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OA07486A

Acoustic shear wave logging device

Abstract

The preferred embodiment of this invention includes a logging sonde, an elongated pair of oppositely polarized piezoelectric plates connected to each other by their flat surfaces, and an electrical pulse applying means for applying electrical pulses across the pair of plates so as to bend and vibrate the plates in a direction perpendicular to the length of the plates. Vibration of the plates in a fluid contained in a well creates in the fluid a positive compressional wave in one direction and simultaneously a negative compressional wave in the opposite direction. The two compressional waves will interfere to produce a dipole shear wave in the earth surrounding the well. The dipole shear wave arrival is detected at two locations in the fluid spaced longitudinally along the well from each other and from the plate. The ratio of the time interval between the detections of the dipole shear wave arrival at the two locations to the distance between the two locations yields the shear wave velocity of the earth around the well. The length of the plates may be selected to generate dipole shear waves with frequencies in a preferred range so as to improve shear wave signal to compressional wave noise ratio.

OA07486A, drawing sheet 1
Sheet 1 of 2

Term

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26 claims: 8 independent, 18 dependent

  1. 1
    CLAIMS REVENDICATIONS 1. Apparatus for field logging (22) surrounding a well (20) which contains a fluid (18)t characterized in that it comprises a body (10) designed to be raised and lowered in the well, an elongated element (12) having two ends, at least one of which is connected to the body, and means (24) intended to vibrating the non-fixed part of said element in a direction substantially perpendicular to its length in order to produce in the fluid a positive compression wave in a first direction and a simultaneous negative compression wave in the opposite direction, so as to generate a bipolar shear wave in the ground surrounding the well. 1. Appareil d’étude par diagraphie du terrain (22) entourant un puits (20) qui contient un fluide (18)t caractérisé en ce qu'il comporte un corps (10) conçu pour être monté et abaissé dans le puits, un élément allongé (12) présentant deux extrémités dont au moins l’une est reliée au corps, et des moyens (24) destinés à faire vibrer la partie non fixée dudit élément dans une direction sensiblement perpendiculaire à sa longueur afin.de produire dans le fluide une onde positive de compression dans un premier sens et une onde négative simultanée de compression en sens opposé, de façon à engendrer une onde bipolaire de cisaillement dans le terrain entourant le puits.
  2. 7
    Acoustic logging device for use in a borehole (20) containing a fluid (18), characterized in that it comprises a body (10) designed to 7. Appareil de diagraphie acoustique destiné à être utilisé dans un sondage (20) contenant un fluide (18) , caractérisé en ce qu’il comporte un corps (10) conçu pour 5 be suspended in the sounding fluid, means (24) for applying signals consisting of electrical pulses, means (12) of production comprising at least one pair of elongated piezoelectric plates, one connected to the other by their flat surfaces, these pla10. ques elongated having two ends of which at least one is connected to the body, the polarizations of the plates having components oriented in the direction of the electric field of any electrical signal applied through the plates, and the two plates being connected to the means 15 application of an electrical signal so that an electrical pulse, applied by these means through the pair of plates, causes a vibration of the non-fixed part of the two plates, roughly perpendicular to its length, to produce in the fluid a positive wave of 5 être suspendu dans le fluide du sondage, des moyens (24) destinés à appliquer des signaux constitués d’impulsions électriques, des moyens (12) de production comprenant au moins une paire de plaques piézo-électriques allongées, reliées l’une à l'autre par leurs surfaces plates, ces pla10. ques allongées présentant deux extrémités dont au moins l'une est reliée au corps, les polarisations des plaques ayant des composantes orientées dans la direction du champ électrique’ de tout signal électrique appliqué à travers les plaques, et les deux plaques étant connectées aux moyens 15 d'application d'un signal électrique afin qu'une impulsion électrique, appliquée par ces moyens à travers la paire de plaques, provoque une vibration de la partie non fixée des deux plaques, à peu près perpendiculairement à sa longueur, pour produire dans le fluide une onde positive de 20 compression in a first direction and a simultaneous negative compression wave in the opposite direction, so as to produce a bipolar shear wave in the ground surrounding the borehole, detection means (14) being capable of detecting, in at least one chosen position in the 20 compression dans un premier sens et une onde négative simultanée de compression en sens opposé, de façon à produire une onde bipolaire de cisaillement dans le terrain entourant le sondage, des moyens (14) de détection étant capables de détecter, en au moins une position choisie dans le 25 fluid, spaced from the means of production, along the borehole, the compression wave refracted in the fluid due to refraction of the bipolar shear wave. 25 fluide, espacée des moyens de production, le long du sondage, l'onde de compression réfractée dans le fluide due à une réfraction de l'onde bipolaire de cisaillement.
  3. 14
    Acoustic logging apparatus for carrying out shear wave velocity logging in formations (22) of terrain surrounding a borehole (20) which contains a fluid (18), characterized in that it comprises a probe (10) logging having an axis and designed to be suspended in the drilling fluid so that its axis is substantially parallel to that of the drilling, means (24) for applying signals consisting of electrical pulses, production means (12) comprising at least one pair of elongated piezoelectric plates connected together by their 'flat surfaces, the direction of polarization for each plate being substantially perpendicular to its flat surfaces, the two elongated plates having two ends, at least one is connected to the probe, the pair of plates being connected to the means for applying electrical pulses so that an electrical pulse, from these means, causes a vibration of the non-fixed part of the pair of plates, approximately perpendicular to the axis of the probe, to produce in the fluid a positive compression wave in a direction substantially perpendicular to the axis of the probe and a simultaneous negative compression wave in the opposite direction, thus generating a bipolar shear wave in the terrain formations, detection means (14) comprising two pairs of elongated piezoelectric plates (84, 86), the plates of each pair 14. Appareil de diagraphie acoustique destiné à réaliser les diagraphies de vitesses d'ondes de cisaillement dans des formations (22) de terrain entourant un sondage (20) qui contient un fluide (18) , caractérisé en ce qu'il comporte une sonde (10) de diagraphie possédant un axe et conçue pour être suspendue dans le fluide du sondage de manière que son axe soit sensiblement parallèle à celui du sondage, des moyens (24) destinés à appliquer des signaux constitués d'impulsions électriques, des moyens (12) de production comprenant au moins une paire de plaques piézo-électriques allongées reliées entre elles par leurs ' surfaces plates, la direction de polarisation pour chaque plaque étant sensiblement perpendiculaire à ses surfaces plates, les deux plaques allongées présentant deux extrémités dont au moins l'une est reliée à la sonde, la paire de plaques étant connectée aux moyens d'application d'impulsions électriques de manière qu'une impulsion électrique, provenant de ces moyens, provoque une vibration de la partie non fixée de la paire de plaques, à peu près perpendiculairement à l'axe de la sonde, pour produire dans le fluide une onde positive de compression dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe de la sonde et une onde négative simultanée de compression dans la direction opposée, engendrant ainsi une onde bipolaire de cisaillement dans les formations de terrain, des moyens (14) de détection comprenant deux paires de plaques piézoélectriques allongées (84, 86), les plaques de’ chaque paire Y being connected to each other by their flat surfaces and each pair being polarized approximately perpendicular to its flat surfaces, the two pairs being connected to the probe so that (i) they are spaced apart longitudinally from one another and means of production so that the compression wave refracted in the fluid, due to a refraction of the bipolar shear wave, reaches the two pairs at different times, and (ii) the flat surfaces of the two pairs of the detection means form acute angles with the flat surfaces of the pair of plates of the production means, so that the wave of , refracted compression vibrates each of the two pairs of plates of the detection means and causes the production of an electrical signal corresponding to the refracted compression wave. Y étant reliées entre elles par leurs surfaces .plates et chaque paire étant polarisée à peu près perpendiculairement à ses surfaces plates, les deux paires étant connectées à la sonde de manière que (i) elles soient espacées longitudinalement l'une de l'autre et des moyens de production pour que l'onde de compression réfractée dans le fluide, due à une réfraction de l'onde bipolaire de cisaillement, atteigne les deux paires à des instants différents,· et que (ii) les surfaces plates des deux paires des moyens de détection forment des angles aigus avec les surfaces plates de la paire de plaques des moyens de production, de façon que l'onde de, compression réfractée fasse vibrer chacune des deux paires de plaques des moyens de détection et provoque la production d'un signal électrique correspondant à l'onde de compression réfractée./
  4. 19
    Method for studying by logging the terrain (22) surrounding a well (20), in which an elongated element (10), having two ends, at least one of which is connected to a body, is lowered into a fluid (18) contained in the well, characterized in that it consists in vibrating the non-fixed part of the elongated element in order to generate in the fluid a positive compression wave in a first direction and a simultaneous negative compression wave in the opposite direction , the two compression waves 19. Procédé d'étude par diagraphie du terrain (22) entourant un puits (20), dans lequel un élément allongé (10), présentant deux extrémités dont au moins l'une est reliée à un corps, est descendu dans un fluide (18) contenu dans le puits, caractérisé en ce qu'il consiste à faire vibrer la partie non fixée de l'élément allongé afin d'engendrer dans le fluide une onde positive de compression dans un premier sens et une onde négative simultanée de compression en sens opposé, les deux ondes de compression 07486 interfering to produce a bipolar shear wave in the terrain surrounding the well, and to detect, in at least one selected position, spaced from the element in the. longitudinal direction of sounding, the compression wave 5 refracted in the fluid and due to a refraction of the bipolar shear wave. 07486 interférant pour produire une onde bipolaire de cisaillement dans le terrain entourant le puits, et à détecter, en au moins une position choisie, espacée de l'élément dans la. direction longitudinale du sondage, l'onde de compression 5 réfractée dans le fluide et due à une réfraction de l'onde bipolaire de cisaillement.
  5. 22
    Method for reducing noise due to compression and Stoneley waves in the shear wave velocity logging of a terrain formation (22) 22. Procédé de réduction du bruit dû aux ondes de compression et de Stoneley dans la diagraphie de vitesse des ondes de cisaillement d'une formation (22) de terrain 35 surrounding a borehole (20) which contains a fluid (18), characterized in that it consists in vibrating, in a first position located in the fluid, an element along a chosen line in order to produce, in the formation, a 35 entourant un sondage (20) qui contient un fluide (18), caractérisé en ce qu'il consiste à faire vibrer, en une première position située dans le fluide, un élément suivant une ligne choisie afin de produire, dans la formation, une 28 07486 first bipolar shear wave, to detect, in a second position located in the fluid and spaced from the element, along the borehole, the compression wave caused by refraction at the first bipolar shear wave, and to record this compression wave to produce a first logging record, to vibrate the element, placed in the first position along the line chosen in substantially the same manner as during the production of the first bipolar shear wave, but in such a way that the initial movement of the element is of direction substantially opposite to that of the production of the first logging record, to produce a second bipolar shear wave in the formation, to be detected, in the second position, the compression wave due to the refraction of the second bipolar shear wave, and recording this compression wave to produce a second log record, and calculating the difference between the first and second log records to reduce noise due to compression and Stoneley waves. 28 07486 première onde bipolaire de cisaillement, à détecter, dans une seconde position située dans le fluide et espacée de l'élément, le long du sondage, l’onde de compression provoquée par une réfraction à la première onde bipolaire de cisaillement, et à enregistrer cette onde de compression pour produire un premier enregistrement de diagraphie, à faire vibrer l’élément, placé dans la première position le long de la ligne choisie sensiblement de la même manière que pendant la production de la première onde bipolaire de cisaillement, mais de façon que le mouvement initial de l'élément soit de sens sensiblement opposé à celui de la production du premier enregistrement de diagraphie, afin de produire une seconde onde bipolaire de cisaillement dans la formation, à détecter, dans la seconde position, l'onde de compression due à la réfraction de la seconde onde bipolaire de cisaillement, et enregistrer cette onde de compression pour produire un second enregistrement de diagraphie, et à calculer la différence entre les premier et second enregistrements de diagraphie pour réduire le bruit dû aux ondes de compression et de Stoneley.
  6. 23
    Method for reducing noise due to compression and Stoneley waves in the logging of shear wave velocities of a formation (22) of land surrounding a borehole (20) which contains a fluid (18), characterized in that it consists in vibrating, in a first position in the fluid, a plate along a chosen line, approximately perpendicular to the flat surface of the plate, in order to produce in the formation a first bipolar shear wave, to be detected, in a second position located in the fluid and spaced from the element, along the borehole, the compression wave caused by a refraction of the first bipolar shear wave, and recording this compression wave to produce a first recording of logging, to rotate the plate about 180 ° so that its flat surfaces are rotated in directions substantially opposite to those they had before rotation, to vibrate the plate, in the first position along the 23. Procédé de réduction du bruit dû aux ondes de compression et de Stoneley dans la diagraphie des vitesses d'ondes de cisaillement d'une formation (22) de terrain entourant un sondage (20) qui contient un fluide (18), caractérisé en ce qu'il consiste à faire vibrer, dans une première position dans le fluide, une plaque suivant une ligne choisie, à peu près perpendiculaire à la surface plate de la plaque, afin de produire dans la formation une première onde bipolaire de cisaillement, à détecter, dans une seconde position située dans le fluide et espacée de l'élément, le long du sondage, l’onde de compression provoquée par une réfraction de la première onde bipolaire de cisaillement, et à enregistrer cette onde de compression pour produire un premier enregistrement de diagraphie, à faire tourner la plaque d’environ 180° afin que ses surfaces plates soient tournées dans des sens sensiblement opposés à ceux qu'elles'avaient avant la rotation, à faire vibrer la plaque, dans la première position le long de la 07486 line chosen, substantially in the same way as during p the production of the first bipolar shear wave, in order to produce a second bipolar shear wave in the formation, to be detected, in the second position, 07486 ligne choisie, sensiblement de la même manière que pendant p la production de la première onde bipolaire de cisaillement, afin de produire une seconde onde bipolaire de cisaillement dans la formation, à détecter, dans la seconde position, 5 the compression wave caused by the refraction of the second bipolar shear wave and recording this compression wave to produce a second log record, and calculating the difference between the first and second log records to reduce the noise due compression and Stoneley waves. 5 l'onde de compression provoquée par la réfraction de la seconde onde bipolaire de cisaillement et à enregistrer cette onde de compression pour produire un second enregistrement de diagraphie, et à calculer la différence entre les premier et second enregistrements de diagraphie pour 10 réduire le bruit dû aux ondes de compression et de Stoneley.
  7. 24
    Method for logging shear wave velocities in a formation (22) of land surrounding a borehole (20) which contains a fluid (18), characterized in that it consists in vibrating, in a first position located in the fluid, two identical sensiblemeht plates (12), adjacent to each other so that their flat surfaces are substantially parallel to each other, the plates being vibrated in substantially the same manner, but so that the vibrating parts 20 of the two plates approach and move away from one another approximately simultaneously to produce a Stoneley wave in the fluid, to detect the Stoneley wave in second and third positions, spaced from each other and from the first position, in the longitudinal direction of the borehole, measuring the time interval between the detections of the Stoneley wave in the second and third positions and the distance between the second and third positions in order to determine the speed of the Stoneley wave, · and determining the speed 30 of the shear wave of the formation from the speed of the Stoneley wave. 24. Procédé de diagraphie des vitesses d’ondes de cisaillement dans une formation (22) de terrain entourant un sondage (20) qui contient un fluide (18), caractérisé en ce qu’il consiste à faire vibrer, dans une première posi15 tion située dans le fluide, deux plaques sensiblemeht identiques (12), adjacentes l’une à l’autre de manière que leurs surfaces plates soient sensiblement parallèles l’une à l’autre, les plaques étant mises en vibration sensiblement de la même manière, mais de façon que les parties vibrantes 20 des deux plaques se rapprochent et s’éloignent l’une de l’autre à peu près simultanément pour produire une onde de Stoneley dans le fluide, à détecter l’onde de Stoneley en des deuxième et troisième positions, espacées l’une de l’autre et de la première position, dans la direction longi25 tudinale du sondage, à mesurer l’intervalle de temps entre les détections de l’onde de Stoneley dans les deuxième et troisième positions et la distance comprise entre les deuxième et troisième positions afin de déterminer la vitesse de l’onde de Stoneley,· et à déterminer la vitesse 30 de l’onde de cisaillement de la formation à partir de la vitesse de l’onde de Stoneley.
  8. 26
    Method for determining whether a terrain formation (22) is anisotropic, this formation being crossed 26. Procédé pour déterminer si une formation (22) de terrain est anisotrope, cette formation étant traversée 07486 by a borehole (20) which contains a fluid (18), characterized in that it consists in vibrating, in a first position located in the fluid, two substantially identical plates (12), one adjacent to the other so that their flat surfaces are substantially parallel to each other, the plates being vibrated in substantially the same manner so that the two bipolar shear waves generated in the vibration formation of the two plates are added, detecting the sum of the two arrivals of bipolar shear waves in second and third positions spaced from one another and from the first position, le. along the survey, measure the time interval between the detections of the sum of the arrivals of the two bipolar shear waves at the second and third positions, and the distance between the second and third positions to determine the speed of the shear wave propagating vertically, vibrating, in the first position, the two plates substantially in the same way but so that the vibrating parts of these two plates approach and move away almost simultaneously from each other to generate in the fluid a Stoneley wave, to detect this wave of Stoneley in the second and third positions, to measure the time interval between the detections of the Stoneley wave in the second and third positions to determine the speed of the Stoneley wave, to be determined, according to the speed of the Stoneley wave, the speed of the shear wave propagating horizontally and having a horizontal plane of polarization, and to compare the speed of the shear wave propagating horizontally, placed in a plane horizontal polarization, at the speed of the vertically propagating shear wave, in order to detect any anisotropy of the formation. 07486 par un sondage (20) qui contient un fluide (18), caractérisé ï en ce qu'il consiste à faire vibrer, dans une première position située dans le fluide, deux plaques sensiblement identiques (12), adjacentes l'une à l'autre de façon que leurs surfaces plates soient sensiblement parallèles l'une à l'autre, les plaques étant mises en vibration sensiblement de la même manière afin que les deux ondes bipolaires de cisaillement engendrées dans la formation par vibration des deux plaques s'ajoutent, à détecter la somme des deux arrivées d'ondes bipolaires de cisaillement en des deuxième et troisième positions espacées l'une de l'autre et de la première position, le. long du sondage, à mesurer l'intervalle de temps entre les détections de la somme des arrivées des deux ondes bipolaires de cisaillement aux deuxième et troisième positions, et la distance entre les deuxième et troisième positions pour déterminer la vitesse de l'onde de cisaillement se propageant verticalement, à faire vibrer, dans la première position, les deux plaques sensiblement de la même manière mais de façon que les parties vibrantes de ces deux plaques se rapprochent et s'éloignent à peu près simultanément l'une de l'autre pour engendrer dans le fluide une onde de Stoneley, à détecter cette onde de Stoneley dans les deuxième et troisième positions, à mesurer l'intervalle de temps entre les détections de l'onde de Stoneley dans les deuxième et troisième positions pour déterminer la vitesse de l'onde· de Stoneley, à déterminer, d'après la vitesse de l'onde de Stoneley, la vitesse de l'onde de cisaillement se propageant horizontalement et possédant un plan horizontal de polarisation, et à comparer la vitesse de l'onde de cisaillement se propageant horizontalement, placée dans un plan horizontal de polarisation, à la vitesse de l'onde de cisaillement se propageant verticalement, afin de détecter toute anisotropie de la formation.