DE2932566A1 - SYSTEM FOR GEOPHYSICAL EXAMINATIONS OR THE LIKE WITH NON-POLARIZING ELECTRODES - Google Patents
SYSTEM FOR GEOPHYSICAL EXAMINATIONS OR THE LIKE WITH NON-POLARIZING ELECTRODESInfo
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Description
System für geophysikalische Untersuchungen od.dgl· mit nichtSystem for geophysical investigations or the like with no
polarisierenden Elektroden.polarizing electrodes.
Elektrische Verfahren für geophysikalische Untersuchungen sind seit langer Zeit bekannt. Wenn man die mit Eigenpotential arbeitende.n Verfahren ausser Betracht lässt, verwenden die Systeme üblicherweise entweder eine Wechselstrom- oder Gleichstromquelle zum Einleiten eines elektrischen Stromes in den Boden zwischen zwei in Abstand liegenden Elektroden. Der sich ergebende iPotentialabfall wird entweder zwischen diesen Elektroden oder in Abstand von diesen liegenden anderen Elektroden gemes-Electrical procedures for geophysical surveys are known for a long time. If one disregards the method that works with self-potential, the systems use usually either an AC or DC power source for introducing an electric current into the ground between two spaced electrodes. The resulting Potential drop is either between these electrodes or measured at a distance from these other electrodes
Wenn ein Peststoffleiter, z.B. ein Metallpflock od.dgl. in die Erde eingebracht wird, bewirken die an der bestimmten Stelle in der Erde enthaltenen chemischen Bestandteile und die Konzentration und die Art der Ionen in in den Poren der Eras enthaltenen Wasser eine Veränderung der Potentiale, die an den Elektrodenkontakten erzeugt v/erden und beeinflussen auch den Widerstand zwischen dem Leiter und der Erde. Diese beiden Phänomene werden üblicherweise Polarisation genannt. Es wurde vor Jahren festgestellt, dass, wenn die Erde mit einem 'Jechselstrom anstatt mit Gleichstrom beaufschlagt wird, das Mass der Polarisation bei der Berührung der Elektroden mit dem Boden erheblich reduziert wird. Wenn jedoch der Abstand zwischen den Elek-When a pesticide ladder such as a metal stake or the like. in the Soil is brought in, cause the chemical components contained in the particular place in the earth and the concentration and the nature of the ions in the water contained in the pores of the Eras cause a change in the potentials applied to the Electrode contacts produce and also affect the grounding Resistance between the conductor and the earth. These two phenomena are commonly called polarization. It was before Years ago it was found that when the earth is supplied with an alternating current instead of a direct current, the degree of polarization when the electrodes touch the ground is significantly reduced. However, if the distance between the elec-
. paar troden grosser als etwa ein Meter (ein / feet) war, trat das als "Hauteffekt" bekannte Phänomen auf, d.h. die Induktionswirkung des durch den Boden fliessenden Wechselstroms bewirkte eine erhebliche Änderung der Bahn des Stromflusses, die sich erheblich von der unterschied, die festgestellt wurde, wenn Gleichstrom verwendet wurde. Im allgemeinen bewirkte der "Hauteffekt" den Hauptweg oder den mittleren Weg des Stromflusses durch die Erde.so dass er stärker auf den direkten Ver-. a few trodden was taller than about a meter (a / feet) a phenomenon known as the "skin effect", i.e. the induction effect of the alternating current flowing through the floor a significant change in the path of current flow, significantly different from that observed when Direct current was used. In general, the "skin effect" created the main or intermediate path of current flow through the earth, so that he is more
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bindungsweg zwischen den Stromelektroden begrenzt wurde als in dem Pail, in dem Gleichstrom verwendet wurde.path between the current electrodes was limited than in the Pail in which direct current was used.
Bei verschiedenen Entwicklungen wurde festgestellt, dass es, wenn ein tiefes Eindringen mit Gleichstromelektrodenanordnungen gewünscht wurde, dadurch möglich war, das Polarisierungsproblem anzugehen, dass das Auftreten der Polarisation an den Stromelektroden in Kauf genommen wurde und durch Verwendung von sogenannten "Poröstopfelektroden11 an den Kontakt punkten, zwischen denen das Potential gemessen wurde. Diese Anordnung ist in geophysikalischen Büchern im einzelnen beschrieben, z.B. in dem Buch von J.J.Jakosky "Exploration Geophysics" veröffentlicht durch Times-Mirror-Press, Los Angeles, 1940. Im wesentlichen wurde ein durchlässiger Keramiktopf verwendet, üblicherweise in Form eines geraden Zylinders mit offener Oberseite. Die Innenseite des Topfes enthielt eine gesättigte Lösung von Salzen einiger Metalle und eine Elektrode aus diesem besonderen Metallen wurde in die Lösung so eingetaucht, dass ein Oberfläche nkontakt so umfangreich v/i3 möglich erreicht wurde. Unter normalen Bedingungen konnten diese Elektroden mit relativ vernachlässigbaren Polarisationsspannungen zwischen sich in die Erdoberfläche eingesetzt werden. Selbstverständlich konnten sie nicht für elektrische Bohrlochsondierungen verwendet werden, da der hydrostatische Druck der Bohrlochflüssigkeit, die diese Elektroden umgab, diese Bohrlochflüssigkeit in den Topf drückte. Bei Bohrlochsondierungen ist daher das übliche Verfahren, einen relativ engen Abstand zwischen Strom- und Potentialelektroden, Metallelektroden und ein Wechselstrompotential zu verwenden, wobei dessen Frequenz üblicherweise oberhalb des 50 - 60 Hz Strombereich lag, jedoch in der Regel nur einige 100 Hz z.B. 400 Hz betrug.In various developments it was found that if deep penetration with direct current electrode arrangements was desired, it was possible to address the polarization problem by accepting the occurrence of polarization on the current electrodes and scoring points by using so-called "porous cup electrodes 11" at the contact between which the potential was measured.This arrangement is described in detail in geophysical books, e.g. in the book by JJJakosky "Exploration Geophysics" published by Times-Mirror-Press, Los Angeles, 1940. Essentially a permeable ceramic pot was used, usually in the form of a straight cylinder with an open top. The inside of the pot contained a saturated solution of salts of some metals and an electrode made of this particular metal was immersed in the solution in such a way that a surface contact as extensive as possible was achieved. Under normal Condition These electrodes could be inserted into the earth's surface with relatively negligible polarization voltages between them. Of course, they could not be used for electrical borehole probing because the hydrostatic pressure of the borehole fluid surrounding these electrodes forced that well fluid into the pot. In borehole probing, the usual method is therefore to use a relatively narrow distance between current and potential electrodes, metal electrodes and an alternating current potential, the frequency of which was usually above the 50 - 60 Hz current range, but was usually only a few 100 Hz, e.g. 400 Hz .
Ausser den vorstehend beschriebenen nicht polarisierenden porösen Elektroden konnte trotz eingehender Nachsuche in der Literatur (einschliesslich der elektrische Oberflächenuntersuchun-In addition to the non-polarizing porous electrodes described above, despite extensive searches in the literature (including the electrical surface investigation
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gen und Bohrlochsondierungen betreffenden Patente), keine andere Art eines Systems mit nicht polarisierenden Elektroden gefunden werden.gen and borehole probing patents), no other Kind of a system with non-polarizing electrodes can be found.
Die Erfindung betrifft grundsätzlich die Verwendung von Paaren von Feststoffleitern,zwischen welchen bei Kontakt mit dem Boden eine Wechselstromvorspannung fliesst, als EinzelelektrodenThe invention basically relates to the use of pairs of solid conductors, between which on contact with the ground an alternating current bias flows as individual electrodes
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für elektrische geophysik '. Untersuchungen oder Bohrlochsondierungen. Gemäss der Erfindung wird die Verwendung eines Gleichstroms als Messtrom vorgezogen, wenn auch ein Wechselstrom mit niedriger Frequenz, z.B. nicht über 20 oder 30 Hz verwendet werden kann. Die Wechselstromvorspannung jedes Elektrodenpaares ist wenigs.tens im Bereich der Grosse des Gleichstromes oder des Wechselstromes mit sehr geringer Frequenz, der für die Messungen verwendet wird und ist vorzugsweise etwas grosser, als dieser Messtrom. Die Frequenz der Wechselstromvor— spannung muss erheblich von der im Hesskreis differieren, um die Messung zu vereinfachen, d.h. sicherzustellen, dass der Vorspannungsstrom die LIe ss inst rumen te nicht beeinflusst- Er kann z.B. üblicherweise im Bereich der iietzstromfrequenz (50 60 Hz) oder einige 100 Hz, z.B. 400 - 600 Hz betragen, jedoch vorzugsweise nicht über etwa 1000 Hz.for electrical geophysics '. Investigations or borehole probes. According to the invention, the use of a direct current is preferred as the measuring current, even if an alternating current with a low frequency, for example not above 20 or 30 Hz, can also be used. The alternating current bias of each pair of electrodes is at least in the range of the magnitude of the direct current or the alternating current with a very low frequency that is used for the measurements and is preferably somewhat greater than this measurement current. The frequency of the alternating current bias must differ considerably from that in the Hesskreis in order to simplify the measurement, ie to ensure that the bias current does not affect the reading instruments 100 Hz, for example 400-600 Hz, but preferably not above about 1000 Hz.
Die Erfindung betrifft also ein System für die elektrische geophysikalische Untersuchung und Bohrlochsondierung, bei welchem ein Potential auf die Erde aufgebracht wird, durch welches ein " Gleichstrom oder ein Wechselstrom mit niedriger Frequenz zwischen benachbarten Elektroden in Fluss gesetzt wird, wobei das Potential zwischen mit dem Boden in Berührung stehenden Elektroden gemessen wird. Dabei haben sich Schwierigkeiten gezeigt infolge der Elektrodencliemie an den Berührungsbereichen der Elektroden mit dem Boden. Dieses Phänomen wird üblicherweise Polarisation genannt, wobei häufig Potentialänderungen an der Elektrodenberührungsstelle hervorgerufen werden. Es wurde festgestellt, dass es möglich ist, Paare von relativ dicht beieinander liegenden Feststoffleiterelektroden anstelle der bisherThe invention thus relates to a system for electrical geophysical Investigation and borehole probing, in which a potential is applied to the earth, through which a " Direct current or an alternating current of low frequency is set in flow between adjacent electrodes, whereby the Potential between electrodes in contact with the ground is measured. Difficulties have emerged due to the electrode cliemie on the contact areas of the Electrodes with the ground. This phenomenon is usually called polarization, with frequent changes in potential at the Electrode contact point are caused. It was found that it is possible to have pairs of relatively close together lying solid conductor electrodes instead of the previously
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verwendeten einzelnen Elektroden zu verwenden, wobei ein Wechselstrom zwischen den beiden Elektroden jedes Paares aufgegeben wird, der die Polarisation stark vermindert und ein Gleichstrom- oder Niederfrequenzwechselstrompotential zwischen zwei derartigen Paaren angelegt wird, entweder zum Aufgeben eines Messtromes in den Boden oder zur Bestimmung des sich zwischen anderen, in gleicher Weise angeordneten Paaren von Peststoffelektroden, die in Berührung mit der Erde stehen und ebenso mit Wechselstrom vorgespannt sind ergebenden Potentials. Der Vorspannungswechselstrom liegt wenigstens im Bereich der Grosse und vorzugsweise etwas grosser als der Gleichstrom an einer Elektrode.used to use single electrodes, with an alternating current between the two electrodes of each pair, which greatly reduces the polarization and creates a direct current or a low frequency AC potential is applied between two such pairs, either for abandoning one Measuring current into the ground or to determine the amount between other, similarly arranged pairs of pesticide electrodes, which are in contact with the earth and are also biased with alternating current resulting in potential. Of the The alternating bias current is at least in the range of the magnitude and preferably somewhat larger than the direct current an electrode.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen bilden einen Teil dieser Beschreibung und sind in Verbindung mit dieser zu betrachten. In diesen Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings using two exemplary embodiments. Form the drawings part of this description and should be viewed in conjunction with it. In these drawings, like denotes Identical elements are referenced.
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
Fig.leine schematische Darstellung eines Bohrlochsondierungsverfahrens nach einer Ausführungsform der Erfindung,Fig. Is a schematic representation of a borehole probing process according to one embodiment of the invention,
Figi2 ein Schaltschema der bei der in Fig. 1 zur Bohrlochsondierung verwendeten Anordnung, und FIG. 2 shows a circuit diagram of the arrangement used in FIG. 1 for borehole probing, and FIG
Fige3 in Schrägansicht eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform für die elektrische Oberflä-chensondierung. Fig. 3 is an oblique view of a schematic representation of a second embodiment for electrical surface probing.
Fig. 1 zeigt stark schematisch eine Anordnung der Geräte gemäss der Erfindung, die für eine elektrische Bohrlochsondierung in einer Art verwendet werden, in welcher das dargestellte System nicht polarisierender Elektroden spezielle Vorteile auf v/eist. Ea war bekannt, dass der Elektrodenabstand bei den meisten mit Messung des spezifischen elektrischen Widerstands arbeitenden Arten von Bohrlochsondierungen im Bereich von Zentime-Fig. 1 shows, very schematically, an arrangement of the devices according to the invention which are used for electrical borehole probing in a manner in which the illustrated system of non- polarizing electrodes has particular advantages. It was known that in most types of borehole probes that use resistivity, the electrode spacing was in the order of centimeters.
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tern (of inches) lag, jedoch selten zu einem Meter (2 or 3 feet) anstieg. Da die Eindringtiefe des verwendeten Stroms bei der Durchführung der Messungen (in gewisser Abhängigkeit von der Elektrodenausbildung) in Hinblick auf den Elektrodenabstand generell gesagt beim zwei- bis dreifachen dieses Wertes liegt, ist zu ersehen, dass die an dem Potentialelektroden gemessenen elektrischen Wirkungen nicht mehr der benachbarten Gesteinsformationen erfassen als einen Bereich von 1 m (3 feet) bis vielleicht 3 m (10 feet). In der Petroleumindustrie ist es gelegentlich wünschenswert, ein System für die Bohrlochsondierung zu verwenden, bei welchem die effektive Eindringtiefe des Untersuchungssystems erheblich darüber liegt, insbesondere wenn versucht wird, rechtwinklig zur Achse dee Bohrlochs in einer Tiefe von 30 - 300 Meter (100 - 1000 feet) od.dgl. zu untersuchen. Dies ist z.B. der Fall, wenn die Seitenbegrenzung eines Salzstockes in der Nachbarschaft lokalisiert werden soll. In diesem Fall muss eine elektrische üntersuchungsmethode für ultralange Abstände (Ulsel) verwendet werden, bei welchem der Abstand zwischen der Stromelektrode und der ersten Potentialelektrode im Bereich von 30 - 300 m (100 1000 feet) oder mehr liegt. In Pig. 1, die ein solches Ulsel-System zeigt, soll der nicht ausgekleidete Abschnitt 11 eines Bohrlochs 12 unter Verwendung eines elektrischen Kabels 13 untersuöht werden , welches eine Stromelektrode 14 am unteren Ende des Kabels trägt, oberhalb welchem in einem Abstand L1 eine erste Potentialelektrode 15 und in einem Abstand Lg oberhalb dieser eine zweite Potentialelektrode 16 angeordnet ist. Die zweite Stromelektrode 18 liegt im Bereich der Bohrlochmündung, und ist z.B. in den Boden an der Erdoberfläche 17 eingesetzt (s.Lage der Elektrode 18). Das elektrische Kabel 13 ist ein Mehrleiterkabel, dessen Leiter, wie bekannt, gegeneinander und gegen mögliches Eindringen der Bohrlochflüssigkeit im Bereich 19 im Bohrloch 11 gut isoliert sind. Ebenfalls ist es selbstverständlich, dass, wenn diese Anordnung verwendet wird, üblicherweise die Länge L2 ein mehrfaches der Länge L^,tern (of inches), but seldom rose to a meter (2 or 3 feet). Since the penetration depth of the current used when carrying out the measurements (to a certain extent depending on the electrode design) is generally two to three times this value with regard to the electrode spacing, it can be seen that the electrical effects measured on the potential electrodes are no longer the Adjacent rock formations cover as an area from 1 m (3 feet) to perhaps 3 m (10 feet). In the petroleum industry it is sometimes desirable to use a well probing system in which the effective depth of penetration of the probing system is significantly greater, particularly when attempting to be perpendicular to the axis of the borehole at a depth of 30-300 meters (100-1000 feet) ) or the like. to investigate. This is the case, for example, when the side boundary of a salt dome is to be localized in the neighborhood. In this case, an ultra-long distance electrical survey method (Ulsel) in which the distance between the current electrode and the first potential electrode is in the range of 30-300 m (100,000 feet) or more must be used. In Pig. 1, which shows such an Ulsel system, the unlined section 11 of a borehole 12 is to be undercut using an electrical cable 13 which carries a current electrode 14 at the lower end of the cable, above which a first potential electrode 15 at a distance L 1 and a second potential electrode 16 is arranged at a distance Lg above this. The second current electrode 18 lies in the area of the borehole mouth and is, for example, inserted into the ground on the surface of the earth 17 (see position of the electrode 18). The electrical cable 13 is a multi-conductor cable, the conductors of which, as is known, are well insulated from one another and from possible penetration of the borehole fluid in the region 19 in the borehole 11. It is also understood that when this arrangement is used, the length L 2 is usually a multiple of the length L ^,
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z.B. das 5- t>is 50-fache von L1 beträgt« In diesem Pail kann die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 15 und 16 infolge des Stromflusses zwischen den Elektroden 14- und 18 als eine erste Annäherung betrachtet werden, die in der Hauptsache durch den spezifischen Widerstand der Art des umgebenden Gebirges in einer Kugel mit der Elektrode 14 als Mittelpunkt und ein Radius mit einer Länge etwa zwischen L^ und Lp beeinflusst wird.eg 5 to> is 50 times L 1. In this Pail, the potential difference between electrodes 15 and 16 as a result of the current flow between electrodes 14 and 18 can be regarded as a first approximation, which is mainly determined by the specific resistance of the nature of the surrounding mountains in a sphere with the electrode 14 as the center and a radius with a length approximately between L ^ and Lp is influenced.
Gemäss der Erfindung besteht jede der Elektroden in dieser Anordnung tatsächlich aus zwei Peststoffleiterabschnitten (z.B. 21 und 22 für die Elektrode 15), die elektrisch durch einen mittleren Isolator 23 getrennt sind.According to the invention, each of the electrodes has this arrangement actually of two contaminant conductor sections (e.g. 21 and 22 for electrode 15) electrically connected by a middle insulator 23 are separated.
Aus dem Schaltschema gemäss Pig. 2 ist besser zu ersehen, dass jede der zwei Peststoffleiterelektroden, die paarweise die Elektroden 14, 15, 16 und 18 bilden, mit einem Potential von einzelnen Sekundärwicklungen 24 - 27 eines Str-omtransfcrmators 28 beaufschlagt ist, der entsprechend mit einer Wechselstromquelle 29 gespeist wird. Da diese Elektroden in Kontakt mit der Erde liegen, die keinen unendlichen elektrischen Widerstand bes-itzt, fliesst ein Wechselstrom oder Vorspannungsstrom zwischen den beiden die Elektrode 14 bildenden Leitern, und in gleicher Weise fliessen Wechselströme zwischen den die Elektroden 15, 16 und 18 bildenden Paaren.From the circuit diagram according to Pig. 2 is better to see that each of the two contaminant conductor electrodes paired to form electrodes 14, 15, 16 and 18, with a potential of individual secondary windings 24-27 of a power transformer 28 is acted upon, the corresponding with an alternating current source 29 is fed. Since these electrodes are in contact with the earth, they do not have an infinite electrical resistance possessed, an alternating current or bias current flows between the two conductors forming the electrode 14, and in the same way alternating currents flow between the pairs forming the electrodes 15, 16 and 18.
Die Grosse der einzelnen Vorspannungsströme sind nicht von besonderer Bedeutung. Gemäss der Erfindung wurde festegstellt, dass es sehr wünschenswert ist, dass der als Yorspannungsstron dienende Wechselstrom, der von einem Peststoffleiter der einen Teil z.B. der Elektrode 15 fliesst, im Bereich der Grosse des Messtromes und vorzugsweise etwas grosser als dieser Messtrom an der Elektrode ist. Bei der in Pig. 2 gezeigten Ausführungsform ist als Liesstromquelle eine Gleichstromquelle 30 dargestellt (ebenso in Pig. 1 gezeigt), die mit den Elektroden in der Weise verbunden ist, dass sie zwi-The size of the individual bias currents are not of particular importance Meaning. According to the invention, it was found that it is very desirable that the as Yorspannungsstron serving alternating current flowing from a contaminant conductor of a part e.g. of the electrode 15, in the area the size of the measuring current and preferably slightly larger than is this measurement current at the electrode. In Pig. The embodiment shown in FIG. 2 is a direct current source as the read current source 30 (also shown in Pig. 1), which is connected to the electrodes in such a way that it is between
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sehen den Mittelwindungen 31 und 32 der Sekundärwicklungen 24 "bzw. 27 liegt. Es wurde festgestellt, dass unter diesen umständen das Paar von Feststoffleitern, die die Elektrode 14 bilden und d as ., das die Elektrode 18 bilden, als eine im wesentlichen nicht polarisierende Elektrode wirkt, die sehr zufriedenstellend den Gleichstrom von der Gleichstromquelle 30 zwischen den Elektroden 14 und 18 leitet. Die Richtung der Polarität der Stromquelle 30 hai, unter diesen Umständen keine besondere Bedeutung.see the center turns 31 and 32 of the secondary windings 24 "or 27. It was found that under these circumstances the pair of solid conductors that make up the electrode 14 and that forming the electrode 18 acts as a substantially non-polarizing electrode which is very satisfactorily conducts direct current from direct current source 30 between electrodes 14 and 18. The direction of the Power source polarity 30 hai, none under these circumstances special meaning.
Wenn eine dieser Elektrodenpaaranordnungen als Potentialmesaelektrode anstatt als Elektrode zum Aufbringen des Messtromes in den Boden verwendet wird, sollte der Scheitelwert des Wechselstromvorspannungspotential wenigstens im Bereich der zu messenden Potentialdifferenz sein, und vorzugsweise das rms Vorspannungspotential wenigstens so gross sein, wie das Hesspotential. Es soll also in Pig. 1 und 2 das Potential zwischen den Sekundärwicklungen 25 und 26 des Transformators einen Spitzenwert von wenigstens im Bereich des Gleichstrompotentials zwischen den Mittelwindungen dieser Sekundärwicklungen haben, und insbesondere soll die rms Spannung jeder dieser Sekundärwicklungen so gross als das Gleichstrompotential sein.If one of these electrode pair arrangements is used as a potential measuring electrode instead of being used as an electrode to apply the measurement current into the ground, the peak value of the AC bias potential should be be at least in the range of the potential difference to be measured, and preferably the rms The bias potential must be at least as large as the Hess potential. So it's supposed to be in Pig. 1 and 2 the potential between the secondary windings 25 and 26 of the transformer have a peak value of at least in the region of the direct current potential between the center turns of these secondary windings, and in particular the rms voltage of each of these secondary windings should be be as large as the DC potential.
In gleicher Weise bilden die Mittelwindugen 33 und 34 der Sekundärwicklungen 25 und 26 des Transformators 28, die den Wechselstromvorspannungsstrom auf die Elektroden 16 bzw. 14 aufgeben, die Elektroden, zwischen welchen das Gleichstrompotential in dieser Bohrlochsondierungsausrüstung gemessen wird. Entsprechend sind diese Mittelwindugen mit dem Gleichstromspannungsbandschreiber 35 verbunden. Wie bekannt, läuft das Aufzeichnungsband, auf welchem der Potentialabfall der Elektrode 15 und 16 zur Beobachtung aufgezeichnet wird, üblicherweise synchron mit der Bewegung der Elektroden in dem Bohrloch. Z.B. kann das Kabel 13 über eine Wenderolle 36 laufen, welche das Kabel auf die Aufnahmewinde 37 umleitet. Ein mechanischer Abtrieb von der Achse der Wenderolle 36 wird dann zumIn the same way, the middle turns 33 and 34 form the secondary windings 25 and 26 of transformer 28 supplying the AC bias current give up on the electrodes 16 and 14, the electrodes between which the direct current potential is measured in this well probing equipment. These mean windings are correspondingly with the DC voltage tape recorder 35 connected. As is known, the recording tape runs on which the potential drop of the electrode 15 and 16 is recorded for observation, usually in synchronism with the movement of the electrodes in the borehole. For example, the cable 13 can run over a turning roller 36 which diverts the cable onto the receiving thread 37. A mechanical one Output from the axis of the turning roller 36 is then to
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Antrieb des Aufzeichnungsbandes verwendet. Dies ist mit der gestrichelten Linie 38 in Pig. I dargestellt.Drive of the recording tape used. This is indicated by the dashed line 38 in Pig. I shown.
Die Enden der Leiter des Kabels 13 sind in den Sekundärwicklungen des Stromtransformators 28 mittels Schleifringen (nur teilweise dargestellt) an der Aufnahmewinde 37 verbunden, wie ebenfalls bekannt ist. Pig. 1 zeigt dies nur schematisch. Die elektrischen Verbindungen sind in Pig. 2 deutlicher dargestellt.The ends of the conductors of the cable 13 are in the secondary windings of the current transformer 28 by means of slip rings (only partially shown) connected to the receiving thread 37, as is also known. Pig. 1 shows this only schematically. The electric Connections are in Pig. 2 shown more clearly.
Selbstverständlich kann eine Quelle für Wechselstrom mit sehr niederer Frequenz anstelle der Gleichstromquelle 30 verwendet werden, was einen kleinen Vorteil bringt. In diesem Pail kann der Gleichstromschreibe.r 35 durch einen schreibenden Wechselstrompotentiometer ersetzt werden, der auf dieser Frequenz arbeitet. Of course, a very low frequency alternating current source can be used in place of the direct current source 30 which has a small advantage. In this pail the DC recorder can be read by means of an AC writing potentiometer that works on this frequency.
In jedem Pail kann die Stromquelle 30 und der Schreiber 35 mit einer Frequenz unterhalb der der V/echselstromquelle 29 betrieben werden. Wie oben erläutert, hat z.B. die Wechselstr^mquelle 29 eine Frequenz von 400 - 1000 Hz, während die Stromquelle vorzugsweise eine Gleichstromquelle oder eine Quelle für V/echselstrom nicht mit über 30 Hz ist.The power source 30 and the writer 35 can be included in each pail operated at a frequency below that of the electrical current source 29 will. As explained above, for example, the alternating current source 29 has a frequency of 400-1000 Hz, while the current source preferably a direct current source or a source of electrical current is not over 30 Hz.
Es ist verständlich, dass da der 7/echselstrom als Vorspannung auf in relativ dichtem Abstand liegende Elektroden aufgegeben wird (vorzugsweise liegt der die Elektroden 21 und 22 trennende Isolator 23 z.B. im Bereich von etwa 30 cm (1 ft.),und vorzugsweise im Bereich vor nur einigen Zentimetern (a few inches) ein sehr geringer Sti"om notwendig ist, um einen Vorspannungsstrom mit der gleichen Grosse aufzugeben, wie die des zugeführten Gleichstromes. Bei der dargestellten Anordnung ist meist eine Stromzuführung von nur wenigen Watt notwendig. Daraus ist zu ersehen, dass der Abstand zwischen den Elektrodenelementen jedes Paares im Bereich von 1/50 oder weniger des Abstandes zwischen benachbarten Elektroden, z.B. dem Abstand L* ist.It is understandable that there is the 7 / echselstrom as a bias voltage is applied to electrodes located at a relatively close distance (preferably the one separating the electrodes 21 and 22 is located For example, insulator 23 in the range of about 30 cm (1 ft.), And preferably In the area of just a few inches, a very small amount of pressure is necessary to generate a bias current to give up with the same size as that of the fed Direct current. In the arrangement shown, a power supply of only a few watts is usually necessary. From it is it can be seen that the distance between the electrode members of each pair is in the range of 1/50 or less of the distance between adjacent electrodes, e.g. the distance L *.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, dieFig. 3 shows a second embodiment of the invention, the
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bei einer anderen üblichen Unterauchungsanordnung angewendet ist. Hier bildet die Erdoberfläche, die durch das Bezugszeichen 40 dargestellt ist, eine Grenzfläche für den Strom—.fluss zwischen zwei Paaren 41 und 42 von festen, leitenden, dicht beieinander liegenden Elektroden, die in die Brdoberfläche 40 eingetrieben wurden. Zwei andere Paare von gleichen Elektroden 43 und 44 werden verwendet, um das Potential zwischen dem mittleren Drittel des Abstandes zwischen den Elektroden 41 und 42 aufzunehmen. Wie in Pig. 3 dargestellt, sind die Sekundärwicklungen 45, 46, 47 und 48 von vier Transformatoren 49 - 52 entsprechend mit den Elktrodenpaaren 41, 43, 44 und 42 verbunden. Die Primärwicklungen dieser Transformatoren liegen parallel an einer Wechselstromquelle 54, so dass eine Wechselstromvorspannung zwischen den die Elektrodenpaare bildenden Elektroden fliesst. Wie bereits dargelegt, ist es wünschenswert, dass dieser Vorspannungsstrom im gleichen Grössenbereich oder grosser als die Amplitude des llesstromes ist, welcher in diesem Fall auf die Hittelwindungen 55 und 58 der Sekundärwicklungen· 45 und 48 der Transformatoren aufgegeben wird. Dies ist der Strom, der durch das Amperemeter 59 gemessen ist, das in Serie mit dem Gleichstromdynamo 60 geschaltet dargestellt ist· Die Srärke des Gleichstromsignals kann durch einen Regelwiderstand 61 eingestellt oder geregelt werden. Ein Potentiometer 62 oder eine andere Einrichtung zum genauen Bestimmen des Potentials liegt zwischen den Mittelwindugen 56 und 57. Dies ist eine Anordnung für die elektrische Oberflächenuntersuchung, die "Wenner"-oder "Gish-Rooney"-Anordnung genannt wird. Die Elektroden gemäss der Erfindung sind selbstverständlich auch mit jedem anderen System für Oberflächenuntersuchung anwendbar.is applied to another common submersion arrangement. Here forms the surface of the earth indicated by the reference number 40 is an interface for the current flow between two pairs 41 and 42 of solid, conductive, closely spaced electrodes which are inserted into the surface 40 were driven in. Two other pairs of like electrodes 43 and 44 are used to set the potential between the middle one Third of the distance between the electrodes 41 and 42 to be recorded. Like in Pig. 3 are the secondary windings 45, 46, 47 and 48 of four transformers 49-52 are connected to the electrode pairs 41, 43, 44 and 42, respectively. The primary windings of these transformers are connected in parallel to an alternating current source 54, so that an alternating current bias flows between the electrodes forming the electrode pairs. As stated earlier, it is desirable that this bias current is of the same magnitude or greater than the amplitude of the reading current, which in this Case is abandoned on the central turns 55 and 58 of the secondary windings 45 and 48 of the transformers. this is the Current measured by ammeter 59 which is shown connected in series with DC dynamo 60 · The The strength of the direct current signal can be controlled by a variable resistor 61 can be set or regulated. A potentiometer 62 or another means of accurately determining the potential is between center windings 56 and 57. This is one arrangement for electrical surface inspection called the "Wenner" or "Gish-Rooney" arrangement. The electrodes according to the invention can of course also be used with any other system for surface investigation.
Wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform ist es wünschenswert, dass die Frequenz des Vorspannungspotentials, die von der Wechselstromquelle 54 kommt, im Vergleich zu der des für die Lieferung des ilesstroms verwendeten Dynamos hoch ist, Wenn, wie in Fig. 3 dargestellt, Gleichstrom für die Mess-As with the embodiment described first, it is desirable that the frequency of the bias potential coming from the AC power source 54 compared to that of the the dynamo used to deliver the ilesstrom is high, If, as shown in Fig. 3, direct current for the measuring
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schaltung verwendet wird, kann die Wechselstromquelle 54 eine Stromfrequenz von z.B. 50-60 Hz haben. Andererseits, wenn eine Quelle für lliederfrequenzwechselstrom anstelle des Gleichstromdynamos 60 verwendet wird, z.B. mit einer Frequenz im Bereich von 10 - 30 Hz, ist es wünschenswert, dass die Frequenz der Wechselstromquelle 54 wenigstens bei 100 Hz, vorzugsweise im Bereich von 400 - 1000 Hz liegt.circuit is used, the AC power source 54 may have a power frequency of 50-60 Hz, for example. On the other hand, if a low frequency alternating current source is used in place of the direct current dynamo 60, e.g., at a frequency in the range from 10-30 Hz, it is desirable that the frequency of the AC power source 54 be at least 100 Hz, preferably lies in the range of 400 - 1000 Hz.
In der Praxis können die Elektrodenpaare konstruktiv aus zwei miteinander verbundenen Stangen mit einem Isolierstreifen zwischen ihnen in Sandwichart zusammengesetzt sein, so dass diese zusammengesetzte oder "Sandwich-Stange" in einem Arbeitsgang eingesetzt werden kann, statt dass getrennt zwei Pfähle eingetriebein werden, wie in Fig. 3 dargestellt.In practice, the electrode pairs can constructively consist of two rods connected to one another with an insulating strip between they can be assembled in a sandwich manner, so that this compound or "sandwich bar" can be made in one operation can be used instead of driving two piles separately as shown in FIG.
In jedem Fall ist die in Fig. 3 dargestellte Anordnung eine Ausführungsform eines elektrischen Untersuchungssystems, bei dem nicht polarisierende Elektroden für das Einbringen des elektrischen Stroms I in den Boden verwendet v/erden. Bei der vorherigen Ausführungsforni ist es vorzuziehen, im Vergleich zu dem Abstand zwischen benachbarten Elektroden, geringe Abstände zwischen den beiden Elektrodenelementen vorzusehen, die das Elektrodenpaar bilden. Vorzugsweise liegt der Abstand zwischen den zwei Elektrodenelenenten 41 nicht über 2c/° des Abstandes von der Elektrode 41 z.B. zur Elektrode 43· Wenn auch in beiden Ausführungsformen die Messchaltungen an die mittleren Windungen der Sekundärspulen des den Vorspannungsstrom erzeugenden !Transformators angelegt sind, ist es selbstverständlich nicht wesentlich, dass eine Mittelschleife verwendet wird, solange der ilesslcreis mit dem Elektrodenpaar verbunden ist.In any case, the arrangement shown in FIG. 3 is an embodiment of an electrical investigation system in which non-polarizing electrodes are used for introducing the electrical current I into the ground. In the previous embodiment, it is preferable, compared to the distance between adjacent electrodes, to provide small distances between the two electrode elements that form the pair of electrodes. The distance between the two electrode elements 41 is preferably not more than 2 c / ° of the distance from the electrode 41, e.g. to the electrode 43.Although in both embodiments the measuring circuits are applied to the middle turns of the secondary coils of the transformer generating the bias current, it is of course, it is not essential that a center loop be used as long as the circuit is connected to the pair of electrodes.
Es gibt eine Anzahl von Änderungen in der Anordnung der Geräte, die äquivalent denen sind, die bereits dargestellt und beschrieben wurden. Selbstverständlich liegen auch diese Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, der durch die Ansprüche wiedergegeben ist.There have been a number of changes in the arrangement of the devices which are equivalent to those already illustrated and described became. Of course, these embodiments are also within the scope of the invention, which by the claims is reproduced.
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Owner name: AMOCO CORP., CHICAGO, ILL., US |
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