druckwellen. Dies verbessert den Wirkungsgrad der Quadrupol-Quelle. Herkömmliche Druckwellenvermessungen setzen Druckwellen in der Form von Wellenimpulsen ein. Während die vier Druckwellen, die im Zusammenhang mit Fig. 1B beschrieben worden sind, Druckwellenimpulse sein können, ist es möglich, längere Wellenzüge einzusetzen.

Vorzugsweise sind die vier Druckwellenimpulse von im wesentlichen der gleichen Wellenform. Mit solchen Wellenformen ist das Verfahren gemäß der Erfindung wirkungsvoller, da die Interferenz von nur den gemeinsamen Komponenten der vier Druckwellen miteinander zur Erzeugung einer Qw.adrupol-Sch.ubwelle in der Formation beiträgt.

Die gemeinsamen Komponente mit überlappenden Frequenzen der vier Druckwellen, die durch die Quadrupol-Schubwellenquelle erzeugt werden, haben vorzugsweise Frequenzen innerhalb bestimmter Bereiche. Derartige bevorzugte Frequenzbereiche verändern sich mit dem Typ der Erdformation mit unterschiedlichen Schubwellengeschwindigkeiten. Wenn somit der angenäherte Bereich der Schubwellengeschwindigkeiten bekannt ist, kann ein bevorzugter Frequenzbereich ausgewählt

werden. Für ein Bohrloch mit 25,4 cm (10 Zoll) Durchmesser sind die bevorzugten Bereiche überlappender Bsquenzen für unterschiedliche Bereich von Schubwellengeschwindigkeiten der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

Angenäherter Bereich der Bevorzugter Frequenz-Schubwellengeschwindkeiten bereich der überlappenden Frequenzen

1524 - 1829 m/Sek. 3 - 14 kHz

1829 - 2134 m/Sek. 3,5- 18 kHz

2134 - 2438 m/Sek. 3,7- 21 kHz

2438 - 2743 m/Sek. 4 - 25 kHz

Wenn der FrequeEäDereich der überlappenden Frequenzen der vier Druckwellen im Bereich von 4-14 kHz liegt, dann liegt der Betrieb der Quadrupol-Schubwellenquelle in den bevorzugten Frequenzbereichen des gesamten Bereiches der Schubwellengeschwindigkeiten von 1524 m/Sek. bis 2743 m/Sek. Der angenäherte Bereich der Schubwellengeschwindigkeiten einer Formation kann mittels herkömmlicher Verfahren abgeschätzt werden, wie etwa durch die Messung der Druckwellengeschwindigkeiten der Formation. Die Schufewellengeschwindigkeit ist etwa halb so groß wie die Druckwellengeschwindigkeit. Von den gemessenen Druckwellengeschwindigkeiten kann der angenäherte Bereich der Schubwellengeschwindigkeiten abgeschätzt werden.

Die bevorzugten Frequenzen verändern sich umgekehrt zum Durchmesser des Bohrloches. Für ein Bohrloch mit dem Durchmesser d Zoll anstatt von 10 Zoll liegen dementsprechend die bevorzugten Frequenzbereich bei denen in der Liste angegebenen, multipliziert mit einem Faktor 10/d.

Die Frequenzen, bei denen die Quadrupol-Schubwellenquelle betrieben werden kann, sind viel höher als die Betriebsfrequenzen von anderen, den Erfindern bekannten leitungsgebundenen Einrichtungen. Die höheren Frequenzen, bei welchen die Quadrupol-Schubwellenquelle betrieben werden kann, ermöglichen eine genauere Messung der Schubwellengeschwindigkeiten der Erdformation.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die vier Elemente vier Sektoren eines Hohlzylinders und sind im wesentlichen koaxial und im gleichen Abstand von der Sondenachse angeordnet. Die Sektoren von unterschiedlichen Zylindern mit unterschiedlichen Radien können ebenfalls eingesetzt werden. Es ist £doch diesbezüglich zu erwähnen, daß solche vier Sektoren auch dann eingesetzt werden, wenn sie nicht koaxial zur Sondenachse angeordnet sind, vorausgesetzt, daß ihre Achsen im wesentlichen parallel zur Sondenachse verlaufen und daß sie so orientiert sind, daß die Sondenachse auf der konkaven Seite eines jeden Sektors liegt. Eine derartige Ausbildung kann erzielt werden, indem man die vier Elemente 61 bis 64 der ^ig. 1B radial von der Achse 60 um unterschiedliche Strecken wegführt. Die zyklische Ordnung 61, 63, 62, 64 der vier Elemente in Fig. 1B definiert die relative Position eines jeden der vier Elemente. Da es sich hierbei um eine zyklische Ordnung handelt, kann jede der nachfolgenden zyklischen Ordnungen eingesetzt werden, um bei den gleichen relativen Positionen anzukommen: 63, 62, 64, 61; 62, 64, 61, 63; und 64, 61, 63, 62. Während die vier Elemente vorzugsweise im wesentlichen im gleichen Abstand um die Achse 66 angeordnet sind, wie dies in Fig. 1B dargestellt ist, soll erwähnt werden, daß Anordnungen, bei welchen die vier Elemente nicht im gleichmäßigen Abstand um die Achse 66 angeordnet sind, ebenfalls eingesetzt wa?den können und mit in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen. Ein Austausch zweier einander gegenüberliegender Elemente, wie etwa 61, oder 63, 64 beeinflußt nicht den Betrieb der Quelle gemäß

OO I 0.92V

der Darstellung in J¹Xg. 1B.

Die vier Elemente 61, 62, 63 und 64 müssen nicht Sektoren eines Hohlzylinders gemäß Fig. 1B sein, sondern können Körper von einer beliebigen Form oder Größe sein, solange ihre Schwerpunkte relativ zueinander in einer Weise angeordnet sind, wie sie nachfolgend beschrieben wird, und wenn sie Druckwellen in einer Weise erzeugen, die ähnlich derjenigen der weiter oben beschriebenen Sektoren in Fig. 1B ist. Der Schwerpunkt ist definiert in den "American Heritage Dictionary of the English Language", 1978, Houghton Mifflin Go., Boston, Massachusetts, V.St.A., als Massenzentrum eines Gegenstandes mit konstanter (d.h. gleichförmiger) Dichte. Wenn der Gegenstand eine sich verändernde Dichte aufweist, kann der Schwerpunkt eines solchen Gegenstandes definiert werden als der Punkt, der der Schwerpunkt eines Gegenstandes sein würde, wenn ein solcher Gegenstand eine konstante Dichte besitzen würde. Der Schwerpunkt des Elementes 62 ist als 62a in yig. 1B angegeben.

Die vier Elemente (das erste, das zweite, das dritte und das vierte Element) einer jeden Form und Größe sind so an das Gehäuse angeschlossen, daß in einem Viereck die vier Ecken, die definiert sind durch die Schwerpunkte des ersten, zweiten und dritten Elementes und der Normalprojektion <fes Schwerpunktes des vierten Elementes, auf die Ebene, die definiert ist durch die Schwerpunkte des ersten und zweiten und dritten Elementes und die diese Punkte enthält, die vier Winkel jewdls kleiner als 180° sind. Die vier Elemente werden mittels einer Vibriereinrichtung in Vibration versetzt, so daß die Elemente mit Schwerpunkten an zwei einander diagonal gegenüberliegenden Ecken positive Druckwellen erzeugen und die verbleibenden beiden Elemente negative Druckwellen, wobei die vier Druckwellen eine gemeinsame Ebmponentenwelle besitzen. Dann

I.w X.V

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interferieren die vier so erzeugten Druckwellen miteinander und erzeugen eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation. Vorzugsweise liegen die Schwerpunkte der vier Elemente in einer Ebene und bilden die vier Ecken eines Quadrates. Vorzugsweise liegt die Ebene, die die Schwerpunkte enthält, senkrecht zur Bohrlochachse. Wenn die vier Elemente klein sind, so daß sie im wesentlichen pnnktförmige Druckwellenquellen bilden, dann werden die vier Druckwellen im wesentlichen an vier Punkten erzeugt, die räumlich in der gleichen Weise angeordnet sind wie die Schwerpunkte der vier Elemente.

Die Polarisation der vier Elemente kann radial nach innen sein, entgegengesetzt der Darstellung in Fig. 1B. In einem solchen Fall bewegen sich die Elemente 61 und 62 nach außen, während sich die Elemente 63 und 64 nach innen bewegen. Wenn die Polaritäten der Impulse, die an die vier Elemente angelegt werde/}umgekehrt wird, ergibt sich die gleiche Umkehr der Richtungen der vier Elemente. Wenn die Elemente 61 und 62 radial nach außen polarisiert sind, jedoch die Elemente 63 und 64 radial nach innen und elektrische Impulse derart angelegt werden, daß die inneren Oberflächen der vier Elemente bei einem ursprünglich höheren elektrischen Potential liegt als die äußeren Oberflächen, ziehen sich die Elemente 61 und 62 zunächst radial zusammen, während die Elemente 63 und 64 zunächst radial expandieren. All diese Ausbildungsformen können für die Quelle 58 gewählt werden, zur Erzeugung der Quadrupol-Schubwellen. Vorzugsweise besitzen die vier Elemente alle im wesentlichen die gleiche Form und Größe und sind symmetrisch um die Achse 66 an der gleichen Tiefe des Bohrloches angeordnet, wobei die Achse 66 mit der Bohrlochachse zusammenfällt. Bei einer solchen Form, Größe und Verteilung arbeitet die Quadrupol-Schubwellenquelle 58 wirtschaftlicher.

Die Fig. 2 und 3 zeigen in größeren Einzelheiten eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 stellt einen

Querschnitt der Qüadrupol-Schubwellenmeßquelle der Fig. 1B dar, entlang einer Ebene, die die Meßsondenachse 66 enthält. Mg. 3 ist eine Ansicht entlang der Schnittlinie 3-3 der Mg. 2 und zeigt den Querschnitt der Quadrupöl-Quelle in einer Ebene senkrecht zur Achse der Meßsonde.

Die vier piezoelektrischen Elemente 61, 62, 63 und 64 können in der in Fig. 2 gezeigten Weise mit der Meßsonde 60 verbunden sein. Me Kolben 68 und 70 besitzen einen solchen Durchmesser, daß sie genau in die Meßsonde 60 hineinpassen.

Die Kolben 68 und 70 besitzen Gewindeaussparungen 72 bzw. 74, und die beiden Kolben können mittels einer Kolbenstange miteinander verbunden sein, deren beide Enden mit einem Gewinde versehen sind und eine solche Größe besitzen, daß sie in die Gewinde aus sparung en 72 und 74- der Kalben 68 und 70 eingeschraubt werden können. Um die Meßquelle 58 zu montieren, wird die Kolbenstange 76 in einen kreisringförmigen Körper ausFüll-material 78 eingeführt, und die vier Elemente 61 bis 64 werden an der äußeren zylindrischen Oberfläche des Körpers 78 angebracht, so daß sie im wesentlichen koaxial zur Kolbenstange 76 liegen. Zwei Ringe aus Dichtungsmaterial 80 und 82 passen genau über die vier Elemente und den Körper 78, um die Elemente an ihrem Platz zu halten. Die Kolbenstange 76 und die K#lben 68 und 70 werden dann, wie oben beschrieben, montiert, und die gesamte Anordnung wird in die Meßsonde eingeführt. Die Meßsonde 60 besitzt vier Fenster, die über ihren Umfang verteilt sind, und die abgeschlossen sind durch vier Gummimembranen 84, 86, 88 und 90.

Die vier Gummimembranen schließen die vier Fenster dichtend ab, indem sie an der Meßsonde mittels herkömmlicher Einrichtungen etwa mechanischer Klammern gehalten werden. Die Räume zwischen den via? Gummimembranen und den vier piezoelektrischen Elementen sind mit öl 92 gefüllt. 0-Ringe 94- und 96 dichten die Kontaktflächen zwischen den Kolben 68 und

70 und der Sonde 60 ab, um ein Austreten des Öls 92 zu verhindern.

Um einen Durchlaß für die elektrischen Anschlüsse vorzusehen, tragen der Kolben 68 und die Kolbenstange 76 Löcher 102 und 104- jeweils durch ihre Mittelpunkte. Die beiden Löcher stehen miteinander in Verbindung. Die Kerbenstange 76 besitzt außerdem einen Durchlaß 106, der senkrecht zu ihrer Stange ausgebildet ist und mit dem Loch 104 in Verbindung steht. Der Kolben 68 trägt außerdem vier Durchlässe 108, die an einem Ende in Verbindung mit dem Loch 102 stehen, während das andere Ende zu den äußeren zylindrischen !lachen der vier Elemente führt. Der elektrische Irapulsgenerater 110 ist an die vier Elemente über zwei Gruppen von Drähten angeschlessen?

die Gruppe 112 umfaßt vier Drähte 112a, 112b, 112c und 112 d, und die Gruppe 114 umfaßt die Drahte 114a,114b, 114c und 114d. Die Drahtgruppe 112 ist an die positive Klemme des Generators angeschiessen, und die Drahtgruppe 114 an die negative Klemme. Die Drähte 112c und 112 d sind durch die öffnung 102 geführt und anschließend durch den Durchlaß 108 und sind an die äußeren zylindrischen Oberflächen der Elemente 63 und 64 angeschlossen. Die Drähte 112a und 112b sind durch das Lech 102 des Kolbens 68 und das Loch 104 der Kolbenstange 76 geführt und durch das Loch 106 und den Körper 78 an die innere zylindrische Oberfläche der Elemente 61 bzw. 62 angeschlossen. Ih einer ähnlichen Weise sind die Drähte 114a und 114b durch das Loch 102 und die Durchlässe 108 geführt und an die äußere zylindrische Oberfläche der Elemente 61 bzw. 62 angeschlossen. Ih einer ähnlichen Weise sind die Drähte 114c und 114d durch die Löcher 102, 104 und 106 geführt und an die inneren zylindrischen Oberflächen der. Elemente 63 bzw. 64 angeschlossen. Wenn dementsprechend der elektrische Impulsgenerator 110 einen elektrischen Impuls über die beiden Drahtgruppen legt, wird der Impuls über jedes Drahtpaar an eines der vier EIemente angelegt. Ein derartiger Impuls bewirkt, daß sich die inneren zylindrischen Oberflächen der Elemente 61 und 62

Λ f

bei einem höheren elektrischen Potential "befinden als ihre äußeren zylindrischen Oberflächen. Venn die Elemente 61 und

62 radial nach außen polarisiert sind, ist hinlänglich bekannt, daß derartige elektrische Potentiale bewirken, daß sich die Elemente 61 und 62 zunächst radial zusammenziehen. Die durch den Generator 110 angelegten Impulse bewirken, daß die äußaen zylindrischen Oberflächen der Elemente 63 und 64 bei einem höheren elektrischen Potential befinden als die inneren zylindrischen Oberflächen. Die Elemente 63 und 64· sind radial nach außen polarisiert, und ein derartiges elektrisches Potential bewirkt, daß die beiden Elemente zunächst radial nach außen expandieren.

Da sie in der »ben beschriebenen Weise angeschlossen sind, wird dementsprechend der gleiche elektrische Impuls durch den Generator 110 im wesentlichen gleichzeitig an die vier Elemente angelegt, wodurch die vier Elemente im wesentlichen gleichzeitig bewegt werden, und aar: die Elemente 61 und 62 kontrahieren und bewegen sich zunächst nach innen, und die Elemente 63 und 64 expandieren und bewegen sich zunächst nach außen. Es ist hinlänglich bekannt, daß, nachdem man ein piezoelektrisches Material mittels eines elektrischen Impulses veranlaßt zu expandieren oder zu kontrahieren, dieses weiterhin wechselweise expandiert oder kontrahiert, auch wenn keine elektrischen Impulse im Anschluß an den ursprünglichen Erregerimpuls angelegt werden. Nachdem somit die elektrischen Impulse an die vier Elemente angelegt sind, wodurch die Elemente 61 und 62 kontrahieren und die Elemente

63 und 64 expandieren, werden dann die .Elemente 61 und 62 wechselweise expandieren und kontrahieren und die Elemente 63 und 64 wechselweise kontrahieren und expandieren. Jim Laufe der abwechselnden Expansionen und Eontraktionen verlieren die vier Elemente Energie,und ihre Vibrationen werden gedämpft, wobei Jedoch während der Dauer ihrer Expansionen und Kontraktionen die vier Elemente vier Druckwellenzüge erzeugen. Da die vier elektrischen Impulse, die durch den Ge-

nerator 110 an die vier Elemente angelegt werden,im wesentlichen gleich sind, mit Ausnahme der Polarität, "besitzen auch die vier Druckwellenzüge im wesentlichen die gleiche Wellenform. Die Wellenzüge, die durch die Elemente 61 und 62 erzeugt werden, befinden sich im wesentlichen in Blase. Die Wellenzüge, die durch die Elemente 63 und 64 erzeugt werden, befinden sich im wesentlichen in Phase miteinander, jedoch entgegengesetzt zu der Phase der Wellenzüge, die durch die Elemente 61 und 62 erzeugt werden. Diese Druckwellen werden durch das öl 92, die Gummimembranen in das Bchrlochfluid 26 und eventuell in die Erdformation 30 übertragen. Die vier se erzeugten Druckwellen interferieren miteinander und erzeugen eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdfermatien Diese Schubwelle pflanzt sich durch die Erdfermation fort, wird zurück in das Bohrlochfluid 26 reflektiert und wird in einem Abstand von der Meßsonde 58 aufgenommen, wie weiter uiten noch näher erläutert wird. Der Korper 78 besteht vorzugsweise aus einem Füllmaterial mit guten Dämpfungsqualitäten, um die Reflektionen von den vier Elementen zu dämpfen, so daß die vier Druckwellenzüge, die durch die vier Elemente erzeugt werden, von kurzer Dauer sind.

Die vier piezoelektrischen Elemente 61 bis 64 können leicht aus piezoelektrischen Kristallen hergestellt werden, die handelsüblich verfügbar sind. Siezeelektrische Kristalle werden etwa geliefert durch die Vernitron Company of Bedford, Ohio, Y. St. Α., in einer zufriedenstellenden Qualität. Ein Typ eines handeslüblich verfügbaren piezoelektrischen Kristalls liegt in der Form eines Hohlzylinders vor, der radial nach außen polarisiert ist. Die innere und die äußere zylindrische Oberfläche eines solchen Kristalls sind überzogen mit einer Schicht aus leitendem Material, wie etwa Silber. Da der elektrische Impuls von dem Generator 110 an benachbarte Elemente der vier Elemente in entgegen-

gesetzter Polarität gelegt ist, müssen die inneren zylindrischen Oberflächen nebeneinanderliegender Elemente, wie auch ihre äußeren zylindrischen Oberflächen elektrisch isoliert sein. Eine derartige Isolation kann erzielt werden, indem man vier längliche Abschnitte ausschneidet, um die vier Sektoren 61 bis 64 abzudecken. Andererseits kann man,statt derartige schmale längliche Abschnitt auszuschneiden, die leitende Schicht sowohl auf der inneren als auch auf der äußeren Oberfläche der Abschnitt abschaben.

Die Pig. 4 stellt eine vereinfachte, teilweise perspektivische und teilweise schematische Abbildung dar, zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, mittels welcher die Schubwellengeschwindigkeit ermittelbar ist. Wie die Fig. 4 zeigt, umfaßt die Meßsonde 140 die Quadrupol-Schubwellenmeßquelle 58 sowie zwei Detektoren 142 und Ί44. Die beiden Detektoren sind näher an der Erdoberfläche als die Quelle 58, zur Vereinfachung der elektrischen Verbindungen in der Sonde 140. Die beiden Detektoren sind vorzugsweise Quadrupol-Detektoren, die nachfolgend noch näher, unter Bezugnahme auf Fig. 6, erläutert werden sollen. Wenn die Quadrupol-Schubwellenmeßquelle 58 durch einen elektrischen Impuls aktiviert wird, erzeugt sie eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation 30, wie dies oben beschrieben wurde. Ein Teil einer solchen Quadrupol-Schubwelle wandert aufwärts. Sie wird teilweise zurückgeworfen in das Bohrlochfluid 26, angrenzend an den Detektor 142 und wird von diesem Detektor 142 aufgenommen. Ein Teil einer solchen Quadrupol-Schubwelle wandert jedoch weiter aufwärts und wird in das Bohrlochfluid 28, angrenzend an den Detektor 144 reflektiert und von diesem Detektor 144 aufgenommen. Dementsprechend gibt das Zeitintervall zwischen der Aufnahme der Reflektion der Quadrupol-Schubwelle durch den Detektor 142 und seine Aufnahme durch den Detektor 144 die Laufzeit der Quadrupol-Schubwelle, die erforderlich ist, um den Abstand zwischen den beiden Detektoren zu durchlaufen. Obwohl der Einsatz zweier Detektoren bevor-

P ο.ι. o.g.?

zugt wird, genügt auch der Einsatz eines Detektors. Wenn nur ein Detektor Verwendung findet, ergibt sich die Laufzeit der Quadrupol-Schubwelle zwischen der Quelle 48 und dem Detektor aus dem Zeitintervall zwischen der Erzeugung der vier Druckwellen durch die Quelle 58 und die Aufnahme der Quadrupol-Schubwellenafcunft durch den Detektor.

Die vier Druckwellen, die durch die Quelle 58 in der oben beschriebenen Weise erzeugt werden, interferieren miteinander, um nicht nur eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation 30 zu erzeugen, sondern außerdem eine Dipolsowie eine Monopol-Schubwelle. Die Monopol- und die Dipol-Schubwelle besitzen eine viel kleinere Amplitude, verglichen mit der Quadrupol-Schubwelle, und erscheinen innerhalb des Detektorsignals als Geräusch. Derartige Geräusche können in der nachfolgend erläuterten Weise vermindert werden.

Die Fig. 5 erläutert das Strahlungsmuster einer Quadrupol-Welle mit Dipol- und Monopol-Wellen als Geräusch. Die beiden senkrecht aufeinander stehenden geraden Linien in Fig. 5 sind symmetrische Achsen der Quadrupol-Welle. Eine Linie besitzt die Eichtungen 146 und 150, die entgegengesetzt zueinander verlaufen,und eine andere Linie gibt die Richtungen 148 und 152 an, die ebenfalls entgegengesetzt zueinander liegen. Das Strahlungsmuster der Quadrupol-W^elle ist in Fig. 5 mit der Bezugsziffer 154 versehen. Die Strahlungsmuster der Dipol- und Monopol-Geräusche sind in Fig. 5 in gestrichelten Linien 156 und 158 angegeben. Wenn vier Elemente der Quelle 58 vier identische Sektoren eines Zylinders sind, und symmetrisch um die Achse 66, wie in Fig. 6.dargestellt, verteilt sind, läuft eine der Symmetrieachsen durch die Mittelpunkte zweier einander gegenüberliegender Elemente, und die andere Achse läuft durch die Mittelpunkte der verbleibenden beiden Elemente, wie dies die Fig. 6 zeigt. Das

Monopol-Geräusch, dessen Strahlungsmuster in Pig. 5 mit der Bezugsziffer 158 versehen ist, ist symmetrisch und besitzt die Größe M. Das Dipol-Geräusch, dessen Strahlungsmuster in Pig. 5 mit der Bezugsziffer 156 versehen ist, kann Jede beliebige Orientierung in bezug auf die symmetrischen Achsen der Quadrupol-Welle haben. Wie die Fig. 5 zeigt, besitzt das Dipolgeräusch die Komponenten D1, D2, -D1 und -D2 in den Eichtungen 14-6, 148, 150 bzw. 152. Die Quadrupol-Welle 154 hat die Komponenten Q, -Q, Q und -Q in den Eichtungen 146, 148, 150 bzw*- 152.

Wenn die vier Elemente in dem Detektor auf die vier Elemente in der Quelle 58 ausgerichtet sind, wie dies die Pig. 6 zeigt, und die Strahlungsmuster der Quadrupol-Welle wie auch des Monopol- und Dipol-Geräusches, erzeugt durch die Quelle 58, wie in Pig. 5 dargestellt, ausgebildet sind, ist das durch den Detektor aufgenommene Signal M + D1 + Q,und ein solches Signal wird als erste Messung aufgezeichnet. Die Quelle 58 wird im wesentlichen um 90° gedreht, relativ zu dem Detektor um die gemeinsame Achse der Quelle und des Detektors,und die zweite Messung wird durchgeführt. Das Signal ist M + D2 - Q. Die Quelle 58 wird um weitere 90 gedreht nach der zweiten Messung, so daß sie nun um 180° von der Position während der ersten Messung gedreht ist. Eine dritte Messung wird durchgeführt, und das aufgenommene Signal ist M - D1 + Q. Die Quelle 58 wird um weitere 90° gedreht, d.h., sie ist nun um 180° aus der Position herausgedreht, die sie während der zweiten Messung einnahm. Eine vierte Messung wird ausgeführt, und das Signal ist M - D2 - Q. Subtrahiert man die Summe der zweiten und vierten Messungen von der Summe der ersten und dritten Messungen, so wird hierdurch wesentlich das Geräusch reduziert, das durch die Monopol- und Dipol-Schubwellen durch die Quelle 58 in der Pormation erzeugt wurde.

Obwohl das oben beschriebene Verfahren zur Geräuschverminderung an einerQuadrupol-Schubwellenquelle und einem Detektor

erläutert wurde, die jeweils vier im wesentlichen identische Transducer aufweisen und symmetrisch um die Meßsondenachse angeordnet sind, leuchtet ein, daß das gleiche Verfahren auch durchgeführt werden kann unter Einsatz anderer Quadrupol-Schubwellenquellen und Detektoren. Wenn die Quelle und der Detektor nicht koaxial angeordnet sind, oder wenn die Quelle und der Detektor keine Achsen besitzen, wird, statt der Rotation der Quelle um die gemeinsame Achse der Quelle und des Detektors, wie dies beschrieben worden ist, die Quelle um eine Linie gedreht, die sowohl durch die Quelle als auch den Detektor läuft.

In Situationen, wenn es zu umständlich ist, die Quadrupol-Schubwellenquelle relativ zum Detektor physikalisch zu drehen, kann ein Teil des Monopol-Schubwellengeräusches reduziert werden, indem man die Polarität des Impulssignals, das über die beiden Drahtgruppen 112 und 114 gelegt äst, zwischen zwei Messungen umkehrt. Die Subtraktion einer Messung von der anderen reduziert das Geräusch, das durch die Monopol-Schubwellen erzeugt wurde. Es ergibt sich, daß bei einer Umkehr der Polarität des Impulssignals die erzeugte Quadrupol-Schubwelle in ihrer Polarität umgekehrt ist, als wenn die Quadrupol-Schubwellenquelle um 90° gedreht worden wäre. Ein Teil des Monopol-Schubwellengeräusches wird in der Polarität nicht umgekehrt zwischen zwei Messungen. Die Subtraktion einer Messung von der anderen reduziert diesen Teil des Monopol-Schubwellengeräusches. Die Polarität des Impulssignals, das über die beiden Drahtgruppen 112 und 114 gelegt ist, kann leicht umgekehrt werden durch einen Polaritätsschalter 168, der zwischen die Quelle 58 und den Impulsgenerator 110 gslegt ist, wie dies die Pig. 6 zeigt.

Der herkömmliche Detektor ist symmetrisch und kann nicht eingesetzt werden, um Änderungen aufzunehmen, die durch die

Hotation der Quelle 58 verursacht sind. Um derartige Änderungen aufzunehmen, sind die Detektoren 14-2 und 144-vorzugsweise Quadrupol-Detektoren, die hinsichtlich ihres Aufbaues der Quelle 58 ähnlich sein können, mit der Ausnähme, daß statt der Verbindung zu einem Impulsgenerator, die beiden Detektoren in einer ähnlichen Weise an einen Wellenformrekorder 166 angeschlossen sind, wie dies die Pig. 6 zeigt (nur ein Detektor und seinen Anschluß an den Eekorder 166 sind in Hg. 6 dargestellt). Die vier Elemente in jedem der beiden Detektoren sind vorzugsweise azimutal auf die vier Elemente in der Quelle 58, in bezug auf die Sondenachse 66 ausgerichtet, wie die Hg. 6 zeigt. Da die Bohrlochachse ein Druckwellenknotenpunkt für die Quadrupol-Strahlung darstellt, befindet sich vorzugsweise keines der vier Elemente in der Bohrlochachse. Pur die besten Ergebnisse sind die vier Elemente koaxial zum Bohrloch angeordnet.

Im Hinblick auf Fig. 4- sind die beiden Detektoren 14-2 und 144 vorzugsweise Quadrupol-Detektoren. Bevorzugt sind die vier Elemente eines jeden der beiden Detektoren azimutal ausgerichtet auf die vier Elemente der Quelle 58, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Andere Typen von Detektoren können ebenfalls eingesetzt werden. Ein herkömmlicher piezo-elektrischer, hohler, zylindrischer Detektor kann eingesetzt wsrden, wenn eines, zwei oder drei der vier Fenster, die in Fig. 3 dargestellt und durch die Membranen 84-, 86, 88 und 90 verschlossen sind, mit einem Material abgedeckt sind, um wesentlich den akustischen Wellendurchgang durch diese Fenster zu verhindern. Wenn zwei solche Fenster abzudecken sind, sollten sie einander gegenüberliegen, wie die beiden durch die Membranen 84- und 86 oder die beiden Membranen 88 und 90 abgedichteten Fenster.

Nachfolgend sollen noch andere Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden.

Bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform sind die vier Elemente radial polarisiert. Alternativ können die vier Elemente in ümfangsrichtung polarisiert sein, so daß die Elemente hinsichtlich der Polarisation eine Beifenform bilden. Die Pig. 7 und 8 zeigen Querschnitte oder Ebenen senkrecht zur Sondenachse, zur Erläuterung anderer Ausführungsformen unter Einsatz piezoelektrischer Kristalle in der Reifenform. Wie die Pig. 7 zeigt, sind die Elemente 171 > 172, 173 und 174 in Umfangsrichtung polarisiert. Mit Ausnahme der Polarisationsrichtung und der elektrischen Anschlüsse ist der Aufbau dieser Ausführungsformen der gleiche vie bei der oben beschriebenen Ausführungsform.

Eelektrische Impulse werden an jedes Element derart angelegt, daß das sich ergebende elektrische Feld innerhalb des Elementes im wesentlichen parallel zu seiner Polarisation liegt. Die elektrischen Impulse bewirken, daß sich das Element radial ausdehnt, oder zusammenzieht, in Abhängigkeit von der Polarität des Impulses. Die vier Elemente kann man aus einem hohlen zylindrischen piezoelektrischen Zylinder erhalten, indem man vier schmale lange Sektoren ausschneidet. Die freiliegenden Seitenflächen der Elemente sind im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und mit einer leitenden Schicht, wie etwa Silber, überzogen. Ein elektrischer Impuls wird dann an die beiden leitenden Schichten eines jeden Elementes angelegt. Die leitenden Schichten des Elementes 171 sind die in Fig. 7 dargestellten Schichten 184 und 186. Die leitenden Schichten benachbarter Elemente sind getrennt, so daß unterschiedliche Potentiale an angrenzende Kanten der Elemente angelegt werden können. Die elektrischen Impulse werden so angelegt, daß das sich ergebende elektrische "Feld in jedem Element im wesentlichen parallel zu seiner Polarisationslinie Megt. Venn die Polarisationen der Elemente 171 und 172 und die elektrischen Felder hierin in Umfangsrichtung im Gegenuhrzeigersinn liegen, wie in Fig. 7» so werden die EIe-

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t m · ·♦ *

mente radial expandieren. Venn die Polarisierungen der Elemente 173 und 174 in Umfangsrichtung im Uhrzeigersinn liegen, jedoch die elektrischen Felder Main in Umfangsrichtung im Gegenuhrzeigersinn, entsprechend der Darstellung in J¹Ig. 7, so werden die beiden Elemente radial kontrahieren. Derartige Richtungen im Uhrzeigersinn oder diesem entgegen, sind alle, in bezug auf die Blickrichtung, von dem gleichen Ende der Sondenachse bezogen. Wenn elektrische Impulse des weiter oben näher beschriebenen Typs im wesentlichen gleichzeitig an die vier Elemente angelegt werden, so interferieren die durch die vier Elemente erzeugten Druckwellen miteinander und erzeugen eine Quadrupol-Schubwelle in der Umgebungserdformatbn in einer ähnlichen Weise, wie das bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Wie bei der ersten Ausführungsform, brauchen die in Fig. 7 dargestellten vier Elemente nicht koaxial zur Meßsonde angeordnet sein, solange ihre Achsen im wesentlichen parallel zur Sondenachse liegen, und&ie Sondenachse einen Abstand von jedem Element auf der konkaven Seite besitzt.

Fig. 8 zeigt einen vereinfachten Querschnitt einer anderen Ausführungsform der Erfindung zur Erzeugung einer Schubwellenmeßquelle mit Umfangspolarisation. Die vier Elemente 201, 202, 203 und 204 sind vier der acht Längssektoren eines piezoelektrischen, hohlen Zylinders, wobei Jedes der acht Segemente in Umfangsrichtung polarisiert ist. Bei dieser Ausführurgform sind die vier Elemente die einzigen Sektoren des Hohlzylinders, die expandieren und kontrahieren und alle in Umfangsrichtung im Uhrzeigersinn polarisiert sind. Die Yerbindungskante von allen benachbarten Sektoren unter den acht Sektoren sind mittels einer Leitschicht überzogen. Die elektrischen Impulse werden so angelegt, daß das sich ergebende elektrische Feld in jedem Element im wesentlichen parallel zu seiner PolarisatioreLinie liegt. Bei einer Polarisierung der vier Elemente und der Polaritäten der elektrischen Impulse, die an die vier Elemente angelegt werden, wie dies

in Jig. 8 gezeigt ist, expandieren die Elemente 201 und radial, während sich die Elemente 203 und 204 radial zusammenziehen. Die verbleibenden vier Sektoren expandieren oder kontrahieren nicht, da keine elektrische Potentialdifferenz über diese Elemente angelegt wird.

Die "Fig. 9 und 10 stellen Querschnittsansichten einer Quadrupol-Schubwellenmeßguelle dar zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Statt der Verwendung zylindrischer Sektoren eines hohlen piezoelektrischen Zylinders bestehen die vier Elemente jeweils aus zwei Schichten oder einem Paar von piezoelektrischen Platten, die mit ihren flachen Oberflächen aneinander haften. Mit Ausnahme dieser vier Elemente ist der Aufbau dieser Ausführungsform der gleiche wie bei der eingangs erläuterten Ausführungsform.

Jede Schicht oder Platte in jedem Element dieser Ausführungsform ist im wesentlichen senkrecht zur flachen Oberfläche polarisiert, und die Polarisation zweier Schichten oder Platten ist im wesentlichen entgegengesetzt. Es ist hinlänglich bekannt, daß dann, wenn ein elektrischer Impuls über zwei flache Oberflächen eines Element es,bestehend aus aus einem Paar entgegengesetzter Platten,angelegt wird, diese Elem-^ente zum Biegen veranlaßt werden. Die handelsüblich verfügbaren piezoelektrischen zusammengesetzten Platten, die für die Erzeugung von akustischen Wellen eingesetzt werden können, werden üblicherweise in der Form zweier piezoelektrischer Platten vertrieben, die mittels einer leitenden Schicht verbunden sind, wobei diese Schicht sich zwischen den beiden piezoelektrischen Platten befindet. Die Polarisation der beiden Platten kann, wie oben beschrieben, im wesentlichen entgegengesetzt sein, oder sie kann in der gleichen Richtung verlaufen. Wenn die Polarisation der in gleichen Richtung läuft, dann müssen die elektrischen Impulse, die an jede der Platten angelegt werden, so sein, daß die elektrischen Ifelder in den Platten im wesentlichen entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Diese leitende Schicht

ermöglicht es, daß die elektrischen Impulse, die an jede der beiden Platten angelegt werden, gleichmäßigere elektrische Felder in den Platten erzeugen, wodurch die Wirksamkeit der Meßquelle verbessert wird,

Die Pig. 11A ist eine Darstellung des Schnittes entlang der Linie 11-11 der Pig. 9 und zeigt einen Querschnitt der Quadrupol-Schubwellenmeßquelle der -^ig. 9> wobei die einander gegenüberliegenden Seiten des Elementes 211 an Kolben 68 und 70 befestigt und gehalten sind. Ein elektrischer Impuls, der über die flache Oberfläche des Elementes gelegt wird, bewirkt, daß sich der mittlere Teil biegt und vibriert. Die extremen Stellungen des Elementes bei der Vibration sind durch gestrichelte Linien 211a und 211b wiedergegeben. Die Pig. 11B zeigt eine Darstellung des Schnittes entlang der Linie 11-11 der Pig. 9 und ist ein Teilquerschnitt der Quadrupol-Schubwellenmeßquelle gemäß Pig. 9» wobei lediglich eine Seite des Elementes 211 an dem Kolben 70 gehalten oder in seiner Stelluhg befestigt ist. Ein über die flache Oberfläche des Elementes 211 bewirkt, daß sich der Teil des Elementes 211,der dem gehaltenen Teil gegenüberliegt, biegt und vibriert, wobei die Extremstellungen durch die gestrichelten Linien 211c und 211d angedeutet sind. Die elektrischen Impulse entgegengesetzter Polarität werden an benachbarte Elemente in Pig. 9 angelegt, so daß dann, wenn sich ein Element nach innen biegt, die zwei benachbarten Elemente sich nach außen biegen.

Wenn die Polarität der an die vier Elemente angelegten elektrischen Impulse so ist, wie dies in Pig. 9 gezeigt ist und beide Enden eines jeden der vier Elemente gehalten und befestigt sind, wie dies die Pig. 11A zeigt, bewegt sich der mittlere Teil der Elemente 211 und 212 nach außen, während sich der mittlere Teil der Elemente 213 und 214 nach innen bewegt. Hierdurch werden vier Druckimpulse erzeugt, die

$ angelegter elektrischer Impuls

miteinander interferieren und eine Quadrupol-Schubwelle . in der umgebenden Erdformation erzeugen. Wenn nur ein Ende jeweils der vier Elemente an der Meßsonde gehalten und befestigt ist, wie dies die Pig. 11B zeigt, bewegt sich das nicht gehaltene Ende der Elemente 211 und 212 nach innen, und dasjenige der Elemente 213 und 214 nach außen, wodurch ebenfalls zwei positive Druckwellen und zwei negatie Druckwellen erzeugt worden, die eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation hervorrufen.

Vorzugsweise sind die in den Fig. 9 und 10 dargestellten vier Elemente so an die Sonde angeschlossen, daß die Elemente 211 und 212 ein Paar im wesentlichen einander gegenüberliegende Seiten eines Würfels bilden, ebenso wie die Elemente 213 und 214. Es leuchtet ein, daß die einander gegenüberliegenden Platten, wie die Platten 213 und 214 nicht parallel zueinander liegen müssen, während benachbarte Platten nicht senkrecht aufeinander stehen müssen. Auch müssen die Platten keine rechteckförmige Ausbildung besitzen. Ein Aufbau, bei welchem die vier Elemente im wesentlichen die Form der vier Parallelograme eines vierseitigen Prismas bilden, können eingesetzt werden und bilden damit einen Teil der Erfindung.

Die Fig. 12 zeigt einen Querschnitt einer Quadrupol-Schubwellenquelle zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Tier herkömmliche symmetrische Quellen werden eingesetzt, jedoch in Phasen betrieben, die ähnlich denjenigen der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen sind. Somit sind vier radial polarisierte, hohle, piezoelektrische Zylinder 231, 232, 233 und 234 die vier Elemente. Wenn die vier Elemente radial nach außen polarisiert sind, und die Polaritäten der Impulse sind so, wie in Fig. 12 dargestellt, so kontrahieren die Elemente 251 und 232 zur Erzeugung zweier negativer Druckwellen,und die Elemente 233 und 234 expandieren und erzeugen somit zwei positive Druckwellen. Die vier Wellen

interferieren, wie zuvor beschrieben, zur Erzeugung einer Quadrupol-Schubwelle in der Formation.

Obwohl es wirkungsvoller ist und dementsprechend bevorzugt wird,daß die vier Elemente der Fig. 12 symmetrisch derart angeordnet sind, daß ihre Achsen im wesentlichen die parallelen Kanten eines Würfels bilden, umfaßt die Erfindung auch andere Anordnungen ebenso. Es ist noch anzuführen, daß die Erfindung auch Anordnungen umfaßt, bei welchen die Achsen der Elemente im wesentlichen parallel zur Sondenachse verlaufen und die Elemente die Sondenachse in der folgenden Ordnung umgeben: erstes Element (231), drittes Element (233), zweites Element (232) und viertes Element (234-), wobei die Expansionen oder Eontraktionen der vier Elemente in der Weise vollzogen werden, wie dies oben, unter Bezugnahme auf Fig. 12, beschrieben ist.

Es soll an dieser Stelle noch einmal zum Ausdruck gebracht werden, daß es sich bei der Beschreibung lediglich um eine beispielhafte Erläuterung handelt, und daß verschiedene Änderungen hinsichtlich der Größe, der Form, der Materialien oder anderer Details noch in den Rahmen der Erfindung fallen.

-m-

Leerseite

Claims

Patentanwalt! \.^:..<.''\,^:-..^: ^3 1 6850 DR. KARL TH. HEGEL DIPL.-ING. KLAUS DICKEL

JULIUS-KREIS-STRASSE 33 · 8000 MÜNCHEN 60 · TELEFON (089) 88 52 10

ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

TELEGRAMM-ADRESSE: DOELLNER-PÄTENT MÜNCHEN FERNSCHREIBER: 5216739 dpat d

1HRZEICHEN: UNSER ZEICHEN: H 333*1 8000 MÜNCHEN, DEN

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V. St. A.

Verfahren und Vorrichtung zur Messung akustischer Quadrupol-Schubwellen

Patentansprüche:

( 1. Werfahren zur Messung akustischer Quadrupol-Schubwellen in einer ein Bohrloch umgebenden Formation, dadurch gekennzeichnet , daß man eine Quadrupol-Schubwelle durch die Erde entlang des Bohrloches schickt, die Ankunft der Schubwelle an einem Punkt in einem Längsabstand entlang des Bohrloches von dem Punkt der Wellenabgabe ermittelt und die Zeit mißt zwischen der Abgabe und der Auf-

POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 888-802 · BANK: DEUTSCHE BANK AG. MÜNCHEN. KTO.-NR. 6681001 (BLZ 70070010)

nähme der Welle, um die Geschwindigkeit der Schubwelle durch die Erde zu bestimmen.

2. Verfahren nach Ansp^rggh 1, dadurch gekennzeichnet, daß/eine Quadrupol-Schubwelle durch die Erde entlang des Bohrloches schickt, die Ankunft der Welle an zwei Punkten in einem Längsabstand entlang des Bohrloches voneinander und von dem Punkt der Wellenabgabe ermittelt und den zeitlichen Abstand zwischen der Aufnahme an den beiden Punkten mißt, um die Geschwindigkeit der Schubwelle durch die Erde zu bestimmen.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Bohrloch ein Fluid enthält, wobei die Quadrupol-Schubwelle in die Erde übertragen wird durch Erzeugung von vier Druckwellen in dem Fluid, und zwar zwei positive und zwei negative Druckwellen mit einer gemeinsamen Komponentenwelle, die miteinander interferieren und eine Quadrupol-Schubwelle in der Erde erzeugen, die das Fluid umgeben.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichne -t , daß die vier Druckwellen an vier entsprechenden Punkten in dem Fluid erzeugt werden, wobei die vier Punkte so angeordnet sind, daß in einem Viereck, dessen vier Ecken definiert sind, durch drei der vier Punkte, während die Normalprojektion des verbleibenden vierten Punktes in einer Ebene liegt, die definiert ist durch die drei der vier Punkte und die diese Punkte enthält, wobei

jeder der vier Winkel des Vierecks kleiner ist als 180° und wobei die beiden Punkte, in welchen die beiden negativen Druckwellen erzeugt werden, diagonal einander gegenüberliegende Ecken des Vierecks bilden.

5· Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenzen der gemeinsamen Komponente der vier Druckwellen im Frequenzbereich von 4 kHz bis 14 kHz liegen.

6. Verfahren nach Anspruch. 3» dadurch gekennzeichnet , daß man den ungefähren Bereich der Schubwellengeschwindigkeit der das Fluid umgebenden Erde bestimmt, während die Frequenzen der gemeinsamen Komponente der vier Druckwellen in einem Frequenzbereich liegen, der dem ungefähren Bereich der Schubwellengeschwindigkeiten der Erde entspricht, die das Fluid umgibt, entsprechend der nachfolgenden Tabelle:

Ungefährer Bereich der Frequenzbereich der sich Schubwellengeschwindigkeit überlappenden Frequenzen

1524 - 1829 m/Sek. (10/d) (3-14) kHz

1829 - 2134 m/Sek. (10/d) (3,5-18) kHz

2134 - 2438 m/Sek. (10/d) (3,7-21) kHz

2438 - 2743 m/Sek. (10/d) (4-25) kHz

dabei bedeutet d der Bohrlochdurchmesser in Zoll.

2Q 7· Vorrichtung zur Messung akustischer Quadrupol-Schubwellen, gekennzeichnet durch

eine innerhalb eines Bohrloches (28) absenkbare und anhebbare Sonde (20),

eine innerhalb des Gehäuses (20) angeordnete Einrichtung (22)

zur Erzeugung eines Signals,mittels welcher Schallsignale in die Erde, die das Bohrloch umgibt,abgebbar ist, wobei die Einrichtung zur Signalerzeugung/der Lage ist, eine Quadrupol- ^q Schubwelle in der das Bohrloch umgebenden Erde zu erzeugen , sowie

eine Einrichtung (24, 25) innerhalb des Gehäuses (20) zur Aufnahme des Signals an mindestens einem Punkt, der einen Längste abstand von der Einrichtung zur Signalerzeugung besitzt, zur Messung der Ankunft des Schallsignals, das von der Schallerzeugereinrichtung, in die das Bohrloch umgebenden Erde abgesandt wurde, wobei der Punkt einen Abstand von der Achse des Bohrloches besitzt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Bohrloch ein Fluid (26) enthält, während die Einrichtung zur Signalerzeugung vier Elemente (61, 62, 63, 64) umfaßt und eine Einrichtung, um die vier Elemente so vibrieren zu lassen, daß die Vibrationen jeweils zwei der vier Elemente zwei positive Druckwellen in dem Fluid erzeugen, während die Vibrationen der verbleibenden beiden Elemente zwei negative Druckwellen erzeugen, und wobei die vier so erzeugten Druckwellen einen sich überlappenden Frequenzbereich besitzen, sowie eine gemeinsame Eomponentendruckwelle mit Frequenzen in dem sich derart überlappenden Frequenzbereich.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8,dadurch g e -

kennzeichnet, daß die vier Elemente derart relativ zueinander angeordnet sind, daß in einem Viereck, dessen vier Ecken durch die Schwerpunkte von drei der vier Elemente definiert sind und die NormalproSektion des Schwerpunktes des vierten Elementes auf eine Ebene, die durch die Schwerpunkte der drei der vier Elemente definiert ist, und diese enthält, gebildet werden, wobei die vier Winkel des Vierecks jeweils kleiner als 180° sind und daß die beiden Elemente, deren Vibrationen zwei negative Druckwellen erzeugen, ihre Schwerpunkte in einander diagonal gegenüberliegenden Ecken des Vierecks haben, so daß die vier Druckwellen miteinander interferieren, zur Erzeugung einer Quadrupol-rSchubwelle, in der das Bohrloch umgebenden Erdürmation.

10. Vorrichtung nacfe Anspruch 8, dadurch g e -

kennzeichnet, daß die gemeinsame Komponentendruckwelle Frequenzen im Bereich von vier kHz bis 14 kHz besitzt.

11. Verfahren zur akustischen Vermessung einer Erdformation, die ein Bohrloch umgibt, das ein Fluid enthält, dadurch

gekennzeichnet, daß man

in dem Fluid im wesentlichen gleichzeitig eine erste und eine zweite negative Druckwelle erzeugt, sowie eine erste und eine zweite positive Druckwelle , wobei die erste und die zweite negative Druckwelle jeweils in einem ersten und einem zweiten Punkt des Fluids erzeugt wird, während die erste und die zweite positive Druckwelle an einem dritten und einen vierten Punkt in dem Fluid erzeugt werden, wobei die vier Punkte derart räumlich angeordnet sind, daß in einem Viereck die vier Ecken durch den ersten, den zweiten und den dritten Punkt, sowie die Normalprojektion des vierten Punktes auf eine Ebene, die definiert ist durch den ersten, zweiten und dritten Punkt und diesen enthält, gebildet wird, wobei jeder der vier Winkel des Vierecks kleiner als 180° ist,und der erste und der zweite Punkt diagonal einander gegenüberliegende Ecken des Vierecks bilden, während der Frequenzbereich einer jeden der vier Druckwellen einen überlappenden Teil der Frequenzen enthält, der definiert ist als ein Frequenzbereich, der den Frequenzbereichen der vier Druckwellen gemeinsam ist und wobei jede der vier Druckwellen eine Komponentenwelle enthält, die allen vier Druckwellen gemeinsam ist und die Ebmponentenwelle Frequenzen in dem überlappenden Frequenzteil aufweist, so daß die vier derart erzeugten Druckwellen miteinander interferieren und in der Erdformation eine Quadrupol-Schubwelle erzeugen.

12. Verfahren nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet j daß die gemeinsamen Komponenten der zwei negativen Druckwellen, die in dem ersten und dem zweiten Punkt erzeugt werden, im wesentlichen in Phase miteinander sind, jedoch im wesentlichen entgegengesetzt zu der

Phase der gemeinsamen Komponenten der beiden positiven Druckwellen, die in dem dritten und dem vierten Punkt erzeugt werden.

13· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die vier Druckwellen im wesentlichen die gleiche Wellenform besitzen, so daß jede der vier Druckwellen im wesentlichen so ausgebildet ist wie ihre gemeinsame Komponente.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die vier Punkte im wesentlichen in einer Ebene liegen.

15. Verfahren zur akustischen Vermessung einer Erdformation, die ein ein Fluid enthaltendes Bohrloch umgibt, dadurch gekennzeichnet , daß man in dem Fluid im wesentlichen gleichzeitig eine Druckwelle an vier im wesentlichen in einer Ebene liegenden Punkten erzeugt, mit einem ersten, einem zweiten, einem dritten sowie einem vierten Punkt, wobei die vier Punkte räumlich derart angeordnet sind, daß in einem Viereck, dessen vier Ecken durch die vier Punkte definiert sind, Jeder der vier Winkel kleiner ist als 180°, und der erste und zweite Punkt diagonal einander gegenüberliegende Ecken des Viereckes bilden, wobei der Frequenzbereich einer jeden der vier Druckwellen einen überlappenden Frequenzteil umfaßt, der als Frequenzbereich definiert ist, der den Frequenzbereichen der vier Druckwellen gemeinsam ist, und jede der vier Druckwellen eine Komponentenwelle enthält, die allen vier Druckwellen gemeinsam ist, wobei die Komponentenwelle Frequenzen in dem überlappenden Frequenzbereich besitzt, so daß die vier derart erzeugten Druckwellen miteinander interferieren und eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation erzeugen, wobei die gemeinsamen Komponenten der in dem ersten und dem zweiten Punkt erzeugten Druckwellen im wesentlichen in Phase sind, während die gemeinsamen

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!Komponenten der in dem dritten und vierten Punkt erzeugten Druckwellen im wesentlichen miteinander in Phase sind, jedoch in einer im wesentlichen entgegengesetzten Phase zu den gemeinsamen Komponenten der Druckwellen, die in dem ersten und dem zweiten Punkt erzeugt werden, so da3 die vier derart erzeugten Druckwellen miteinander interferieren und eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation erzeugen.

16. Verfahren zur akustischen Vermessung einer Erdformation, die ein ein Fluid enthaltendes Bohrloch umgibt, dadurch gekennzeichnet , daß man in dem !Fluid im weltlichen gleichzeitig eine Druckwelle an jedem von vier im wesentlichen in einer Ebene liegenden Punkten erzeugt, wobei ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter Punkt räumlich derart angeordnet sind, daß in einem Viereck die vier Ecken durch die vier Punkte definiert sind und jeder der vier Winkel des Viereckes geringer als 180° ist, wobei der erste und der zweite Punkt einander diagonal gegenüberliegende Ecken des Viereckes bilden und die vier Druckwellen im wesentlichen die gleiche Wellenform besitzen, wobei die Druckwelle, die an dem ersten und dem zweiten Punkt erzeugt werden, im wesentlichen in Phase sind, während die Druckwellen, die an dem dritten und dem vierten Punkt erzeugt werden, im wesentlichen in Phase miteinander, jedoch in entgegengesetzter Phase zu den Druckwellen sind, die an dem ersten und dem zweiten Punkt erzeugt werden, so daß die vier derart erzeugten Druckwellen miteinander interferieren und eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation erzeugen.

17- Verfahren nach einem der .Ansprüche 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene, die im wesentlichen die vier Punkte enthält, im wesentlichen senkrecht zur Bohrlochachse liegt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14-, 15 oder 16, d a durch gekennzeichnet, daß das Viereck, dessen vier Ecken durch die vier Punkte definiert sind, im wesentlichen quadratisch ausgebildet ist.

19- Verfahren nach den Ansprüchen 11, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß man

an einem ausgewählten Punkt in dem Fluid, der einen Längsabstand entlang des Bohrloches von den vier Punkten besitzt, die reflektierte Druckwelle, die als Reflektion der Quadrupol-Schubwelle gebildet wird, aufnimmt, wobei der ausgewählte Punkt einen Abstand von der Bohrlochachse besitzt und

das Zeitintervall mißt zwischen der Erzeugung der Druckwellen an den vier Punkten und der Aufnahme der reflektierten Druckwelle, die durch die Quadrupol-Schubwelle erzeugt wurde.
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20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß man

an zwei ausgewählten Punkten innerhalb des Fluids, die einen Längsabstand entlang des Bohrloches voneinander und von den vier Punkten der Druckwellenerzeugung besitzen, die in dem Fluid reflektierte Druckwelle aufnimmt, die durch Reflektion der Quadrupol-Schubwelle gebildet wurde, wobei die zwei ausgewählten Punkte einen Abstand von der Bohrlochachse besitzen, und

das Zeitintervall zwischen der Aufnahme der reflektierten Druckwelle, die durch die Quadrupol-Schubwelle erzeugt wurde, an den beiden Punkten mißt.

21. Vorrichtung zur akustischen Vermessung einer Erdformation, die ein mit einem Fluid gefülltes Bohrloch umgibt, gekennzeichnet durch

ein Gehäuse, das in dem Fluid innerhalb des Bohrloches aufhängbar ist,

ein erstes, zweites, drittes und viertes Element, die derart an dem Gehäuse angeschlossen sind, daß in einem Viereck, dessen vier Ecken durch die Schwerpunkte des erste, zweiten und dritten Elementes und die Normalprojektion des Schwerpunktes des vierten Elementes in eine Ebene, die durch die Shwerpunkte des ersten, zweiten und dritten Elementes definiert wird und diese enthält, gebildet wird, die vier Winkel jeweils kleiner als 180° sind und der Schwerpunkt des ersten und des zweiten Elementes einander diagonal gegenüberliegende Ecken des Viereckes bilden,

eine Einrichtung, die an das Gehäuse angeschlossen ist, um im wesentlichen gleichzeitig die vier Elemente derart in Vibration zu versetzen, daß das erste und das zweite Element vibrieren, zur Erzeugung einer negativen Druckwelle in dem Fluid und jeweils dat. dritte und vierte Element vibrieren, zur Erzeugung einer positiven Druckwelle in dem Fluid, wobei der Frequenzbereich einer jeden der vier Druckwellen einen überlappenden Frequenzteil enthält, der als Frequenzbereich definiert wird, der den Frequenzbereichen der vier Druckwellen gemeinsam ist und wobei jede der vier Druckwellen eine Ebmponentenwelle umfaßt, die allen vier Druckwellen gemeinsam ist und Frequenzen in dem Überlappungsteil der Frequenzen besitzt, so daß die vier derart erzeugten Druckwellen miteinander interferieren, zur Erzeugung einer Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation und

eine Einrichtung, die an das Gehäuse angeschlossen ist, zur Aufnahme an mindestens einem vorbestimmten Ort inner-

halb des "Fluids in einem Abstand entlang des Bohrloches von den vier Elementen die reflektierte Druckwelle in dem Fluid, die von der Reflektion der Quadrupol-Schubwelle ausgeht, wobei der vorbestimmte Ort einen Abstand von der Bohrlochachse besitzt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21,dadurch gekennzeichnet, daß die vier Elemente Jeweils eine Achse aufweisen und die Vibrationseinrichtung die vier Elemente derart in Vibration versetzt, daß die Druckwelle, die von jedem der vier Elemente erzeugt wird, symmetrisch zur Achse eines jeden Elementes verläuft.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21,dadurch g e -

kennzeichnet, daß jedes der vier Elemente durch die Vibrationseinrichtung in einer vorbestimmten Richtung in Vibration versetzt wird, wobei die Ausgangsbewegungen dieser Vibrationen derart sind, daß das erste und zweite Element sich aufeinander zu bewegen, während das dritte und vierte Element sich voneinander weg bewegen.

24. Vorrichtung zur akustischen Vermessung einer Erdformation, die ein ein Fluid enthaltendes Bohrloch umgibt, gekennzeichnet durch

ein Gehäuse, das in dem Fluid innerhalb des Bohrloches aufhängbar ist,

ein erstes, zwates, drittes und viertes Element, die derart an das Gehäuse angeschlossen sind, daß in einem Viereck, dessen vier Ecken durch die vier Schwerpunkte des ersten, zweiten und dritten Elementes und die ETormalprogektion des Schwerpunktes des vierten Elementes in eine Ebene, die durch die Schwerpunkte des ersten, zweiten und dritten Elementes gebildet wird und diese enthalten, definiert ist, die vier Winkel

kleiner als 180 sind, väarend die Schwerpunkte des ersten und zweiten Elementes diagonal einander gegenüberliegende Ecken des Viereckes definieren,

· eine an das Gehäuse angeschlossene Einrichtung zum im wesentlichen gleichzeitigen Vibrieren der vier Elemente, wobei die Vibrationen des ersten und zweiten Elementes eine negative Druckwelle in dem Fluid erzeugen und die Vibrationen des dritten und vierten Elementes eine positive Druckwelle in dem Fluid erzeugen, wobei der Frequenzbereich einer jeden der vier Druckwellen einen überlappenden Frequenzteil enthält, der als Frequenzbereich definiert ist, der den Frequenzbereichen der vier Druckwellen gemeinsam ist, während jede der vier Druckwellen eine Komponentenwelle umfaßt, die allen vier Druckwellen gemeinsam ist,und die Komponentenwelle eine Frequenz in dem Überlappungsteil der Frequenzen aufweist, wobei die gemeinsamen Komponenten der beiden positiven Druckwellen im wesentlichen in Phase miteinander sind, jedoch im wesentlichen entgegengesetzt zu der Phase der beiden gemeinsamen Komponenten der beiden negativen Druckwellen, so daß die vier derat erzeugten Druckwellen miteinander interferieren und eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation erzeugen und

eine Einrichtung, die an das Gehäuse angeschlossen ist, zur Aufnahme an mindestens einem vorbestimmten Punkt innerhalb des Fluids in einem Längsabstand entlang des Bohrloches von den vier Elementen die reflektierte Druckwelle innerhalb des Fluids, die erzeugt ist durch die Seflektion der Quadrupol-Schubwelle, wobei der vorbestimmte Punkt einen Abstand von der Bohrlochachse besitzt.

25. Vorrichtung zur akustischen Vermessung der Erdformation, die ein mit einem Fluid gefülltes Bohrloch umgibt, gekennzeichnet durch

ein Gehäuse, das innerhalb des Fluids in dsm Bohrloch aufhängbar ist,

ein erstes, zweites, drittes und viertes Element, die so an das Gehäuse angeschlossen sind, daß die Schwerpunkte, des ersten, zweiten, dritten und vierten Elementes im wesentlichen in einer Ebene liegen und die vier Ecken eines Vierecks definieren, dessen Winkel kleiner als 180° sind, wobei die Schwerpunkte des ersten und zweiten Elementes einander diagonal gegenüberliegende Ecken des Viereckes bilden,

eine an das Gehäuse angeschlossene Einrichtung zum im wesentlichen gleichzeitigen Vibrieren der vier Elemente, derart, daß die Vibrationen des ersten und zweiten Elementes zwei Druckwellen erzeugen, die im wesentlichen in Phase miteinander sind, während die Vibrationen des dritten und vierten Elementes zwei Druckwellen erzeugen, die im wesentlichen in Phase miteinander, Jedoch im wesentlichen entgegengesetzt zur Phase der beiden Druckwellen, die durch die Vibrationen des ersten und zweiten Elementes gebildet werden, so daß die vier derart erzeugten Druckwellen miteinander interferieren, zur Erzeugung einer Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation und

eine an das Gehäuse angeschlossene Einrichtung zur Aufnahme der reflektierten Druckwelle in dem Fluid, die ausgeht von der Seflektion der Quadrupol-Schubwelle an mindestens einem vorbestimmten Punkt in dem Fluid, der einen Längsabstand entlang des Bohrloches von den vier Elementen besitzt, wobei der ausgewählte

Punkt einen Abstand von der Bohrlochachse besitzt.

26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 21, 24 oder 25» d a durch gekennzeichnet, daß die vier Elemente aus einem piezoeletrischen Material bestehen und polarisiert sind, wobei die Vibrationseinrichtung einen elektrischen Impulgeber umfaßt, der äßktrische Impulse an die vier Elemente anlegt, zur Erzeugung der Druckwellen in dem Fluid.

27 ο Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß jedes der vier Elemente einen Sektor eines polarisierten, hohlen piezoelektrischen Zylinders —umfaßt, wobei die elektrischen Impulse von dem elektrisehen Impulsgeber einen jeden der vier Sektoren veranlassen, sich alternierend radial, in bezug auf die Achse, auszudehnen und zusammenzuziehen und dabei Druckwellen in dem Fluid zu erzeugen.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26,dadurch gekennzeichnet, daß jedes der vier Elemente eine zusammengesetzte Platte umfaßt, die jeweils zwei Platten, die im wesentlichen entgegengesetzt zueinander polarisiert sind und im wesentlichen senkrecht zur flachen Oberfläche der zusammengesetzten Platte und wobei elektrische Impulse von der elektrischen Impulsgebereinrichtung bewirken, daß die vier zusammengesetzten Platten sich biegen und vibrieren, wodurch Druckwellen in dem Fluid erzeugt werden.

29· Vorrichtung nach Anspruch 26„dadurch gekennzeichnet , daß jedes der vier Elemente einen radial polarisierten, hohlen, piezoelektrischen Zylinder umfaßt und wobei die elektrischen Impulse von der elektrischen Impulsgeber einrichtung "bewirken, daß sich die Elemente alternierend radial,in bezug auf die Achse, ausdehnen und zusammenziehen und dabei Druckwellen in dem Fluid erzeugen.

30. Vorrichtung zur akustischen Vermessung einer Erdformation, die ein mit Fluid gefülltes Bohrloch umgibt, ge kennzeichnet durch

eine Meßsonde mit einer Achse, die in dem Fluid innerhalb des Bohrloches derart aufhängbar ist, daß die Sondenachse im wesentlichen parallel zur Bohrlochachse liegt,

ein erstes, zweites, drittes und viertes Element aus jeweils einem Sektor eines radial polarisierten, hohlen, piezoelektrischen Zylinders, wobei die vier Elemente derart an die Meßsonde angeschlossen sind, daß ihre Achsen im wesentlichen parallel zur Sondenachse verlaufen, wobei die Sondenachse einen Abstand auf der konkaven Seite eines Jeden Elementes besitzt und die vier Elemente die Sondenachse in der folgenden zyklischen Ordnung umgeben, nämlich erstes Element, drittes Element, zweites Element und viertes Element,

eine an die Meßsonde angeschlossene Einrichtung zur im wesentlichen gleichzeitigen Anlegung elektrischer Impulse an die äußeren und inneren zylindrischen Oberflächen eines jeden Elementes, wobei die vier an die vier Elemente angeschlossenen elektrischen Impulse im wesentlichen die gleiche Wellenform besitzen und die Impulse so angelegt werden, daß sie bewirken, daß das erste und zweite Element im wesentlichen gleichzeitig sich radial nach innen bewegen, zur Erzeugung zweier negativer Druckwellen in dem Fluid, während sich das dritte und vierte Element radial, im wesentlichen gleichzeitig mit der Bewegung des ersten und zweiten Elementes nach außen bewegen, zur Erzeugung zweier positiver Druckwellen in dem Fluid, wodurch eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation erzeugt

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wird und

eine an die Meßsonde angeschlossene Einrichtung zur Aufnahme der reflektierten Druckwelle in dem Fluid, die durch die Beflektion der Quadrupol-Schubwelle entstanden ist, an mindestens einer vorbestimmten Stelle in dem Fluid, in einem Längsabstand entlang des Bohrloches von den vier Elemente^ wobei die ausgewählte Stelle einen Abstand von der Bohrlochachse besitzt.

31- Vorrichtung nach Anspruch 30»dadurch gekennzeichnet , daß die vier Elemente radial nach außen polarisiert sind und wobei die elektrischen Impulse

A₁- derart an die Elemente angelegt sind, daß die inneren zylindrischen Oberflächen des ersten und des zweiten Elementes ursprünglich ein höheres elektrisches Potential besitzen als die äußeren zylindrischen Oberflächen und daß die äußeren zylindrischen Oberflächen des dritten und vierten Elementes

2Q ursprünglich ein höheres elektrisches Potential aufweisen als ihre inneren zylindrischen Oberflächen.

32. Vorrichtung nach Anspruch 30,dadurch g e 2c kennzeichnet, daß das erste und das zweite Element radial nach außen pAarisiert sind und das dritte und das vierte Element radial nach innen polarisiert sind und wobei die elektrischen Impulse so an die vier Elemente angelegt sind, daß ihre inneren zylindrischen Oberflächen ein höheres ^q elektrisches Potential besitzen als ihre äußeren zylindrischen Oberflächen.

33· Vorrichtung zur akustischen Vermessung einer Erdformation, die ein mit Fluid gefülltes Bohrloch umgibt, g e k e η η - ■ze zeichnet durch

eine Meßsonde mit einer Achse, wobei die Meßsonde innerhalb des Fluids in dem Bohrloch aufhängbar ist,

während die Achse der Sonde im wesentlichen parallel zur Achse des Bohrloches verläuft,

ein erstes, zweites, drittes und viertes Element, jeweils als Sektor eines umfangspolarisierten, hohlen, piezoelektrischen Zylinders, wobei die vier Elemente so an die Sonde angeschlossen sind, daß ihre Achsen im wesentlichen parallel zur Sondenachse verlaufen, während die Sondenachse einen Abstand von jedem Element auf der konkaven Seite besitzt, und die vier Elemente in der folgenden Ordnung um die Sondenachse angeordnet sind, nämlich erstes Element, drittes Element, zweites Element und viertes Element,

eine an die Meßsorfte angeschlossene Einrichtung zur im wesentlichen gleichzeitigen Anlegung eines elektrischen Impulses an jedes Element, wobei die vier elektrischen Impulse, die an die vier Elemente angelegt sind, im wesentlichen die gleiche Wellenform besitzen und derart angelegt sind, daß das elektrische Feld in jedem Element im wesentlichen parallel zu der jeweiligen Polarisationslinie ist, während die Polaritäten der elektrischen Impulse, die an die vier Elemente angelegt sind, derart sind, daß das erste und zweite Element sich im wesentlichen gleichzeitig radial nach innen bewegen, zur Erzeugung zweier negativer Druckwellen in dem Fluid, und sich das dritte und vierte Element im wesentlichen gleichzeitig radial nach außen bewegen, mit der Bewegung des ersten und des zweiten Elementes zur Erzeugung zweier positiver Druckwellen in dem Fluid, wodurch eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation gebildet wird, und

eine an die Meßsonde angeschlossene Einrichtung zur Aufnahme der reflektierten Druckwelle in dem Fluid, die durch die Reflektion der Quadrupol-Schubwelle gebildet wird, an mindestens einer vorbestimmten Stelle in dem Fluid in einem Längsab-

stand entlang des Bohrloches von den vier Elementen, wobei die vorbestimmte Stelle einen Abstand von der Bohrlochachse besitzt.

34·· Vorrichtung nach Anspruch 33 »dadurch gekennzeichnet , daß das erste und das zweite Element in Umfangsrichtung im Uhrzeigersinn polarisiert sind, und das dritte und vierte Element in Umfangsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn polarisiert sind, gesehen von einem Ende der Sondenachse, wobei die Polaritäten der elektrischen Impulse derart sind, daß das elektrische Feld in jedem Element in Umfangsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet ist, gesehen von dem gleichen Ende der Sondenachse.

35· Vorrichtung nach Anspruch 33»dadurch gekennzeichnet , daß alle vier Elemente in Umfangsrichtung im Uhrzeigersinn polarisiert sind, und jeweils zwei benachbarte Elemente getrennt voneinander sind, durch einen anderen Sektor des hohlen piezoelektrischen Zylindrs, und wobei die Polaritäten der elektrischen Impulse derart sind, daß die elektrischen Felder in dem ersten und dem zweiten Element in Umfangsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufen und diejenigen in dem dritten und dem vierten Element in Umfangsrichtung im Uhrzeigersinn, wenn die Polarisierung der vier Elemente und der hierin befindlichen elektrischen Felder von einem Ende der Sondenachse betrachtet werden.

36. Vorrichtung nach den Ansprüchen 30 oder 33» d a d u r ch gekennzeichnet , daß die vier Elemente einen Sektor eines hohlen piezoelektrischen Zylinders umfassen, der so an die Meßsonde angeschlossen ist, daß er im wesentlichen koaxial zur Meßsonde liegt.

37· Vorrichtung zur akustischen Vermessung einer Erdformation, die ein mit einem Fluid gefülltes Bohrloch umgibt, gekennzeichnet durch

eine Meßsonde mit einer Achse, wobei die Sonde in dem Fluid innerhalb des Bohrloches aufhängbar ist,

ein erstes, zweites, drittes und viertes zusammengesetztes Plattenelement, wobei jedes zusammengesetzte Plattenelement zwei Schichten umfaßt mit Polarisationsrichtungen, die im wesentlichen senkrecht zu den flachen Oberflächen der Plattenelemente verlaufen, wobei die vier Plattenelemente derart an die Sonde angeschlossen sind, daß die vier Plattenelernten einen Abstand voneinander besitzen und im wesentlichen ein Parallelogram eines vierseitigen Prismas bilden, wobei das erste und das zweite Plattenelement auf einander gegenüberliegenden Seiten des Prismas liegt und das dritte und vierte Plattenelement ebenfalls auf jeweils einander gegenüberliegenden Seiten des Prismas,

eine an die Meßsonde angeschlossene Einrichtung zur im wesentlichen gleichzeitigen Anlegung eines elektrisehen Impulses an die beiden Schichten des zusammengesetzten Plattenelementes, wodurch sich die vier Plattenelemente biegen, während die derart an die vier Elemente angelegten vier Impulse im wesentlichen die gleiche Wellenform besitzen und wobei die Polaritäten der elektrischen Impulse so sind, daß sich ein Teil des ersten und des zweiten Plattenelementes weg voneinander bewegt, im wesentlichen gleichzeitig zur Erzeugung zweier positiver Druckwellen in dem Fluid und ein Teil des dritten und vierten Plattenelementes sich aufeinander zu bewegt, im wesentlichen gleichzeitig mit der Bewegung des Teiles des ersten und zweiten Plattenelementes, zur Erzeugung zweier negativer Druckwellen in dem Fluid, wodurch eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation gebildet wird und

eine an die Meßsonde angeschlossene Einrichtung zur Aufnahme der reflektierten Druckwelle in dem Fluid, die gebildet ist durch die Reflection der Quadrupol-Schubwelle an mindestens einem ausgewählten Punkt in dem Fluid, in einem Längsabstand entlang des Bohrloches von den vier Elementen, wbei der ausgewählte Punkt einen Abstand von der Bohrlochachse besitzt.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37»dadurch gekennzeichnet , daß das erste und das zweite Plattenelement im wesentlichen ein Paar einander gegenüberliegender Seiten eines Vüfels bilden und das dritte und vierte Plattenelement jeweils ein anderes Paar einander gegenüberliegender Seifen des Würfels formen.

39· Vorrichtung nach Anspruch 37» dadurch gekennzeichnet , daß jedes der vier Elemente eine im wesentlichen rechteckige Platte darstellt, wobei zwei

2G einander gegenüberliegende Seiten eines jeden Plattenelementes an die Meßsonde derart angeschlossen sind, daß nur der Teil eines jeden Elementes zwischen den beiden angeschlossenen Seiten zur Bewegung veranlaßt wird, durch den elektrischen Impuls,zur Erzeugung einer Druckwelle in dem Fluid.

40. Vorrichtung nach Anspruch 37» dadurch gekennzeichnet, daß jedes der vier Elemente eine im wesentlichen rechteckige Platte ist, wobei nur eine Seite einer solchen Platte an die Meßsonde angeschlossen ist, so daß der Teil eines jeden Plattenelementes, der von der angeschlossenen Seite abgewandt ist, durch den elektrischem Impuls war Bewegung veranlaßt wird, um eine Druckwelle in dem Fluid zu erzeugen.

41. Vorrichtung nach Anspruch 37,dadurch gekennzeichnet , daß die Polarisationsrichtungen der beiden Lagen in jeden der vier Plattenelemente im

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wesentlichen entgegengesetzt sind.

42. Vorrichtung nach. Anspruch 37 »dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsrichtungen der beiden Lagen in Jeder der vier Plattenelemente im wesentlichen parallel zueinander sind.

43· Vorrichtung zur akustischen Vermessung einer Erdformation, die ein mit einem Fluid gefülltes Bohrloch umfaßt, g e kennzeichnet durch

eine Meßsonde mit einer Achse, wobei die Meßsonde in dem Fluid innerhalb des Bohrloches derart aufhängbar ist, daß die Sondenachse im wesentlichen parallel zur Bohrlochachse verläuft,

ein erstes, zweites, drittes und viertes Element aus jeweils einem radialen, polarisierten, hoklen, piezoelektrischen Zylinder, wobei die vier Elemente derart an die Sonde angeschlossen sind, daß sie einen Abstand von der Sondenachse besitzen, jedoch parallel hierzu liegen und daß sie in der folgenden Ordnung um die Sondenachse herum angeordnet sind, nämlich erstes Element, drittes Elemente, zweites Element und viertes EIement,

eine an die Meßsonde angeschlossene Einrichtung zur im wesentlichen gleichzeitigen Anlage von vier elektrischen Impulsen mit im wesentlichen der gleichen Wellenform an die vier Elemente, wobei einer der vier Impulse an die äußere und innere zylindrische Oberfläche eines der vier Elemente angelegt ist und die Impulse derart angelegt sind, daß sie bewirken, daß das erste und zweite Element sich jeweils zusammenziehen und das dritte und vierte Element sich jeweils ausdehnen,und zwar im wesentlichen gleichzeitig, zur Erzeugung

zweier positiver und zweier negativer Druckwellen in dem Fluid, wodurch eine Quadrupol-Schubwelle in der Erdformation gebildet wird, und

. eine an die Meßsonde angeschlossene Einrichtung zur Aufnahme der reflektierten Druckwelle in dem Fluid, die verursacht wird durch die Reflektion der Quadrupol-Schubwelle an mindestens einer ausgewählten Stelle in dem Fluid, in einem Längsabstand entlang des Bohrloches, wobei die ausgewählte Stelle einen Abstand/Se'r¹ Bohrlochachse besitzt.

44. Vorrichtung nach Anspruch 43,dadurch gekennzeichnet, daß die vier Elemente derart an die Meßsonde angeschlossen sind, daß ihre Achsen im wesentlichen die vier paralleln Kanten eines Würfels definieren, während die vier Elemente im wesentlichen den gleichen Durchmesser besitzen.

45. Vorrichtung nach den Ansprüchen 30, 33» 37» oder 43,mit vier Elementen und einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Impulse, gekennzeichnet durch

eine Aufnahmeeinrichtung, bestehend aus vier Sektoren eines radial polarisierten, hohlen, piezoelektrischen Zylinders, die so an die Sonde angeschlossen sind, daß sie einen Abstand von der Sondenachse besitzen, jedoch im wesentlichen koaxial zur Sonde angeordnet und im wesentlichen azimutal mit den vier Elementen der Erregereinrichtung in bezug auf die Sondenachse ausgerichtet sind, ein Sektor der Aufnahmeeinrichtung mit einem Element der Erregereinrichtung und

eine Einrichtung zur Bestimmung der elektrischen Potentialdifferenz zwischen den inneren und äußeren Zylinderoberflächen eines jeden Sektors, wenn ein solcher Sektor durch eine Druckwelle in dem Fluid zur

Vibration gebracht wird, die verursacht wird durch die Reflektion der Quadrupol-Schubwelle.

46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30, 33» 37 oder 43, mit vier Elementen und einer Einrichtung zur Zuführung der elektrischen Impulse, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung die folgenden Elemente umfaßt, nämlich
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vier zusammengesetzte Platten, wobei jede Platte zwei Schichten umfaßt, mit Polarisationsrichtungen, im wesentlichen entgegengesetzt zueinander und im wesentlichen senkrecht zu den flachen Oberflächen der zusammengesetzten Platten, wobei vier Platten so an die Meßsonde angeschlossen sind, daß sie einen Abstand voneinander besitzen und im wesentlichen ein Parallelogram eines vierseitigen Prismas bilden, während die vier Platten der Aufnahmeeinrichtung im wesentlichen azimutal mit den vier Elementen der Erreger einrichtung, in bezug auf die Sondenach.se ausgerichtet sind, eine Platte der Aufnahmeeinrichtung mit einem Element und

eine Einrichtung zu Bestimmung der elektrischen Potentialdifferenz zwischen den flachen Oberflächen einer jeden Platte, wenn eine solche Platte durch die Druckwelle in dem Fluid, die durch die Eeflektion der Quadrupol-Sämbwelle verursacht wird, in Vibration versetzt wird.

4-7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 30, 33? 37 oder 43, mit vier Elementen und eine Einrichtung zur Zuführung elektrischer Impulse, dadurch gekennzeichnet, daß ■ die Aufnahmeeinrichtung die folgenden Elemente umfaßt, nämlich

vier Sektoren eines umfangspolarisierten, hohlen piezoelektrische Zylinders, die derart an die Sonde ange-

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schlossen sind, daß sie einen Abstand von der Sonde besitzen, jedoch im wesentlichen koaxial zur Sonde angeordnet und im i*sentlichen azimutal auf die vier Elemente der Erregereinrichtung, in bezug auf die Sondenachse, ausgerichtet sind, ein Sektor der Aufnehmeeinrichtung mit einem Element der Erregereinrichtung und

eine Einrichtung zur Bestimmung des elektrischen Potentials zwischen den im wesentlichen rechteckförmigen Seitenflächen eines jeden Sektors, wenn ein solcher Sektor vibriert wird durch eine Druckwelle in dem Fluid, die verursacht ist durch die Reflektion der Quadrupol-Schubwelle.
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48. Vorrichtung nach den Ansprüchen 30, 33» 37 oder 43, d a durch gekennzeichnet, daß mittels der Aufnahmeeinrichtung an zwei ausgewählten Stellen,die einen Längsabstand entlang des Bohrloches voneinander und von den vier Elementen besitzen, die reflektierte Druckwelle aufnehmbar ist, die durch die KefLektion der Quadrupol-Schubwelle verursacht ist.

49. Verfahren zum akustischen Vermessung einer Erdformation, die ein fluidgefülltes Bohrloch umgibt, dadurch gekennzeichnet , daß man die Geräusche reduziert, die durch die Monopol- und Dipolsignale beim Messen der Schubwellengeschwindigkeit verursacht werden, wobei eine Meßaufzeichnung erzeugt wird, mit Hilfe eines Quadrupol-Schubwellenaufzeichnungsgerätes mit einer Quadrupol-Schubwellenquelle sowie einem Detektor für eine Quädrupol-Schubwelle, der auf die Quelle ausgerichtet ist und einen Abstand hiervon besitzt, wobei die Meßaufzeichnung erzeugt wird durch die Aktivierung der Quadrupol-Schubwellenquelle in dem Fluid, zur Erzeugung einer Quadrupol-Schubwelle in der Formation, sowie der anschließenden Aufnahme der Druckwelle,

die durch die Reflektion der Quadrupol-Schubwelle gebildet wird, mit Hilfe des Quadrupol-Detektors in dem "Fluid, wobei man:

eine erste Meßaufzeichnung äusTührt,

die Quadrupol-Schubwellenquelle um im wesentlichen 90 um eine Linie dreht, die durch die Quelle und den Detektor hindurchläuft,
10

eine zweite Meßaufzeichnung ausführt,

die Quadrupol-Schubwellenquelle um im wesentlichen

ο '

90 um die Linie dreht, so daß die Quadrupol-Schubwellenquelle im wesentlichen um 180° aus der Position heraus-gedreht ist, die sie während der Erzeugung der ersten Meßaufzeichnung einnahm, und

eine dritte Meßaufzeichnung ausführt, 20

die Quadrupol-Schubwellenquelle um im wesentlichen 90° um die Linie dreht, so daß sie im wesentlichen um 180° aus der Position herausgedreht ist, die sie c die Erzeugung der zwdten Meßaufzeichnung einnahm,

eine vierte Meßaufzeichnung ausführt, und

die Differenz zwischen der Summe der zweiten und vierten Meßaufzeichnung und die Summe der ersten und dritten Meßaufzeichnung bildet, zur Verminderung des Monopol- und Dipolgeräusches.

50. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekenn zeichnet, daß die Quadrupol-Schubwellenquelle und der Detektor für die Quadrupol-Schubwelle jeweils vier Sektoren eines Hohlzylinders umfassen, die im wesentlichen ko-

β ·

ft * β ·

axial zur Meßsonde angeordnet sind, und die Quelle außerdem eine Einrichtung umfaßt, mittels welcher die vier Sektoren der Quelle in Vibration versetzbar sind, zur Erzeugung von vier Druckwellen von ähnlicher Wellenform in dem Fluid, wobei zwei positive Druckwellen erzeugt werden durch zwei einander gegenüberliegende Sektoren und zwei negative Druckwellen durch die verbleibenden beideigegenüberliegenden Sektoren und die Linie,um welche die Quelle gedreht wird, die Achse der Meßsonde ist.

51· Verfahren zur akustischen Vermessung einer Erdformation, die ein mit einem Fluid gefülltes Erdloch umgibt, d a d u r cli gekennzeichnet , daß man die Geräusche reduziert, die durch Monopol-Schubwellen beim Messen der Wellengeschwindigkeit verursacht werden, wobei eine Meßaufzeichnung ausgeführt wird mit Hilfe einer Quadrupol-Schubwellenmeßeinrichtung mit (i) vier Sektoren eines hohlen, piezoelektrischen Zylinders, im wesentlichen koaxial zur Meßsonde, (II) einerEinrichtung zur Zuführung elektrischer Impulse zu den vier Sektoren, deren Polaritäten derart sind, daß die Impulse bewirken, daß einander gegenüberliegende Sektoren im wesentlichen in Phase miteinander vibrieren und benachbarte Sektoren im wesentlichen in entgegengesetzter Phase zueinander vibrieren und (III) einer Aufnahmeeinrichtung zur Ermittlung der Quadrupol-Schubwelle, die sich in dem Fluid befindet, in einem Abstand von den vier Sektoren und auf diese ausgerichtet, wobei eine Meßaufzeichnung ausgeführt wird, durch die Aktivierung der Quadrupolschubwellenquelle in dem Fluid, zur Erzeugung einer Quadrupol-Schubwelle in der Formation und der Aufnahme der Druckwelle in dem Fluid, die verursacht ist durch die Reflektion der Quadrupol-Schubwelle, mit Hilfe des Quadrupol-Schubwellendetektors in dem Fluid, wobei mans

eine erste Meßaufzeichnung ausführt,

eine zweite Meßaufzeichnung ausführt, wobei die Polari-

täten der elektrischen Impulse, die durch die elektrische Impulsgebereinrichtung an die vier Elemente angelegt sind, umgekehrt werden, gegenüber denjenigen, die bei der Erzeugung der ersten Meßaufzeichnung vor-
und

die Differenz zwischen der zweiten Meßaufzeichnung
und der ersten Meßaufzeichnung bildet.

52. Verfahren nach Anspruch 51» dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Impulsgebereinrichtung einen elektrischen Impulsgenerator umfaßt, der an die vier
Elemente über einen Polaritätsschalter angeschlossen ist,
so daß die Polaritäten der elektrischen Impulse, die an die

vier Elemente angelegt werden, umkehrbar sind durch die
Schaltung des Polaritätsschalters.