NO156999B

NO156999B - COMBINED NON-POLARIZING ELECTRODE SYSTEM.

Info

Publication number: NO156999B
Application number: NO792616A
Authority: NO
Inventors: Ralph Leroy Cordell
Original assignee: Amoco Corp
Priority date: 1978-08-11
Filing date: 1979-08-10
Publication date: 1987-09-21
Also published as: NL184586B; FR2433186B1; CA1127238A; DE2932566A1; NL7905984A; NL184586C; NO156999C; NO792616L; FR2433186A1; GB2027908A; MX147286A; DE2932566C2

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et elektrisk logge-verktøy med ikke-polariserende elektroder for geofysisk undersøkelse og brønnlogging, omfattende en målestrøm-kilde for fremskaffelse av en målestrøm i jorden mellom første og fjerde elektroder som er anordnet på en viss avstand, en strømmåleanordning koblet i serie med nevnte målestrømkraftkilde for måling av nevnte målestrøm, en spenningsmåleanordning for måling av en potensialforskjell i jorden som er bevirket av strømningen av måle-strømmen mellom andre og tredje elektroder, idet de andre og tredje elektroder er anordnet på avstand fra hverandre og plassert mellom de første og andre elektroder, samtidig som spenningsmålingen i kombinasjon med strømmålingen skaffer en indikasjon på motstanden av jorden mellom de andre og tredje elektroder The present invention relates to an electric logging tool with non-polarizing electrodes for geophysical survey and well logging, comprising a measuring current source for obtaining a measuring current in the earth between first and fourth electrodes arranged at a certain distance, a current measuring device connected in series with said measuring current power source for measuring said measuring current, a voltage measuring device for measuring a potential difference in the earth which is caused by the flow of the measuring current between second and third electrodes, the second and third electrodes being arranged at a distance from each other and placed between the first and other electrodes, while the voltage measurement in combination with the current measurement provides an indication of the resistance of the earth between the second and third electrodes

Elektriske fremgangsmåter for geofysiske undersøkelser Electrical methods for geophysical investigations

har vært kjent over en betydelig tidsperiode. Ser man bort fra selv-potensiale fremgangsmåter, anvender system-ene ordinært enten en vekselstrøms eller likestrøms kraftkilde for å påtrykke elektrisk strøm til bakken mellom to adskilte elektroder. Det resulterende poten-sialfall måles enten mellom disse elektroder eller mellom andre elektroder adskilt fra disse. Rent generelt, når en fast leder slik som en metallstang bringes i berør- has been known over a considerable period of time. Disregarding self-potential methods, the systems ordinarily use either an alternating current or direct current power source to apply electrical current to the ground between two separate electrodes. The resulting potential drop is measured either between these electrodes or between other electrodes separated from them. In general, when a fixed conductor such as a metal rod is brought into contact

ing med jorden, vil den kjemiske beskaffenhet av jorden ved det spesielle punktet og konsentrasjonen og slaget av ionene i vannet i porene i jorden, bevirke at varier-ende potensialer genereres ved elektrodekontaktene, og påvirker også motstanden mellom lederen og jorden. Disse to fenomener kalles vanligvis polarisering. Det ble funnet for flere år siden at hvis jorden ble energisert med vekselstrøm istedetfor likestrøm, ble polariseringsstør-relsen ved kontakten av elektrodene med bakken i stor grad redusert. Hvis imidlertid avstanden mellom elektrodene var større enn noen få fot, var et fenomen kjent som "skinn effekt" tilstede, dvs. at-de induktive virkninger av vekselstrømmen som strømmet mot jord, ing with the earth, the chemical nature of the earth at that particular point and the concentration and type of ions in the water in the pores of the earth will cause varying potentials to be generated at the electrode contacts, and will also affect the resistance between the conductor and the earth. These two phenomena are usually called polarization. It was found several years ago that if the earth was energized with alternating current instead of direct current, the magnitude of polarization at the contact of the electrodes with the ground was largely reduced. If, however, the distance between the electrodes was greater than a few feet, a phenomenon known as the "skin effect" was present, i.e., that-the inductive effects of the alternating current flowing toward earth,

var slik at det var betydelig modifisering av banene was such that there was significant modification of the tracks

for strømforløpet, og avvikende i stor grad fra hva som ble funnet når likestrøm ble anvendt. Generelt bevirket skinn-effekten at hovedbanen eller gjennomsnittsbanen for strømforløpet gjennom jorden ble langt mer begrenset til den direkte linjebanen mellom kraftelektrodene, enn hva tilfellet var når likestrøm ble anvendt. for the current flow, and deviating to a large extent from what was found when direct current was used. In general, the skin effect caused the main path or average path of current flow through the earth to be much more restricted to the direct line path between the power electrodes than was the case when direct current was used.

Slik som forskjellige forskere oppdaget, var det mulig å klare polariseringsproblemet hvis man ønsket å oppnå dyp gjennomtrengning med likestrømselektrode-anordninger ved å tillate polarisering å inntreffe ved kraftelektrodene, og ved å anvende hva som benevnes "porøse potte elektroder" ved kontaktpunktene mellom hvilke potensialet skulle måles. Denne anordning er blitt beskrevet godt i et an-tall av bøker vedrørende anvendt geofysikk, f.eks. den skrevet av J.J. Jakosky, "Exploration Geophysics", ut-gitt av Times-Morror Press, Los Angeles, California As various researchers discovered, it was possible to overcome the polarization problem if one wanted to achieve deep penetration with direct current electrode devices by allowing polarization to occur at the power electrodes, and by using what are termed "porous pot electrodes" at the contact points between which the potential would be measured. This device has been described well in a number of books on applied geophysics, e.g. the one written by J.J. Jakosky, "Exploration Geophysics", published by Times-Horror Press, Los Angeles, California

(1949). I grunntrekk anvendte men en gjennomtrengelig keramisk potte, vanligvis i form av en rett sylinder med en åpen.topp. Innsiden av potten inneholdt en mettet løs-ning av saltet av et eller annet metall, og en elektrode av det spesielle metallet ble nedsenket i løsningen, idet det ble gitt så meget overflatekontakt som mulig. Under stabile tilstander kunne disse elektroder plasser-es på jordens overflate med relativt ubetydelig gene-rert polariseringsspenning mellom disse. Selvfølgelig kunne de ikke anvendes for vanlig elektrisk brønnlogging, ettersom det hydrostatiske trykk av brønnfluida som omgir en slik elektrode ville tvinge brønnvæskene inn i potten. Ved brønnlogging er derfor følgelig den vanlige prosedy-re å anvende relativt liten avstand mellom strøm og po-tensialelektroder, metallelektroder og vekslende potensiale, hvis frekvens vanligvis var over den for 50-60 Hz strømforsyningsområdet, men vanligvis kun noen få hundre hertz, f.eks. 400 Hz. (1949). Basically, however, a permeable ceramic pot was used, usually in the form of a straight cylinder with an open top. The inside of the pot contained a saturated solution of the salt of some metal, and an electrode of that particular metal was immersed in the solution, as much surface contact as possible was given. Under stable conditions, these electrodes could be placed on the earth's surface with a relatively insignificant generated polarization voltage between them. Of course, they could not be used for normal electrical well logging, as the hydrostatic pressure of well fluids surrounding such an electrode would force the well fluids into the pot. In well logging, therefore, the usual procedure is to use a relatively small distance between current and potential electrodes, metal electrodes and alternating potential, whose frequency was usually above that of the 50-60 Hz power supply range, but usually only a few hundred hertz, e.g. e.g. 400 Hz.

Bortsett fra de ikke-polariserende porøse elektroder beskrevet ovenfor, har det ved en omhyggelig undersøkelse i litteraturen (innbefattende patenter som omhandler elektrisk overflate-undersøkelse og brønnlogging)ikke vært mulig å finne noen form for ikke-polariserende elektrodesystem. Apart from the non-polarizing porous electrodes described above, a careful search of the literature (including patents dealing with electrical surface surveying and well logging) has not been able to find any kind of non-polarizing electrode system.

Ifølge US patentskrift 2.404.622 og Dobrin er kjent en elektrodeoppbygning av den type som vedrører elektriske loggesystemer som utsettes for den polariseringsvirkning som er omtalt ovenfor. Søkeren har imidlertid funnet det mulig å benytte par av forholdsvis tett anordnede massive del-.Lecerelektroder istendenfor individuelle elektroder som tidligere ble benyttet, idet der påtrykkes en vekselspenning mellom de to del-elektroder av hvert par for å bevirke en minimalisering av polarisasjonen, og å koble likestrømmen eller den lavfrekvente AC-spenning mellom to slike par, idet man enten påtrykker en målestrøm mot jord eller ved bestemmelse av det resulterende potensial mellom andre på lignende måte anordnede par av massive del-lederelektroder i berøring med bakken, også forspent med vekselspenningen. På grunn av den polarisasjon som gir seg av bruken av enkeltstående elektroder og anvendelsen av enten en likespenning eller et lavfrekvent AC-potensial mellom en første og en annen elektrode som beskrevet enten i US patentskrift 2.404.622 eller Dobrin, har søkeren fremskaffet fire separate sett av tett inntil hverandre anordnede elektrodepar, til hvilke der er påtrykket en vekslende basisstrøm med en frekvens som er større enn den målende strømfrekvens. Den vekslende ba-sisstrøm eller forspenningsstrøm har da en tendens til å minimalisere polarisasjonen rundt elektrodene, slik det er omtalt ovenfor. According to US patent 2,404,622 and Dobrin, an electrode structure of the type relating to electrical logging systems is known which is exposed to the polarization effect mentioned above. However, the applicant has found it possible to use pairs of relatively densely arranged massive sub-Lecer electrodes instead of individual electrodes that were previously used, as an alternating voltage is applied between the two sub-electrodes of each pair to effect a minimization of the polarization, and to connect the direct current or the low-frequency AC voltage between two such pairs, applying either a measuring current to ground or by determining the resulting potential between other similarly arranged pairs of solid part-conductor electrodes in contact with the ground, also biased with the alternating voltage. Due to the polarization resulting from the use of single electrodes and the application of either a direct voltage or a low frequency AC potential between a first and second electrode as described in either US Patent 2,404,622 or Dobrin, the applicant has provided four separate sets of electrode pairs arranged close to each other, to which an alternating base current with a frequency greater than the measuring current frequency is applied. The alternating base current or bias current then tends to minimize the polarization around the electrodes, as discussed above.

De for oppfinnelsen kjennetegnede trekk vil fremgå for-øvrig av de etterfølgende patentkrav. The features characteristic of the invention will also be apparent from the subsequent patent claims.

En fullstendig forståelse av den foreliggende oppfinnelse og av fordelen ved denne kan fåes fra en betraktning av beskrivelsen av to utførelsesformer av oppfinnelsen i forbindelse med hvilke de vedlagte tegninger er blitt gjort. Disse tegninger danner en del av den foreliggende beskriv-else og skal leses i forbindelse med denne. I disse tegninger korresponderer like henvisningstall med like ele-menter. Fig. 1 er et skjematisk riss av en brønnundersøkelse-fremgangsmåte gjennomført i overensstemmelse med en utførelses-form av den foreloggende oppfinnelse. Fig. 2 er et skjematisk diagram av koblingsforbindelsene anvendt ved brønnlogginsanordningene vist i fig. 1. Fig. 3 viser delvis i isometrisk form en symbolsk frem-stilling av en andre utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse anvendt ved overflate-elektrisk undersøkelse. Fig. 1 viser i meget skjematisk form en anordning ved et apparat ifølge den foreliggende oppfinnelse anvendt i om-rådet for elektrisk brønnlogging av en type ved hvilken det ikke-polariserendé elektrodesystemet som er vist, har særlig fordel. Det var velkjent at elektrodeavstanden i de fleste former for brønnlogging ved elektrisk motstandsevne av størrelsesorden av et par cm. til så meget som, men sjelden overskridende ca. 61-91,5 cm. Ettersom den gjennomsnittlige gjennomtrengningsdybden for strømmen som ble anvendt ved utførelsen av målingen, generelt sett (avhengig noe av elektrodeutformingen) er av størrelsesor-den for elektrodeavstanden 2-3 ganger denne verdi, vil man se at de elektriske virkninger målt ved potensialelek-trodene ikke kunne forvente å ta i betraktning særlig av de tilliggende grunnformasjoner forbi en avstand av stør-relsesorden av ca. 91,5 til kanskje 305 cm. I petrole-umsindustrien er det av og til ønskelig å anvende et system for brønnlogging i hvilket den effektive gjennomtrengning av undersøkelsessystemet i stor grad overstig-er dette, særlig når man forsøker å undersøke perpendiku-lært på aksen for brønnboringen ved en dybde av 30,5 m til omtrent 305 m. Dette er f.eks. tilfellet når man for- A complete understanding of the present invention and of the advantage thereof can be obtained from a consideration of the description of two embodiments of the invention in connection with which the attached drawings have been made. These drawings form part of the present description and must be read in connection with it. In these drawings, like reference numbers correspond to like elements. Fig. 1 is a schematic view of a well survey procedure carried out in accordance with an embodiment of the preceding invention. Fig. 2 is a schematic diagram of the connection connections used in the well logging devices shown in fig. 1. Fig. 3 shows partly in isometric form a symbolic representation of a second embodiment of the present invention used in surface electrical examination. Fig. 1 shows in very schematic form an arrangement of an apparatus according to the present invention used in the field of electric well logging of a type in which the non-polarized electrode system shown has a particular advantage. It was well known that the electrode spacing in most forms of well logging with electrical resistivity of the order of a couple of cm. to as much as, but rarely exceeding approx. 61-91.5 cm. As the average penetration depth for the current that was used when performing the measurement, generally speaking (depending somewhat on the electrode design) is of the order of magnitude for the electrode distance 2-3 times this value, it will be seen that the electrical effects measured at the potential electrodes could not expect to take into account in particular the adjacent bedrock formations beyond a distance of the order of magnitude of approx. 91.5 to maybe 305 cm. In the petroleum industry, it is sometimes desirable to use a system for well logging in which the effective penetration of the survey system largely exceeds this, especially when trying to survey perpendicular to the axis of the well drilling at a depth of 30, 5 m to approximately 305 m. This is e.g. the case when one for-

søker å lokalisere flankene av en salttopp i nærheten. I dette tilfellet ønsker man å anvende ultralang adskilt elektrisk logging (ULSEL) ved hvilken avstanden mellom kraftelek-troden og den første potensialelektroden er av størrelses-orden 30,5 til 305 m eller mer. I fig. 1 som illustrerer et slikt ULSEL system, blir den ikke-kledde del 11 av en brønn 12 undersøkt ved å anvende en elektrisk kabel 13 som under-støtter en strømelektrode 14 ved bunnen av kabelen, over hvilken det ved en avstand L-^ er plassert en første potensialelektrode 15, og ved en avstand L2 over denne er plassert en andre potensialelektrode 16. Den andre strømelek-troden 18 er plassert et eller annet sted i nærheten av brønnhodet, f.eks. begravet i bakken ved overflaten 17 (se plasseringen av elektroden 18). Den elektriske kabelen 13 er en flerleder-kabel med lederne godt isolert fra hverandre og mot mulig gjennomtrengning av brønnfluida i regi-onen 19 innenfor boringen av brønnen 11, slik det er velkjent i teknikken. Det vil også godt forstås at når man anvender denne anordning, er vanligvis lengden L2 gjort flere ganger større en lengden L^, f.eks. 5 til 10 ganger L]_. I dette tilfellet kan forskjellen i potensialet mellom elektrodene 15 og 16 pga. strøm som flyter mellom elektrodene 14 og 18, ansees ved en første tilnærming å være påvirket hovedsakelig av den naturlige motstand mot dannel-sen i en kule sentrert ved elektroden 14 og med en radius med en lengde et eller annet sted mellom L^ og 2L^. seeking to locate the flanks of a nearby salt peak. In this case, one wants to use ultra-long spaced electric logging (ULSEL) in which the distance between the power electrode and the first potential electrode is of the order of 30.5 to 305 m or more. In fig. 1 which illustrates such a ULSEL system, the unclad part 11 of a well 12 is examined by using an electrical cable 13 which supports a current electrode 14 at the bottom of the cable, above which it is placed at a distance L-^ a first potential electrode 15, and at a distance L2 above this a second potential electrode 16 is placed. The second current electrode 18 is placed somewhere near the wellhead, e.g. buried in the ground at surface 17 (see location of electrode 18). The electric cable 13 is a multi-conductor cable with the conductors well insulated from each other and against possible penetration of well fluids in the region 19 within the drilling of the well 11, as is well known in the art. It will also be well understood that when using this device, the length L2 is usually made several times greater than the length L^, e.g. 5 to 10 times L]_. In this case, the difference in the potential between the electrodes 15 and 16 due to current flowing between electrodes 14 and 18 is, to a first approximation, considered to be affected mainly by the natural resistance to the formation of a sphere centered at electrode 14 and having a radius of length somewhere between L^ and 2L^ .

I overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse omfatter hver av elektrodene i denne anordning fysisk to faste lederdeler (f.eks. 21 og 22 av elektroden 15) adskilt elektrisk ved hjelp av en midtre isolator 23. In accordance with the present invention, each of the electrodes in this device physically comprises two fixed conductor parts (e.g. 21 and 22 of the electrode 15) separated electrically by means of a central insulator 23.

Slik det vil fremgå av det skjematiske diagram i fig. 2, har hver av parene av faste del-lederelektroder som danner elektrodene 14, 15, 16 og 18 påtrykket seg et vekslende potensiale fra de individuelle sekundær-spoler 24-27 i en krafttransformator 28 som hensiktsmessig mates fra en vekselstrømkraftkilde 29. Ettersom disse elektroder er i kontakt med jorden som ikke har en uendelig elektrisk motstand, vil en vekselstrøm eller forspenningsstrøm flyte mellom de to del-lederne som danner elektroden 14, og tilsvarende vekselstrømmer vil flyte mellom delleder-parene som danner henholdsvis elektrodene 15, 16 og 18. As can be seen from the schematic diagram in fig. 2, each of the pairs of solid partial conductor electrodes forming the electrodes 14, 15, 16 and 18 has an alternating potential applied to it from the individual secondary coils 24-27 of a power transformer 28 which is suitably fed from an alternating current power source 29. As these electrodes is in contact with the earth which does not have an infinite electrical resistance, an alternating current or bias current will flow between the two sub-conductors that form the electrode 14, and corresponding alternating currents will flow between the pairs of sub-conductors that form the electrodes 15, 16 and 18 respectively.

Størrelsene av de individuelle forspenningsstrømmer er ikke særlig av betydning. Det er imidlertid ved den foreliggende oppfinnelse funnet at det er meget ønskelig at veksel-strømmen (forspenningsstrømmen) for strømmen som flyter fra en fast leder som danner en del av elektroden 15, f. eks., bør være minst av størrelsesorden som målestrømmen (og fortrinnsvis noe større enn slik strøm) ved elektroden. I utførelsesformen som er vist i fig. 2, er målekraftkilden vist å være en likestrømskilde 30 (vist oqså i fia. 1) som påtrykkes elektrodene ved å påtrykkes mellom midttap-ninqene 31 oq 32 av henholdsvis sekundærene 24 oq 27. Det er under disse omstendiqheter funnet at paret av faste ledere som danner elektroden 14 oq de som danner elektroden 18 hver virker som hovedsakeliq ikke-polariserende elektrode som på meqet tilfredstillende måte overfører likestrømmen på grunn av likestrømskraftkilden 30 mellom elektrodene 14 og 18. Polaritetsretningen for kraftkilden 30 blir ikke av noen særlig betydning under disse om-stendigheter . The magnitudes of the individual bias currents are not particularly important. However, it has been found in the present invention that it is highly desirable that the alternating current (bias current) for the current flowing from a fixed conductor which forms part of the electrode 15, for example, should be at least of the same order of magnitude as the measuring current (and preferably somewhat greater than such current) at the electrode. In the embodiment shown in fig. 2, the measuring power source is shown to be a direct current source 30 (also shown in fig. 1) which is applied to the electrodes by being applied between the center taps 31 and 32 of the secondaries 24 and 27 respectively. It has been found under these circumstances that the pair of fixed conductors which forming the electrode 14 and those forming the electrode 18 each act as the main non-polarizing electrode which in the most satisfactory manner transfers the direct current due to the direct current power source 30 between the electrodes 14 and 18. The polarity direction of the power source 30 does not become of any particular importance under these circumstances .

Når et av foreliggende elektrodepar-anordninger anvendes som en potensial-måle-elektrode istedet for en som påtrykker målestrøm til bakken, ønskes det at toppverdien av vekselspenningsforspenningspotensialet bør Være minst av størrelsesorden som forskjellen i potensialet som måles og fortrinnsvis har r.m.s. forspenningspotensialet med minst så stort som det målte potensialet. Således bør i fig. 1 og fig. 2 potensialet over transformatorens sekundærer 25 og 26 ha en toppverdi av størrelsesorden minst lik likespenningspotensialet mellom sentertapningene for disse sekundærer og mer ønskelig r.m.s. spenningen for hver av disse sekundærer bør være dobbel så stort som likespenningspotensialet. When one of the present electrode pair devices is used as a potential-measuring electrode instead of one that applies measuring current to the ground, it is desired that the peak value of the alternating voltage bias potential should be at least of the order of magnitude as the difference in the potential being measured and preferably have r.m.s. the bias potential by at least as large as the measured potential. Thus, in fig. 1 and fig. 2 the potential across the transformer secondaries 25 and 26 have a peak value of the order of magnitude at least equal to the direct voltage potential between the center taps for these secondaries and more preferably r.m.s. the voltage across each of these secondaries should be twice the DC potential.

På tilsvarende måte danner sentertapningene 33 og 34 for sekundærene 25 og 26 i transformatoren 28 som tilfører vek-sel-forspennings-strøm til henholdsvis elektrodene 16 og 15, elektrodene mellom hvilke likespenningspotensialet i denne brønnloggingsutførelsesformen måles. Følgelig er disse midttapninger koblet til likespenningsstrimmel-diagram-opptageren 35. Slik det er velkjent i teknikken, blir strimmeldiagrammet på hvilken registreringen av po-tensialfallet for elektrodene 15 og 16 opptegnes for ob-servasjon, vanligvis beveget synkront med bevegelsen av elektrodene i brønnen. F.eks. fører man kabelen 13 In a similar way, the center taps 33 and 34 for the secondaries 25 and 26 in the transformer 28 which supply alternating bias current to the electrodes 16 and 15 respectively form the electrodes between which the direct voltage potential in this well logging embodiment is measured. Accordingly, these center taps are connected to the DC voltage strip chart recorder 35. As is well known in the art, the strip chart on which the recording of the potential drop for the electrodes 15 and 16 is recorded for observation is usually moved synchronously with the movement of the electrodes in the well. E.g. you run the cable 13

over en måleskive 36 som avbøyer kabelen til oppviklingsspolen 37. En mekanisk avledning fra skivens 36 aksel anvendes så som drivmiddel for strimmeldiagrammet. Dette er vist som en stiplet linje 38 i fig. 1. over a measuring disk 36 which deflects the cable to the winding coil 37. A mechanical derivation from the axis of the disk 36 is then used as a drive for the strip diagram. This is shown as a dashed line 38 in fig. 1.

Endene av lederne som utgjør kabelen 13 bringes inn i sekundærene i krafttransformatoren 28 ved hjelp av slepe-ringer (stort sett ikke vist) på oppviklingsspolen 37, hvilket også er meget kjent teknikk. Fig. 1 viser dette kun skjematisk. De elektriske forbindelser er mer klart angitt i fig. 2. The ends of the conductors which make up the cable 13 are brought into the secondaries of the power transformer 28 by means of drag rings (largely not shown) on the winding coil 37, which is also a very well-known technique. Fig. 1 shows this only schematically. The electrical connections are more clearly indicated in fig. 2.

Det skal forstås at man kunne anvende en kraftkilde med vekslende potensiale som har meget lav frekvens istedet for likespennings-kraftkilden 30, selv om det er liten fordel i å gjøre dette. I det tilfellet ville likespen-ningsstrimmel-diagramopptageren 35 bli erstattet med et registrerende vekselspenningspotensiometer som er opera-tivt ved nevnte frekvens. It should be understood that one could use a power source with alternating potential which has a very low frequency instead of the direct voltage power source 30, although there is little advantage in doing so. In that case, the DC voltage strip diagram recorder 35 would be replaced with a recording AC voltage potentiometer which is operative at said frequency.

Uansett opereres kraftkilden 30 og opptageren 35 ved en frekvens som er langt under den for vekselstrømskraft-kilden 29. Slik det er blitt nevnt ovenfor, f.eks., In any case, the power source 30 and the recorder 35 are operated at a frequency far below that of the alternating current power source 29. As has been mentioned above, for example,

kan vekselstrømskraftkilden 29 ha en frekvens av 400- can the alternating current power source 29 have a frequency of 400-

1000 Hz, mens kraftkilden 30 fortrinnsvis er av like-spenningstypen, og, hvis vekselspenning ikke er over ca. 1000 Hz, while the power source 30 is preferably of the direct voltage type, and, if the alternating voltage is not above approx.

30 Hz. 30 Hz.

Det skal forstås at ettersom vekselstrømforspenningen påtrykkes de relativt tett anbragte elektrodene (det foretrekkes at isolatoren 2 3 som adskiller elektrodekomponentene 21 og 22, f.eks. er høyst i størrelsesorden av ca. 30 cm og fortrinnsvis i størrelsesorden av kun noen få cm.), kreves det meget lav effekt for å tilføre forspen-ningsstrøm av den samme størrelse som den for den påtrykte likestrøm. Med den viste anordning kreves det vanligvis høyst en krafttilførsel av kun noen få watt. Man vil se at avstanden mellom elektrodekomponentene for hvert par er av størrelsesorden 1/50 eller mindre enn avstanden mellom tilliggende elektroder, f.eks. avstanden . I fig. 3 er vist en andre utførelsesform av oppfinnelsen, anvendt på en ellers vanlig overflateanordning for elektrisk undersøkelse. Her er overflaten av jorden som er representert ved henvisningstallet 40 en grense for strøm-forløpet mellom to par 41 og 42 av faste, ledende elektroder med liten avstand, hvilke er blitt drevet ned i overflaten av jorden 40. To andre par av tilsvarende elektroder 4 3 og 44 anvendes til å oppfange potensialet mellom midtre tredjedel av avstanden mellom elektrodene 41 og 42. Som vist i fig. 3 forbinder sekundærene 45, 46, 47 og 48 i 4 transformatorer 49-52 henholdvis elektrodeparene 41, 43, 44 og 42. Primærene for disse transformatorer er forbundet i parallell over en vekselstrømskilde 54, slik at en vekselstrømsforspenning flyter mellom elektrodene som utgjør hvert elektrodepar. Som allerede angitt, er det ønskelig å la denne forspenningsstrøm være av den samme størrelsesorden eller større enn amplituden av målestrømmen som i dette tilfellet vil være strømmen som påtrykkes midttapningene 55 og 58 i transformatorens sekundærer 45 og 48. Dette er strømmen I målt av ampere-meteret 59 vist i serie med likestrømsdynamoen 60. Styr-ken av likestrømssignalet kan justeres eller reguleres ved hjelp av en rheostat 61. Et potensiometer eller annet nøyaktig middel for å bestemme potensialet 62 for-bindes mellom midttapningene 56 og 57. Dette er en anordning for elektrisk overflateundersøkelse kalt Wenner eller Gish-Rooney konfigurasjonen. Elektrodene i forliggende oppfinnelse er selvfølgelig istand til å bli anvendt med en hvilken som helst annen type av utformning for overflate-undersøkelse. It should be understood that as the alternating current bias is applied to the relatively closely spaced electrodes (it is preferred that the insulator 2 3 which separates the electrode components 21 and 22, for example, is of the order of magnitude of approx. 30 cm at most and preferably of the order of only a few cm.) , very low power is required to supply a bias current of the same magnitude as that of the applied direct current. With the device shown, a power supply of only a few watts is usually required at most. It will be seen that the distance between the electrode components for each pair is of the order of 1/50 or less than the distance between adjacent electrodes, e.g. the distance. In fig. 3 shows a second embodiment of the invention, applied to an otherwise common surface device for electrical examination. Here, the surface of the earth represented by the reference numeral 40 is a boundary for the current flow between two pairs 41 and 42 of fixed, conductive electrodes at a small distance, which have been driven down into the surface of the earth 40. Two other pairs of corresponding electrodes 4 3 and 44 are used to capture the potential between the middle third of the distance between the electrodes 41 and 42. As shown in fig. 3 connects the secondaries 45, 46, 47 and 48 in 4 transformers 49-52 respectively the electrode pairs 41, 43, 44 and 42. The primaries of these transformers are connected in parallel across an alternating current source 54, so that an alternating current bias flows between the electrodes that make up each electrode pair . As already indicated, it is desirable to let this bias current be of the same order of magnitude or greater than the amplitude of the measurement current, which in this case will be the current applied to the center taps 55 and 58 in the transformer's secondaries 45 and 48. This is the current I measured by ampere- the meter 59 shown in series with the direct current dynamo 60. The strength of the direct current signal can be adjusted or regulated by means of a rheostat 61. A potentiometer or other accurate means of determining the potential 62 is connected between the center taps 56 and 57. This is a device for electrical surface investigation called the Wenner or Gish-Rooney configuration. The electrodes of the present invention are of course capable of being used with any other type of design for surface examination.

Slik som med den tidligere utførelsesformen, er det ønskelig at frekvensen for forspenningspotensialet som fåes fra vekselspenningskilden 54 er høy sammenlignet med den for dynamoen som anvendes for målestrømmen. Hvis, som vist i fig. 3, likestrøm anvendes i målekretsen, kan vekselspenningskilden 54 ha en frekvens lik f.eks. 50 til 60 Hz. Hvis man på den annen side anvender en lavfrekvent vekselstrømskilde istedet for en likestrømsdynamo for kilden 60, (f.eks. med frekvens av størrelsesorden 10 til 30 Hz), er det ønskelig at frekvensen for vekselspenningskilden 54 er minst 100 Hz og fortrinnsvis i størrelsesorden av 400 til 1000 Hz. As with the previous embodiment, it is desirable that the frequency of the bias potential obtained from the alternating voltage source 54 is high compared to that of the dynamo used for the measurement current. If, as shown in fig. 3, direct current is used in the measuring circuit, the alternating voltage source 54 can have a frequency equal to e.g. 50 to 60 Hz. If, on the other hand, a low-frequency alternating current source is used instead of a direct current dynamo for the source 60, (e.g. with a frequency of the order of 10 to 30 Hz), it is desirable that the frequency of the alternating voltage source 54 is at least 100 Hz and preferably in the order of 400 to 1000 Hz.

I praksis kan elektrodeparene fysisk utgjøres av to stenger som er bundet sammen i form av en lagdeling med en isolerende strimmel mellom disse, slik at man kan anbringe denne sammen-satte eller lagdelte stang i en operasjon, istedet for sepa-rat å drive to stenger slik som vist i fig. 3. In practice, the electrode pairs can physically consist of two rods that are bound together in the form of a layer with an insulating strip between them, so that one can place this composite or layered rod in one operation, instead of separately driving two rods as shown in fig. 3.

Uansett er anordningen vist i fig. 3 en utførelsesform for In any case, the device shown in fig. 3 an embodiment of

et elektrisk undersøkelsessystem i hvilket ikke-polariserende elektroder anvendes for påtrykking av elektrisk strøm I inn i jorden. Slik som i den tidligere utførelsesform, foretrekkes det å ha liten avstand mellom de to elektrodene som utgjør elektrodeparet sammenlignet med avstanden mellom tidligere elektroder. Det foretrekkes å la avstanden mellom de to elektrodene 41 fortrinnsvis ikke være over 2% av avstanden for elektroden 41 til elektroden 43, f.eks. Selv om det er blitt vist i begge utførelsesformer av oppfinnelsen at målekretsene blir tilkoblet midttapningene av -sekundærene i respektive transformatorer som energiserer forspenningsstrømmen, skal det forstås at det ikke er vesentlig at en midttapning anvendes, så lenge som målekretsen kobles til elektrodeparet. an electrical survey system in which non-polarizing electrodes are used to inject electrical current I into the earth. As in the previous embodiment, it is preferred to have a small distance between the two electrodes that make up the electrode pair compared to the distance between previous electrodes. It is preferred that the distance between the two electrodes 41 preferably not be more than 2% of the distance for the electrode 41 to the electrode 43, e.g. Although it has been shown in both embodiments of the invention that the measuring circuits are connected to the center taps of the secondaries in respective transformers that energize the bias current, it should be understood that it is not essential that a center tap is used, as long as the measuring circuit is connected to the electrode pair.

Claims

1. Electrical logging tool with non-polarizing electrodes for geophysical survey and well logging, comprising a measuring current source (30) for producing a measuring current in the earth between first and fourth electrodes arranged at a certain distance, a current measuring device connected in series with said measuring current power source ( 30) for measuring said measuring current, a voltage measuring device (35) for measuring a potential difference in the earth which is caused by the flow of the measuring current between second and third electrodes, the second and third electrodes being arranged at a distance from each other and placed between the first and other electrodes, while the voltage measurement in combination with the current measurement provides an indication of the resistance of the earth between the second and third electrodes, characterized in that the first electrode consists of a first pair of partial electrodes (18) connected to opposite ends of a first secondary winding (24) in an alternating current transformer (28), that the second, third and fourth electrodes likewise consist of - second, third and fourth pair of sub-electrodes (16, 15, 14) connected respectively to second, third and fourth secondary windings (25, 26, 27) in said alternating current transformer (28), a depolarizing alternating current source (29) connected to primary windings (25, 26, 27) in said alternating current transformer (28), where - the measuring current source is connected between said first and fourth secondary windings (24, 27), the voltage measuring device is connected between said second and third secondary windings (16, 15) and whereby said depolarizing alternating current source (29) causes a depolarizing alternating current to flow between said adjacent pair of partial electrodes.

2. Tool as specified in claim 1, characterized in that said depolarizing alternating current is given the same amplitude as said measuring current.

3. Tool as in claim 1, characterized in that the frequency of the deoolarizing alternating current is not less than 10 times that of the measuring current.

4. Tool as specified in claim 1, characterized in that said measuring current source comprises a direct current source.

5. Tool as specified in claim 1, characterized in that said measuring current source comprises an alternating current source.

6. Tool as specified in claim 5, characterized in that the frequency of the depolarizing alternating current is between 100 and 1000 Hz and the measuring current is between 10 and 60 Hz.

7. Method for geophysical investigation and well logging in which method a non-polarizing electrode system is used comprising a measuring current source (30) for producing a measuring current in the earth between first and fourth electrodes which are arranged at a certain distance, a current measuring device in series with said current source (30) for measuring the size of said measuring current, a voltage measuring device for measuring a potential difference in the earth which is caused by the flow of the measuring current between second and third electrodes, the second and third electrodes being arranged at a distance apart and placed between the first and second electrodes, while the voltage measurement in combination with the current measurement provides an indication of the resistance of the earth between the second and third electrodes, characterized in that the method includes the use of electrodes composed of partial electrodes, and includes following step: connecting a first pair of sub-electrodes (18) with opposite ones ends of a first secondary winding (24) in an alternating current transformer (28), to connect a second, third and fourth pair of sub-electrodes (16, 15, 14) to second, third and fourth secondary windings (25, 26, 27) in said alternating current transformer (28), - to connect a depolarizing alternating current source (29) with the primary winding (25, 26, 27) in said alternating current transformer (28), to connect the current source (30) between said first and fourth secondary windings (24, 27), - to connect the voltage measuring device (16, 15) between the second and third secondary windings in order to thereby determine the resistance of the earth between said second and third electrode pairs (16, 15) by calculating the ratio between said voltage measurement and said current measurement, said resistivity being accurately measured due to the depolarization of said four pairs of sub-electrodes caused by said depolarizing alternating current flowing between said adjacent pairs of sub-electrodes.

8. Method as specified in claim 7, characterized in that a direct current source is used as the measuring current source.

9. Method as specified in claim 7, characterized in that a low-frequency alternating current source is used as the measuring current source.

10. Method as stated in claim 9, characterized in that said depolarizing alternating current source is used at a frequency which is significantly greater than the frequency of said measuring current source.

11. Method as set forth in claim 7, 8, 9 or 10, characterized in that said depolarizing alternating current is given a magnitude which is essentially equivalent to that of said measuring current.

12. Method as stated in claim 8, characterized in that the frequency of the depolarizing alternating current is chosen between 100 and 1000 Hz and the measuring current is chosen between 10 and 60 Hz.