DE2440676A1 - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE ELECTROMAGNETIC PROPERTIES OF THE MATERIALS IN THE AREA OF A DRILL HOLE - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE ELECTROMAGNETIC PROPERTIES OF THE MATERIALS IN THE AREA OF A DRILL HOLEInfo
- Publication number
- DE2440676A1 DE2440676A1 DE2440676A DE2440676A DE2440676A1 DE 2440676 A1 DE2440676 A1 DE 2440676A1 DE 2440676 A DE2440676 A DE 2440676A DE 2440676 A DE2440676 A DE 2440676A DE 2440676 A1 DE2440676 A1 DE 2440676A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- signals
- frequency
- borehole
- electromagnetic
- field
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 41
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 34
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 21
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 16
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 16
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 3
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims 2
- 241000272525 Anas platyrhynchos Species 0.000 claims 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 claims 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 39
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 21
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 8
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 7
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 6
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 5
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 241000251730 Chondrichthyes Species 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 238000005290 field theory Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 125000001183 hydrocarbyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
- G01V3/26—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device
- G01V3/28—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device using induction coils
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
- G01V3/30—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with electromagnetic waves
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/30—Assessment of water resources
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Description
Patentassessor Hamburg, den 15,- 8. 1974Patent assessor Hamburg, 15th - 8th 1974
Dr. Gerhard Schupfner 770/ik /n Dr. Gerhard Schupfner 770 / ik / n
Deutsche Texaco AG " 2440676Deutsche Texaco AG "2440676
2000- Hamburg 13 T 74 057 2000 Hamburg 13 T 74 057
Mittelweg 180Middle way 180
NACHQEREICHTSUBSCRIBED
TEXACO DEVELOPMENT CORPORATIONTEXACO DEVELOPMENT CORPORATION
135 East 42nd Street ,. New York, N.Y, 10017 U.S.A.135 East 42nd Street,. New York, N.Y, 10017 U.S.A.
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der elektromagnetischen Eigenschaften der im Bereich eines Bohrloches befindlichen MaterialienMethod and device for determining the electromagnetic properties of the area a borehole located materials
Die Erfindung betrifft ein Verfahren-und eine Vor-, richtung zur Bestimmung der elektromagnetischen Eigenschaften der im Bereich eines Bohrloches befindlichen Materialien, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bohrlochvermessung mittels Hochfrequenz-Dielektrizitäts-Induktion, wobei der ,spezifische Y/iderstand (oder spezifische Leitfähigkeit) und die Dielektrizitäts-Konstante der Formation, klar bestimmbar durch eine Einrichtung für Insiti -Messungen, die im Bohrloch durchgeführt wurden, ist.The invention relates to a method and a direction for determining the electromagnetic properties of those located in the area of a borehole Materials, in particular a method and a device for borehole measurement by means of high-frequency dielectric induction, where the, specific Y / resistance (or specific conductivity) and the dielectric constant the formation, clearly identifiable by a device for in-house measurements, which is in Borehole is carried out.
Über viele Jahre hinaus war es übliche Praxis,, die elektrischen Eigenschaften von Erdformationen im Bereich eines Bohrloches zum Zwecke der örtlichen Bestimmung eines ölführenden Horizontes zu bestimmen.For many years it was common practice, the electric Properties of earth formations in the area of a borehole for the purpose of local determination to determine an oil-bearing horizon.
50 9827/0160 .50 9827/0160.
Diese Art der Bestimmung war in der Vergangenheit durch die Verwendung von elektrischen Widerstandsmessungen in "Bohrungen mit hochleitfähigen (niedriger spez. Widerstand) Bohrlochflüssigkeiten und durch die Verwendung von Induktions-Bohrlochmessungen in Bohrlöchern, die mittels ölbasischen Bohrschlämmen oder Bohrflüssigkeiten mitThis type of determination was through in the past the use of electrical resistance measurements in "bores with highly conductive (low spec. resistance) Borehole fluids and through the use of induction logging in boreholes made by means of oil-based drilling muds or drilling fluids with
möglich höheren spezifischen Widerständen gebohrt wurden/· Bei normalen den spezifischen Widerstand ermittelnden Bohrlochvermessungen wird eine einen Strom emittierende Elektrode oder eine Elektrodenanordnung zur Focuszierung des emittierten Stromes benutzt, um entweder einen Gleichstrom oder einen Wechselstrom niedriger Frequenz (z.B. 60 Hz) in die das Bohrloch umgebende Formation über Kontakt-Elektroden auszusenden. Diese Ströme durchfließen einen Bereich der Erdformationen und werden an einer Strom-Rückflußelektrode ermittelt, die in einer gewissen Entfernung zu der den Strom aussendenden Elektrode angeordnet ist. Die Größe der ermittelten Ströme kann dann als Wert des spezifischen Widerstandes der Erdformationen im Bereich des Bohrloches genommen werden. In einigen Fällenpossibly higher resistivities were drilled / · In normal borehole measurements that determine the resistivity, a current-emitting electrode or an electrode arrangement is used to focus the emitted current in order to inject either a direct current or an alternating current of low frequency (e.g. 60 Hz) into the surrounding area of the borehole Send formation via contact electrodes. These currents flow through an area of the earth formations and are determined at a current return electrode which is arranged at a certain distance from the electrode which emits the current. The size of the determined currents can then be taken as the value of the specific resistance of the earth formations in the area of the borehole. In some cases
mit. werden die Stromelektroden in Verbindung/Potential - Meßelektroden zwecks Bestimmung des spezifischen Widerstandes der Formation verwendet. with. the current electrodes are used in connection / potential measuring electrodes for the purpose of determining the resistivity of the formation.
Bei elektrischen Induktions-Messungen war es in der Ver- gangenheit übliche Praxis, eine Meßsonde zu verwenden, die eine Geber-Spule (oder Spulenanordnung) und eine in gewisser Entfernung dazu angeordnete Empfänger-Spule aufweist. In induction electrical measurements, it was in the past, common practice to use a measuring probe, which has a transmitter coil (or coil assembly) and disposed at a certain distance to the receiver coil.
509827/0160509827/0160
Normalerweise wurde ein hochfrequenter Wechselstrom durch die Geber-Spule geschickt (normalerweise mit einer Frequenz von etwa 20 kHz). Die daraus- resultierenden elektrischen Felder in der Erd£bma-tion, wurden über die Empfänger-Spule als Induktionsströme ode.r.~ Induktionsspannungen ermittelt... Usually a high frequency alternating current was carried through sent the encoder coil (usually at a frequency of around 20 kHz). The resulting electric fields in the earth's bma- tion, were about the Receiver coil determined as induction currents or ~ induction voltages ...
Die Gebrauchsfähigkeit der beiden vorgenannten Systeme ergab sich aus der Tatsache, daß mit Kbhlenwasserstoffmolekülen gefüllte Porenräume der Erdformationen einen höheren spezifischen Widerstand als Erdformationen aufweisen, deren Porenräume entweder mit Salzwasser oder anderen leitenden Flüssigkeiten gefüllt sind.The usability of the two aforementioned systems resulted from the fact that with hydrocarbon molecules filled pore spaces of the earth formations have higher resistivity than earth formations, whose pore spaces are filled with either salt water or other conductive liquids.
Verschiedenartige Probleme tauchten bei der Interpretation der Induktions- oder Widerstandsmessungs-Äufzeichnung in Horizonten auf,' die' Süßwasser (mit einem Natriumchloridgehalt geringer als 10 000 ppm) enthielten. Solche Süßwasser enthaltenden Sande oder Erdformationen zeigen spezifische Widerstände in der nahezu gleichen Höhe wie Kohlenwasserstoffe führende Formationen. In 'diesen Fällen ist e.s sehr schwer, wenn nicht sogar unmöglich, allein auf der Basis der Meßdaten zu bestimmen, ob' es sich um eine Süßwasserzone oder eine Kohlenwasserstoffzone handelt. Es wäre daher sehr begrüßenswert, ein Bohrloch-Meßsystem zu schaffen, das auf der Basis einer einzigen Messung von einigen physikalischen Eigenschaften der Erdformationen im Bohrlochsbereich zwischen Süßwasserschichten und Kohlenwasserstoffe enthaltenden Zonen unterscheiden kann. . ·.Various problems arose in the interpretation the induction or resistance measurement record in Horizons 'containing' fresh water (with a sodium chloride content of less than 10,000 ppm). Such sands or earth formations containing fresh water show specific Resistances of almost the same level as formations carrying hydrocarbons. In these cases e.s very difficult, if not impossible, to be alone on the To determine on the basis of the measurement data whether it is a freshwater zone or a hydrocarbon zone. It would be It is therefore very welcome to provide a borehole logging system which is based on a single measurement of some physical properties of the earth formations in the borehole area between freshwater layers and hydrocarbons containing zones can distinguish. . ·.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um eine Unterscheidung von Süßwasserschichten und kohlenwasserstofführenden Schichten im Bohrlochbereich zu ermöglichen, wobei ein elektrisches Bohrloch-Meßsystem geschaffen werden soll, das in der Lage ist, gleichzeitig die Leitfähigkeit und die dielektrische Konstante der im Bohrlochbereich befindlichen Erdformationen zu messen und außerdem ein Induktions-Meßsystem aufweist, das bei so hohen Frequenzen arbeitet, daß die dielektrischen Eigentümlichkeiten der das Bohrloch umgebenden Materialien die Messung zusammen mit den Leitfähigkeitseigenschaften dieser Materialien beeinflussen, wobei die Messung der dielektrischen Eigentümlichkeiten und .Leitfähigkeitseigenschaften relativ unbeeinflußt von der Bohrlochgeometrie, der Leitfähigkeit der benutzten Bohrflüssigkeit bei der Erstellung der Bohrung oder dem Einfall von Bohrschlämmen-Filtrat vom Bohrloch in die umgebende Erdformation ist.The invention is based on the object of creating a method and an apparatus for making a distinction of freshwater layers and hydrocarbon-bearing layers in the borehole area, whereby a electrical borehole measuring system is to be created which is able to simultaneously measure the conductivity and to measure the dielectric constant of the earth formations in the borehole area and also an induction measuring system which operates at such high frequencies that the dielectric properties of the Materials surrounding the borehole influence the measurement together with the conductivity properties of these materials, the measurement of the dielectric properties and conductivity properties being relatively unaffected the geometry of the borehole, the conductivity of the drilling fluid used when the borehole was created or the Incidence of drilling mud filtrate from the borehole into the surrounding earth formation.
Gelöst wird diese Aufgabenstellung durch ein Bohrloch-Meßsystem, das ein dual-hochfrequentes dielektrisches Induk- ' tions-Meßsystem beinhaltet. In dem Bohrloch-Meßsystem der vorliegenden Erfindung ist eine Bohrloch-Meßsonde vorgesehen, die zwei unterschiedlich hochfrequente Dielektrikum-Meßapparate beinhaltet. Die erste hochfrequente dielektrische Induktions-Meßapparatur weist eine 16-MHz-Einzelgeberspule zusammen mit einer etwas entfernt davon angeordneten Empfängerspule auf.This problem is solved by a borehole measuring system that uses a dual high-frequency dielectric inductive ' tion measuring system included. In the logging system of the present invention, a logging probe is provided, which contains two different high-frequency dielectric measuring devices. The first high frequency dielectric Induction measuring apparatus has a 16 MHz single transmitter coil together with a receiver coil arranged a little further away from it.
509827/0160509827/0160
Die -zweite hochfrequente dielektrische Induktions-Meß- · apparatur weist eine focuszierte 30-MHz-Doppelgeberspule und eine der vorhergenannten entsprechenden 16-MHz-Empfängerspule auf. Bei diesen Hochfrequenzen beinhalten die physikalischen Eigenschaften der im Bohrlochbereich befindlichen Erdformationen, die die von den beiden Geberspulen in diese Formationen induzierten Hochfrequenz-Wechselströme beeinflussen, die Dielektrizitätskonstante (oder absolute Dielektrizitätskonstante) der Erdformationen zusammen mit den Leitfähigkeits-Eigenschaften (oder Widerstands-Eigenschaften) dieser Formationen. Durch Messung der Amplitude des empfangenen Signals bei jeder der beiden Hochfrequenzen können die Dielektrizitäts- und Leitfähigkeits-Eigenschaften der im Bohrlochbereich befindlichen Erdformationen bestimmt werden. Zur Durchführung dieser Messungen bzw. zum Erhalten dieser Meßwerte wurde, .die erfindungsgemäße Vorrichtung geschaffen, die auch eine Interpretation der bei den beiden Hochfrequenzen gemessenen Signalamplituden ermöglicht.The second high-frequency dielectric induction measuring apparatus has a focused 30 MHz double transmitter coil and one of the aforementioned corresponding 16 MHz receiver coil on. At these high frequencies, the physical properties include those in the borehole area located earth formations, which the induced by the two transducer coils in these formations high-frequency alternating currents affect the dielectric constant (or absolute dielectric constant) of earth formations along with the conductivity properties (or resistivity properties) of these formations. By measuring the Amplitude of the received signal for each of the two High frequencies can affect the dielectric and conductivity properties of those in the borehole area Earth formations are determined. In order to carry out these measurements or to obtain these measured values, the Device created that also provides an interpretation of the measured at the two high frequencies Enables signal amplitudes.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus' der sich v/eitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: ·An embodiment of the invention, from which follows inventive features result is in the drawing shown. Show it: ·
Fig. 1 - eine schematisierte Gesamtansicht der Vorrichtung in Blockform,Fig. 1 - a schematic overall view of the device in block form,
Fig. 2. - ein schematisiertes Blockdiagramm derFIG. 2. - a schematic block diagram of FIG
untertägig geführten Sende- und Empfängerapparatur ,underground transmitter and receiver equipment,
5 09827/01605 09827/0160
Fig. 3 A und 3 B Schaltpläne der Hochfrequenz-Fig. 3 A and 3 B circuit diagrams of the high-frequency
Sende- und Empfängerapparatur,Transmitting and receiving equipment,
Fig. 4 - eine theoretisch erhaltene graphische Darstellung des Amplitudenverlaufes einer 64-MHz Einzel-Hochfrequenz-Induktionssonde für Bohrlochdurchmesser von O bis 0,35 Meter,4 - a theoretically obtained graphical representation of the amplitude curve a 64 MHz single high frequency induction probe for borehole diameters from 0 to 0.35 meters,
Fig. 5 - eine theoretisch erhaltene graphische Darstellung des Amplitudenverlaufes einer 130-MHz Einzel-Hochfrequenz-Induktionssonde für Bohrlochdurchmesser von 0 bis 0,4 Meter,5 - a theoretically obtained graphical representation of the amplitude curve a 130 MHz single high frequency induction probe for borehole diameters from 0 to 0.4 meters,
Fig. 6 - eine theoretisch erhaltene Koordinatendarstellung der Amplitude von einer 16-MHz Einzel-Hochfrequenz-Induktionssonde und einer focuszierten 32-MHz Doppel-Hochfrequenz-Induktionssonde (ähnlich der in Fig. 1 dargestellten), wobei die Sonde in einem homogenen Material eingebettet wurde, undFig. 6 - a theoretically obtained coordinate representation of the amplitude of a 16 MHz single high frequency induction probe and a focused 32 MHz dual high frequency induction probe (similar to that shown in Fig. 1), wherein the probe was embedded in a homogeneous material, and
Fig. 7 A -:: 7D theoretisch erhaltene Koordinatendarstellungen der Amplitude von Hochfrequenz-Induktionsmessungen mittels einer Doppelfrequenz-Sonde (ähnlich der in Fig. 1 dargestellten), die aus Bohrlöchern mit einem Durchmesser von 203,2 mm und 304,8 mm stammenFig. 7A - :: 7D theoretically obtained coordinate representations the amplitude of high-frequency induction measurements using a double-frequency probe (similar to the shown in Fig. 1), which originate from boreholes with a diameter of 203.2 mm and 304.8 mm
509827/0160509827/0160
land in einer Süßwasserschlämiiae und einer ölbasischen Schlämme durchgeführt wurden. land in a fresh water sludge and an oil-based slurry.
Kohlenwasserstoffe haben eine sie charakterisierende niedrige Dielektrizitätskonstante£r, die kleiner ist als 5. Süßwasser dagegen weist eine relativ hohe Dielektri zitätskonstante <5r von ungefähr gleich 80 auf. Die dielektrische Stoffkonstante O , ist definiert als die natürliche elektrische Polarisation dieses Materials. In der nachfolgenden Beschreibung werden die Begriffe "relative Dielektrizitätskonstante" und "Dielektrizitätskonstante 6"r" gleich-bedeutend benutzt. Diese Größe ist bezogen auf die absolute Dielektrizitätskonstante des freien Raumes £ durch die Beziehung gemäß Gleichung 1:Hydrocarbons have a characteristic low dielectric constant £ r , which is less than 5. Fresh water, on the other hand, has a relatively high dielectric constant <5 r of approximately 80. The dielectric material constant O, is defined as the natural electrical polarization of this material. In the following description, the terms "relative dielectric constant" and "dielectric constant 6" r "are used with the same meaning. This quantity is based on the absolute dielectric constant of free space £ by the relationship according to equation 1:
in der ^0 = 8,854 pF pro Meter, die absolute Dielektrizitätskonstante des freien Raumes, beträgt,in which ^ 0 = 8.854 pF per meter, the absolute dielectric constant of free space,
Gemäß der elektromagnetischen Feld-Theorie und insbesondere gemäß der Theorie eines punktförmigen schwingenden magnetischen Dipols, kann das Verhalten von Hochfrequenz-Feldern im Bereich eines zylindrischen Bohrloches ausgedrückt werden gemäß der Gleichung 2 (die die Helmholtz Gleichung mit üblichen Zylinderkoordinaten £, 0 und Z darstellt).According to the electromagnetic field theory and in particular according to the theory of a point-shaped oscillating magnetic Dipole, can express the behavior of high-frequency fields in the area of a cylindrical borehole are according to equation 2 (which represents the Helmholtz equation with the usual cylinder coordinates £, 0 and Z).
509827/016 0509827/016 0
±
β te, ±
β te,
7(w) 7 (w)
(m)(m)
in der V/ _ den hertz'sehen magnetischen Dektor, J/m\in the V / _ den hertz'sehen magnetic Dektor, J / m \
— ■ die Größe des Stromes und j = ]/-1 darstellt.- ■ represents the magnitude of the current and j =] / - 1.
K ist die komplexe Kreiswellenzahl, ausgedrückt durch, die Gleichung J5iK is the complex circular wavenumber, expressed by, the Equation J5i
K= W^ AtC + 0 WXtO^K = W ^ AtC + 0 WXtO ^
In der Gleichung 2 stellen die Werte α und <* (z) Dirac'sche-Impuls-Funktionen dar.In equation 2, the values α and <* ( z ) represent Dirac's momentum functions.
W = 2 Wf, wobei f die Schwingungsfrequenz des punktförmigen magnetischen Dipols darstellt.W = 2 Wf, where f represents the oscillation frequency of the point magnetic dipole.
ist die dielektrische Stoffkonstante.is the dielectric material constant.
JU ist die Bezeichnung für den magnetischen Induktionskoeffizienten des den magnetischen Dipol umgebenden Materials und (~jf die Bezeichnung für die elektrische JU is the designation for the magnetic induction coefficient of the material surrounding the magnetic dipole and (~ jf the designation for the electrical
509827/0160509827/0160
Leitfähigkeit des Mediums.Conductivity of the medium.
Es wird darauf hingewiesen, daß drei physikalische Konstanten mit dem den punktförmigen magnetischen Dipol umgebenden Material in den vorgenannten Gleichungen assoziiert sind. Diese Konstanten sind der relative magnetische. Induktionskoeffizient /t, die Stoffkonstante C und die elektrische Leitfähigkeit 6* . Kür die meisten Erdförmationen kann der magnetische Induktionskoeffizient A* als konstant angenommen werden in einem interessierenden Frequenzbereich-von 10 bis 60-MHz. Variationen dieses Koeffizienten bei den interessierenden Materialien fallen im wesentlichen in einen Bereich, der 0,001 bis 0,1 % ausmacht. Somit weisen nur die beiden anderen Konstanten S und (o signifikante Änderungen beim Wechsel von einem Formationsmaterial zum anderen bei den in Rede stehenden Frequenzen auf. Diese beiden physikalischen Eigenschaften haben einen unmittelbaren Einfluß auf jeglichen .Hochfrequenz-Wechselstrom, der in den Medien fließt. Beide dieser physikalischen Eigenschaften der Medien haben eine Einwirkung auf die Größe und die Phase in bezug auf den Geber dieser in die Formation induzierten oder Wirbelströme. It should be noted that three physical constants are associated with the material surrounding the point magnetic dipole in the aforementioned equations. These constants are the relative magnetic. Induction coefficient / t, the material constant C and the electrical conductivity 6 *. For most earth formations, the magnetic induction coefficient A * can be assumed to be constant in a frequency range of interest - from 10 to 60 MHz. Variations in this coefficient in the materials of interest fall essentially within a range of 0.001 to 0.1 % . Thus, only the other two constants S and (o show significant changes when changing from one formation material to another at the frequencies in question. These two physical properties have a direct influence on any high-frequency alternating current flowing in the media. Both these physical properties of the media have an effect on the size and phase with respect to the donor of these formation-induced or eddy currents.
Bei Voraussetzung einer punktförmigen magnetischen Quelle in einem zylindrischen Bohrloch und mit Bezug auf die Helmholtz-Gleichung, ist das gesamte Feld definiert als dasjenige Feld der Quelle, das von einer EmpfängerspuleAssuming a point magnetic source in a cylindrical borehole and with reference to the Helmholtz equation, the total field is defined as that field of the source that is generated by a receiver coil
509827/0180509827/0180
in jeglichem- Medium ermittelt wird. Das gesamte Feld .kann unterteilt werden in ein Priinärfeld und ein Sekundärfeld. Das Primärfeld ist definiert als dasjenige Feld der Quelle, das von der Empfängerspule in einigen Vergleichsmedien (wie z.B. im Vakuum oder in Luft) ermittelt wurde, Das Sekundärfeld ist definiert als dasjenige Feld, das bei vektorieller Addierung zum Primärfeld das Gesamtfeld bildet. Das Primärfeld hat·- eine Amplitude und eine Phase, die gleich der Amplitude und Phase des Gesamtfeldes im Vergleichsmedium ist. Ist die Sonde in einem Medium placiert, das sich vom Vergleichsmedium unterscheidet, addiert sich das Sekundärfeld vektoriell zum Primärfeld und erzeugt das Gesamtfeld innerhalb des neuen Mediums. Das Primärfeld dient als Amplituden- und Phasenvergleich für die Bestimmung des Sekundärfeldes.in any medium. The whole field .can be divided into a primary field and a secondary field. The primary field is defined as that field the source, which is determined by the receiver coil in some reference media (e.g. in a vacuum or in air) was, The secondary field is defined as the field that, when vectorially added to the primary field, makes up the total field forms. The primary field has · - an amplitude and a Phase that is equal to the amplitude and phase of the total field in the comparison medium. Is the probe in one If a medium is placed that differs from the comparison medium, the secondary field is added vectorially to the Primary field and creates the total field within the new medium. The primary field serves as an amplitude and phase comparison for determining the secondary field.
Die Ströme, die in dem den punktförmigen magnetischen Dipol umgebenden Medium fließen, werden als Wirbelströme bezeichnet. Die Wirbelströme erzeugen Sekundärfelder, die im Falle, eines hochleitfähigen Mediums gegen das Primär- oder Vergleichsfeld anwirkt. Nähert sich ,jedoch V/ £(Winkelgeschwindigkeit der Arbeitsfrequenz multipliziert mit der Dielektrizitätskonstanten) der Größe von (& (der elektrischen Leitfähigkeit), werden dieWirbelströme phasenversetzt und können tatsächlich in Sekundärfeldern ausschlagen, die die Größe des Gesamtfeldes verstärken. Dies ist normalerweise der Fall, wenn bei Frequenzen gearbeitet wird, die im wesentlichen dem Hochfrequenzbereich von 10-bis 60-MHz beinhalten.The currents that flow in the medium surrounding the punctiform magnetic dipole are called eddy currents. The eddy currents generate secondary fields which, in the case of a highly conductive medium, act against the primary or comparison field. However, if V / £ (angular velocity of the operating frequency multiplied by the dielectric constant) approaches the size of (& (the electrical conductivity), the eddy currents are out of phase and can actually deflect into secondary fields which increase the size of the total field. when working at frequencies that essentially include the high frequency range from 10 to 60 MHz.
509827/0160509827/0160
Da Veränderungen in den beiden WertenCund G/ Änderungen bei den Wirbelströmen bei jeder gegebenen Frequenz bewirkt, kann die Messung einer einzigen'Amplitude die Auswirkungen der beiden Effekte nicht trennen. In Übereinstimmung mit dem Grundsätzlichen dieser Erfindung kann die Messung der Amplitude des Gesamtfeldes bei zwei verschiedenen Frequenzen f.- und fp zusammengefaßt werden, um gleichzeitig die Werte <5 und Q? ableiten zu können. Zu diesem Zweck können auch andere Techniken verwendet werden, die im Rahmen dieser Anmeldung aber nicht diskutiert werden sollen.Since changes in the two values of C and G / cause changes in eddy currents at any given frequency, measuring a single amplitude cannot separate the effects of the two effects. In accordance with the principle of this invention, the measurement of the amplitude of the total field at two different frequencies f.- and fp can be combined to simultaneously obtain the values <5 and Q? to be able to derive. Other techniques can also be used for this purpose, but they are not intended to be discussed in the context of this application.
Die Helmholtz-Gleichung (Gleichung 2) gilt in jeder zylindrischen Lage eines geschichteten Mediums, das den punktförmigen magnetischen Dipol im Bohrloch umgibt. Bei Verwendung eines Computerprogrammes zur Durchführung numerischer Integration der Lösungen von Gleichung 2 in verschiedenen zylindrischen Lagen um den Dipol und bei Anlegen von Randbedingungen an der Grenzfläche dieser Regionen und an der Quelle, kann das um eine Distanz Z entlang der Bohrlochachse vom magnetischen Dipol versetzte Gesamtfeld an der Empfängerspule abgeleitet werden.The Helmholtz equation (equation 2) applies to every cylindrical Location of a layered medium that surrounds the point-shaped magnetic dipole in the borehole. at Use of a computer program to carry out numerical Integration of the solutions of equation 2 in different cylindrical positions around the dipole and when applied of boundary conditions at the interface of these regions and at the source, this can be done by a distance Z along The total field offset from the borehole axis from the magnetic dipole can be derived at the receiver coil.
Durch Untersuchungen der zahlenmäßigen Lösung der Helmholtz-Gleichung (Gleichung 2) in Bohrlöchern unterschiedlicher Durchmesser, können graphische Darstellungen der Feldamplitude an der Empfängerspule als Funktion des Bohrlochdurchmessers für verschiedene Bohrlochgrößen gemacht werden.By investigating the numerical solution of the Helmholtz equation (Equation 2) in boreholes of different diameters, graphical representations of the field amplitude can be made on the receiver coil as a function of the borehole diameter for different borehole sizes.
509827/0160509827/0160
Eine solche graphische Darstellung ist in Fig. 4 für eine 64-MHz Einzelgeberspule und Empfänger-System und für ein 32-11IHz Doppelgeberspulen- und Einzelempfängerspulen-System dargestellt. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß bei einer 64-MHz-Frequenz ein anormaler Resonanz-Effekt bei einem Bohrlochradius von etwa 254 mm auftritt. Außerdem ist ersichtlich, daß die 32-MHz-Doppelgeherspule Amplitudenfrequenz nicht diesen Resonanz-Effekt bei angemessenen großen Bohrlöchern zeigt.Such a graphic representation is shown in FIG. 4 for a 64 MHz single transmitter coil and receiver system and for a 32-1 1 IHz double transmitter coil and single receiver coil system. It can be seen from Fig. 4 that at a 64 MHz frequency, an abnormal resonance effect occurs at a borehole radius of about 254 mm. It can also be seen that the 32 MHz double walker coil amplitude frequency does not exhibit this resonance effect with appropriately large boreholes.
Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der normalisierten Gesamtfeldamplitude an der Empfängerspule auf der z-rAchse des Bohrloches als Funktion des Bohrlochhalbmessers für eine Arbeitsfrequenz von 130-MHz. In diesem Fall zeigt sieh der Resonanz-Effekt bei einem Bohrlochhalbmesser von etwa 100 mm und nochmals bei einem Bohrlochhalbmesser von etwa 250 mm. Sollte also versucht v/erden, die Dielektrizitäts- und Leitfähigkeitseigenschaften der das Bohrloch umgebenden Materialien bei Frequenzen in einer Höhe von 64-MHz zu messen, ist es aus der graphischen Darstellung der Fig. 4 und 5 ersichtlich, daß einige Korrekturen für diese Resonanz-Effekte nötig sind. Zum anderen soll daran erinnert werden, daß· zum Zwecke der.Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit und der Stoffkonstanten (oder der dielektrischen Konstanten) der das Bohrloch umgebenden Materialien, Messungen der Amplitude des empfangenen Signals bei mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzen zwecks Interpretation der resultierendenFig. 5 shows a graph of the normalized total field amplitude at the receiver coil on the z-axis of the borehole as a function of the borehole radius for an operating frequency of 130 MHz. In this The case shows the resonance effect with a borehole radius of about 100 mm and again with a borehole radius of about 250 mm. So should try to ground the dielectric and conductivity properties of the To measure the materials surrounding the borehole at frequencies as high as 64-MHz, it is from the graph 4 and 5 it can be seen that some corrections are necessary for these resonance effects. On the other hand it should be remembered that · for the purpose of. determination the electrical conductivity and the material constant (or the dielectric constant) of the borehole surrounding materials, measurements of the amplitude of the received signal at at least two different Frequencies for the purpose of interpreting the resulting
509827/0180509827/0180
Amplitudenmessungen im Werte der dielektrischen Konstanten £ und der Leitfähigkeit (j der das Bohrloch umgebenden Materialien durchgeführt werden müssen. Um die in Fig. und 5 dargestellten Resonanz-Effekte zu vermeiden, v/erden die Amplitudenmessungen des Gesamtfeld-Signals an der Empfängerspule im Bohrloch bei Frequenzen von 16- und 30-MHz durchgeführt. Theoretische Berechnungen zeigten, daß Messungen bei diesen Frequenzen genauer sind als solche, die bei höheren Frequenzen - aufgrund des Resonanz-Effektes im Bohrloch - gemacht werden. Messungen, die bei Doppelfrequenzen von 16 - und 30-MHz durchgeführt werden, sind ähnlich wenig unempfindlich gegen Fehler, die aufgrund der exzentrischen Anordnung der Sonde im Bohrloch erfolgen könnten.Amplitude measurements in the values of the dielectric constant £ and the conductivity (j of the materials surrounding the borehole must be carried out. In order to avoid the resonance effects shown in FIGS Theoretical calculations showed that measurements at these frequencies are more accurate than those made at higher frequencies due to the resonance effect in the borehole -MHz are similarly not insensitive to errors that could occur due to the eccentric arrangement of the probe in the borehole.
Fig. 1 zeigt ein Doppelfrequenz-Induktions-Dielektrizitäts-Bohrloch-Meßsystem schematisiert. Eine Bohrloch-Sonde 11, deren Sondenkörper vorzugsweise aus Glasfaser-Material oder einem anderen nicht leitenden Material mit ausreichenden Festigkeitseigenschaften gefertigt ist, hängt an einem Meßkabel 12 in einem unverrohrtem Bohrloch 13. Das* Bohrloch 13 ist mit .einer Bohrloch-Flüssigkeit 14 gefüllt und von Erdformationen 15 umgeben, deren dielektrische., und leitende Eigenschaften gemessen werden sollen.1 shows a dual frequency induction dielectric borehole logging system schematized. A borehole probe 11, the probe body of which is preferably made of fiberglass material or another non-conductive material with sufficient strength properties depends on a measuring cable 12 in an uncased borehole 13. The borehole 13 is filled with a borehole fluid 14 and surrounded by earth formations 15, whose dielectric., and conductive properties are to be measured.
Der untere Teil der Bohrloch-Sonde 11 weist ein elektronisches Geberteil 16 auf sowie dazugehörige Geberspulen 17, 18 und 19, die um einen zentralen Wickeldorn 20 gewickelt sind.The lower part of the borehole probe 11 has an electronic transmitter part 16 and associated transmitter coils 17, 18 and 19, which are wound around a central winding mandrel 20.
509827/0160509827/0160
Dieser Wickeldorn 20 ist vorzugsweise auch aus einem nicht leitenden Material gefertigt. Die Geberspule 17 arbeitet bei einer Frequenz von 16-MHz und wird nachfolgend noch detaillierter beschrieben. Die Geberspulen 18 und 19, die wendelförmig in entgegengesetzter Richtung zur Erzeugung eines umgekehrten Polaritätspaares gewickelt sind, weisen eine focuszierte oder Doppelgeberspulenanordnung auf, die bei einer Frequenz von 30-MHz arbeitet. Eine Empfängerspule 21 ist ein Längsrichtung der Bohrloch-Sonde 11 von den Geberspulen entfernt angeordnet und sitzt ungefähr einen Meter vom Zentrum der 16-MHz-Geberspule 17 entfernt. Die Empfängerspule 21 ist ungefähr 81,28 cm vom Mittelpunkt des 32-MHz-Geberspulenpaares 18,19·entfernt angeordnet, dessen Mittelpunkte ihrerseits 10,32 cm von-einander entfernt liegen. Für den Fachmann ist es ersichtlich, daß auch andere Spulenentfernungen zwischen Geber- und Empfängerspulen möglich sind und im Schutzumfang der Erfindung liegen.This winding mandrel 20 is preferably also made of a non-conductive material. The encoder coil 17 operates at a frequency of 16 MHz and is described in more detail below. The encoder coils 18 and 19, which are helically wound in opposite directions to produce a reversed polarity pair have a focussed or double transmitter coil arrangement operating at a frequency of 30 MHz is working. A receiving coil 21 is in a longitudinal direction of the borehole probe 11 is located away from the transmitter coils and sits approximately one meter from the center of the 16 MHz encoder coil 17 removed. The receiver coil 21 is approximately 81.28 cm from the center of the 32 MHz transducer coil pair 18.19 · arranged away, the centers of which are in turn 10.32 cm apart. It is evident to the person skilled in the art that other coil distances between the transmitter and receiver coils are also possible and are within the scope of the invention.
Die radiale Untersuchungstiefe des Bohrloch-Meßsystems ist vom Abstand zwischen Geber- und Empfängerspulen beeinflußt. Allgemein kann man sagen, je größer der Abstand zwischen der Geber- und der Empfängerspule ist, umso größer ist die radiale Untersuchungstiefe in der Erdformation. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß es nötig ist, die Geber- und Empfängerspulen dicht genug zusammen anzuordnen, um den Empfang brauchbarer Signalhöhen von Erdformationen unterschiedlicher dielektrischerThe radial depth of investigation of the borehole measuring system is influenced by the distance between the transmitter and receiver coils. In general, it can be said that the greater the distance between the transmitter and receiver coils, the greater the distance greater is the radial depth of investigation in the earth formation. It should be noted, however, that it it is necessary to arrange the transmitter and receiver coils close enough together in order to receive usable signal levels of earth formations of different dielectric
509827/0160509827/0160
·Γ; _ 15- 2440076· Γ; _ 15- 2440076
und leitender Eigenschaften /sicherzustellen. Da ein hochleitfähiges Material im Bohrlochbe^eich' die hochfrequenten Signale dämpft, ist es notwendig,, »eine'"höhere ^Energie Im Geberteil zu verwenden, wenn die 3ntfernung.;zwisclien Geber- und Empfängerspulen vergrößert Λδΐ..and conductive properties / to ensure. As a highly conductive Material in the borehole area is the high-frequency Attenuates signals, it is necessary, "a '" higher ^ energy Im Use the encoder part if the distance is between Transmitter and receiver coils enlarged Λδΐ ..
Eine herkömmliche Wirtden--Änordnung ^22 ;ist van der 'Erdoberfläche für die Bewegung "der ::Bohrlo:ch^Sonde-i1?1 läurch das · Bohrloch während der Meßaieheiten«vorgesehen. iBie ;Wind.e;22 kann elektrisch oder mechanisch imit ifetenr4^z;eiehnungs-' geräten 24 und 25 oder Zßmiä.^27 v«iibjunden-sein, !die die Signale der Bohrloch-Sonde νΐΊ als: Itmktion ^der" Tiefe des Bohrloches 13 aufzeichnen, wie-eö durch die gestrichelte Linie 23 angedeutet ist. Die für,die Maßarbeiten der in der Bohrloch-Sonde 13 angeordneten-Empfänger-Elektronik benötigten Energie wird über Leitungen im Meßkabel 12 von einer übertätig·angeordneten Energie-Quelle -28 zugeführt. Die elektrischen Meß-Signäle, die von der Empfänger-Elektronik 36 ermittelt werden, werden von einem Eingangs-Verstärker 29 verstärkt und von diesem an Signai-Verarbeitungsschaltkreise 37 oder 38 weitergeleitet*A conventional host arrangement ^ 22; is provided on the surface of the earth for the movement "of the :: Bohrlo: ch ^ Sonde-i1? 1 through the" borehole during measurement ". IBie; Wind.e; 22 can be electric or mechanically imitating devices 24 and 25 or measuring devices 24 and 27, which record the signals from the borehole probe as: function of the depth of borehole 13, such as through the dashed line 23 is indicated. The energy required for the precision work of the receiver electronics arranged in the borehole probe 13 is supplied via lines in the measuring cable 12 from an overactively arranged energy source -28. The electrical measurement signals, which are determined by the receiver electronics 36, are amplified by an input amplifier 29 and forwarded by this to signal processing circuits 37 or 38 *
Die Empfänger-Ausgangssignale der Empfänger-Elektronik 36 werden nachfolgend noch näher beschrieben, doch kann allgemein festgestellt Werden, daß diese Signale zwei Amplitudenmessungen beinhalten, die über Leitungen des Meß·* kabeis 12 übermittelt und in der übertägig ^angeordneten Verarbeitungsanlage durch Frequenzdiskriinination getrennt werden. *The receiver output signals of the receiver electronics 36 are described in more detail below, but it can generally be stated that these signals are two amplitude measurements which are transmitted via lines of the measuring cable 12 and are arranged in the above-ground ^ Processing facility separated by frequency discrimination will. *
5 0 9827/010:05 0 9827/010: 0
Das "bedeutet, daß die Amplituden-Information der einen Arbeitsfrequenz über das Meßkabel 12 mit einer ersten Zwischenfrequenz f., und' die Amplituden-Information der zweiten Arbeits-Frequenz über das Meßkabel 12 mit einer zweiten Zwischenfrequenz f2 übermittelt wird.This means that the amplitude information of the one working frequency is transmitted via the measuring cable 12 with a first intermediate frequency f., And the amplitude information of the second working frequency is transmitted via the measuring cable 12 with a second intermediate frequency f 2.
Bei näherer Betrachtung des Signal-Verarbeitungsschaltkreises 37 kann man erkennen, daß das Doppelfrequenz-Eingangs-Signal vom Meßkabel 12 vom Eingangs-Verstärker 29 verstärkt und einem Signalspalter-Schaltkreis 30 zugeführt wird. Der Signalspalter-Schaltkreis 30 kann Hochfrequenz-Filtereinrichtungen aufweisen, z.B. welche, die das Signal in seine zwei Frequenzkomponenten f., und $£ aufteilen. Das Signal der Frequenz f., wird einem Amplituden-Detektor 31 übermittelt. Die in der Amplitude enthaltene Information wird danach einem Aufzeichnungsgerät 24 zugeleitet, der die Amplitude mit der Frequenz fp als Funktion der Bohrlochtiefe aufzeichnet. Der zweite Amplituden-Detektor 32 ermittelt die Amplitudeninformation, die mit der Frequenz fp ermittelt wird und danach dem zweiten Aufzeichnungsgerät 25 zugeleitet, das diese Information ebenfalls als Funktion der Bohrlochtiefe aufzeichnet.Upon closer inspection of the signal processing circuit 37, it can be seen that the double-frequency input signal from the measuring cable 12 is amplified by the input amplifier 29 and fed to a signal splitter circuit 30. The signal splitter circuit 30 can have high-frequency filter devices, for example those which split the signal into its two frequency components f., And $. The signal of frequency f. Is transmitted to an amplitude detector 31. The information contained in the amplitude is then fed to a recording device 24 which records the amplitude with the frequency fp as a function of the borehole depth. The second amplitude detector 32 determines the amplitude information, which is determined with the frequency fp and then fed to the second recording device 25, which also records this information as a function of the borehole depth.
Alternativ dazu kann die Anordnung des Signal-Verarbeitungsschaltkreises 38 verwendet werden. In diesem Signal-Verarbeitungsschaltkreis 38 wird das Doppelfrequenz-Eingangssignal einem Signalspalter-Schaltkreis 33 zugeführt, der ähnlich dem vorbeschriebenen Signalspalter-Schaltkreis 30 ausgebildet ist, und in zwei unterschiedliche Zwischen-Alternatively, the arrangement of the signal processing circuit 38 can be used. In this signal processing circuit 38, the double frequency input signal a signal splitter circuit 33 which is similar to the signal splitter circuit described above 30 is formed, and in two different intermediate
509827/0160509827/0160
frequenzkomponenten f^ und fp aufgeteilt. Ein Analog/ Digital-Schaltkreis 34 wird zur Ermittlung der "bei der-· Frequenz f* erzeugten Amplitude und Umwandlung dieses-Signales in die digitale Form verwendet. Vergleichbar dazu wird ein Analog/Digital-Schaltkreis 35 zur. Ermittlung der bei der Frequenz fp erzeugten Amplitude und Umwandlung dieses Signales in die digitale Form benutzt. Die von den Analog/Digital-Schaltkreisen 34 und '35 erzeugten Digital-Signale können dann einem Rechner 39 zugeführt werden, z.B. einem PDP 11 Rechner der Digital Equipment Company of Cambridge, Massachusetts. Die in den Rechner.39 eingegebene Information kann dann unter Verwendung eines entsprechenden Programmes direkt in Werten ausgegeben werden, die den spezifischen. Widerstand und Dielektrizitätskonstante der das Bohrloch 13 umgebenden Erdformation anzeigen. Die Ausgangssignale des Rechners 39 können den digitalen Aufzeichnungsgeräten 26 und 27 zugeführt und als Funktion der Bohrlochtiefe aufgezeichnet werden. Die Art der Bestimmung des spezifischen Widerstandes und der Dielektrizitätskonstanten innerhalb des Rechners wird nachfolgend noch näher erläutert.frequency components f ^ and fp divided. An analog / digital circuit 34 is used to determine the amplitude generated at the frequency f * and to convert this signal into digital form The digital signals generated by the analog-to-digital circuits 34 and 35 can then be fed to a computer 39, such as a PDP 11 computer from the Digital Equipment Company of Cambridge, Massachusetts. The information entered into the computer 39 can then be output, using an appropriate program, directly in the form of values which indicate the specific resistance and dielectric constant of the earth formation surrounding the borehole 13. The output signals of the computer 39 can be fed to the digital recording devices 26 and 27 as a function of the borehole depth. The type of determination of the specific The resistance and the dielectric constant within the computer are explained in more detail below.
In Fig. 2 ist in schematisierterBlockformdie Bohrloch-Sonde 11 zusammen mit der Geber- und Empfänger-Elektronik dargestellt. Von einer Batterie 51 und einem Regler 52 wird eine Gleichstromspannung zur.Beaufschlagung der Geber-Schaltkreise geführt. Die Geber-Schaltung für die 16-MHz-Geberspule beinhaltet einen kristallgesteüertenIn Figure 2, in schematic block form, is the downhole probe 11 together with the transmitter and receiver electronics. From a battery 51 and a regulator 52 a direct current voltage is used to apply the Encoder circuits out. The transmitter circuit for the 16 MHz transmitter coil contains a crystal-controlled one
509827/0160509827/0160
Oszillator 53, der bei der Geber-Frequenz von 16-MHz arbeitet. Der Ausgang des Oszillators 53 ist mit einem Steuerschaltkreis 54 verbunden, dessen "Verstärkung in einer nachfolgend noch näher erläuterten Weise erfolgt. Der verstärkte .16-MHz-Ausgang des SteuerschaltkreisesOscillator 53 operating at the encoder frequency of 16 MHz is working. The output of the oscillator 53 is connected to a control circuit 54 whose "gain in takes place in a manner explained in more detail below. The amplified .16 MHz output of the control circuit
54 wird einer Verstärkerstufe 55 zugeführt, der das Signal auf einen rtert von ungefähr einen Watt verstärkt.54 an amplifier stage 55 is supplied to the ert the signal to a RT of approximately one watt amplified.
Der 16-MHz-Ausgang der Verstärkerstuf© 55 ist über ein Symmetrierglied 56 mit der Geberspule 17 gekoppelt. Der Geber-Ausgangsstrom im Symmetrierglied 56 wird über eine Geberwicklung 58 überwacht und von einem Gleichstrom-^- Schaltkreis 59 ermittelt, der ein Ausgangssignal erzeugt, das vom Leistungs-Steuerschaltkreis 60 zur Steuerung der Verstärkung des Steuerschaltkreises 54 benutzt wird. Auf diese Weise wird ein konstanter Ausgangsstrom an der Verstärkerstufe 55 zur Geberspule 17 erzeugt.The 16 MHz output of the amplifier stage © 55 is via a Balun 56 coupled to the transmitter coil 17. The encoder output current in the balun 56 is a Encoder winding 58 monitored and by a direct current - ^ - Circuit 59 detects which generates an output signal that is used by the power control circuit 60 for controlling the Amplification of the control circuit 54 is used. In this way there is a constant output current at the Amplifier stage 55 for transmitter coil 17 is generated.
Die 30-MHz-Geberschaltung weist einen kristallgesteuerten Oszillator 61, der bei einer Frequenz von 30-MHz arbeitet und-ein 30-MHz-Ausgangssignal zum Verstärker 62 übermittelt, der das Signal auf einen Wert von ungefähr einem Watt verstärkt, auf. Das 30-MHz-Ausgangssignal vom Verstärker 62 ist über ein Symmetrierglied 63 und abgeschirmte Leitungen 67 und 68 mit den Spulen 18,19 der 30-MHz-Doppelgeberspule verbunden. Die Doppelgeberspulen 18,19 sind auch in elektrostatischen Abschirmungen 69,70 untergebracht. Der Ausgangsstrom des Verstärkers 62 wird über eine Geberwicklung 64 in dem Symmetrierglied 63 überwacht und an Gleichstrom-The 30 MHz encoder circuit has a crystal controlled Oscillator 61, which operates at a frequency of 30 MHz and - transmits a 30 MHz output signal to amplifier 62, which amplifies the signal to a value of approximately one watt. The 30 MHz output from amplifier 62 is via a balun 63 and shielded lines 67 and 68 with coils 18, 19 of the 30 MHz double encoder coil tied together. The dual encoder coils 18, 19 are also housed in electrostatic shields 69, 70. The output current of the amplifier 62 is monitored via a transmitter winding 64 in the balun 63 and connected to direct current
509827/0160509827/0160
Strom-Detektor 65 übermittelt. Das-Ausgängssignal von diesem Detektor 65 wird an einen Leistungs-Steuerschältkreis 66 angelegt, der eine Steuerspannung an den Ver- -. stärker 62 und an den kristallgesteuerten Oszillator '61 abgibt. Auf diese Weise wird der Ausgangsstrom des 30-MHz-Gebers auf einem ungefähren konstanten Wert gehalten.Current detector 65 transmitted. The output signal from this detector 65 is connected to a power control circuit 66 applied, which applies a control voltage to the supply -. stronger 62 and to the crystal controlled oscillator '61 gives away. In this way, the output current of the 30 MHz encoder is kept at an approximately constant value.
Die Arbeitsspannung für den in Fig. 2 dargestellten Empfängerschaltkreis wird von einer gesteuerten Stromquelle 71 erzeugt, die eine Spannung von £ 15 Volt erzeugt. Der Eingangsstrom der Stromquelle 71 wird über Leitungen im Meßkabel zugeführt, die von der übertägigen Stromquelle beaufschlagt werden. Die Empfängerspule 21, die ebenfalls in einer Abschirmung 72 angeordnet ist, empfängt simultan Signale von Strömen, die von der 16-MHz-Geberanordnung und der 30-MHz-Geberanordnung in der Formation induziert wurden. Die von den beiden Geberanordnungen ausgegangenen empfangenen Signale werden von der Empfängerspule 21 über einen Signalspalter-Schaltkreis 73 einer Empfänger-Elektronik zugeführt. Der Signalspalter-Schaltkreis 73 weist eine. Sekundärwicklung auf, die auf die 16-MHz und 30-MHz-Frequenzen der Empfangssignale abgestimmt sind. Das Signal von der 16-MHz-Wicklung des Signalspalter-Schaltkreises wird einer Mischstufe lh übermittelt. Die Mischstufe 74 ist ebenso mit einem kristallgesteuerten Oszillator 75 verbunden, der ein Aus gangs signal -(16,.010-MHz) abgibt. Nachdem die Mischung in der Mischstufe durchgeführt wurde, wird ein Signal in einem ersten ZwischenfrequenzbereichThe operating voltage for the receiver circuit shown in FIG. 2 is generated by a controlled current source 71 which generates a voltage of £ 15 volts. The input current of the current source 71 is supplied via lines in the measuring cable, which are acted upon by the surface current source. The receiver coil 21, which is also arranged in a shield 72, simultaneously receives signals from currents which have been induced in the formation by the 16 MHz transmitter arrangement and the 30 MHz transmitter arrangement. The received signals emanating from the two transmitter arrangements are fed from the receiver coil 21 via a signal splitter circuit 73 to receiver electronics. The signal splitter circuit 73 has a. Secondary windings that are matched to the 16 MHz and 30 MHz frequencies of the received signals. The signal from the 16 MHz winding of the signal splitter circuit is sent to a mixer lh . The mixer 74 is also connected to a crystal-controlled oscillator 75, which emits an output signal - (16, .010 MHz). After the mixing has been carried out in the mixer stage, a signal is generated in a first intermediate frequency range
509827/CH &Q509827 / CH & Q
von ungefähr 10-KHz den Verstärkerstufen 76 und 77 zugeführt. Gleichermaßen wird das Signal von der 30-MHz-Wicklung des Signalspalter-Schaltkreises 73 einer Mischstufe 78 zugeführt, die auch mit einem kristallgesteuerten Oszillator 79 verbunden ist und von diesem mit einem 30,025-MHz-Ausgangssignal beaufschlagt wird. Nach der Signalmischung in der Mischstufe 78, wird von dieser ein Ausgangssignal in einen Zwischenfrequenzbereich von ungefähr 25-KHz abgegeben, das den Verstärkerstufen 80 und 81 zugeführt wird. Das 10-KHz-Ausgangssignal der Verstärkerstufe 77 und das 25-KHz-Ausgangssignal der Verstärkerstufe 81 werden beide einem Summierungs-Verstärker 82 zugeführt, der die beiden vorgenannten Ausgangssignale addiert und ein entsprechendes Ausgangssignal an einen Leiter im Meßkabel 12 zur Weiterleitung nach übertage übermittelt. Dieses nach Übertrag gesandte Summensignal enthält somit die Amplitudeninformation der von der Empfängerspule 21 empfangenen Signale von den Formation-Strömen, die von den Geberspulen'(16- und 30-MHz) induziert wurden.of approximately 10 KHz is fed to amplifier stages 76 and 77. Likewise, the signal is from the 30 MHz winding of the signal splitter circuit 73 is fed to a mixer 78, which also has a crystal controlled oscillator 79 is connected and from this with a 30.025 MHz output signal is applied. After the signal has been mixed in the mixer 78, an output signal in emits an intermediate frequency range of approximately 25 KHz, which is fed to the amplifier stages 80 and 81. The 10 KHz output signal of amplifier stage 77 and the 25 KHz output signal of amplifier stage 81 are both one Summing amplifier 82 supplied to the two aforementioned Output signals added and a corresponding output signal to a conductor in the measuring cable 12 for forwarding transmitted after days. This sum signal sent after the carry thus contains the amplitude information of the signals received by the receiver coil 21 from the formation currents transmitted by the transmitter coils' (16- and 30-MHz) were induced.
Die in Fig. 2 in Blockform dargestellte Schaltung ist in Fig. 3A und 3B detaillierter dargestellt. In Fig. 3B ist ein Regler 52 gezeichnet, der temperaturkompensiert die Spannung der Batterie regelt. Der Regler 52 weist einen Arbeitsverstärker 83, einen Transistor 84, eine Diode 85 und einen Sensistor 86 auf. Der Regler 52 dient zur Aufrechterhai tung einer + 15-Volt Vergleichsspannung der 32-Volt batterie 51, während die Geberschaltkreise in Arbeitsstellung sind.The circuit shown in block form in FIG. 2 is shown in greater detail in FIGS. 3A and 3B. In Fig. 3B is a regulator 52 is drawn, which regulates the voltage of the battery in a temperature-compensated manner. The controller 52 has a Working amplifier 83, a transistor 84, a diode 85 and a sensistor 86. The controller 52 is used for the maintenance shark Creation of a +15 volt comparison voltage of the 32 volt battery 51, while the control circuits are in working position are.
509827/0160509827/0160
Es ist verständlich, daß in Arbeitsstellung der Geberschaltkreise die Batteriespannung der Batterie 51 variieren kann. Die -Konstanthaltung der + 15-Volt Gleichspannung wird durch den Regler 52 mittels einer Vergleichsspannung, sichergestellt. Diese Vergleichsspannung wird in' den Geberschaltkreisen, wie nachfolgend noch näher erläutert,· verwendet. Der kristallgesteuerte 16-MHz-Oszillator 53 von Fig. 2 enthält, wie aus Fig. 3B zu ersehen ist, einen Transistor 87, und ein 16-MHz-Kristall 88 und zugehörige Schaltkomponenten. Das Kristall 88 ist mittels eines Transformators 89 mit einem Steuerschaltkreis (in Fig. mit der Bezugszahl 54 gekennzeichnet), der einen Transistor 90 und zugehörige Schaltelemente aufweist, verbunden. Das verstärkte Ausgangssignal des Transistors 90"ist ebenfalls über einen Transformator 91 mit einer Verstärkerstufe verbunden, die einen Transistor 92'und die zugehörigen Schaltelemente aufweist. Die den Transistor 92 enthaltende Verstärkerstufe erzeugt einen Ausgangswert, von ungefähr einem Watt bei 16-MHz. Dieses Ausgangssignal ist mit der 16-MHz-Geberspule 17 über das Symmetrierglied 56» das eine Bifilarwicklung aufweist, verbunden. Dieses Symmetrierglied 56, das als Umformer ausgebildet ist, ist eine Impedanz-Anpassunggeinrichtung, die das Ausgangssignal der Verstärkerstufe 55 (Fig. 2) zur Impedanz der Geberspule 17 anpaßt (ungefähr eine 4 : 1 Impedanzumformung). Die Verwendung eines Symmetriergleides 56 ermöglicht es der Geberspule 17, ungeerdet zu arbeiten, anstatt an irgendeinem Punkt der Spule eine ErdungsrUckführung- aufzuweisen. -.-■-It is understandable that the battery voltage of the battery 51 can vary in the operating position of the transmitter circuits. Keeping the + 15-volt DC voltage constant ensured by the regulator 52 by means of a comparison voltage. This equivalent stress is in 'the Encoder circuits, as explained in more detail below, used. The 16 MHz crystal controlled oscillator 53 of Fig. 2, as seen in Fig. 3B, includes a transistor 87, and a 16 MHz crystal 88 and associated Switching components. The crystal 88 is connected to a control circuit (in Fig. denoted by the reference number 54), which has a transistor 90 and associated switching elements, connected. The amplified output of transistor 90 "is also Connected via a transformer 91 to an amplifier stage, which has a transistor 92 'and the associated Has switching elements. The amplifier stage including transistor 92 produces an output value of approximately one watt at 16 MHz. This output signal is one thing with the 16 MHz transmitter coil 17 via the balun 56 Has bifilar winding connected. This balun 56, which is designed as a converter, is a Impedance matching device, which the output signal of the amplifier stage 55 (Fig. 2) to the impedance of the transmitter coil 17 (approximately a 4: 1 impedance conversion). The use of a Symmetriergleides 56 enables the Transmitter coil 17 to work ungrounded instead of any Point of the coil to have an earth return. -.- ■ -
509827/0160509827/0160
Jedoch ist die Abschirmung 57 der Geberspule 17 geerdet, so daß ausschließlich das abgestrahlte Ausgangssignal der Geberspule selber die das Bohrloch umgebende Erdformation erreicht. Am Mittelabgriff der Bifilarwicklung des Symmetriergliedes 56 ist die Geberwicklung 58 angelegt, die als Ringkerntransformator ausgebildet ist und den Strom ermittelt. Ein Schaltkreis für die Ermittlung eines Spitzenwertes, der eine Diode 93 und einen Widerstand 94 beinhaltet, ist mit dem Ausgang der Geberwicklung 58 verbunden und erfüllt die Funktion des Gleichstrom- -Schaltkreises 59 aus Fig. 2. Die Spitzenspannung, die proportional zum Strom in der Bifilarwicklung des Symmetriergliedes 56 ist, wird auf diese Weise ermittelt und einem Eingang eines Arbeitsverstärkers 95 übermittelt. Eine Vergleichsspannung wird dem anderen Eingang des Arbeitsverstärkers vom Potentiometer 96 zugeführt. Jeder Unterschied zwischen der Vergleichsspannung vom Potentiometer 96 und der Spitzenspannung von der Geberwicklung 58, wird vom Arbeitsverstärker 95 verstärkt und der Basis spannungssteuernden Transistors 96 A zugeführt, der die Funktion des Leistungs-Steuerschaltkreises 6O in Fig. 2 erfüllt. Da die Batteriespannung der Batterie 51 dem Kollektor des Transistors 90 über den spannungssteuernden Transistor 96 A zugeführt wird, steuert das der Basis des Transistors 96 A zugeleitete Steuersignal die Höhe der dem Kollektor des Transistors 90 .zugeführten Spannung. Dadurch wird die Verstärkung des dem Transistor 90 und die zugehörigen Schaltelemente enthaltenden Steuerschalt-However, the shield 57 of the transmitter coil 17 is grounded, so that only the emitted output signal of the transmitter coil itself the earth formation surrounding the borehole achieved. The encoder winding 58 is placed at the center tap of the bifilar winding of the balun 56, which is designed as a toroidal transformer and determines the current. A circuit for discovery a peak value, which includes a diode 93 and a resistor 94, is connected to the output of the encoder winding 58 connected and performs the function of the DC circuit 59 of Fig. 2. The peak voltage, the proportional to the current in the bifilar winding of the balun 56 is determined in this way and transmitted to an input of a working amplifier 95. A comparison voltage is sent to the other input of the Working amplifier fed from the potentiometer 96. Everyone Difference between the equivalent voltage from the potentiometer 96 and the peak voltage from the encoder winding 58, is amplified by the working amplifier 95 and the base voltage-controlling transistor 96 A supplied to the Function of the power control circuit 6O in FIG. 2 fulfilled. Since the battery voltage of the battery 51 is the Collector of transistor 90 via the voltage-controlling Transistor 96 A is fed, controls the base of the The control signal fed to transistor 96 A determines the level of the voltage fed to the collector of transistor 90. This increases the gain of the control circuit containing transistor 90 and the associated switching elements.
509827/0160509827/0160
kreises auf einen Wert, wie er von der Geberwicklung 58 ermittelt wird, aufrechterhalten, um einen konstanten Ausgangsstrom von der den Transistor 92 und die zügehörigen Schaltelemente enthaltenden Verstärkerstufe- 55 zu erzeugen.circle to a value as determined by the encoder winding 58, maintained to a constant Output current from the transistor 92 and its associated To generate switching elements containing amplifier stage 55.
Der kristallgesteuerte Oszillator 61 weist einen Transistor 97 und einen 30-MHz-Krlstall 98 'auf. Das 30-14Hz-Ausgangssignal des Oszillators ist über einen Transformator 99 mit einer einen Transistor 100'und zugehörige Schaltelemente enthaltenden Verstärkerstufe gekoppelte Der Transistor 100 mit den zugehörigen Schaltelementen entspricht der Verstärkerstufe 62 nach Fig. 2 und dient zur-unmittelbaren Verstärkung des Signals vom 30-MHz-Oszillators auf einen Wert von ungefähr einem Watt. Das Ausgangssignal vom Transistor 100 ist mit der 30-MHz-Geberspule 18, 19 über die Bifilarwicklung des Symmetriergliedes 63 und die abgeschirmten Leitungen 67 und 68 verbunden. Das mit der Bifilarwicklung versehene Symmetrierglied 63 dient als Impedanzanpassungs-Einrichtung zwischen der Verstärkerstufe und den Geberspulen 18 und 19 (mit einer ungefähren Impedanzumformung von etwa 4 : 1). Der Ausgangsstrom des Transistors 100 wird vom Symmetrierglied 63 über eine Geberwicklung 64 überwacht, die der Geberwicklung 58 entspricht. Die in der Sekundärwicklung der Geberwicklung 64 erzeugte Spitzenspannung wird von einem Schaltkreis ermittelt, der eine Diode 101, einen Filterschaltkreis 106 und einen Widerstand 102 aufweist und dem Gleichstrom-^f -.Detektor .65 in Fig. 2 entspricht. Diese Spitzenspannung, die proportional zum Ausgangsstrom des Transistors 100 ist, wirdThe crystal controlled oscillator 61 comprises a transistor 97 and a 30 MHz crystal 98 '. The 30-14Hz output signal of the oscillator is coupled via a transformer 99 to an amplifier stage containing a transistor 100 ′ and associated switching elements 100 with the associated switching elements corresponds to the amplifier stage 62 according to FIG. 2 and serves for the direct amplification of the signal from the 30 MHz oscillator a value of about one watt. The output signal from transistor 100 is connected to the 30 MHz transmitter coil 18, 19 About the bifilar winding of the balun 63 and the shielded lines 67 and 68 connected. That with the Bifilar winding provided balun 63 serves as Impedance matching device between the amplifier stage and the transmitter coils 18 and 19 (with an approximate Impedance conversion of about 4: 1). The output current of the transistor 100 is supplied by the balun 63 via a transmitter winding 64, which corresponds to the encoder winding 58. The one generated in the secondary winding of the encoder winding 64 Peak voltage is detected by a circuit comprising a diode 101, a filter circuit 106 and a resistor 102 and the direct current ^ f -Detector .65 in Fig. 2 corresponds. This peak voltage, which is proportional to the output current of transistor 100, becomes
509827/016 0509827/016 0
-24- 24A0676-24- 24A0676
einem Eingang eines Arbeitsverstärkers 103 zugeführt. Ein Signal, das proportional der Differenz zwischen der Vergleichsspannung und der Spitzenspannung, die in der Sekundärwicklung der Geberwicklung 64 ermittelt, wird, wird am Ausgang des Arbeitsverstärkers 103 erzeugt und der Basis eines die Reihenspannung steuernden Transistors 105 zugeführt. Da die Arbeitsspannung für den Transistor 97 des Oszillators und den Transistor 100 für die Verstärkerstufe über den vorgenannten Transistor 105 gegeben wird, steuert das Ausgangssignal vom Arbeitsverstärker 103 die Größe dieser Spannungen und reguliert somit den 30-MHz-Geberausgang, um einen konstanten Ausgangsstrom, wie er von der Geberwicklung 64 überwacht wird, sicherzustellen. Auch hier ermöglicht die Bifilarwicklung des Symmetriergliedes 63 den Geberspulen 18 und 19, ungeerdet zu arbeiten, da die die Geberspulen umgebenden Abschirmungen 69 und 7Q geerdet sind.fed to an input of a working amplifier 103. A signal that is proportional to the difference between the Comparison voltage and the peak voltage that is determined in the secondary winding of the encoder winding 64, is generated at the output of the working amplifier 103 and the base of a transistor controlling the series voltage 105 supplied. As the working voltage for transistor 97 of the oscillator and transistor 100 for the amplifier stage is given via the aforementioned transistor 105, controls the output signal from the working amplifier 103 the size of these voltages and thus regulates the 30 MHz encoder output in order to ensure a constant output current, how it is monitored by the encoder winding 64 to ensure. Here, too, the bifilar winding enables the Symmetrier 63 the transmitter coils 18 and 19 to work ungrounded, since the shields surrounding the transmitter coils 69 and 7Q are grounded.
Die geregelten Arbeitsspannungen für den Empfängerschaltkreis werden von der steuerbaren Stromquelle 71 zugeführt, die Transistoren 107,108, Arbeitsverstärker 109, 110, Dioden 111, 112 und Sensistoren 113, 114 aufweist. Die Sensistoren 113 und 114 dienen zur Temperaturkompensierung der von der Stromquelle 71 erzeugten Spannungen aufgrund von jeglichen Temperatureinwirkungen auf die Transistoren 107 und 108 und auf die Arbeitsverstärker 109 und 110. Die Stromquelle 71 gibt eine geregelte Ausgangsspannung von - 15 Volt Gleichspannung für den Betrieb des Empfänger-The regulated working voltages for the receiver circuit are supplied by the controllable current source 71, which has transistors 107, 108, working amplifiers 109, 110, diodes 111, 112 and sensors 113, 114. The Sensi gates 113 and 114 are used for temperature compensation of the voltages generated by the power source 71 due to any temperature effects on the transistors 107 and 108 and the work amplifiers 109 and 110. The current source 71 is a regulated output voltage of - 15 volts DC for operation of the receiver -
5 0 9827/01605 0 9827/0160
Schaltkreises ab, wobei die Stromquelle 71 .ihre. Eingangsspannung über Leitungen des Meßkabels 12 erhält.·. Circuit from, with the power source 71 .Its. Receives input voltage via lines of measuring cable 12. ·.
Das arriierte Meßkabel ist als Triaxialkabel ausgebildet und weist eine äußere Abschirmung, eine Isolationsschicht, eine koaxiale Abschirmung, eine zweite Isolationsschicht und einen Innenleiter auf, wie es in Fig. 3A angedeutet ist. Selbstverständlich kann auch ein entsprechendes anderes Meßkabel Verwendung finden.The locked measuring cable is designed as a triaxial cable and has an outer shield, an insulation layer, a coaxial shield, a second insulation layer and an inner conductor, as indicated in Fig. 3A. Of course, a corresponding other can also be used Find measuring cable use.
Aus Fig. 3A ist ersichtlich, daß die von den zwei Geberspulen in die Formation induzierten 16-MHz-'und 30-MHz-Signale an der Empfängerspule 21 empfangen werden, die in der elektrostatischen Abschirmung untergebracht ist.■ Diese zusammengefaßten Signale werden dem Signalspalter^ ' Schaltkreis 73 zugeführt, der einen Sekundär-Schwingkreis hoher Güte für die 16-MHz- und 30-MHz-Frequenzen der beiden Geberspulen aufweist. Das 16-MHz-Signal vom Signalspalter-Schaltkreis 73 wird einem Feldeffekt-Transistor 115 zugeführt, der als Mischstufe dient, die der Mischstufe 74 in Fig. 2 entspricht. Das Tor (gate) des Feldeffekt- : Transistors 115 ist außerdem von einem 16,010-MHz-Signal beaufschlagt, das von dem einen Transistor 116, einem Kristall 117 und zugehörige Schaltelemente aufweisenden kristallgesteuerten Oszillator .herrührt. Das aufgrund der Mischwirkung des Feldeffekt-Transistors 115 erfolgende 10-KHz-Ausgangssignal wird dem temperaturkompensierten Zweistufen-Verstärker zugeführt, der Arbeitsverstärker 118 und 119 und zugehörige Schaltelemente, mit denFrom Fig. 3A it can be seen that the two transducer coils 16 MHz and 30 MHz signals induced in the formation can be received at the receiver coil 21 housed in the electrostatic shield These combined signals are assigned to the signal splitter ^ ' Circuit 73 is supplied which has a high Q secondary resonant circuit for the 16 MHz and 30 MHz frequencies of the two Has encoder coils. The 16 MHz signal from the signal splitter circuit 73 is fed to a field effect transistor 115, which serves as a mixer stage, that of mixer stage 74 in Fig. 2 corresponds. The gate of the field effect: Transistor 115 is also on a 16.010 MHz signal applied to the one transistor 116, one Crystal 117 and associated switching elements having crystal controlled oscillator. That is because of the Mixing effect of the field effect transistor 115 occurring 10 KHz output signal is the temperature compensated Two-stage amplifier fed to the working amplifier 118 and 119 and associated switching elements, with the
50 98277 016050 98277 0160
Sensistoren 120 und 121 aufweist. Jegliche Drift in der Arbeitscharakteristik der Arbeitsverstärker 118 und 119 wird durch die Wirkung der Sensistoren 120 und 121 kompensiert. ·Has sensistors 120 and 121. Any drift in the working characteristics of the working amplifiers 118 and 119 is compensated by the action of the sensors 120 and 121. ·
Gleichermaßen wird die 30-MHz-Komponente des an der Empfängerspule 21 empfangenen Signals dem Tor eines Feldeffekt-Transistors 122 zugeführt, der die Funktion der Mischstufe in Fig. 2 hat. Ein 30,025-MHz wird von einem einen Transistor 123 und einen Kristall 124 und zugehörige Schaltelemente aufweisenden kristallgesteuerten Oszillator zugeführt, Das 30,025-MHz-Signal wird ebenfalls dem Tor des Feldeffekt-Transistors 122 zugeführt. · Aufgrund der Mischwirkung des Feldeffekt-Transistors 122 wird ein 25-KHz-Ausgangssignal am Ausgang des Feldeffekt-Transistors 122 erzeugt, das einem temperaturkompensierten Zweistufen-Verstärker zugeführt wird, der durch Sensistoren 127 und 128 temperaturstabilisierte Arbeitsverstärker 125 und 126 aufweist. Die 10-KHz- und 25-KHz-Ausgangssignale der Arbeitsverstärker 119 und 126, werden einem Summierungs-Verstärker zugeführt, der dem in Fig. 2 mit der Bezugszahl 82 entspricht und einen Arbeitsverstärker 128 aufweist. Der Arbeitsverstärker 128 dient zur Summierung dieser beiden Zwischenfrequenz-Sigriale und Erzeugung eines verstärkten Ausgangssignals des summierten.Signals zwecks Übertragung über den Innenleiter des triaxialen Meßkabels 12 nach Übertage. Übertage werden die Signale verstärkt und in einer der alternativen VerfahrensweisenLikewise, the 30 MHz component of the signal received at receiver coil 21 becomes the gate of a field effect transistor 122, which has the function of the mixer stage in FIG. A 30.025-MHz is used by a crystal controlled ones comprising a transistor 123 and a crystal 124 and associated switching elements Oscillator supplied, the 30.025 MHz signal is also supplied fed to the gate of the field effect transistor 122. · Due to the mixing effect of the field effect transistor 122, a 25 KHz output signal at the output of the field effect transistor 122 generated, which is fed to a temperature-compensated two-stage amplifier, which is controlled by sensistors 127 and 128 temperature-stabilized working amplifiers 125 and 126. The 10 KHz and 25 KHz output signals the working amplifiers 119 and 126 are fed to a summing amplifier similar to that shown in FIG corresponds to reference numeral 82 and has a working amplifier 128. The working amplifier 128 is used for summing these two intermediate frequency signals and generation of an amplified output signal of the summed signal for the purpose of transmission via the inner conductor of the triaxial measuring cable 12 to the surface. The signals are above ground reinforced and in one of the alternative procedures
509827/0160509827/0160
ermittelt, wie es in der Beschreibung der Fig.' 1 offen- bart ist. ' ""' · :Γ · " : determined as it is in the description of Fig. ' 1 is disclosed. '""' · : Γ · " :
Fig. 6 zeigt eine theoretisch abgeleitete Graphik eines mittels des vorbeschriebenen Bohrloch-Meßsystems erhaltenen Ergebnisses, bei dem die Meßsonde in einem homogenen Material eingebettet war. Die normierten·'Feldamplituden der an der an der Empfängerspule aufgrund der 32-MHz : : Doppelgeberauspendung empfangenen Signale werden auf der Abzisse aufgetragen, während die Ordinate eine Aufzeichnung der normierten Feldamplitude .des empfangenen 16-MHz-Signals enthält. Unter "normiert" ist gemeint, daß die empfangenen Signale zu ihren entsprechenden Werten in Luft bezogen sind; d.h., daß die Amplitude des bei einer Frequenz von 30-MHz empfangenen Signals aufgrund einer Aussendung in Luft aufgeteilt wird in dem empfangenen Signal des Gesamtfeldes in der Formation aufgrund des ausgesandten 30-MHz-Signals. Auf ähnliche Weise wird das bei 16-MHz an der Empfängerspule empfangene Formationssignal durch die Amplitude des in Luft empfangenen 16 MHz-Signals geteilt. - · "·"'■'.-6 shows a theoretically derived graph of a result obtained by means of the above-described borehole measuring system, in which the measuring probe was embedded in a homogeneous material. The normalized · 'field amplitudes at the receiver coil on the basis of the 32-MHz: Doppelgeberauspendung received signals are plotted along the abscissa, while the ordinate contains a record of the normalized field amplitude .of the received 16 MHz signal. By "normalized" it is meant that the received signals are related to their corresponding values in air; that is, the amplitude of the signal received at a frequency of 30 MHz due to transmission in air is divided into the received signal of the total field in the formation due to the transmitted 30 MHz signal. Similarly, the formation signal received at 16 MHz at the receiver coil is divided by the amplitude of the 16 MHz signal received in air. - · "·"'■' .-
Die in Fig. 6 dargestellten Kurven sind eine Funktion von den Leitfähigkeitseigenschaften und den'DielektriZitatseigenschaften des homogenen Mediums,in dem die Meßsonde zum Zwecke einer graphischen Darstellung gemäß Fig. 6 eingebettet ist. Aus Fig. 6 geht hervor, daß die 16-MHz- und 32-MHz-Frequenzen der Amplituden des normierten FeldesThe curves shown in FIG. 6 are a function of the conductivity properties and the dielectric properties of the homogeneous medium in which the measuring probe is embedded for the purpose of a graphic representation according to FIG. From Fig. 6 it can be seen that the 16 MHz and 32 MHz frequencies of the amplitudes of the normalized field
5 0 9827/0160 '5 0 9827/0160 '
Funktionen sowohl der Leitfähigkeit als auch der dielektrischen Eigenschaften der Erdformation sind, daß die Amplitude des 16-Mfiz-Signals von den Leitfähigkeitseigenschaften der Erdformation mehr abhängig ist als.die 32-MHz-Frequenzamplitude. Dagegen ist das 32-MHz-Signal in einem homogenen Medium merklich stärker durch die di- ■ elektrischen Eigenschaften der Erdformation als das normierte 16-MHzrSignal beeinflußt.Functions of both conductivity and dielectric Properties of the earth formation are that the amplitude of the 16-Mfiz signal is more dependent on the conductivity properties of the earth formation than 32 MHz frequency amplitude. Against this is the 32 MHz signal in a homogeneous medium noticeably stronger due to the dielectric ■ properties of the earth formation than the normalized one 16 MHz signal affected.
Die Verwendung einer Doppelgeberspulen-Anordnung gemäß Fig. 1, 2, 3A und 3B bei einer 30-MHz-Frequenz sichert einen Focuszierurigseffekt auf das 30-MHz-Signal, woraus eine tiefere Durchdringung des 30-MHz-Signals in die das Bohrloch umgebende Formation resultiert. Das nichtfocuszierte 16-MHz-Signal spricht normalerweise auf Formationsmaterialien an, die nicht so weit vom Bohrloch entfernt liegen.· Da jedoch die 16-MHz-Geberspule weiter von der Empfängerspule als die 30-MHzrDoppelgeberspule entfernt angeordnet ist, wird ungefähr die gleiche radiale Zone von jedem System in einem homogenen Medium untersucht. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß aufgrund von variierenden Dielektrizitäts- und Leitfähigkeitseigenschaften der das Bohrloch umgebenden Erdformationen, dies nicht immer der Fall sein muß. In einigen Fällen wird das 30-MHz-Frequenzsignal durch die stark leitenden Invsionszonen, leitfähiger Medien aus dem Bohrloch, daran gehindert, so tief einzudringen, wie es normalerweise bei einem weniger leitfähigen Medium der Fall wäre.The use of a double transmitter coil arrangement according to Figures 1, 2, 3A and 3B backs up at a 30 MHz frequency a Focuszierurigseffekt on the 30 MHz signal, from which a deeper penetration of the 30 MHz signal into the das Formation surrounding the borehole results. The unfocused 16 MHz signal normally speaks on formation materials that are not that far from the borehole. · Since, however, the 16 MHz encoder coil continues from the receiver coil as the 30 MHz dual transmitter coil remotely, approximately the same radial zone is examined from each system in a homogeneous medium. It should be noted, however, that due to varying dielectric and conductivity properties of the earth formations surrounding the borehole, this does not always have to be the case. In some cases that will 30 MHz frequency signal through the highly conductive invasion zones, conductive media from the borehole, prevented from penetrate as deep as would normally be the case with a less conductive medium.
50 98 27/0 16050 98 27/0 160
Auf jeden Fall ist es erkennbar, daß durch Erstellung normierter Gesamtfeld-Amplitudenmessungen bei zwei unterschiedlichen Frequenzen (16-MHz und 30-MHz), wie es mit Bezug auf die Fig. 1, 2, 3A und 3B beschrieben wurde und durch Bezug auf die Erstellung einer'Koordinatendarstellung von theoretisch abgeleiteten Werten für diese Amplituden, wie sie z.B. in den Fig. 6 und 7A - 7D dargestellt sind, es möglich ist, einen eindeutigen Wert für beide sowohl die Leitfähigkeit als auch die dielektrische Konstante des das Bohrloch umgebenden Materials abzuleiten.In any case, it can be seen that by creating normalized total field amplitude measurements at two different frequencies (16-MHz and 30-MHz), as with 1, 2, 3A and 3B and by reference to the creation of a coordinate representation of theoretically derived values for them Amplitudes such as those shown in Figures 6 and 7A-7D it is possible to have a unique value for both the conductivity and the dielectric Derive constant of the material surrounding the borehole.
In den Fig. 7A - 7D sind vier graphische Darstellungen gebracht, die ähnlich der Darstellung in Fig. 6 sind. Die Graphiken stellen die normierten Feldamplituden bei 32-MHz zu den normierten Feldamplituden bei 16-MHz dar. In den Graphiken ist das Ergebnis dargestellt, wie es theoretisch unter Verwendung eines in den Fig. 1,2, 3A und 3B dargestellten dielektrischen Induktions-Bohrloch-Meßsystem in 203,2 mm (8") und 304,8 (12") Bohrlöchern mit einer Süßwasser-Schlämme (Fig. 7A und 7B) und mit einer ölbasischen Schlämme (7C und 7D) abgeleitet.werden kann; Eine graphische Darstellung dieser Art kann in Tabellenform im Speicher eines kleinen Universal-Rechners, wie z.B. dem Rechner 39 in Fig. 1, untergebracht werden. Diese Darstellungen können dann zur Ableitung des spezifischen Widerstandes und der dielektrischen Konstante der Erdformationen im Bereich des Bohrloches direkt von der Amplitudenmessung des normierten Gesamtfeldes bei 16- und 30-MHz-Frequenzen benutzt werden.In FIGS. 7A-7D four graphic representations are given which are similar to the representation in FIG. the Graphics show the normalized field amplitudes at 32 MHz in relation to the normalized field amplitudes at 16 MHz. In The graphs show the result as it would theoretically using one in FIGS. 1, 2, 3A and The induction dielectric borehole logging system shown in FIG. 3B in 203.2 mm (8 ") and 304.8 (12") boreholes a freshwater slurry (Figures 7A and 7B) and an oil-based slurry (7C and 7D) can be derived; A graph of this type can be found in tabular form in the memory of a small general-purpose computer such as e.g., the computer 39 in FIG. These representations can then be used to derive the specific Resistance and the dielectric constant of the earth formations in the area of the borehole directly from the amplitude measurement of the normalized total field at 16 and 30 MHz frequencies can be used.
50 9827/016050 9827/0160
-30- 24Λ0676-30- 24-0676
Der kleine Uhiversal-Rechner 39 kann zur Durchführung der Rechnungen einfach vorprogrammiert werden, wenn er mit den Informationen über den Bohrlochdurchmesser und den dielektrischen Eigenschaften der Bohrlochflüssigkeit gespeichert ist, die im voraus bekannt sind.The small universal computer 39 can be used to carry out the Calculations are easily preprogrammed when stored with the information about the borehole diameter and the dielectric properties of the borehole fluid which are known in advance.
Alternativ dazu kann das Bohrloch-Meßsystem in Testbohrlöchern mit Formationen bekannter Charakteristik geeicht werden. Die daraus resultierenden Eichkurven (ähnlich denen in den Fig. 7A - YD dargestellten) können dann in ähnlicher Weise im Rechner 39 verwendet werden;Alternatively, the logging system can be calibrated in test wells with formations of known characteristics will. The calibration curves resulting therefrom (similar to those shown in FIGS. 7A-YD) can then be similar Way to be used in the calculator 39;
509827/0160509827/0160
Claims (31)
Superhet zur Erzielung' zwei Zwischenfrequenz-.Signalen dienen, die repräsentativ für die Amplituden der Gesamtfeld-Signale bei dem ersten und zweiten Fre-, quenzbereich sind.from
Superhet to achieve 'two intermediate frequency signals are used which are representative of the amplitudes of the overall field signals in the first and second frequency range.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US391900A US3891916A (en) | 1973-08-27 | 1973-08-27 | Dual radio frequency measurement of dielectric constant and resistivity of borehole media |
US391898A US3893021A (en) | 1973-08-27 | 1973-08-27 | Dual radio frequency method for determining dielectric and conductivity properties of earth formations using normalized measurements |
US391899A US3893020A (en) | 1973-08-27 | 1973-08-27 | Dual radio frequency apparatus for determining electromagnetic characteristics of earth formations using constant flux field generators |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2440676A1 true DE2440676A1 (en) | 1975-07-03 |
Family
ID=27409996
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2440676A Withdrawn DE2440676A1 (en) | 1973-08-27 | 1974-08-24 | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE ELECTROMAGNETIC PROPERTIES OF THE MATERIALS IN THE AREA OF A DRILL HOLE |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
AR (1) | AR211513A1 (en) |
AU (1) | AU476441B2 (en) |
BR (1) | BR7407050D0 (en) |
DE (1) | DE2440676A1 (en) |
DK (1) | DK139447B (en) |
FR (1) | FR2242691B1 (en) |
GB (1) | GB1460186A (en) |
NL (1) | NL7410456A (en) |
NO (1) | NO142689C (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4012689A (en) * | 1974-10-24 | 1977-03-15 | Texaco Inc. | Radio frequency resistivity and dielectric constant well logging utilizing phase shift measurement |
US3982176A (en) * | 1974-12-11 | 1976-09-21 | Texaco Inc. | Combination radio frequency dielectric and conventional induction logging system |
AU524243B2 (en) * | 1977-09-21 | 1982-09-09 | Schlumberger Technology B.V. | Determining properties of subsurface formations |
CN104453868B (en) * | 2013-09-23 | 2023-06-13 | 中国石油集团长城钻探工程有限公司 | Device and method for synthesizing emission signals of induction logging instrument and induction logging method |
-
1974
- 1974-07-15 GB GB3133474A patent/GB1460186A/en not_active Expired
- 1974-07-23 AU AU71550/74A patent/AU476441B2/en not_active Expired
- 1974-08-05 NL NL7410456A patent/NL7410456A/en not_active Application Discontinuation
- 1974-08-09 AR AR255126A patent/AR211513A1/en active
- 1974-08-12 NO NO742893A patent/NO142689C/en unknown
- 1974-08-22 FR FR7428807A patent/FR2242691B1/fr not_active Expired
- 1974-08-24 DE DE2440676A patent/DE2440676A1/en not_active Withdrawn
- 1974-08-26 DK DK454174AA patent/DK139447B/en unknown
- 1974-08-26 BR BR7050/74A patent/BR7407050D0/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL7410456A (en) | 1975-03-03 |
DK139447B (en) | 1979-02-19 |
NO742893L (en) | 1975-03-24 |
DK454174A (en) | 1975-04-21 |
AU7155074A (en) | 1976-01-29 |
AU476441B2 (en) | 1976-09-23 |
AR211513A1 (en) | 1978-01-30 |
GB1460186A (en) | 1976-12-31 |
DK139447C (en) | 1979-08-27 |
NO142689C (en) | 1980-09-24 |
FR2242691B1 (en) | 1979-09-28 |
FR2242691A1 (en) | 1975-03-28 |
NO142689B (en) | 1980-06-16 |
BR7407050D0 (en) | 1975-06-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2554458C3 (en) | Method for determining the properties of the earth formations surrounding a borehole | |
DE2547801C3 (en) | Method and measuring arrangement for determining the geophysical properties of earth formations in the area of a borehole | |
DE3877516T3 (en) | Device and method for measuring boreholes. | |
DE60018765T2 (en) | Measuring device for measuring the specific resistance of multi-frequency electromagnetic waves with improved calibration measurement | |
DE69223589T2 (en) | Procedure for measuring boreholes during drilling | |
DE3887336T2 (en) | PULSE INDUCTION HOLE PROBE WITH EXTENDED MEASURING RANGE AND APPLICATION. | |
DE69101675T2 (en) | Coil arrangement for borehole measurement during drilling. | |
DE69216558T2 (en) | Inclinometer and method for examining earth formations | |
DE69815240T2 (en) | Method and arrangement for measuring the resistance of earth formations | |
DE69123260T2 (en) | ARRANGEMENT FOR MEASURING A DRILL HOLE DURING DRILLING | |
DE69228748T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR SENDING ELECTROMAGNETIC SIGNALS TO EARTH BY MEANS OF A CAPACITOR | |
DE102005032257A1 (en) | An assembly, tool, and method for measuring resistivity in a wellbore, method of assembling the assembly, and method of controlling a drilling direction | |
DE2950293A1 (en) | METHOD AND ARRANGEMENT FOR DETERMINING PIPE THICKNESS | |
DE102004024969A1 (en) | Method and device for testing the properties of earth formations | |
DE1922459A1 (en) | Induction measuring device for boreholes that have a company field | |
DE102004058645A1 (en) | A well logging tool and method for making measurements in a borehole | |
DE2064656C3 (en) | Arrangement for geophysical investigation or measurement using complex electrical fields | |
US3893021A (en) | Dual radio frequency method for determining dielectric and conductivity properties of earth formations using normalized measurements | |
DE112014007008T5 (en) | Roller cone resistance sensor | |
DE2901928A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR EXAMINATION OF DRILL HOLES | |
DE2949211A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE SPECIFIC RESISTANCE IN EARTH HOLES | |
DD152637A5 (en) | PROCESS FOR THE PROSPECT OF NATURAL GAS AND EARTH OIL STAINLESS STEELS | |
DE2440676A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE ELECTROMAGNETIC PROPERTIES OF THE MATERIALS IN THE AREA OF A DRILL HOLE | |
DE112015006167T5 (en) | Apparatus, methods and systems for measuring formation properties | |
DE2547834C3 (en) | Method for determining the properties of earth formations in the area of a borehole |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |