NO172520B - Fremgangsmaate og apparat for aa maale en elektrisk egenskapved en underjordisk formasjon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et apparat for å måle de elektriske egenskaper i en underjordisk formasjon ved hjelp av en metallisk brønnforing eller et vernerør ved å utnytte en forsterkerkrets som er i stand til å måle nøyaktig forholdsvis små elektriske spenninger.

Forskjellige teknikker har vært påtenkt for å måle motstandsegenskapene for en geologisk formasjon som et middel for å fastlegge formasjonens fysiske egenskaper, lokalisere hydrokar-bonreserver og beslektede arbeidsoperasjoner. Et problem som foreligger i forbindelse med utførelse av elektriske signal-målinger med det formål å bestemme en formasjons motstandsegenskaper eller ledningsevne ligger i nærvær av en brønnforing eller borerør av metall, som begge vil påvirke bestemmelsen av motstandsverdien eller ledningsevnen for selve formasjonen.

Ved visse tidligere forsøk på å måle motstandsegenskapene for en geologisk formasjon ved å måle den strøm som flyter gjennom en metallisk brønnforing eller borestreng har man gått ut i fra at foringen eller borerørets motstandsevne over alt er konstant. Ytterligere undersøkelser innenfor dette område har imidlertid åpenbart at ikke bare dimensjonsforskjeller i brønnens metallforing på grunn av fremstillingstoleranser, korrosjon og andre omgivelsefaktorer påvirker foringens motstandsegenskaper, men også at den kjemiske sammensetning av selve metallet frembringer vesentlige motstandsvariasjoner langs en foring eller et borerør.

Andre problemer i sammenheng med tidligere forsøk på å måle motstandsevnen for en geologisk formasjon gjelder det signal-nivå som kan avføles av måleutstyret såvel i små som store dybdenivåer i en borebrønn, samt også de elektriske forstyrrel-ser som frembringes av visse komponenter i målesystemet, innbefattet kretselementer, ledere og koblingsorganer. Det foreligger følgelig et lenge følt behov for å utvikle forbedret måleteknikk og apparatur med hensyn til måling av formasjonsmotstand for å kunne gjøre denne grunnleggende prosess nyttig ikke bare for undersøkelser angående hydrokarboner og mineralverdier, men også for å kunne utføre forbedrede måleoperasjoner på det område som i alminnelighet kalles "brønnlogging".

Det er da et formål for foreliggende oppfinnelse å overvinne noen av de ulemper som foreligger ved tidligere kjent teknikk ved å frembringe sterkt forbedret fremgangsmåte og apparat for å utføre elektriske målinger av geologiske formasjoner gjennom en metallforing eller metallisk vernerør.

Oppfinnelsen gjelder således en forbedret fremgangsmåte for

å bestemme en forut utvalgt elektrisk egenskap ved en underjordisk formasjon hvor det er boret minst ett brønnhull som innvendig er fSret med et langstrakt vernerør av metall, idet det opprettes en elektrisk potensialkilde for innkobling mellom nevnte vernerør og en elektrode som står i forbindelse med nevnte formasjon, utstyr som omfatter et første sett innbyrdes adskilte kontaktorganer føres ned i brønnhullet for anleggskontakt med nevnte vernerør, et annet sett innbyrdes adskilte kontaktorganer anbringes for anleggskontakt med vernerøret i et område mellom kontaktorganene i det første sett, og en strøm-kilde anordnes for tilkobling til kontaktorganene i det første sett.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk fra f.eks. US-PS 2.459.196 har så fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at: a) den elektriske motstand i et utvalgt parti av nevnte vernerør bestemmes ved å koble det annet sett kontaktorganer over nevnte utvalgte parti og tilføre strøm fra nevnte strømkilde til det første sett kontaktorganer, idet potensialforskjellen mellom nevnte kontaktorganer i det annet sett måles, b) et elektrisk, potensial påtrykkes gjennom nevnte formasjon mellom elektroden og vernerøret, og den derved frembragte strøm gjennom det utvalgte parti med kjent motstand bestemmes ved å måle potensialforskjellen mellom kontaktorganene i det annet sett, og c) den strøm som flyter inn i eller ut av formasjonen langs det utvalgte parti av vernerøret bestemmes som forskjellen mellom den strøm som passerer gjennom nevnte utvalgte parti og strømmen gjennom et annet utvalgt parti av nevnte vernerør, og de målte strømmer som flyter inn i eller ut av vernerøret utnyttes til å bestemme den forut utvalgte egenskap.

I henhold til foreliggende oppfinnelse kan således måling av formasjonsmotstand utføres ved å foreta spenningsforskjell-målinger langs en foringsvegg av vernerøret for å fastlegge det eller de steder hvor elektrisk strøm forlater foringen og flyter gjennom deler av den geologiske formasjon. Ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse tar man da fortrinnsvis sikte på bruk av en forbedret forsterkerkrets som føres inn i en foret borebrønn og er innrettet for å påvise spenningsforskjeller langs foringens vegg for derved å fastlegge de steder hvor en vesentlig spenningsforskjell-forandring antyder at strøm forlater vernerøret og flyter ut i den omgivende formasjon.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen tar man også sikte på bruk av forholdsvis lavfrekvent vekselstrøm eller periodisk innkoblet likestrøm for å unngå uheldige elektriske virkninger frembragt av selve foringen eller vernerøret samt formasjonens grenseflater, og som omfatter sådanne faktorer som induserte polarisasjonsfenomener. Videre velges signalfre-kvensen også innenfor et område som vil utelukke feil på grunn av en måleinnretnings bevegelse gjennom vernerøret og såkalte "hud"-fenomener langs rørveggen, og som er merkbare ved forholdsvis høye frekvenser. Ved vanlige vernerør og brønn-foringer av stål vil hudvirkningen først begynne å gi seg til kjenne ved signalfrekvenser større enn ca. 10 Hz.

Den elektriske potensialkilde kan være koblet til en elektrode som kan omfatte en annen brønnforing eller en jordelektrode som er anordnet i valgt avstand fra det vernerør hvor målingen utføres. I visse tilfeller kan denne avstand være tre eller fem ganger dybdeområdet for det vernerør hvorfra målingene finner sted, for derved å unngå enhver forvrengning av spenninger og strømfluks som skriver seg fra elektrodens plassering.

I henhold til foreliggende oppfinnelse måles den spesifikke motstand av en metallforing eller et vernerør ved hjelp av forbedret apparat og metode, således at virkningene av foringens eller vernerørets motstandsevne kan tas hensyn til i den totale måleprosess.

Foreliggende oppfinnelse gjelder videre et forbedret apparat for å bestemme resistiviteten for en jordformasjon hvori det er boret et brønnhull som er foret med et langstrakt vernerør som inneholder utstyr for å anbringes innenfor utvalgte partier av brønnhullet, idet nevnte utstyr omfatter et første sett innbyrdes adskilte kontaktorganer for anleggskontakt med nevnte vernerør, et annet sett innbyrdes adskilte kontaktorganer for anleggskontakt med vernerøret over et nevnte utvalgt parti av røret og mellom kontaktorganene i det første sett, en elektrisk strømkilde for tilkobling til det første sett kontaktorganer for å frembringe en strøm av kjent styrke gjennom nevnte utvalgte parti av vernerøret mellom kontaktorganene i det annet sett, en elektrisk potensialkilde for innkobling mellom vernerøret og en elektrode i elektrisk ledende kontakt med formasjonen på et sted i avstand fra brønnhullet.

Apparatet har da som særtrekk i henhold til oppfinnelsen at det omfatter utstyr for å måle påtrykt potensial på formasjonen mellom vernerøret og elektroden, en krets tilkoblet det annet sett kontaktorganer, for å måle potensialforskjell over det utvalgte parti av vernerøret for derved å utlede den elektriske motstand i dette utvalgte parti, idet nevnte krets også er anordnet for å måle potensialforskjellen over det utvalgte vernerørparti når den elektriske potensialkilde er innkoblet mellom vernerøret og elektroden, for derved å kunne komme frem til den strøm som da flyter gjennom det utvalgte parti ut fra nevnte potensialforskjell og den målte motstand, samt utstyr for å bestemme forskjellen mellom den strøm som flyter i nevnte utvalgte parti og strømmen i et annet utvalgt parti av vernerøret, som et uttrykk for den strøm som flyter ut av eller inn i formasjonen på det sted hvor nevnte utvalgte parti av vernerøret befinner seg.

Nevnte målekrets omfatter fortrinnsvis en differensialforsterker med inngangsledere tilkoblet hver sitt kontaktorgan i det første sett og er utstyrt med en utgangsleder, idet kretsen for potensialforskjellmåling videre omfatter: en inverterkrets med en inngangsklemme tilkoblet differen sialforsterkerens utgangsleder og utstyrt med en inverterutgangsleder,

omkoblerutstyr med en første inngangsklemme tilkoblet differensialforsterkerens utgangsleder og en andre inngangsklemme forbundet med inverterens utgangsleder, samt utstyrt med en styreinngang og en utgang innrettet for alternativt å kobles til nevnte første eller andre

inngangsklemme,

et filter med en inngangsklemme tilkoblet omkoblerutstyrets utgangsleder samt utstyrt med en egen utgangsleder, og

klokkeutstyr med en utgangsleder tilkoblet nevnte første strømkilde for å veksle polariteten av den strøm som tilføres vernerøret, i synkronisme med omkoblerutstyrets vekslende gjennomkobling av sin første eller andre inngangsklemme til sin utgangsleder.

Fagfolk på området vil erkjenne de ovenfor angitte særtrekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse såvel som andre fremtredende trekk av oppfinnelsen ved gjennomlesning av den følgende detaljerte beskrivelse under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 er et vertikalsnitt i noe skjematisk form og som viser et apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse for måling av formasjonsmotstand. Fig. 2 er en skjematisk fremstilling som angir særtrekkene ved de forskjellige målte parametre ved utnyttelse av fremgangsmåte og apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 er et blokkskjema som viser hovedkomponentene i apparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 er et koblingsskjerna som viser detaljer ved for sterkerkretsen. Fig. 5 er en skjematisk fremstilling som viser arten av spenning og strøm som påtrykkes vernerøret og formasjonen under utnyttelse av fremgangsmåte og apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 6 er et skjema som viser en forenklet motstandsmodell

for brønnforingen og vedkommende formasjon.

På tegningene er tilsvarende deler forsynt med samme henvis-ningstall. Tegningsfigurene foreligger i skjematisk form og vanlige komponenter er vist ved standardsymboler hvor disse kan anvendes.

I fig. 1 er det i noe skjematisk form vist et foretrukket apparat for måling av motstandsevnen for en underjordisk grunnformasjon 12. I samsvar med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen måles formasjonsmotstanden ved hjelp av en foret brønnboring 14 med et hovedsakelig sylinderformet langstrakt vernerør eller metallforing 16 anbragt på plass i samsvar med vanlig praksis ved boring og ferdig utforming av brønner for produksjon av olje og gass. Foringen eller vernerøret 16 kan strekke seg flere tusen meter ned i jorden fra jordoverflaten 18, hvor et brønnhode 20 av vanlig utførelse er anordnet og befinner seg i ledende forbindelse med. foringen 16. En vanlig smøreinnretning 22 for trådliner er montert på brohodet 20 for innføring og uttrekk av verktøy og instrumentbeholdere til og fra det indre 17 av brønnboringen og forbundet med en langstrakt kabel 24. Kabelen 24 kan være av en type som er kjent som "ledningsline" og som omfatter flere elektriske ledere beskyttet av en ytre kappe og innrettet for overføring av signaler og elektrisk effekt mellom en overflateenhet 28 og et utstyr 30 nede i hullet. Utstyret 30, som vil bli nærmere beskrevet senere, er kjennetegnet ved et hus 32 som omfatter visse elektriske kretser og aktive komponenter samt ved sin ene ende er koblet til kabelen 24 og ved sin motsatte ende til en kontaktbærende stamme 34. Bærestammen 34 strekker seg nedover fra huset 32 og omfatter innbyrdes adskilte og elektrisk isolerte koblingspartier 34 som er anbragt mellom elektriske kontaktorganer 38, 40, 42 og 44. Kontaktorganene 38, 40, 42 og 44 er følgelig elektrisk isolert fra hverandre, men befinner seg alle i ledende anlegg mot innsiden av foringen 16. Passende elektriske ledninger er ført fra huset 30 til hver av kontaktorganene 38, 40, 42 og 44, slik som angitt i fig. 1.

Den elektriske motstandsevne for formasjonen 12 måles i samsvar med foreliggende oppfinnelse ved å overføre et forholdsvis lavfrekvent vekselstrømsignal eller et omkoblet likestrømsignal til formasjonen 12 gjennom vernerøret eller foringen 16. Vedkommende potensialkilde påtrykkes fortrinnsvis formasjonen mellom vernerøret 16 og en jordelektrode, som kan være en forholdsvis kort stang eller lignende ved overflaten, eller en annen brønnforing 46 i en avstand fra vernerøret 16 som gjerne tilsvarer tre til fem ganger den dybde hvor målingene av formasjonsmotstanden finner sted. Hvis målingene av motstandsevne finner sted innenfor et område fra 300 til 600 m under overflaten 18, kan elektroden 46 da ligge så meget som 900 til 3000 m fra foringen 16. Hvis elektroden har jordkontakt i et punkt nær jordoverflaten, bør elektrodens avstand fra foringen 16 være nær det maksimale av det angitte område. Hvis imidlertid elektroden selv er en foring eller lignende leder som strekker seg ned til en dybde av samme størrelseorden som dybdeområdet for vernerøret 16, kan avstanden være mindre enn områdets minste verdi.

Det lavfrekvente potensial- eller spenningssignal som påtrykkes formasjonen mellom vernerøret 16 og elektroden 46 kan oppnås ved å koble en potensialkilde (ikke vist) anordnet i eller forbundet med enheten 28 til en leder 48 som er forbundet med vernerøret 16 gjennom brønnhodekonstruksjonen 20 samt til en jordelektrodeleder 50 som er ført fra overflateenheten 28 til elektroden 46. Enheten 28 omfatter fortrinnsvis hensiktsmessig utstyr 29 og 3 0 for henholdsvis å avlese den strøm som flyter til foringen 16 og spenningsforskjellen mellom foringen 16 og elektroden 46. Alternativt kan den eletriske potensialkilde være tilsluttet en av kontaktorganene gjennom kabelen 24 eller anordnet i utstyret 3 0 nede i hullet samt tilsluttet en av kontaktorganene 38 eller 44. I et slikt tilfelle åpnes en bryter 49 for å bringe lederen 48 ut av elektrisk ledende sammenheng med foringen eller vernerøret 16. Et modifisert arrangement er vist i fig. 3.

Det skal nå kort henvises til fig. 2, hvor det er vist skjematiske fremstillinger av parametre som kan måles ved utnyttelse av utstyret 30 for å fastlegge en motstandsforand-ring i en jordformasjon og som eventuelt kan antyde forekomst av hydrokarboner, eller eventuelt nærvær av andre fluider, f.eks. av den art som kan være ønskelig under stimulering eller mer omfattende oljeutvinningsprosesser. I fig. 2 er ordinaten for hver av de viste kurver dybden for vedkommende måling regnet fra jordoverflaten 18, mens abscissen er en skala som begynner ved null for hver av de målte parametre. Linjen 52 angir jordens motstandsevne, f.eks. i ohm-m. Jordens motstandsevne kan oppvise en hovedsakelig konstant verdi bortsett fra ved nærvær av fluider, slik som hydrokarboner, som har større motstandsevne enn visse andre substanser. Den viste diskontinuitet 54 angir således en økning i motstandsevne. Hvis det antas at strøm flyter ut fra foringen i hovedsakelig konstant grad uavhengig av dybden, anviser kurven 56, som angir strøm, en diskontinuitet ved 5 8 som uttrykk for et sted med øket jordmotstand. Kurven 60 angir den faktiske strøm som måles langs vernerøret 16 med økende dybde, nemlig fra det punkt hvor strømmen tilføres, idet det antas ensartet strøm-fluks ut fra hylsteret inn i formasjonen 12. Diskontinuiteten 62 i kurven 60 angir stedet for øket motstandsevne. Kurven 64 er en opptegning av spenningsforskjell målt trinnsvis langs foringen som en funksjon av dybden. Ideelt sett er helningen av kurven 64 konstant, bortsett fra diskontinuiteten 66, hvor den økede motstand i formasjonen bringer spenningsfallet til å avta langsommere.

En feilkilde ved måling av formasjonsmotstand ligger i forandringer i motstandsevnen, f.eks. langs den foring eller det vernerør hvor utstyret 30 er anordnet. Da den totale motstandsevne som måles ved det arrangement som er vist i fig. 1 også omfatter motstandsevnen for selve vernerøret, må denne størrelse tas hensyn til ved beregning eller bestemmelse av formasjonens motstandsevne. Som påpekt i den samtidig løpende US-patentansøkning 889.572, innlevert 24. juli 1986, vil de faktiske dimensjoner av et vernerør med gitt nominelt omfang variere langs dets lengdeutstrekning, og det foreligger også en vesentlig variasjon i elektrisk motstand pr. lengdeenhet på grunn av forskjeller i den kjemiske sammensetning av det stål eller annet metall som utgjør vernerøret eller foringen. Etterhvert som korrosjon opptrer i foringen vil også dens veggtykkelse bli nedsatt og motstanden øke. Det er således også nødvendig å måle vernerøret eller brønnforingens motstand for å kunne utlede formasjonens motstandsevne med god nøy-aktighet. Videre vil uønskede eller uviktige spenningssignaler som f.eks. kan opptre innenfor loggeutstyr av tidligere kjent utførelse, lett overskride de målte signaler. Utstyret og teknikken i henhold til foreliggende oppfinnelse vil følgelig kunne overvinne begge disse tidligere problemer ved elektriske loggemetoder og derved frembringe et forbedret og særeget måleapparat for bestemmelse av formasjonsmotstand.

Det skal nå henvises til fig. 3 hvor det er vist et noe forenklet blokkskjema for de komponenter som kan inngå i huset 32 for å drive utstyret 30. En forsterkerkrets, som omfatter en forforsterker som vil bli nærmere beskrevet senere, er i drift koblet til kontaktorganene 40 og 42. Forsterkerkretsen 7 0 er tilkoblet en forsterkningsinnstillende forsterker 72 og en klokke 74. Utgangssignalet fra den forsterkningsinnstillende forsterker 72 overføres til en A/D-omformer 75, og derfra til en passende sentral databehandlings- og regulatorenhet eller CPU 76. Regulatorenheten 76 driver klokken 74 og regulerer også på hensiktsmessig måte en bipolar strømkilde 7 8 av kjent styrke til å påtrykke et potensial mellom kontaktorganene 38 og 44, således at motstandsevnen for foringen 16 kan beregnes ut i fra den spenning som måles av forsterkerkretsen 7 0 ved hjelp av kontaktorganene 40 og 42, samt den kjente amplityde for strømkilden 78. Strømkilden styres hensiktsmessig av av en klokkekrets, slik det vil bli nærmere beskrevet her, og den strøm som flyter fra strømkilden 78 har en forut bestemt verdi som kan innstilles av regulatorenheten 76. Utgangssignalene fra regulatorenheten 76 behandles hensiktsmessig av en driverkrets 82 tilkoblet kabelen 24. Inngangssignaler til regulatorenheten og den motstandsmålende krets som er beskrevet her føres ned i borehullet gjennom kabelen 24 til en mottager- og dekoderkrets 84.

Det skal nå henvises til fig. 4 hvor det er vist et koblingsskjerna for forsterkerkretsen 70, og som er vist å omfatte den angitte strømkilde 78 og klokke 80 i fig. 3. Kretsen 70 omfatter en differensialforsterker 90 som er anordnet med sine inngangsklemmer 91 og 92 tilkoblet kontaktorganene 40 og 42, slik som vist. De spenninger som påvises av kontaktorganene 40 og 42 påtrykkes følgelig differensialforsterkeren 90 med vekslende polaritet for å nedsette virkningene av tilfeldige signaler og forskyvningsspenninger i differensialforsterkeren. En inverterende forsterker 93 har sin inngangsklemme tilkoblet utgangsklemmen 94 for forsterkeren 90. Forsterkeren 93 er fortrinnsvis utført for å ha en forsterkning på minus 1 ved sin utgangsklemme 95 hvilket vil si at det signal som opptrer på lederen 95 nominelt har samme amplityde, men motsatt polaritet i forhold til det signal som opptrer på utgangsklemmen 94. Et omkoblernettverk 96 er anordnet og har sine to innganger tilkoblet klemmene 94 og 95 samt en utgangsleder 98 forbundet med et filter 100.

Utgangssignalet fra filteret 100 kan overføres til den forsterkningsinnstillende forsterker 72 eller direkte til A/D-omformeren 7 5 over lederen 101, alt etter filtersignalets utgangsnivå. Klokken 80 er for sin drift tilkoblet strømkilden 7 8 og omkoblernettverket 96, således at disse elementer bringes til omkobling mellom sine alternative tilstander i nøyaktig samme takt. Handelskilder for noen av komponentene er Analog Devices Inc., del AD624SD for differensialforsterkeren 90, Burr Brown Corporation, del OPA105WM for inverteren 93, Harris Corporation, del HI5051-2 for omkoblernettverket 96, mens et topolet Butterworth-filter med en avskjæringsfrekvens på 1/10 av klokkefrekvensen for klokken 80 kan anvendes som lavpassfilteret 100. Som vist i fig. 3 og 4, er strømkilden 78 i drift tilkoblet kontaktorganene 38 og 44 gjennom forskjellige ledere, henholdsvis 104 og 106. En bryter 108 er innlagt i lederen 104 for alternativt å kunne koble kontakten 38 til en strømkilde 109, fig. 3, med passende frekvens og spenningspotensial som kan detekteres av forsterkerkretsen 70 under måling av formasjonsmotstand. Strømkilden for bestemmelse av formasjonsmotstand kan føres ned i borehullet ved hjelp av kabelen 24 med en leder 110 til bryteren 108 og kontakten 38, således at alle spenningsforskjeller som påvises langs vernerøret eller foringen 16 etterhvert som kontaktorganene 40 og 42 beveger seg langs denne, kan måles for å registrere eventuelle vesentlige forandringer i den strømmengde som forlater foringen og flyter ut i formasjonen. Kilden 109 kan etter ønske tilkobles foringen 16 gjennom lederne 48 eller 110 ved hjelp av en bryter 111, slik som vist i fig. 3.

Ved en foretrukket utførelse av kretsen 70 er forsterkeren 90 utført for å ha en forsterkning på ett tusen. For anskuelig-hetens skyld kan det antas at den omkoblingsbare strømkilde 78 har fått instruksjon fra regulatorenheten 7 6 til å bringe positiv strøm til å flyte fra kontakten 38 til kontakten 44.

I denne første tilstand av strømkilden 7 8 er da den spenningsforskjell som påvises mellom kontaktene 40 og 42 av sådan art at kontakten 40 er positiv i forhold til kontakten 42. Det signal som opptrer på utgangsklemmen 94 er derfor summen av to ledd. Det første ledd i denne sum er den påviste spenningsforskjell mellom kontaktene 40 og 42 multiplisert med forsterkningen. Det annet ledd i summen er den totale forskyvning som foreligger i forsterkerkretsen 90. På grunn av den høye forsterkning som er påkrevet for å forsterke spenninger i området 1 til 10 mikrovolt, som påvises mellom kontaktene 40 og 42, vil forskyvningsspenningen i differensialforsterkningen 9 0 være typisk 80 til 100 ganger større enn det ønskede signalledd som representerer den påviste spenningsforskjell mellom kontaktene 40 og 42 multiplisert med forsterkningen.

Det bør også bemerkes at med strømkilden 7 8 med fortsatt samme polaritet for strømfluksen, påtrykkes det foreliggende signal på klemmen 94 inngangssiden av inverteringsforsterkeren 93, som da har et utgangssignal bestående av summen av tre ledd. Det første ledd er da summen av den påviste spenningsforskjell mellom kontaktene 40 og 42 multiplisert med forsterkningen i differensialforsterkeren 9 0 samt med forsterkningen i inverteringsforsterkningen 9 3 (som er lik minus 1). Det annet ledd i summen er den sammensatte spenningsforskyvning i differensialforsterkningen 90 multiplisert med forsterkningen i inverteringsforsterkeren 93. Det tredje ledd i summen er den sammensatte forskyvningsspenning som er iboende i inverteringsforsterkeren 93. Da inverteringsforsterkeren har en forsterkning på minus 1, hvilket er meget lavt, kan det utnyttes en pålitelig forsterker 93 med et sammensatt forskyvningsledd som er uvesentlig sammenlignet med de øvrige ledd som opptrer på utgangsklemmen 95.

I den første driftstilstand for strømkilden 7 8 er det således to signaler som påtrykkes inngangssiden av omkoblernettverket 96. Det ene inngangssignal er det foreliggende signal på lederen 94, som utgjøres av spenningsforskjellen mellom kontaktene 40 og 42 multiplisert med forsterkningen i forsterkeren 90, pluss den sammensatte spenningsforskyvning i forsterkeren 90. Det annet.inngangssignal utgjøres av signalet på lederen 95, som er minus 1 multiplisert med spenningsforskjellen mellom kontaktene 40 og 42 multiplisert med forsterkningen i forsterkeren 90, pluss den sammensatte spenningsforskyvning i inverteringsforsterkeren 93.

Hvis nå regulatorenheten 7 6 gir strømkilden 7 8 ordre til å vende strømfluksens polaritet, så vil den påviste spenningsforskjell mellom kontaktene 40 og 42 ha samme størrelse men motsatt polaritet sammenlignet med den første driftstilstand for strømkilden 78. Den sammensatte spenningsforskyvning for differensialforsterkeren 90 og inverteringsforsterkeren 93 opprettholder imidlertid samme polariteter som i den første driftstilstand av strømkilden 78, da de er uavhengige av inngangssignalet. I den annen driftstilstand av strømkilden 78 vil derfor de to signaler som påtrykkes inngangene for omkoblernettverket 96 være forandret med hensyn til visse signalledd. Signalet på lederen 94 utgjøres nå av spenningsforskjellen mellom kontaktene 40 og 42 (som nå har omvendt polaritet sammenlignet med den første driftstilstand for strømkilden 78) pluss den samlede spenningsforskyvning i forsterken 90. På lignende måte er nå signalet på lederen 95 nå minus 1 multiplisert med spenningsforskjellen mellom kontaktene 40 og 42 (som selv har omvendt polaritet sammenlignet med den første driftstilstand for strømkilden 78), pluss minus 1 multiplisert med den samlede forskyvning i forsterkeren 90, pluss den samlede spenningsforskyvning i forsterkeren 93.

Omkoblernettverket 96 bringes nå til samarbeid ved sin tilkobling til den omkoblingsbare strømkilde 7 8 på sådan måte at i den første driftstilstand av strømkilden vil signalet på utgangslederen 9 8 fra omkoblernettverket 96 være identisk med signalet på lederen 94, nemlig spenningsforskjellen mellom kontaktene 40 og 42 multiplisert med forsterkningen i forsterkeren 90, pluss den samlede forskyvning i forsterkeren 90. I den annen tilstand av strømkilden 7 8 vil signalet på utgangen 98 fra omkoblernettverket 96 være identisk med signalet på lederen 95, nemlig minus 1 multiplisert med spenningsforskjellen mellom kontaktene 40 og 42 (som er det samme som minus 1 ganger spenningsforskjellen mellom kontaktene 40 og 42 i den første driftstilstand), pluss minus 1 ganger den samlede spenningsforskyvning i forsterkeren 90, i tillegg til den samlede forskyvning i forsterkeren 93.

En enkel middelverdi av signalene på utgangen 98 fra omkoblernettverket 96 representerer således spenningsforskjellen mellom kontaktene 40 og 42 (ved anvendelse av den første driftstilstand for strømkilden 78 som referanse), pluss halvparten av den samlede spenningsforskyvning i inverteringsforsterkeren 93. Den samlede forskyvning i forsterkeren 90 er da eliminert. Som angitt ovenfor, kan imidlertid den samlede spenningsforskyvning i forsterkeren 9 3 anses som uten betydning. En måte å oppnå denne middelverdi på er å utnytte sådanne midler som et lavpassfilter 100. Andre middelverdiorganer kan også anvendes, f.eks. en summeringsforsterker og sample/holdeelementer.

I den kretsutførelse som er vist arbeider klokken 80 med en

50 % nyttefaktor, således at det signal som opptrer på lederen 9 8 vil foreligge som en firkantbølge. Det vekslende parti av firkantbølgen utgjøres hovedsakelig av forskyvningsspenningen i forsterkeren 90. I en foretrukket utførelse arbeider klokken 80 ved en frekvens som minst er ti ganger avskjæringsfrekvensen i lavpassfilteret 100, således at dette lavpassfilter effektivt vil være i stand til å fjerne apparatets vekselandel. Andre forhold mellom klokkefrekvensen i filterets avskjæringsfrekvens kan også anvendes, hvis så ønskes. Som en følge av dette vil det utgangssignal som opptrer på lederen 101 omfatte den forsterkede inngangsspenning som påvises av kontaktene 40 og 42 pluss halvparten av den frembragte forskyvningsspenning av inverterkretsen 93. Da denne forskyvningsspenning er ubetyde-lig liten i forhold til det forsterkede inngangssignal, vil utgangssignalet på lederen 101 være en meget nøyaktig forster-ket representant for det ønskede signal.

Signalforholdene er nærmere anskueliggjort i fig. 5. I denne fig. 5 er de signaler som opptrer på lederne 98 og 101 angitt som spenning som funksjon av tid. Firkantbølgemønsteret 112 er da den bølgeform som opptrer på lederen 98. De høyere spenningspartier på dette bølgemønsteret og som er angitt ved henvisningstallet 114, har en verdi tilsvarende inngangsspen-ningen (Vi ) ganger forsterkningen (G) for forsterkerkretsen 90, pluss forskyvningsspenningen i differensialforsterkeren 90 (Vqs1). vosl er angitt som positiv av anskuelighetsgrunner, skjønt det er velkjent at sådanne forskyvningsspenninger enten kan være positive eller negative. På lignende måte har de lavere partier 116 av bølgeformen 112 en verdi som er lik

G(V. )-V , pluss forskyvningsspenningen i inverterkretsen 93

-LX1 Uo-L

(V usz,). Bølgeformen som er angitt ved stiplet linje 118 representerer da middelverdien av partiene 114 og 116 i bølgeformen 112. Som angitt, er denne middelverdi lik G(Vj_n) pluss /4(V _) . Denne middelverdi opprettes av filteret 100 og

OS ^

opptrer på utgangslederen 101. Som angitt ovenfor, kan den del av spenningen på lederen 101 som representeres av Yi (V OSm 0) ignoreres, således at utgangssignalet på lederen 101 hovedsakelig er lik G(Vj_n) •

Med bryteren 108 i den stilling som kobler den kjente strøm-kilde 78 til foringen 16, vil utgangssignalet på lederen 101 representere foringens motstand. Ved omkobling av strømkilden 7 8 til å vende om signalpolariteten på inngangssiden av forsterkeren 9 0 i synkronisme med omkoblernettverket 96 og føring av signalet på lederen 98 gjennom filteret 100 til lederen 101, vil forskyvningsspenningene i forsterkerkretsen 90 bli filtrert ut fra det signal som opptrer på lederen 101. Frekvensen for klokken 80 er fortrinnsvis slik at det frembringes et omkoblet likestrømssignal med en frekvens under ca. 10 Hz. Ut i fra samme forutsetning vil den strømkilde som påtrykkes lederne 48 og 5 0 også befinne seg i samme frekvensom-råde og vil fortrinnsvis være et omkoblet likestrømssignal i området fra 1,0 amp til 10,0 amp og 200 mikrovolt til 1000 mikrovolt avfølt over kontaktene 40 og 42. Strømkilden må drives synkront med omkoblernettverket 96 styrt av mottager- og dekoodingskretsen 84 i samarbeid med CPU og reguleringsenheten 76.

Det er ment at målingene for å bestemme foringens motstandsevne og formasjonsmotstanden kan utføres mer eller mindre kontinuerlig etterhvert som utstyret 30 forskyves langs vernerøret eller foringen 16. Reguleringsenheten 76 er fortrinnsvis utført for alternativt å fastlegge foringsmot-standen ved først å påtrykke den kjente strømkilde 7 8 på kontaktene 38 og 44, og beregne foringens motstandsevne på grunnlag av avlesning av spenningsforskjellen mellom kontaktene 40 og 42 samt den strøm som avgis fra kilden 78. Strøm fra lederen 110 påtrykkes så kontakten 38 og måles, mens spenningsforskjellen mellom kontaktene 40 og 42 utleses for å bestemme hvor forandringer i formasjonsmotstanden har funnet sted. Ved å føre kilden for formasjonsstrøm nedover i borehullet til kontakten 38, kan signalnivået opprettholdes på en høyere verdi enn i det tilfellet målestrømmen for formasjonsmotstanden påtrykkes brønnhodet over lederen 48. Foringens motstandsevne kunne naturligvis blitt fastlagt under en vandring av utstyret 30 gjennom borehullet og fulgt av en måling av formasjonsmotstanden under en annen vandring. Ved vekselsvis å koble mellom bestemmelse av foringens motstandsevne og bestemmelse av formasjonsmotstanden, kan imidlertid det nøyaktige sted hvor en målbar forskjell i den strøm som forlater foringen 16 inn i formasjonen, bli fastlagt. Ved å påføre strøm direkte på kontakten 38, unngås det lavere signal-nivå som vil foreligge ved større dybder i det tilfelle en strømkilde påtrykkes vernerøret eller foringen ved jordoverflaten. Elektronisk støy ved kretsene blir da også mindre fremtredende, som en følge av de høyere signalnivåer som vil foreligge når strømmen påtrykkes nær målestedet.

I fig. 6 er det vist en forenklet motstandsmodell for foringen 16 og formasjonen 12. For hvert måleintervall av spenningsforskjeller langs foringen 16, vil den strøm (<I>cn) som flyter langs foringen innenfor intervallet n være fastlagt ved måling av spenningsforskjellen og den tidligere bestemmelse av foringens motstandsevne (<R>cn). Bestemmelsen av strømfluksen i intervaller langs foringen tilsvarende n+1, n+2 o.s.v., kan oppnås ved direkte målinger, og den strøm som flyter inn i formasjonen mellom hvert intervall utgjøres da av forskjellen mellom den strøm som flyter gjennom foringen innenfor det forutgående intervall og den strøm som flyter gjennom foringen i det påfølgende intervall.

Den strøm (<I>fn) som flyter gjennom formasjonen innenfor intervallet n kan således bestemmes ut i fra ligningen:

If = Ic _ Ir

<x>n - <c>n <c>n+1

Den strøm som flyter inn i formasjonen for hvert intervall er således forskjellen mellom den strøm som forelå i foringen innenfor det forutgående intervall og den strøm som flyter gjennom foringen innenfor det påfølgende intervall. Da det påtrykte potensial mellom foringen 16 og elektroden 46 er kjent og den strøm som flyter gjennom formasjonen kan fastlegges, kan formasjonens motstandsevne innenfor et bestemt intervall beregnes.

Fremgangsmåten og apparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også utnyttes for å bestemme formasjonsmotstand eller utføre "logging" gjennom et borerør som utfører boring i en uforet brønnboring, hvor motstanden på grunn av ledende fluid i brønnboringen mellom borerørets utside og brønnboringens vegg kan antas å være uforandrerlig. Borerørets motstandsevne kan således bestemmes direkte på samme måte som foringens motstandsevne ble målt, idet en motstandsfaktor for fluidet mellom borerøret og brønnboringen kan utnyttes, og den totale formasjonsmotstand kan fastlegges ut i fra kjente egenskaper med hensyn til drillrørets motstandsevne, og motstandsevnen av fluidet i ringområdet mellom borerøret og formasjonen.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å bestemme en forut utvalgt elektrisk egenskap ved en underjordisk formasjon (12) hvor det er boret minst ett brønnhull (14) som innvendig er fSret med et langstrakt vernerør (16) av metall, idet det opprettes en elektrisk potensialkilde (28, 109) for innkobling mellom nevnte vernerør (16) og en elektrode (46) som står i forbindelse med nevnte formasjon (12), utstyr som omfatter et første sett innbyrdes adskilte kontaktorganer (38, 44) føres ned i brønnhullet (14) for anleggskontakt med nevnte vernerør (16), et annet sett innbyrdes adskilte kontaktorganer (40, 42) anbringes for anleggskontakt med vernerøret i et område mellom

kontaktorganene i det første sett, og en strømkilde (78) anordnes for tilkobling til kontaktorganene i det første sett,karakterisert ved at: a) den elektriske motstand i et utvalgt parti av nevnte vernerør bestemmes ved å koble det annet sett kontaktorganer (40, 42) over nevnte utvalgte parti og tilføre strøm fra nevnte strømkilde (78) til det første sett kontaktorganer (38, 44), idet potensialforskjellen mellom nevnte kontaktorganer i det annet sett måles, b) et elektrisk potensial påtrykkes gjennom nevnte formasjon mellom elektroden (46) og vernerøret, og den derved frembragte strøm gjennom det utvalgte parti med kjent motstand bestemmes ved å måle potensialforskjellen mellom kontaktorganene (40, 42) i det annet sett, og c) den strøm som flyter inn i eller ut av formasjonen langs det utvalgte parti av vernerøret bestemmes som forskjellen mellom den strøm som passerer gjennom nevnte utvalgte parti og strømmen gjennom et annet utvalgt parti av nevnte vernerør, og de målte strømmer som flyter inn i eller ut av vernerøret utnyttes til å bestemme den forut utvalgte egenskap.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert ved at nevnte sett av kontaktorganer (38 - 44) forskyves langs vernerøret (16) mens såvel vernerørets motstand som den strøm som flyter inn i eller ut av formasjonen (12) langs det valgte parti av vernerøret, bestemmes .

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert ved at nevnte elektriske potensialkilde (28, 109) opprettes ved at strøm tilføres vernerøret (16) på et sted nær jordens overflaten (18).

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert ved at nevnte elektriske potensialkilde (28, 109) opprettes ved at strøm tilføres vernerøret (16) på et valgt sted under jordens overflate (18).

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert ved at nevnte elektriske strøm tilføres vernerøret (16) gjennom ett av nevnte kontaktorganer (38-44).

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert ved at det som strømkilde for tilkobling til det første sett kontaktorganer (38, 44) anvendes en bipolar strømkilde.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6,karakterisert ved at nevnte bipolare strømkilde utgjøres av en omkoblingsbar likestrømkilde.

8. Apparat for å bestemme resistiviteten for en jordformasjon (12) hvori det er boret et brønnhull (14) som er foret med et langstrakt vernerør (16) som inneholder utstyr for å anbringes innenfor utvalgte partier av brønnhullet, idet nevnte utstyr omfatter et første sett innbyrdes adskilte kontaktorganer (38, 44) for anleggskontakt med nevnte vernerør (16), et annet sett innbyrdes adskilte kontaktorganer (40, 42) for anleggskontakt med vernerøret over et nevnte utvalgt parti av røret og mellom kontaktorganene i det første sett, en elektrisk strømkilde for tilkobling til det første sett kontaktorganer for å frembringe en strøm av kjent styrke gjennom nevnte utvalgte parti av vernerøret mellom kontaktorganene i det annet sett, en elektrisk potensialkilde (28, 109) for innkobling mellom vernerøret og en elektrode (46) i elektrisk ledende kontakt med formasjonen (12) på et sted i avstand fra brønnhullet, karakterisert ved utstyr for å måle påtrykt potensial på formasjonen mellom vernerøret og elektroden (46), en krets (70) tilkoblet det annet sett kontaktorganer (40, 42) for å måle potensialforskjell over det utvalgte parti av vernerøret for derved å utlede den elektriske motstand i dette utvalgte parti, idet nevnte krets også er anordnet for å måle potensialforskjellen over det utvalgte vernerørparti når den elektriske potensialkilde (28, 109) er innkoblet mellom vernerøret og elektroden, for derved å kunne komme frem til den strøm som da flyter gjennom det utvalgte parti ut fra nevnte potensialforskjell og den målte motstand, samt utstyr (76) for å bestemme forskjellen mellom den strøm som flyter i nevnte utvalgte parti og strømmen i et annet utvalgt parti av vernerøret, som et uttrykk for den strøm som flyter ut av eller inn i formasjonen på det sted hvor nevnte utvalgte parti av vernerøret befinner seg.

9. Apparat som angitt i krav 8,karakterisert ved at at det videre omfatter utstyr (108, 111) for selektivt å koble nevnte potensialkilde (28, 109) til vernerøret (16) enten ved jordens overflate (18) eller et sted på fdringsrøret under jordens overflate (18).

10. Apparat som angitt i krav 8,karakterisert ved at nevnte målekrets omfatter en differensialforsterker (90) med inngangsledere tilkoblet hver sitt kontaktorgan (38, 44) i det første sett og er utstyrt med en utgangsleder (94), idet kretsen (70) for potensialforskjeUmåling videre omfatter: en inverterkrets (93) med en inngangsklemme tilkoblet differensialforsterkerens utgangsleder (94) og utstyrt med en inverterutgangsleder (95), omkoblerutstyr (96) med en første inngangsklemme tilkoblet differensialforsterkerens utgangsleder (94) og en andre inngangsklemme forbundet med inverterens utgangsleder (95), samt utstyrt med en styreinngang og en utgang (98) innrettet for alternativt å kobles til nevnte første eller andre inngangsklemme, et filter (100) med en inngangsklemme tilkoblet omkobler utstyrets utgangsleder (98) samt utstyrt med en egen utgangsleder (101), og klokkeutstyr (80) med en utgangsleder tilkoblet nevnte første strømkilde (78) for å veksle polariteten av den strøm som tilføres vernerøret (16), i synkronisme med omkoblerutstyrets vekslende gjennomkobling av sin første eller andre inngangsklemme til sin utgangsleder (98).