DE69015778T2

DE69015778T2 - Verfahren und Gerät zur Spontanpotential-Bohrlochmessung.

Info

Publication number: DE69015778T2
Application number: DE69015778T
Authority: DE
Inventors: Min-Yi Chen
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 1989-11-01
Filing date: 1990-10-31
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2010-11-01
Also published as: AU6570190A; EP0426563B1; DE69015778D1; EP0426563A3; NO904445D0; NO180249B; US5008625A; AU635081B2; DK0426563T3; NO904445L; NO180249C; EP0426563A2

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Verwendung bei der Gewinnung von Indikationen bezüglich Variationen in der Struktur einer Erdformation, und insbesondere auf Verbesserungen bei der Loggewinnung des Spontanpotentials (SP), das an der Wandung der Erdformation vorhanden ist.

Hintergrund der Erfindung

Für Zwecke der geologischen Exploration und insbesondere in Verbindung mit der Exploration der Erde bezüglich untertägiger petrochemischer fossiler Lagerstätten ist es bekannt, bestimmte elektrische Eigenschaften zu messen, die längs einer Erdformationswandung vorliegen. Typischerweise wird ein Bohrloch abgeteuft, etwa mittels eines konventionellen Rigs, und bei mit einer Bohrspülung gefülltem Bohrloch wird eine Elektrodenstruktur auf einem Kissen längs der Länge des Bohrlochs bewegt, während eine Spannung zwischen Elektroden und Kissen angelegt wird, und die resultierenden Ströme und/oder Spannungen, die an der Wandung vorliegen, werden erfaßt und aufgezeichnet. Das Aufzeichnen kann auf einem Magnetband erfolgen, auf einem Tintenschreiber, auf einer Computerdiskette oder in einem Computerspeicher, als Beispiele. Eine gleichzeitige Aufzeichnung der Position der Elektrodenstruktur längs der Wandung erfolgt, so daß eine Graphik von Abständen längs des Bohrlochs gegen eine ausgewählte elektrische Eigenschaft aus den abgespeicherten Daten gebildet werden kann.
Die Veränderungen in den Elektrodenströmen und/oder Spannungen, die so erfaßt und wiedergegeben werden, haben sich als korrelierend erwiesen mit bestimmten Eigenschaften der benachbarten Erdformation. Eine Möglichkeit, gemäß der diese Korrelation bestimmt werden kann, ist die Bildung eines Lochs in der Erde durch Kernbildung, d.h. ein enger zylindrischer Schnitt erfolgt in die Erde, und der Kern innerhalb des Schnittes wird in intaktem Zustand entnommen unter Hinterlassung des Bohrlochs. Das Loggen der exponierten Bohrlochwandung wird dann ausgeführt, und die resultierenden, gemessenen elektrischen Werte bei jeder Tiefe werden verglichen mit der Struktur und den Eigenschaften des Kerns an den entsprechenden Stellen. Erfahrung, gewonnen mit solchen Kernbildungskorrelationen, ermöglicht spezifische physikalische, chemische und geologische Eigenschaften den Werten und Formen der Logwellenformen zuzuschreiben, die später in anderen Bohrlöchern gewonnen werden, und zwar mit einem hohen Grad an Bestimmtheit.
Genauer gesagt, besteht eine populäre Technik für die Gewinnung der gewünschten Messungen des spezifischen Widerstandes in der Verwendung einer Matrix von Elektroden oder "Knöpfen", die auf einem elektrisch leitenden Kissen, jedoch von diesem isoliert, angebracht sind, das gegen die Bohrlochwandung gedrückt wird, wenn es nach oben gezogen wird, während eine Spannung oder ein Strompegel zwischen jedem Knopf und einer entfernten Elektrode in der Spülung oder Übertage angelegt wird. Die dabei erzeugten Ströme fließen mindestens teilweise von den Elektroden durch die Bohrlochwandung in einer Höhe, die abhängt von den Eigenschaften der Erdformation unmittelbar benachbart den Elektroden. Solche Prozeduren sind als Messungen des spezifischen Mikrowiderstandes bezeichnet worden, da sie den spezifischen elektrischen Widerstand von sehr kleinen vertikalen Segmenten der Wandungsstruktur messen.
Während eine separate Logwellenform für jede Elektrode mittels solcher Messung des spezifischen Widerstandes gewonnen werden kann, hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, die Information, welche solche Wellenformen des spezifischen Widerstandes erzeugen, in eine bidimensionale visuelle Abbildung des spezifischen Widerstandes der Bahn umzuformen, längs der die Matrix gezogen wird. Dieses Bild weist typischerweise Helligkeitsvariationen auf entsprechend den Veränderungen des spezifischen Widerstandes des Streifens oder des Wandungssegments, das von der Elektrodenmatrix überbrückt wird. Eine Form eines solchen Systems ist der Formationsmikroscanner (FMS ) von Schlumberger Well Services und hat sich als kommerziell erfolgreich erwiesen für das Bohrlochloggen im Verlauf der petrochemischen Exploration. Information bezüglich solcher Systeme ist beispielsweise enthalten in US-Patent Nrn. 4,468,623 von Gianzero et al, erteilt 28. August 1984, und 4,567,759 von Ekstrom et al, erteilt 4. Februar 1986. Ein Nachteil solcher Systeme besteht darin, daß sie die Tendenz haben, bei auf Öl basierenden Spülungen nicht gut zu arbeiten, die hohe spezifische Widerstände aufweisen. Da auf Öl basierende Spülungen in einigen Fällen höchst wünschenswert sind aus Gründen, die nichts mit der Logfunktion zu tun haben, bildet diese Beschränkung einen wesentlichen Nachteil beim Loggen des spezifischen Widerstandes.
Darüber hinaus können in einigen Fällen die spezifischen Widerstände von Schichten ganz unterschiedlichen Materials oder physikalischer Konfiguration von einander sich nicht sehr unterscheiden; beispielsweise können Schichten mit sehr unterschiedlichem Sand- und Schiefergehalt etwa denselben spezifischen Widerstand aufweisen, was ihre Unterscheidung unauffindbar mittels des Mikroresistivitätslogs macht.
Ein anderes bekanntes Verfahren für die Gewinnung von Indikationen bestimmter genereller Charakteristiken der Erdformation ist das Loggen des Spontanpotentials (SP) der exponierten Oberflächen eines Bohrlochs in einer Erdformation durch Schleppen einer Elektrode nach oben in dem Bohrloch und Verwenden des gemessenen elektrischen Potentials an der Elektrode als eine Indikation von SP. Das gemessene SP kann dann als Aufzeichnung des SP über der Distanz längs des Bohrlochs wiedergegeben werden. Die SP Elektrode in solchen Fällen wird typischerweise nahe dem Zentrum des Bohrlochs montiert, und während sie einige brauchbare Indikationen von globalen Variationen in der Natur und Struktur in der benachbarten Erde erzeugt, ist die Definition dessen, wozu diese Anordnung in der Lage ist, typischerweise ziemlich schwach, beispielsweise in der Größenordnung von 1 Fuß. Dies war angemessen für den traditionellen Zweck, auf den SP Messungen ausgerichtet waren, nämlich dicke Schieferformationen von anderen Formationen zu unterscheiden, wie etwa Sandschichten, und die Formationswasserleitfähigkeit zu bestimmen. Bei der Untersuchung von dünn-laminierten Lagerstätten ist es jedoch wünschenswert, Auflösungen in der Größenordnung von 0,1 Zoll zu haben.
Es ist auch bekannt, das Loggen des SP längs einer Bohrlochwandung auszuführen unter Verwendung einer Elektrode, die geringfügig hinter die Oberfläche eines elektrisch isolierenden Kissens zurückversetzt ist, und das Kissen nach oben zu schleppen, während die Kissenoberfläche gegen die Bohrlochwandung gedrückt wird. Während die resultierende Logwellenform von einiger Brauchbarkeit war, fand sie nicht breite generelle Anwendung, weil sie keine hinreichend verläßlichen akuraten klaren Wiedergaben des SP in der benachbarten Erdformation ergab.
Das SP Signal hat zwei Komponenten: Das elektrochemische Potential und das elektrokinetische Potential. Das elektrochemische Potential stammt von der Diffusion von Ionen zwischen Formationswasser und der Bohrspülung unter einer Ionenkonzentrationdifferenz. Das elektrokinetische Potential stammt von der Bewegung von Fluid aus dem Bohrloch in die Formation unter einer Druckdifferenz. Das elektrochemische Potential wurde traditionell verwandt zum Bestimmen der Formationswasserleitfähigkeit (in Beziehung mit der Formationswasserionenkonzentration), einem wichtigen Parameter bei der Formationsbeurteilung. Es kann potentiell verwendet werden zum Bestimmen der Kationenaustauschkapazität in schieferigem Sand, wiederum einem wichtigen Parameter bei der Formationsbeurteilung von schiefrigen Sandlagerstätten. Das elektrokinetische Potential kann verwendet werden zum Überwachen der Bewegung von Fluid durch Zonen geringer Permeabilität.
Die Stärke des Quellen-SP-Signals kann nur gesteuert werden durch Änderung des Druckes oder der Ionenkonzentration des Bohrlochfluids. Solche Änderungen sind unter den meisten Abteufbedingungen unpraktisch. Vergleichsweise können die Spannungen und Ströme, die bei den oben diskutierten Messungen des spezifischen Widerstandes injiziert werden, leicht justiert werden durch die Bedienungsperson auf nahezu jeden zweckmäßigen Pegel, um einen optimalen Pegel des Meßsignals zu erzeugen. Die frühere Ineffizienz von konventionellen SP Logprozeduren für die Erfassung der Feinstruktur ist mindestens teilweise zurückzuführen auf die Tatsache, daß die Höhe des SP nicht ohne weiteres steuerbar ist, und die Messung deshalb speziell empfindlich gegenüber Rauschen ist.
Im einzelnen gibt es vier wichtige Arten von Meßrauschen und -verzerrungen, die SP Messungen beeinflußt haben:
1) Änderungen im Potential der Referenzelektrode;
2) Polarisierung der Elektroden;
3) Bimetallströme; und
4) der Ohm'sche Potentialabfall von dem Fließen des SP Stroms in dem Bohrloch.
Diese vier unterschiedlichen Arten von Rauschen können wie folgt erläutert werden:
1) Die Referenzelektrode wird typischerweise in dem Spülungsreservoir oder Übertage plaziert. Das Potential dieser Referenzelektrode kann sich während des Loggens ändern infolge von Oberflächenphänomenen (beispielsweise Wetter).
2) Alle Meßelektroden werden aus Metall hergestellt, das Gegenstand von Polarisationseffekten ist. Das gemessene Potential zwischen solchen Elektroden hängt deshalb ab vom Oberflächenzustand von Elektroden, der sich während des Loggens ändern kann.
3) Alle Sonden haben exponierte Metallteile. Jeweils zwei unterschiedliche Metalle, die der Bohrspülung ausgesetzt sind, bilden eine Batterie und der "Bimetallstrom", der zwischen diesen beiden Metallen fließt, verzerrt die SP Messung.
4) Das Bohrlochfluid ist typischerweise weitgehend leitend. SP Ströme fließen in einer geschlossenen Schleife; ein Teil der Schleife liegt in der Formation und ein Teil der Schleife ist in dem Bohrlochfluid. Konventionell wird SP gemessen mit einer Elektrode, die sich im Zentrum des Bohrlochs befindet, die den Ohm'schen Abfall des Potentials aus dem im Bohrloch fließenden Strom mißt. Das gemessene SP ist deshalb nur ein Teil des Gesamtpotentials (SSP oder statisches SP). Beim Vorhandensein von vielen dünngeschichteten Bettungen hängt deshalb der Ohm'sche Potentialabfall im Zentrum des Bohrlochs in komplizierter Weise von dem SSP längs einer erheblichen Länge der Formation ab, was zu einem Signal geringer Auflösung führt. Es ist nicht möglich, das hochauflösende SSP aus dem gemessenen Ohm'schen Abfall geringer Auflösung im Zentrum des Bohrlochs abzuschätzen.
Es ist vorgeschlagen worden, eine SP empfindliche Elektrode so zu montieren, daß sie nach außen gedrückt wird, um direkt an einer Oberfläche des Bohrlochs anzuliegen, wenn sie nach oben gezogen wird, in einem Ansatz zur Verbesserung der SP Messungen. Siehe beispielsweise US Patent Nr. 3,914,686 von R.H. Brooks, erteilt 21. Oktober 1975. Die besondere SP Elektrodenanordnung des genannten Patents von Brooks ist jedoch nach bestem Wissen der Anmelderin niemals kommerziell verwendet worden, und es ist nun deutlich, daß sie nicht richtig arbeiten könnte, wie in jenem Patent beschrieben, da die SP Elektrode sich drastisch und unvorhersagbar ändern wird, wenn sie längs der Bohrlochwandung in direktem Kontakt mit dieser geschleppt wird.
Es ist auch bekannt, ein Paar von vertikal ausgefluchteten Elektroden nahe dem Zentrum des Bohrlochs positioniert zu verwenden zum Erzeugen von absoluten und relativen SP Werten, und die niederfrequenten Komponenten des absoluten SP mit den hochfrequenten Komponenten des relativen SP zu kombinieren, um eine genauere SP Messung zu erhalten. Während diesbezüglich hilfreich, blieb SP immer noch ein Parameter von geringer kommerzieller Bedeutung oder Wert, insbesondere bezüglich der Gewinnung von Indikationen von dünnen Schichten unterschiedlichen SPs, gemessen längs der Länge des Bohrlochs.
Demgemäß ist ein Ziel dieser Erfindung, ein neues und verbessertes System und ein Verfahren für die Bestimmung der geologischen Feinstruktur von Erdformationen mittels gemessenen Spontanpotentials (SP) zu schaffen.
Ein anderes Ziel ist, ein solches SP System und Verfahren zu schaffen, das verläßliche Indikationen der Feinstruktur einer exponierten Oberfläche einer Erdformation liefert.
Ein weiteres Ziel besteht darin, ein solches SP System und Verfahren zu schaffen, bei dem die SP Feinstruktur ohne weiteres und genau bestimmt werden kann, selbst bei Vorhandensein von erheblichen interferierenden Störsignalen oder -bedingungen, insbesondere zur Unterscheidung zwischen Sand- und Schieferschichten oder unterschiedlichen Graden der Schieferhaltigkeit.
Es ist ein weiteres Ziel, ein solches Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die befriedigend selbst mit Bohrspülungen von relativ hohem spezifischen Widerstand arbeiten, wie etwa bei auf Öl basierenden Spülungen.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Diese und andere Ziele der Erfindung werden erreicht durch das Vorsehen eines Systems und eines Verfahrens, bei welchen eine Matrix, umfassend eine Mehrzahl von seitlich voneinander beabstandeten Elektroden, unmittelbar nahe, jedoch in geringfügigem Abstand von einer zu untersuchenden Wandung positioniert und zu unterschiedlichen Positionen längs der Wandung bewegt wird, während Messungen des SP an jeder Elektrode erfolgen. Diese SP repräsentierenden Signale werden verwendet zum Erzeugen einer zweidimensionalen visuellen Abbildung von SP über und längs des von der Matrix explorierten Wandungssegments. Vorzugsweise sind die Elektroden geringfügig rückversetzt hinter die Oberfläche eines isolierenden tragenden Kissens, das längs der Formationswandung und in Kontakt mit dieser bewegt wird.
Vorzugsweise werden mindestens vier und in besonders bevorzugten Ausführungsformen mindestens fünf bis zehn solcher seitlich beabstandeter Elektroden verwendet. Es ist ebenfalls bevorzugt, daß mehr als eine Reihe solcher seitlich beabstandeter SP-empfindlicher Elektroden verwendet werden, wobei die Elektroden in mindestens einigen der Reihen ausgefluchtet sind mit Elektroden in mindestens einer der anderen Reihen in Richtung der Logbewegung, um die Verwendung von Differential-SP-Messungen und/oder das Bereitstellen brauchbarer redundanter SP Information zu ermöglichen. In einigen Fällen werden mindestens einige dieser Reihen nicht so ausgefluchtet, sondern stattdessen Elektroden in gestaffelten Positionen aufweisen, wodurch eine vollständigere Abdeckung des untersuchten Segments der Bohrlochwandung geschaffen wird und entsprechend mehr kontinuierliche SP Information in der Richtung senkrecht zu der Richtung der Logbewegung.
Die oben beschriebene Verwendung einer Mehrzahl von Elektroden im Abstand längs der Richtung quer zu der Logrichtung und die Verwendung der Spontanpotentiale an diesen Elektroden zur Bildung einer zweidimensionalen visuellen Abbildung des SP des von der Elektrodenmatrix abgetasteten Landungssegments hat sich als ein SP Log ergebend erwiesen, das ermöglicht, verläßliche, leicht beobachtbare und leicht interpretierbare Indikationen der Feinstruktur längs der Wandung einer Erdformation zu liefern, selbst bei Spülungen mit hohem spezifischen Widerstand. Dies ist zutreffend trotz des typischen Vorhandenseins von erheblichem interferierendem Rauschen.
Die oben kurz beschriebenen vier unterschiedlichen Arten von Rauschen, die mit konventionellen SP Messungen interferieren, können immer noch vorhanden sein bei Meßzeiten der Erfindung, doch können diese Rauschstörungen ohne weiteres überwacht werden und ihre Einflüsse weitgehend ausgeschlossen oder zumindest erheblich beschränkt werden, wie unten beschrieben:

1) Änderungen im Potential der Referenzelektrode.

Diese Änderungen werden die absoluten SPs in einer gegebenen Reihe von Elektroden in demselben Maße beeinflussen und werden nicht beeinflussen die Differenz SPs zwischen einer Elektrode in einer Reihe und einer anderen Elektrode in einer anderen Reihe, die mit ihr axial ausgefluchtet ist. Solches Rauschen kann ohne weiteres erkannt werden als perfekt horizontale Merkmale in dem Absolut-SP-Abbild, entweder visuell oder mit der Hilfe von Computersoftware, und kann entfernt werden durch Anwendung von Relativ-SP-Messungen, wie unten beschrieben.

2) Polarisierung der Elektroden.

Die Elektroden sind in dem Kissen versenkt und nicht direkt in Kontakt mit der Formation. Trotzdem können sich die Oberflächeneigenschaften einer der Elektroden gelegentlich plötzlich ändern infolge von Kratzen an der Formation; das resultierende Meßrauschen kann jedoch ohne weiteres in der SP Wellenform und dem Abbild erkannt werden als isolierte, abklingende Spitzen in dem Signal von einer der Elektroden. Einmal erkannt, kann das Rauschen leicht durch Signalverarbeitung entfernt werden. Die Oberflächeneigenschaften einer der Elektroden können sich auch langsam ändern, was zu langsamen Drifts in den gemessenen Potentialen führt. Da eine Mehrzahl von Messungen durchgeführt wird, können solche Drifts durch Signalverarbeitung beispielsweise mittels eines bekannten Egalisierungsalgorithmus entfernt werden, der auf der Annahme basiert, daß die Statistiken des Signals, gemessen von einzelnen Elektroden über ein großes Tiefenintervall, für alle Knöpfe dieselben sein sollten.

3) Bimetallströme.

Bei Fehlen von Rauschen sind die Absolut- SP- und die Differenz-SP-Messungen redundant. Das Differenz-SP zwischen einem Paar von vertikal ausgefluchteten Elektroden, beispielsweise Elektroden 1 und Elektrode 2, gemessen bei einer gegebenen Zeit t&sub1;, sollten gleich sein, da die Differenz zwischen den beiden Absolut-SPs von Elektrode 1, gemessen zu unterschiedlichen Zeiten t&sub1; und t&sub2;, wo t&sub2; die Zeit ist, wenn die Elektrode 1 dieselbe Position auf der Bohrlochwandung passiert, wie die Elektrode 2 bei Zeitpunkt t&sub1;. Das heißt, das Differenz-SP kann gewonnen werden durch numerisches Differenzieren der Absolut-SP, oder umgekehrt kann das Absolut-SP gewonnen werden durch numerisches Integrieren des Differenz-SP. Diese redundante Beziehung ist jedoch nicht nur zutreffend bei Vorhandensein von Bimetallströmen. Die Quelle des Bimetallstromes befindet sich in der Sonde und bewegt sich mit der Sonde. Die Positionen der Quelle des Bimetallstromes bei t&sub1; und t&sub2; sind unterschiedlich; deshalb ist das Differenz-SP zwischen Elektrode 1 und Elektrode 2, gemessen zum Zeitpunkt t&sub1;, nicht dasselbe wie die Differenz zwischen den beiden Absolut-SPs von Elektrode 1, gemessen zu den Zeitpunkten t&sub1; und t&sub2;, und deshalb können die Differenzen zwischen Absolut- und Relativmessungen, geliefert durch multiple Reihenkonstruktion, verwendet werden zum Erkennen des Vorhandenseins von Bimetallströmen.

4) Ohm'scher Potentialabfall aus dem Strom des SP-Stroms im Bohrloch.

Das isolierende Kissen, angedrückt gegen die Formation, verhindert, daß SP-Ströme in geschlossenen Schleifen in dem Bohrloch fließen. Die auf dem Kissen montierten Elektroden sind viel dichter an der Formation als die konventionellen SP Sensoren, die nahe dem Bohrlochzentrum montiert sind. Deshalb reagiert das gemessene SP, das sehr nahe dem Wert des SSP ist, auf einzelne Schichten selbst dann, wenn sie dünn laminiert sind.
Da gemäß der Erfindung die SP Signale im Kontext einer zweidimensionalen visuellen Abbildung des Bohrlochs präsentiert werden, und da der erfahrene Betrachter Kenntnis der Arten von Feinstrukturen besitzt, die existieren können und in der gewählten geologischen Stelle wahrscheinlich sind, ist er mental in der Lage, die Effekte von erheblichen Höhen von Störsignalen zu ignorieren oder zu kompensieren, während er immer noch ein Verständnis der aktuellen Feinstruktur der Wandung gewinnt. Diese Möglichkeit hat sich als eine erwiesen, um die SP Überwachung von einer schlecht auflösenden, unverläßlichen Quelle von Erdformationsinformation in eine, die in Wettbewerb steht mit der Messung des spezifischen Widerstandes hinsichtlich Auflösung und Verläßlichkeit, und bietet eine alternative Informationsquelle bezüglich Feinstruktur. Da sie außerdem nicht auf der Messung eines injizierten Stromes beruht, ist sie brauchbar mit Bohrspülungen relativ hohen spezifischen Widerstandes, wie auf Öl basierenden Spülungen; sie ist besonders brauchbar für die Lieferung verläßlicher Diskriminierung zwischen Schiefer und Sand, selbst bei auf Öl basierenden Spülungen.
Die oben angegebenen bevorzugten Merkmale der Geometrie der Matrix, ihre Positionierung und Bewegung, und die bevorzugte Signalverarbeitung dienen dazu, die Möglichkeiten dieses SP Systems bezüglich der oben angegebenen Gesichtspunkte zu verbessern, wie im einzelnen nachstehend beschrieben.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Andere Ziele und Merkmale der Erfindung werden deutlich aus der Berücksichtigung der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen:
Figur 1 eine Vertikalansicht, ihrer Natur nach diagrammartig, ist zur Darstellung eines Bohrlochs und zugeordneten petrochemischen Explorationsanlagen, einschließlich einer Logsonde, die in dem Bohrloch hängt, in welchem das System und Verfahren der vorliegenden Erfindung brauchbare Anwendung finden;
Figur 2 eine vergrößerte perspektivische teilgeschnittene Ansicht ist zur deutlicheren Darstellung eines Abschnitts der Sonde, die diagrammartig in Figur 1 wiedergegeben wurde, welche Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung mit sich führt;
Figuren 3a, 3b und 3c eine perspektivische Ansicht, eine horizontale Schnittansicht bzw. eine Frontansicht sind eines Tragekissens und einer Matrix von SP Meßelektroden, die darauf montiert sind, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 4a ein schematisches Diagramm, prinzipiell in Blockform, ist zur Darstellung der allgemeinen Natur eines bevorzugten elektrischen Systems, das vorzugsweise in der untertägigen Logsonde mitgeführt wird, welches auf die SPs reagiert zum Erzeugen und Übertragen von zeitmultiplexierten Digitaldatensignalen nach Übertage, welche die SP Werte an den Matrixelektroden repräsentieren;
Figur 4b ein Blockdiagramm ist zur Illustration von Vorrichtungen Übertage zum Empfang der Datensignale und für die Erzeugung einer zweidimensionalen visuellen SP Abbildung aus diesen;
Figur 4c ein Blockdiagramm einer Anordnung für die Erfassung bestimmter Fehler in in den SP Werten ist, die man mit dem System nach Figur 4a gewinnt;
Figur 4d ein Blockdiagramm einer anderen Anordnung für die Erkennung solcher Fehler ist;
Figuren 5a-5e einen Satz von schematischen Diagrammen umfassen zur Darstellung anderer geometrischer Anordnungen von Elektrodenmatrizen, die in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung anwendbar sind;
Figur 6 Graphiken von 10 SP Wellenformen umfaßt, erzeugt mittels zweier Reihen von SP Elektroden in einer Matrix derart, wie in Figur 5b gezeigt, unter Verwendung einer wasserbasierten Spülung zusammen mit dem entsprechenden SP Log; und
Figur 7 20 SP Wellenformen zeigt, erzeugt mit dem System nach Figur 5c, unter Verwendung einer ölbasierten Spülung zusammen mit dem entsprechenden SP Log.

Detaillierte Beschreibung von spezifischen Ausführungsformen

Gesamtbohrlochsystem

Indem nun auf die Ausführungsformen der Erfindung eingegangen wird, die spezifisch in den Zeichnungen nur beispielshalber wiedergegeben sind, und ohne dabei in irgendeiner Weise den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken, zeigt Figur 1 ein Bohrloch 10, das sich vertikal in eine Erdformation 12 erstreckt unter Erzeugung einer generell zylindrischen exponierten Wandung 14. Dieses Bohrloch ist normalerweise abgeteuft worden mittels konventioneller Bohrlochabteufanlagen, typischerweise verwendet bei der Exploration bezüglich petrochemischer Lagerstätten. Während solchen Abteufens wird üblicherweise eine Bohrspülung verwendet, und es wird angenommen, daß sie sich immer noch in dem Bohrloch befindet, wie bei 16; die Spülung kann auf Wasser basieren und demgemäß einen ziemlich niedrigen spezifischen Wiederstand aufweisen, doch kann es sich stattdessen auch um eine ölbasierte Spülung mit hohem spezifischen Wiederstand handeln, d.h. größer als eine Million Ohm-Meter.
Aufgehängt in dem Bohrloch 10 ist eine SP Meßsonde 20, die an einem Zugkabel 22 hängt, das an seinem oberen Ende über Scheiben 23 und 24 zu der Trommel 26 einer Winde 28 läuft. Die Trommel der Winde kann in beiden Richtungen gedreht werden zum Anheben oder Absenken der Sonde unter Steuerung durch die Bedienungsperson eines Motors 30 in dem die Winde tragenden Fahrzeug 32. Die Scheibe 23 wird typischerweise getragen von einem Derrick 38, der über dem Bohrloch zentriert ist. Auf dem windentragenden Fahrzeug 32 befindet sich auch eine elektronische Vorrichtung 40, die die Steuerung der verschiedenen Arbeitsgänge während eines Logdurchgangs ermöglicht, wie auch die Signalverarbeitung und Speicherung der Signale von den SP Elektroden. Diese generelle Gesamtanordnung selbst ist alt im Stand der Technik und braucht hier nicht im einzelnen erläutert zu werden, ausgenommen insofern, als eine spezielle Modifikation erforderlich ist zur Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
Die Logsonde umfaßt eine Sonde 41 und eine Elektronikkartusche 44, die miteinander über eine physische Gelenkverbindung 43 gekoppelt sind. Das Zentrieren der Sonde in dem Bohrloch kann erleichtert werden durch Bogenfederzentralisierer, wie bei 42, die typischerweise vier in gleichem Winkelabstand angeordnete Federbogenglieder umfassen, die sich radial nach außen in Richtung der Bohrlochwandung erstrecken.
Wie in größeren Einzelheiten weiter unten beschrieben, enthält die Elektronikkartusche einen elektronischen Verstärker für jede der SP-Elektroden 45 auf jedem von vier isolierenden Kissen, wie bei 46, die in 90º Intervallen um die Längsachse der Sondenvorrichtung positioniert sind, und enthält außerdem Zeitmultiplexiervorrichtungen für das Abtasten jedes der SP-Pegels auf den SP-Elektroden zum Erzeugen eines einzigen seriellen Impulszuges von jedem Kissen, wobei jeder Impuls die entsprechende Stärke des SP-Pegels an einer der Elektroden repräsentiert. Wenn ein hohles Kissen verwendet wird, kann es verstärkt werden durch Füllen mit unter Druck stehendem Öl in einer an sich bekannten Weise zum Schutz gegen die Quetschkräfte der Spülung an sehr großen Tiefen. Diese multiplexierten Signale werden vorzugsweise einem Digitalisierer zugeführt, so daß die seriellen Abtastwerte in ein Signal umgesetzt werden, bestehend aus seriellen digitalen Bits für die Übertragung durch einen von mehreren (typischerweise 7) Drähten, die in dem bewehrten Zugkabel 22 enthalten sind, das sich nach oben zu der elektronischen Anlage 40 auf dem windentragenden Fahrzeug erstreckt. Solche Abtast- und Digitalisiermittel sind für andere Zwecke bekannt, insbesondere in Verbindung mit dem FMS -System für die Messung des spezifischen Wiederstandes einer exponierten Erdformationswandung mittels Elektroden, getragen von einem Kissen, das sich längs der Wandung bewegt. Im vorliegenden Fall hat der erste mit jeder Elektrode verbundene Verstärker vorzugsweise eine hohe Eingangsimpedanz.
Jedes der Kissen, wie bei 46, ist auf einem Paar von Supports, wie bei 47, montiert, die das Kissen nach außen gegen die Bohrlochwandung unter Federwirkung oder hydraulischem Druck pressen, in einer Art und Weise, wie sie bei Meßsystemen für den spezifischen Wiederstand bekannt ist. Die Kissen und Supports bestehen aus elektrisch isolierendem Material zumindest an den Oberflächen derselben, die der umgebenden Spülung exponiert sind, und die Sonde ist vorzugszweise ebenfalls mit isolierendem Material beschlagen.
Es versteht sich, daß das komplette System auch an der Oberflächenstation angemessene bekannte Tiefeninformationserzeugungsvorrichtungen verwenden kann für die Erzeugung von Signalen, die indikativ sind für die Tiefe, bei der die gemessenen SPs auftreten, welche Vorrichtung dieselbe sein kann oder ähnlich jener, die früher verwendet wurde in Verbindung mit dem Resistivitätsloggen. Die digitalisierten Signale, welche die SPs repräsentieren, werden in der elektronischen Anlage 40 in passender Weise entsprechenden Zahlen zugeordnet, welche die Tiefe repräsentieren, bei der jedes SP an jeder Elektrode gemessen wurde; demgemäß ist die elektronische Anlage in der Lage, digitale Information zu erzeugen und zu speichern, die die Werte des SP an jeder Elektrode für jede Tiefe, an der eine Abtastung erfolgte, repräsentiert. Diese Information kann in der elektronischen Anlage 40 verwendet werden zum Erzeugen, nach entsprechender Signalverarbeitung, einer entsprechenden bidimensionalen visuellen Abbildung, oder kann in bestimmten Fällen aufgzeichnet werden auf irgendeinem geeigneten Speichermedium, wie einem Band, für den Transfer zu einer Zentrale, wo die Signalverarbeitung und der Transfer in einer bidimensionalen Abbildung ausgeführt werden können.

Elektroniksystem

Die elektronischen Aspekte des Systems sind generell in den Blockdiagrammen der Figuren 4a bis 4d wiedergegeben. Die SP-empfindlichen Elektroden, wie bei 45, die beispielsweise in einer Anzahl von 20 vorhanden sind und in zwei ausgefluchteten Reihen von zehn angeordnet sind, werden in bekannter vorher festgelegter Reihenfolge mittels eines Zeitmultiplexers abgetastet, und die Ausgangsabtastwerte derselben werden dann digitalisiert. Bei Anwendung einer Aufwärts-Loggeschwindigkeit von 1800 Fuß/Stunde kann demgemäß der gesamte Satz von SP-Elektroden mit einer Wiederholungsrate von etwa 60 Mal/Sekunde abgetastet werden. Jede Elektrode wird dabei in diesem Beispiel etwa alle 0,1 Zoll bei ihrer Aufwärtsbewegung abgetastet.
Figur 4a zeigt die untertägige Elektronik, die von der Logsonde mitgeführt wird, und Figur 4b zeigt die übertätige Elektronik auf dem Windenfahrzeug 32.
In diesem Beispiel wird angenommen, daß jedes Kissen zwei horizontale Reihen A und B (siehe Figur 4a) von jeweils zehn Elektroden trägt, wobei die Elektroden in den entsprechenden Reihen vertikal miteinander ausgefluchtet sind. In der Anwendung während des Loggens erstrecken sich die Reihen normalerweise (und in diesem Beispiel) im wesentlichen azimuthal über die Längsachse (d.h. Vertikale) der Logsonde. In Figur 4a ist jede Elektrode mittels ihrer Reihe (A oder B) und ihrer Spaltenzahl (1 bis 10) spezifizierbar.
Wie in Figur 3c gezeigt, ist jede Elektrode 45 mit einem entsprechenden Draht, wie 45A, verbunden, der sich innerhalb des Kissens erstreckt und über ein Kabel, wie 46A, zu einer Eingangsklemme eines entsprechend programmierbaren Instrumentenverstärkers (PIA) führt. Zum Erzeugen sogenannter "absoluter" SPs ist jede Elektrode mit dem Plus- Eingang eines PIA verbunden, während der Minus-Eingang des PIA mit einem "Referenz"-Potential versorgt wird, in diesem Beispiel vorzugsweise dem Potentialpegel des Spülungsreservoirs an der Erdoberfläche.
Jeder PIA ist steuerbar mittels eines Steuersignals, angelegt über eine entsprechende Steuerleitung, die mit "c" markiert ist, die bei jedem zehnten Zoll der Bewegung des Elektrodenkissens aktiviert wird, um jeden PIA zu veranlassen, den zeitgleichen Wert seines Ausgangspotentials zu erfassen und zu halten, bis das nächste Steuersignal an ihn angelegt wird. Jeder aufeinanderfolgende Satz von solchen PIA-Ausgangswerten wird als ein "Rahmen" bezeichnet, und die PIAs wirken im wesentlichen als Abtast- und Haltekomponenten, die eine Rahmensammelfunktion ausführen, indem sie die Elektrodenpotentialwerte alle Zehntelsekunden "einfrieren", lang genug für den folgenden Multiplexer, um sie sämtlich sequentiell abzufragen, bevor der nächste Rahmen von Elektrodenpotentialen gebildet und abgetastet wird, wie nachstehend beschrieben.
Genauer gesagt, werden zehn PIAs, von denen nur zwei (50, 51) gezeigt sind, an ihren entsprechenden negativen Eingangsklemmen mit einer ausgewählten Referenzspannung versorgt und an ihren positiven Eingangsklemmen mit den SPs, die an den Elektroden A1 bis A10 vorhanden sind. Die Ausgänge der zehn PIAs 50, 51 usw. bilden deshalb die Absolut- SPs an den zehn Elektroden A1 bis A10, sämtlich rückgesetzt auf die neuen Elektrodenpotentialwerte jede zehntel Zoll der Bewegung des Elektrodenkissens.
In ähnlicher Weise werden die SPs an SP-Elektroden B1 bis B10 zu der positiven Eingangsklemme von zehn zugeordneten PIAs geführt, von denen nur zwei (60, 61) gezeigt sind, um an ihren Ausgangsleitungen die zehn absoluten SPs für SP-Elektroden B1 bis B10 zu erzeugen, wobei diese Werte mit der Rahmenrate rückgesetzt werden, d.h. für jedes Zehntel eines Zolls der Aufwärtsbewegung des Kissens in diesem Beispiel.
Relative Werte von den SPs in einer Reihe von Elektroden, gemessen bezüglich der ausgefluchteten Elektroden in der anderen Reihe, werden gewonnen durch Zuführen jedes der zehn SPs von den zehn Elektroden der Reihe A zu den Plus-Eingangsklemmen der zehn entsprechenden PIAs (von denen nur zwei, mit 70, 71 bezeichnet, dargestellt sind), und Zuführen der SPs an den jeweils entsprechenden längs ausgefluchteten Elektroden der Reihe B zu den Negativ-Eingangsklemmen derselben zehn PIAs. Das Ergebnis davon ist die Erzeugung an den Ausgangsleitungen der letzteren zehn PIAs von zehn relativen SPs (A1-B1) bis (A10-B10) während jedes Rahmens.
Während jedes Rahmens werden die zehn Absolut-SPs von den zehn Reihe A Elektroden zu einer Eingangsklemme eines ersten Multiplexers 80 geführt, der sie sequentiell abfragt und die Abtastwerte einer Eingangsklemme eines zweiten MUX-I 82 zuführt; jeder Rahmen der zehn Absolut-SPs von den Reihe B Elektroden wird zu einem anderen ersten MUX 84 und dann einem zweiten Eingang von dem zweiten MUX-I zugeführt, und jeder Rahmen von den zehn Relativ-SPs von Reihen A und B wird über einen ersten MUX 86 einer dritten Eingangsklemme des zweiten MUX-I zugeführt.
Die resultierenden kombinierten SP-Abtastwerte werden durch einen bezüglich seines Verstärkungsfaktors programmierbaren Verstärker 88 einem End-MUX 90 zugeführt, der an seinen anderen Eingangsklemmen mit SP Abtastwerten von den anderen drei Kissen versorgt wird, abgeleitet und multipliziert exakt wie für Kissen #1, wobei entsprechende Teile mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Der End-MUX kombiniert alle vier Kissensignalabtastwerte mit anderen konventionellen "Untertage"daten von Quelle 91, beispielsweise Accelerometer- und Magnetometerinformation für die Aufgabe über Verstärker 92 und A/D-Wandler 93 zu dem Logkabel 22, das zu den übertägigen Elektroniken führt. Die Pegel von jedem Abtastwert, erhalten durch den Multiplexer, können digitalisiert werden zu den nächsten von 12 unterschiedlichen Amplitudenpegeln, wobei jeder durch eine abweichende binäre 4-Bit-Zahl repräsentiert wird. Die Verstärker, mit denen die Elektroden direkt verbunden sind, haben vorzugsweise sehr hohe Eingangsimpedanz, um eine unzuträgliche elektrische Aufladung der geologischen Quelle von SP in der Wandung der Formation zu vermeiden. Die Details des Systems, dargestellt in Figur 4, können sehr ähnlich jenen des vorbekannten FMS-Systems sein, ausgenommen die Elektroden- und Kissenanordnung und die Anordnung für die Verstärkung der Elektrodensignale und deren Kombination zum Erzeugen von Absolut- und Relativ-SPs.
Wie in Figur 4b gezeigt, wird das von den untertätigen Elektroniken über das Logkabel 22 bei der übertägigen Elektronik eintreffende Signal einem Signalkombinator 94 zugeführt, dem auch der Ausgang eines digitalen Tiefensignalgenerators 95 zugeführt wird. Die SP-Daten und die entsprechenden Tiefendaten werden dann aufgezeichnet mittels eines Bandaufzeichnungsgeräts 96. Falls erwünscht, wird ein Bandlesegerät 97 an irgend einer geeigneten Stelle mit dem Band versorgt und aktiviert, um dieses vom Gerät 96 in einen Minicomputer zu lesen, wie ein Modell 750 VAX Minicomputer 98, der die Daten verarbeitet zum Verbessern ihrer Genauigkeit und Klarheit, und sie in geeigneter Form einem kommerziellen optischen Drucker 99 zuführt, etwa einem Visor Modell S. Der Drucker arbeitet unter Erzeugung eines Papierausdrucks, der eine zweidimensionale intensitätsmodulierte Abbildung oder Mappe des SP für jeden Bereich der Bohrlochwandung, die von den vier Kissen durchlaufen worden ist, enthält. Der Drucker 99 erzeugt vorzugsweise auch eine individuelle SP Wellenform für jede der Elektroden und vorzugsweise zeigt er auch die entsprechende Kissentiefe. Die Art und Weise, in der die Daten verarbeitet und formatiert werden für die Zuführung zu dem Drucker kann ähnlich sein wie jene, die verwendet wird für die FMS-Daten in dem FMS-System.
Genauer gesagt, speichert der Minicomputer 98 die empfangenen SP Daten im Digitalspeicher 102, bis weitere Verarbeitung erfolgt mittels des programmierten Signalprozessors 106. Der Prozessor liefert vorzugsweise Demultiplexiergeschwindigkeits- und -tiefenkorrektur, Egalisierung und Filterung, die nun Standardfunktionen in der Datenverarbeitung sind (wie bei FMS-Daten) in Logsystemen; die Tiefenjustage wird ebenfalls vorzugsweise in Fällen vorgenommen, wo jeder Abtastrahmen Elektroden in gestaffelten Reihen abtastet, d.h. wenn die Elektroden nicht in Längsrichtung ausfluchtet sind, so daß eine richtige visuelle Wiedergabe in einer Querzeile in dem endgültigen Abbild erzeugt wird, und die Daten müssen verwendet werden von unterschiedlichen Abtastrahmen, die bei unterschiedlichen Zeiten auftreten, damit alle Elektrodendaten, die in einer horizontalen Linie in dem Bild vorhanden sind, für dieselbe horizontale Linie in der Wandung stehen. Bei anderen Typen von Abtastung mag dies nicht erforderlich sein. Die Bimetallfehlerkorrektur wird vorzugsweise ebenfalls im Signalprozessor 106 vorgenommen.
Eine Anordnung für die Ausführung der Bimetallfehlerkorrektur ist in Fig. 4c gezeigt. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin zu bestimmen, ob die relative SP zwischen jeweils zwei vertikal ausgefluchteten Elektroden bei einer gegebenen Tiefe des Kissens gleich ist der Differenz zwischen den beiden entsprechenden Absolut-SP-Werten an einer der Elektroden, gemessen, wenn sie sich an den Positionen der beiden Elektroden befindet, für die die relative SP gemessen worden war, und ob die Sätze von Absolut-SP-Daten, erhalten von einer Reihe von Elektroden bei einer Tiefe dieselben sind wie die Sätze von absoluten SP Daten, erhalten von der anderen Reihe von Elektroden bei derselben Tiefe.
Demgemäß werden in Fig. 4c die Digitaldaten, welche die relativen SPs repräsentieren, einem Komparator 102 zugeführt, während die absoluten SPs für die entsprechenden Elektroden der Reihe A einem Subtraktor 104 zugeführt werden direkt über Leitung 106 und auch über eine "Ein-Reihen-Verzögerungs"-Einrichtung 108, die eine Verzögerung einführt gleich der, die erforderlich für das Kissen ist, sich nach oben um die vertikale Distanz zu bewegen zwischen den Zentren der Reihen von Elektroden. Der Ausgang des Subtraktors wird einer Eingangsklemme des Komparators 102 zugeführt. Der Komparator erzeugt ein Ausgangssignal, das indikativ ist für die Differenzen zwischen seinen beiden Eingängen, und liefert diese Differenz einer Schwellenkomponente 110. Wenn die relativen SPs zwischen den Elektroden in Reihen A und B für eine Kissenposition im wesentlichen dieselben sind wie die entsprechenden Differenzen zwischen den absoluten SPs für Reihe B Elektroden an Positionen, die um den Reihenabstand unterschiedlich sind, dann erzeugt die Schwellenkomponente keinen Ausgang; wenn der Komparator jedoch eine Differenz erfaßt, die größer ist als ein vorgewählter Schwellenbetrag, so gibt die Schwellenkomponente ein Fehlersignal bei 111 aus, um vor der Diskrepanz zu warnen. Das Alarmsignal kann auch der Unterdrückungs- oder Korrekturkomponente 112 zugeführt werden, um die fehlerhaften Daten zu unterdrücken oder sie durch repräsentative Werte zu ersetzen, beispielsweise einen Mittelwert der benachbarten Elektrodenwerte.
In dem System nach Fig. 4c werden auch absolute SP Daten von Reihe A zugeführt über eine Eine-Reihe-Verzögerungskomponente 116 zu einem Komparator 118, der ebenfalls direkt an seiner anderen Eingangsklemme mit den entsprechenden Absolut-SP-Daten von Reihe B gespeist wird. Der Ausgang des Komparators 118 wird einer Schwellenkomponente 120 zugeführt, deren Ausgangssignal eine Warnung auf Leitung 119 ausgibt und/oder die Unterdrückungs- oder Korrekturkomponente 112 aktiviert, nur dann, wenn es eine erhebliche Differenz zwischen den absoluten SPs gibt, die an einer gegebenen Tiefe von Reihe A erzeugt werden im Vergleich mit den absoluten SPs, erzeugt von Reihe B an derselben Tiefe.
Fig. 4d zeigt ein andere Fehlererkennungs- und -korrekturanordnung, die in dem Gesamtsystem angewandt werden kann. Die relativen SPs werden in einem Integrator 130 integriert zum Erzeugen von berechneten Werten von SP, und diese berechneten Werte werden verglichen mit entsprechenden gemessenen Werten von absoluten SP in einem Komparator 132. Irgend welche Differenzen werden einer Schwellenkomponente 136 zugeführt, die ein Fehlersignal auf Leitung 137 erzeugt und/oder die Unterdrückungs- oder Korrekturkomponente 140 nur dann aktiviert, wenn die Differenzen zwischen berechneten absoluten SPs und gemessenen absoluten SPs sich erheblich voneinander unterscheiden.
Es versteht sich, daß die unter Bezugnahme auf Figuren 4b bis 4d beschriebenen Funktionen vorzugsweise von Softwareprogrammen im Minicomputer 98 ausgeführt werden anstatt durch diskrete Hardware für jede Funktion.
Figur 5a zeigt in größeren Einzelheiten typische Abmessungen der oben beschriebenen 2 x 10 SP-Elektroden Matrix. Die Elektroden sind typischerweise von etwa 6 mm Durchmesser und um etwa 3 mm versenkt, wobei die vertikalen Zentrumsabstände von etwa 15 mm und horizontale Zentrumsabstände von etwa 10 mm vorgesehen sind. Die relativen SPs, die zwischen jeder Elektrode und ihrem ausgefluchteten Nachbar in der anderen Reihe genommen werden, und die absoluten SPs werden zwischen jeder Elektrode und einer entfernten Referenz genommen, wie etwa die Zugkabelarmierung.
Figur 5b zeigt eine Matrix von vier ausgefluchteten Reihen von jeweils zehn SP Elektroden; relative SPs können beispielsweise abgeleitet werden zwischen den beiden äußeren Reihen und zwischen den beiden inneren Reihen, wie dargestellt. Absolute SPs werden abgeleitet wie oben beschrieben für jede Elektrode. Dies liefert brauchbare redundante relative SPs und absolute SPs, um eine weitere Diskriminierung gegenüber Rauschen zu ermöglichen.
Figur 5c zeigt zwei Reihen von seitlich zueinander gestaffelten SP Elektroden. Wie im Stand der Technik bezüglich FMS-Systemen bekannt, ermöglicht eine solche Staffelung eine vollständigere seitliche Überdeckung der untersuchten Wandungsfläche; die Tiefenjustage der Daten wird vorzugsweise während der Signalverarbeitung ausgeführt, so daß Daten, erzeugt von den Elektroden, an derselben gegebenen horizontalen Wandungsposition die entsprechende horizontale Linie in der zweidimensionalen Endabbildung ergeben.
Figur 5d zeigt eine Matrix von zwei Zehn-Elektroden-Reihen von SP Elektroden, die miteinander ausgefluchtet sind, und zwei andere Zehn- Elektroden-Reihen, die miteinander ausgefluchtet sind, jedoch gestaffelt sind relativ zu den ersten beiden Reihen. Dies kombiniert die Vorteile der Matrizen nach Figuren 5a und 5c.
Figur 5e zeigt eine Matrix unter Verwendung von drei gegenseitig gestaffelten Matrizen von SP Elektroden zum Erhalten einer noch vollständigeren Abdeckung der seitlichen Abmessung der untersuchten Wandungsfläche; wiederum wird typischerweise die Tiefenjustage angewandt.
Figur 5f zeigt eine vereinfachte Elektrodenmatrix, angemessen für einige Zwecke, jedoch nicht bevorzugt für die brauchbarsten Resultate; sie umfaßt eine einzige Reihe von nur sechs SP Elektroden.
Figur 6 zeigt eine Serie von zehn typischen Ein-Zeilen-SP- Wellenformen, erzeugt durch Drucker 99 in Reaktion auf einen einzigen Logdurchgang mittels einer Reihe von zehn versenkten SP Elektroden, wie jene in der ersten Reihe von Figur 5b, und das entsprechende SP Log. Das Loggen erfolgte in auf Wasser basierender Spülung. Hier repräsentiert Dunkelheit in der Abbildung eine schieferige Formation, und Helligkeit repräsentiert eine sauberere (weniger schieferige) Karbonatformation.
Figur 7 zeigt 20 SP-Log-Wellenformen, erzeugt mittels einer Matrix ähnlich der nach Figur 5c, zusammen mit dem entsprechenden intensitätsmodulierten bidimensionalen Abbild unter Verwendung einer konventionellen, auf Öl basierenden Spülung mit hohem spezifischen Wiederstand, wo die Formationsresistivität größer als 2.000 Ohm-Meter war. Feine Details sind deutlich in der Abbildung feststellbar.
Demgemäß wurden ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen für das Bereitstellen einer zweidimensionalen intensitätsmodulierten Abbildung des SP längs Flächen der freiliegenden Wandung einer Erdformation unter Erzeugung von feinen Details der Veränderungen in SP längs der Wandung, selbst bei Anwendung von Spülungen hoher Resistivität, wie auf Öl basierenden Spülungen. Obwohl das bidimensionale Bild typischerweise intensitätsmoduliert ist, kann es in anderer Weise moduliert werden, beispielsweise kann das Logsignal verwendet werden, um das Bild farbig zu modulieren, wobei unterschiedliche SP Werte unterschiedliche Farben in dem Bild erzeugen.
Demgemäß ist zwar die Erfindung unter besonderer Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele im Interesse einer vollständigen Definition beschrieben worden, doch kann sie in einer Varietät von Formen realisiert werden, die abweichen von jenen, die hier spezifisch gezeigt und beschrieben wurden, ohne daß dabei vom Schutzumfang der Erfindung abgewichen würde.

Claims

1. Ein System für das Erzeugen einer zweidimensionalen visuellen Abbildung eines sich in Längsrichtung erstreckenden Segments einer exponierten Wandung einer Erdformation, umfassend:

- einen elektrisch isolierenden Elektrodensupport, eine Matrix von gegeneinander isolierten SP Elektroden, die von dem Support getragen und unter eine Oberfläche desselben eingesenkt sind längs einer vorbestimmten Logrichtung, und Mittel für das Bewegen des Supports mit der Oberfläche in Kontakt mit der Wandung;

- welche Matrix eine Mehrzahl von Elektroden umfaßt, die unterschiedlich längs einer Richtung quer zu der Richtung der Logbewegung der Matrix positioniert sind;

- Potentialmeßmittel, die mit jeder der Elektroden verbunden sind für das Erzeugen entsprechender SP Signale, die indikativ sind für die Werte der spontanen Potentiale an den Elektroden; und

- Mittel zum Bilden des visuellen Abbilds, gespeist von den SP Signalen für die Bildung eines visuell untersuchbaren zweidimensionalen Abbilds entsprechend dem Muster der SP Werte in dem Segment der Wandung, das von der Matrix während der Logoperation durchlaufen wird.

2. Das System nach Anspruch 1, bei dem der Elektrodensupport ein Kissen aus elektrisch isolierendem Material umfaßt und die Elektroden in Vertiefungen des Kissens eingesenkt sind.

3. Das System nach Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl von Elektroden mindestens fünf beträgt.

4. Das System nach Anspruch 1, bei dem mindestens einige der Elektroden der Matrix voneinander längs der Logbewegungsrichtung im Abstand sind.

5. Das System nach Anspruch 4, bei dem zumindest einige der Elektroden miteinander längs der Richtung der Logbewegung ausgefluchtet sind.

6. Das System nach Anspruch 4, bei dem mindestens einige der Elektroden mit anderen der Elektroden längs der Querrichtung ausgefluchtet sind.

7. Das System nach Anspruch 4, bei dem die Elektroden in einer Mehrzahl von Zeilen angeordnet sind, die sich längs der Querrichtung erstrecken, und die Zeilen voneinander längs der Logrichtung beabstandet sind.

8. Das System nach Anspruch 7, bei dem es mindestens zwei der Zeilen gibt, und bei dem die Elektroden in einer ersten der Zeilen mit jenen in einer zweiten der Zeilen längs der Logbewegungsrichtung ausgefluchtet sind.

9. Das System nach Anspruch 1, bei dem der Support ein Kissen umfaßt, die Elektroden in das Kissen eingesenkt sind, und das System Mittel umfaßt für das Anpressen des Kissens nach außen gegen die Wandung während der Logoperation.

10. Das System nach Anspruch 1, umfassend Signalverarbeitungsmittel, die zwischen die SP Elektroden und die Mittel zum Bilden des visuellen Abbilds geschaltet sind für die Modifikation der SP Signale zwecks Verbesserung der Abbildung.

11. Das System nach Anspruch 5, umfassend Mittel für das Erzeugen von Signalen, die indikativ sind für deutliche Diskrepanzen zwischen (a) dem relativen SP, das zwischen einem Paar von in Längsrichtung ausgefluchteten Elektroden zu einem gegebenen Zeitpunkt t&sub1; existiert, wenn die führende Elektrode des Paares sich an einer Tiefe d&sub1; befindet, und (b) der Differenz zwischen dem absoluten SP der führenden der Elektroden zum Zeitpunkt t&sub1; und dem absoluten SP derselben Elektrode zum Zeitpunkt t&sub2;, wenn sie die Tiefe d&sub1; erreicht.

12. Das System nach Anspruch 5, umfassend Mittel für das Erzeugen von Signalen, die indikativ sind für deutliche Diskrepanzen zwischen dem absoluten SP einer Elektrode der Matrix, wenn sie sich an einer gegebenen Tiefe befindet, und dem absoluten SP einer ausgefluchteten nachlaufenden Elektrode in der Matrix, wenn sie sich an der gegebenen Tiefe befindet.

13. Ein Verfahren zum Erzeugen einer zweidimensionalen visuellen Abbildung eines sich in Längsrichtung erstreckenden Segments einer exponierten Wandung einer Erdformation, umfassend:

- Bewegen, längs und an einem zweidimensionalen Segment der Länge der Wandung, einer Matrix von im Abstand voneinander angeordneten gegeneinander isolierten SP Elektroden, die sich quer zu der Richtung der Logbewegung und parallel zu der benachbarten Wandung erstreckt;

- Erfassen des Spontanpotentials SP an jeder der Elektroden, wenn die Matrix längs der Wandung bewegt wird; und

- Verwenden des SP zum Steuern der Bildung einer zweidimensionalen Abbildung der Werte von SP längs des Segments der Wandung, über das die Matrix läuft.

14. Das Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Elektroden unter die Oberfläche eines elektrisch isolierenden Kissens abgesenkt sind, und das Kissen in Kontakt mit der Wandung nach oben gezogen wird.

15. Das Verfahren nach Anspruch 13, bei dem mindestens zwei der Elektroden miteinander längs der Logrichtung ausgefluchtet sind, und umfassend den Schritt des elektrischen Vergleichens des relativen SP, gemessen zwischen den beiden Elektroden mit der Differenz zwischen den absoluten SPen einer der Elektroden für dieselben zwei Tiefen, für welche das relative SP gemessen wird, um Indikationen von Fehlern in den Werten der gemessenen SPen abzuleiten.

16. Das Verfahren nach Anspruch 13, bei dem mindestens zwei der Elektroden miteinander längs der Logrichtung ausgefluchtet sind, und umfassend den Schritt der Erfassung von Diskrepanzen zwischen den absoluten SPen, erfaßt bei irgend einer gegebenen Tiefe von den beiden Elektroden.