DE1276233B

DE1276233B - Geophysical measuring probe

Info

Publication number: DE1276233B
Application number: DE1963A0043068
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Hermann Janssen
Original assignee: ATLAS DEUTSCH AMERIKANISCHE OE
Current assignee: ATLAS DEUTSCH AMERIKANISCHE OE
Priority date: 1963-05-09
Filing date: 1963-05-09
Publication date: 1968-08-29

Description

Geophysikalische Meßsonde Die Erfindung betrifft eine geophysikalische Meßsonde, die von einem Meßkabel getragen wird.Geophysical measuring probe The invention relates to a geophysical probe Measuring probe carried by a measuring cable.

Es ist bekannt, daß bei herkömmlichen Widerstandsmessungen in Tiefbohrungen, die mit elektrisch gut leitender Dickspülung angefüllt sind, der Meßstrom nicht mehr direkt in die umgebende Gebirgsschicht eintritt, sondern sich über ein um so längeres Stück der Dickspülsäule verteilt, je höher das VerhältnisRt/Rm des spezifischen Gebirgswiderstandes Rt zum spezifischen Dickspülwiderstand Rm ist. Hierdurch treten Integrationserscheinungen auf, durch die eine genaue Bestimmung des spezifischen Gebirgswiderstandes vornehmlich geringmächtiger Schichten nicht mehr möglich ist. It is known that with conventional resistance measurements in deep boreholes, which are filled with electrically conductive thick mud, the measuring current is not enters more directly into the surrounding mountainous stratum, but spreads out over one all the more The longer the thick flush column is distributed, the higher the ratio Rt / Rm of the specific Rock resistance Rt to the specific thick mud resistance Rm. Step through this Integration phenomena through which a precise determination of the specific Mountain resistance, primarily of thin layers, is no longer possible.

Seit längerer Zeit sind daher Meßsonden in Gebrauch, bei denen oberhalb und unterhalb der eigentlichen Meßelektrode ein oder mehrere sogenannte Fokussierungselektroden angebracht sind, die auf einem derartigen Potential gehalten werden, daß der aus der Meßelektrode austretende Meßstrom gezwungen wird, senkrecht zur Bohrlochachse ins Gebirge zu treten, wodurch es möglich ist, selbst in sehr gut leitender Salzspülung noch den spezifischen Widerstand bzw. dessen Reziprokwert, die spezifische Leitfähigkeit, auch geringmächtiger Gebirgsschichten zu bestimmen. For a long time, measuring probes have been in use for those above and below the actual measuring electrode one or more so-called focusing electrodes are attached, which are held at such a potential that the off the measuring current emerging from the measuring electrode is forced perpendicular to the borehole axis to step into the mountains, which makes it possible even in a very conductive salt mud the specific resistance or its reciprocal value, the specific conductivity, also to determine thin mountain strata.

Bei einer Gruppe dieser Sonden, zu der auch die hier beschriebene gehört, bestehen die Fokussierungselektroden aus zwei langen Metallzylindern, die in möglichst geringem Abstand isoliert oberhalb und unterhalb der Meßelektrode angeordnet und leitend miteinander verbunden sind und auf dem gleichen Potential wie die Meßelektrode stehen. In a group of these probes, including the one described here the focusing electrodes consist of two long metal cylinders that insulated at the smallest possible distance above and below the measuring electrode and are conductively connected to one another and at the same potential as the measuring electrode stand.

Die Äquipotentialfiächen um eine derartige langgestreckte Sonde sind dann sehr nahe Rotationsellipsoide, und die Stromlinien in der Mitte der Sonde treten senkrecht aus dieser aus und ins Gebirge. The equipotential surfaces around such an elongated probe are then very close ellipsoids of revolution, and the streamlines occur in the center of the probe vertically out of this and into the mountains.

Verbindet man die Meßelektrode über einen sehr kleinen Widerstand (Shunt) mit den Metallzylindern, so fließt durch diesen Widerstand ein Strom, der proportional der spezifischen Leitfähigkeit des umliegenden Gebirges ist, sofern das Potential an der Sondenoberfläche konstant gehalten wird. Die winzige Potentialdifferenz am Shunt wird, nach entsprechender Verstärkung, durch das Meßkabel, an dem die Sonde ins Bohrloch abgesenkt wird, nach oberlage geleitet und durch eine Registriervorrichtung in bekannter Weise auf einem Film in Abhängigkeit von der Teufe registriert. If you connect the measuring electrode via a very small resistor (Shunt) with the metal cylinders, a current flows through this resistor, which is proportional to the specific conductivity of the surrounding mountains, provided the potential at the probe surface is kept constant. The tiny potential difference on the shunt, after appropriate reinforcement, through the measuring cable on which the probe is lowered into the borehole, directed to the top and through a registration device registered in a known manner on a film as a function of the depth.

Es sind Meßsonden dieses Typs in Gebrauch, bei denen die Potentialdifferenz zwischen der Sondenoberfläche und der Stromrückführungselektrode konstant gehalten wird (USA.-Patentschrift 3031612). There are measuring probes of this type in use, in which the potential difference held constant between the probe surface and the current return electrode (U.S. Patent 3031612).

Diese Sonden zeigen jedoch nur einen Bruchteil der wahren spezifischen Gebirgsleitfähigkeit an, wenn die Stromrückführungselektrode, die sich etwa 30 bis 50 m oberhalb der Meßsonde am Kabel befindet, Gebirgsschichten kleiner Leitfähigkeit durchfährt.However, these probes only show a fraction of the true specific ones Rock conductivity at when the current return electrode, which is about 30 to 50 m above the measuring probe on the cable, rock layers of low conductivity drives through.

Der Grund für diese Fehlmessung ist darin zu suchen, daß nicht nur die Meßsonde A 1, sondern auch die Stromrückführungselektrode B einen Ausbreitungswiderstand im umgebenden Medium besitzt. The reason for this incorrect measurement is to be found in the fact that not only the measuring probe A 1, but also the current return electrode B has a propagation resistance in the surrounding medium.

Beide Ausbreitungswiderstände Rs der Meßsonde und Rr der Stromrückführungselektrode liegen vom Generator G mit seinem Innenwiderstand Ri und dem Leitungswiderstand RL aus gesehen in Serie (s. F i g. 1), und die konstante Potentialdifferenz zwischen Meßsonde und Stromrückführungselektrode teilt sich zwischen beiden derart auf, daß, wenn die Stromrückführungselektrode schlecht leitende Gebirgsschichten durchfährt, ihr Ausbreitungswiderstand groß ist und an ihm daher der größte Teil der Potentialdifferenz liegt. Da am Ausbreitungswiderstand der Meßsonde dann nur ein kleiner Teil der gesamten Potentialdifferenz liegt, das Oberflächenpotential der Meßsonde also stark abgesunken ist, fließt nur ein kleiner Strom durch den Shunt zur Meßelektrode und ins Gebirge und täuscht damit eine zu geringe spezifische Gebirgsleitfähigkeit vor. Both propagation resistances Rs of the measuring probe and Rr of the current return electrode lie from the generator G with its internal resistance Ri and the line resistance RL seen in series (see Fig. 1), and the constant potential difference between The measuring probe and the current return electrode are divided between the two in such a way that, if the current return electrode passes through poorly conductive rock layers, their resistance to propagation is high and therefore the largest part of the potential difference is on it lies. Since then only a small part of the total is due to the propagation resistance of the measuring probe The potential difference lies, so the surface potential of the measuring probe has dropped sharply is, only a small current flows through the shunt to the measuring electrode and into the mountains and thus pretends that the specific conductivity of the rock is too low.

Die Erfindung besteht darin, daß eine an sich bekannte Regelvorrichtung das Oberflächenpotential der Sondenelektroden gegenüber einer das Bezugspotential Null aufweisenden Elektrode konstant hält und daß als Stromrückführungselektrode in an sich bekannter Weise der metallische Außenmantel des Meßkabels dient. The invention consists in that a control device known per se the surface potential of the probe electrodes compared to the reference potential Holding zero electrode constant and that as a current return electrode in itself known way the metallic outer sheath of the measuring cable serves.

Hierdurch werden die bei bisher bekannten Meßsonden aufgetretenen Fehlmessungen durch Rückwirkung der Stromrückführungselektrode auf den Meßkreis vermieden. As a result, the ones that occurred with previously known measuring probes Incorrect measurements due to the feedback of the current return electrode on the measuring circuit avoided.

Zum Verständnis der Arbeitsweise der Meßsonde sei an folgendes erinnert: Der größte Teil des Ausbreitungswiderstandes einer Elektrode im dreidimensionalen leitenden Medium liegt in der Nähe der Elektrode. Das Potential fällt daher in der Nähe der Elektrode schnell ab und ändert sich in größerem Abstand nur noch wenig. To understand how the measuring probe works, the following should be remembered: Most of the propagation resistance of an electrode in three-dimensional conductive medium lies near the electrode. The potential therefore falls in the Get closer to the electrode quickly and change little at a greater distance.

Befinden sich also eine Meßsonde und eine Stromnickführungselektrode in genügendem Abstand im Medium, so liegt zwischen ihnen nach anfänglichem starkem Potentialabfall in der Nähe der beiden eine Zone sehr geringer Potentialänderung. In einem Bereich um die Mitte zwischen beiden Elektroden herrscht also praktisch Potentialnull. An dieser Stelle ist eine Tastelektrode 13 angeordnet, gegen die das Oberflächenpotential der Meßsonde gemessen und konstant gehalten wird. Die Potentialdifferenz zwischen Meßelektrode und Stromrückführung schwankt hierbei in weiten Grenzen je nach Größe des jeweiligen Ausbreitungswiderstandes der Stromrückführungselektrode im Gegensatz zu dem obenerwähnten bekannten Verfahren. So there is a measuring probe and a current curve lead electrode at a sufficient distance in the medium, there is between them after an initially strong one Drop in potential near the two, a zone of very little change in potential. In an area around the middle between the two electrodes, there is practically the rule Zero potential. At this point, a sensing electrode 13 is arranged against which the surface potential of the probe is measured and kept constant. The potential difference between measuring electrode and current return varies within wide limits according to the size of the respective expansion resistance of the current return electrode in contrast to the above-mentioned known method.

F i g. 2 zeigt die Quotienten Ausbreitungswiderstand Rs zu spezifischen Dickspülwiderstand Rm a) für eine kurze Elektrode, b) für eine Meßsonde, c) für 50 m Kabelmantel. Da, wie aus F i g. 2 ersichtlich, der Ausbreitungswiderstand einer langgestreckten Elektrode kleiner als der einer gedrungenen ist, wird der leitende Mantel des Meßkabels in an sich bekannter Weise als Stromrückführungselektrode verwendet, wodurch der nötige Regelbereich der Regelvorrichtung kleiner gehalten wird. F i g. 2 shows the quotient of propagation resistance Rs to specific Thick flushing resistance Rm a) for a short electrode, b) for a measuring probe, c) for 50 m cable sheath. Since, as shown in FIG. 2 shows the resistance to propagation of a elongated electrode is smaller than that of a squat, the conductive one The sheath of the measuring cable is used as a current return electrode in a manner known per se, whereby the necessary control range of the control device is kept smaller.

Die Arbeitsweise der Meßsonde sei an Hand der Fig. 3 nachstehend kurz erläutert: Eine Meßsonde 1, in bekannter Weise bestehend aus einer Meßelektrode 2 und Fokussierungselektroden 3 und 4 zum Einlassen in ein mit leitender Dickspülung erfülltes Bohrloch 15 an einem Meßkabel 14 mit leitender Außenhülle eingerichtet, trägt an der Stoßstelle zwischen Meßelektrode 2 und Fokussierungselektrode 3 als Verbindung einen Shunt 5 sehr kleinen Widerstandwertes, durch den der aus der Meßelektrode ins Gebirge fließende Anteil des Speisestromes hindurchgeht und hierbei gemessen wird. Der Meßwert geht durch einen Eichkasten 6 und kann von dort, wechselweise mit Eichsignalen, auf einen Meßverstärker 7 geschaltet werden. The mode of operation of the measuring probe is described below with reference to FIG. 3 briefly explained: A measuring probe 1, consisting in a known manner of a measuring electrode 2 and focusing electrodes 3 and 4 for embedding in a conductive thick mud Filled borehole 15 set up on a measuring cable 14 with a conductive outer sheath, carries at the joint between measuring electrode 2 and focusing electrode 3 as Connection of a shunt 5 very small resistance value, through which the out of the measuring electrode Part of the flowing into the mountains Feed current passes through and measured here will. The measured value goes through a calibration box 6 and can from there, alternately with calibration signals, can be switched to a measuring amplifier 7.

Die verstärkten Meß- und Eichwerte gehen über Kabeladern 16 und 17 nach oberlage und werden dort in bekannter Weise auf eine Filmregistrierkamera gegeben. Über ein Stromversorgungsgerät 8 werden alle Gleich- und Wechselspannungen für den Betrieb der Untertageapparatur erzeugt. Die Ziffern 9, 10 und 11 bezeichnen die an sich bekannte Regelvorrichtung, mit der das Potential der Meßsondel gegen eine Potentialnull-Elektrode 13 konstant gehalten wird. Einer Konstantspannungsquelle 9 wird hierbei eine Spannung entnommen, die mit der zwischen der Fokussierungselektrode 3 und der Potentialnull-Elektrode 13 gemessenen Spannung verglichen wird, wonach die entstehende Differenzspannung eine Regeleinrichtung 10 betätigt, die wiederum einen Tonfrequenzgenerator 11 steuert, dessen Ausgang über eine Leitung 18 an die Fokussierungselektrode 3 und über eine Leitung 19 an den metallischen Außenmantel des Meßkabels 14 geführt ist. The amplified measurement and calibration values go via cable cores 16 and 17 according to the upper position and are given there in a known manner on a film registration camera. About a power supply device 8 are all DC and AC voltages for the Operation of underground equipment generated. The numbers 9, 10 and 11 denote the known control device with which the potential of the measuring probe against a Zero potential electrode 13 is kept constant. A constant voltage source 9, a voltage is taken that corresponds to that between the focusing electrode 3 and the potential zero electrode 13 measured voltage is compared, after which the resulting differential voltage actuates a control device 10, which in turn controls a tone frequency generator 11, the output of which via a line 18 to the Focusing electrode 3 and via a line 19 to the metallic outer jacket of the measuring cable 14 is guided.

Andert sich das Potential an der Meßsonde 1, so entsteht an 10 eine :1: -Differenzspannung, die die Regelvorrichtung in der Weise betätigt, daß sie die Ausgangsleistung des Tonfrequenzgenerators 11 so vergrößert bzw. verkleinert, daß die Differenzspannung wieder gegen Null geht.If the potential at the measuring probe 1 changes, a will be generated at 10 : 1: -Differential voltage that actuates the control device in such a way that it the output power of the audio frequency generator 11 so increased or decreased, that the differential voltage goes back to zero.

Claims

Claim: Geophysical measuring probe from a measuring cable is worn to measure the specific electrical conductivity of a borehole surrounding earth formations with a measuring electrode and two arranged on both sides of this Focusing electrodes, d a d u r c h g e - indicates that one is known per se Control device (9, 10, 11) the surface potential of the probe electrodes (2, 3, 4) is constant with respect to an electrode (13) having the reference potential zero holds and that as a current return electrode in a known manner the metallic Outer sheath of the measuring cable (14) dienr.

References considered: U.S. Patent No. 3,031,612.