DE2914638A1

DE2914638A1 - Verfahren und vorrichtung zum anlegen von wechselstromwellenformen an eine last

Info

Publication number: DE2914638A1
Application number: DE19792914638
Authority: DE
Inventors: Richard N Chandler
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1978-04-20
Filing date: 1979-04-11
Publication date: 1979-10-31
Also published as: OA06241A; EG14661A; NO153469C; NO153469B; GB2019575A; MX4431E; AU4599779A; CA1138042A; MY8500183A; GB2019575B; US4175251A; NO791238L; IT7921999A0; FR2423795A1; BR7902333A; NL7903049A; FR2423795B1; AU520579B2; IT1112330B

Description

zum Patentgesuch

der Firma Societe de Prospection Electrique Schlumberger, 42, rue Saint Dominique, Paris/Frankreich

betreffend:

"Verfahren und Vorrichtung zum Anlegen von Wechselstromwellenformen an eine Last."

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anlegen einer Folge von Wechselstroitwellenformen an eine Last und insbesondere eine üntersuchungsvorrichtung für Erdölbohrungen, bei der zur ffessung Kernmagnetismus ausgenutzt wird und die periodische Übertragungen mit hoher Leistung bei extrem kleinem Arbeitszyklus von einer Wechselstromquelle auf der Erdoberfläche zu in der Bohrung befindlichen polarisierenden Spulen erfordert.

Oitersuchungseinrichtungen, die Kernmagnetismus ausnutzen, umfassen eine Steuervorrichtung an der Erdoberfläche und eine im Bohrloch befindliche Vorrichtung in einer Sonde. Die Sonde und die an der Cberflache befindliche Vorrichtung stehen über elektrische Kabel in elektrischer Verbindung. Wechselstrom, der in der an der Oberfläche befindlichen Vorrichtung erzeugt wird, wird über ein Kabel zu der Sonden vorrichtung übertragen, wo er gleichgerichtet und an eine Spule angelegt wird, die ein Magnetfeld in dem Bohrloch und der umgebenden Formation erzeugt. Dieses polarisierende Feld dient zum Polarisieren der Ausrichtung von Protonen in Wasser, Öl und Gas. Nachdem der polarisierende Strom genügend lange angelegt wurde,

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um eine adequate Polarisation zu erzeugen, wird der Strom schnell abgeschaltet, wodurch man die Protonen in dem erdmagnetischen Feld präzedieren läßt, wodurch diese ein gedämpftes sinusförmiges Signal in derselben Spule, die zum Induzieren der Polarisation benutzt wurde, induzieren. Das Signal besitzt eine Frequenz von etwa 2ooo Hz. Das Signal wird mit einer Zeitkonstanten gedämpft, die häufig etwa 5o msec beträgt, wobei die Abklingzeit von verschiedenen Faktoren abhängt.

Während der Signalempfangszeit ist die Spule mit einem Verstärker verbunden, und das Signal wird über eine elektrische Leitung zu der an der Oberfläche befindlichen Vorrichtung gesendet .An der Oberfläche kann das Signal auf verschiedene Weise dargestellt werden, insbesondere kann die Signalamplitude auf dem Log als eine Anzeige der ifenge von Wasserstoff in Formaticnsfluids in dem Speichergestein aufgezeichnet werden. Das Signal hat verschiedene Charakteristiken, die beobachtet und interpretiert werden können. Beispiele dieser Charakteristiken sind die Signaleamplitude, die Signalabklingzeit und die Beziehung zwischen Signalamplitude und Polarisierzeit. Die induzierte Signalamplitude in dem Moment, in dem die PräzessLon beginnt, ist direkt proportional zur Anzahl der Protonen pro Einheit testeinvolumen in dem Wasser, Öl und Gas in der Nähe des Bohrlochs. Jedoch nimmt der übergang vom Abschalten des polarisierenden Feldes zur Signalaufnahme eine endliche Zeit in Anspruch und eine Zeitverzögerung tritt ein, bevor das Signal beobachtet werden kann.

Die Betriebsanfordarungen der im Bohrloch befindlichen Vorrichtung führen zu hohen Anforderungen an die an der Erdoberfläche befindlichen Schaltkreise zur Leistungserzeugung und zur Übertragung zu der im Bohrloch befindlichen Ausrüstung. Wegen des niedrigen Signalpegels der präzedierenden Protonen muß die Wechselstromübertragung zu der Sonde während der Signalempfangszeit enden.

In jeder Tiefe der Sonde erfordert eine Msssung eine relativ lange Zeit für die Polarisation und den Signalempfang. Es ist notwendig, den Zyklus des Polarisierens und des Signalempfangs so oft wie möglich durchzuführen, um die Anzahl der empfangenen Signale zu maximalisieren,

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jedoch die Zeit der Sonde in dem Bohrloch zu minimalisieren. Stromübertragungen sind für extrem kurze Arbeitszyklen erforderlich, die gewöhnlich in der Größenordnung von 1oo msec liegen.

Diese Erfordernisse stellen harte elektrische Anforderungen an die an der Cfoerflache befindliche Stromerzeugungseinrichtung, wenn mit extrem kurzen Arbeitszyklen bei magnetischen Lasten an- und abgeschaltet wird. Das Arbeiten einer Kernmagnetismusuntersuchungseinrichtung mit kurzen Arbeitszykluszuschaltungen von Wechselstromgeneratoren zu Eisenkerntransformatoren erfordert extrem hohe Stromstöße, die von dem Generator geliefert werden müssen.

Bekannte Vorrichtungen und Verfahren zum Zuschalten von Wechselstroirquellen zu Eisenkemtransformatoren als Lasten weisen einen Schalter zum Öffnen und Schließen zwischen der Last und der Quelle an einem Punkt der Wechselstronwellenform auf, bei dem die Amplitude Null ist. Das Schalten in einem Zeitpunkt, wenn der Strom durch den Transformator Null ist, /unterstützt das Eliminieren von starken Stromstößen durch den Transformator. Frühe bekannte Netzschalter verwendeten eine einfache Nulldurchgangseinrichtung, die öffnet und schließt, wenn die Wechselstroitwellenform durch Null geht.

Spätere Verbesserungen der Nulldurchgangsschalter sahen die zusätzliche Verwendung "von MLtteln zum Speichern der Information bezüglich der Äbschaltpolarität der vorhergehenden Wechselstronwellenformen vor. Diese Schalter stellen sicher, daß die Wechselstromquelle mit der magnetischen Last mit einer Polarität entgegengesetzt zu derjenigen der vorher abgeschalteten Wellenform verbunden wird. Beispielsweise trennt ein bekannter Nulldurchgangsschalter mit Gedächtnis die Stromquelle bei Null-Amplitude nach einer negativen Halbperiode und schaltet die Wellenform für die nächste Übertragung bei Null-Amplitude zu, allerdings an dem Punkt vor der positiv verlaufenden Halbperiode der Wechselstroitwellenform. Diese bekannten Schalter schalten typischerweise mit der gleichen Polarität für jede Übertragung zu und jedesmal mit einer Polarität entgegengsetzt zu der Zuschaltpolarität ab. Die vorstehend beschriebenen Nulldurchgangsschalter

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werden kommerziell von der Haitilin Corporation und der Crydom Company hergestellt. Diese Schalter sind In der technischen Literatur beschrieben, die durch die Hamlin Electronics Inc., Lake and Grove Streets, Lake Mills, Wisconsin, und durch die Crydom Division of International Rectifier, 1521 Grand Avenue, El Segundo, California, veröffentlicht ist.

Diese bekannten Schalter arbeiten in zufriedenstellender Weise, wenn der Übertragungsarbeitszyklus relativ lang ist (beispielsweise, wenn die Zeit, während der die Stromquelle mit der magnetischen Last verbunden ist, groß verglichen mit der Einschwingzeit des zugeordneten Eisenkerntransformators ist. Die Transformatoreinschwingzeit ist diejenige Zeit, die erforderlich ist, damit der Transformator einen eingeschwungenen Zustand bezüglich Spannung und Strom erreicht, nachdem die Stromquelle zugeschaltet ist. Diese bekannten Schalter verursachen typischerweise extrem hohe Transformatorstromstöße, die von der Stromquelle geliefert werden müssen, wenn die Arbeitszykluszeit zum Beaufschlagen des Eisenkerntransformators durch Strom kurz vergli chen mit der Transformatoreinschwingzeit ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu eine Vorrichtung für die Kernmagnetismusmessung zu schaffen, bei denen ein Zu- bzw. Abschalten einer an der Cberflache befindlichen Wechselstromquelle zu einer im Bohrloch befindlichen Sonde die Einschwingstromstoßanforderungen eines Eisenkemtxansfontiators bei kurzen Arbeitszyklen minimalisiert.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Anlegen einer Folge von Wechselstrcnwellenfonren von einer Wechselstromquelle an eine Last gelöst, wobei jede Wellenform in der Folge beim Nulldurchgang der Amplitude beginnt und endet, wobei die Polarität einer Wellenform an ihrem Ende gespeichert wird und die nächste Wellenform in der Folge mit entgegengesetzter Polarität zu der Polarität am Ende der vorhergehenden Wellenform beginnt, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß die nächste Wellenform, nachdem eine ungerade Anzahl von Halbperioden an die Last angelegt ist, beendet wird.

(fegenstand der Erfindung ist femer eine Vorrichtung zum Anlegen einer Folge von Wechselstroirwellenfornen von einer Wechselstromquelle

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.9.

an eine Last, wcfoei jede Wellenform in der Folge beim Nulldurchgang der Amplitude beginnt bzw. endet, mit einer Einrichtung zum Speichern der Polarität einer Wellenform an deren Ende und einer Einrichtung zum Starten der nächsten Wellenform mit einer Polarität entgegengesetzt zu derjenigen am Ende der vorhergehenden Wellenform, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Einrichtung zum Beenden der nächsten Wellenform nach einer ungeraden Anzahl von Halbperioden der an die Last angelegten Wellenform vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Komponenten einer Einrichtung

zur ifessung des Kemmagnetismus in einem Bohrloch gemäß der Erfindung,

Fig. 2 zeigt schematisch und vereinfacht einen bekannten

Nulldurchgangsschalter zwischen einem Eisenkemtransformator mit einer Last einer in einem Bohrloch befindlichen Kemmagnetismuseinrichtung und einer Wechselstroirquelle,

Fig. 3 zeigt die Wechselstronwellenformen_f die von einer

bekannten Nulldurchgangsschaltereinrichtung angelegt werden,

Fig. 4 zeigt mit Hilfe von Hysteresisschleifen eines

Eisenkerntransformators ein Feldstärke-Magnetisierungs-Diagramm (B-H -Diagramm) ,wie Stromstärke anwachsen können, wenn ein Eisenkern transformator mit Wechselstrom während Arbeitszyklen beaufschlagt wird, die im vergleich zu der Zeit kurz sind, die für den Transformator erforderlich ist, um einen eingeschwungenen Zustand zu erreichen,

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Fig. 5 zeigt mit Hilfe einer Reihe von Hysteresis-

schleifen in einem B-H-Diagrairm, wie ein Eisenkerntransformator den eingesdhwungenen Zustand erreicht, und zwar unter Bedigungen, nachdem er mit Wechselstrom bei anfänglicher Magnetisierung erregt wird,

Fig. 6 zeigt eine Folge von Wechselstroitwellenformen, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden,

Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Nulldurchgangsschalter ohne Gedächtnis mit einer Steuerelektronik, zum Sicherstellen, daß Folgen von Wechselstromwellenforrren gemäß Fig. 6 an den Eisenkern transformator angelegt werden,

Fig. 8 zeigt die Steuerelektronik, wie sie bevorzugterweise verwendet wird,

Fig. 9 zeigt Wellenforrren an ausgewählten Stellen inder Steuerelektronik bei typischem Arbeiten nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine KernmagnetismusHBßeinrichtung gemäß der Erfindung, wobei die im Bohrloch befindliche Vorrichtung der Einrichtung in einer Sonde 2oo angeordnet ist. Die an der Oberfläche befindliche Vorrichtung kann in einem geeigneten Gehäuse 21o angeordnet sein, bei dem es sich um einen Versorgungswagen, eine Offshore-Einheit oder dergleichen handeln kann. Die elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse 21 ο und der Sonde 2oo ist schematisch durch die Leitungen 22o bis 223 dargestellt. Andere Leitungen und Kabel, die für die Bohrlochuntersuchung bekannt sind, sind aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt.

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Ein Transformator T1 wird über einen Schalter "bo durch eine Wechselstromquelle 23o beaufschlagt. Der vom Transformator stammende Wechselstrom wird auf einem im Bohrloch befindlichen Transformator T2 in der Sende 2oo gegeben. Dar Ausgangsstrom des Transformators T2 wird auf einen Gleichrichter 23o gegeben, durch den aus dem Wechselstrom ein polarisierender Gleichstrom für eine Polarisienmgsspule 24o erzeugt wird. Eine Schalteinrichtung 235 wird vcn einem Taktgeber 212 an der Erdoberfläche über eine Leitung 222 gesteuert. Der Taktgeber 212 bewirkt, daß die Schalteinrichtung 235 mit den Spulenanschlüssen 236, 237 während der Polarisierzeit und die Eingänge 241, 242 eines Signalempfängerverstärkers 245 mit den Spulenanschlüssen 236, 237 während der Signalempfangsperiode verbindet. Der Ausgang des Signalempfängerverstärkers 245 wird über eine Leitung 223 an einen Empfänger 26o übertragen. Informationen vom Empfänger 26o können in einem Aufnahmegerät 265 aufgezeichnet werden.

Fig. 2 zeigt eine bekannte Schalteinrichtung 1oo', die zwischen der Wechselstromquelle 23o und einem Transformator T1 angeordnet ist, während diesich im Bohrloch befindliche Einrichtung schematisch durch eine Last Rj. dargestellt ist, die mit der Sekundärseite des Transformators T^ verbunden ist.

Fig. 3 zeigt die Folgen von Wellenformen, die mit Hilfe der bekannten Schalteinrichtung 1oo' von Fig. 2 zum Anlegen einer Wechselstromwellenform an die Last eines Eisenkerntransformators erzeugt wird. Die Wellenform beginnt typischerweise mit der positiven Halbperiode und endet nach einen negativen Halbperiode. Ein Weg zum Bestiitmen dieser bekannten Folge besteht darin, daß eine gerade Anzahl von Halbperioden der Wellenform für jede Folge vorhanden sein muß. Das Ergebnis dieser Art des Anlegens von Wellenformfolgen besteht darin, den Punkt der Restmagnetisierung auf der B-Achse des B-H-Diagratrms nach oben zu bewegen mit dem Ergebnis, daß immer höhere Η-Stöße (oder Stromwechsel- oder einfache Stromstöße) benötigt werden, wenn cter Arbeitszyklus genügend kurz ist, wo der Eisenkerntransformator daran gehindert wird, in eingeschwungenen Zustand zurückzukehren. Diese bekannten Schalter sind mit einem Speicherkreis versehen, um sicherzustellen, daß die Wechselstromwellenform der Last immer unter genau densel-

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ben Phasenbedingungen zugeschaltet wird.

Fig. 4 kann dazu verwendet werden zu verstehen, wie sich große Stromübergänge ergeben, wenn die Zuschaltzeit des Wechselstrom zu dem Eisenkemtransformator kurz ist.

In Fig. 4 ist eine beispielhafte B-H-Kurve unter der Annahme dargestellt, daß der Restmagnetismus des Eisenkerntransformators den Wert P auf der B-H-Kurve besitzt. Eine positive Strombeaufschlagung führt dazu, daß der Transformator die Hysteresiskurve H₁ durchläuft. Zur Vereinfachung der Darstellung wird angenoitmen, wird angenommen, daß nur eine Periode (eine gerade Anzahl von Halbperioden) der Wellenform dem Transformator zugeschaltet wird. Eine Stromzuschaltung von einer Periode über den bekannten Schalter bewirkEf oei Null-Amplitude der positiv verlaufenden Halbperiode zugeschaltet und bei Null-Anplitude nach der negativen Halbperiode abgeschaltet wird. Der Restmagnetismus am Punkt P.. nach Durchlaufen der Hysteresisschleife H₁ kann größer als der ursprüngliche Restmagnetismus P sein. Eine nachfolgende Wellenform mit einer Periode bewirkt, daß der Transformator von P₁ längs der Hysteresisschleife H₁' zum Punkt P₂ gelangt. Ein nachfolgendes Zuschalten einer Periode mit dem bekannten Schalter bewirkt das Arbeiten längs der Hysteresisschleife H₁", wodurch der Punkt P, erreicht wird.

Der sich ergebaide Restmagnetismus P₃ überschreitet den vorhergehenden Restmagnetismus P„; der Effekt von verschiedenen kurzen Arbeitszyklen der Leistungszuschaltung besteht darin, daß der Restiragnetismus sich längs der B-Achse erhöht, bis das Eisen des Transformators überreichlich gesättigt ist. Cfowohl der Anstieg des itestmagnetimus hier anhand von Arbeitszyklen erläutert wurde, die nur eine Periode umfassen, tritt derselben Effekt bei Arbeitszyklen auf, die 6 bis 1o Perioden der Wellenform (d.h. loo. bis T.60 msec dauernde Arbeitszyklen bei sinusförmiger Spannung von 60 Hz. Der einfache Nulldurchgangsschalter führt zu Schwingungen von anwachsend großen Stromstößen, die nicht tolerierbare Anforderungen an die Stromquelle stellen.

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Laboratoriuiterfahrung bestätigt die theoretische Erläuterung des Einschwingverhaltens der bekannten Nulldurchgangsschalter mit Gedächtnis, die eine Wechselstroitqualle mit einem Eisenkerntransformator verbinden. Dieses Einschwingverhalten ist derart beträchtlich, daß bekannte Schalteinrichtungen praktisch unbrauchbar sind, wenn sie für kurze Arbeitszyklen verwendet werden. Die Belastungsanforderungen an die Wechselstromquelle werden extrem problematisch.

Bekannte Schalter gemäß den Figuren 2 und 3 arbeiten zufriedenstellend, wenn genügend Zeit existiert, daß der Eisenkemtransformator den eingeschwungenen Zustand erreicht. Fig. 5 zeigt eine Familie von Hysteresiskurven, die während der Einschwingphase beim Einschalten beim Transformator T₁ von Fig. 2 auftreten. Ein Beispiel des Betriebs vom Einschwingen zum eingeschwungenen Zustand des Eisenkemtransformators T. kann unter Bezugnahme auf Fig. 5 verdeutlicht werden, in der der Punkt P-, die Höhe des positiven Itestmagnetismus anzeigt, der in dem Eisenkemtransformator vor Zuschalten der Stromquelle Vs vorhanden ist. Das Anlegen einer positiv verlaufenden sinusförmigen Spannung bewirkt, daß der Strom wegen der geringen Eisenkernreluktanz in der positiven Richtung der IV&gnetisierungsachse H ansteigt. Während der negativen Halbperiode des Wechselstroms folgt die Eisenkemhysteresisschleife der Kurve H.. Nachfolgende Wellenformperioden folgen den Hysteresiskurven I^ und H^, die sich jeweils der Hysteresisschleife H. des eingeschwungenen Zustandes nähern, die symmetrisch um den Nullpunkt des B-H-Achsenkreuzes verläuft. Dar Betrieb im eingeschwungenen Zustand gemäß der Schleife H₄ stellt sicher, daß die maximalen Stromamplitudenanforderungen an die Quelle Vs auf die Extrenwerte der Hysteresisschleife H₄ für den eingeschwungenen Zustand begrenzt sind. Wie vorstehend gezeigt wurde, können dann, wenn die Zuschaltzeit des Wechselstroms nicht genügend lang ist (beispielsweise smec), damit der Magnetkreis den eingeschwungenen Zustand erreicht, ansteigend große Stromschwingungen auftreten.

Fig. 6 stellt die zugestaltete Stro w eilenform dar, die von der Schalteinrichtung für die Kemmagnetismuseinrichtung gemäß der Erfindung erzeugt wird. Die Stroitwellenform, mit der die Last durch die erfindungsgemäße Vorrichtung beaufschlagt wird, stellt sicher, daß die Ein-

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schaltpolarität der Wellenform entgegengesetzt zu der Einschaltpolarität der immittelbar vorhergehenden Wellenform und die Ausschaltpolarität entgegengesetzt zu der Ausschaltpolarität der unmittelbar vorhergehenden Wellenform ist. Die Vorrichtung umfaßt einen Nulldurchgangsschalter, so daß die Stroitwellenform dem Eisenkern transformator dann, wenn die Amplituden Null sind, zu- bwz. abgeschaltet wird.

Der Effekt des Einschwingens des Eisenkern transformators kann erneut unter Bezugnahma auf Fig. 5 erläutert werden. Wie vorstehend, wird angenamen, daß der Itestmagnetismus in dem Eisenkern einen anfänglichen Beginn des Betriebs am Punkt P-j auf der B-Achse bewirkt. Eine positive und negative Beaufschlagung durch die zugeschaltete Wellenform, beispielsweise am Beginn der Wellenform W _.. von Fig. 6 beginnend, bringt die B-H-Kurve zum Punkt V2- Die verbleibende Halbperiode der angelegten Wellenform bringt die Kurve zum Punkt P^', zu welcher Zeit die angelegte Wellenform abgeschaltet wird. Wenn die Wellenform erneut dem Transformator zugeschaltet wird (beispielsweise die Wellenform W_w von Fig. 6) beginnt der Betrieb am Punkt P₁' in einer negativ verlaufenden Weise. Die B-H-Kurve des Eisenkern trans formators verläuft längs der Hysteresisschleife H- zum Punkt P-, und dann längs der Schleife H₃, bis die Wellenform am Punkt V, abgeschaltet wird. Der Effekt des Anlegens von Wechselstrcirwellenformen an den Eisenkemtransformator in der in Fig. 6 dargestellten Weise führt zu einem Betrieb längs der Hysteresiskurven zur Annäherung an die Schleife des eingeschwungenen Zustands (beispielsweise Schleife H₄ von Fig. 4), sogar während des Zu- und Abschaltens der angelegten Wellenform an den Eisenkerntransformator. Die durch Anlegen der Wellenformen an den Eisenkerntransformator erfindungsgemäß erzeugten Einschwingströme beginnen, sich mit jeder nachfolgenden angelegten Wellenform zu vermindern, bis nach mahrfachem Anlegen der Vfe Ilen form beträchtlich reduzierte Einschwingströme beobachtet werden.

Gemäß Fig. 7 ist die Wechselstromquelle Vs mit einem Eisenkemtransformator T.. über einen einfachen Nulldurchgangsschalter 4o6 verbunden. Ein Nulldurchgangsschalter ohne Gedächtnis ist ein auf ein Steuersignal ansprechender Schalter, der öffent bzw. schließt, je nach dem, ob eine

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angelegte Wellenform sich auf Nullamplitude befindet, spricht jedoch nicht auf die Polarität der Wellenform an, bevor eine Nullamplitude festgestellt wird. Die Steuerelektronik 4o5 erzeugt ein Steuersignal auf einer Leitung 4oo, die den Schalter 4o6 aktiviert. Die Steuerelektronik 4o5 spricht auf eine Bezugsspannung in Phase mit dem Strom I auf einer Leitung 5oo, Ein-/ Aussignale auf Leitungen 5o1, 5o2 imd auf die Polaritäten der unmittelbar vorher angelegten Wellenform am Anfang und am Ende hiervon an.

Fig.8 zeigt eine Ausführungsform der Steuerelektronik 4o5 im einzelnen. Das Bezugswellenformsignal V _f, das sich in Phase mit dem Strom Is befindet, wird über die Leitung 5oo an zwei Komparatoren, einen positiven Komparator C₁ und einen negativen Komparator C„, gelegt. Die Ausgänge der Komparatoren C* und G-, werden über Leitungen 57o, 571 auf jeweils einen Eingang eines ANDgatters A^ bzw. A- gelegt. Ein weiterer Eingang jedes AlXTD-Gatters A₁ und Ά~ ist mit den Q-und Q-Ausgängen eines Flipflops FF2 über Leitungen 5o9, 51o verbunden. Dar Flipflop FF2 steuert, welche dar Polaritäten der Wellenform V _f (Is) den Ausgang der Leitung 4oo steuert, die zu dam Nulldurchgangsschalter geführt ist. Ein NOR-Gatter 01 liefert einen Ausgangsimpuls zu dem CLK-Eingang eines Flipflops FF1 über eine Leitung als Funktion der Polarität auf der Leitung 5oo, wie sie von den Komparatoren C] und C₂ abgetastet wird. Der Zustand des Flipflops FF2 hängt von den An- und Äbschaltpolaritäten der unmittelbar vorhergehenden angelegten Wellenformen ab, wie nachstehend erläutert wird.

Ein Hochspannungsirrpuls zur Zeit t.. wird an den CLK-Eingang des Flipflops FF3 über eine Leitung 5o1 zur Einschaltzeit gegeben; ein Hochspannungsimpuls zur Zeit t₂ wird auf den R-Eingang des Flipflops FF3 über eine Leitung 5o2 zum Zeitpunkt des Abschaltens gegeben. Der Q-Ausgang des Flipflcps FF3 wird zum Zeitpunkt T₁ hochgesetzt. Der folgende Taktimpuls auf der Leitung 511 überträgt diese Hochspannung an den Dateneingang D des Flipflops FF1 auf den Q-Ausgang, der die Leitung 4oo hochsetzt. Der Q-Ausgang des Flipflops FF3 wird zum Zeitpunkt T₃ heruntergesetzt und an den Dateneingang D des Flipflops FF1 gelegt. Wenn ein Impuls auf dar Leitung 511 zu dem CLK-Eingang des Flipflops FF1 erhalten wird, wird die niedrige Spanning an dem Eingang D auf den Q-Ausgang des Flipflops FF1 auf die

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Lei ting 516 übertragen, wodurch bewirkt wird, daß das Steuersignal auf der Leitung 4oo beseitigt wird.

Wenn der Q-Ausgang des Flip flops FF1 hochgesetzt wird, wird die hohe Spannung auf den CLK-Eingang des Flip flops FF2 gegeben. Als Ergebnis hiervon ändern die Ausgangsbedingungen des Flipflops FF2 ihren Zustand und verbleiben in dem geänderten Zustand, bis eine neue hohe Spannung empfangen wird. Wenn daher der Q-Ausgang des Flipflops FF1 während der Steuerzeit zwischen T. und T~ hochgesetzt wird, ändert der Flipflop FF2 seinen Zustand. Wenn der Q-Ausgang des Flipflops FF1 heruntergesetzt wird, ändern die Ausgänge Q und Q des Flipflops FF2 ihren Zustand nicht, weil keine Taktspannung am CLK-Eingang des Flipflops FF2 anliegt. Daher ändert sich der Zustand des Flipflops FF2 nur einmal bei jedem Anlegen einer Wechselstromwellenform.

Die Bettiebsweise der Steuerelektronik 4o5 wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 erläutert, die beispielhafte Wellenformen als Funktion der Zeit an verschiedenen Punkten in der Steuerelektronik 4o5 zeigt. Die Kurve a von Fig. zeigt eine typische sinusförmige Wechselspannungs- oder -stroitwellenform, die eine Frequenz von 6o Hz aufweisen kann. Es wird angenommen, daß der anfängliche Zustand des Flipflops FF2 bewirkt, daß der Ausgang Q des Flipflops FF2 niedrig und dar Ausgang Q des Flipflops FF2 hoch ist. Wenn der Q-Ausgang des Flipflops FF3 hochgesetzt wird, wird die hohe Spannung am D-Eingang des Flipflops FF1 über die Leitung 517 nicht auf den Q-Ausgang des Flipflops FF1 übertragen, bis der nächste Impuls am Ausgang des OK-Gatters 01 erscheint. Wenn die negativ verlaufende Wellenform von V _f (Is) einen Ausgang am OR-Gatter 01 erzeugt, wird die hohe Spannung am Eingang D des Flipflops FF1 auf dessen Q-Ausgang übertragen, wodurch der Q-Ausgang des Flipflops FF1 hochgestellt und der Ausgangszustand des Flipflops FF2 geändert wird. Der Q-Ausgang des Flipflops FF1 auf der leitung 4oo wird an einen Nulldurchgangsschalter angelegt, der die Ausgangswellenform V ^ an den Eisenkemtransformator beim nächsten Nulldurchgang von V _f anlegt.

Da der Ausgang des Flipflops FE2 seinen Zustand ändert,

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wenn der Ausgang des Flipflops FF1 hochgesetzt wird, ist der Ausgang des OR-Gatters noch, wenn die Spannung V _f positiv ist. Wenn der Q-Ausgang des Flipflops FF3 zum Zeitpunkt t^ heruntergesetzt wird, wird die niedrige Spannung am D-Eingang des Flipflops FF1 auf den Q-Ausgang des Flipflops FF1 getaktet. Wenn der Q-Ausgang des Flipflops FF2 über die Steuerleitung 4oo heruntergesetzt wird, trennt der Nulldurchgangsschalter die Spannung Vs von dem Eisenkerntransformator beim nächsten Nulldurchgang, wie durch die Kurve g von Fig. 9 dargestellt ist.

Der Ausgang des Flipflops FF2 ändert seinen Zustand nicht, wenn der Ausgang des Flipflops FF1 heruntergesetzt wird, wie oben ausgeführt, und in den Kurven c, d und f,dargestellt ist. Als Ergebnis hiervon sind die Iitpulse vom OR-Gatter 01 in Synchronisation mit den Halbperioden der Spannung V _f mit positiver Polarität. Wenn der Q-Ausgang des Flipflops FF3 während des nachfolgenden Anlegens der Spannung Vs an den Eisenkemtransformator (beispielsweise zu einem Zeitpunkt T.') hochgesetzt wird, taktet die hohe Spannung am Ausgang des OR-Gatters 01 den D-Eingang vom Q-Ausgang des Flipflops FF3 zum Q-Ausgang des Flipflops FF1, der hochgesetzt wird. Dies ändert den Zustand des Flipflops FF2. Der Nulldurchgangsschalter, der nun über die Leitung 4oo in Gang gesetzt wird, legt die Spannung Vs an die Last beim nächsten Nulldurchgang, wodurch die Wellenform mit negativer Polarität entgegengesetzt zu der Abschaltpolarität der vorher angelegten Wellenform beginnt.

Da der Ausgang Q des Flipflops FF2 nun hoch ist, erzeugen die Halbwellen der Spannung V"_ref mit negativer Polarität Iitpulse am Ausgang des OR-Gatters 01, wie durch die Kurve e von Fig. 9 dargestellt ist. Wenn der Ausgang Q des Flipflops FF3 beseitigt wird, wird der Q-Ausgang des Flipflops FFT heruntergesetzt, da das Beseitigen des Ausgangs Q des Flipflops FF3 auftritt, wenn der Ausgang des OR-Gatters 01 in Abhängigkeit von der Halbperiode von V _f mit negativer Polarität hoch ist. Folglich wird der Q-Ausgang des Flipflops FF1 heruntergesetzt, und der Nulldurchgangsschalter schaltet die Wellenform Vs ab, wie durch die Kurve g von Fig. 9 illustriert ist.

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Claims

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Societe de Prospectioa
Electrique Schlumberger

Patentansprüche

f 1J Verfahren zum Anlegen einer Folge van Wechselstronwellenformen

vcn einer Wechselstroirquelle an eine Last, wobei jede Wellenform in der Folge beim Nulldurchgang der¹ Amplitude beginnt und endet, wobei die Polarität einer Wellenform, an ihrem Ende gespeichert wird und die nächste Wellenform in der Folge mit entgegengesetzter Polarität zu der Polarität am Ende der vorhergehenden Wellenform beginnt, dadurch gekennzeichnet, daß die nächste Wellenform, nachdem eine ungerade Anzahl von Halbperioden an die Last angelegt ist, beendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Last ein Eisenkemtransformator verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer, während der die Folge aus Wechselstroitwellenformen an die Last angelegt wird, verglichen mit der Einschwingzeit des Eisenkern trans formators zum Erreichen eines stationären Zustands klein gewählt ist.
4. Vorrichtung zum Anlegen einer Folge von Wechselstronwellenfonten von einer Wechselstronquelle an eine Last, wobei jede Wellenform in der Folge beim Nulldurchgang der Amplitude beginnt bzw. endet, mit einer Einrichtung zum Speichern der Polarität einer Wellenform an deren Ende und einer Einrichtung zum Starten der nächsten Wellenform mit einer Polarität entgegengesetzt zu derjenigen am Ende der vorhergehenden Wellenform, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Beenden der nächsten Wellenform nach einer ungeraden Anzahl von Halbperioden der an die Last angelegten Wellenform vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Last ein Eisenkemtransformator ist, dadurch gekennzeichnet_f daß die Zeitdauer, während der die Folge von Wechselstroirwellenforman an die Last angelegt wird, verglichen

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mit der Einschwingzeit des Eisenkemtransformators zum Erreichen eines stationären Zustands klein ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle für ein Auslösesignal für eine Wellenform, wobei die Einrichtung zum Starten der nächsten Wellenform zum Ingangsetzen eines Steuersignals auf das Auslösesignal ansprechbar ist, wenn das Auslösesignal vorhanden und die Polarität des Wechselstroms die gleiche wie diejenige am Ende der vorangegangenen Wellenform ist, und ferner ein Nulldurchgangsschalter, der auf das Steuersignal ansprechbar ist, um Wechselstrom an die Last anzulegen, vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Beenden der nächsten Wellenform auf das Auslösesignal für die Wellenform zum Beenden des Steuersignals ansprechbar ist, wenn das Auslösesignal abwesend und beim Auftreten der Polarität des Wechselstroms entgegengesetzt zu derjenigen der Polarität am Ende der Wellenform ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittel eine Kippschaltereinrichtung aufweisen, die auf das Steuersignal vom Schalten in ihren anderen Zustand zu Beginn des Steuersignals ansprechbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Starten der nächsten Wellenform auf das Auslösesignal ansprechbare bistabile Mittel umfassen, um das Auslösesignal, dann, wenn eine Triggerung durch ein Taktsignal vorgenommen wird, vom Eingang zum Ausgang der bistabilen Einrichtung zu überführen, sowie ferner erste auf die Speichereinrichtung und die Halbperiode des Wechselstroms, die eine Polarität gleich derjenigen am Ende der einen Wellenform ansprechende Mittel zum Erzeugen eines Taktsignals besitzt, wobei das Steuersignal am Ausgang der bistabilen Einrichtung erzeugt wird.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die MLttel zum Beenden der nächsten Wellenform eine bistabile Einrichtung aufweisen, die auf das Auslösesignal für die Wellenform zum Schalten des Ausgangs der bistabilen Einrichtung ansprechbar ist, wenn eine Triggerung durch ein Taktsignal vorgenonrnen wird und in Abwesenheit des Auslösesignals, um. das Steuersignal zu beenden, sowie zweite Mittel besitzt, die auf die Speichereinrichtung und die Halbperiode des Wechselstroms, die eine Polarität entgegengesetzt zu derjenigen der Polarität am Ende der Wellenform aufweist, zum Erzeugen des Täktsignals ansprechbar sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 1o zur Verwendung in einer Kernnagnetismusrneßeinrichtung mit einer an der Oberflache befindlichen Einheit mit einer Wechselstroitquelle, Mitteln zum Anlegen einer iblge von alternierenden Strcttwellenformen von der Wechselstrorrquelle an einen ersten Transformator, sowie mit einer Sonde, die in einem Bohrloch angeordnet werden kann, mit einem zweiten Transformator, wobei die Primärwicklung des zweiten Transformators elektrisch mit der Sekundärwicklung des ersten Transformators in der an der Cfoerflache befindlichen Einheit verbunden ist, einem Gleichrichter mit Wechselstromaingängen und einem Gleichstromausgang, wobei der Eingang mit der Sekundärwicklung des zweiten Transformators verbinden ist, einer Polarisier- und Empfängerspule sowie einer Schalteinrichtung zum verbinden der Spule mit dem Ausgang des Gleichrichters für eine bestürmte Wellenform, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung, die Mittel zum Starten der nächsten Wellenform und die Mittel zum Beenden der nächsten Wellenform in der überirdischen Einheit angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Enpfängerverstärker in der Sende, der mit der Spule über die Schalteinrichtung während bestimmter AufnahitEzeitperioden verbindbar ist, eine Enpfängereinrichtung in der überirdischen Einheit, die elektrisch mit dem Empfängerverstärker zum Ausgang der Ausgangssignale von dem Empfängerverstärker verbunden ist, sowie durch Aufzeichnungsmittel zum Speichern der Ausgangssignale, die von der Eitpfangseinrichtung enpfangen wurden.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Zeitgeber-

mittel zum Bewirken des Verbindens der Spule mit dem Gleichrichter während bestimmter Polarisierzeitperioden und mit dem Empfangsverstärker während bestirrmter Empfangs zextperioden mit Hilfe der Schalteinrichtung.

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