DE1020418B

DE1020418B - Device for examining the strata drilled by a borehole

Info

Publication number: DE1020418B
Application number: DESCH8976A
Authority: DE
Inventors: Henri-Georges Doll
Original assignee: Schlumberger Overseas SA
Current assignee: Schlumberger Overseas SA
Priority date: 1951-03-07
Filing date: 1952-03-07
Publication date: 1957-12-05
Also published as: DK83521C; GB696535A; FR1071646A

Description

Vorrichtung zur Untersuchung der von einem Bohrloch durchteuften Schichten Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchiung der von einem Bohrloch durchteuften Schichten mittels einer in das Bohrloch absenkbaren Elektrodenanordnung, bei welcher der von einer Hauptelektrode ausgehende Stromfluß durch symmetrisch zu dieser liegende Hilfselektroden steuerbarer Spannung so beeinflußt wird, daß er im Bereich zwischen Hauptelektrode und Hilfselektrode und bis zu einer gewünschten Eindringtiefe in das Gestein im wesentlichen senkrecht zur Bohrlochwand verläuft, und Messung des Potentials einer zwischen H'auptelektrode und Hilfseldtrode angeordneten Meßsonde gegenüber einem Bezugspunkt.Device for examining the strata drilled by a borehole The invention relates to a device for the investigation of a borehole penetrated layers by means of an electrode arrangement that can be lowered into the borehole, in which the current flow emanating from a main electrode is symmetrical to this lying auxiliary electrodes of controllable voltage is influenced so that he in the area between the main electrode and auxiliary electrode and up to a desired one The depth of penetration into the rock is essentially perpendicular to the borehole wall, and measuring the potential of an electrode arranged between the main electrode and the auxiliary electrode Measuring probe against a reference point.

Die Erfindung zielt darauf ab, diese bekannten Vorrichtungen in einer Weise zu vervollkommnen, daß sie auch eindeutige Aufschlüsse über die Widerstände der hinter der Schlammkruste gelegenen Formationen gewinnen lassen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, den Strom zu fokussieren und ihn senkrecht in die Seitenwand des Bohrlochs und dadurch mit einem Minimum an Divergenz in der ersten Zone unmittelbar hinter der Schlammkruste in die Formationen eintreten zu lassen. Eine solche Wirkung läßt sich mit der bekannten Anordnung nicht erzielen. The invention aims to these known devices in a Way to perfect that they also provide unambiguous clues about the resistances of the formations behind the mud crust. To this end it is necessary to focus the current and make it perpendicular to the side wall of the Borehole and thus with a minimum of divergence in the first zone immediately to enter the formations behind the mud crust. Such an effect cannot be achieved with the known arrangement.

Gemäß der Erfindung sind nun die stromführende Gegenelektrode, die Hilfselektroden und die Meßsonde als die Hauptelektrode symmetrisch umgebende, gegeneinander isolierte Ringe ausgebildet, und die gesamte in das Bohrloch absenkbare Elektrodenanordnung ist gegen die Bohrlochwand anpreßbar. Durch diese Maßnahmen gelingt es, die Beeinflussung der Meßergebnisse durch die Schlammkruste so gut wie ganz auszuschalten und die Widerstandswerte der hinter der Kruste gelegenen Schichten zu erfassen. According to the invention are now the current-carrying counter electrode, the Auxiliary electrodes and the measuring probe as the main electrode symmetrically surrounding each other insulated rings formed, and the entire electrode assembly that can be lowered into the borehole can be pressed against the borehole wall. Through these measures it is possible to influence of the measurement results through the mud crust as good as completely and the To record resistance values of the layers behind the crust.

Vorzugsweise wird für die Messung in einem mit leitender Bohrlochspülung angefüllten Bohrloch die gesamte absenkbare Elektrodenanordnung gegen die Kontaktnahme mit der Bohrlochspülung isoliert. Man kann gemäß der Erfindung mehrere Stromquellen vorsehen, die Ströme verschiedener Frequenz an die Stromzuführungselektroden liefern, und mehrere Meßvorrichtungen verwenden, welche jeweils nur auf eine dieser Frequenzen ansprechen. Preferably, for the measurement in one with conductive borehole flushing filled borehole the entire retractable electrode assembly against the contact isolated with the borehole fluid. According to the invention, several power sources can be used provide for the supply of currents of different frequencies to the power supply electrodes, and use several measuring devices, each of which is only sensitive to one of these frequencies speak to.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zu deren näherer Erläuterung beispielsweise dargestellt. In the drawing are various embodiments of the invention for their more detailed explanation shown for example.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer geophysikalischen Untersuchungsapparatur gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Elektrodenanordnung der Apparatur gemäß Fig. 1; Fig. 2A ist ein Längsschnitt entsprechend der Schnittlinie 2A-2A der Fig. 2, in Richtung der Pfeile gesehen; Fig. 3 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform mit nur zwei Elektroden an der Wand des Bohrloches; Fig. 3 A ist eine Vorderansicht der Elektrodenanordnung in der Apparatur gemäß Fig. 3; Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines anderen Zweielektrodensystems gemäß der Erfindung; Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung; Fig. 6 veranschaulicht eine mit einer Apparatur gemäß Fig. 5 erhaltene Aufzeichnung. Fig. 1 is a schematic representation of a geophysical Examination apparatus according to the invention; Figure 2 is a side view of the electrode assembly the apparatus of FIG. 1; Fig. 2A is a longitudinal section according to the section line 2A-2A of Fig. 2 looking in the direction of the arrows; Fig. 3 illustrates a modified one Embodiment with only two electrodes on the wall of the borehole; Fig. 3 is A. a front view of the electrode arrangement in the apparatus of FIG. 3; Fig. 4 FIG. 3 is a schematic representation of another two-electrode system according to FIG Invention; Fig. 5 is a schematic representation of another embodiment the invention; FIG. 6 illustrates one obtained with an apparatus according to FIG. 5 Recording.

In Fig. 1 ist ein Bohrloch 10 gezeigt, das eine Bohrschlammsäule 11 mit feinverteilten Partikelchen in Suspension enthält. Normal wird der Flüssigkeitsdruck in den duhchlässigen Schichten um das Bohrloch 10 herum niedriger sein als jener des Bohrschlamms 11, so daß Schlamm und Schlammfiltrat in die durchlässigen Schichten bis zu einer gewissen Tiefe eindringen werden, wodurch die damit durchdrungenen Zonen entstehen. Diese durchlässigen Schichten filtern jedoch die Partikelchen in dem Schlamm aus, wodurch sich an der Wand des Bohrloches in der Höhe solcher durchlässigen Schichten eine Schlammkruste bildet. In Fig. 1, a borehole 10 is shown having a column of drilling mud 11 contains with finely divided particles in suspension. The fluid pressure becomes normal be lower than that in the thin layers around the borehole 10 of the drilling mud 11 so that mud and mud filtrate into the permeable layers can penetrate to a certain depth, thereby permeating the Zones arise. However, these permeable layers filter the particles in the mud, whereby on the wall of the borehole at the level of such permeable Layers forms a mud crust.

In dem Bohrloch 10 ist eine geophysikalische Untersuchungsapparatur 12 angeordnet, die in der Hauptsache eine Mehrzahl von Elektroden 240, Mi, M1, und A1 besitzt, in die die Vorderseite eines isolierenden Kissens 19 zusammen mit irgendwelchen geeigneten Mitteln eingebettet ist, um letzteres an die Wand des Bohrlochs zu pressen. In the borehole 10 is a geophysical investigation apparatus 12 arranged, the main a plurality of electrodes 240, Mi, M1, and A1 owns, in which the front of an insulating pad 19 along with any suitable means is embedded to press the latter against the wall of the borehole.

Bezüglich der zum Anpressen des Kissens gegen die Wand des Bohrlochs zu benutzenden Mittel ist man nicht an eine bestimmte Formgebung gebunden. Zum Beispiel kann gemäß Fig. 1 ein Körper 13 Anwendung finden, der an einem Tragseil 14 aufgehängt ist. Auf den beiden Enden des Körpers 13 ist ein Paar von Kragen 15 und 16 gleitend angeordnet, an denen die Enden einer Mehrzahl von gekrümmten Federn 17 und 18 gelenkig befestigt sind, die dauernd nach außen gegen die Wand des Bohrlochs 10 gedrückt werden. Regarding the pressing of the pad against the wall of the borehole The means to be used are not tied to a specific shape. For example According to FIG. 1, a body 13 can be used which is suspended from a support cable 14 is. On the two ends of the body 13 a pair of collars 15 and 16 are slidable arranged at which the ends of a plurality of curved springs 17 and 18 are articulated which are permanently pressed outwards against the wall of the borehole 10 will.

Die gekrümmte Feder 17 trägt in ihrem Mittelstück das Kissen 19, das sie dauernd gegen die Wand des Bohrlochs 10 anpreßt. Das Kissen 19 kann aus Gummi oder einem anderen nachgiebigen Isoliermaterial bestehen und paßt sich im großen und ganzen dem Verlauf der Wand des Bohrlochs 10 an. In der Außenseite des Kissens 19 ist eine mittlere Ausnehmung20 eingelassen, die von einer Mehrzahl koaxialer ringförmiger Ausnehmungen 21, 22 und 23 umgeben ist. In diese Ausnehmung 20 ist die Hauptstromsendeelektrode=40 eingebettet, welche scheibenförmig gestaltet sein kann. Die ElektrodeA, ist durch einen isolierten Leiter 25 in dem Kabel 14 mit einer Klemme einer Gleichstromquelle 26 an der Erdoberfläche verbunden, deren andere Klemme bei 70 geerdet ist. Die Stromquelle kann beispielsweise aus einer Batterie 71 und einer hohen Impedanz 72 in Reihe bestehen. The curved spring 17 carries the cushion 19 in its center piece, that it constantly presses against the wall of the borehole 10. The pillow 19 can be made from Rubber or some other flexible insulating material and adapts to the by and large the course of the wall of the borehole 10. In the outside of the Cushion 19 is a central recess 20 embedded, which of a plurality of coaxial annular recesses 21, 22 and 23 is surrounded. In this recess 20 is the main current sending electrode = 40 embedded, which are disc-shaped can. The electrode A is connected by an insulated conductor 25 in the cable 14 to a Terminal of a direct current source 26 connected to the earth's surface, the other terminal of which is grounded at 70. The power source can for example consist of a battery 71 and a high impedance 72 in series.

Im Idealfall sollte jede der Elektroden 111, ' und A1 eine der Wand des Bohrlochs zugekehrte geschlossene Außenfläche besitzen, mit der sie die Elektrode A0 umschließt. Indes auf Grund der Schwierigkeiten, die in bezug auf das Festhalten solcher Elektroden in den Rillen 21, 22 und 23 im Kissen 19 auftreten, wenn letzteres eine der Höhlung des Bohrlochs entsprechende Form annimmt, wird vorzuziehen sein, eine Bauart der in den Fig. 2 und 2 A dargestellten Art zu wählen. Ideally, each of the electrodes 111, 'and A1 should be one of the wall of the borehole facing closed outer surface with which they have the electrode A0 encloses. However, because of the difficulties involved in holding on such electrodes occur in the grooves 21, 22 and 23 in the pad 19 when the latter assumes a shape corresponding to the cavity of the borehole, it will be preferable a type of construction of the type shown in FIGS. 2 and 2A to choose.

Bei dieser Ausführungsform besitzen die Rillen 21, 22 und 23 eine Mehrzahl segmentförmiger Abschnitte 21a, 22 a und 23 a, die über tunnelartige Teile 21 b, 22b und 23b miteinander in Verbindung stehen. In die Ausnehmungen 21, 22 und 23 sind die konzentrischen Elektroden i' Mt' und A1 eingebettet, von denen jede eine schraubenförmige Windung von Chromnickeldraht besitzen kann. Wenn erwünscht, können die Segmente des Kissens 19, die zwischen den angrenzenden Teilen der Elektroden liegen, aus Gummi oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein, um Idealbedingungen zu schaffen.In this embodiment, the grooves 21, 22 and 23 have one A plurality of segment-shaped sections 21 a, 22 a and 23 a, which have tunnel-like parts 21b, 22b and 23b are in communication with one another. In the recesses 21, 22 and 23 the concentric electrodes i 'Mt' and A1 are embedded, each of which may have a helical turn of chromium-nickel wire. If wanted, can be the segments of the pad 19 that are between the adjacent parts of the electrodes be made of rubber or some other suitable material to achieve ideal conditions to accomplish.

Gemäß der Erfindung wird der von der Elektrode Ao ausgesandte Strom veranlaßt, im wesentlichen senkrecht zur Wand des Bohrlochs 10 zu strömen, indem Strom von der kreisförmigen Elektrode A1 in solcher Stärke in die Schichten eintritt, daß die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden M1 und w; im wesentlichen auf Null reduziert wird. Zu diesem Zweck ist die Elektrode A, durch einen Leiter 27 mit einer Ausgangsklemme 28 eines üblichen Verstärkers 29 verbunden, dessen Ausgangsklemme 29 a durch einen Leiter 30 b;ei 31 an der Erdoberfläche geerdet ist. Die Eingangsklemmen 32 und 33 des Verstärkers 29 sind entsprechend durch die Leiter 34 und 35 mit den Elektroden Mt' und M1 in dem Bohrloch verbunden. Ebenso ist ein Spannungsmeßinstrument 36 mit verhältnismäßig hoher Impedanz an den Leiter 35 angeschlossen und bei 37 geerdet. Das Instrument 36 liefert Anzeigen für die Potentialdifferenz zwischen der Elektrode M, in dem Bohrloch und der Erdung 37. According to the invention, the current emitted from the electrode becomes Ao caused to flow substantially perpendicular to the wall of the borehole 10 by Current from the circular electrode A1 enters the layers in such strength that that the potential difference between the electrodes M1 and w; essentially on Zero is reduced. To this end, the electrode A, through a conductor 27 connected to an output terminal 28 of a conventional amplifier 29, the output terminal of which 29 a through a conductor 30 b; egg 31 is grounded to the earth's surface. The input terminals 32 and 33 of the amplifier 29 are correspondingly through the conductors 34 and 35 with the Electrodes Mt 'and M1 connected in the borehole. Likewise is a tension measuring instrument 36 connected to the conductor 35 with a relatively high impedance and at 37 grounded. The instrument 36 provides indications of the potential difference between the electrode M, in the borehole and the ground 37.

Vorzugsweise wird hier ein übliches Registriergerät verwandt, das unmittelbar den spezifischen elektrischen Widerstand ablesen läßt.A conventional recording device is preferably used here, which the specific electrical resistance can be read directly.

Der Verstärker 29 ist so ausgebildet, daß er einen Ausgangsstrom liefert, welcher sich in tfhereitlstimmung mit der Eingangsspannung ändert. Auf Grund der zuvor beschriebenen Verbindungen wird, wenn eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden AIi' und JI, auftritt, Strom entsprechender Stärke und Vorzeichens von der Elektrode A1 ausgesandt, um jene Potential differenz im wesentlichen auf Null zu reduzieren. Unter diesen Bedingungen wird ein geringer oder gar kein Strom von der Elektrode Ao längs der Bohrlochwand fließen, sondern im wesentlichen der ganze Strom aus dieser Elektrode seitlich in die Schicht in Bündelform einströmen. The amplifier 29 is designed to have an output current supplies, which changes in accordance with the input voltage. on The reason for the connections described above is when there is a potential difference between the electrodes AIi 'and JI, occurs, current of corresponding strength and sign emitted from the electrode A1, to that potential difference substantially on Reduce zero. Under these conditions there will be little or no current from the electrode Ao along the borehole wall, but essentially the whole current from this electrode flows laterally into the layer in bundle form.

Widerstandswerte, die von Messungen der Potentialdifferenz zwischen der Erdung37 in Fig. 1 und der Elektrode llIl oder irgendeinem anderen Punkt in oder nahe der Gegend, wo das elektrische Feld im wesentlichen auf Null gehalten wird, abgeleitet werden, ergeben genauere Aufschlüsse über den tatsächlichen spezifischen Widerstand der Schichten, durch die der Strom gerichtet wurde. Resistance values obtained from measurements of the potential difference between the ground 37 in Fig. 1 and the electrode III or any other point in or near the area where the electric field is kept substantially zero will be derived, provide more accurate information about the actual specific Resistance of the layers through which the current was directed.

Da die Elektroden H0, Äii, II3' und -4l dicht bei einanderliegen, wird das Strombündel aus der Elektrode.dO seine senkrechte Richtung nicht über eine sehr große Tiefe in den Schichten bis zur Zerstreuung beibehalten. Indes wird die seitliche Ausdehnung der Zone, durch die das Strombündel im wesentlichen senkrecht hindurchtritt, gewöhnlich größer als die Dicke der üblich auftretenden Schllammkruste sein. Since the electrodes H0, Äii, II3 'and -4l are close to each other, the current bundle from the electrode does not have a perpendicular direction Maintain very great depth in the strata until dispersed. Meanwhile, the lateral extension of the zone through which the bundle of currents is essentially perpendicular usually greater than the thickness of the normally occurring silt crust be.

Daher wird die einen niedrigen Widerstand aufweisende Schlammkruste nur einen geringen Effekt auf die Widerstandsmessung durch das Registriergerät 36 ausüben.Therefore, the low resistance mud crust becomes little effect on the resistance measurement by the recorder 36 exercise.

Dadurch, daß man im wesentlichen nicht polarisierbare stabile Elektroden verwendet, kann die Elektrode Mt' als Potentialelektrode und als Hilfsstromelektrode benutzt werden, indem der Leiter 27 zusammen mit dem I,eiter 34 unmittelbar mit der Elektrode M,' verbunden wird. Auf diese Weise sind nur drei Elektroden erforderlich, indem die Elektrode A1 in Fortfall kommt. In ähnlicher Weise können die Elektroden Mt und Ao vereinigt werden, indem die Leiter 25 und 35 mit der Elektrode Ao beispielsweise verbunden werden und die Elektrode 1W1 in Fortfall käme. By having essentially non-polarizable stable electrodes is used, the electrode Mt 'can be used as a potential electrode and as an auxiliary current electrode be used by the conductor 27 together with the I, pus 34 directly with the electrode M, 'is connected. This way only three electrodes are required, by eliminating the electrode A1. Similarly, the electrodes Mt and Ao are united by connecting the conductors 25 and 35 to the electrode Ao for example connected and the electrode 1W1 would be omitted.

Fig. 3 und 3 A veranschaulichen eine Ausführungsform, bei der nur zwei Elektroden benötigt werden. Fig. 3 and 3A illustrate an embodiment in which only two electrodes are required.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist eine Hauptstromsendeelektrode dO, die auch als Elektrode M1 der Fig. 1 dient, in das Kissen 19 eingebettet.In this embodiment of the invention is a main current sending electrode dO, which also serves as electrode M1 of FIG. 1, embedded in the cushion 19.

Ebenso nimmt eine einzelne ringförmige Elektrode 38 die Stelle der Elektroden A1 und luft' ein. Die Elektroden 38 und A0 sollten soweit wie möglich nicht polarisierbar sein, und die Elektrode 40 wird vorzugsweise größer ausgebildet als die entsprechende Elektrode in Fig. 1, wie dies in Fig. 3A veranschaulicht ist. Die Elektrode 38 ist so groß gehalten, wie es die Abmessungen des Kissens 19 gestatten, um die Polarisation zu verringern, wohingegen eine Erhöhung des Fokuseffekts bei dem von der ElektrodeAO ausgesandten Strom stattfindet. Als eine weitere Hilfe zur Verminderung der Polarisation kann vorzugsweise eine Niederfrequenz-Wechselstromquelle 26 a für die Eiektrode A0 benutzt werden, obschon auch höhere Frequenzen oder Gleichstrom, wenn erwünscht, An wendung finden können.Likewise, a single annular electrode 38 takes the place of the Electrodes A1 and air 'in. The electrodes 38 and A0 should be as close as possible be non-polarizable, and the electrode 40 is preferably made larger than the corresponding electrode in Fig. 1, as illustrated in Fig. 3A. The electrode 38 is kept as large as the dimensions of the cushion 19 allow, to reduce the polarization, whereas an increase in the focus effect at the current emitted by the electrode AO takes place. As another help to the A low frequency AC power source can preferably be used to reduce polarization 26 a can be used for the electrode A0, although higher frequencies or direct current are also used, can be used if desired.

Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die Kabelleiter 34 und 27 beide mit der Elektrode 38 verbunden, während die Kabelleiter 25 und 35 beide mit der Hauptsendeelektrode M0 verbunden sind. Bei diesen Verbindungen wird der Verstärker 29a Strom passender Stärke und Phase zu der Elektrode 38 liefern, um die Potentialdifferenz zu der letzteDen und der Elektrode A0 im wesentlichen auf Null zu halten. Die Potentialdifferenz zwischen der Elektrode A0 und der Erdung 37, wie sie durch das Registriergerät 36 gemessen wird, wird dann genauen Aufschluß über den tatsächlichen Widerstand der undurchlässigen Erdschichten oder den Widerstand der durchdrungenen Zonen von durchlässigen Schichten geben, die der Strom von der Elektrode 20 passiert hat. As shown in Fig. 3, the cable conductors 34 and 27 are both connected to the Electrode 38 is connected, while cable conductors 25 and 35 are both connected to the main transmit electrode M0 are connected. With these connections, the amplifier 29a becomes more suitable for current Strength and Phase to the electrode 38 supply to the potential difference to the last one and to keep the electrode A0 essentially at zero. The potential difference between electrode A0 and ground 37 as determined by recorder 36 is measured, will then provide accurate information about the actual resistance of the impermeable layers of earth or the resistance of the penetrated zones of permeable Give layers that the current from the electrode 20 has passed.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der nur zwei Elektroden Verwendung finden, ist in Fig. 4 gezeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von jener der Fig. 3 und 3 A insofern, als ein verhältnismäßig geringer Widerstand 39, etwa von 0,1 Ohm beispielsweise, zwischen die Hauptelektrode A0 und die Elektrode 38 gelegt ist. Die Elektrode 38 ist durch den Leiter 25 mit der Wechselstromquelle 2,6a an der Erdoberfläche verbunden, wobei auch Strom zu der Hauptstromelektrode A0 durch den Widerstand 39 geführt wird. Die Elektrode A0 und das eine Ende des Widerstandes 39 sind durch einen Leiter 40 mit einer Klemme eines Spannungsmessers 41 mit hoher Impedanz verbunden, dessen andere Klemme bei 42 geerdet ist. Die Elektrode 38 und das andere Ende des Widerstandes 39 sind durch einen Leiter 43 an eine Klemme eines zweiten Spannungsmessers 44 angelegt, dessen andere Klemme durch den Leiter 40 mit der Elektrode Ao verbunden ist. Another embodiment of the invention in which only two electrodes Find use is shown in FIG. This embodiment is different from that of Figs. 3 and 3A in that a relatively low resistance 39, about 0.1 ohms for example, between the main electrode A0 and the electrode 38 is placed. Electrode 38 is through conductor 25 with the AC power source 2.6a connected to the earth's surface, with current also going to the main current electrode A0 is passed through resistor 39. The electrode A0 and one end of the Resistor 39 are through a conductor 40 to a clamp of a voltmeter 41 connected to high impedance, the other terminal of which is grounded at 42. The electrode 38 and the other end of the resistor 39 are connected by a conductor 43 to a terminal a second voltmeter 44 is applied, the other terminal of which through the conductor 40 is connected to the electrode Ao.

Das Verhältnis zwischen der Spannung, wie sie durch das Instrument 41 gemessen wird, und zlv, wie sie durch das Instrument 44 gemessen wird, gibt eine Anzeige über den elektrischen Widerstand der Erdschicht, durch die der Strom von der Elektrode A0 getreten ist. Vorzugsweise wird das Verhältnis von v: A v unmittelbar in Widerstandseinheiten gemessen. Natürlich ist es auch möglich, das Verhältnis Jv: v zu messen, in welchem Fall die Messung vorzugsweise in Einheiten der Leitfähigkeit durchgeführt wird. Da hier ein Verhältnis gemessen wird, braucht die Stärke des durch die Stromquelle26 gelieferten Stromes nicht konstant gehalten zu werden. The relationship between the tension as passed by the instrument 41 is measured and zlv as measured by instrument 44 gives a Display of the electrical resistance of the layer of earth through which the current of the electrode A0 has stepped. Preferably the ratio of v: A v becomes immediate measured in units of resistance. Of course it is also possible to have the ratio Jv: to measure v, in which case the measurement is preferably in units of conductivity is carried out. Since a ratio is measured here, the strength of the not to be kept constant by the Stromquelle26 supplied current.

Vorzugsweise wird das Verhältnis durch irgendeinen geeigneten Splannungsverhältnismeßapparat gemessen, der an die Leiter 43 und 40 und die Erdung 42 an der Erdoberfläche angelegt sein kann. Wie bei den beiden anderen zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird bei der Abänderung gemäß Fig. 4 der durch die Elektrode A0 ausgesandte Strom wie ein enges Bündel in die Schichten im wesentlichen senkrecht zur Wand des Bohrlochs für ein kurzes Stück eingeführt. Daher geben die in der zuvor beschriebenen Weise erhaltenen Anzeigen über den elektrischen Widerstand genauere Aufschlüsse über den tatsächlichen Widerstand der undurchlässigen oder der durchdrungenen Zonen durchlässiger Schichten.Preferably the ratio is determined by any suitable tension ratio measuring apparatus measured, which is applied to the conductors 43 and 40 and the ground 42 on the surface of the earth can be. As with the other two previously described embodiments in the modification according to FIG. 4, the current emitted by the electrode A0 such as a tight bundle into the layers substantially perpendicular to the wall of the borehole introduced for a short piece. Therefore give in the manner previously described received information about the electrical resistance more accurate information about the actual resistance of the impermeable or the penetrated zones more permeable Layers.

Fig. 5 veranschaulicht eine Abänderung an der in Fig. 1 dargestellten Apparatur, die es ermöglicht, Anzeigen über durchlässige Schichten zu erhalten. Bei dieser Ausführungsform wird Wechselstrom von den Frequenzen tt und 12 zu der Elektrode Ao von geeigneten Stromquellen 45 und 46 geliefert, die vorzugsweise in dem Körper 13 angeordnet sind (Fig. 1). Die elektrische Energie für die elektronischen Elemente in dem Körper 13 kann von irgendwelchen geeigneten, nicht gezeigten Energiequellen geliefert werden, die entweder an der Oberfläche aufgestellt oder in dem Körper 13 untergebracht sind. FIG. 5 illustrates a modification to that shown in FIG. 1 Apparatus which makes it possible to obtain indications about permeable layers. In this embodiment, alternating current of frequencies tt and 12 becomes the Electrode Ao supplied by suitable power sources 45 and 46, preferably shown in the body 13 are arranged (Fig. 1). The electrical energy for the electronic Elements in the body 13 can be obtained from any suitable energy source, not shown supplied either placed on the surface or in the body 13 are housed.

Die von der Elektrode 2 ausgesandten Wechselströme erzeugen elektrische Felder entsprechender Frequenzen, die entsprechende Potentialdifferenzen zwischen den Elektroden M1und M1, hervorrufen. The alternating currents emitted by the electrode 2 generate electrical currents Fields corresponding Frequencies, the corresponding potential differences between the electrodes M1 and M1.

Diese Potentialdifferenzen werden der Primärwicklung 47 eines Transformators 48 aufgedrückt, dessen Klemmen der Sekundärwicklung 49 mit einem Leiter 50 und einer Erdung 51 verbunden sind. Zwischen den Leiter 50 und eine Erdung 51 a ist ein üblicher Filter 52 eingeschaltet, der dazu bestimmt ist, Ströme von der Frequenz Ii abzusondern und Ströme von der Frequenz 12 passieren zu lassen. Der Ausgang des Filters 52 ist an die Eingangsklemmen eines üblichen Verstärkers 53 angelegt, der Strom von einer Frequenz 12 zu der Elektrode A1 hin liefert. Der Verstärker 53 ähnelt dem Verstärker 29a in Fig. 3 und ist eingeschaltet, um Strom von der Frequenz 12 und geeigneter Phase und Amplitude zu liefern, damit die Potentialdifferenz von der Frequenz 12 zwischen den Elektroden M1 und Mt' im wesentlichen auf Null gehalten wird.These potential differences become the primary winding 47 of a transformer 48 pressed, the terminals of the secondary winding 49 with a conductor 50 and a Ground 51 are connected. Between the conductor 50 and a ground 51 a is a common one Filter 52 switched on, which is intended to separate currents of the frequency Ii and passing currents at frequency 12. The output of filter 52 is applied to the input terminals of a conventional amplifier 53, the current from a Frequency 12 supplies to the electrode A1. The amplifier 53 is similar to the amplifier 29a in Fig. 3 and is switched on to supply current of frequency 12 and more appropriate To supply phase and amplitude so that the potential difference from the frequency 12 is maintained at substantially zero between electrodes M1 and Mt '.

Die ElektrodeM, ist durch einen Leiter 54 mit einer Klemme eines Spannungsmessers 55 mit hoher Impedanz an der Erdoberfläche verbunden, während die andere Klemme des Meßgerätes bei 56 geerdet ist. The electrode M i is connected to a terminal by a conductor 54 Voltmeter 55 connected to high impedance at the surface of the earth, while the the other terminal of the meter is grounded at 56.

Ein üblicher Filter 57, der dazu dient, Wechselströme von der Frequenz fl auszusondern und solche von der Frequenz 12 passieren zu lassen, ist vorzugsweise zwischen dem Leiter 54 und dem Meßgerät 55 eingeschaltet. Das Spannungsmeßgerät 55 ist vorzugsweise ein Registriergerät, wobei eine Aufzeichnung der Potentiaidifferenz von der Frequenz 2 zwischen der Elektrode M1 und der Erdung 56 als eine Funktion der Tiefe der Elektrodenanordnung in dem Bohrloch stattfindet.A common filter 57, which is used to alternate currents of the frequency Weeding out fl and letting those from frequency 12 pass is preferred switched between conductor 54 and meter 55. The tension meter 55 is preferably a recorder, keeping a record of the potential difference of frequency 2 between electrode M1 and ground 56 as a function the depth of the electrode assembly takes place in the borehole.

Der Ausgang der Sekundärwicklung 49 des Transformators 48, der Potentialdifferenzen der Frequenzen tt und 12 von den Elektroden M1 und M1, einschließt, ist durch den Leiter 50 an eine Klemme eines zweiten Spannungsmessers 59 an der Erdoberfläche angelegt, dessen andere Klemme bei 60 geerdet ist. The output of the secondary winding 49 of the transformer 48, the potential differences of frequencies tt and 12 from electrodes M1 and M1, is by the Conductor 50 to a terminal of a second voltmeter 59 on the earth's surface whose other terminal is grounded at 60.

Ein Filter 61, der dazu bestimmt ist, Wechselströme von der Frequenz 12 auszusondern und solche von der Frequenz fl passieren zu lassen, ist zwischen den Leiter 50 und das Anzeigegerät 59 eingeschaltet. Das Anzeigegerät 59 ist gleichfalls vorzugsweise ein Registriergerät.A filter 61, which is intended to remove alternating currents of the frequency Weed out 12 and let pass those of the frequency fl is between the conductor 50 and the display device 59 switched on. The display device 59 is also preferably a recorder.

Es versteht sich, daß den Frequenzen fl und 12 irgendwelche geeigneten Werte einschließlich der Nullfrequenz für eine von ihnen gegeben werden können. Wenn natürlich Gleichstrom verwendet wird, müssen andere geeignete Mittel als der Transformator 48 angewandt werden, um die Elektroden Ml und M1, mit dem Leiter 50 zu verbinden. Wenn die gewählten Frequenzen so hoch liegen, daß das Haltekabel eine bedeutende Verzerrung verursacht, ist es vorzuziehen, die Filter 57 und 61 in dem Körper 13 unterzubringen und deren Ausgang in Gleichstrom oder Niederfrequenzsignale in bekannter Weise vor Ub,ertragung auf die Anzeigegeräte 55 und 59 an der Erdoberfläche umzuwandeln. Die Geräte 55 und 59 sind vorzugsweise unmittelbar auf Einheiten des elektischen Widerstandes eingerichtet, und zu diesem Zweck sind die Stromquellen 45 und 46 vorzugsweise solche mit konstantem Strom. It goes without saying that the frequencies fl and 12 are any suitable Values including zero frequency can be given for any of them. Of course, if direct current is used, other suitable means than that must be used Transformer 48 applied to electrodes Ml and M1, with conductor 50 connect to. If the selected frequencies are so high that the holding cable has a causes significant distortion, it is preferable to place filters 57 and 61 in the To accommodate body 13 and its output in direct current or low frequency signals in a known manner before Ub, transmission to the display devices 55 and 59 on the surface of the earth to convert. The devices 55 and 59 are preferably directly on units of the electrical resistance, and for this purpose are the power sources 45 and 46 are preferably constant current ones.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Apparatur gemäß der Fig. 5 wurden folgende Konstanten benutzt: fl = 4650 Perioden/Sek.; 12 = 420 Perioden. In a practical embodiment of the apparatus according to FIG. 5 the following constants were used: fl = 4650 periods / sec .; 12 = 420 periods.

Sek.; Durchmesser der Elektrode Ao=6,35 mm; Breite der Elektroden M1, M1, und 24l = 2,38 mm; Abstand zwischen den Elektroden M1 und .40= 14,3 mm; Abstand zwischen den ElektrodenllIt' und A0 = 28,6 mm; Abstand zwischen den Elektroden A1 und =wo = 41,3 mm.Sec .; Diameter of the electrode Ao = 6.35 mm; Width of the electrodes M1, M1, and 24l = 2.38 mm; Distance between electrodes M1 and .40 = 14.3 mm; Distance between the electrodes III and A0 = 28.6 mm; distance between the electrodes A1 and = wo = 41.3 mm.

Aus den in Verbindung mit Fig. 1 gemachten Darlegungen ergibt sich, daß der Ableswert des Anieigegeräts 55 eine Anzeige über den verhältnismäßig hohen Widerstand durchlässiger, von Bohrlochspülung durchdrungener Zonen liefert. Außerdem sind die durch das Anzeigegerät 59 erhaltenen Ableswerte ziemlich stark von dem verhältnismäßig niedrigen Widerstandswert der Schlammkruste an der Wand des Bohrlochs beeinflußt. Um zu zeigen, wie einfach Aufzeichzungen mit der Apparatur der Fig. 5 auszuwerten sind, ist ein Teil einer tatsächlichen Aufzeichnung in Fig. 6 wiedergegeben. From the explanations made in connection with Fig. 1 it follows that that the reading of the Anieiggeräts 55 an indication of the relatively high Provides resistance of permeable zones penetrated by borehole fluid. aside from that the readings obtained by display device 59 are quite different from that relatively low resistance value of the mud crust on the wall of the borehole influenced. To show how easy it is to record with the apparatus of Fig. 5 are to be evaluated, part of an actual record is shown in FIG.

In Fig. 6 gibt die gestrichelte Kurve 62 eine Aufzeichnung wieder, die mit dem Anzeitgegerät 55 erhalten wurde, während die Kurve 63 eine Aufzeichnung darstellt, die gleichzeitig mit dem Anzeigegerät 59 aufgenommen wurde, wobei beide Aufzeichnungen in Funktion der Tiefe erfolgten. In den Abschnitten zwischen den Tiefen 4465' und 4473' sowie zwischen 4535' und 4545' und unterhalb 4548' beispielsweise ist ersichtlich, daß die Schichten undurchlässig sind, da die Kurven 62 und 63 im wesentlichen zusammen fallen. Wenn die Schichten durchlässig wären, so würde die Schlammkruste an den Schichten mit verhältnismäßig niedrigem Widerstand die Amplitude der Kurve 63 wesentlich niedriger verlaufen lassen als die Amplitude der Kurve 62 in derselben Tiefe, die den Widerstand der Schichten etwas über die Tiefe der Schlammkruste hinaus wiedergibt. In dem Abschnitt zwischen 4478' und 4535' beispielsweise sind die Schichten durchlässig, besitzen jedoch in Zwischenräumen Streifen unldurchRässigen Nlaterials. Ein durchlässiger Streifen zeigt sich zwischen 4545' und 4548' beispielsweise. Die Divergenz der Kurven zeigt, daß die gemessenen Widerstände verschieden sind und daß also die Schichten durchlässig sind. Die aus der Aufieichnung der Fig. 6 gewonnenen Erkenntnisse dürften in ihrer Bedeutung stärker zum Ausdruck kommen, wenn sie mit Kurven der bisher üblichen elektrischen Untersuchungsverfahren verglichen werden. In Fig. 6, the dashed curve 62 represents a record obtained with the timing device 55, while curve 63 is a record represents that was recorded simultaneously with the display device 59, both Recordings were made as a function of depth. In the sections between the Depths 4465 'and 4473' and between 4535 'and 4545' and below 4548 'for example it can be seen that the layers are impermeable because curves 62 and 63 are im essential coincide. If the layers were permeable, the Mud crust on the layers with relatively low resistance increases the amplitude of curve 63 can be much lower than the amplitude of curve 62 at the same depth that the resistance of the layers is somewhat beyond the depth of the mud crust out reproduces. For example, in the section between 4478 'and 4535' the layers are permeable, but have impermeable stripes in the interstices Nlaterials. For example, a transparent streak shows between 4545 'and 4548'. The divergence of the curves shows that the measured resistances are different and that the layers are therefore permeable. From the drawing of FIG. 6 The knowledge gained should be more clearly expressed in terms of their importance, when compared with curves of the previously common electrical investigation methods will.

Die Erfindung schafft so ein neuartiges und besonders aufschlußreiches Verfahren und geeignete Apparaturen, um lokalisierte Anzeigen über den elektrischen Widerstand längs der Wandung eines Bohrlochs zu gewinnen, die wesentlich genauer das tatsächliche Widerstandsbild wiedergeben, als es bisher möglich gewesen ist. Das System gemäß der Erfindung ermöglicht in einer besonders einfachen und wirkungsvollen Weise, durchlässige Schichten in einem Bohrloch zu lokalisieren. The invention thus creates a novel and particularly instructive one Procedures and appropriate apparatus to provide localized indications via the electrical Gain resistance along the wall of a borehole, which is much more accurate reflect the actual pattern of resistance than has previously been possible. The system according to the invention enables in a particularly simple and effective way Way to locate permeable layers in a borehole.

Wenn auch die geerdeten Stromelektroden 70 in den Fig. 1, 3 und 4 und die geerdeten Stromelektroden 31 in den Fig. 1 und 3 an der Erdoberfläche dargestellt sind, so können diese auch anderswo in dem Bohrloch und auch in der Nähe des Kissens 19 angeordnet werden. Auch kann der Körper 13 an Stelle dieser Elektroden zu Erdungszwedeen dienen. In ähnliclier Weise können die geerdeten Spannungselektroden 37 in den Fig. 1 und 3, 42 in Fig. 4 und 56 und 60 in Fig. 5 in das Bohrloch verlegt werden, jedoch wird eine Trennung vom Gehäuse 13 aus Gründen der Stabilität bevorzugt. Even though the grounded current electrodes 70 in FIGS and the grounded current electrodes 31 shown in Figs. 1 and 3 on the surface of the earth these can also be elsewhere in the borehole and also in the vicinity of the cushion 19 can be arranged. The body 13 can also be used for grounding terminals in place of these electrodes to serve. Similarly, the grounded voltage electrodes 37 in Figs. 1 and 3, 42 in Fig. 4 and 56 and 60 in Fig. 5 can be laid in the wellbore, however a separation from the housing 13 is preferred for reasons of stability.

Auch kann in Fig. 1 die Spannung an anderen Stellen als der Elektrode .lIp wie z. B. an der Elektrode M1', gemessen werden. In ähnlicher Weise kann in Fig. 3 die Spannung an der Elektrode 38 anstatt an der Elektrode.dO gemessen werden. In FIG. 1, the voltage can also be at points other than the electrode .lIp such as B. be measured at the electrode M1 '. Similarly, in Fig. 3 the voltage can be measured at the electrode 38 instead of at the electrode.dO.

Obwohl eine Gleichstromquelle in hcstimmten Figu -ren dargestellt wurde, während eine Wechsel stromquelle wieder in anderen gewählt wurde und zu bevorzugen ist, kann jede Stromquellenart bei jeder der Ausführungsformen Verwendung inden. Die Stromquelle kann auch mit der sonstigen Apparatur in das Bohrloch mit hinabgelassen werden, wenn dies erwünscht sein sollte. Wenn eine konstante Stromquelle bevorzugt wird, kömien darüber hinaus Stromquellen mit veränderlicher Stromstärke verwandt werden. Although a direct current source is shown in correct figures while an alternating current source was chosen and preferred again in others any type of power source can be used in any of the embodiments. The power source can also be lowered into the borehole with the other equipment if so desired. When a constant power source is preferred In addition, current sources with variable current strength can be used will.

An den beschriehenen Ausffihrungsbeispielen sind ohne weiteres iinderungell denkbar, die den Rahmen des Erfindungsgedankens nicht zu überschreiten brauchen. Zum Beispiel können an Stelle der Verstärker, die zur Kontrolle der Stromsendung aus einer Elektrode vorgesehen wurden, um die Potentialdifferenz zwischen entfernt liegenden Punkten im wesentlichen auf dem Nullwert zu halten, Servomecllanismen Verwendung finden. Wenn erwünscht, kann die Strom sendung für diesen Zweck von Hand einstellbar sein. Auch brauchen die Elektroden 3i' 311', j 1 und 38 in der Form nicht kreisfönnig zu sein, sondern können auch rechtwinklig oder oval beispielsweise gestaltet sein. Die Erfindung ist also nicht auf die unmittelbar beschriebenen und beanspruchten Merkmale allein beschränkt. The described exemplary embodiments are without further ado conceivable that do not need to go beyond the scope of the inventive concept. For example, in place of the amplifier that is used to control the power transmission were provided from an electrode to remove the potential difference between to keep lying points essentially at the zero value, servomechanisms Find use. If desired, the electricity can be sent by hand for this purpose be adjustable. Also need the electrodes 3i '311', j 1 and 38 in the form not to be circular, but can also be rectangular or oval for example be designed. The invention is therefore not limited to those immediately described and claimed features are limited only.

PATENTANSPRC 1. Vorrichtung zur Untersuchung der von einem Bohrloch durchteufteil Schichten mittels einer in das Bohrloch absenkbaren Elektrodenanordnung, bei welcher der von einer Hauptelektrode ausgehende Stromfluß durch symmetrisch zu dieser liegende Hilfselektroden steuerbarer Spannung so beeinflußt wird, daß er im Bereich zwischen Hauptelektrode und Hilfselektrode und bis zu einer gewünschen Eindringtiefe in das Gestein im wesentlichen senkrecht zur Bohrlochwand verläuft, und Messung des Potentials einer zwischen Hauptelektrode und Hilfselektrode angeordneten Meßsonde gegenüber einem Bezugspunkt, dadurch gekennzeichnet, daß die stromführende Gegenelektrode, die Hilfselektroden und die Meßsonde als die Hauptelektrode symmetrisch umgebende. gegeneinander isolierte Ringe ausgebildet sind und daß die gesamte in das Bohrloch absenkbare Elektrodenanordnung gegen die Bohrlochwand anpreß -bar ist. PATENT APPLICATION 1. Apparatus for the investigation of a borehole Partly penetrated layers by means of an electrode arrangement that can be lowered into the borehole, in which the current flow emanating from a main electrode is symmetrical to this lying auxiliary electrodes of controllable voltage is influenced so that he in the area between the main electrode and auxiliary electrode and up to one desired The depth of penetration into the rock is essentially perpendicular to the borehole wall, and measuring the potential of a one arranged between the main electrode and the auxiliary electrode Measuring probe with respect to a reference point, characterized in that the current-carrying Counter electrode, the auxiliary electrodes and the measuring probe as the main electrode are symmetrical surrounding. rings isolated from one another are formed and that the entire in the borehole lowerable electrode arrangement can be pressed against the borehole wall.

Claims

2. Device according to claim 1 for the measurement in one with conductive Borehole flushing filled borehole, characterized in that the entire lowerable Electrode assembly is isolated from contact with the borehole fluid.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that Several power sources are provided, the currents of different frequencies to the power supply electrodes deliver and several measuring devices are available, each of which only applies to one address these frequencies.

Documents considered: German Patent No. 906 834; 1; TSA. Patents Nos. 2,347,794, 2,446,303, 2,990,409.