DE4028949A1

DE4028949A1 - Verfahren und vorrichtung zur phasen- und amplitudeneichung bei messausruestungen zur bestimmung von erdformationen aufgrund der elektromagnetischen ausbreitung

Info

Publication number: DE4028949A1
Application number: DE4028949A
Authority: DE
Inventors: George H Woodward
Original assignee: Teleco Oilfield Services Inc
Current assignee: Teleco Oilfield Services Inc
Priority date: 1989-09-13
Filing date: 1990-09-12
Publication date: 1991-05-23
Also published as: NO903975D0; US5001675A; DK216390A; FR2651893A1; NL9001993A; DK216390D0; NO903975L; GB2236592B; GB9019353D0; GB2236592A

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Meß ausrüstungen zur Bestimmung von Bohrloch-Formationen. Spezieller bezieht sich diese Erfindung auf ein neues, verbessertes Eichsystem für eine Meßausrüstung zur Bestimmung von Bohrloch-Formationen aufgrund der elektro magnetischen Ausbreitung, wobei diese Meßausrüstung in erster Linie für Anwendungen bei Öl- und Gasbohrungen verwendet wird.

Es sind Ausrüstungen zur Bestimmung von Bohrloch- Formationen bekannt, die die Phase und/oder die Amplitude von elektromagnetischen Wellen messen, um eine elektri sche Eigenschaft (wie beispielsweise den spezifischen elektrischen Widerstand oder die Dielektrizitäts konstante) eines Bohrloch-Abschnitts zu bestimmen. Gewöhnlich bestehen die Ausrüstungen, die für diese Anwendungen verwendet werden, aus einem oder mehreren Empfangsantennen-Paaren. Eine elektromagnetische Welle breitet sich von einer oder mehreren Sendeantennen in die das Bohrloch umgebende Formation aus und wird erfaßt, wenn sie bei den zwei Empfangsantennen ankommt. Bei einer Ausrüstung zur Messung des spezifischen elektrischen Widerstandes werden magnetische Dipole verwendet, die in dem MF- und dem unteren HF-Spektrum arbeiten. Im Gegen satz dazu verwenden Ausrüstungen zur Messung der Dielektrizitätskonstante elektrische Dipole in dem VHF oder UHF- Bereich.

Bei einem bekannten Sensor der obenerwähnten Art zur Messung des spezifischen elektrischen Widerstandes, der von dem Anmelder der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird sowohl der Phasenunterschied, als auch das Amplitudenverhältnis gemessen, wobei zwei spezifische Widerstände mit verschiedenen Untersuchungstiefen erhalten werden. Ein von einer ersten Empfangsantenne empfangenes Signal ist in der Phase verschoben, und seine Amplitude ist kleiner als bei dem von einer zweiten Empfangsantenne empfangenen Signal. Die spezifischen Widerstände werden dann sowohl aus dem Phasenunterschied, als auch aus dem Amplitudenverhältnis der empfangenen Signale abgeleitet. Diese differentielle Messung spricht in erster Linie auf die gegenüber den Empfangsantennen gelegene Formation an, und ist weniger empfindlich gegen über dem Bohrloch und/oder Änderungen des gesendeten Signals wie bei den bisherigen Sensoreinrichtungen.

Die hierin beschriebenen bekannten Sensoren für die elektromagnetische Ausbreitung sind zwar für ihre Zwecke gut geeignet, aber weisen eine Meßunsicherheit auf, die durch Phasen- und Amplitudenunterschiede zwischen den zwei Meßkanälen hervorgerufen wird. Ein Meßkanal besteht aus einer Empfangsantenne, einem Funkempfänger, und aus Signalverarbeitungsmitteln, um die Phase und die Amplitude des empfangenen Signals relativ zu dem anderen Kanal oder einem bekannten Bezugssignal zu bestimmen. Phasen- und Amplitudenunterschiede können durch eine Antennenverformung infolge einer Änderung der Bohrloch temperatur und des Bohrlochdrucks, eine Verschlechterung des Antennenisolators, oder thermisches Driften der elektronischen Komponenten hervorgerufen werden.

Solche Phasen- und Amplitudenunterschiede sind durch gewöhnliche Mittel (wie eine größere mechanische Präzision und Robustheit, oder eine geeignete Kombination von elektronischen Komponenten) schwieriger zu kompensieren, wenn die Meßbandbreite vermindert wird. Aus diesem Grunde sind Kanäle mit kleiner Bandbreite empfindlicher gegenüber thermischen und mechanischen Änderungen als Kanäle mit großer Bandbreite. Dies hat zur Folge, daß Bemühungen zur Verbesserung der Auflösung der Messung (d. h. der Fähigkeit, kleine Änderungen der Eigen schaften der Formation festzustellen) über eine Ver ringerung der Bandbreite des Systems zunichte gemacht werden durch die verminderte Gesamtgenauigkeit, die durch Phasen- und Amplitudenunterschiede hervorgerufen wird. Eine problematische Erscheinung dieses differentiellen Effekts ist die "Streuung" der Phasen- und Amplituden- Meßwerte eines Bohrloch-Abschnitts. Eine solche "Streuung" vermindert das Vertrauen in die Bestimmung der Formation, wodurch ein breites Fehlerband bei der Interpretation der Meßwerte zugestanden werden muß.

Eine bisherige Lösung für das Problem des Phasen und Amplitudenunterschiedes ist der kompensierte duale Widerstandssensor. Bei dieser Einrichtung werden Sende antennen an beiden Enden des Meißelschaftes verwendet, wobei ein Empfangsantennen-Paar in der Mitte zwischen diesen Sendeantennen angeordnet ist. Wenn zunächst die eine, und danach die andere Sendeantenne sendet, haben die zwei differentiellen Meßwerte entgegengesetzt gleiche Fehlerkomponenten. Wenn der Mittelwert der zwei Meßwerte gebildet wird, heben sich die Fehler auf. Diese Art von Sensor ist notwendigerweise ungefähr einen Meter länger als die analoge Ausrüstung zur Messung der elektro magnetischen Ausbreitung, die von der Teleco Oilfield Services, Inc. verwendet wird. Mit dieser größereren Länge sind verschiedene Nachteile verbunden, insbesondere ein größeres Gewicht des Meißelschaftes, höhere Material und Bearbeitungskosten, schwierige Transport-, Lagerungs und Handhabungsprobleme, sowie eine ein wenig verminderte Unempfindlichkeit gegenüber Eindringungseffekten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Messung weiter von dem Meißel entfernt ausgeführt wird. Bei niedrigen Vorschub geschwindigkeiten kann außerdem der Bohrschlamm in die Formation eindringen, bevor der Sensor die Formation messen kann.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die Probleme und Mängel der bisherigen Ausrüstungen zu beseitigen oder zu verringern mittels eines Phasen- und Amplituden-Eichsystems für eine Ausrüstung zur Bestimmung von Erdformationen aufgrund der elektromagnetischen Aus breitung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vor richtung und ein Verfahren zum Eichen einer Ausrüstung zur Bestimmung von Erdformationen aufgrund der elektro magnetischen Ausbreitung angegeben, wobei die Ausrüstung einen Bohrgestänge-Abschnitt umfaßt, der mindestens eine Sendeantenne und mindestens zwei in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete Empfangsantennen auf weist, wobei das besagte Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß:

- die Eichantenne an jede Empfangsantenne eng angekoppelt wird, um mindestens zwei gekoppelte Eich/ Empfangs-Antennen zu erhalten;
- Bezugssignale mit gleicher Phase und gleicher Amplitude nach jeder Eich/Empfangs-Antenne übertragen werden;
- die nach den besagten Eich/Empfangs-Antennen übertragenen Bezugssignale erfaßt werden; und
- aufgrund der erfaßten Bezugssignale ein Fehler signal berechnet wird.

Um diese Verbesserung zu erzielen, werden Bezugs signale mit gleicher Phase und gleicher Amplitude auf beide Meßkanäle eines Zweikanalsystems gegeben, wodurch Systemfehler für die bei der Bohrlochmessung verwendete Datenkorrektur ermittelt werden. Um die Bezugssignale zu erhalten, wird ein Eichsignal durch enge Kopplung auf jede Empfangsantenne übertragen. Bei einer ersten Aus führungsform wird dazu eine zweite Antenne (eine Eich antenne) zu jeder der zwei in einem gewissen Abstand voneinander angeordneten Empfangsantennen hinzugefügt. Jede der Eichantennen ist mit einem Dämpfungsglied ver bunden, das die Eichantenne für die Empfangsantenne durchsichtig oder unsichtbar macht, wenn die Empfangs antenne in dem Meßmodus ist. Das Dämpfungsglied bringt außerdem das an die Eichantenne weitergeleitete Signal auf einen Wert, den die Empfangsantenne in dem Meßmodus normalerweise erfaßt.

Bei einer zweiten und bevorzugten Ausführung wird die elektrostatische Abschirmung, die jede Empfangs antenne umgibt, als Eichantenne verwendet. Das Dämpfungs glied wird dabei über den Spalt der Abschirmung angeschlossen.

Die obenerwähnten und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute auf diesem Gebiet aufgrund der folgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen ersichtlich und verständlich werden.

Wir nehmen nun auf die Zeichnungen Bezug, bei denen in den verschiedenen Figuren gleiche Teile mit der gleichen Kennziffer bezeichnet sind.

Die Fig. 1 ist ein Längsschnitt einer bekannten elektromagnetischen Meßausrüstung.

Die Fig. 2 ist ein schematischer Längsschnitt, der die Funktionsweise eines elektromagnetischen Widerstands sensors veranschaulicht.

Die Fig. 3 ist eine Draufsicht, mit teilweiser Freilegung, einer Empfangsantenne, die bei den bekannten elektromagnetischen Widerstands-Meßausrüstungen verwendet wird.

Die Fig. 4 ist eine Draufsicht, mit teilweiser Freilegung, einer Empfangsantenne, die bei einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Widerstands- Meßausrüstung verwendet wird.

Die Fig. 5 ist ein elektrisches Schaltbild eines Dämpfungsgliedes, das bei dem Eichsystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Die Fig. 6 ist ein Blockdiagramm des Eichsystems der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 7 ist eine schematische Draufsicht, mit teilweiser Freilegung, einer Empfangsantenne gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Wir nehmen zunächst auf die Fig. 1 Bezug, in der eine Ausrüstung zur Messung des spezifischen elektrischen Widerstandes aufgrund der elektromagnetischen Aus breitung, die von der Teleco Oilfield Services, Inc. ver wendet wird, allgemein mit der Kennziffer 10 bezeichnet ist. Die Ausrüstung 10 besteht aus zwei Meißelschaft- Abschnitten 12 und 14. Wie gut bekannt ist, wird innerhalb des Bohrgestänges Bohrfluid oder Bohrschlamm zugeführt, wie dies durch die Pfeile in der Fig. 1 angegeben ist. Der Bohrschlamm fließt durch eine Öffnung 16 von veränderlicher Größe und treibt eine erste Turbine 17 an. Diese erste Turbine 17 ist mit einem Generator gekoppelt, der elektrischen Strom für die Sensoren in einer Sensoreinheit 18 erzeugt. Das Ausgangssignal der Sensoreinheit 18, das ein elektrisches, hydraulisches oder ähnliches Signal sein kann, betätigt einen Ventil stößel 20, der die Größe der Öffnung 16 verändert, wobei der Ventilstößel 20 ein Steuerorgan aufweist, das hydraulisch oder elektrisch betätigt werden kann. Wenn die Größe der Öffnung 16 verändert wird, werden Druck stöße in dem Schlammstrom erzeugt, die nach der Ober fläche übertragen werden und dort erfaßt werden, um Hinweise auf die verschiedenen Bedingungen zu erhalten, die von der Sensoreinheit 18 wahrgenommen werden. Dieser Vorgang wird von einem Mikroprozessor und der Elektronik einheit 22 gesteuert.

Da die Sensoren in der Sensoreinheit 18 magnetisch empfindlich sind, muß der Bohrgestänge-Abschnitt 12, in dem die Sensorelemente untergebracht sind, unmagnetisch wobei er vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder Monel metall besteht.

In dem ebenfalls unmagnetischen Bohrgestänge Abschnitt 14 ist eine bekannte elektronische Gamma strahlen- und Widerstands-Meßeinrichtung 24 unter gebracht. Unterhalb eines Gammastrahlensensors 26 ist der Sensor zur Messung des spezifischen Widerstandes aufgrund der elektromagnetischen Ausbreitung angeordnet. Dieser Sensor besteht aus einer Sendeantenne 28, die oberhalb von zwei in einem gewissen Abstand voneinander angeordne ten Empfangsantennen 30 und 32 angebracht ist. Ein Speichergate 33 ist mit der Elektronik verbunden, um die gespeicherten Daten rasch aufzurufen, wenn die Ausrüstung 10 an die Oberfläche gebracht wird.

Wir nehmen nun ebenfalls auf die Fig. 2 Bezug. Der Widerstandssensor mißt sowohl den Phasenunterschied, als auch das Amplitudenverhältnis, wobei zwei spezifische Scheinwiderstände mit verschiedener Untersuchungstiefe erhalten werden. Beispielsweise breitet sich in der Fig. 2 eine 2 MHz-Welle von einem Sender in der Ausrüstung über die Sendeantenne 28 in die Formation hinein aus und wird von den zwei Empfängern 30 und 32 erfaßt. Das Signal bei dem weiter entfernten Empfänger 32 ist in der Phase verschoben und hat eine kleinere Amplitude als das Signal bei dem näher gelegenen Empfänger 30. Der spezifische Widerstand wird sowohl aus dem Phasenunterschied, als auch aus dem Amplitudenverhältnis der empfangenen Signale abgeleitet. Diese differentielle Messung spricht in erster Linie auf die gegenüber den Empfängern 30 und 32 gelegene Formation an, und ist weniger empfindlich gegenüber dem Bohrloch und/oder Veränderungen bei den übertragenen Signalen.

Wir wenden uns nun der Fig. 3 zu, in der eine Empfangsantenne 30 oder 32 gemäß der bekannten Ausrüstung der Fig. 1 zur magnetischen Widerstandsmessung wieder gegeben ist. Der bekannte Empfänger 30 oder 32 besteht aus einer elektrostatischen Abschirmung 34 (vorzugsweise aus Kupfer), die eine Magnetdipol-Antenne 36 umgibt. Die Abschirmung 34 weist einen Spalt 38 auf, in dem ein keramischer, ringförmiger Isolator angeordnet ist. Die elektrostatische Abschirmung 34 weist außerdem eine Auslaßöffnung 40 auf, die gegenüber dem Spalt 38 mit dem besagten keramischen Isolator angeordnet ist. Die Magnetdipol-Antenne 36 ist an eine Übertragungsleitung 42 angeschlossen, die über die Öffnung 40 herausgeführt ist. Die Übertragungsleitung 42 ist wiederum an einen Funkempfänger angeschlossen; in manchen Fällen kann sie auch direkt an einen innerhalb der elektrostatischen Abschirmung 34 untergebrachten Empfänger angeschlossen sein. Wahlweise kann auch eine induktive Einrichtung verwendet werden, um das Signal von der Antenne 36 an die Übertragungsleitung 42 oder einen Funkempfänger anzukoppeln.

Die elektromagnetische Widerstands-Meßausrüstung der Fig. 1-3 ist zwar für ihre Zwecke gut geeignet, aber weist gewisse Mängel auf infolge der Meßunsicher heit, die von Phasen- und Amplitudenunterschieden zwischen den zwei Meßkanälen hervorgerufen wird, wobei jeder Meßkanal gebildet wird von einer Empfangsantenne 30 oder 32, einem Funkempfänger, und einer Signal verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung der Phase und der Amplitude des empfangenen Signals relativ zu dem anderen Kanal oder einem bekannten Bezugssignal. Es ist bekannt, daß Phasen- und Amplitudenunterschiede durch eine Antennenverformung infolge einer Änderung der Bohrloch- Temperatur und des Bohrloch-Drucks, eine Verschlechterung des Antennenisolators, oder thermisches Driften der elektronischen Komponenten hervorgerufen werden können. Solche Unterschiede sind durch gewöhnliche Mittel schwierig zu kompensieren, besonders wenn die Bandbreite der Messung vermindert ist. Dies hat zur Folge, daß die bekannten elektromagnetischen Widerstands-Meßausrüstungen eine unerwünschte Streuung bei den Phasen- und Amplituden-Meßwerten eines Bohrloch-Abschnitts ergeben können. Eine solche Streuung vermindert natürlich das Vertrauen in die Bestimmung der Formation, wodurch ein breites Fehlerband bei der Interpretation der Meß ergebnisse zugestanden werden muß.

Die vorliegende Erfindung beseitigt diesen wichtigen Nachteil und Mangel der dem Stand der Technik entsprechenden Ausrüstungen durch enge Ankopplung einer Eichantenne an jede Empfangsantenne. Wir nehmen nun Bezug auf die Fig. 4, in der eine Empfangsantenne 30′ oder 32′ wiedergegeben ist, die entsprechend dem Stand der Technik eine elektrostatische Abschirmung 34′ aufweist, die eine Magnetdipol-Antenne 36′ umgibt. Außerdem weist die elektrostatische Abschirmung 34′ einen Spalt 38′ auf, der von einem keramischen Isolator ausgefüllt ist, und über eine Auslaßöffnung 40′ ist eine Übertragungsleitung 42′ (beispielsweise aus zwei verdrillten Drähten) heraus geführt. Im Gegensatz zu der dem Stand der Technik entsprechenden Empfangsantenne der Fig. 3 ist bei der Anordnung der Fig. 4 entsprechend dem Eichsystem der vorliegenden Erfindung eine zweite Magnetdipol-Antenne 44 an die Empfangsantenne 36′ eng angekoppelt und über eine Auslaßöffnung 46 (mittels einer Übertragungsleitung 48) mit einem Dämpfungsglied 50 verbunden. Das Dämpfungsglied 50 ist über eine Übertragungsleitung mit einer Eichsignal-Quelle verbunden, die in der Fig. 6 allgemein mit der Kennziffer 52 bezeichnet ist.

Es ist offensichtlich, daß verschiedene Mittel ver wendet werden können, um eine dauernde enge magnetische Kopplung zwischen der Empfangsantenne 36′ und der Eich antenne 44 sicherzustellen. Eine solche enge Kopplung kann erreicht werden, wenn die Leiter in ein Bandkabel eingegossen werden oder verdrillt werden, oder wenn die zwei Antennen als koaxiales Kabel ausgebildet werden. Bei dieser letzteren Ausführungsform bildet die Eichantenne den inneren Leiter, und die Empfangsantenne die äußere Abschirmung des koaxialen Kabels. Unabhängig davon, welches Kopplungsschema verwendet wird, müssen die Antennen 36′ und 44 innerhalb einer gemeinsamen elektro statischen Abschirmung angeordnet werden, damit der Kopplungskoeffizient nicht von der Schleifenverformung abhängig ist, die bei einer Veränderung der Bohrloch- Temperatur oder des hydraulischen Drucks auftreten kann.

Wir wenden uns nun der Fig. 6 zu, in der ein Blockdiagramm mit der elektrischen Anordnung des Eich systems der vorliegenden Erfindung wiedergegeben ist. Dieses Blockdiagramm enthält eine Sendeantenne 28 und zwei Empfangsantenne 30′ und 32′. Wie schematisch gezeigt ist, besteht jede Empfangsantenne 30′ und 32′ aus einer Magnetdipol-Antenne 36′, die an eine Magnetdipol-Eich antenne 44 eng angekoppelt ist. Jede Eichantenne 44 ist wiederum mit einem Dämpfungsglied 50 verbunden. Von dem Dämpfungsglied 50 führt eine Übertragungsleitung 66 zu der Eichsignal-Quelle 52, die wiederum mit der Sende antenne 28 und dem Sender 53 verbunden ist. Über einen Schalter 54 der Eichsignal-Quelle 52 kann die Sende antenne 28 auf Eichmodus oder Meßmodus geschaltet werden. Jede Empfangsantenne 30′ und 32′ ist mit einem bekannten Empfänger, wie beispielsweise einem Einfrequenz- Funkempfänger 58 und 60 verbunden. Die Funkempfänger 58 und 60 sind mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (einem Computer) 62 verbunden, der sowohl die Daten ausgibt, als auch die Information in die Eichsignal- Quelle 52 eingibt.

Das Dämpfungsglied 50 weist (relativ zu dem Strahlungswiderstand der Schleife) einen hohen Eingangs widerstand für den Eichantennen-Zuführungspunkt 48 auf. Diese absichtliche Impedanz-Fehlanpassung begrenzt den Strom in der Eichantenne 44 auf einen winzigen Bruchteil des Stroms, der in der Empfangsantenne 36′ induziert wird, wenn die Anordnung der Fig. 3 durch die elektro magnetische Welle erregt wird, die von der Sendeantenne 28 ausgesendet wird. Das Dämpfungsglied ist aus mindestens zwei Gründen wichtig, und zwar:
1. Das Dämpfungsglied macht die Eichantenne durchsichtig oder unsichtbar für die Empfangsantenne, wenn die Empfangsantenne in dem Meßmodus ist, und
2. Das Dämpfungsglied bestimmt das Signalniveau, das auf die Eichantenne gegeben wird, um festzulegen, was die Empfangsantenne in dem Meßmodus normalerweise erhält.

Bei der Messung wird zunächst ein Signal von dem Sender 53 über den Schalter 54 auf die Leitung 66, und danach über die Dämpfungsglieder 50 auf die eng gekoppelten Empfangs- und Eichantennen 30′ und 32′ gegeben. Wie erwähnt, müssen die Eich- und Empfangs antennen 44 und 36′ eng gekoppelt sein, damit der Meßwert nicht von der Formation beeinflußt wird. Das von den eng gekoppelten Antennen empfangene Signal wird dann auf die Empfänger 58 und 60 gegeben und nach der Signal verarbeitungseinrichtung 62 weitergeleitet. Die von den Eichantennen 44 ausgesendeten Signale haben die gleiche Phase und die gleiche Amplitude. Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung 62 entspricht dem Fehler, der wie oben beschrieben durch Temperatur- und Druck änderungen hervorgerufen wird.

Danach wird der Sender 53 über den Schalter 54 mit der Sendeantenne 28 verbunden, über die in der üblichen Weise ein Signal über die Formation nach den Empfangs antennen 30′ und 32′ gesendet wird. Das bei einer solchen Messung erhaltene Ausgangssignal hat dann einen Fehler, der entsprechend dem Eichfehler subtrahiert werden kann, so daß fehlerfreie Meßwerte gebildet werden können.

Wir wenden uns nun der Fig. 7 zu. Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, anstatt eine getrennte Eichantenne 44 wie bei der Aus führungsform der Fig. 4 zu verwenden, das Eichsignal über das Dämpfungsglied 50 und die Übertragungsleitung 48, die über den in der elektrischen Abschirmung 34′ vorgesehenen Spalt 38′ angeschlossen ist, in die Empfangsantenne 36′ eingekoppelt. Dabei wirkt die elektrostatische Abschirmung 34′ als Eichantenne anstelle der getrennten Eichantenne 44 der Ausführungsform der Fig. 4. Dies ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, da die elektrostatische Abschirmung 34′ ein bereits vorhandenes Teil der elektromagnetischen Widerstands-Meßausrüstung ist, und daher die Eichung mittels einer Eichantenne ausgeführt wird, die bei dem bekannten System bereits vorhanden ist. Wie in der Fig. 5 gezeigt ist, besteht das Dämpfungsglied 50 vorzugsweise aus drei Widerständen 72, 74 und 76, wobei der Widerstand 76 parallel zu der Über tragungsleitung 66 angeschlossen ist, und die Widerstände 72 und 74 in Serie zu der Eichantenne 44 oder der elektrostatischen Abschirmung 34 angeschlossen sind. Vorzugsweise sollten die Widerstände 72 und 74 des Dämpfungsglieds 50 um ein Vielfaches größer sein als der Strahlungswiderstand der elektrostatischen Abschirmung 34′, gemessen über dem Spalt 38′. Die Verbindung wird daher keine meßbare Verschlechterung des Signals bewirken, das bei dem Empfänger ankommt, wenn die Empfangsantenne 36′ durch eine magnetische Welle erregt wird, die über die Sendeantenne ausgesendet wird. Die Widerstände 72 und 74 sollten genau den gleichen Wert haben und symmetrisch zu dem Spalt 38′ angeordnet sein, damit das elektrische Gleichgewicht der Antenne 36′ oder der Abschirmung 34′ bezüglich der Übertragungsleitung 42′ (oder gegebenenfalls des induktiven Kupplungsmittels) nicht gestört wird. Der dritte Widerstand 76 hat einen viel kleineren Wert als die Widerstände 72 und 74, so daß ein vernünftig angepaßter Abschluß für die Eich- Übertragungsleitung 66 erhalten wird. Bei einer bevorzug ten Ausführungsform haben beide Widerstände 72 und 74 einen Wert von 10 kOhm, während der Widerstand 76 einen Wert von 100/Ohm hat. Das Netz aus den drei Widerständen 72, 74 und 76 des Dämpfungsglieds 50 kann sowohl bei der Ausführungsform der Fig. 4, als auch bei der Aus führungsform der Fig. 7 der vorliegenden Erfindung als Dämpfungsglied verwendet werden. Vorzugsweise wird das Dämpfungsglied 50 in den keramischen Isolator des Spalts 38′ integriert. Die drei Widerstände bei einer solchen Ausführungsform können aus einzelnen Chipwiderständen bestehen, die auf den Isolator aufgeklebt sind. Vorzugs weise besteht jeder Widerstand 70, 72 und 74 aus einem Filmwiderstand, der auf den keramischen Spaltisolator aufgebrannt ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können so Fehler, die bei den Empfangsantenne einer bekannten elektro magnetischen Widerstands-Meßausrüstung hervorgerufen werden, auf einfache und wirksame Weise durch Eichung eliminiert werden. Dies hat zur Folge, daß ein System mit schmaler Bandbreite verwendet werden kann, das im Vergleich zu dem Stand der Technik wesentlich schärfer abgestimmt werden kann. Der Vorteil eines solchen Systems mit schmaler Bandbreite ist eine Verbesserung des Signal/ Rausch-Verhältnisses, was zu Messungen mit größerer Auflösung führt, oder die Verwendung einer kleineren Sendeleistung ermöglicht, um Messungen mit gleicher Auflösung wie mit den bekannten Meßausrüstungen aus zuführen.

Die vorliegende Erfindung wurde zwar in Verbindung mit einer Widerstands-Meßausrüstung beschrieben, aber Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, daß die vorliegende Erfindung bei Verwendung einer auf der elektromagnetischen Ausbreitung basierenden Ausrüstung auch zur Messung von Dielektrizitätskonstanten Anwendung finden kann.

Claims

1. Verfahren zum Eichen einer Meßausrüstung zur Bestimmung von Erdformationen aufgrund der elektro magnetischen Ausbreitung, wobei die Meßausrüstung einen Bohrgestänge-Abschnitt umfaßt, der mindestens eine Sende antenne, und mindestens zwei in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete Empfangsantennen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß:

- eine Eichantenne an jede Empfangsantenne eng angekoppelt wird, um mindestens zwei gekoppelte Eich/ Empfangs-Antennen zu erhalten;
- nach jeder Eich/Empfangs-Antenne Bezugssignale mit gleicher Phase und gleicher Amplitude übertragen werden;
- die nach den besagten Eich/Empfangs-Antennen übertragenen Bezugssignale erfaßt werden; und
- aufgrund der erfaßten Bezugssignale ein Fehler signal berechnet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß:

- ein Meßsignal über die Sendeantenne ausgesendet wird;
- das Meßsignal über die zwei Empfangsantennen erfaßt wird, und ein Signal für die Bestimmung der Formation berechnet wird; und
- das Fehlersignal von dem Signal zur Bestimmung der Formation subtrahiert wird, um ein fehlerfreies Signal zu bilden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Empfangsantennen aus je einer ersten Magnetdipol-Antenne bestehen, die von einer elektro statischen Abschirmung umgeben ist, und daß bei der Ankopplung eine zweite Magnetdipol-Antenne innerhalb der elektrostatischen Abschirmung an die erste Magnetdipol- Antenne angekoppelt wird, wobei die besagte zweite Magnetdipol-Antenne die besagte Eichantenne darstellt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß jede Empfangsantenne aus einer Magnetdipol- Antenne besteht, die von einer elektrostatischen Abschirmung umgeben ist, wobei die Abschirmung einen mit einem Isolator ausgefüllten Spalt aufweist, und daß bei der besagten Ankopplung die elektrostatische Abschirmung über den mit einem Isolator ausgefüllten Spalt an die Magnetdipol-Antenne angekoppelt wird, wobei die besagte elektrostatische Abschirmung die besagte Eichantenne darstellt.

5. Eichvorrichtung für eine Meßausrüstung zur Bestimmung von Erdformationen aufgrund der elektro magnetischen Ausbreitung, wobei die Meßausrüstung einen Bohrgestänge-Abschnitt mit einem Sender, der normaler weise mit mindestens einer Sendeantenne verbunden ist, und mindestens zwei in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete Empfangsantennen umfaßt, aus:

- einer Eichantenne, die an jede Empfangsantenne (36′) eng angekoppelt ist, wobei mindestens zwei gekoppelte Eich/Empfangs-Antennen (30′, 32′) erhalten werden;
- einem Sender (53) zum Übertragen von Bezugs signalen mit gleicher Phase und gleicher Amplitude von dem Sender nach jeder Eich/Empfangs-Antenne (30′, 32′);
- einem Mittel (58, 60) zur Erfassung der Bezugs signale, die nach den Eich/Empfangs-Antennen (30′, 32′) übertragen werden; und
- Rechenmitteln (62) zum Berechnen eines Fehler signals aus den erfaßten Bezugssignalen.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß jede Empfangsantenne aus einer ersten Magnetdipol-Antenne (36′) besteht, die von einer elektro statischen Abschirmung (34′) umgeben ist, und daß die besagte Eichantenne aus einer zweiten Magnetdipol-Antenne (44) besteht, die innerhalb der elektrostatischen Abschirmung an die besagte erste Magnetdipol-Antenne (36′) angekoppelt ist.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die besagte erste und zweite Magnetdipol- Antenne (36′, 44) die Form von zwei miteinander ver drillten Drähten haben.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die besagte erste und zweite Magnetdipol- Antenne (36′, 44) die Form eines Bandkabels haben.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die besagte erste und zweite Magnetdipol- Antenne (36′, 44) die Form eines koaxialen Kabels haben.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß jede der Empfangsantennen (30′, 32′) aus einer Magnetdipol-Antenne (36′) besteht, die von einer elektrostatischen Abschirmung (34′) umgeben ist, wobei die elektrostatische Abschirmung einen mit einem Isolator ausgefüllten Spalt (38′) aufweist, und daß die besagte Eichantenne aus der besagten elektrostatischen Abschirmung (34′) besteht, wobei sie über den mit einem Isolator ausgefüllten Spalt (38′) der elektrostatischen Abschirmung (34′) an die besagte Mangetdipol-Antenne (36′) angekoppelt ist.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Übertragungsmittel ein Dämpfungsglied (50) aufweisen.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß das besagte Dämpfungsglied besteht aus

- einem ersten und zweiten Widerstand (72, 74), die im wesentlichen den gleichen Wert haben; und
- einem dritten Widerstand (76), der mit dem besagten ersten und zweiten Widerstand (72, 74) ver bunden ist, wobei der besagte dritte Widerstand (76) einen niedrigeren Wert als der besagte erste und zweite Widerstand (72, 74) hat.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß eine elektrostatische Abschirmung die Empfangsantenne umgibt, wobei diese besagte elektro statische Abschirmung einen Spalt aufweist, der von einem Isolator ausgefüllt wird, und daß der besagte erste, zweite und dritte Widerstand (72, 74, 76) aus einem einzelnen Chip- oder Filmwiderstand besteht, der auf dem besagten Spaltisolator befestigt ist.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß:

- der besagte erste und zweite Widerstand (72, 74) einen Wert von ungefähr 10 000 Ohm hat; und
- der besagte dritte Widerstand (76) einen Wert von ungefähr 100 Ohm hat.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß:

- der besagte erste und zweite Widerstand (72, 74) in Serie zu der besagten Eichantenne angeschlossen ist; und
- der besagte dritte Widerstand (76) parallel zu der Übertragungsleitung (48) angeschlossen ist, wobei die besagte Übertragungsleitung (48) mit der besagten Eichantenne verbunden ist.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß sie ein Mittel zum Umschalten des Senders (53) zwischen einem Meßmodus und einem Eichmodus auf weist.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß sie ein Mittel zum Subtrahieren des besagten Fehlersignals von dem Signal zur Bestimmung der Formation aufweist.

18. Verfahren zum Eichen einer Meßausrüstung zur Bestimmung von Erdformationen aufgrund der elektro magnetischen Ausbreitung, wobei diese Meßausrüstung aus einem Bohrgestänge-Abschnitt besteht, der mindestens eine Sendeantenne, und mindestens zwei in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete Empfangsantennen auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß:

- ein Eichsignal an jede Empfangsantenne eng angekoppelt wird, um Bezugssignale mit gleicher Phase und gleicher Amplitude zu erhalten;
- die Bezugssignale erfaßt werden; und
- aufgrund der erfaßten Bezugssignale ein Fehler signal berechnet wird.

19. Vorrichtung zum Eichen einer Meßausrüstung zur Bestimmung von Erdformationen aufgrund der elektro magnetischen Ausbreitung, wobei diese Meßausrüstung einen Bohrgestänge-Abschnitt umfaßt, der mindestens eine Sende antenne, und mindestens zwei in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete Empfangsantennen aufweist, gekennzeichnet durch:

- ein an jede Empfangsantenne eng angekoppeltes Mittel, um Bezugssignale mit gleicher Phase und gleicher Amplitude zu übertragen;
- ein Erfassungsmittel, um die Bezugssignale zu erfassen; und
- ein Rechenmittel, um aufgrund der erfaßten Bezugssignale ein Fehlersignal zu berechnen.