NO155165B - Frengangsmaate for aa bestemme permittivitetskonstanten til en del av jordformasjonen gjennom hvilken gaar et borehull samt anordninger for utfoerelse av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår spesielt undersøkelse av underjordiske jordformasjoner og spesielt fremgangsmåter og anordninger for måling av permittivitetskonstantene til en del av jordformasjonen tilliggende et borehull av den art som angitt i henholdsvis krav 1, 2, 3, 4 og 7.

I alminnelighet vil jordformasjoner som har en høy saltoppløs-ningsmetning gi en lav elektrisk resistivitet mens formasjoner som har en høy oljemetning vil gi en høy elektrisk resistivitet. Hyppig skiferholdighet ved formasjoner bevirker formasjoner som har høy oljemetning til å ha lave elektriske resis-tiviteter. Det er derfor nyttig, ved vurderingen av o>lje-bærende potensialer i jordformasjonene, å kunne bestemme om de lave resistivitetene er bevirket av skiferholdigheten til formasjonene. I US patent nr. 3.895.289 er beskrevet en metode for å bestemme virkningen av skiferholdigheten på elektrisk resistivitet. Permittivitetskonstantene til jordformasjonene blir målt ved frekvenser under 50 kHz. PermiCtLvitets-konstanten til en formasjon målt ved en frekvens under 50 kHz har blitt bestemt til å være i forhold til delen av den elektriske konduktiviteten på grunn av skiferinnholdet, jfr.

"Low Porosity Gas Sand Analysis using Cation Exchange and Dielectric Constant Date" av Kern et al. i Trans. SPWLA XVII (juni 1976). Metoder som kan måle de elektriske resistivitetene på stedet og permittivitetskonstantene til jordf ormas jonen ved frekvenser under 50 kHz er derfor verdifulle ved tilveiebringelse av informasjoner angående oljepotensialet i jordformasjonene.

Laboratorieprøver har vist at når en vekselstrøm blir ført gjennom skifrigt materiale og kapasitansene blir målt og kapasitansene til de skifrige materialene minsker hurtig når strøm-mens frekvens øker. Med en fem vektprosents suspensjon med bentonitt i 20 000 deler pr. million NaCl oppløsning, minsker kapasitansene fra omkring 4 400 pF ved omkring 60 Hz til nesten null ved 100 kHz. De fleste kapasitansmålingene på leiresus-pensjoner i saltoppløsning har vist et lignende forhold mellom kapasitans og frekvens. Permittivitetskonstantene til skifrigt materiale er proporsjonalt med kapasitansene og minsker således også med økningen av strømmens frekvens. Resultatet av slike laboratorieprøver er beskrevet nærmere i artikkelen "Dielectric Constant of Rocks as a Petrophysical Parameter" av Hoyer et al i Trans SPWLA XVII (juni 1976). Da permittivitetskonstantene til skifrige jordformasjoner ved lave frekvenser slik som de under 50 kHz kan være forskjellige fra permittivitetskonstantene til samme formasjoner ved høye frekvenser slik som i megahertz-området. For at visse brønnloggesystemer skal kunne anvende metoden beskrevet i US patent nr. 3.895.289 for å bestemme virkningene av skifrigheten på elektrisk resistivitet må slike brønnloggesystemer kunne måle permittivitetskonstantene ved frekvenser under 50 kHz.

Et antall brønnloggesystemer har blitt benyttet ;ved tidligere kjente innretninger for å måle resistiviteten og permittivitetskonstantene på stedet til jordformasjoner i et borehull. US patent nr. 2 . 592. 1 01 beskriver et system som benytter en impe- . dansbro for å utføre slike målinger. Den benyttede impedansbroen innbefatter tre impedanser forbundet i serie, men rom-messig anbragt for å danne tre sider i en firkant. De to ikke-forbundne endene til de tre impedansene blir så forbundet med to elektroder i kontakt med og i bevegelse over borehullveggen. De tre impedansene danner tre armer til impedansbroen og delen av jordformasjonen mellom de to elektrodene danner broens øvrige arm. To filter forbundet i serie er forbundet over en diagonal til den ufullstendige firkanten dannet av de tre impedansene. De to filtrene har resonnansfrekvenser ved 400 Hz og 20 MHz, henholdsvis. Vekselstrømskilden på 400 perioder og 20 megaperioder er forbundet over den andre diago-nalen til den ufullstendige firkanten.

De tre impedansenes verdier i broen er fortrinnsvis valgt slik at broen er nesten i balanse når impedansen mellom elektrodene, over formasjonene er tilnærmet minimumsformasjonsimpedansen på-truffet langs borehullet. Når elektrodene beveger seg over formasjonene med forskjellige impedanser, blir en tilsvarende ubal-anse i broen tilveiebragt. Når 400 Hz vekselstrøm blir til-ført broen, har filteret med resonnansfrekvens på 20 MHz en neglisjerbar impedanse og hovedsakelig hele den 400 Hz ubalanserte spenningen vil opptre over filteret, som har en resonnansfrekvens ved 400 Hz. Ved en lav frekvens på 400 perioder er bidraget med reaktansdelen til formasjonen tilført den ubalanserte spenningen sammenlignet med den til resistansen liten,

og den ubalanserte spenningen blir antatt i prinsippet å være en funksjon av resistansen til formasjonsdelen. Den ubalanserte

spenningen blir derfor et mål på resistansen til jordforma-

i sjonsdelen. Når 20 MHz vekselstrøm blir tilført broen, er impedansen til filteret som har en resonnansfrekvens på 400 Hz neglisjerbar, og den ubalanserte spenningen vil opptre over filteret som har en resonnansfrekvens på 20 MHz. Ved 20 MHz

vil impedansen til mange formasjoner være overveiende reaktiv, og den ubalanserte spenningen blir antatt å være primært bevirket av reaktansen til formasjonsdelen. Permittivitetskonstanten til formasjonsdelen kan bli utledet fra den ubalanserte spenningen.

5 US patent nr. 2.592.101 nevner at for noen formasjoner kan impedansen ved 20 MHz ikke være fremherskende reaktiv. For noen formasjoner kan ovenfornevnte metode således ikke bli benyttet for å måle reaktansen til formasjonene. For å

bestemme permittivitetskonstantene til jordformasjonene, er

<0> det i alminnelighet nødvendig med målinger av både resistansene og reaktansene til slike formasjoner. For å måle resistansen og reaktansen til jordformasjonene ved steder langs borehullet, krever impedansbro-metoden målinger ved to forskjellige frekvenser i stedet for ved kun en frekvens. Mere operasjons-

<5> tider er derfor nødvendige. For et frekvensområde mellom

400 Hz og 20 MHz, spesielt de under 50 kHz, er den resistive

reaksjonen til jordformasjonen sammenlignet med den reaktive reaksjonen ikke neglisjerbar, og kan ikke bli ignorert. Systemet beskrevet i ovenfornevnte US patent for måling av permittivitetskonstanten funksjonerer kun når resistive reak-sjoner er neglisjerbare. Da et utbredt frekvensområde er under 50 kHz, kan dette systemet ikke bli benyttet for å bestemme permittivitetskonstantene til jordformasjoner.

Det nevnte US patentet nr. 2. 592.101 beskriver også en modifisert innretning for å måle fasedifferansen mellom strømmen og spenningen over formasjonen som en indikasjon på formasjonens permittivitetskonstant. En vekselstrømskilde med høy frekvens slik som 20 MHz i serie med en motstand. Spenningen over motstanden er i fase med strømmen gjennom formasjonsdelen. Spenningen over motstanden blir tilført en automatisk volumkontrollforsterker for å tilveiebringe en konstant spenning som frembringer et fast faseforhold i forhold til fasen til spenningsinngangen. De to forsterkerne blir justert for å tilveiebringe utgangsspenninger med lik størrelse, men som er 180° ute av fase når det ikke er noen faseforskjell mellom de to inngangsspenningene til de to forsterkerne. Utgangsspenningene til de to forsterkerne blir tilført henholdsvis til

to motstander forbundet i serie. Dersom det ikke er noen faseforskjell mellom strømmen og spenningen over formasjonen, vil følgelig spenningen over de to motstandene bli lik, men 180° ute av fase. Spenningen over de to motstandene blir derfor lik null. Vanligvis er spenningen og strømmen over formasjonen ikke i fase, slik at spenningen over de to motstandene ikke ville være null, hvor denne spenningens størrelse er et mål for faseforskjellen mellom strømmen og spenningen over formasjonen. Denne faseforskjellen er kjent som en funksjon av permittivitetskonstanten over formasjonsdelen.

Den automatiske volumkontrollforsterkeren i det nevnte patents ,fasedetekteringsinnretning anvender en variabel forsterknings-og tilbakekoblingsanprdning for å opprettholde en utgangsspenning med konstant størrelse uavhengig av variasjonene i inngangsspenningen til forsterkeren. Når inngangsspenningen forandres, blir forsterkningen endret for å opprettholde en utgangsspenning med konstant størrelse. Når forsterkningen til en forsterker blir endret, kan imidlertid også faseforskjellen mellom inngangs- og utgangsspenningen til forsterkeren variere. Denne varierbare faseforskjellen vil bli kombinert med faseforskjellen mellom strømmen og spenningen over formasjonen som skal bli bestemt. Feilene kan være vesentlige. Det er helt vanlig for resistiviteten til en jordformasjon ved et sted er mange ganger den til en tilliggende formasjon langs borehullet. For å opprettholde en konstant spenningsutgang ved begge formasjonene, må forsterke-rens forsterkning bli endret med en stor faktor, som kan med-føre en stor faseforskjell som opptrer som støy i fasefor-skjells-målingene. Det kan derfor være vanskelig å måle nøy-aktig små faseforskjeller mellom spenningen og strømmen i formasjonen ved å benytte denne metoden.

Nevnte patent beskriver også en annen modifisert utførelses-form hvor en strømkilde med høy frekvens blir anvendt for å tilføre vekselstrøm gjennom en del av en formasjon i serie med en motstand. Som beskrevet tidligere, er faseforskjellen mellom spenningen over motstanden og spenningen over formasjonsdelen den samme som faseforskjellen mellom strømmen», gjennom og spenningen over delen. En spenning frembringende et endelig faseforhold til spenningen over motstanden blir tilført anoden til en pentode. Spenningen over formasjonen blir tilført en automatisk volumkontrollforsterker for å tilveiebringe en utgangsspenning med konstant størrelse i fase med inngangsspenningen til forsterkeren. Denne utgangsspenningen blir tilført gitteret til pentoden gjennom en faseregu-lator og en variabel spenningskilde. Når spenningen over motstanden er i fase med spenningen over formasjonsdelen, blir faseregulatoren og den variable spenningskilden justert slik at gitterspenningen er akkurat tilstrekkelig for å forhindre strømning av anodestrømmen. Når de to sammenlignede spenningene er ute av fase, vil anodestrømmen strømme gjennom pentoden. Jo større faseforskjellen er mellom de to sammenlignede spenningene, jo større vil anodestrømmen være. Den likerettede komponenten av denne platestrømmen blir derfor et mål på faseforskjellen mellom strømmen gjennom og spenningen over formasjonsdelen.

Jordformasjonenes resistanser kan forandres i alminnelighet med en stor faktor fra sted til sted. Forsterkningen til den automatiske volumstyreforsterkeren må forandres med en lignende faktor for å opprettholde en konstant spenningsutgang. Som beskrevet tidligere, kan denne forandringen i forsterkningen innføre en temmelig stor faseforskjell i tillegg til faseforskjellen mellom de to sammenlignede spenningene, som kan opptre som en betydelig feil i målingen. Denne utførel-sesformen kan derfor ikke bli benyttet for nøyaktig å måle små faseforskjeller mellom strømmen gjennom og spenningen over en jordformasjon eller en del derav.

Ovenfornevnte patent beskriver enda ytterligere systemer for måling av permittivitetskonstantene og resistivitetene til jordformasjonene. Slike systemer anvender samme fasedetek-teringsanordningene som de som er blitt beskrevet, hvor de forskjellige ulempene beskrevet ovenfor ikke har blitt eli-minert. Slike systemer vil ha samme ulemper som de beskrevet tidligere.

US patent nr. 4 . 01 2. 689 beskriver et induksjonsbrønnloggesys-tem for å bestemme resistiviteten og permittivitetskonstanten til jordformasjoner i nærheten av et brønnborehull. Et elektromagnetisk felt av radiofrekvens blir frembragt i et borehull for å indusere et sekundært elektromagnetisk felt og det totale elektromagnetiske feltet blir detektert langs langsgående med avstand anbragte posisjoner. Målinger av den relative faseforskyvningen i det elektromagnetiske feltet mellom detektorstedene og amplityden til feltet ved en av detektorstedene kan så bli tydet i samsvar med forutbe-stemte forhold uttrykt i jordformasjonsresistivitet og permittivitetskonstant.

I stedet for måling av spenning over forskjellige kretskom-ponenter og faseforskjellen mellom spenningen og strømmen gjennom formasjonen måler systemet i ovenfornevnte patent amplityden til den elektromagnetiske bølgen ved en detektor-plassering og den relative faseforskyvningen i bølgen mellom detektorplasseringene. Dette systemet drives kun ved radiofrekvenser i området fra 10-60 MHz, og det drives ikke ved lavere frekvenser. Dette systemet kan således ikke bli benyttet for å måle permittivitetskonstantene til jordformasjoner ved frekvenser lavere enn slike radiofrekvenser.

Andre eksempler på induksjonsbrønnloggesystemer er beskrevet i US patentene nr. 3.891.916 og 3.893.021.

US patent nr. 4.130.793 beskriver en digital innretning for å måle faseforskyvningen i et induksjonsloggesystem som det beskrevet i US patent nr. 4.012.689. Det elektromagnetiske feltet i formasjonen blir detektert ved to forskjellige plas-seringer for å gi to forskjellige detektorsignaler. De to signalene blir forsterket og omformet til firkantbølger med samme frekvens ved hjelp av null-gjennomgangs-detektorer.

De omformede signalene blir ført inn i en eksklusiv ELLER-port og utgangssignalets bredde blir målt ved hjelp av en OG-port og en klokke uttrykt i antall klokkepulser. Antall klokkepulser som korresponderer med faseforskjellen mellom to detektorsignaler og er et mål for permittivitetskonstanten til jordformasjonen. Digitalinnretningen i ovenfornevnte US patent kan imidlertid ikke detektere om et detektorsignal er front- eller bakflanken til det andre detektorsignalet.

Oppfinnelsen tilveiebringer fremgangsmåter og anordninger

av den art som angitt i innledningen og hvis karakteri-

stiske trekk fremgår av henholdsvis krav 1, 2, 3, 4

og 7 .

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår forøvrig av underkravene.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til teg-ningene, hvor: Fig. 1 viser et skjematisk diagram av en elektrisk krets, konstruert i samsvar med oppfinnelsen for å føre en vekselstrøm gjennom en underjordisk formasjon, krysset av et borehull og for måling av spenningen over en del av formasjonen over en referansemotstand. Fig. 2 viser skjematisk et skjema over en differensial-isola-sjonsforsterker benyttet i kretsen på fig. 1. Fig. 3 viser skjematisk en elektrisk krets for tilveiebringelse av indikasjon på fasevinkelen mellom spenningene målt med innretningen på fig. 1. Fig. 4 viser et skjematisk diagram over en vekselstrømskrets for tilveiebringelse av indikasjonen på fasevinkelen mellom spenninger målt med innretningen på fig. 1.

Fig. 5 viser to kretser for omforming av to spenninger målt

på fig. 1 til to firkantbølgespenninger som har i hovedsaken samme frekvenser som deres respektive inngangsspenninger. Fig. 6 viser et skjematisk diagram av digital krets for bestemmelse av størrelsen og fortegnet for fasevinkelen mellom to firkantbølger, tilveiebragt med innretningen på fig. 5.

Fig. 7 og 8 viser kurveformen til spenningene som opptrer

i innretningen vist på fig. 6 i løpet av driften.

Fig. 9 viser et skjematisk diagram av en krets for å tilveiebringe det digitale forholdet mellom de målte spenningsstørrelsene med innretningen på fig. 1. Fig. 10 viser et skjematisk diagram av en elektrisk krets konstruert ifølge oppfinnelsen for å føre en veksel-strøm gjennom en underjordisk formasjon krysset av et borehull og for å måle spenningen over en del av formasjonen, en referansemotstand og en referansekondensator. Fig. 11 viser et skjematisk diagram av en elektrisk krets for å bestemme kapasitansen til formasjonsdelen ut fra spenningsmålingene på fig. 9. Fig. 1 viser en elektrisk krets som kan bli benyttet i samsvar med denne oppfinnelsen for å bestemme permittivitetskonstanten til en jordformasjon gjennomskåret av et borehull. En oscillator 12 kan bli benyttet for å føre en vekselstrøm med vinkelfrekvensen u> gjennom jordformasjonen 2 gjennom med avstand anbragte strømelektroder 16, 18 og en motstand 14 forbundet i serie med jordformasjonen 2. Et par med avstand anbragte potensialelektroder 22, 24 kan bli benyttet for å måle spenningen over en del 4 av jordformasjonen. Potensialelektrodene 22, 24 er fortrinnsvis anbragt med avstand fra strømelektrodene 16, 18. En sammenligning av spenningen over potensialelektrodene 22, 24 i forhold til spenningen over motstanden 14 vil gi indikasjon av resistiviteten og kapasitansen til delen 4 av jordformasjonen 2. Den elektriske kretsen vist på fig. 1 er anbragt i loggesonden 10 med unntak av elektrodene 16, 18, 22 og 24 som er forbundet med den elektriske kretsen på innsiden av sonden ved hjelp av lede-re 30. Loggesonden 10 kan være opphengt i et borehull i øn-sket dybde på vanlig måte, og så plassert på vanlig måte

for å opprettholde stabil kontakt mellom elektrodene 16, 18, 22, 24 og borehullveggen 20. Vanlige opphengningsmetoder for plassering av loggesonden 10 er beskrevet i US patent nr. 3.895.289.

Spenningene over motstanden 14 og over potensialelektrodene 22, 24 er målt ved hjelp av differensialisolasjonsforster-kerne 26, 28 vist nærmere på fig. 2. På fig. 2 er inngangsterminalen 4 2 forbundet med den negative inngangen til operasjonsforsterkeren 50 via en skjermet spenningsfølger 46.

Med uttrykket spenningsfølger forstås en operasjonsforsterker med en direkte tilbakekoblingsforbindelse, idet spennings-følgeren har svært høy inngangsimpedans og en svært lav ut-gangsimpedans. Inngangsterminalen 44 er likeledes forbundet med den positive inngangen til operasjonsforsterkeren 50 gjennom en skjermet spenningsfølger 48. Spenningsfølgerne gir dessuten svært effektiv isolasjon mellom inngangsspenningene og utgangsspenningene som følge av den høye inngangs-impedansen og den svært lave utgangsimpedansen. Utgangsspenningen til spenningsfølgeren har imidlertid lik størrelse og fase som inngangssignalet. Inngangssignalene til operasjonsforsterkeren 50 er derfor de samme som potensialet ved inngangsterminalene 42, 44 med unntak av at inngangsterminalene er effektivt isolert fra operasjonsforsterkeren 50. Operasjonsforsterkeren 50 gir en utgangsspenning i det vesentlige lik potensialet E ved terminalen 44 minus potensialet E ved terminalen 42. Denne utgangsspenningen blir ført gjennom en annen spenningsfølger 52 før den når utgangsterminalen 54 til differensialisolasjonsforsterkeren. Utgangsspenningen ved 54 blir så lik det elektriske potensialet E^ ved 44 minus det elektriske potensialet E ved 42, men terminalen 54 er elektrisk isolert fra terminalene 42 og 44. Fig. 2 viser videre et forkortet kretssymbol for differensialisolasjonsforsterkeren. En spenningsfølger kan bli fremstilt ved å addere en positiv spenningstilbakekoblingskrets til en operasjonsforsterker som vist på fig. 2. En egnet operasjonsforsterker som kan bli benyttet for dette formålet såvel som dannelse åv spenningsdifferansene mellom de to inngangene i en differensialisolasjonsforsterker er "Fairchild yA 741".

På fig. 1 er spenningen En over motstanden 14 målt ved hjelp av differensialisolasjonsforsterkeren 26. Spenningen Eg over

potensialelektrodene 22 og 24 blir målt ved hjelp av differensialisolasjonsforsterkeren 28. Spenningene ER og Eg blir derfor målt på en måte som ikke i det vesentlige forstyrrer strøm-men eller spenningen over delen 4 av jordformasjonen 2 til-ført ved hjelp av oscillatoren 12.

Den elektriske reaksjonen på jordformasjonen 2 på en veksel-strøm mellom strømelektrodene 16 og 18 vil være kapasitiv og resitiv. Det er akseptert at ved frekvenser under 50 kHz kan en jordformasjon bli behandlet som en kombinasjon av en motstand og en kondensator anbragt parallelt. Dersom motstanden har en resistans Rg og kondensatoren kapasitansen Cg så er resistansen X R for kombinasjonen gitt ved: hvor w er vinkelfrekvensen til strømmen tilført ved hjelp av oscillatoren 12. Reaktansen Xcfor kombinasjonen er gitt ved:

Fasevinkelen <J> mellom spenningen over og strømmen gjennom kombinasjonen er gitt ved:

mens ligningen (1) er utledet fra en modell av jordformasjonen 2 kan ligningen (1) også bli anvendt for en del 4 av jordformasjonen 2 for å bestemme resistansen og kapasitansen til delen som er gitt av henholdsvis Rg og Cg. Fasevinkelen <j> stør-

re enn null korresponderer med spenningen som ligger foran strømmen i delen 4 til jordf ormas jonen 2, mens <)> mindre enn null korresponderer med spenningen som ligger etter strømmen i delen 4. Ved frekvenser under 50 kHz er fasevinkelen ty mellom spenningen og strømmen i formasjonen heller liten. Labo-ratorieforsøk med kjerneprøvemålinger fra formasjoner med porøsitet i størrelsesorden av 10% med vann saltinnhold på 20 k ppm NaCl viser at fasevinklene ligger i området på 0,1 grad til 1 grad. Reaktansen X for delen 4 er således i stør--2 -3 relsesorden 10 til 10 ganger resistansen X til delen 4. Strømmen mellom strømelektrodene 16 og 18 strømmer gjennom både jordformasjonen og mediumet i borehullet. Denne borehull-effekten kan bli korrigert på en vanlig måte og strømmen gjennom jordformasjonen kan bli funnet som en fraksjon a av den totale strømmen tilført av oscillatoren 12 til motstanden 14. En vanlig metode for beregning av borehullseffekten er beskrevet i "The Fundamentals of Well Log Interpretation", 'Academic Press, New York 3. utg., 1 963 av M. R. J. Wyllie.Spenningen Eg og potensialelektrodene 22, 24 er gitt ved: • ■ ', og 2, og hvor I er strømmen overført av oscillatoren 12. Spenningen En over motstanden 14 er gitt av: hvor R er resistansen til motstanden 14. Divisjon med de to ligningene vil gi:

-2 -3

Siden X„ er i størrelsesorden av 10 til 10 ganger XD, kan

C K

X^ bli ignorert ved sammenligningen med X^.. Av ligningen (3)

C K

er det innlysende at dersom 4> er liten, er også coRgCg også liten. Av ligningen (1) fremgår at X_, er vesentlig lik R„. Resistansen til delen 4 til jordformasjonen 2 er derfor gitt av:

Resistansen til delen 4 til jordformasjonen 2 kan bli funnet som beskrevet ovenfor. Dersom fasevinkelen ty mellom strøm-men gjennom og spenningen over delen 4 er målt, så gir ligningen (3) kapasitansen for delen 4. Permittivitetskonstanten for delen 4 til jordformasjonen 2 kan bli beregnet av kapasitansen på en vanlig måte.

Kontaktene mellom strømelektrodene 16, 18 og borehullveggen

20 adderer resistans og reaktans til kretsen. Dersom spenningen E over en del av jordformasjonen blir målt mellom elektrodene 16 og 18 i stedet for elektrodene 22 og 24, ville den målte spenningen E innbefatte spenningsfallet over kon-taktimpedansen mellom elektrodene 16 og 18 og borehullveggen 20 i tillegg til impedansen for delen 4. Resistansen Rg gitt av ligningen (4) som benytter spenningen Eg og således målt vil være summen av kontaktresistansene og resistansene til delen 4 til jordformasjonen.2. Slike kontaktresistanser er ofte heller store og kan gi betydelige feil i målingene.

For å redusere virkningen av slike kontaktimpedanser, blir spenningen E over en del av jordformasjonen målt over potensialelektrodene 22 og 24 som er anbragt med avstand fra strøm-elektrodene 16 og 18. Differensialisolasjonsforsterkeren 28 måler spenningen over elektrodene 22 og 24. Siden differen-sialisolas jonsf orsterkeren 28 trekker lite strøm fra jordformasjonen gjennom elektrodene 22 og 24, er spenningsfallene over slike kontakter små, slik at virkningen av kontaktimpedansene vil være av mindre betydning ved målingen av Eg.

Dersom en strømkilde og avledning er anbragt i et homogent medium, ligner strømbanemønsteret det magnetiske feltet til en magnetisk dipol. De fleste strømbanene ligger tett opp til linjene som forbinder strømkilden og strømavledningen. Mens jordformasjonen som skal bli undersøkt, ikke alltid er helt homogen ved at den er gjennomskåret av et borehull, ligner imidlertid strømbanenes mønster mellom elektrodene 16 og 18 det magnetiske feltet til en magnetisk dipol. Størstedelen av strøm-men mellom elektrodene 16 og 18 strømmer derfor langs baner som er tett opp til borehullveggen. Av den grunn er potensialelektrodene 22 og 24 fortrinnsvis anordnet mellom strømelektrodene 16 og 18 og i et symmetrisk forhold dertil. Målt på denne måten vil spenningen Ec mellom potensialelektrodene 22 og 24 være stor nok, slik at virkningene av kontaktimpedansene vil være av mindre betydning.

Punkter på en overflate normalt for strømbanene mellom strøm-elektrodene 16, 18 er ved det samme elektriske potensialet,

og overflaten er kjent som en ekvipotensial overflate. Potensialelektrodene 22, 24 er anbragt på ekvipotensialoverflåtene 6 og 8, henholdsvis. Dersom potensialelektrodene 22, 24 blir beveget til forskjellige steder i berøring med borehullveggen vil elektrodene være anbragt på ekvipotensialoverflater forskjellige fra 6 og 8. Delen 4 til jordformasjonen 2 er definert av delen av formasjonen avgrenset av overflatene 6, 8. Denne plasseringen av potensialelektrodene 22, 24 i forhold til strøm-elektrodene definerer således delen 4.

Som beskrevet tidligere vil målingen av fasevinkelen mellom strømmen gjennom og en spenning over en del av jordformasjonen medvirke ved bestemmelsen av permittivitetskonstanten til for-mas jonsdelen . Strømmen gjennom jordformasjonen 2 på fig. 1 er i fase med spenningen ER_ over motstanden 14. Målinger av fasevinkelen mellom Eo „ og E R vil derfor tilveiebringe fasevinkelen ønskelig for bestemmelsen av formasjonens permittivitetskonstant.

For å bestemme faseforskjellen mellom Eg og ER er en metode å tilveiebringe en spenning Ez som er i fase med ER, men har stør-relsen Ec, da vil fasevinkelen tj> som vist nedenfor være gitt ved hjelp av]Eg-Ezj / |ESJ .

hvor S er en funksjon av tiden.

Siden ty er liten, så er tilnærmet:

Dersom Ex er definert av E, = E_ - E , ty ty S z

Fig. 3 viser en elektrisk krets som kan bli benyttet for å tilveiebringe spenningssignaler E,, dersom strømmen frembragt

av oscillatoren 12 på fig. 1 har konstant amplityde. Spenningen Eg blir likerettet av en filtrert likeretter 102 for å tilveiebringe I Egj , i hovedsaken størrelsen Eg. ER og |Egj blir multiplisert ved hjelp av en fire-kvadrants multiplikator 104. Produktet blir så forsterket ved hjelp av en forsterker 106 med

en forutbestemt forsterkning for å tilveiebringe spenningen • E„ blir subtrahert fra E ved hjelp av operasjonsforsterkeren

108, for å tilveiebringe E ved utgangen 110. Som en fire-kvadrants multiplikator kan benyttes en vanlig tilgjengelig i handelen integrert krets, nemlig "Motorola MC 1494L".

Utgangsspenningen E„ fra forsterkeren 106 er gitt av K |EC E . Dersom E skal være den samme som \ |E Sl I E R , som er spenningssignalet som skal bli frembragt, blir forsterkeren 106 justert inntil den konstante skalafaktoren innført ved hjelp av forsterkeren 106 har verdien —^—-. E er i hovedsaken en konstant

IEr| R

siden strømmen gjennom motstanden 14 har en i det vesentlige konstant amplityde. Denne K-verdien kan bli innstilt ved å benytte samme inngangsspenningen som E„ og E for kretsen på fig. 3, og så justering av forsterkningen til forsterkeren 106 inntil E, er hovedsakelig null.

Siden de to inngangsspenningene E„, E i hovedsaken er den samme, er

Dersom forsterkningen av forsterkeren 106 blir justert på måten beskrevet ovenfor, vil utgangsspenningen til forsterkeren 106 være K|EC|ED, eller i det vesentlige gitt av : I I E S| I E_ som er det ønskede spenningssignalet E„.

Forsterkeren 108 subtraherer Ez fra Eg for å tilveiebringe E^.

* T ■ /Cl ' ES ~ EZ | „

Fra ligning (5) , '^r~ = ,„ , = <f>.

Fsl lESj

Kombinering av ligningene (3), (4) og (5) gir:

Kapasitansen Cg til delen 4 av jordformasjonen 2 kan så bli beregnet, fra hvilken permittivitetskonstanten for delen 4 kan bli bestemt på vanlig måte.

Fig. 4 viser en elektrisk krets for måling av fasevinkelen mellom E og E på fig. 1 hvor strømmen fra oscillatoren 12 ikke må være av konstant amplityde. Spenningen Eg er forbundet med en filtrert likeretter 152 for å oppnå hovedsakelig dens amplityde |Eg|. Amplitydespenningen |Eg| blir multiplisert av ER ved hjelp av en fire-kvadrants multiplikator 154 for å produsere en produktspenning K^ERjEg| hvor K X n er en skalafaktor, også såkalt skalerings-faktor, innført av fire-kvadrants multiplikatoren 154. Denne utgangen er forbundet med den virkelige jorden 158 til en operasjonsforsterker 160 via en motstand 156 med resistansen . Spenningen E er forbundet med en filtrert likeretter for å oppnå dens amplityde |ERj . Amplitydespenningen |ER|blir multiplisert med utgangsspenningen E^ til operasjonsforsterkeren 160 ved hjelp av en fire-kvadrants multiplikator 168 for å tilveiebringe ved utgangen 170 en spenning på ^JE^JE^ hvor K o er en skalafaktor innført ved hjelp av fire-kvadrants multiplikatoren 168. Utgangen 170 er forbundet med den virkelige jorden 158 til operasjonsforsterkeren 160 via en motstand 172 som har en resistans R2. Strømmen gjennom motstanden 172 er derfor lik strømmen igjennom motstanden 156, da

Dersom K^ = K^ og R^ = R2

Igjen gir forholdet |E | / : Eg j fasevinkelen cp. Kapasitansen og permittivitetskonstanten for delen 4 kan bli bestemt på samme måte som den beskrevet i forbindelse med kretsen på fig. 3. I beskrivelsen ovenfor er motstanden 14 anvendt for å tilveiebringe et signal E i fase med strømmen gjennom delen 4 slik at signalspenningen E Li kan bli enkelt frembragt. Det er klart at andre måter kan benyttes og ligger innenfor oppfinnelsens formål ved frembringelsen av E„ u, et signal hovedsakelig med amplityden til spenningen over delen 4, men fasen til strømmen gjennom delen 4.

En kommersielt tilgjengelig integrert krets som kan benyttes som en fire-kvadrants multiplikator egnet for ovenfornevnte skrivelse er Motorola MC 1 494L. Skalafaktorene K-^ og K kan bli innstilt likt ved justering av potensiometrene i multiplikatorkretsene

på vanlig måte.

Fig. 5, 6, 7 og 8 viser en alternativ metode for tilveiebringelse av fasevinkelen mellom E„ og Ec, idet de to målte spenningene 'benytter kretsen vist på fig. 1. Fig. 5 viser to kretser for omforming av E og E i to firkantbølgesendinger henholdsvis Ea og E , som har hovedsakelig samme frekvensen som deres respektive inngangsspenninger. Spenningen ER er forbundet med en null-gjennomgangsdetektor 202 for å tilveiebringe en firkant-'bølge-utgangsspenning E som har i hovedsaken samme frekvens

som E . Spenningen E er forbundet på lignende måte med en null-gjennomgangsdetektor 204 for å tilveiebringe en firkantbølge-utgangsspenning Efi som har hovedsakelig samme frekvens som Eg.

Fig. 6 viser en digitalkrets for å bestemme størrelsen og fortegnet til faseforskjellen mellom de to firkantbølgespenningene EA og Eg. Signalspenningen Efi blir tilført en inverter 222 for

å tilveiebringe signalet É"^~. Signalspenningen E blir til-ført en bufferport 224. Signalet E^ blir derved tilpasset en form gjenkjennbar av logiske kretser. Bufferporten 224 til-fører også tilstrekkelig strøm for mer enn en logisk krets. Signalene E^ og E^ blir tilført en OG-port for å tilveiebringe et signal E + E Fig. 7 viser en grafisk fremstilling av spenningene som forekommer i apparatet vist på fig. 6 i løpet av driften. Av fig. 7 fremgår det at pulssignalbredden E^+E^ måler faseforskjellen mellom E_ og E,.. For å måle pulssignalbredden E, + ET kan en referanseoscillator 228 og en binær-

A B

teller 238 benyttes. Referanseoscillatoren 228 gir fortrinnsvis en høy frekvens-firkantbølgespenning Ep. En egnet høy frekvens er 10 MHz. ' Referanseoscillatoren 228 blir forbundet med den ene enden av en motstand 230 som er jordet ved den andre enden. Referanseoscillatoren 228 er også forbundet med en OG-port 236 via en kondensator 232 og en bufferport 234. Kondensatorens 232 kapasitans og motstandens 230 resistans

er valgt slik at utgangsspenningen til kondensatoren 232 er tidsderiveringen av Ep. En egnet kapasitans som kan benyttes for kondensatoren 232 kan være fra 10 til 100 pF og en egnet resistans for resistoren 230 kan være 200 ohm. Bufferporten 234 kutter ut de negative spenningsspissene fra utgangsspenningen til kondensatoren 232 for å frembringe en spenning E<r>'

som har samme frekvensen som E„r, men i form av skarpe pulser. Signalene E' E^ + blir tilført en OG-port 236. Utgangssignalet E,. + En + E' blir tilført en binærteller for å bli

A ti t

talt. Signalet E + E + E' er vist opptegnet på fig. 8.

i\ id i.

Det er klart at høyfrekvens-pulssignalet E<r>' kan bli frembragt på andre måter som også ligger innenfor oppfinnelsen. Så lenge som utgangssignalet EA + En + E' er oppnådd, kan det

A ti r

benyttes forskjellige måter for å forbinde bufferne 224, 234 og inverteren 222 med OG-portene 226 og 236 og fremdeles ligge innenfor oppfinnelsen.

Signalene EA A og E r> er begge invertert og blir så tilført en OG-port 244. Dette kan bli fullført enkelt ved å tilføre utgangssignalet fra bufferporten 224 til OG-porten 244 via en inverter 242 og ved å tilføre utgangssignalet fra inverteren 222 til OG-porten 244. Utgangssignalet e7 + ET fra 0G-

A D

porten er vist på fig. 7 og 8. Signalet EA . + E_ Dkan benyttes for å gjeninnstille binærtelleren 238 etter tellingen av hver gruppe med pulser i signalene EA<+> 1^ + Ep. Signalene E^ + Efi kan bli tilført en inverter 246 for å tilveiebringe et åpnings-signal E A + E r3. Dette åpningssignalet kan benyttes for å trigge binærtelleren 238 for å starte tellingen av hver gruppe med pulser i signalene E,. + E + E' .

A B r

Utgangen til bufferporten 224 blir forbundet med en ende til en motstand 252, hvis andre ende er jordet. Utgangen til bufferporten 224 blir også forbundet med.en OG-port 258 via en kondensator 254 og en bufferport 256. Utgangen til OG-porten 226 er forbundet med OG-porten 258 slik at OG-porten 258 vil gi et ut-gangssignal E., + E_ + E'. Av samme grunn som for de i forbin-A ri r

deise med E' og E , innbefatter E' skarpe pulser ved hovedsake-p r A

lig samme frekvensen som E^. Signalene E^ og E^ + Eg + E^ er fremstilt på fig. 7. Av fig. 7 fremgår at hvor signalet EB ligger etter EA innbefatter signalet EA + Eg + pulser, men hvor signalet E& ligger etter E vil signalet E + E + E'

d A ri A

gi ingen pulser. Signalene E^ og E^ er i fase med signalene henholdsvis E og Ec. Hvorvidt signalspenningen E + E + E' vil tilveiebringe pulser, indikerer enten om E ligger foran eller etter E . Følgelig kan fortegnet for fasevinkelen mellom signalene E_ og E bli bestemt. Det er klart at andre måter for utledning av signalet E^ + Eg + fra signalene E^ og E kan benyttes og ligge innenfor oppfinnelsens ramme. Fortegnet for fasevinkelen <p mellom signalene E„ og E kan bli viktig hvor uregelmessig mineralholdige bergarter er tilstede i jordformasjonene som blir undersøkt. Målt ved oscillator-frekvenser under 10 Hz gir fortegnet til fasevinkelen indikasjon for tilstedeværelsen eller ikke av slike bergarter. Reaktansen til en jordformasjon vil være typisk kapasitiv

og spenningen Eg ligger etter spenningen ER. Hvor spenningen E_ R ligger etter spenningen Ec ber det en indikasjon på at enten

de forskjellige involverte elektriske kretsene ikke funksjonerer riktig, eller at reaktansen til jordformasjonen ikke er fremherskende kapasitiv.

Som beskrevet tidligere, er resistansen Rg for delen 4 til jordformasjonen 2 på fig. 1 gitt av REg/ccER. Forholdet Eg og ER kan bli frembragt i digital form ved å benytte et loggemultimeter. Med henvisning til fig. 9, analoge spenninger Eg, ER

blir tilført et loggemultimeter 270, som gir et digitalt forhold for E S /E R. Et egnet loggemultimeter, som kan benyttes er modell nr. 3467A fremstilt av Hewlett Packard, jfr. forøvrig beskrivelsen av dette multimeteret i "Measurement/Computation Catalogue" 1980, Hewlett Packard, side 68, 69.

Fig. 10 viser en elektrisk krets, konstruert i samsvar med oppfinnelsen for å føre en vekselstrøm gjennom underjordiske formasjoner gjennomskåret av et borehull og for å måle spenningen over en del av formasjonen, en referansemotstand og en referansekondensator, henholdsvis. Fig. 9 er identisk med fig.1 med unntak av at en kondensator 302 er tilføyd kretsen slik at kondensatoren 302 er i serie med oscillatoren 12 og motstanden 14. En differensialisolasjonsforsterker 304 måler spenningen Ec over kondensatoren 402. Fig. 11 er et skjematisk diagram

av en elektrisk krets for å tilveiebringe kapasitansen til delen av formasjonen fra spenningsmålingene som benytter innretningen på fig. 10. Spenningen E^ og spenningen Eg, spenningen over delen 4 til jordformasjonen 2 blir multiplisert ved hjelp av en fire-kvadrants multiplikator 306 og utgangssignalet blir til-ført gjennom et lavpassfilter 308 og så forsterket ved hjelp av forsterkeren 310 for å tilveiebringe et signal E^. Spenningen E„ o og spenningen EnR, spenningen over motstanden 14 blir multiplisert ved hjelp av en fire-kvadrants multiplikator 312 og utgangsspenningen blir ført gjennom et lavpassfilter 314 for å tilveiebringe et signal E^.

Oscillatoren 12 tilveiebringer fortrinnsvis en sinusformet strøm I for kretsen på fig. 9. Den kan bli representert som:

hvor I = amplityden for strømmen I

w = vinkelfrekvensen for I

så E„ = R I cos w

R o

og E = Jzi I cos(wt + cp),

o O

hvor R = resistansen for motstanden 14

C = kapasitansen for kondensatoren 302

Z = impedansen for delen 4 for jordformasjonen 2

og tilliggende borehull

cp = fasevinkelen mellom I og Eg. Fire-kvadrantsmultiplikatoren 306 multipliserer E^, og Eg:

Lavpassfilteret 308 fjerner spenningskomponenten l<E>ci|<Esl> (2wt liten, —— sin (2u)t + <p) . Siden sin cp er liten, er det foretrukket å forsterke utgangen fra filteret 308. Den øvrige likestrøms-nivåforskyvningen blir forsterket med en faktor A av forsterkeren 310 til en gitt utgangsspenning E^ gitt av ligningen:

Siden cp er svært liten, Fire-kvadrantsmultiplikatoren 312 multipliserer Eb „ og K

fER;i'ES: Lavpassfilteret 314 fjerner spenningskomponenten —^—cos (2(i>t+d)

til en gitt utgangsspenning E^ gitt av:

Ingen forsterkning er nødvendig ved tilveiebringelsen av E^ siden cos cp er nesten en, slik at E^ ikke er liten. Hvor <p er svært liten, er cos cp = 1. Da

Siden cp er liten, blir ligningen (3):

REs

Fra ligningen (4) , Rg = —g—

R

Siden <p er liten, og følgelig Eg, er ER nesten i fase med hverandre,

Kombinering av ligningene (6) og (7) gir:

Spenningen ED R blir tilført en filtrert likeretter 320 for å oppnåiEn|, hovedsakelig størrelsen av En. Alle andre størrel-i R i K

ser nødvendige for å bestemme Cg er kjent. Permittivitetskonstanten for delen 4 til jordformasjonen 2 kan bli beregnet fra Cg og andre parametre på vanlig måte.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for å bestemme permittivitetskonstanten til en del av jordformasjonen, gjennom hvilken går et borehull, innbefattende føring av en vekselstrøm gjennom nevnte jordformasjonsdel og gjennom en referansemotstand forbundet i serie med vekselstrømskil-den og nevnte del, måling av spenningen over nevnte formasjonsdel ved anvendelse av en første differensialisolasjonsforsterker, måling av spenningen over ref eransemotstanden ved anvendelse av en andre differensialisolasjonsforsterker, karakterisert ved frembringelse av et tredje spenningssignal i hovedsaken i fase med spenningen over referansemotstanden, men som har hovedsakelig samme størrelse som spenningen over nevnte jordformasjonsdel, måling av spenningsforskjellen Eø mellom spenningen over nevnte del og det tredje spenningssignalet, og bestemmelse av kapasitansen Cs for nevnte jordformasjonsdel ut fra forholdet hvor Es = spenningen over nevnte del, ER = spenningen over referansemotstanden, R = resistansen til referansemotstanden, cd = vinkelfrekvensen til vekselstrømmen, og a = en borehullskorreksjonsfaktor.

2. Fremgangsmåte for å bestemme permittivitetskonstanten til en del av jorformasjonen gjennom hvilken går et borehull, innbefattende føring av en vekselstrøm gjennom nevnte jordformasjonsdel og gjennom en referansemotstand forbundet i serie med vekselstrøm-kilden og nevnte del, måling av spenningen over nevnte formasjonsdel ved anvendelse av en første differensialisolasjonsforsterker, måling av spenningen over referansemotstanden ved anvendelse av en andre differensialisolasjonsforsterker, karakterisert ved generering av et første signal hovedsakelig proporsjonalt med produktet til signalspenningen over nevnte del av jordformasjonen og over kondensatoren, utfiltrering av høy frekvenskomponentene fra det første signalet som tilveiebringer et andre spenningssignal hovedsakelig proporsjonalt med produktet av (a) størrelsen på signalspenningen over nevnte jordformasjonsdel, (b) størrelsen på signalspenningen over kondensatoren, og (c) fasevinkelen $ mellom spenningen over nevnte del og spenningen over referansemotstanden, generering av et tredje signal hovedsakelig proporsjonalt med produktet til signalspenningen over nevnte del av jordformasjonen og over referansemotstanden, og utfiltrering av høy frekvenskomponentene fra det tredje signalet for å tilveiebringe et fjerde spenningssignal hovedsakelig proporsjonalt med produktet av størrelsen på signalspenningene over nevnte del og over referansemotstanden, og bestemmelse av kapasitansen Cs til jordformasjonsdelen ved hjelp av forholdet: hvor a = en borehullskonstruksjonsfaktor, I Er I = størrelsen på spenningssignalet over referansemotstanden, Ei = det andre spenningssignalet, C = kapasitansen til kondensatoren, A = en forutbestemt konstant, og E2 = det fjerde spenningssignalet.

3. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, innbefattende en strømkilde for å tilføre vekselstrøm med en hovedsakelig konstant størrelse til nevnte del av jordformasjonen, en referansemotstand forbundet i serie med strømkilden, en første differensialisolasjonsforsterker for å måle spenningen over nevnte del,. en andre differensialisolasjonsforsterker for å måle spenningen over referansemotstanden, karakterisert ved innretning for å generere en første positiv spenning med hovedsakelig samme størrelsen som spenningen over nevnte jordformasjonsdel, en fire-kvadrantmultiplikator som har som innganger spenningen over referansemotstanden og den første genererte positive spenningen, en første forsterker med en forutbestemt forsterkning forbundet med multiplikatoren for å forsterke multiplikatorutgangssignalet, slik at utgangsspenningen til den første forsterkeren er hovedsakelig i fase med spenningen over referansemotstanden, men har hovedsakelig størrelsen til spenningen over nevnte del, og en andre forsterker for å ta spenningsforskjellen Ea mellom spenningen over nevnte del og utgangsspenningen til den første forsterkeren slik at kapasitansen Cs til nevnte del kan bli bestemt ut fra forholdet: hvor Es = spenningen over nevnte del, Er = spenningen over referansemotstanden, R = resistansen over referansemotstanden, co = vinkelfrekvensen til vekselstrømmen, og cx = borehullskorreksjonsfaktoren.

4. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 2 innbefattende en strømkilde for å tilføre vekselstrøm med en hovedsakelig konstant størrelse til nevnte del av jordformasjonen, en referansemotstand forbundet i serie med strømkilden, en første differensialisolasjonsforsterker for å måle spenningen over nevnte del, en andre differensialisolasjonsforsterker for å måle spenningen over referansemotstanden, karakterisert ved innretning for å generere en positiv spenning med hovedsakelig størrelsen til spenningen over nevnte del, innretning for å generere en positiv spenning med hovedsakelig størrelsen til spenningen over referansemotstanden, en første fire-kvadrantmultiplikator for multiplisering av spenningen over referansemotstanden og den genererte positive spenningen med størrelsen til spenningen over nevnte del, en første operasjonsforsterker med negativ inngang ved virkelig jord, en første motstand som forbinder utgangen til en første multiplikator med den negative inngangen til den første operasjonsforsterkeren, en andre fire-kvadrantmultiplikator for multiplisering av den genererte positive spenningen med hovedsakelig størrelsen til spenningen over referansemotstanden og utgangsspenningen til den første operasjonsforsterkeren, og en andre motstand som forbinder utgangen til den andre multiplikatoren med den negative inngangen til en første operasjonsforsterker, slik at utgangsspenningen til den første operasjonsforsterkeren har hovedsakelig størrelsen til spenningen over nevnte del og er hovedsakelig i fase med spenningen over referansemotstanden, og en andre operasjonsforsterker for å ta spenningsforsjellen Eø mellom spenningen over nevnte del av utgangsspenningen til en første operasjonsforsterker, slik at kapasitansen Cs til nevnte del av jordformasjonen kan bli bestemt ut fra forholdet: hvor Es = spenningen over nevnte del, Er = spenningen over referansemotstanden, R = resistansen til referansemotstanden, to = vinkelfrekvensen til vekselstrømmen, og oc = borehullskorreksjonsfaktoren.

5. Anordning ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved et par med avstand anbrakte strømelektroder som forbinder strømkil-den og referansemotstanden med borehullsveggen for å slippe gjennom strøm gjennom nevnte del, og et par med avstand anbrakte potensialelektroder som forbinder den første differensialisolasjonsforsterkeren med borehullsveggen for å måle spenningen over nevnte formasjonsdel, hvor paret med potensialelektroder er anbrakt med avstand fra paret med strømelektroder, og at paret med potensialelektroder måler spenningen over to overflater med likt potensial som definerer endepunktene til jordformasjonsdelen.

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at paret med potensialelektroder og strømelektroder er anbrakt i kontakt med borehullsveggen, slik at paret med potensialelektroder er anordnet mellom og i symmetrisk forhold til paret med strømelektroder.

7. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 2, innbefattende en referansemotstand, en kondensator, en vekselstrømskilde forbundet i serie med referansemotstanden, kondensatoren og nevnte del av jordformasjonen, en første differensialisolasjonsforsterker for å måle spenningen over nevnte jordformasjonsdel, innretning for å måle spenningen over kondensatoren, en andre differensialforsterker for å måle spenningen over referansemotstanden, karakterisert ved en kondensator forbundet i serie med referansemotstanden, strømkild-en og jordformasjonsdelen, innretning for å måle spenningen over kondensatoren, en første fire-kvadrantmultiplikator for å tilveiebringe en første spenning hovedsakelig proporsjonal med produktet av spenningen over kondensatoren med spenningen over nevnte del, et første lavpassf ilter forbundet med en første fire-kvadrantmultiplikator for utfiltrering av hovedsakelig høy frekvenskomponenter til utgangsspenningen til den første multiplikatoren for å tilveiebringe et andre spenningssignal hovedsakelig proporsjonalt med produktet av (a) størrelsen på signalet over nevnte del, (b) størrelsen på signalspenningen over kondensatoren, (c) fasevinkelen 0 mellom spenningen over nevnte del og spenningen over referansemotstanden, andre fire-kvadrantmultiplikator for å tilveiebringe en tredje spenning hovedsakelig proporsjonal med produktet av spenningen over nevnte del med spenningen over referansemotstanden , og et andre lavpassfilter forbundet med den andre fire-kvadrantmultipli-katoren for å filtrere ut hovedakelig høy frekvenskomponentene til utgangsspenningen til den andre multiplikatoren for å tilveiebringe et fjerde signal hovedsakelig proporsjonalt med produktet av størrelsen på signalspenningen over nevnte del og over referansemotstanden, og en filtrert likeretter for å tilveiebringe en positiv spenning som har hovedsakelig størrelsen på spenningen over referansemotstanden, slik at kapasitansen Cs til nevnte del av jordformasjonen kan bli bestemt av forholdet hvor a = en borehullskorreksjonsfaktor, I Er I = størrelsen på spenningssignalet over referansemotstanden, El = det andre spenningssignalet, C = kapasitansen til kondensatoren, A = en forutbestemt konstant, og E2 = det fjerde spenningssignalet.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at den innbefatter en forsterker for å forsterke utgangsspenningen fra det første lavpassfilteret.

9. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at kondensa-orspennemåleinnretningen innbefatter en differensialisolasjonsforsterker.

10. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved to med avstand anbrakte strømelektroder i borehullet forbundet med vekselstrømskilden for gjennomslipping av en vekselstrøm gjennom jordformasjonen, og to med avstand anbrakte potensielle elektroder forbundet med borehullsveggen og den første differensialisolasjonsforsterkeren, idet potensialelektrodene er anbrakt med avstand fra strømelektrodene, hvor to potensialelektroder måler spenningen over overflater med likt potensial som definerer ytterpunktene til nevnte del av jordformasjonen.

11. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved at de to potensialelektrodene og de to strømelektrodene er anbrakt i kontakt med borehullsveggen på en slik måte at to potensialelektroder ligger mellom i symmetrisk forhold med strømelektrodene.