DE69615493T2

DE69615493T2 - Verfahren und Anlagen zur Vermessung der Eigenschaften einer von einem Bohrloch durchquerten Formation

Info

Publication number: DE69615493T2
Application number: DE69615493T
Authority: DE
Inventors: Jan Smits
Original assignee: Schlumberger Technology BV; Schlumberger Ltd USA; Schlumberger Holdings Ltd
Current assignee: Schlumberger Technology BV; Schlumberger Ltd USA; Schlumberger Holdings Ltd
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2016-10-17
Also published as: NO310895B1; EP0769708B1; AU717730B2; CA2188207C; AU7029896A; EP0769708A1; US5852363A; NO964458L; DE69615493D1; FR2740169A1; NO964458D0; DK0769708T3; FR2740169B1; CA2188207A1

Description

Technisches Gebiet und Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Meßgeräten, die z. B. geeignet sind, in einer Ausrüstung zur Ölprospektion und zur -produktion verwendet zu werden.
Genauer erfordert diese Aktivitätsart, daß nach dem Bohren eines Lochs Sonden oder Sensoren, insbesondere elektrische oder elektromagnetische Sonden oder Sensoren, in dieses eingeführt werden, um Messungen auszuführen, die unter anderem ermöglichen, die im Boden und in den Schichten um das Bohrloch vorhandenen Fluide zu charakterisieren und außerdem die Senkung der Schichten zu charakterisieren. Zur Bezeichnung irgendeiner kontiuierlichen Aufzeichnung von Änderungen in einer gegebenen Eigenschaft der Formationen um ein Bohrloch als Funktion der Tiefe wird der Begriff "Bohrlochmessen" verwendet.
Eine wichtige in einem Bohrloch festzustellende Eigenschaft ist der spezifische Widerstand der umgebenden Bodenformation, wobei der spezifische Widerstand entweder ungerichtet oder im Azimut, d. h. in verschiedenen Richtungen senkrecht zur Achse des Bohrlochs, gemessen wird.
Die Kenntnis des spezifischen Widerstands ist grundlegend bei der Berechnung der Sättigung, wobei der spezifische Widerstand auf viele verschiedene Weisen gemessen werden kann. Welches Gerät auch verwendet wird, die Messung beruht aber immer auf dem gleichen Prinzip:
- durch eine Emitterquelle (z. B. eine Elektrode) wird Strom in die umgebenden Formationen geschickt; und
- eine Meßvorrichtung, die sich in einem Abstand von der Quelle befindet, zeichnet die Reaktionen der umgebenden Formation auf das Signal auf.
Bekannte Geräte, die ermöglichen, den spezifischen Widerstand der umgebenden Formationen zu messen, umfassen Geräte vom "Laterolog"-Typ.
Ein solches Gerät ist beispielsweise im Dokument EP-478 409 beschrieben, das eine Technik zum direkten Fokussieren des Untersuchungsstroms ausführt.
Außerdem beschreibt das Dokument EP-544 583 ein solches Gerät und eine direkte Fokussierungstechnik. Dieses Dokument beschreibt sowohl eine "tiefe" Untersuchungsbetriebsart (LLd-Untersuchungsbetriebsart) als auch eine "flache" Untersuchungsbetriebsart (LLs-Untersuchungsbetriebsart). Es werden Messungen und insbesondere eine Messung des spezifischen Widerstands und des spezifischen Azimutwiderstands der umgebenden Formation erzeugt.
Die in diesen zwei Dokumenten beschriebenen Geräte erfordern, daß die von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) in die Bodenformation geschickten Untersuchungsströme direkt fokussiert werden. Somit müssen Einrichtungen zum Ausführen dieser Fokussierung ausgeführt werden. Im allgemeinen erfordert dies eine Rückkopplungsschleife zum Einstellen des Fokussierungsstroms (der Fokussierungsströme) als Funktion beispielsweise eines Signals, das ein Fokussierungspotential repräsentiert. Theoretisch erfordert dies eine Verstärkung mit unendlichem Verstärkungsfaktor, wobei der Verstärkungsfaktor in der Praxis aber begrenzt werden muß, um die Stabilität sicherzustellen. Insbesondere dann, wenn, wie es üblicherweise der Fall ist, Fokussierungspotential-Meßelektroden verwendet werden, sind die Elektroden wegen des endlichen Verstärkungsfaktors nicht genau auf dem gleichen Potential, wobei dies Fehler in die Messung einführt. Auch wenn der Fehler sehr klein ist, kann er insbesondere mit Standardgeräten vom "Doppel-Laterolog"-Typ groß werden, wenn der Abstand zwischen den Fokussierungsspannungs-Meßelektroden klein ist, um die Auflösung der Vorrichtung zu verbessern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung schafft Verfahren und Vorrichtungen beispielsweise zur Messung von Formationseigenschaften, die die Verwendung der direkten Fokussierung vermeiden. Außerdem sind die beschriebenen Techniken mit Elektrodenanordnungen, die an bestimmten Sonden bereits existieren, kompatibel.
Zunächst schafft die Erfindung ein Verfahren zum Messen der Eigenschaften von Formationen um ein Bohrloch, wobei das Verfahren umfaßt:
- Einführen einer Sonde mit einem langgestreckten Körper, der mit wenigstens einer ringförmigen Stromelektrode und wenigstens zwei ringförmigen Schutzelektroden, die sich beiderseits der ringförmigen Stromelektrode befinden, versehen ist, in das Bohrloch;
- in einer ersten effektiven Betriebsart der Sonde Schicken eines Stroms i&sub1; von der (den) ringförmigen Schutzelektrode(n), die sich an einem Ende der Sonde in bezug auf die Stromelektrode(n) befindet (befinden), und eines Stroms i'&sub1; von der (den) anderen ringförmigen Schutzelektrode(n), die sich am anderen Ende der Sonde in bezug auf die Stromelektrode(n) befindet (befinden), in die umgebende Formation, wobei der Strom I0,1 der von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) ausgesendet wird, gleich 0 ist;
- in einer zweiten effektiven Betriebsart Schicken wenigstens eines Stroms I0,2 von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) zu den ringförmigen Schutzelektroden, wobei der Gesamtstrom It,2, der von der Sonde in die Formation geschickt wird, gleich 0 ist; und
- Ausführen einer berechneten Fokussierung anhand der beiden obigen effektiven Betriebsarten, um eine Betriebsart zu simulieren, in der:
* wenigstens ein Strom I0,c von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) in die umgebende Formation geschickt wird; und
* der Strom I0,c in der Formation durch Schicken zweier Ströme I1,c und I'1,c von den beiden ringförmigen Schutzelektroden, die sich beiderseits der ringförmigen Stromelektrode befinden, fokussiert wird.
Dieses Verfahren erfordert nicht, daß die Fokussierung direkt ausgeführt wird, sondern macht lediglich von der Fokussierung durch Berechnung Gebrauch. Da die Simulation allgemein durch Recheneinrichtungen an der Oberfläche ausgeführt wird, wird das Meßgerät selbst beträchtlich vereinfacht. Insofern, als keine Fokussierung direkt ausgeführt wird, während die Messungen vorgenommen werden, besteht außerdem keine Notwendigkeit einer Fokussierungsstrom-Steuer- und/oder -Regulierungseinrichtung. Dies vermeidet sämtliche Fokussierungsstrom-Rückkopplungsschleifen.
Dieses erste Verfahren führt somit eine "tiefe" berechnete Fokussierung (LLd) aus.
Außerdem schafft die Erfindung ein Verfahren zum Messen der Eigenschaften von Formationen um ein Bohrloch, wobei das Verfahren umfaßt:
- Einführen einer Sonde in das Bohrloch, wobei die Sonde einen langgestreckten Körper besitzt, der mit wenigstens einer ringförmigen Stromelektrode versehen ist; und
* in der Nähe eines ersten Endes in bezug auf die Stromelektrode(n) mit ersten und zweiten ringförmigen Schutzelektroden versehen ist; und
* in der Nähe des anderen Endes in bezug auf die Stromelektrode(n) mit dritten und vierten ringförmigen Schutzelektroden versehen ist;
- in einer ersten effektiven Betriebsart:
- Schicken von Strömen i&sub2;, i'&sub2; von den ersten und dritten ringförmigen Schutzelektroden zu den zweiten und vierten ringförmigen Schutzelektroden; und
- wobei der Strom I0,1 der von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) ausgesendet wird, und der Gesamtstrom It,2, der von der Sonde in die Formation geschickt wird, jeweils 0 ist;
- in einer zweiten effektiven Betriebsart Schicken wenigstens eines Stroms I0,2 von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) zu den ringförmigen Schutzelektroden, wobei der Gesamtstrom It,2, der von der Sonde in die Formation geschickt wird, gleich 0 ist;
- Ausführen einer berechneten Fokussierung, um eine Betriebsart zu simulieren, in der:
* wenigstens ein Strom I0,c von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) in die umgebende Formation geschickt wird; und
* der Strom I0,c in der Formation durch Schicken zweier Ströme I1,c und I'1,c von den ringförmigen Schutzelektroden fokussiert wird.
Wie das erste Verfahren ermöglicht dieses Verfahren, die Ausführung der direkten Fokussierung zu vermeiden, wobei die direkte Fokussierung durch die berechnete Fokussierung ersetzt wird. Wie das erste Verfahren ist dieses zweite Verfahren mit Elektrodenstrukturen, die an bekannten Sonden gefunden werden, kompatibel. Außerdem sind beide Verfahren gegenseitig kompatibel: Sie können unter Verwendung der gleichen Elektrodenstruktur an der gleichen Sonde ausgeführt werden.
Das zweite Verfahren ermöglicht die Ausführung einer "flachen" berechneten Fokussierung (LLs).
In beiden Fällen wird von einer "tiefen" ersten Betriebsart und von einer flacheren zweiten Betriebsart, d. h. von zwei Betriebsarten mit verschiedenen Untersuchungstiefen, Gebrauch gemacht.
Außerdem wird beobachtet, daß die beiden beschriebenen Verfahren eine gemeinsame zweite Betriebsart mit flachen Eindringströmen ausführen.
Schließlich wird gezeigt, daß mit beiden Verfahren: dem spezifischen ungerichteten Formationswiderstand und dem spezifischen Azimut-Formationswiderstand, die gleichen Messungstypen erzeugt werden können.
Somit kann auf jedes Verfahren ein Schritt folgen, währenddessen Signale erzeugt werden, die eine oder mehrere Eigenschaften der umgebenden Medien (den spezifischen ungerichteten Widerstand oder den spezifischen Azimut-Widerstand) repräsentieren.
In sämtlichen Fällen können für jede effektive Betriebsart Signale erzeugt werden, die eine "Fokussierungs"-Spannung ΔVf,i (i = 1, 2) und eine "Sonden"- Spannung ΔVs,i(i = 1,2) repräsentieren, während in der zweiten Betriebsart von der Stromelektrode ein Signal geschickt wird, das die Ströme I0,2 repräsentiert.
In einer ersten Rechentechnik wird ein Gewichtungskoeffizient für eine Linearkombination der zwei realen oder "effektiven" Betriebsarten der Sonde abgeleitet, um eine berechnete Betriebsart zu erhalten, für die die resultierende Fokussierungsspannung null ist.
In einer anderen Rechentechnik, die auf das erste obenbeschriebene Verfahren anwendbar ist, wird für die erste Betriebsart außerdem ein Signal erzeugt, das einen Gesamtstrom It,1, der in die Formation geschickt wird, repräsentiert, wobei in ihr außerdem Übertragungsimpedanzen oder -koeffizienten abgeleitet werden zwischen:
- erstens der Fokussierungsspannung und der Sondenspannung; und
- zweitens dem Strom, der von der (den) Stromelektrode(n) geschickt wird, und dem Gesamtstrom der in die Formation geschickt wird.
In einer anderen Rechentechnik für die erste Betriebsart werden außerdem Signale erzeugt, die die Spannungsdifferenzen zwischen erstens den ersten und zweiten Schutzelektroden und zweitens den dritten und vierten Schutzelektroden repräsentieren, wobei in ihr außerdem Übertragungsimpedanzen oder -koeffizienten abgeleitet werden zwischen: erstens der Fokussierungsspannung und der Sondenspannung; und zweitens dem Strom, der von der (den) Stromelektrode(n) geschickt wird, und der Spannungsdifferenz zwischen zwei Schutzelektroden.
Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Ausführung des ersten obenbeschriebenen Verfahrens.
Somit schafft die Erfindung außerdem eine Vorrichtung zum Messen der Eigenschaften von Formationen um ein Bohrloch, wobei die Vorrichtung umfaßt:
- eine Sonde mit einem langgestreckten Körper, der mit wenigstens einer ringförmigen Stromelektrode und wenigstens zwei ringförmigen Schutzelektroden, die sich beiderseits der ringförmigen Stromelektrode befinden, versehen ist;
- eine Einrichtung, die in einer ersten effektiven Betriebsart verwendet wird, um einen Strom i&sub1; von einer der ringförmigen Schutzelektroden in die umgebende Formation zu schicken und um einen Strom i'&sub1; von der arideren ringförmigen Schutzelektrode in die umgebende Formation zu schicken, wobei der von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) geschickte Strom I0,1 gleich 0 ist;
- eine Einrichtung, die in einer zweiten effektiven Betriebsart verwendet wird, um wenigstens einen Strom I0,2 von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) zu den ringförmigen Schutzelektroden zu schicken, wobei der Gesamtstrom It,2, der von der Sonde in die Formation geschickt wird, gleich 0 ist; und
- eine Einrichtung, die in den beiden obigen effektiven Betriebsarten verwendet wird, um eine berechnete Fokussierung in der Weise auszuführen, daß eine Betriebsart simuliert wird, in der:
* wenigstens ein Strom I0,c von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) in die umgebende Formation geschickt wird; und
* der Strom I0,c in der Formation durch Schicken zweier Ströme I1,c und I'1,c von den beiden ringförmigen Schutzelektroden, die sich beiderseits der ringförmigen Stromelektrode befinden, fokussiert wird.
Die obige Vorrichtung dient dazu, das erste obenbeschriebene Verfahren mit sämtlichen damit verknüpften Vorteilen auszuführen.
Eine weitere Vorrichtung dient zur Ausführung des zweiten obenbeschriebenen Verfahrens. Diese Vorrichtung umfaßt:
- eine Sonde mit einem langgestreckten Körper, der mit wenigstens einer ringförmigen Stromelektrode versehen ist, und:
* in der Nähe eines Endes in bezug auf die Stromelektrode(n) mit ersten und zweiten ringförmigen Schutzelektroden versehen ist; und
* in der Nähe des anderen Endes in bezug auf die Stromelektrode(n) mit dritten und vierten ringförmigen Schutzelektroden versehen ist;
- eine Einrichtung, die in einer ersten effektiven Betriebsart verwendet wird, um
- Ströme i&sub2;,i'&sub2; von den ersten und dritten ringförmigen Schutzelektroden zu den zweiten und vierten ringförmigen Schutzelektroden zu schicken; und
- wobei der Strom I0,1, der von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) geschickt wird, und der Gesamtstrom It,1 der von der Sonde in die Formation geschickt wird, jeweils gleich 0 ist;
- eine Einrichtung, die in einer zweiten effektiven Betriebsart verwendet wird, um wenigstens einen Strom I0,2 von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) zu den ringförmigen Schutzelektroden zu schicken, wobei der von der Sonde in die Formation geschickte Gesamtstrom It,2 gleich 0 ist; und
- eine Einrichtung für die Ausführung einer berechneten Fokussierung anhand der beiden obigen effektiven Betriebsarten, um eine Betriebsart zu simulieren, in der:
* wenigstens ein Strom I0,c von der ringförmigen Stromelektrode in die umgebende Formation geschickt wird; und
* der Strom I0,c in der Formation durch Schicken zweier Ströme I1,c und I'1,c von den beiden ringförmigen Schutzelektroden, die sich beiderseits der ringförmigen Stromelektrode befinden, fokussiert wird.
Diese zweite Vorrichtung ist kompatibel mit der ersten in dem Sinn, daß für sie beide ein einziges Gerät verwendet werden kann. Außerdem können die Einrichtungen zur Ausführung der berechneten Fokussierung, die im wesentlichen Computereinrichtungen sind, auch gemeinsam sein. Somit besitzt der Anwender eine Ausrüstung, die nach Belieben für eine tiefe berechnete Fokussierung (LLd) und/oder für eine flache berechnete Fokussierung (LLs) verwendet werden kann.
Beide Vorrichtungen führen eine zweite effektive Betriebsart aus, die völlig gleich ist, wodurch ihre Kompatibilität noch weiter verstärkt wird.
In beiden Fällen können Einrichtungen zum Erzeugen von Signalen vorgesehen sein, die eine oder mehrere Eigenschaften der umgebenden Medien, z. B. den spezifischen ungerichteten Widerstand oder den spezifischen Azimut- Widerstand der Formation, repräsentieren.
In zwei Varianten kann die Sonde enthalten:
- entweder eine einzelne Stromelektrode zusammen mit drei Paar Potentialmeßelektroden, die beiderseits der Strommeßelektrode angeordnet sind;
- oder zwei ringförmige Stromelektroden zusammen entweder mit einer ringförmigen Potentialelektrode, die zwischen den zwei Stromelektroden angeordnet ist, oder mit einem Feld von Azimut-Elektroden, die zwischen den zwei Stromelektroden angeordnet sind, und zwei Paaren ringförmiger Potentialmeßelektroden, von denen sich eines beiderseits der ringförmigen Stromelektroden befindet.
Die zweite Variante ermöglicht die Ausführung hochaufgelöster Messungen. Außerdem ist es dann möglich, gleichzeitig hochaufgelöste Messungen und Messungen mit der Standardauflösung auszuführen.
Schließlich schafft die Erfindung außerdem eine Vorrichtung zum Messen der Eigenschaften von Formationen um ein Bohrloch, wobei die Vorrichtung umfaßt:
- eine Sonde mit einem langgestreckten Körper, der mit wenigstens einer ringförmigen Stromelektrode versehen ist, und:
* an einem Ende in bezug auf die Stromelektrode(n) mit ersten und zweiten ringförmigen Schutzelektroden versehen ist; und
* am anderen Ende in bezug auf die Stromelektrode(n) mit dritten und vierten ringförmigen Schutzelektroden versehen ist;
- Einrichtungen, die in einer ersten effektiven Betriebsart verwendet werden, um einen Strom i&sub1; von den ersten und zweiten ringförmigen Schutzelektroden in die umgebende Formation zu schicken und um einen Strom i'&sub1; von den dritten und vierten ringförmigen Schutzelektroden in die umgebende Formation zu schicken, wobei der von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) geschickte Strom I0,1 gleich 0 ist;
- Einrichtungen, die in einer zweiten effektiven Betriebsart verwendet werden, um
- Ströme i&sub2; und i'&sub2; von den ersten und dritten ringförmigen Schutzelektroden zu den zweiten und vierten ringförmigen Schutzelektroden zu schicken; und
- wobei der Strom I0,1 der von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) geschickt wird, und der Gesamtstrom It,1 der von der Sonde in die Formation geschickt wird, jeweils gleich 0 ist;
- eine Einrichtung, die in einer dritten effektiven Betriebsart verwendet wird, um wenigstens einen Strom I0,2 von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) zu den ringförmigen Schutzelektroden zu schicken, wobei der Gesamtstrom It,2, der von der Sonde in die Formation geschickt wird, gleich 0 ist; und
- Einrichtungen, die eine oder mehrere berechnete Fokussierungsoperationen anhand der effektiven Betriebsarten ausführen, um eine oder mehrere Betriebsarten zu simulieren, in denen:
* wenigstens ein Strom I0,c von der ringförmigen Stromelektrode in die umgebende Formation geschickt wird; und
* der Strom I0,c in der Formation durch Schicken zweier Ströme I1,c und I'1,c von den zwei ringförmigen Schutzelektroden, die sich beiderseits der ringförmigen Stromelektrode befinden, fokussiert wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Auf jeden Fall erscheinen die Eigenschaften und Vorteile der Erfindung besser im Licht der folgenden Beschreibung. Die Beschreibung bezieht sich auf Ausführungsformen, die zur Erläuterung und nicht zu Zwecken der Beschränkung gegeben werden, und nimmt Bezug auf die folgende Zeichnung, in der:
Fig. 1 eine Bohrlochmeßvorrichtung zeigt, die eine Sonde mit daran angeordneten Elektronen umfaßt, und die zur Ausführung von Messungen gemäß der Erfindung geeignet ist;
Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung zeigt;
Fig. 3A bis 3C Diagramme sind, die effektive Betriebsarten zur Ausführung eines Verfahrens der Erfindung zusammen mit der Betriebsart, die sich aus der Kombination der effektiven Betriebsarten ergibt, zeigen;
Fig. 4A bis 4C Diagramme sind, die weitere effektive Betriebsarten zur Ausführung eines Verfahrens der Erfindung zusammen mit der Betriebsart, die sich aus der Kombination der zwei effektiven Betriebsarten ergibt, zeigen;
Fig. 5 und 9 bis 12 weitere Elektronenstrukturen zur Ausführung von Verfahren der Erfindung zeigen;
Fig. 6A bis 7B Graphen von Lochkorrekturfaktoren mit hoher Auflösung und mit Standardauflösung sind;
Fig. 8 ein Graph ist, der zwei Bohrlochmessungen mit Standardauflösung und mit hoher Auflösung zeigt;
Fig. 13 ein Blockschaltplan der Elektronik zur Ausführung eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 14 ein elektronischer Schaltplan zum Beobachten der Spannung zwischen zwei Schutzelektroden ist.

Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung

Die Gesamtausführung der Erfindung ist anfangs graphisch in Fig. 1 gezeigt, wobei dort eine Bohrlochmeßvorrichtung gezeigt ist, die es ermöglicht, die Eigenschaften von Bodenformationen 11 in der Umgebung einer Bohrung oder eines Bohrlochs 10 zu bestimmen. Die Vorrichtung umfaßt eine Sonde 12, die am Ende eines Mehrleiterkabels 13 in das Bohrloch gehängt ist. Das Kabel 13 ist über eine Seilscheibe 14 geleitet und um eine Trommel 15 gewickelt, die dazu dient, die Sonde 12 entlang des Bohrlochs zu bewegen. Die Trommel 15 bildet einen Teil einer Oberflächeneinheit 16, die außerdem eine Einrichtung zur Computerverarbeitung der Daten enthalten kann, die die Sonde mißt, während sie in dem Bohrloch angeordnet ist.
Die Sonde 12 besitzt eine langgestreckte Form. Sie umfaßt einen Körper 17 mit einem oberen Abschnitt 20, der aus einem Metallgehäuse hergestellt ist, das elektrische Schaltungen enthält, und einem unteren Abschnitt 21, der ein Feld 22 von Elektroden enthält, die es insbesondere ermöglichen, den spezifischen Widerstand der umgebenden Formationen oder des Bohrschlamms zu bestimmen. Beispielhaft kann die Sonde in Verbindung mit der im Dokument FR-2710 987 beschriebenen Vorrichtung verwendet werden.
Ein solches Feld 22 von Elektroden wird unten im Kontext einer ersten Ausführungsform und mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben.
Diese Figur ist eine graphische Darstellung des Feldes der Elektroden selbst, d. h. ohne den Körper der Sonde. Das Feld der Elektroden umfaßt zunächst ein Paar A&sub0;, A&sub0;' ringförmiger Stromelektroden. Zwischen diesen Stromelektroden ist ein Feld von Azimut-Elektroden Aazi angeordnet. Um den Umfang des Körpers 17 der Sonde sind N solcher Elektroden verteilt. Es sind die Potentialmeßelektroden M&sub1;, M'&sub1;, M&sub2;, M'&sub2; und A&sub0;*, A&sub0;*' vorgesehen. In Fig. 2 unterteilen die Elektroden A&sub0;* und A&sub0;*' jede Stromelektrode in zwei Abschnitte; somit befindet sich ein Abschnitt der Stromelektrode A&sub0; über den Potentialmeßelektroden A&sub0;*, während sich ein Abschnitt von A&sub0; unter einem A&sub0;* befindet, wobei das gleiche A&sub0;' und A&sub0;*' betrifft. Diese Anordnung ermöglicht es, Messungen auszuführen, die genauer sind, wenn an an den Oberflächen der Stromelektroden Änderungen der Kontaktimpedanz auftreten. An jedem Ende dieses Elektrodensatzes befinden sich zwei Paar ringförmiger Elektroden M&sub1;, M'&sub1; und M&sub2;, M'&sub2;, die als Spannungs- oder Potentialmeßelektroden bezeichnet werden. Jenseits dessen gibt es an beiden Enden der Sonde wenigstens eine Schutzelektrode. In dem Beispiel aus Fig. 2 gibt es vier Schutzelektroden: die ersten und die zweiten Schutzelektroden A&sub1; und A&sub2; befinden sich im oberen Abschnitt des Elektrodensatzes, während sich die dritten und die vierten Schutzelektroden A'&sub1; und A'&sub2; im unteren Abschnitt des Elektrodensatzes befinden. Außerdem sind die Elektroden A&sub1;* und A&sub1;*' zum Messen des Potentials in der Schlammsäule in der Nähe der Elektroden A&sub1; und A'&sub1; vorgesehen. Außerdem zeigt Fig. 2 auf graphische Weise die relative Anordnung des Elektrodensätzes, des Bohrlochs 10 (einschließlich des Bohrschlamms 24) und der Formationen 11. Die Stromlinien I0,c, I'0,c und die Fokussierungsströme I1,c und I'1,c, wie sie durch tiefe berechnete Fokussierung erhalten werden, sind ebenfalls gezeigt. Diese Ströme werden effektiv nicht verwendet, wobei sie aber aus den unten mit Bezug auf die Fig. 3A bis 3C und 4A bis 4C beschriebenen effektiven Betriebsarten abgeleitet werden.
In den Fig. 3A bis 3C wird die gleiche Anordnung von Elektroden verwendet, wie sie oben mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben worden ist.
In einer ersten effektiven Betriebsart (Fig. 3A) werden von den Schutzelektroden die Ströme i&sub1; und i'&sub1; mit großer Eindringtiefe in die umgebenden Formationen geschickt. Bei Unendlich kehren diese Ströme in die Oberfläche zurück. In dieser ersten effektiven Betriebsart schicken die Stromelektroden A&sub0; und A'&sub0; keinen Strom, wobei die Potentialdifferenz ΔVa1 zwischen den Elektroden A&sub1;* und A&sub2; gleich der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden A'*&sub1; und A'&sub2; (VA1* + VA1*' = VA2 + VA2') ist.
Die zweite effektive Betriebsart (Fig. 3B) schickt Ströme mit niedriger Eindringtiefe in die umgebenden Formationen. Von den Stromelektroden A&sub0;, A'&sub0; wird ein Strom I0,2 = i&sub0; + i'&sub0; zu den Schutzelektroden A&sub1;, A&sub2; und A'&sub1;, A'&sub2; geschickt. Auch hier wird die Potentialdifferenz ΔVa,2 zwischen A&sub1;* und A&sub2; gleich der Potentialdifferenz zwischen A'*&sub1; und A'&sub2; (VA1* + VA1*' = VA2 + VA2')gehalten. Der in die Formation geschickte Gesamtstrom It,2 ist null.
Fig. 3C zeigt den Untersuchungsstrom I0,c und die Fokussierungsströme I1,c und I'1,c, die, z. B. durch Ausführen einer der obenbeschriebenen Techniken, unter Verwendung der berechneten Fokussierung erhalten wurden.
Da die effektiven Betriebsarten der Fig. 3A und 3B beide die obige Bedingung an die Potentialdifferenz ΔVa,i (i = 1, 2) stellen, können sie unter Verwendung der Elektrodenstruktur aus Fig. 5 ausgeführt werden. Diese Struktur ist im wesentlichen die gleiche wie die obenbeschriebene Struktur, wobei der einzige Unterschied daran besteht, daß die ringförmigen Schutzelektroden an beiden Enden der Sonde vereinigt sind, so daß sie einzelne ringförmige Schutzelektroden A und A' bilden. Wie in den vorausgehenden Strukturen ermöglicht die Struktur aus Fig. 5, daß von den Schutzelektroden A, A' die Ströme i&sub1; und i'&sub1; ausgesendet werden (effektive Betriebsart 1), während von den Stromelektroden A&sub0; und A'&sub0; die Ströme i&sub0; und i'&sub0; (Gesamtstrom I0,2 = i&sub0; + i'&sub0;) an die Schutzelektroden A, A' geschickt werden (effektive Betriebsart 2).
Unten wird mit Bezug auf die Fig. 4A und 4B ein weiteres Paar effektiver Betriebsarten beschrieben, die für ein berechnetes Fokussierungsverfahren der Erfindung ausgeführt werden können. In der Betriebsart aus Fig. 4A wird von den Stromelektroden kein Untersuchungsstrom in die Formation geschickt (I0,1 = 0), wobei der von der Sonde in die Formation geschickte Gesamtstrom null ist (It,1 = 0). Dieses Mal ist die Potentialdifferenz ΔVa,1 = VA1* + VA1*' - VA2 - VA2' ungleich null. Wegen der Leitfähigkeiten der umgebenden Elemente (Schlamm, Formation) scheinen die Schutzströme i&sub2;, i'&sub2; beim Anlegen einer Spannung von den Schutzelektroden A&sub1; und A'&sub1; zu den Elektroden A&sub2; und A'&sub2; zu laufen: Diese Ströme besitzen eine Eindringtiefe, die zwischen der oben mit Bezug auf Fig. 3B beschriebenen effektiven Betriebsart und der oben mit Bezug auf Fig. 3A beschriebenen Betriebsart liegt. Aus diesem Grund wird die Eindringtiefe dieser Ströme als "mittlere" bezeichnet.
Die effektive Betriebsart aus Fig. 4B ist völlig gleich zu der oben mit Bezug auf Fig. 3B beschriebenen effektiven Betriebsart.
Fig. 4C zeigt die in der berechneten Betriebsart unter Verwendung einer unten erläuterten Technik erhaltenen Ströme. Der Unterschied zwischen den Stromstrukturen aus den Fig. 3C und 4C zeigt, daß die Fokussierung im ersten Fall (Fig. 3C) über eine große Tiefe ausgeführt wird (tiefe berechnete Fokussierung LLd), während die Fokussierung im zweiten Fall nur über eine flachere Tiefe stattfindet (flache berechnete Fokussierung LLs).
Eine Sonde oder Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung kann so beschaffen sein, daß sie in sämtlichen drei obenbeschriebenen Betriebsarten funktioniert.
Die verschiedenen Betriebsarten (Fig. 3A, 3B und 4A) können gleichzeitig, bei verschiedenen Frequenzen, ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Betriebsart unter Verwendung des Stromaussendens mit großer Eindringtiefe (Fig. 3A) bei 35 Hz ausgeführt werden, während die Betriebsart mit dem Stromaussendens mit flacher Eindringtiefe (Fig. 3B, 4B) bei 162 Hz ausgeführt wird und die Betriebsart mit einem ausgesendeten Strom mit einer mittleren Eindringtiefe (Fig. 4A) bei 288 Hz ausgeführt wird. Falls die gewählten Frequenzen gleich oder ähnlich sind, werden die effektiven Betriebsarten vorzugsweise nacheinander ausgeführt.
Während diese Betriebsarten arbeiten, können Signale, die eine "Fokussierungs"-Spannung ΔVf,i (i = 1, 2 für jeden Fall, in dem jede der zwei Betriebsarten ausgeführt wird) repräsentieren, und Signale, die eine "Sonden"- Spannung ΔVs,i (i = 1, 2 in jedem Fall, in dem jede der zwei Betriebsarten ausgeführt wird) repräsentieren, genommen und gemessen werden. Durch Simulation nach Berechnen der fokussierten Betriebsart kann ein Signal oder können Signale abgeleitet werden, die den spezifischen Widerstand der Formation repräsentieren.
Auf diese Weise ist es möglich, die den zwei effektiven Betriebsarten jeweils zu gebenden Gewichte in der Weise zu berechnen, daß sie linear kombiniert werden können, um eine Betriebsart zu erhalten, in der eine Fokussierungsbedingung erfüllt ist.
In einer Variante ist es möglich, während effektiver Betriebsarten zur Berechnung von Übertragungsimpedanzen gemessene Daten zu verwenden, die es ermöglichen, ein Fokussierungspotential und ein Sondenpotential:
entweder mit dem von der (den) Stromelektrode(n) geschickten Strom und mit dem in die Formation geschickten Gesamtstrom;
oder mit dem von der (den) Stromelektrode(n) geschickten Strom und der Spannungsdifferenz zwischen den zwei Schutzelektroden, zu verknüpfen.
Nachdem die Übertragungsimpedanzen berechnet worden sind, können Sondenspannungswerte und Untersuchungsstromwerte abgeleitet werden, für die eine Fokussierungsbedingung erfüllt ist.
Im allgemeinen wird in betracht gezogen, daß eine entweder effektive oder simulierte Betriebsart durch die Daten von dem Untersuchungsstrom (den Untersuchungsströmen), durch den in die Formation geschickten Gesamtstrom, durch eine Fokussierungsspannung, durch eine Sondenspannung und durch eine Spannungsdifferenz zwischen zwei benachbarten Schutzelektroden vollständig beschrieben wird. Wie im Fall in den Fig. 3A und 3B, für den der zuletzt erwähnte Wert null ist (ΔVa = Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden A&sub1; und A&sub2; = Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden A'&sub1; und A'&sub2; = 0), können in einigen Fällen einige dieser Werte bedeutungslos sein.
Ähnlich ist bei der Kombination der effektiven Betriebsarten der Fig. 4A und 4B der in die Formation geschickte Gesamtstrom in beiden effektiven Betriebsarten null, wobei der in der resultierenden berechneten Betriebsart in die Formation geschickte resultierende Gesamtstrom gleichfalls null ist.
In der Elektrodenstruktur aus Fig. 2:
kann die Fokussierungsspannung die Spannung V&sub1; - < Vzk > sein, wobei V&sub1; das durchschnittliche Potential der Elektroden M&sub1; und M'&sub1; und < Vzk> das durchschnittliche Potential der Azimut-Elektroden Aazk (hohe Auflösung) ist; alternativ kann es V&sub1; - V&sub2; sein, wobei Vi (i = 1, 2) das durchschnittliche Potential der Elektroden Mi und M'i (Standardauflösung) ist;
ist die Spannung der Sonde gleich V&sub1; - Vr, wobei V&sub1; die oben gegebene Bedeutung hat und wobei Vr das entfernte Referenzpotential, z. B. in dem Kabel 13, ist.
Es wird nun die erste Rechentechnik ausführlicher beschrieben. Für jede Betriebsart wird der Untersuchungsstrom I&sub0; geschrieben, die Sondenspannung ΔVs geschrieben und die Fokussierungsspannung ΔVf geschrieben.
Die entsprechenden Größen für die Betriebsartnummer i (i = 1, 2 oder c, wobei c der Index für die berechnete Betriebsart ist) werden I0,i, ΔVs,i und ΔVf,i geschrieben, wobei 1 dann durch den folgenden Spaltenvektor beschrieben wird:
Die Bedingung für die berechnete Fokussierung wird: ΔVf,c = 0 geschrieben, wobei die Gewichtung der zwei Betriebsarten unter Verwendung des Koeffizienten λ geschrieben wird. Somit muß ein λ derart gefunden werden, daß:
ist. Diese Gleichung ist erfüllt für:
woraus:
und
abgeleitet werden kann.
Der spezifische Widerstand der Formation kann aus:
abgeleitet werden, wobei K" ein Koeffizient ist, der von der Geometrie der Sonde abhängt.
Die an den Spannungen und Strömen der effektiven Betriebsarten erhaltenen Daten können beispielsweise gemessen und daraufhin in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert werden. Es wird der Koeffizient λ berechnet und nachfolgend, z. B. unter Verwendung eines bekannten Typs eines speziell programmierten Computers zur Ausführung dieses Berechnungstyps, der spezifische Widerstand erhalten. Der Computer kann beispielsweise in der Oberflächeneinheit 16 (siehe Fig. 1) enthalten sein.
In einer anderen Rechentechnik wird anfangs eine Matrix A berechnet, die ermöglicht, daß die folgenden Vektoren:
und
mit der folgenden Beziehung
V = A·I
verknüpft werden (It,i, i = 1, 2, wobei c den in die Formation geschickten Gesamtstrom repräsentiert.)
A ist eine 2 · 3-Matrix, deren Koeffizienten wie folgt geschrieben werden:
Für die ersten zwei effektiven Betriebsarten (die, wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist, eine tiefe bzw. flache Eindringung haben) werden somit vier Gleichungen erhalten:
ΔVf,1 = bIt,1
ΔVs,1 = eIt,1
Vf,2 = aI0,2
ΔVs,2 = dI0,2,
aus denen die vier Koeffizienten oder Übertragungsimpedanzen a, b, d und e abgeleitet werden können.
Die Bedingung für die tiefe Fokussierung (LLd) wird wie folgt geschrieben: ΔVf,c = 0 und ΔVa,c = 0. Da in beiden betrachteten effektiven Betriebsarten ΔVa,i = 0 (i = 1, 2) ist, ist der zweite Teil der Bedingung automatisch erfüllt. Anschließend reicht es, nach Spannungen ΔVS und Strömen I&sub0; zu suchen, die folgendes erfüllen:
Für die anderen zwei effektiven Betriebsarten (die, wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist, flache bzw. mittlere Eindringtiefen haben) werden die folgenden vier Gleichungen erhalten:
ΔVf,1 = cΔVa,1
ΔVs,1 = fΔVa,1
ΔVf,2 = aI0,2
ΔVS,2 = dI0,2
aus denen die vier Koeffizienten oder Übertragungsimpedanzen a, b, d und e abgeleitet werden können.
Die Bedingung für flache Fokussierung wird ΔVf,c = 0 und It,c = 0 geschrieben. Anschließend reicht es, nach Spannungen ΔV,c und Strömen I&sub0; zu suchen, die folgendes erfüllen: ,c
Daraus kann der spezifische Widerstand der Formation in sämtlichen Fällen abgeleitet werden, wobei der spezifische Widerstand proportional ist zu:
(2) ( Vs,c/I0,c) (d - e(a/b)).
Der Proportionalitätsfaktor unterscheidet sich für die zwei berechneten fokussierten Betriebsarten, d. h. für die tiefe Betriebsart (LLd) und für die flache Betriebsart (LLs).
Durch Substituieren der Übertragungsimpedanzen mit den Werten, die aus den für die effektiven Betriebsarten gemessenen Spannungen und Strömen erhaltenen wurden, wird der Ausdruck auf den der oben für den spezifischen Widerstand gegebenen ersten Gleichung (1) reduziert.
Die zweite Rechentechnik erfordert, daß für die effektiven Betriebsarten Meßwerte der Ströme und Spannungen gespeichert werden, wobei sie einen nachfolgenden Schritt der Berechnung von Übertragungsimpedanzen ausführt. Die Berechnung kann durch einen Computer eines bekannten Typs ausgeführt werden, der geeignet zur Ausführung dieses Berechnungstyps programmiert worden ist.
Wenn die Sonde wie in den oben mit Bezug auf die Fig. 2 und 5 beschriebenen Strukturen ein Feld von Azimut-Elektroden enthält, können auch Messungen des spezifischen Azimut-Widerstands der Formation ausgeführt werden. Somit wird eine Messung des spezifischen Widerstands der Formation in einer durch eine der Azimut-Elektroden definierten besonderen Richtung über der Sonde erhalten. Das Ergebnis kann für eine berechnete Fokussierungsbetriebsart erhalten werden, die tief (LLd) oder flach (LLs) ist. Die in der Formation fließenden Untersuchungsströme erzeugen eine Spannung in der Bohrschlammsäule, wobei diese Spannung zwischen den Azimut-Elektroden und den Referenzelektroden A&sub0;* und A&sub0;*' gemessen wird. Für jede Azimut-Elektrode i muß somit die Spannungsdifferenz ΔVazi,j zwischen dem Potential der Azimut-Elektrode i und dem durchschnittlichen Potential der Elektroden A&sub0;* und A&sub0;*' betrachtet werden, wobei der Index j = 1, 2, c eine der zwei effektiven Betriebsarten oder die berechnete Betriebsart bezeichnet. Der spezifische - Azimut-Widerstand in Richtung 11 ist proportional zu:
wobei Vazi,c (der Wert von ΔVazi in der fokussierten Betriebsart) gegeben ist durch:
Vazi,c = Vazi,2 - ΔVazi,1,
wobei c die eine oder die andere der berechneten fokussierten Betriebsarten, tief (LLd) oder flach (LLs), bezeichnet.
Die mit einer Elektrodenstruktur wie etwa der oben mit Bezug auf die Fig. 2 oder 5 beschriebenen ausgeführten Messungen sind Hochauflösungsmessungen: Dies liegt an der Anwesenheit eines Feldes von Spannungsmeßelektroden in der Mitte der Sonde, d. h. zwischen den zwei ringförmigen Stromelektroden A&sub0; und A'&sub0;. Unter diesen Bedingungen ist die Breite eines berechneten Untersuchungsstroms schmaler, als wenn zwei Paar ringförmiger Spannungsmeßelektroden beiderseits der Stromelektroden angeordnet sind:
Insbesondere in der Struktur aus Fig. 2 ist es möglich, eine Fokussierungsspannung gleich V&sub1; - < Vzk> oder V&sub1; - V&sub2; auszuwählen. Der erste Fall entspricht der Hochauflösungsmessung, während der zweite der Messung mit einer "normalen" oder "Standard"-Auflösung entspricht.
Das Nehmen von Messungen mit hoher Auflösung erhöht die Empfindlichkeit gegenüber Locheffekten, insbesondere bei niedrigem Kontrast (Verhältnis des spezifischen Widerstands der Formation zum spezifischen Widerstand des Schlamms < 10). Außerdem hängt die Korrektur bei hohem Kontrast stärker von der Lochgröße ab. Somit zeigen die Fig. 6A und 6B, wie sich der Korrekturfaktor für die Lochwirkung oder das Verhältnis Rcor/Ra (wobei Rcor der wahre spezifische Widerstand der Formation und Ra der gemessene spezifische Widerstand des Mediums vor der Korrektur ist) für tiefe berechnete Fokussierung bei Standardauflösung bzw. bei hoher Auflösung als Funktion des Verhältnisses Ra/Rm (oder des Kontrasts, wobei Rm der spezifische Widerstand des Schlamms ist) ändert. In diesen Figuren sind die Kurven I-VI (I'-VI') für Lochdurchmesser gegeben, die von 15 cm bis 40 cm in Schritten von 5 cm steigen.
Die Fig. 7A und 7B zeigen die Änderung in dem gleichen Parameter für flache berechnete Fokussierung bei Standardauflösung (Fig. 7A) und bei hoher Auflösung (Fig. 7B).
Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer unter Verwendung einer Vorrichtung des Standes der Technik bei Standardauflösung (Kurve A) und unter Verwendung einer Vorrichtung der Erfindung mit hoher Auflösung (Kurve B) erhaltenen Bohrlochmessung. In der Kurve B sind feinere Strukturen deutlich sichtbar.
In den Fig. 9 und 10 sind weitere Ausführungsformen gezeigt, die es ermöglichen, das Verfahren der Erfindung auszuführen. In diesen zwei Figuren ist der Mittelabschnitt, d. h.:
eine ringförmige einzelne mittlere Stromelektrode A&sub0;; und
zwei Paar beiderseits der Elektrode A&sub0; angeordnete ringförmige Spannungsmeßelektroden M&sub1;, M'&sub1;, M&sub2;, M'&sub2;, der gleiche.
Die Elektrodenanordnung aus Fig. 9 besitzt zwei Schutzelektroden A, A', die jeweils ein einzelnes Stück enthalten: Diese Struktur ermöglicht die Ausführung der oben mit Bezug auf die Fig. 3A und 3B beschriebenen effektiven Betriebsarten, nicht aber der effektiven Betriebsart aus Fig. 4A. Demgegenüber umfaßt die Elektrodenanordnung aus Fig. 10 zwei Paar ringförmiger Schutzelektroden A&sub1;, A'&sub1; und A&sub2;, A'&sub2; beiderseits der obenbeschriebenen Steuerbaueinheit. Die ringförmigen Elektroden A&sub1;* und A&sub1;* ermöglichen das Messen von Potentialen in der Schlammsäule in der Nähe der ringförmigen Elektroden A&sub1; und A'&sub1;. Es kann eine Spannungsdifferenz ΔVa zwischen den Elektroden A&sub1; und A&sub2; und außerdem zwischen den Elektroden A'&sub1; und A'&sub2; hergestellt werden: Diese Elektrodenstruktur ermöglicht die Ausführung der oben mit Bezug auf die Fig. 3A, 3B, 4A und 4B beschriebenen effektiven Betriebsarten.
In beiden Fällen (Fig. 9 und 10) kann die Fokussierungsspannung durch die Spannung V&sub2; - V&sub1; gegeben sein, während die Sondenspannung durch die Differenz V&sub1; - Vr gegeben ist, wobei Vi (i = 1, 2) die durchschnittliche Spannung des Elektrodenpaars Mi, M'i repräsentiert und Vr das Potential der entfernten Referenz, z. B. auf dem Kabel 13, ist.
Da sich keine der zum Messen der Fokussierungsspannung verwendeten Elektroden in der Mitte der Struktur befindet, ermöglichen diese zwei Strukturen kein Durchführen von Hochauflösungsmessungen. Ähnlich kann keine dieser zwei Strukturen zum Ausführen von Messungen des spezifischen Azimut-Widerstands verwendet werden, da keine von ihnen irgendwelche Azimut-Elektroden besitzt. Die obengegebene Gleichung zum Messen des spezifischen Widerstands der Formation ist weiter anwendbar.
In gleicher Weise ermöglichen die Strukturen der Fig. 11 und 12, ein Verfahren der Erfindung auszuführen. Diese Strukturen umfassen:
- in Fig. 11: zwei ringförmige Stromelektroden A&sub0; und A'&sub0;, eine mittige Strommeßelektrode M&sub0; und zwei Paar ringförmiger Potentialmeßelektroden M&sub1;, M'&sub1;, M&sub3;, M'&sub3;, die beiderseits der Stromelektroden angeordnet sind; und
- in Fig. 12: zwei Stromelektroden A&sub0;, A'&sub0;, eine mittige ringförmige Potentialmeßelektrode M&sub0;, ein Paar ringförmiger Potentialmeßelektroden M&sub1;, M'&sub1;, die beiderseits der Stromelektroden angeordnet sind, und ein Paar ringförmiger Potentialmeßelektroden A&sub0;*, A&sub0;*', die in der Mitte der Strommeßelektroden A&sub0;, A'&sub0; angeordnet sind und sie in zwei Abschnitte unterteilen; diese Anordnung ermöglicht die Ausführung von Messungen, die genauer sind, wenn an den Oberflächen der Elektroden A&sub0; und A'&sub0; Kontaktimpedanzänderungen auftreten.
Diese zwei Elektrodenanordnungen umfassen ringförmige Einstück- Schutzelektroden; sie sind lediglich zur Ausführung der effektiven Betriebsarten der Fig. 3A und 3B geeignet. In einer Variante können diese ringförmigen Einstück-Elektroden durch Strukturen der Schutzelektroden an jedem Ende der Sonde ähnlich zu den Strukturen der Schutzelektroden in Fig. 10 (A&sub1;, A&sub2;, A'&sub1;, A'&sub2;) ersetzt sein: Eine solche Struktur ist geeignet zur Ausführung der effektiven Betriebsarten der Fig. 3A, 3B und 4A, 4B.
Wegen der Anwesenheit einer ringförmigen Strommeßelektrode M&sub0; zwischen den zwei Stromelektroden in den Strukturen aus den Fig. 11 und 12 können sie aus dem gleichen Grund, wie er oben mit Bezug auf die Elektronenstruktur aus Fig. 5 erläutert wurde, Hochauflösungsmessungen ausführen. Es ist möglich, eine Hochauflösungsmessung und eine Messung mit Standardauflösung gleichzeitig auszuführen.
In beiden Fällen (Fig. 11, 12) ist die Fokussierungsspannung gleich V&sub1; - V&sub0;, wobei V&sub1; die durchschnittliche Spannung des Elektrodenpaars M&sub1;, M'&sub1; und V&sub0; die Spannung der Elektroden M&sub0; ist. Die Sondenspannung ist für die Struktur aus Fig. 11 gleich V&sub3; - V&sub1;, wobei V&sub3; die durchschnittliche Spannung des Paars M&sub3;, M'&sub3; ist, während sie für die Struktur aus Fig. 12 gleich V&sub1; - Vr ist, wobei Vr das Potential einer entfernten Referenz, z. B. auf dem Kabel 13, ist. Der Ausdruck für den spezifischen Widerstand der Formation ist weiter der gleiche.
Wenn lediglich eine Hochauflösungsmessung (ohne Standardauflösung) gewünscht ist, kann das Elektrodenpaar M&sub3;, M'&sub3; aus der Vorrichtung aus Fig. 11 weggelassen werden.
In Fig. 13 ist eine elektrische Schaltung zur Ausführung einer Sonde gezeigt, die zum Ausführen des Meßverfahrens der Erfindung durch berechnete Fokussierung geeignet ist. Die betreffende Elektrodenstruktur ist die oben mit Bezug auf Fig. 9 beschriebene. Eine Stromquelle 80, die sich z. B. an der Oberfläche befindet, sendet einen Gesamtstrom It, um die Sonde in der ersten effektiven Betriebsart zu betreiben. Dieser Strom wird über ein Kabel 82 zugeführt. Es sind Einrichtungen (der Widerstand 84, der Verstärker 86, die. Phasenmeßschaltung 88) zum Messen der Phase des Stroms It vorgesehen. Der Strom I&sub0; (für den Betrieb in der zweiten effektiven Betriebsart) wird durch einen Generator 90 erzeugt, der mit einem Digitalprozessor 92, einem Digital-Analog- Umsetzer 94 und einem Tiefpaßfilter 96 gesteuert wird. Die Fokussierungsspannung, wird dadurch erhalten, daß eine Differenz genommen und unter Verwendung der Differenzverstärker 98 und 100, die die Differenz zwischen den Spannungen von den Paaren ringförmiger Elektroden M&sub1;, M&sub2; und M'&sub1;, M'&sub2; nehmen, verstärkt wird. Die Signale von den Differenzverstärkern werden an eine Summierungsschaltung 104 angelegt, deren Ausgangssignal gefiltert (Bandpaßfilter 106) und nachfolgend an einen Multiplexer 108 angelegt wird. Die Signale zur Messung der Sondenspannung werden durch die Differenzverstärker 110, 112 gebildet, die die Spannungsdifferenzen zwischen jedem der, Elektrodenpaare M&sub1;, M'&sub1;, und einer z. B. von R auf dem Kabel genommenen entfernten Referenzspannung verstärken. Die resultierenden Signale werden einer Summierungsschaltung 114 zugeführt, deren Ausgangssignal daraufhin gefiltert wird (Bandpaßfilter 116), wobei das gefilterte Ausgangssignal nachfolgend an den Multiplizierer 108 angelegt wird. Der Multiplexer ist an einen Analog-Digital- Umsetzer 118 angeschlossen, der seinerseits an den Digitalprozessor 92 angeschlossen ist. Nachfolgend wird das Signal an einen Sender 120 übermittelt. Außerdem enthält die Vorrichtung einen Empfänger 122 und einen Computer 124.
Wenn sich die Schutzelektroden an beiden Enden der Sonde jeweils in zwei Abschnitten befinden, muß zwischen den zwei Abschnitten möglicherweise eine Potential-Differenz null gefordert werden.
In Fig. 14 ist eine elektrische Schaltung zur Überwachung der Gleichheit des Potentials, z. B. zwischen den Elektroden A&sub1;* und A&sub2; in Fig. 2, gegeben. In dieser Figur ist lediglich der obere Abschnitt der Sonde über der Elektrode A&sub0; gezeigt. Eine Elektrode A&sub1;* ist mit der Elektrode A&sub1; verknüpft, um eine Potentialmessung in der Schlammsäule in der Nähe von A&sub1; auszuführen. Dies ermöglicht es, die Wirkungen der Kontaktimpedanz auf die Elektrode A&sub1; zu vermeiden. Ein Verstärker 70 liefert ein Signal, das der zwischen der Elektrode A&sub2; und der Elektrode A&sub1;* gemessenen Spannung proportional ist. Ein Differenzverstärker 72 dient dazu, das resultierende Signal mit dem Massepotential zu vergleichen. Wenn es zwischen den Spannungen der Elektroden A&sub2; und A&sub1;* ein Ungleichgewicht gibt, liefert der Verstärker 72 ein von null verschiedenes Signal an einen Transformator 74, der daraufhin eine andere Verteilung der Ströme zwischen den Elektroden A&sub1; und A&sub2; steuert. Somit kann das Signal VA1* + VA1*' - VA2 - VA2' an den. Eingang des Verstärkers 70 angelegt werden. Daraufhin werden die Elektroden A&sub1; und A'&sub1; und die Elektroden A&sub2; und A'&sub2; kurzgeschlossen. Sämtliche Elemente 70 bis 74 können in den in das Bohrloch hinabgelassenen Körper der Sonde integriert sein.

Claims

1. Verfahren zum Messen der Eigenschaften von Formationen um ein Bohrloch, wobei das Verfahren umfaßt:

- Einführen einer Sonde (22) mit einem langgestreckten Körper (17), der mit wenigstens einer ringförmigen Stromelektrode (A&sub0;, A'&sub0;) und wenigstens zwei ringförmigen Schutzelektroden (A, A', A&sub1;, A'&sub1;, A&sub2;, A'&sub2;), die sich beiderseits der ringförmigen Stromelektrode befinden, versehen ist, in das Bohrloch;

- in einer ersten effektiven Betriebsart der Sonde Schicken eines Stroms i&sub1; von der (den) ringförmigen Schutzelektrode(n) (A, A&sub1;, A&sub2;), die sich an einem Ende der Sonde in bezug auf die Stromelektrode(n) (A&sub0;, A'&sub0;) befindet (befinden), und eines Stroms i'&sub1; von der (den) anderen ringförmigen Schutzelektrode(n) (A', A'&sub1;, A'&sub2;), die sich am anderen Ende der Sonde in bezug auf die Stromelektrode(n) (A&sub0;, A'&sub0;) befindet (befinden), in die umgebende Formation, wobei der Strom I0,1, der von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) ausgesendet wird, gleich 0 ist;

- in einer zweiten effektiven Betriebsart Schicken wenigstens eines Stroms I0,2 von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) (A&sub0;, A'&sub0;) zu den ringförmigen Schutzelektroden (A, A', A&sub1;, A'&sub1;, A&sub2;, A'&sub2;), wobei der Gesamtstrom It,2, der von der Sonde in die Formation geschickt wird, gleich 0 ist; und

- Ausführen einer berechneten Fokussierung anhand der beiden obigen effektiven Betriebsarten, um eine Betriebsart zu simulieren, in der:

* wenigstens ein Strom I0,c von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) (A&sub0;, A'&sub0;) in die umgebende Formation geschickt wird; und

* der Strom I0,c in der Formation durch Schicken zweier Ströme I1,c und I'1,c von den beiden ringförmigen Schutzelektroden (A, A', A&sub1;, A'&sub1;, A&sub2;, A'&sub2;), die sich beiderseits der ringförmigen Stromelektrode befinden, fokussiert wird.

2. Verfahren zum Messen der Eigenschaften von Formationen um ein Bohrloch, wobei das Verfahren umfaßt:

- Einführen einer Sonde (22) in das Bohrloch, wobei die Sonde einen langgestreckten Körper (17) besitzt, der mit wenigstens einer ringförmigen Stromelektrode (A&sub0;, A'&sub0;) versehen ist; und

* in der Nähe eines ersten Endes in bezug auf die Stromelektrode(n) (A&sub0;, A'&sub0;) mit ersten und zweiten ringförmigen Schutzelektroden (A&sub1;, A&sub2;) versehen ist; und

* in der Nähe des anderen Endes in bezug auf die Stromelektrode(n) mit dritten und vierten ringförmigen Schutzelektroden (A'&sub1;, A'&sub2;) versehen ist;

- in einer ersten effektiven Betriebsart:

- Schicken von Strömen i&sub2;, i'&sub2; von den ersten und dritten ringförmigen Schutzelektroden (A&sub1;, A'&sub1;) zu den zweiten und vierten ringförmigen Schutzelektroden (A&sub2;, A'&sub2;); und

- wobei der Strom I0,1, der von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) ausgesendet wird, und der Gesamtstrom It,1, der von der Sonde in die Formation geschickt wird, jeweils 0 ist;

- in einer zweiten effektiven Betriebsart Schicken wenigstens eines Stroms 10,2 von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) (A&sub0;, A'&sub0;) zu den ringförmigen Schutzelektroden (A&sub1;, A'&sub1;, A&sub2;, A'&sub2;), wobei der Gesamtstrom It,2, der von der Sonde in die Formation geschickt wird, gleich 0 ist;

- Ausführen einer berechneten Fokussierung, um eine Betriebsart zu simulieren, in der:

* wenigstens ein Strom I0,c von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) in die umgebende Formation geschickt wird; und

* der Strom I0,c in der Formation durch Schicken zweier Ströme I1,c und I'1,c von den ringförmigen Schutzelektroden fokussiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2:

- in dem in jeder effektiven Betriebsart Signale erzeugt werden, die eine Fokussierungsspannung ΔVf,i (i = 1, 2) und eine Sondenspannung ΔVs,i (i = 1, 2) repräsentieren; und

- in der zweiten Betriebsart ein Signal erzeugt wird, das den Strom (die Ströme) I0,2, der (die) von der (den) Stromelektrode(n) geschickt wird (werden), repräsentiert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, in dem ein Signal, das den spezifischen Widerstand der Formation (11) repräsentiert, aus dem Verhältnis

erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, indem ein Gewichtungskoeffizient (λ) abgeleitet wird, um eine Linearkombination der beiden effektiven Betriebsarten der Sonde auszuführen, um eine berechnete Betriebsart zu erhalten, in der die resultierende Fokussierungsspannung Vf,c gleich 0 ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und nach Anspruch 3 oder 4, in dem in der ersten Betriebsart außerdem ein Signal erzeugt wird, das einen Gesamtstrom It,1, der in die Formation geschickt wird, repräsentiert, und in dem Übertragungsimpedanzen oder -koeffizienten abgeleitet werden zwischen:

- erstens der Fokussierungsspannung ΔVf,1 (i = 1, 2) und der Sondenspannung ΔVs,i; und

- zweitens dem Strom, der von der (den) Stromelektrode(n) geschickt wird, I0,i, und dem Gesamtstrom It,i, der in die Formation geschickt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2 und nach Anspruch 3 oder 4, in dem in, der ersten Betriebsart außerdem Signale erzeugt werden, die die Spannungsdifferenzen ΔVa,1, ΔV'a,1 zwischen erstens den ersten und zweiten Schutzelektroden (A&sub1;, A&sub2;) und zweitens den dritten und vierten Schutzelektroden (A'&sub1;, A'&sub2;) repräsentieren, und in in dem die Übertragungsimpedanzen oder -koeffizienten abgeleitet werden zwischen:

- erstens der Fokussierungsspannung ΔVf,i - (i = 1, 2) und der Sondenspannung ΔVs,i; und

- zweitens dem Strom I0,i , der von der (den) Stromelektrode(n) geschickt wird, und der Spannungsdifferenz Va,i, ΔV'a,i zwischen zwei Schutzelektroden.

8. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Sonde umfaßt:

- eine einzige Stromelektrode (A&sub0;);

- erste und zweite Paare von Potentialmeßelektroden (M&sub1;, M'&sub1;; M&sub2;, M'&sub2;) die beiderseits der Stromelektrode (A&sub0;) angeordnet sind;

- wobei die Fokussierungsspannung ΔFf gleich der Differenz V&sub1; - V&sub2; der durchschnittlichen Spannungen der ersten und zweiten Paare von Potentialmeßelektroden (M&sub1;, M'&sub1;; M&sub2;, M'&sub2;) ist; und

- die Sondenspannung VS gleich der Differenz V&sub1; - Vr zwischen der durchschnittlichen Spannung des ersten Paars von Potentialmeßelektroden (M&sub1;, M'&sub1;) und dem Potential einer entfernten Referenz ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Sonde umfaßt:

- zwei ringförmige Stromelektroden (A&sub0;, A'&sub0;); und

- entweder eine ringförmige Potentialelektrode M&sub0;, die zwischen den beiden Stromelektroden angeordnet ist;

- oder ein Feld aus Azimut-Elektroden (Aazi), die zwischen den beiden Stromelektroden angeordnet sind;

- zusammen mit ersten und zweiten Paaren ringförmiger Potentialmeßelektroden (M&sub1;, M'&sub1;; A&sub0;*, A&sub0;*').

10. Verfahren nach Anspruch 9, in dem:

- die Fokussierungsspannung gleich der Differenz zwischen der durchschnittlichen Spannung V&sub1; des ersten Paars ringförmiger Potentialmeßelektroden und entweder der Spannung V&sub0; der zwischen den beiden Stromelektroden angeordneten ringförmigen Potentialelektrode oder der durchschnittlichen Spannung < Vazi> des Feldes von Azimut-Elektroden ist; und

- die Sondenspannung gleich der Differenz V&sub1; - Vr zwischen der Spannung des ersten Paars ringförmiger Potentialmeßelektroden (M&sub1;, M'&sub1;) und dem entfernten Referenzpotential ist.

11. Verfahren nach Anspruch 3,

- wobei die Sonde umfaßt:

* zwei ringförmige Stromelektroden (A&sub0;, A'&sub0;); und

* ein Feld aus N Azimut-Elektroden (Aazi), die zwischen den beiden Stromelektroden (A&sub0;, A'&sub0;) angeordnet sind; und

* erste und zweite Paare ringförmiger Potentialmeßelektroden (M&sub1;, M'&sub1;; A&sub0;*, A&sub0;*');

- die Fokussierungsspannung ΔVf gleich der Differenz V&sub1; - < Vazi> zwischen der durchschnittlichen Spannung des ersten Paars ringförmiger Potentialmeßelektroden (M&sub1;, M'&sub1;) und der durchschnittlichen Spannung des Feldes von Azimut-Elektroden ist;

- die Sondenspannung ΔVs gleich der Differenz zwischen der durchschnittlichen Spannung des ersten Paars ringförmiger Potentialmeßelektroden (M&sub1;, M'&sub1;) und dem Potential Vr einer entfernten Referenz ist; und

- wenigstens ein Signal erzeugt wird, das den spezifischen Azimut- Widerstand der Formation in wenigstens einer Richtung um die Sonde, die durch eine der Azimut-Elektroden definiert ist, repräsentiert.

12. Verfahren nach Anspruch 11, in dem Signale, die N Spannungen ΔVazi,1 und ΔVazi,2 (i = 1, ..., N) der Azimut-Elektroden repräsentieren, für beide effektiven Betriebsarten erzeugt werden, wobei der spezifische Azimut-Widerstand der Formation in einer Richtung k aus dem folgenden Ausdruck abgeleitet wird:

13. Vorrichtung zum Messen der Eigenschaften von Formationen um ein Bohrloch, wobei die Vorrichtung umfaßt:

- eine Sonde (22) mit einem langgestreckten Körper (17), der mit wenigstens einer ringförmigen Stromelektrode (A&sub0;, A'&sub0;) und wenigstens zwei ringförmigen Schutzelektroden (A, A', A&sub1;, A'&sub1;, A&sub2;, A'&sub2;), die sich beiderseits der ringförmigen Stromelektrode befinden, versehen ist;

- eine Einrichtung, die in einer ersten effektiven Betriebsart verwendet wird, um einen Strom 11 von einer der ringförmigen Schutzelektroden in die umgebende Formation zu schicken und um einen Strom i'&sub1; von der anderen ringförmigen Schutzelektrode in die umgebende Formation zu schicken, wobei der von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) geschickte Strom I0,1 gleich 0 ist;

- eine Einrichtung, die in einer zweiten effektiven Betriebsart verwendet wird, um wenigstens einen Strom I0,2 von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) (A&sub0;, A'&sub0;) zu den ringförmigen Schutzelektroden (A, A', A&sub1;, A'&sub1;, A&sub2;, A'&sub2;) zu schicken, wobei der Gesamtstrom It,2, der von der Sonde in die Formation geschickt wird, gleich 0 ist; und

- eine Einrichtung, die in den beiden obigen effektiven Betriebsarten verwendet wird, um eine berechnete Fokussierung in der Weise auszuführen, daß eine Betriebsart simuliert wird, in der:

* der Strom I0,c in der Formation durch Schicken zweier Ströme I1,c und I'1,c von den beiden ringförmigen Schutzelektroden, die sich beiderseits der ringförmigen Stromelektrode befinden, fokussiert wird.

14. Vorrichtung zum Messen der Eigenschaften von Formationen um ein Bohrloch, wobei die Vorrichtung umfaßt:

- eine Sonde (22) mit einem langgestreckten Körper (17), der mit wenigstens einer ringförmigen Stromelektrode (A&sub0;, A'&sub0;) versehen ist, und:

* in der Nähe eines Endes in bezug auf die Stromelektrode(n) mit ersten und zweiten ringförmigen Schutzelektroden (A&sub1;, A&sub2;) versehen ist; und

- eine Einrichtung, die in einer ersten effektiven Betriebsart verwendet wird, um

- Ströme i&sub2; i'&sub2; von den ersten und dritten ringförmigen Schutzelektroden (A&sub1;, A'&sub1;) zu den zweiten und vierten ringförmigen Schutzelektroden (A&sub2;, A'&sub2;) zu schicken; und

- wobei der Strom I0,1, der von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) geschickt wird, und der Gesamtstrom It,1, der von der Sonde in die Formation geschickt wird, jeweils gleich 0 ist;

- eine Einrichtung, die in einer zweiten effektiven Betriebsart verwendet wird, um wenigstens einen Strom I0,2 von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) zu den ringförmigen Schutzelektroden zu schicken, wobei der von der Sonde in die Formation geschickte Gesamtstrom It,2 gleich 0 ist; und

- eine Einrichtung für die Ausführung einer berechneten Fokussierung anhand der beiden obigen effektiven Betriebsarten, um eine Betriebsart zu simulieren, in der:

* wenigstens ein Strom I0,c von der ringförmigen Stromelektrode in die umgebende Formation geschickt wird; und

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, in der Einrichtungen vorgesehen sind, um:

- in jeder Betriebsart Signale zu erzeugen, die eine Fokussierungsspannung ΔVf,i (i = 1, 2) und eine Sondenspannung ΔVs,i (i = 1, 2) repräsentieren; und

- in der zweiten Betriebsart ein Signal zu erzeugen, das den Strom (die Ströme) I0,2 repräsentiert, der (die) von der (den) Stromelektrode(n) geschickt wird (werden).

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, in der Einrichtungen vorgesehen sind, um ein Signal, das den spezifischen Widerstand der Formation repräsentiert, anhand des Verhältnisses:

zu erzeugen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, Wobei die Einrichtung für die Ausführung der berechneten Fokussierung dazu dient, einen Gewichtungskoeffizienten (λ) für eine Linearkombination der beiden effektiven Betriebsarten der Sonde abzuleiten, um eine berechnete Betriebsart zu erhalten, in der die resultierende Fokussierungsspannung Vf,c null ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13 und Anspruch 15 oder 16,

- in der Einrichtungen in der ersten effektiven Betriebsart vorgesehen sind, um ein Signal zu erzeugen, das den Gesamtstrom It,i (i = 1, 2), der in die Formation geschickt wird, repräsentiert; und

- in der Einrichtungen vorgesehen sind, die eine berechnete Fokussierung ausführen, die die Ableitung von Übertragungsimpedanzen oder -koeffizienten ermöglicht zwischen:

* erstens der Fokussierungsspannung ΔVf,i (i = 1, 2) und der Sondenspannung ΔVs,i; und

* zweitens dem Strom I0,i, der von der (den) Stromelektrode(n) geschickt wird, und dem Gesamtstrom It,i der in die Formation geschickt wird.

19. Vorrichtung nach Anspruch 14 und Anspruch 15 oder 16,

- in der Einrichtungen für die erste effektive Betriebsart vorgesehen sind, um ein Signal zu erzeugen, das Spannungsdifferenzen ΔVs,i, ΔV's,i zwischen erstens den ersten und zweiten Schutzelektroden (A&sub1;, A&sub2;) und zweitens den dritten und vierten Schutzelektroden (A'&sub1;, A'&sub2;) repräsentiert; und

- Einrichtungen vorgesehen sind, um eine berechnete. Fokussierung auszuführen, die die Ableitung von Übertragungsimpedanzen oder -koeffizienten ermöglicht zwischen:

- erstens der Fokussierungsspannung Vf,i und der Sondenspannung ΔVs,i; und

* zweitens dem Strom I0,i, der von der (den) Stromelektrode(n) geschickt wird, und der Spannungsdifferenz ΔVa,i, ΔV'a,i zwischen den beiden Schutzelektroden.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die Sonde umfaßt:

- eine einzelne Stromelektrode (A&sub0;); und

- erste und zweite Paare von Potentialmeßelektroden (M&sub1;, M'&sub1;; M&sub2;, M'&sub2;), die beiderseits der Stromelektrode (A&sub0;) angeordnet sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die Sonde umfaßt:

- zwei ringförmige Stromelektroden (A&sub0;, A'&sub0;), und

* entweder eine einzelne ringförmige Potentialelektrode (M&sub0;), die, zwischen den beiden Stromelektroden angeordnet ist;

* oder ein Feld aus Azimut-Elektroden (Aazi), die zwischen den beiden Stromelektroden zusammen mit ersten und zweiten Paaren von ringförmigen Potentialmeßelektroden (M&sub1;, M'&sub1;; A&sub0;*, A&sub0;*') angeordnet sind, wobei sich eines der beiden Paare auf einer Seite der ringförmigen Stromelektroden befindet.

22. Vorrichtung nach Anspruch 15,

- wobei die Sonde umfaßt:

* zwei ringförmige Stromelektroden (A&sub0;, A'&sub0;);

* und ein Feld aus N Azimut-Elektroden (Aazi); die zwischen den beiden Stromelektroden angeordnet sind;

* zusammen mit ersten und zweiten Paaren von ringförmigen Potentialmeßelektroden (M&sub1;, M'&sub1;; A&sub0;*, A&sub0;*');

- wobei die Vorrichtung ferner Einrichtungen umfaßt, die wenigstens ein Signal erzeugen, das den spezifischen Azimut-Widerstand der Formation in wenigstens einer Richtung um die Sonde, die durch eine der Azimut-Elektroden definiert ist, repräsentiert.

23. Vorrichtung zum Messen der Eigenschaften von Formationen um ein Bohrloch, wobei die Vorrichtung umfaßt:

* an einem Ende in bezug auf die Stromelektrode(n) mit ersten und zweiten ringförmigen Schutzelektroden (A&sub1;, A&sub2;) versehen ist; und

* am anderen Ende in bezug auf die Stromelektrode(n) mit dritten und vierten ringförmigen Schutzelektroden (A'&sub1;, A'&sub2;) versehen ist;

- Einrichtungen, die in einer ersten effektiven Betriebsart verwendet werden, um einen Strom i&sub1; von den ersten und zweiten ringförmigen Schutzelektroden in die umgebende Formation zu schicken und um einen Strom i'&sub1; von den dritten und vierten ringförmigen Schutzelektroden in die umgebende Formation zu schicken, wobei der von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) geschickte Strom I0,1 gleich 0 ist;

- Einrichtungen, die in einer zweiten effektiven Betriebsart verwendet werden, um

- Ströme i&sub2; und i'&sub2; von den ersten und dritten ringförmigen Schutzelektroden (A&sub1;, A'&sub1;) zu den zweiten und vierten ringförmigen Schutzelektroden (A&sub2;, A'&sub2;) zu schicken; und

- eine Einrichtung, die in einer dritten effektiven Betriebsart verwendet wird, um wenigstens einen Strom I0,2 von der (den) ringförmigen Stromelektrode(n) (A&sub0;, A'&sub0;) zu den ringförmigen Schutzelektroden (A, A', A&sub1;, A'&sub1;, A&sub2;, A'&sub2;) zu schicken, wobei der Gesamtstrom It,2, der von der Sonde in die Formation geschickt wird, gleich 0 ist; und

- Einrichtungen, die eine oder mehrere berechnete Fokussierungsoperationen anhand der effektiven Betriebsarten ausführen, um eine oder mehrere Betriebsarten zu simulieren, in denen:

* wenigstens ein Strom I0,c von der ringförmigen Stromelektrode (A&sub0;, A'&sub0;) in die umgebende Formation geschickt wird; und

* der Strom I0,c in der Formation durch Schicken zweier Ströme I1,c und I'1,c von den zwei ringförmigen Schutzelektroden, die sich beiderseits der ringförmigen Stromelektrode befinden, fokussiert wird.