NO180249B - Fremgangsmåte og apparat for logging av spontan-potensial - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et apparat for bruk ved tilveiebringelse av indikasjoner på variasjoner i strukturen av en grunnformasjon, og mer spesielt forbedringer ved logging av spontan-potensiale eller selv-potensiale (SP) som er til stede ved veggen til grunnforma-sj onen.

Ved geologiske undersøkelser, og spesielt i forbindelse med undersøkelser av grunnen ved leting etter underjordiske petrokjemiske fossilavsetninger, er det kjent å måle visse elektriske egenskaper som finnes langs veggen av en grunn-formas jon. Det blir vanligvis laget et borehull, som ved hjelp av en konvensjonell borerigg, og med borehullet fylt med et boreslam blir en elektrode-anordning på en sideveggpute beveget langs borehullets lengde mens en spenning påtrykkes mellom elektroder og puten, og de resulterende strømmer og/eller spenninger som er til stede ved veggen, blir overvåket og registrert. Registrering kan finne sted på magnetbånd, på en blekkskriver, og en datamaskin-plate eller i et datamaskinlager. En samtidig registrering av elektrode-anordningens posisjon langs veggen, blir foretatt, slik at en opptegning av avstand langs borehullet som funksjon av en valgt elektrisk egenskap kan dannes ut fra de lagrede data.

Variasjonene i elektrode-strømmene og/eller spenningene som overvåkes og fremvises på denne måte, har vist seg å korrelere med visse egenskaper ved den tilstøtende grunn-formas jon. En måte å bestemme denne korrelasjonen på, er å foreta en kjerneboring, d.v.s. at det foretas en smal, sylindrisk utskjæring i de geologiske formasjoner, og kjernen inne i utskjæringen blir fjernet intakt slik at borehullet dannes. Logging av den frilagte borehullsveggen blir så utført, og de resulterende målte elektriske verdier ved hver dybde blir sammenlignet med strukturen og egenskapene til kjernen ved tilsvarende steder. Erfaringer oppnådd ved hjelp av slike kjernekorrelasjoner, gjør det mulig å tilordne spesielle fysiske, kjemiske og geologiske egenskaper til verdiene og formene på logge-bølgeformer som blir oppnådd senere i andre borehull, med en stor grad av sikkerhet.

En populær teknikk for å oppnå de ønskede resistivitetsmålinger er mer spesielt å benytte en gruppe elektroder eller "knatter" montert på, men isolert fra, en elektrisk ledende pute, som blir presset mot borehullsveggen når den trekkes oppover, mens et spennings- eller strømnivå blir påført mellom hver knapp og en fjernelektrode i slammet eller ved overflaten. De strømmer som derved frembringes, flyter i det minste delvis fra elektrodene gjennom borehullsveggen med en størrelse som er avhengig av egenskapene til grunnformasjonen umiddelbart ved siden av elektrodene. Slike fremgangsmåter er blitt kalt mikro-resistivitetsmålinger siden de måler den elektriske resistiviteten til meget små vertikale segmenter av veggstrukturen.

Selv om en separat loggebølgeform kan oppnås for hver elektrode ved hjelp av en slik resistivitetsmåling, har det vist seg meget fordelaktig å omforme den informasjon som frembringer slike resistivitetsbølgeformer, til en todimensjonal visuell avbildning av resistiviteten til sporet langs hvilket anordningen trekkes. Dette bildet oppviser vanligvis lysstyrke-variasjoner som svarer til variasjonene i resistivitet i den strimmelen eller det segmentet av veggen som elektrode-gruppen føres over. En utføreIsesform av et slikt system er formasjons-mikroavsøkeren (the Formation Micro-Scanner FMS™) fra Schlumberger Well Services, og det har vist seg å være kommersielt vellykket for borehullslogging i forbindelse med petrokjemiske undersøkelser. Informasjon vedrørende slike systemer finnes for eksempel i US patent nr. 4 468 623 og 4 567 759. En ulempe ved slike systemer at de har en tendens til ikke å virke godt i forbindelse med oljebaserte slam, som har høye resistiviteter. Siden oljebaserte slamtyper er meget ønskelige i visse tilfeller av grunner som ikke har forbindelse med loggefunksjonen, utgjør denne begren-sningen en betydelig ulempe ved resistivitetslogging.

I visse tilfeller vil videre resistivitetene til lag med ganske forskjellige materialer eller fysisk konfigurasjon ikke skille seg vesentlig fra hverandre. Lag som har meget forskjellige sand- og skifer-innhold, kan for eksempel oppvise omtrent den samme resistivitet, noe som gjør forskjellene mellom dem udetekterbare ved hjelp av mikro-resistivitetslogging.

En annen kjent fremgangsmåte for å oppnå indikasjoner på visse grove karakteristikker ved grunnformasjonen, er å logge spontan-potensialet eller selv-potensialet (SP) til den eksponerte overflaten av et borehull i en grunnformasjon ved å trekke en elektrode oppover i borehullet og benytte det målte elektriske potensial ved elektroden som en indikasjon på SP. Det målte selv-potensial kan så fremvises som en opptegning av selv-potensial som funksjon av avstand langs borehullet. SP-elektroden er i slike tilfeller vanligvis montert nær midten av borehullet, og selv om den frembringer visse nyttige indikasjoner på store variasjoner i beskaffenheten og strukturen av den tilstøtende geologi, er den oppløsning som dette arrangementet er i stand til å frembringe, vanligvis ganske dårlig, for eksempel i størrelsesorden 1 fot. Dette har vært nok for de tradisjonelle formål som SP-målinger er blitt benyttet til, d.v.s. til å skjelne tykke skiferformasjoner fra andre formasjoner slik som sandlag, og til å bestemme konduktiviteten i formasjons-vann. Ved vurderingen av tynne laminerte reservoarer er det imidlertid ønskelig å ha oppløsninger i størrelsesorden 0,25 cm.

Det er også kjent å utføre loggingen av selv-potensial langs en borehullsvegg ved å benytte en elektrode anbrakt i en fordypning litt under en overflate på en elektrisk isolerende sideveggpute, og å trekke puten oppover mens puteoverflaten blir presset mot borehullsveggen. Selv om den resulterende loggebølgeform var av en viss nytte, fant den ikke bred generell anvendelse fordi den ikke tilveiebrakte tilstrekkelig pålitelige, nøyaktige, klare representasjoner av selvpotensialet i den tilstøtende grunnformasjon.

Fra US patent nr. 4,523,148 er kjent en SP-loggeanordning med to elektroder som er anbrakt langs borehullets retning, men ikke på tvers av retningen. Dette betyr at loggesonden frembringer bare en enkelt trase, og ikke noe todimensjonalt bilde. De to elektrodene tilveiebringer en differensiell måling, som så kan gjennomsnittsberegnes. På samme måte oppviser også US patent nr. 4,451,790 en SP-loggesonde med en vertikal gruppe elektroder. Også i dette tilfelle er det slik at elektrodene ikke er plassert langs en tverrgående retning i forhold til loggeretningen, og anordningen kan således ikke frembringe noe todimensjonalt bilde. Målingene overlapper hverandre etterhvert som loggingen skrider frem, og målingene gjennomsnittsberegnes for å redusere støy.

SP-signalet har to komponenter: det elektrokjemiske potensial og det elektrokinetiske potensial. Det elektrokjemiske potensial oppstår fra diffusjonen av ioner mellom formasjonsvannet og borefluidet under en ionisk konsentra-sjonsforskjell. Det elektrokinetiske potensialet oppstår fra bevegelsen av fluidet fra borehullet til formasjonen under en trykkforskjell. Det elektrokjemiske potensial er tradisjonelt blitt brukt til å bestemme konduktiviteten av formasjonsvannet (relatert til formasjonsvannets ioniske konsentrasjon), en viktig parameter ved evaluering av formasjoner. Det kan potensielt brukes til å bestemme utskiftingskapasiteten av kationer i sandskifer, igjen en viktig parameter ved evaluering av formasjoner i sandskifer-reservoarer. Det elektrokinetiske potensial kan brukes til å overvåke bevegelsen av fluidum gjennom soner med lav permeabilitet.

Styrken av SP-kiIdesignalet kan styres bare ved å endre trykket eller den ioniske konsentrasjon av borehulls-fluidet. Slike endringer er upraktiske under de fleste boreforhold. Til sammenligning kan de spenninger og strømmer som injiseres under målinger av resistivitetstypen som tidligere er beskrevet, lett reguleres av operatøren til nesten ethvert hensiktsmessig nivå for å frembringe et optimalt nivå for det målte signal. De tidligere ueffektive, konvensjonelle SP-loggeprosedyrer for overvåkning av fine strukturer skyldes i det minste delvis, det faktum at styrken av selvpotensialet ikke lett kan styres, og målingen blir derfor særlig sårbar for støy.

Det er særlig fire viktige slags målestøy og forvrengninger som har påvirket målinger av selv-potensial:

1) endringer i potensialet til referanseelektroden,

2) polarisering av elektrodene;

3) bimetall-strømmer; og

4) det ohmiske potensialfall fra strømningen av selvpotensial-strømmen i borehullet.

Disse fire forskjellige støytypene kan forklares på følgende måte: 1) Referanseelektroden blir vanligvis anbrakt i slamgropen, eller på overflaten. Potensialet til denne referanseelektroden kan endre seg under logging på grunn av overflate-fenomener, (for eksempel været). 2) Alle måleelektrodene er laget av metaller som er utsatt for polariserings-effekter. Det målte potensial mellom slike elektroder avhenger derfor av elektrodenes overflate-tilstander som kan endre seg under logging. 3) Alle apparater har frilagte metalldeler. To forskjellige metaller som eksponeres for borefluidet, danner et batteri, og "bimetall-strømmen" som flyter mellom disse to metallene, forvrenger SP-målingen. 4) Borehullsfluidet er vanligvis ledende i betydelig grad. Selvpotensial-strømmer flyter i en lukket sløyfe; en del av sløyfen er i formasjonen og en del av sløyfen er i borehullsfluidet. Konvensjonelt blir selvpotensialet målt med en elektrode anbrakt midt i borehullet, hvilken måler det ohmiske potensial-fall fra den strøm som flyter i borehullet. Det målte selv-potensial blir derfor bare en del av det totale potensial (SSP, eller statisk selv-potensial). Ved forekomst av mange tynne geologiske lag, avhenger det ohmiske potensial-fall midt i borehullet derfor på en kompleks måte av det statiske selvpotensial langs en betydelig lengde av formasjonen, noe som resulterer i et signal med lav oppløsning. Det er ikke mulig å anslå det statiske selvpotensial med høy oppløsning fra det målte ohmiske fall med lav oppløsning midt i borehullet.

Det er blitt foreslått å montere en SP-avfølende elektrode slik at den blir presset utover for å ligge direkte mot en overflate av et borehull når den trekkes oppover, for å forsøke å forbedre SP-målingene. Se for eksempel US patent nr 3 914 686. Så vidt søkeren kjenner til er imidlertid det spesielle SP-elektrodearrangementet som er foreslått i dette patentet, aldri blitt brukt kommersielt, og det er nå klart at det ikke kunne virke riktig slik som beskrevet i patentet, siden SP-elektroden vil forandres drastisk og uforutsigbart mens den trekkes langs borehullsveggen i direkte kontakt med denne.

Det er også kjent å bruke et par vertikalt innrettede elektroder anbrakt nær midten av borehullet for å frembringe absolutte og relative SP-verdier, og kombinere de lavfrekvente komponentene i den absolutte SP-verdien med de høyfrekvente komponentene til de relative SP-verdiene for å oppnå en mer nøyaktig SP-måling. Selv om egenpotensialet har vært nyttig på denne måten, har det likevel forblitt en parameter med liten kommersiell betydning eller verdi, spesielt når det gjelder å oppnå indikasjoner på tynne lag med forskjellige egen-potensialer målt langs lengden av borehullet.

Det er følgelig et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et nytt og forbedret system og en fremgangsmåte for å bestemme den geologiske finstrukturen til grunnformasjoner ved å måle egen-potensial eller spontan-potensial (SP).

Et annet formål er å tilveiebringe et slikt SP-system og fremgangsmåte som gir pålitelige indikasjoner på finstrukturen til en frilagt overflate av en grunnformasjon.

Et ytterligere formål er å tilveiebringe et slikt SP-system og fremgangsmåte hvor SP-finstrukturen kan skjelnes lett og nøyaktig selv ved forekomst av betydelige forstyrrende signaler eller forhold, spesielt for å skjelne mellom sand- og skifer-lag eller forskjellige grader av skifrighet.

Det er et ytterligere formål å tilveiebringe en slik fremgangsmåte og et slikt apparat som virker tilfredsstillende selv med borehullsslam med forholdsvis høye resistiviteter, slik som oljebaserte slam.

Disse og andre formål med oppfinnelsen blir oppnådd ved å tilveiebringe et system og en fremgangsmåte i samsvar med de vedføyde patentkravene.

Mer spesielt tilveiebringes et system og en fremgangsmåte hvor en oppstilling eller gruppe bestående av en flerhet med elektroder som er adskilt lateralt fra hverandre, er anordnet umiddelbart tilstøtende, men i liten avstand fra en vegg som skal logges, og som flyttes til forskjellige posisjoner langs veggen, mens målinger av egen-potensialet blir foretatt ved hver elektrode. Disse SP-representerende signalene blir brukt til å frembringe et todimensjonalt visuelt bilde av egen-potensialet over og langs det segment av veggen som undersøkes ved hjelp av gruppen. Elektrodene er fortrinnsvis anordnet i fordypninger litt under overflaten av en isolerende bærepute som beveges langs og i kontakt med formasjonsveggen.

Fortrinnsvis minst fire og i spesielle foretrukne utførelsesformer, minst fem til ti slike lateralt adskilte elektroder blir brukt. Fortrinnsvis blir det også brukt mer enn en rad med slike lateralt adskilte SP-avfølgende elektroder, idet elektrodene i minst noen av radene er innrettet med elektrodene i minst en av de andre radene langs loggebevegelsens retning for å muliggjøre bruk av differensielle SP-målinger og/eller for å tilveiebringe nyttig redundant SP-informasjon. I visse tilfeller er i det minste noen av disse radene ikke innrettet på denne måte, men inneholder i stedet elektroder i forskutte posisjoner for derved å tilveiebringe mer fullstendig dekning av det loggede segment av borehullsveggen og tilsvarende mer kontinuerlig SP-informasjon i retningen normalt på loggebevegelsens retning.

Den ovennevnte bruk av en flerhet med elektroder adskilt langs retningen på tvers av loggeretningen, og bruken av egenpotensialene ved disse elektrodene til å danne et todimensjonalt visuelt bilde av egenpotensialet til det veggsegmentet som avsøkes ved hjelp av elektrode-gruppen, har vist seg å gi SP-logging som er i stand til å frembringe pålitelige, lett observerbare og lett tolkbare indikasjoner av finstrukturen langs veggen av en grunnformasjon, selv i slam med høy resistivitet. Dette er tilfellet til tross for det vanlige nærvær av betydelig interfererende støy.

De fire forskjellige slags støy som er kort beskrevet ovenfor og som interfererer med vanlige SP-målinger, kan likevel være til stede til tider i målingene ifølge oppfinnelsen, men denne støyen kan lett overvåkes og virkningen kan stort sett elimineres eller i det minste dempes sterkt, som beskrevet nedenfor: 1) Endringer i potensialet til referanseelektroden. Disse endringene vil påvirke de absolutte egen-potensialer i en gitt elektroderad med den samme størrelse, og vil ikke påvirke de differensielle egen-potensialer mellom en elektrode i en rad og en annen elektrode i en annen rad aksialt innrettet med den. Slik støy kan lett gjenkjennes som perfekte horisontale trekk i det absolutte SP-bildet, enten visuelt eller ved hjelp av programvare, og kan fjernes ved å bruke relative SP-målinger som beskrevet nedenfor. 2) Polarisering av elektrodene. Elektrodene er innfelt i puten og er ikke direkte i kontakt med formasjonen. Likevel kan overflate-egenskapene til en av elektrodene fra tid til annen endre seg plutselig på grunn av skraping mot formasjonen. Den resulterende målestøyen kan imidlertid lett gjenkjennes i SP-bølgeformen eller bildet som isolerte, hendøende topper i signalet fra en av elektrodene. Når det først er gjenkjent, er støyen lett å fjerne ved signal-behandling. Overflateegenskapene til hver av elektrodene kan også endre seg langsomt, noe som resulterer i langsomme driv i de målte potensialer. Siden det foretas en rekke målinger kan slike driv fjernes ved hjelp av signal-behandling, for eksempel ved hjelp av en kjent utjevnings-algoritme som er basert på den antagelse at statistikken for signalet målt ved hjelp av individuelle elektroder over et stort dybdeintervall bør være den samme for alle knappene. 3) Bimetallstrømmer. Ved fravær av støy er de absolutte egenpotensial- og de differensielle egenpotensial-målingene redundante. Det differensielle egenpotensial mellom et par vertikalt innrettede elektroder, for eksempel elektrodene 1 og 2, målt ved en gitt tid tx skal være det samme som differansen mellom de to absolutte egenpotensialene til elektrode 1 målt ved forskjellige tider t1 og t2, hvor t2 er det tidspunkt da elektrode 1 passerer den samme posisjon på borehullsveggen som elektrodens 2 posisjon ved tiden tx. D.v.s. at det differensielle egenpotensial kan oppnås ved hjelp av nummerisk differensiering at det absolutte egenpotensial, eller omvendt, at det absolutte egenpotensial kan oppnås ved numerisk integrering av det differensielle egenpotensial. Dette redundansforholdet gjelder imidlertid ikke lenger ved forekomst av bimetall-strømmene. Kilden for bimetallstrømmen er i apparatet og vil bevege seg med apparatet. Posisjonene til kilden for bimetallstrømmen ved t2 og t2 er forskjellige. Derfor er det differensielle egenpotensial mellom elektrode 1 og elektrode 2 målt ved tiden tlt ikke det samme som differansen mellom de to absolutte egenpotensialene til elektrode 1 målt ved tidene tx og t2, og derfor kan forskjellene mellom absolutte og relative målinger frembrakt ved hjelp av konstruksjonen med flere rader, brukes til å detektere forekomsten av bimetallstrømmer. 4) Det ohmske potensialfall fra eqenpotensial- strømmen i borehullet. Den isolerende puten som skyves mot formasjonen, forhindrer SP-strømmer fra å strømme i lukkede baner i borehullet. Elektrodene som er montert på puten, er meget nærmere formasjonen enn de konvensjonelle SP-sensorer som er montert nær midten av borehullet. Det målte egenpotensial, som er meget nær verdien av statiske egenpotensial (SSP), reagerer derfor på individuelle lag selv om de er tynt laminerte.

Fordi SP-signalene ifølge oppfinnelsen blir presentert som et todimensjonalt visuelt bilde av veggen, og fordi en ekspert som ser på bildet har kjennskap til de typer finstrukturer som kan finnes og som er sannsynlige på det valgte geologiske sted, er han i stand til mentalt å se bort fra eller kompensere for virkningene av betydelige mengder falske signaler, mens han fremdeles får en forståelse for den virkelige finstrukturen til veggen. Denne egenskapen har vist seg å endre SP-overvåkningen fra en upålitelig kilde for grunnformasjoner som har lav oppløsning, til en som kan konkurrere med resistivitetsmålinger med hensyn til oppløsning og pålitelighet, og som gir en alternativ informasjons-kilde om finstrukturen. Fordi den ikke beror på måling av en injisert strøm, er den også brukbar i forbindelse med slam med forholdsvis høy resistivitet, slik som oljebaserte slam. Den er spesielt nyttig når det gjelder å frembringe pålitelig diskriminering mellom skifere og sand, selv i oljebaserte slam.

De foretrukne trekk ved oppstillingens geometri som er antydet ovenfor, dens anbringelse og bevegelse, og den foretrukne signalbehandling, tjener til å forsterke SP-systernets egenskaper når det gjelder de ovennevnte forhold, noe som vil bli beskrevet mer detaljert i det følgende.

Andre forhold og trekk med oppfinnelse vil fremgå av den følgende detaljerte beskrivelse i forbindelse med de vedføyde tegninger, hvor: Fig. 1 er et vertikalt oppriss som skjematisk viser et borehull og tilhørende petrokjemisk undersøkelses-utstyr, omfattende et loggeapparat opphengt i borehullet, i hvilket systemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med fordel kan benyttes; Fig. 2 er et forstørret perspektivriss i delvis snitt som klarere viser en del av sonden som er representert skjematisk på figur 1, og som bærer apparatur i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 3a, 3b og 3c er henholdsvis et perspektivriss, et hori-sontalt riss i tverrsnitt og et oppriss av en bærepute og en oppstilling av SP-målende elektroder montert på puten i samsvar med den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 4a er et skjema, hovedsakelig i blokkform, som illustrerer den generelle beskaffenhet av et foretrukket elektrisk system som fortrinnsvis befinner seg i logge-apparatet nede i borehullet, og som reagerer på egenpotensialene med å generere og levere til overflaten, tidsmultipleksede, digitale datasignaler som representerer egenpotensialverdiene ved elektrodene i oppstillingen; Fig. 4b er et blokkskjerna som illustrerer apparaturen på overflaten for å motta datasignalene og for å frembringe et todimensjonalt, visuelt SP-bilde fra disse; Fig. 4c er et blokkskjema over et arrangement for å detektere visse feil i de SP-verdier som er oppnådd med systemet på figur 4a; Fig. 4d er et blokkskjema over et annet arrangement for detektering av slike feil; Fig. 5a-5e omfatter et sett med skjematiske diagrammer som illustrerer andre geometriske arrangementer av elektrode-oppstillinger som kan benyttes i forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen; Fig. 6 omfatter opptegninger over ti SP-bølgeformer frembrakt ved hjelp av to rader med SP-elektroder i en opp stilling slik som vist på figur 5b, ved å bruke et vannbasert slam, sammen med den tilsvarende SP-logg; og Fig. 7 viser tyve SP-bølgeformer frembrakt ved systemet på

figur 5c under bruk av et oljebasert slam, sammen med den tilsvarende SP-logg.

Det vises nå til de utførelsesformer av oppfinnelsen som spesielt er vist på tegningene, og som bare er ment som et eksempel, og uten at det på noen måte begrenser rammen for oppfinnelsen. På figur 1 vises et borehull 10 som strekker seg vertikalt inn i en grunnformasjon 12 for å frembringe en hovedsakelig sylindrisk frilagt vegg 14. Dette borehullet vil vanligvis ha blitt dannet ved hjelp av konvensjonelt boreutstyr som vanligvis brukes ved leting etter petrokjemiske avsetninger. Under slik boring blir det vanligvis brukt et boreslam, og dette antas fremdeles å være til stede i borehullet, slik som ved 16, idet boreslammet kan være vannbasert og dermed ha en ganske lav resistivitet, men det kan istedet være oljebasert slam og ha en høy resistivitet, for eksempel større enn 1 million ohm/meter.

I borehullet 10 er opphengt et SP-overvåkende apparat 20 som henger fra en trekk-kabel 22, som ved sin øvre ende strekker seg omkring skiver 23 og 24 til spolen 26 på en vinsj 28. Vinsjens spole kan roteres i begge retninger for å heve eller senke apparatet ved at operatøren styrer en motor 30 i det kjøretøyet 32 som bærer vinsjanordningen. Skiven 23 blir vanligvis understøttet av en boretårn-ramme 38 sentrert over borehullet. På kjøretøyet 32 er det også anordnet elektronisk apparatur 40 som muliggjør styring av de forskjellige operasjoner under en logging, og som også foretar signalbehandling og lagring av signalene fra SP-elektrodene. Dette generelle arrangementet er i seg selv velkjent og det behøver ikke beskrives i detalj her, bortsett fra når det gjelder spesielle modifikasjoner for bruk i forbindelse med foreliggende oppfinnelse.

Loggeapparatet omfatter en sonde 41 og en elektronisk enhet 44 som er forbundet med hverandre ved hjelp av en fysisk leddforbindelse 43. Sentrering av apparatet i borehullet kan lettes ved hjelp av sentreringsanordninger med buefjærer, slik som 42, som vanligvis omfatter fire buefjær-anordninger med lik vinkelmessig avstand som strekker seg radielt utover mot borehulis-veggen.

Som forklart nærmere nedenfor, inneholder den elektroniske enheten en elektronisk forsterker for hver av SP-elektrodene 45 på hver av de fire isolerende putene, slik som 46, som er anordnet med 90° mellomrom omkring sondeapparatets langsgående akse, og som også inneholder tidsmultipleks-apparatur for sampling av hvert av SP-nivåene på SP-elektrodene for å frembringe et enkelt serietog av pulser fra hver pute, idet hver puls representerer den samtidige styrke av SP-nivået ved en av elektrodene. Hvis det benyttes en hul pute, kan den være forsterket ved at den er fylt med olje under trykk på en måte som er kjent på området, for å beskytte den mot slammets knusende kraft ved meget store dybder. Disse multipleksede signalene blir fortrinnsvis tilført en digitaliserings-anordning, slik at de seriemessige samplene blir omdannet til et signal sammensatt av seriemessige, digitale biter for overføring gjennom en av flere (vanligvis 7) ledere i den armerte trekk-kabelen 22, som strekker seg opp til den elektroniske apparaturen 40 på kjøretøyet eller anordningen som bærer vinsjen. Slike samplings- og digitaliserings-anordninger er velkjente for andre formål, spesielt i forbindelse med FMS-systemet (registrert varemerke) for måling av resistivitet i en frilagt vegg av en grunnformasjon ved hjelp av elektroder som bæres av en sideveggpute som føres langs veggen. I foreliggende tilfelle har den første forsterker som er forbundet med hver elektrode, fortrinnsvis en høy inngangsimpedans.

Hver av putene, slik som 46, er montert på et par bære-anordninger, slik som 47, som tvinger putene utover mot bore-hullsveggene ved hjelp av fjærvirkning eller hydraulisk trykk på en måte som er kjent i systemer for resistivitetsmåling. Putene og bæreanordningene er av elektrisk isolerende materiale, i det minste ved den overflate som er eksponert for det omgivende slam, og sonden er fortrinnsvis også omgitt av et isolerende materiale.

Man vil forstå at det fullstendige systemet også kan benytte, ved overflateN, passende kjente apparater for generering av dybdeinformasjon for frembringelse av signaler som indikerer den dybde ved hvilken de målte egenpotensialer inntreffer, hvilket apparat kan være det samme som eller maken til det som er blitt benyttet tidligere i forbindelse med resistivitetslogging. De digitaliserte signaler som representerer egenpotensialene, blir i den elektroniske apparatet 40 på passende måte tilordnet de tilsvarende tall som representerer den dybde ved hvilken hvert egenpotensial ved hver elektrode blir målt. På denne måten er det elektroniske utstyret i stand til å generere digital informasjon som representerer verdiene av egenpotensialet ved hver elektrode for hver dybde der det blir samplet. Denne informa-sjonen kan benyttes i det elektroniske utstyret 40 til å frembringe, etter passende signalbehandling, av et tilsvarende todimensjonalt visuelt bilde, eller kan i visse tilfeller registreres på ethvert passende lagringsmedium, slik som bånd, for overføring til et sentralt sted hvor signalbehandling og overføring til todimensjonal bildeform kan utføres.

De elektroniske aspekter ved systemene er generelt antydet ved hjelp av blokkskjemaene på figurene 4a til 4d. De SP-avfølende elektrodene, slik som 45, som for eksempel kan være i et antall av tyve og anordnet i to rette rader med ti i hver, blir samplet i kjent rekkefølge ved hjelp av en tidsmultiplekser, hvis utgangssampler så blir digitalisert. Ved å bruke en oppadrettet loggehastighet på 1800 fot/time, kan således hele settet med SP-elektroder samples med en repetisjonsfrekvens på omkring 60 ganger/sekund. Hver elektrode blir derved samplet omkring hver 2,5 mm når den i dette eksempelet beveger seg oppover.

Figur 4a viser elektronikken nede i borehullet som bæres av loggeapparatet, og figur 4b viser elektronikken i kjøretøyet 32 på overflaten.

I dette eksempelet blir det antatt at hver pute bærer to horisontale rader A og B (se figur 4a) med ti elektroder hver, idet elektrodene i de respektive rader er vertikalt innrettet med hverandre. I bruk under logging strekker radene seg vanligvis (og i dette eksempelet) hovedsakelig i azimut-retning omkring den langsgående, (d.v.s. vertikale) aksen til loggeapparatet. På figur 4a er hver elektrode spesifisert ved sin rad (A eller B) og sitt kolonnenummer (1 til 10).

Som vist på figur 3c er hver elektrode 45 koplet til en tilsvarende leder, slik som 45A, som strekker seg inn i puten og som ved hjelp av en kabel, slik som 46A, leder til en inngangsklemme på en respektiv programmerbar instrumenteringsforsterker (PIA). For å generere såkalte "absolutte" egenpotensialer (SP), er hver elektrode koplet til plussinngangen på en PIA, mens minus-inngangen på PIA blir forsynt med et "referanse-potensial", i dette eksempelet fortrinnsvis potensial-nivået til slamgropen på overflaten.

Hver programmerbar forsterker (PIA) kan styres ved hjelp av et styresignal tilført over en respektiv styrelinje merket "c" som blir aktivert ved hver 2,5 mm bevegelse av elektrodeputen, for å bringe hver PIA til å avføle og holde den samtidige verdi av sitt utgangspotensial inntil det neste styresignal blir tilført. Hvert påfølgende sett med slike PIA-utgangsverdier blir betegnet som en ramme, og de programmerbare forsterkerne virker hovedsakelig som sample- og holde-anordninger som utfører en rammegripende funksjon ved å fryse elektrode-potensialverdiene hvert tiende sekund, noe som er lenge nok til at den følgende multiplekser kan sample alle sekvensielt før neste ramme med elektrode-potensialer blir dannet og samplet, som beskrevet nedenfor.

Mer spesielt blir ti PIAer, av hvilke bare to er vist 50, 51, blir på sine respektive negative inngangsklemmer forsynt med en valgt referansespenning, og ved deres positive inngangsklemmer med de egenpotensialer som er til stede ved elektrodene Al til A10, respektive. Utgangene fra de ti programmerbare instrumentforsterkerne 50. 51 o.s.v., er derfor de absolutte egen-potensialer ved de ti elektrodene Al til A10 som alle tilbakestilles til de nye elektrode-potensialverdiene ved hver 2,5 mm bevegelse av elektrode-puten.

Likeledes blir egenpotensialene ved SP-elektrodene Bl til B10 levert til den positive inngangsklemmen på 10 tilsvarende programmerbare instrumentforsterkere (PIA), av hvilke bare to (60, 61) er vist, for å frembringe ved deres utgangslinjer, de ti absolutte egenpotensialene for SP-elektrodene Bl til B10, idet disse verdiene blir tilbakestilt med rammefrekvensen, d.v.s. for hver 2,5 mm oppadgående bevegelse av puten, i dette eksempelet. Relative verdier av egenpotensialene på en rad med elektroder, målt i forhold til innrettede elektroder i den andre raden, blir oppnådd ved å levere hver av de ti egenpotensialene fra de ti elektrodene i rad A til pluss-inngangsklemmene på ti tilsvarende programmerbare instrumentforsterkere (av hvilke bare to, nr. 70, 71 er vist), og levere egenpotensialene ved de respektive tilsvarende de langsgående retning innrettede elektroder i rad B til de negative inngangsklemmene på de samme ti forsterkere. Resultatet av dette er å frembringe, ved utgangslinjene på de sistnevnte ti programmerbare forsterkere, ti relative egenpotensialer (Al-Bl) til (A10-B10) under hver ramme.

Under hver ramme blir de ti absolutte egenpotensialene fra de ti elektrodene i rad A levert til inngangsklemmen på en første multiplekser MUX 80, som sampler dem i rekkefølge og leverer samplene til en inngangsklemme på en annen multiplekser MUX-I 82. Hver ramme av de ti absolutte egenpotensialer fra elektrodene i rad B blir levert til en annen første multiplekser MUX 84 og så til en annen inngangsklemme på en annen multiplekser MUX-I, og hver ramme av de ti relative egenpotensialer fra radene A og B blir levert gjennom en første multiplekser MUX 86 til en tredje inngangsklemme på den annen multiplekser MUX-I.

De resulterende kombinerte SP-sampler blir levert gjennom en forsterker 88 med programmerbar forsterkning til en slutt-multiplekser MUX 90, som på sin annen inngangsklemme blir forsynt med SP-sampler fra de andre tre putene, som er utledet og multiplekses nøyaktig som for pute nr. 1, svarende til deler som er betegnet med tilsvarende henvisningstall. Sluttmultiplekseren kombinerer alle fire putesignalsampler med andre konvensjonelle data fra en kilde 91 nede i hullet, for eksempel akselerometer og magnetometer-informasjon for tilførsel gjennom forsterker 92 og A/D-omformer 93 til loggekabelen 22 som leder til elektronikken på overflaten. Nivåene til hver av samplene som er tatt ved hjelp av multi-plekseren, kan digitaliseres til det nærmeste av tolv forskjellige amplitudenivåer som hver er representert ved et forskjellig firebits binært tall. Forsterkerne som elektrodene er direkte tilkoplet, har fortrinnsvis svært høy inngangsimpedans for å unngå unødig elektrisk belastning av den geologiske kilden for egenpotensial i veggen av formasjonen. Detaljene ved det systemet som er vist på figur 4, er meget lik de i det tidligere kjente FMS-systemet, bortsett fra elektrode- og pute-arrangementet og arrangementet for forsterkning av elektrode-signalene og for å kombinere dem til å frembringe absolutte og relative egenpotensialer.

Som vist på figur 4b, blir signalet som ankommer fra elektronikken nede i borehullet til elektronikken på overflaten ved hjelp av loggekabelen 22, levert til en signalkombinerer 94 som også forsynes med utgangen fra en digital dybdesignal-generator 95. SP-dataene og de tilsvarende dybdedata blir så registrert på en båndregistrerings-anordning 96. Når det er ønskelig blir en båndleser 97 på et hvilket som helst hensiktsmessig sted, forsynt med og aktivert for å lese båndet fra registrerings-anordningen 96 inn i en minidatamaskin, slik som en minidatamaskin 98 av typen VAX modell 750, som behandler dataene for å fremheve deres nøyaktighet og klarhet og som leverer dem i passende form til en kommersiell optisk skriver 99, slik som en Visor modell S. Skriveren tilveiebringer en papirutgang som inneholder et todimensjonalt intensitetsmodulert bilde eller kart av egenpotensialet for hvert område av borehullsveggen som er gjennomløpt av de fire putene. Skriveren 99 frembringer fortrinnsvis også en individuell SP-bølgeform for hver av elektrodene, og viser fortrinnsvis også den tilsvarende pute-dybde. Måten dataene blir behandlet og formattert på for til-førsel til skriveren, kan være maken til hva som gjøres med FMS-data i FMS-systemet.

Mer spesielt lagrer minidatamaskinen 98 de mottatte SP-data i et digitalt lager 102 inntil ytterligere behandling skal utføres av den programmerte signal-prosessoren 106. Prosessoren tilveiebringer fortrinnsvis det multipleksings-hastighet og dybde-korreksjon, utjevning og filtrering, som nå er standardfunksjoner ved databehandling, slik som FMS-data i loggesystemer, idet dybdejustering også fortrinnsvis tilveiebringes i tilfeller hvor hver samplingsramme sampler elektroder i forskutte rader, d.v.s. der hvor elektrodene ikke er innrettet i langsgående retning, slik at det for å frembringe et riktig visuelt bilde over en transversal linje over det endelige bilde, må dataene brukes fra forskjellige datarammer som opptrer til forskjellige tider slik at alle elektrode-data som presenteres på en horisontal linje i bildet gjelder den samme horisontale linje i veggen. Med andre samplingstyper behøver dette ikke være nødvendig. Korreksjon for bimetall-feil blir fortrinnsvis også tilveiebrakt i signalprosessoren 106.

Et arrangement for å utføre korreksjonen av bimetall-feilen er vist på figur 4c. Formålet med dette arrangementet er å bestemme om det relative egenpotensial mellom hvilke som helst to vertikalt innrettede elektroder ved en gitt dybde av puten, er lik forskjellen mellom de to tilsvarende absolutte egenpotensial-verdier ved en av elektrodene målt når den er ved posisjonene til de to elektrodene for hvilke det relative egenpotensial ble målt; og om settene med absolutte egen-potensial-data som er oppnådd ved hjelp av en rad med elektroder ved en dybde, er de samme som settene med absolutte egenpotensial-data som er oppnådd fra den andre raden med elektroder når den er ved samme dybde.

På figur 4c blir derfor de digitale data som representerer de relative egenpotensialer, levert til en komparator 102, mens de absolutte egenpotensialer for de tilsvarende elektroder i rad A blir levert til en subtraherings-anordning 104 direkte over linje 106, og også ved hjelp av en "en rads-forsinkelsesanordning" 108, som frembringer en forsinkelse lik den som er nødvendig for at puten skal bevege seg oppover en lengde som tilsvarer den vertikale avstand mellom midtpunktene av radene med elektroder. Utgangen fra subtraheringsanordningen blir levert til en inngangsklemme på komparatoren 102. Komparatoren frembringer et utgangssignal som indikerer forskjeller mellom dens to innganger, og leverer denne forskjellen til en terskelanordning 110. Hvis de relative egenpotensialer mellom elektrodene i radene A og B for en puteposisjon er hovedsakelig de samme som de tilsvarende differanser mellom de absolutte egenpotensialer for elektroder i rad B ved posisjoner som adskiller seg med avstanden mellom radene, så frembringer terskelanordningen ingen utgang; hvis imidlertid komparatoren føler en differanse større enn en forut bestemt terskelverdi, mater terskelanordningen ut et feilsignal ved 111 for å varsle om avviket. Alarmsignalet kan også leveres til slette- eller korrigerings-anordningen 112 for å slette de feilaktige data eller erstatte dem med representative verdier, for eksempel en middelverdi av tilstøtende elektrode-verdier.

I systemet på figur 4c blir også absolutte SP-data fra rad A levert gjennom en enrads-forsinkelsesanordning 116 til en komparator 118 som også forsynes direkte ved sin andre inngangsklemme med de tilsvarende absolutte SP-data fra rad B. Utgangen fra komparatoren 118 blir levert til en terskelanordning 120 hvis utgangssignal gir et varsel ved linje 119 og/eller aktiverer slette- eller korrigerings-anordningen 102 bare når der er en betydelig forskjell mellom de absolutte egenpotensialer som frembringes ved en gitt dybde ved hjelp av rad A, sammenlignet med de absolutte egenpotensialer som frembringes ved hjelp av rad B ved samme dybde.

Figur 4d viser en annen feilavfølende og korrigerende anordning som kan brukes i systemet. De relative egenpotensialer blir integrert i en integrator 130 for å frembringe beregnede verdier av egenpotensialet, og disse beregnede verdiene blir sammenlignet med tilsvarende målte verdier av absolutt egenpotensial i en komparator 132. Eventuelle differanser blir levert til en terskelanordning 136 som frembringer et feilsignal på linje 137 og/eller aktiverer slette- eller korrigerings-anordningen 140 bare når differansene mellom de beregnede absolutte egenpotensialer og de målte absolutte egenpotensialer skiller seg vesentlig fra hverandre.

Man vil forstå at de funksjoner som er beskrevet under henvisning til figur 4b til 4d, fortrinnsvis utføres ved hjelp av programvare i en minidatamaskin 98 istedenfor ved diskrete kretser for hver funksjon. Figur 5a viser mer detaljert typiske dimensjoner for gruppen med 2 x 10 SP-elektroder som er vist ovenfor Elektrodene er vanligvis omkring 6 mm i diameter og er nedfelt omkring 3 mm, med vertikale midtavstander på omkring 15 mm og horisontale midtavstander på omkring 10 mm. De relative egenpotensialer blir tatt mellom hver elektrode og dens innrettede nabo i den andre raden, og de absolutte egenpotensialer blir tatt mellom hver elektrode og en fjerntliggende referanse, slik som armeringen i kabelen, Figur 5b viser en oppstilling med fire innrettede rader med ti SP-elektroder i hver, idet relative egenpotensialer kan utledes for eksempel mellom de to ytre radene og mellom de to indre radene som vist. Absolutte egenpotensialer blir utleder som beskrevet ovenfor, for hver elektrode. Dette gir nyttige redundante relative egenpotensialer og absolutte egenpotensialer, som muliggjør ytterligere diskriminering mot støy. Figur 5c viser fire rader med SP-elektroder som er sideveis forskutt i forhold til hverandre. Som kjent fra teknikkens stand i forbindelse med FMS-systemer, muliggjør en slik forskyvning mer fullstendig sideveis dekning av det loggede veggarealet, idet dybderegulering av dataene fortrinnsvis utføres under signalbehandling slik at data tilveiebrakt ved hjelp av elektrodene ved den samme gitte, horisontale veggposisjon vil danne den tilsvarende horisontale linje i det todimensjonale sluttbildet. Figur 5c viser en oppstilling med to rader egenpotensial-elektroder med ti elektroder i hver, som er innrettet med hverandre, og to andre rader med ti elektroder innrettet med hverandre, men forskutt i forhold til de to første radene. Dette kombinerer fordelene ved oppstillingene på figur 5a og 5b. Figur 5d viser en oppstilling som benytter tre gjensidig forskutte grupper med SP-elektroder, for å oppnå enda bedre fullstendig dekning av den laterale dimensjon av det loggede veggarealet, igjen blir det vanligvis benyttet dybdejustering. Figur 5e viser en forenklet elektrode-oppstilling som er tilstrekkelig til visse formål, men som ikke er å foretrekke når det gjelder å oppnå de mest nyttige resultater, idet den omfatter en enkelt rad med bare seks SP-elektroder. Figur 6 viser en serie med ti vanlige enkeltlinje SP-bølgef ormer frembrakt av skriveren 99 som reaksjon på en enkelt loggekjøring med en rad på ti nedsenkede SP-elektroder, slik som de i den første raden på figur 5b, og den tilsvarende SP-loggen. Loggingen ble utført i et vannbasert slam. Her representerer mørke partier i bildet en skifret formasjon og lyse partier representerer en renere (mindre skyfri) karbonat-formasjon. Figur 7 viser 20 SP-loggebølgeformer frembrakt ved hjelp

av en oppstilling lik den på figur 5c, sammen med det tilsvarende intensitetsmodulerte, todimensjonale bildet, hvor det brukes et vanlig oljebasert slam med høy resistivitet, hvor formasjons-resistiviteten var større enn 2000 ohm/meter. Fine detaljer er klart synlige i bildet.

Det er derfor blitt tilveiebrakt en fremgangsmåte og et apparat for å tilveiebringe et todimensjonalt, intensitets-modulert bilde av egenpotensialet langs arealer av den frilagte veggen til en grunnformasjon, som tilveiebringer fine detaljer ved variasjonene i egenpotensialet langs veggen selv når det benyttes slam med høy resistivitet, slik som oljebaserte slam. Selv om det todimensjonale bildet vanligvis er intensitets-modulert, kan det være modulert på annen måte, for eksempel kan loggesignalet brukes til å fargemodulere bildet, slik at forskjellige SP-verdier vil frembringe forskjellige farger i bildet.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet under spesiell henvisning til spesielle utførelsesformer som gir fullstendige løsninger, kan den anvendes i en rekke former som avviker fra de som er spesielt vist og beskrevet uten å avvike fra oppfinnelsens ramme.

Claims (16)

1. System for frembringelse av indikasjoner på egenpotensialene langs en frilagt vegg av en grunnformasjon, omfattende en elektrodeunderstøttelse og en gruppe med gjensidig isolerte egenpotensial-elektroder som er understøttet på denne, karakterisert ved at egenpotensial-elektrodene er nedsenket i fordypninger i en overflate på understøttelsen, og ved en anordning for å bevege understøttelsen langs en forut bestemt loggeretning etterhvert som elektrode-understøttelsen blir beveget langs og i kontakt med veggen under en loggeoperasjon; idet gruppen omfatter en rekke elektroder som er posisjonert på forskjellig måte langs en retning på tvers av retningen for logge-bevegelsen til gruppen; videre ved en potensial-måleanordning koplet til hver av elektrodene for å frembringe respektive egenpotensial-signaler som indikerer verdiene av egenpotensialene ved elektrodene; og en anordning for dannelse av et visuelt bilde som forsynes med egenpotensial-signalene for å danne et visuelt observerbart, todimensjonalt bilde svarende til mønsteret av egenpotensial-verdier i det segment av veggen som gjennomløpes av gruppen under loggeoperasjonen.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at elektrode-understøttelsen omfatter en pute av elektrisk isolerende materiale, og ved at elektrodene er nedsenket i fordypninger i puten.

3. System ifølge krav 3, karakterisert ved at det finnes minst fem elektroder.

4. System ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste noen av elektrodene i gruppen er adskilt fra hverandre langs retningen av loggebevegelsen.

5. System ifølge krav 4, karakterisert ved at minst noen av elektrodene er innrettet med hverandre langs retningen av loggebevegelsen.

6. System ifølge krav 4, karakterisert ved at minst noen av elektrodene er innrettet med andre av elektrodene langs den transversale retningen.

7. System ifølge krav 4, karakterisert ved at elektrodene er anordnet i en flerhet med rader som strekker seg langs den transversale retning, og ved at radene er adskilt fra hverandre langs loggeretningen.

8. System ifølge krav 7, karakterisert ved at der er minst to rader, og ved at elektrodene i en første av radene er innrettet med elektrodene i en annen av radene langs retningen for logge-bevegelsen.

9. System ifølge krav 1, karakterisert ved at understøttelsen omfatter en pute, at elektrodene er nedsenket i puten, og ved at systemet omfatter anordninger for å presse puten utover mot veggen under loggeoperasjonen.

10. System ifølge krav 1, karakterisert ved at en signalbehandlings-anordning er koplet mellom egenpotensial-elektrodene og anordningen som danner visuelle bilder, for å modifisere egenpotensial-signalene slik at bildet forbedres.

11. System ifølge krav 5, karakterisert ved en anordning for å frembringe signaler som indikerer betydelige avvik mellom (a) det relative egenpotensial som finnes mellom et par i langsgående retning innrettede elektroder ved en gitt tid t1 når den første elektrode i paret er ved en dybde d1; og (b) forskjellen mellom det absolutte egenpotensial til den første av elektrodene ved tiden ^ og det absolutte egenpotensialet for den samme elektrode ved tiden t2 da den når dybden d1.

12. System ifølge krav 5, karakterisert ved en anordning for å frembringe signaler som indikerer betydelige avvik mellom det absolutte egenpotensialet til en elektrode i gruppen når den er ved en gitt dybde, og det absolutte egenpotensialet til en innrettet følgende elektrode i gruppen når den er ved den gitte dybde.

13. Fremgangsmåte for logging av en grunnformasjon for å detektere og fremvise informasjon med hensyn til verdiene av egenpotensialet (SP) langs et i lengderetning utstrakt segment av en frilagt vegg av grunnformasjonen, karakterisert ved: langs og nær et todimensjonalt segment av lengden av veggen føres en gruppe avstandsplasserte, innbyrdes isolerte egenpotensial-elektroder som strekker seg på tvers av loggebevegelsens retning og parallelt med den nærtliggende veggen; egenpotensialet (SP) ved hver av elektrodene avføles mens gruppen beveges langs veggen; og egenpotensialet anvendes til å styre dannelsen av et todimensjonalt bilde av verdiene av egenpotensialene langs segmentet av veggen som passeres av gruppen og som strekker seg hovedsakelig kontinuerlig og på tvers av veggen.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at elektrodene er nedsenket under overflaten til en elektrisk isolerende pute, og ved at puten blir trukket oppover i kontakt med veggen.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at minst to av elektrodene er innrettet med hverandre langs loggeretningen, og ved at det relative egenpotensial som måles mellom de to elektrodene sammenlignes elektrisk med forskjellen mellom de absolutte egenpotensialene til en av elektrodene for de samme to dybder der det relative egenpotensial er målt, for å utlede indikasjoner på feil i verdiene av de målte egenpotensialer.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at minst to av elektrodene er innrettet med hverandre langs loggeretningen, og ved deteksjon av avvik mellom de absolutte egenpotensialer som avføles ved enhver gitt dybde av de to elektrodene.