NO160480B - Innretning for indusert polarisasjonslogging. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en innretning for indusert polarisasjonslogging, slik som beskrevet i US patentskrift nr. 4 359 687 (Harold J. Vinegar og Monroe H. Waxman) som ble utgitt 6. november 1982. I dette patentskrift er det beskrevet et verktøy for indusert polarisasjonslogging og en metode for bestemmelse av kationutvekslingskapasiteten pr. porevolumenhet Qv, elektrolyttledningsevne Cw og vannmetning Sw for skiferliknende sandformasjoner ved benyttelse av "in situ"-målinger. Patentskriftet beskriver spesielt et log-gingsverktøy som har en isolert sonde med strøm- og retur-elektroder sammen med spenningsmålings- og referanseelektro-der og en anordning for å bestemme både i-fase- og kvadratur-ledningsevnen. Det verktøy for indusert polarisasjonslogging som er beskrevet i dette patentskrift, sørger for anordninger for bestemmelse av verdien av Qv, Cw og Sw ut fra målinger på stedet, slik at vurderingen av en formasjon som gjennom-trenges av et borehull, forbedres i vesentlig grad.

Den ovennevnte oppfinnelse har imidlertid flere begrensninger. Tilstedeværelsen av borehullet som er fylt med ledende boreslam, krever benyttelse av borehullkorrek-sjbnskurver for å oppnå en sann angivelse av de virkelige formasjonsparametre. Når formasjonens spesifikke motstand (resistivitet) er vesentlig større enn slamresistiviteten,

er meget store borehullkorreksjoner nødvendige. Problemet er sammensatt når det dreier seg om formasjoner som er kraf-tig invadert av slamfiltrat, hvor flere forskjellige opp-stillingsavstander er nødvendige for en fullstendig forma-sjonsvurdering. Et annet problem opptrer ved logging av tynne formasjoner hvor den målte, induserte polarisasjon bare er en brøkdel av de virkelige formasjonsverdier. For-mas jonstykkelsen må være flere ganger AM-oppstillingsavstan-den i en normal oppstilling for å oppnå en god approksima-sjon til de virkelige formasjonsverdier. Begrensningene for ovennevnte loggingsinnretning skriver seg fra induserte polarisasjonsstrømmer som danner kanaler gjennom borehullet og de invaderte soner i stedet for inn i den uinvaderte formasjon nær verktøyet eller innretningen.

I et annet US-patentskrift nr. 4 335 353 (Philippe J. Lacour-Gayet) som ble utgitt 15.juni 1982, er det beskrevet en fremgangsmåte og en innretning for deteksjon av en uregelmessighet ved en resistivitetsmåling i en jordforma-s jon.

Ifølge dette patentskrift anvendes spesielt fase-følsomme signaler som representerer ute-av-fase-potensialer og fasevinkler, for å indikere tilstedeværelsen av en feil ved en resistivitetsmåling av jordformasjonen forårsaket av en uregelmessighet, såsom Groningen-effekten.

Dessuten bestemmes i-fase- og ute-av-fase-potensial-avvikelsene for å beregne feil ved resistivitetsmålinger.

Det er beskrevet et elektrodearrangement som er nært be-slektet med elektrodeoppstillingene ifølge den foreliggende oppfinnelse, ved at fokuseringselektroder benyttes spesielt til å styre potensialforskjellen mellom spenningsfølende par av elektroder. Patentskriftet viser imidlertid ikke kretsanordninger som nøyaktig hindrer en eventuell faseforskyvning mellom inspeksjonsstrømmen og begge fokuseringsstrømmer for å oppnå nøyaktige verdier for Q , Cw og Sw slik som oven-for omtalt.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning for indusert polarisasjonslogging ved hjelp av hvilken de induserte polarisasjonsstrømmer fokuseres inn i den uinvarderte formasjon.

Et annet formål med oppfinnelsen er å injisere strøm ved hjelp av fokuseringselektrodene som er i fase med den strøm som injiseres ved inspeksjonsstrømelektroden.

Ovennevnte formål oppnås med en innretning for indusert polarisasjonslogging som er kjennetegnet ved de i kravene angitte, karakteriserende trekk.

Det skal bemerkes at selv om det innen industrien er vanlig praksis å benytte oppstillinger med fokuserte elektroder for resistivitetslogging, vil ikke noe av den kjente teknikk være egnet for et indusert polarisasjonsloggings-verktøy slik som beskrevet i US patentskrift 4 359 687. Dette er på grunn av at alle de tidligere kjente innretninger benytter fokuseringselektroder som er transformator- eller kondensatorkoplet til strømkilden. Både transformator- og kondensatorkopling vil frembringe faseforskyvninger mellom fokuseringsstrømmene og inspeksjonsstrømmen som vil forvren-ge målingen av formasjonens faseforskyvning, hvilken er meget liten 1 milliradian). Dette er ikke noe problem ved resistivitetslogging hvor faseforskyvningen ikke måles. Da formasjonsfaseforskyvning er den primære størrelse som måles ved det induserte polarisasjonsloggingsverktøy ifølge US patent 4 35 9 687, ville dette hindre oppnåelse av nøyaktige verdier for Q , Cw og Sw ved benyttelse av "in situ"-målinger.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til. tegningene, der fig. 1 viser et blokk-skjema av en loggingsinnretning er konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsen, fig. 2 viser et aksialsnitt av en sølv/sølvklorid-elektrode som benyttes i loggingsinnretningen på fig. 1, fig. 3 viser en modifisert elektrodeoppstilling i forhold til den som er vist på fig. 1, fig. 4 viser en forskjellig fokuseringselektrodeoppstilling, fig. 5 viser en oppstilling av målesignaler som er oppnådd med loggings-verktøyet på fig. 1, og fig. 6 viser en modifisert fokuse-ringselektrodeoppstiIling.

På fig. 1 er vist en representativ utførelse av

en innretning som er konstruert i overensstemmelse med læren ifølge oppfinnelsen. Innretningen undersøker underjordiske formasjoner 10 som krysses av et borehull 11 som er fylt med et ledende borefluidum eller boreslam 12, slik det er vanlig praksis på området. Loggingsinnretningen omfatter en sylindrisk bære- eller husdel 13 til hvilken det er festet en rekke forskjellige elektroder. Til den øvre ende av bæredelen 13 er det festet et sylindrisk, fluidumtett hus 14. Huset 14 inneholder forskjellige elektriske kretser som benyttes ved drift av de elektroder som er montert på bæredelen 13. Den i borehullet beliggende innretning, som omfatter bæredelen 13 og det fluidumtette hus 14, er opphengt fra jordoverflaten

ved hjelp av en flerlederkabel 15 hvis nedre 30 meter eller der omkring er dekket av et elektrisk isolerende materiale 16. Ved overflaten spoles kabelen 15 inn i og ut av borehullet ved hjelp av en trommel- og vinsjmekanisme (ikke vist).

Elektrodesysternet består av en sentralt beliggende inspeksjonsstrømelektrode AO som er festet til og understøt-tes av bæredelen 13, en øvre fokuseringselektrode Al som er beliggende over inspeksjonsstrømalektroden AO, og en nedre fokuseringselektrode A2 som er beliggende en symmetrisk avstand under inspeksjonsstrømelektroden AO. Et øvre par av overvåkningselektroder Ml og Ml<1> er anbrakt på bæreanordnin-gen 13 mellom inspeksjonsstrømelektroden AO og den øvre fokuseringselektrode Al. På liknende måte er et nedre par av overvåkningselektroder M2 og M2<1> beliggende på bæredelen 13 mellom inspeksjonsstrømelektroden AO og den nedre fokuseringselektrode A2. En spenningsmåleelektrode MO er beliggende på lik avstand mellom det øvre par av overvåkningselektroder Ml og Ml<1>. ~En spenningsreferanseelektrode N er beliggende over det fluidumtette hus 14 på det isolerte parti 16 av den armerte flerlederkabel 15. Strømreturelektroden B er beliggende i en viss gitt avstand over spenningsreferanseelektroden

N.

Posisjonene av de forskjellige elektroder som er vist på tegningen, kan variere noe avhengig av borehullets størrelse, den ønskede undersøkelsesdybde, og den minimale lagtykkelse som skal oppløses på loggen. Som et typisk eksempel gjøres avstanden fra inspeksjonsstrømelektroden.AO til spenningsmåleelektroden MO lik det dobbelte av borehullets diameter. Den minimale lagtykkelse vil da være tilnærmet det dobbelte av avstanden mellom AO og MO. Avstanden fra inspeksjonsstrømelektroden AO til fokuseringselektrodene Al og A2 gjøres lik mellom 2 og 3 ganger avstanden mellom

AO og MO. Avstanden mellom inspeksjonsstrømelektroden AO og spenningsreferanseelektroden N er ca. 6 eller 7 ganger avstanden mellom inspeksjonsstrømelektroden AO og fokuseringselektrodene Al eller A. Strømreturelektroden B ligger fortrinnsvis en forholdsvis stor avstand fra spenningsreferanseelektroden N, og kan være beliggende ved overflaten. Avstan-dene AO - Al og AO - A2 er minst 10 ganger sondediameteren.

For å frembringe en symmetrisk, elektrisk respons, er de elektrodepar som er beliggende på like avstander på motsatte sider av inspeksjonsstrømelektroden AO, forbundet ved hjelp av isolerte ledere med ubetydelig motstand. Den øvre overvåkningselektrode Ml er således forbundet med den nédre overvåkningselektrode M2, den øvre overvåkningselektrode Ml' er forbunddt med den nedre overvåkningselektrode M2', og den øvre fokuseringselektrode Al er forbundet med den nedre fokuseringselektrode A2.

Alle overvåkningselektroder Ml, Ml', M2, M2', så vel som spenningsmåleelektroden MO og spenningsreferanseelektroden N er ikke-polariserende, reversible elektroder, såsom sølv/sølvklorid-elektroder. Dette hindrer feilaktige faseforskyvninger som følge av elektrokjemisk overflatepola-ris_asjon, slik det ville være til stede ved de vanlige blyelektroder som benyttes ved resistivitetslogging. En ytterligere fordel ved sølv/sølvklorid-elektroden er det meget lave forskyvningspotensial (offset potential) som setter innretningen i stand til å benytte hele dynamikkområdet for nedhulls-forsterkerne. Én utførelse av en sølv/sølvklorid-elektrode for høyt trykk og høy temperatur er vist på fig. 2 og skal beskrives nedenfor. Inspeksjonsstrømelektroden AO, fokuseringselektrodene Al og A2 og strømreturelektroden B kan være konstruert av vanlige blyelektroder.

Den elektriske krets som er forbundet med elektrodene, er vist innenfor den stiplede boks 14 som svarer til det fluidumtette hus 14. Effekten for nedhulls- eller brønn-kretsen tilføres som likestrømseffekt fra en overflatekraft-forsyning 17 til regulerte brønnkraftforsyninger 18 via den armerte flerlederkabel 15. Den ene side av en vekselstrøm-kilde 19 som er beliggende ved overflaten, er via flerlederkabelen 15 forbundet med strømreturelektroden B. Den andre side av vekselstrømkilden 19 er via flerlederkabelen 15 forbundet med spenningsstyrte motstander 20 og 21. Den spenningsstyrte motstand 21 er via en referansemotstand RO forbundet med inspeksjonsstrømelektroden AO. Den spenningsstyrte motstand 20 er via en referansemotstand RI forbundet med fokuseringsstrømelektrodene Al og A2.

De spenningsstyrte motstander må konstrueres som hvilken som helst utførelse ved hjelp av hvilken en serie-motstand varieres ved hjelp av en styrespenning. De spenningsstyrte motstander 21 og 22 kan være felteffekt-kraft-transistorer hvis kilde-til-sluk-motstand varierer som reaksjon på den spenning som tilføres til styreelektroden. Overvåkningselektrodene Ml og M2 er koplet til den ene inngang av en differensialforsterker 22. Overvåkningselektrodene Ml' og M2' er koplet til differensialforsterkerens 22 andre inngang. Forsterkeren 22 er en differensialinngangs- og differensialutgangs-forsterker med meget høy inngangsimpedans. Den ene differensialutgang fra forsterkeren 22 er styringen for den spenningsstyrte motstand 21. Den andre differensialutgang er styringen for den spenningsstyrte motstand 20. Kombinasjonen av differensialforsterkeren 22 og de spenningsstyrte motstander 2 0 og 21 opprettholder i hovedsaken null potensialforskjell mellom overvåkningselektrodene Ml og Ml'

og også mellom overvåkningselektrodene M2 og M2'.

Spenningsmåleelektroden MO er koplet til den ene inngang av en spenningsforsterker 23, mens spenningsreferanseelektroden N er koplet til spenningsforsterkerens 23 andre inngang. Spenningsforsterkeren :23 er en direktekoplet dif fe-rensialforsterker med meget høy inngangsimpedans som forsterker den potensialforskjell som frembringes av den påtrykte vekselstrøm i jordformasjonen. Spenningsforsterkerens 23 utgang er koplet til et lavpassfilter 25 hvis funksjon er å hindre forfalskning (aliasing) av spenningssignalet når det omformes til et digitalt signal. Lavpassfilterets utgangssignal samples av en følge-og-hold-forsterker 27 som styres av en klokke- og styrelogikkrets 30. Det samplede utgangssignal fra følge-og-hold-forsterkeren 27 digitali-seres av en analog/digital-omformer 29 i borehullet. Følge-og-hold-kretsen følger spenningssignalet og sampler spen-ningssignalets amplitude når den påvirkes av klokke- og logikkretsen 30.

Strømmåling i borehullet oppnås ved måling av spenningen over nedhulls-referansemotstanden RO, idet det benyttes en strømforsterker 24. Strømforsterkerens 24 utgang er koplet til et lavpassfilter 26 hvis funksjon er å hindre forfalskning av det digitale strømsignal. Lavpassfiltrene 25 og 26 er i det vesentlige identiske for å hindre en eventuell differensiell faseforskyvning fra å innføres mellom den i borehullet målte strøm og spenning. Lavpassfilterets 26 utgang er koplet til en følge-og-hold-forsterker 28. Følge-og-hold-forsterkeren 28 er i hovedsaken identisk med følge-og-hold-forsterkeren 27 og styres av klokke- og styrelogikken 30. Den samme styrepuls benyttes for begge følge-og-hold-forsterkere 27 og 28, slik at strømmen og spenningen samples samtidig. Dette hindrer differensiell fasefor.skyvning mellom de i borehullet målte strøm- og spenningssignaler. Det samplede utgangssignal av følge-og-hold-forsterkeren 28 tilføres til analog/digital-omformeren 2 9. De samplede utgangssignaler fra følge-og-hold-forsterkerne 27 og 28 multiplekses til analog/digital-omformeren 2 9 ved hjelp av klokke- og styrelogikken 30. En eventuell drift i analog/digital-omformerens 2 9 karakteristikk opptrer derfor likt i strøm- og spenningskanalene. De digitaliserte strøm- og spenningssignaler fra analog/digital-omformeren 2 9 kodes digitalt til transmisjons- eller overføringskode ved hjelp av en digital koder 31 hvis utgangssignal går til en linjedriver 32. Linjedriveren 32 er forbundet med overflaten via den sentrale leder i flerlederkabelen 15. Den sentrale leder er blitt funnet å tillate rask overføring av digitale signaler uten falske kabelrefleksjoner.

Ved overflaten mottas de digitale strøm- og spenningssignaler av en digital mottaker 33 som dekoder overfø-ringskoden. Den digitale mottaker tilfører strøm- og spen-ningssignalene til en digital datamaskin 34 som beregner spontant potensial og spontan resistivitet og faseforskyvning. Datamaskinen er koplet til en registreringsanordning 38 og en lagringsanordning 3 9. Den digitale mottaker 33

er også koplet til en digital/analog-omformer 35 som omformer de digitale strøm- og spenningssignaler til analog form. De analoge strøm- og spenningssignaler fra digital/analog-omformeren 35 går til en analog fasemåler 36 som måler spontant potensial (SP), og spontan resistivitet (R) og faseforskyvning (&). Utgangssignalet fra den analoge fasemåler 36 registreres av en registreringsanordning 37. En dybdekoder 40 innmater dybdeinformasjon fra vinsjen (ikke vist) til datamaskinen 34.

Den på fig. 2 viste sølv/sølvklorid-elektrode består av et hus 50 i hvilket det er anbrakt en sølvelektrode 51. Sølvelektrodens overflate er omformet til sølvklorid ved kloridisering. Sølvelektroden er festet til den ene ende av et elektrodeelement 52 som rager utenfor huset. Elektrodeelementet er forseglet i huset ved hjelp av en 0-ring 53 som er komprimert ved hjelp av en gjenget paknings-gland 54. Husets rominnhold 56 er fylt av en mettet kalium-klorid-referanseoppløsning. En porøs fritte 55 i husets en-de tillater kaliumkloridoppløsningen å kontakte borehullfluidumet.

Når det gjelder virkemåten av den på fig. 1 viste loggingsinnretning, tilfører en vekselstrømkilde en veksel-strøm med konstant amplitude og lav frekvens i området 0,001 - 100 Hz, og fortrinnsvis mellom 1 og 10 Hz. Frekvensen velges vanligvis mindre enn 100 Hz for å hindre faseforskyvninger på grunn av induktiv kopling i jordformasjonen. Dersom frekvensen er for lav, blir loggingshastigheten pro-hibitivt lang for å hindre bølgeformfordreining. En log-gingshastighet på ca. 3 meter pr. minutt har vist seg å være tilfredsstillende med en vekselstrømfrekvens på 10 Hz. Vek-selstrømmen tilføres både til inspeksjonsstrømelektroden A0 og fokuseringselektrodene Al og A2. Den strømdel som opp-splittes mellom inspeksjons- og fokuseringselektrodene, styres av de spenningsstyrte motstander 20 og 21 som virker som et spenningsdelernettverk. De spenningstyrte motstander er rent resistive, slik at ingen faseforskyvning innføres mellom den strøm som tilføres til inspeksjonsstrømelektroden A0, og den strøm som tilføres til fokuseringsélektrodene Al og A2. Den strøm som injiseres i formasjonen via inspek-sjonsstrømelektroden, måles over referansemotstanden RO.

I en homogen og isotrop jordformasjon er motstandsforholdet mellom den spenningsstyrte motstand 2 0 og den spenningsstyrte motstand 21 tilnærmet:

VR1/VR0 = 0,5 (n<2->l)<2> /4n

hvor n er forholdet mellom A1-A0-avstanden og MO-A0-avstanden.

(Referansemotstandene og formasjonsmotstanden antas å være

små i forhold til de spenningsstyrte motstander). Overfor et tynt motstandslag reduseres imidlertid den spenningsstyrte motstands 20 motstandsverdi i forhold til den spenningsstyrte motstand 21 for å injisere mer strøm i fokuseringselektrodene Al og A2 enn i inspeksjonsstrømelektroden AO. Referansemotstanden RI kan benyttes til å overvåke fokuse-ringsstrømmen (ikke vist). Verdier av referansemotstandene RO og RI på ca. 1 ohm har vist seg å gi tilfredsstillende signalnivåer. Differensialforsterkeren 22 overvåker potensialforskjellen mellom Ml og Ml' og mellom M2 og M2'. Dif-ferensialutgangen fra differensialforsterkeren 22 innstiller forholdet mellom strøm som injiseres inn i inspeksjonsstrøm-elektroden AO og strøm som injiseres inn i fokuseringselektrodene Al og A2. Dette oppnås ved å variere motstandsforholdet mellom de spenningsstyrte motstander 20 og 21 inntil potensialforskjellen mellom Ml og Ml<*> og M2 og M2' er i hovedsaken lik null. Differensialforsterkeren 22 og de spenningsstyrte motstander 20 og 21 må ha tilstrekkelig hur-tig respons i forhold til vekselstrømfrekvensen til at i hovedsaken ingen tilleggs-faseforskyvning tilføyes på grunn av denne styresløyfe.

Inspeksjonsstrømmen og det genererte jordpotensial blir begge målt og digitalisert i borehullet. På denne måte unngås sending av analoge signaler til overflaten, hvilke ville lide av store faseforskyvninger på grunn av kabelkapa-sitet. En klokkefrekvens på 4,4 kHz har vist seg å være tilfredsstillende. Dette gir et strøm- og spenningssampel for hver 7 millisekunder. Nyquist-frekvensen blir da 71 Hz. Lavpassfiltrene er av den maksimalt flate Butterworth-type og er konstruert for å gi en dempning på minst 4 8 dB ved Nyquist-frekvensen. Analog/digital-omformeren må ha et tilstrekkelig antall bits til å oppnå meget lav digitaliserings-støy. En 12-bits analog/digital-omformer har vist seg å være tilfredsstillende for å redusere fasestøyen til under 1 milliradian. Forsterkningen for forsterkerne 23 og 24 innstilles automatisk for å bevare minst åtte signifikante bits til enhver tid ved hjelp av passende kretsanordninger (ikke vist).

De digitaliserte strøm- og spenningssignaler analy-seres av den digitale datamaskin 34 som beregner resistivitet og faseforskyvning for jordformasjonen ut fra den målte strøm og spenning i borehullet. Da hele strøm- og spenningsbølge-formen (innbefattet både vekselstrøm- og likestrømkomponenter) er blitt digitalisert, kan datamaskinen også beregne spontant jordpotensial SP.

De data som mottas ved overflaten av den digitale mottaker 33, vil svare til en rekke punkter (xi,y^) på en ellipse, som vist på fig. 5. Den vertikale forskyvning av ellipsens sentrum er formasjonens selvpotensial, mens hori-sontal forskyvning er forskyvningsstrømmen. Ved passende styring av et vekselstrøm-inngangssignal kan det oppnås en strømforskyvning på null.

Den foreliggende oppfinnelse tillater fokusering

av inspeksjonsstrømmen i horisontalplanet, slik at den målte resistivitet og den målte faseforskyvning er i hovedsaken resistiviteten og faseforskyvningen av formasjonen nær innretningen eller verktøyet. Verktøyet for fokusert, indusert polarisasjon oppnår vesentlig mer nøyaktige målinger av indusert polarisasjon for jordformasjonen når formasjonens resistivitet er mye større enn slamresistiviteten. Enda en fordel med denne innretning for fokusert, indusert polarisasjon er den nøyaktige respons på tynne motstandslag.

Det vil være åpenbart for en fagmann på området at forskjellige modifikasjoner av den utførelse som er vist på fig. 1, er mulige uten å krenke kjernen i oppfinnelsen. Fase-måleren og datamaskinen som er beliggende ved overflaten,

kunne således ha vært beliggende i borehullet inne i huset 14. I dette tilfelle er digital overføring til overflaten ikke nødvendig. En annen variasjon ligger i benyttelsen av den ene av overvåkningselektrodene Ml, Ml' eller M2, M2' som spenningsmåleelektrode i stedet for å benytte en separat spenningsmåleelektrode MO. Innenfor oppfinnelsens ramme ligger også andre oppstillinger med fokuserte elektroder, såsom den utførelse som er vist på fig. 3. I dette arrangement er inspeksjonsstrømelektroden AO oppdelt i to elektroder AO og AO<1>, og spenningsmåleelektroden MO er plassert mellom

de to elektroder AO og AO<1>. Dette arrangement har fordelen med å tilpasse eller skreddersy strøm som tilføres til formasjonen, for å oppnå forbedret respons fra tynne lag. De to inspeksjonsstrømelektroder vil tilveiebringe et forskjellig, fokusert pannekakestrømmønster som har tre posisjoner med null potensialforskjell, dvs. mellom Ml-Ml', M2-M2' og MO. Avstanden mellom inspeksjonsstrømelektrodene kan juste-res for å bestemme den tykkelse av et tynt lag som kan måles nøyaktig. Enda en annen utførelse ville tillate separate differensialforsterkere for hvert par av overvåkningselektroder Ml, Ml' og M2, M2<1>, som vist på fig. 4. Dette arrangement tillater uavhengig styring av fokuseringselektrodene Al og A2, hvilket vil kompensere for en eventuell forvrengning av det strømfelt som forårsakes av motstandsinhomogeni-tet i formasjonen. Dersom for eksempel et tynt lag har en formasjon med høy resistivitet på den ene side og en formasjon med lav resistivitet på den andre side, vil strømfeltet bli forvrengt med innretningen på fig. 1. Det system som er vist på fig. 4, vil kompensere for denne forvrengning og tilveiebringe en mer ensartet strøm gjennom det tynne lag. Det dynamikkområde som kreves av de spenningsstyrte motstander, er også redusert i denne konfigurasjon i motsetning til fig. 1.

Enda en ytterligere utførelse kan benytte lange, sylindriske strømbeskyttelseselektroder, som vist på fig. 6,

i stedet for overvåkningselektrodene Ml, Ml<1> og M2, M2'. Strømbeskyttelseselektrodene Al og A2 på fig. 6 er elektriske ledere i kontakt med borehullfluidumet, og de har derfor automatisk null potensialforskjell langs sin lengde. Strøm-beskyttelseselektrodene Al og A2 er elektrisk forbundet ved hjelp av en ledningstråd med ubetydelig motstand som opprettholder elektrodene på det samme potensial. Strømbeskyttelses-elektrodene Al og A2 er fysisk og elektrisk adskilt fra de oppsplittede inspeksjonsstrømelektroder AO og AO' ved hjelp av tynne, isolerende skiver. Spenningsmåleelektroden MO er beliggende midtveis mellom de delte inspeksjonsstrømelektro-der AO og AO• og er elektrisk isolert fra AO og AO' ved hjelp av tynne, isolerende skiver. De delte inspeksjonsstrørnelek-

troder AO og AO' er elektrisk forbundet ved hjelp av en ledningstråd med ubetydelig motstand som holder elektrodene på det samme potensial.

Den totale lengde L av den lange, sylindriske foku-seringsoppstilling må være større enn sondediameteren for å oppnå god strømfokusering. I praksis kan L være ca. 3,05 m. Den totale lengde 1 av den delte inspeksjonsstrømelektrode må være mye mindre enn L, f.eks. 0,15 til 0,30 m. Lengden 1 vil være den minimale tykkelse av et tynt lag som kan måles nøyaktig ved hjelp av verktøyet for fokusert, indusert polarisasjon.

Hovedfordelen med den lange, sylindriske fokuseringselektrodeoppstilling er den tettere fokusering av inspek-sjonsstrømstrålebunten i den vertikale retning. Dette tillater at tynnere lag kan måles mer nøyaktig enn med den oppstilling som er vist på fig. 3.

Enda en annen modifikasjon ligger i benyttelsen av en forskjellig type inngangsstrømsignal, såsom en firkant-bølge, trekantbølge, tidsdomene-bølgeform (dvs. bipolar fir-kantbølge med dødtid) eller multifrekvens, i steder for den sinusstrømbølgeform som er vist i den beskrevne utførelse. Disse og liknende modifikasjoner må tolkes slik at de dekkes av den foreliggende oppfinnelse.

Claims (13)

1. Innretning for indusert polarisasjonslogging, for måling av parametre for en formasjon som omgir et borehull, omfattende et antall elektroder som er anbrakt på en ikke-ledende loggingssonde, idet elektrodene omfatter i det minste en inspeksjonsstrømelektrode (AO) og to fokuseringselektroder (Al, A2) som er anbrakt på motsatte sider av inspeksjonsstrøm-elektroden (AO), overvåkingselektroder (Ml, Ml', M2, M2'), en spenningsmåleelektrode (MO), en spenningsreferanseelektrode (N) og en strømreturelektrode (B), en kretsanordning (22) som er koplet til overvåkings-elektrodene for å overvåke strømmen i formasjonen mellom inspeksjonsstrømelektroden (AO) og fokuseringselektrodene (Al, A2), en kilde (19) for vekselstrøm som er beliggende ved overflaten, idet kildens ene side er koplet til en strømstyre-anordning (20, 21) og den andre til strømreturelektroden (B), idet kilden er i stand til å tilføre vekselstrøm med forskjellige diskrete frekvenser, en måleanordning (23, 24) som er koplet direkte til spenningsmålings- og inspeksjonsstrømelektrodene (MO, AO) for å måle amplituden og fasen av den spenning som induseres i formasjonen, og amplituden og fasen av strømmen til inspek-sjonsstrømelektroden (AO), og en overføringsanordning (15) for overføring av de nevnte målinger til overflaten, KARAKTERISERT VED at strøm-styreanordningen omfatter en første strømstyreanordning (21) som er koplet direkte til inspeksjonsstrømelektroden (AO) og den nevnte kretsanordning (22) for styring av strømmen til inspeksjons-strømelektroden (AO) som reaksjon på og i fase med den overvåkede strøm, og en andre strømstyreanordning (20) som er koplet direkte til fokuseringselektrodene (Al, A2) for å styre strømmen til fokuseringselektrodene (Al, A2) som reaksjon på og i fase med den overvåkede strøm. (Fig. 1).

2. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den nevnte kretsanordning (22) omfatter en differensialinngangs/ differensialutgangs-forsterker (D.A.) og de første og andre strømstyreanordninger (21, 20) omfatter spenningsvariable motstander (VRO, VRI). (Fig. 1)

3. Innretning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at overvåkningselektrodene (Ml, Ml', M2, M2') omfatter et øvre og et nedre par av elektroder, idet ett par er beliggende på hver side av inspeksjonsstrømelektroden (AO), idet spenningsmåleelektroden (MO) er anbrakt mellom ett par (Ml, Ml') av overvåkningselektrodene.

4. Innretning ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at kretsanordningen (22) omfatter to differensialinngangs/differensialutgangs-forsterkere (D.A.), idet den ene av forsterkerne har sin inngang koplet til det ene par av overvåkningselektroder (Ml, Ml<1>), og den andre av forsterkerne har sin inngang koplet til det andre par av overvåkningselektroder (M2, M2'), idet forsterkerne i fellesskap styrer den første strømstyreanordning (VRO) og individuelt styrer den andre strømstyreanordning (VRI) for individuelt å styre fokuseringselektroden (Al, A2) nær det par av overvåkningselektroder (Ml, Ml', M2, M2') som er forbundet med den individuelle forsterker. (Fig. 4)

5. Innretning ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at de øvre og nedre fokuseringselektroder (Al, A2) er plassert på like avstander på hver side av inspeksjonsstrømelektroden (AO), de øvre og nedre par av overvåkningselektroder (Ml, Ml', M2, M2') er plassert mellom inspeksjonsstrøm- og fokuseringselektrodene (AO, Al, A2) på hver side av inspeksjonsstrømelektro-den (AO), spenningsmåleelektroden (MO) er beliggende mellom ett par av overvåkningselektrodene (Ml, Ml'), og spennings-referanse- og strømreturelektrodene (N, B) begge er beliggende på en større avstand fra inspeksjonsstrømelektroden (AO) enn fokuseringselektrodene (Al, A2). (Fig. 1).

6. Innretning ifølge krav 1 og 5, KARAKTERISERT VED at kretsanordningen (22) omfatter en differensialinngangs/differensialutgangs-forsterker (D.A.), idet den ene overvåkningselektrode (Ml, M2) av hvert par er koplet direkte til forsterkerens (D.A.) ene inngang, idet den andre overvåkningselektrode (Ml<1>, M2<1>) av hvert par er koplet direkte til forsterkerens (D.A.) andre inngang, idet differensialinngangs/differensialutgangs-forsterkerens første utgang er koplet direkte til den første strømstyreanordning (21) og differensialinngangs/ differensialutgangs-forsterkerens andre inngang er koplet direkte til den andre strømstyreanordning (20), idet kretsanordningen videre omfatter en referansemotstand (REF.RO) som kopler inspeksjonsstrømelektroden (AO) til den første strøm-styreanordning (21), idet måleanordningen (23, 24) omfatter en første måleanordning (23) som er koplet direkte til spenningsmålings- og spenningsreferanseelektrodene (MO, N) for å måle amplituden og fasen av den spenning som induseres i formasjonen, og en andre måleanordning (24) som er koplet direkte over referansemotstanden (REF.RO) for å måle amplituden og fasen av den strøm som flyter til inspeksjonsstrømelektroden (AO), og idet overføringsanordningen (15) er koplet til de første og andre måleanordninger (23, 24) for å overføre spennings- og strømmålingene til overflaten. (Fig. 1)

7. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at overfø-ringsanordningen (15) omfatter en analog/digital-omformer-anordning (29) for omforming av spennings- og strømmålingene til relaterte, digitale størrelser for overføring til overflaten, idet omformeranordningen (29) omfatter to følge-og-hold-kretser (27, 28), én for måling av amplituden og fasen av den induserte spenning og den andre for måling av amplituden og fasen av strømmen, idet begge følge-og-hold-kretser (27,

28) styres av en eneste logikkrets (30). (Fig. 1)

8. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at inspek-sjonsstrømelektroden er oppdelt i to elektroder (AO, AO') og tilkoplet ved hjelp av en ledningstråd med ubetydelig motstand, og at spenningsmåleelektroden (MO) er anbrakt mellom de to inspeksjonsstrømelektroder (AO, AO'). (Fig. 3)

9. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at måle-elektroden (MO), referanseelektroden (N) og overvåkningselektrodene (Ml, Ml', M2, M2') er ikke-polariserbare sølv/sølvklo-ridelektroder.

10. Innretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at kilden (19) for vekselstrøm er en tidsdomenekilde, idet kilden er i stand til å tilføre vekselstrøm med forskjellige diskrete frekvenser mellom 0,01 og 100 Hz.

11. Innretning for indusert polarisasjonslogging, for måling av parametre for en formasjon som omgir et borehull, omfattende en ikke-ledende loggingssonde, et antall elektroder som er anbrakt på sonden, idet elektrodene omfatter i det minste en inspeksjonsstrømelek-trode (AO) og beskyttelseselektroder (Al, A2) som er anbrakt på motsatte sider av inspeksjonsstrømelektroden (AO), en spenningsmåleelektrode (MO) og referanse- og strømreturelek-troder (R, B) en kilde (19) for vekselstrøm som er beliggende ved overflaten, idet kildens ene side er koplet til en strøm-styreanordning (20, 21) og den andre til strømreturelektroden (B), en måleanordning (23, 24) som er koplet direkte til spenningsmåleelektroden (MO) og inspeksjonsstrømelektroden (A0) for å måle amplituden og fasen av den spenning som induseres i formasjonen, og amplituden og fasen av strømmen til inspeksjonsstrømelektroden, og en overføringsanordning (15) for overføring av de nevnte målinger til overflaten, KARAKTERISERT VED at strøm-styreanordningen omfatter en første styreanordning (21) som er koplet direkte til inspeksjonsstrømelektroden (A0), idet styreanordningen (21) styrer strømmen til inspeksjonsstrømelektroden (A0) som reaksjon på og i fase med den overvåkede strøm, og en andre styreanordning (20) som er koplet direkte til beskyttelseselektrodene (Al, A2) for å styre strømmen til beskyttelseselektrodene som reaksjon på og i fase med den overvåkede strøm, idet vekselstrømkilden (19) er i stand til å tilføre vekselstrøm med forskjellige diskrete frekvenser mellom 0,01 og 100 Hz. (Fig. 6 i kombinasjon med fig. 2).

12. Innretning ifølge krav 11, KARAKTERISERT VED at beskyttelseselektrodene (Al, A2) er lange, sylindriske elektroder som er i kontakt med borehullfluidumet og er elektrisk forbundet med hverandre. (Fig. 6)

13. Innretning ifølge krav 12, KARAKTERISERT VED at beskyttelseselektrodene (Al, A2) har en total lengde som er minst 10 ganger større enn sondediameteren. (Fig. 6)