NO305098B1

NO305098B1 - FremgangsmÕte og apparat for unders°kelse av grunnformasjoner

Info

Publication number: NO305098B1
Application number: NO924083A
Authority: NO
Inventors: Brian Clark; Stephen D Bonner; Jaques Jundt; Martin Luling; Richard A Rosthal; Abdullah A Bagersh
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1992-10-21
Publication date: 1999-03-29
Also published as: EP0540425A2; MY140383A; DE69214086T2; EP0540425A3; DE69214086D1; CA2081790A1; NO924083L; MX9206183A; CA2081790C; EP0540425B1; NO924083D0

Description

Denne oppfinnelse angår brønnlogging og mer spesielt et brønnloggingsapparat og en fremgangsmåte for å bestemme resistiviteten til grunnformasjoner og å sende informasjonen til jordens overflate. En form eller utførelse av oppfinnelsen har generell anvendelse på brønnloggingsområdet, men oppfinnelsen er spesielt nyttig ved logging under boring, også kalt måling-under-boring.

Resistivitetslogging, som måler den elektriske resistiviteten i formasjoner som omgir et borehull, er en vanlig brukt teknikk ved formasjonsevaluering. For eksempel indikerer porøse formasjoner med høy resistivitet generelt tilstedeværelse av hydrokarboner, mens porøse formasjoner med lav resistivitet som regel er vannmettet. Ved såkalt "vaierlednings" brønnlogging hvor målingene blir foretatt i en brønnboring (med borestrengen fjernet) ved å senke loggeanordningen inn i brønnen på en vaierledningskabel og hvor målingene blir foretatt med anordningen mens kabelen trekkes tilbake, er det flere teknikker for resistivitetslogging som anvender elementer slik som elektroder eller spoler. Forskjellige arrangementer av elektroder på loggeanordningen og ved jordoverflaten er blitt brukt for å måle elektriske strømmer og/eller potensialer som formasjonsresistiviteten kan avledes fra. For eksempel er det blitt brukt knappformede elektroder anordnet på en pute som blir tvunget mot borehullveggen. Disse elektrodene er blitt brakt for å frembringe asimutal resistivitetsmålinger, og det er blitt brukt fokuseringsteknikker for å frembringe resistivitetsmålinger som har en vesentlig sideveis utstrekning inn i formasjonene og som gir resistivitetsinformasjon med relativt høy vertikal oppløsning.

Det er også blitt brukt eller foreslått forskjellige teknikker for å måle resistivitet samtidig som boring foretas.

Teknikker som anvendes ved vaierlednings-logging kan eller kan ikke tilpasses for bruk i måling under boring utstyr. Borehullet representerer en vanskelig omgivelse, selv ved vaierledningslogging, men omgivelsene nær brønnbunnen er under boring spesielt ømfintlig eller vanskelig for måleutstyr. For logging under boring-anvendelser er måleanordningen huset i tunge vektrør av stål hvis mekanisk integritet ikke kan kompromisseres. Målefremgangsmåtene som krever et vesentlig overflateareal av elektrisk isolerende materiale på overflaten til vektrørhuset anses upraktiske. Siden isolasjonsmaterialet sannsynligvis vil bli skadet eller ødelagt. Dette gjelder spesielt ved målestrukturer som krever en intim kontakt med den nettopp borede borehullveggen mens borestrengen fortsetter sin rotasjon og gjennomtrenging med den tilhørende aberrasjon og andre påkjenninger.

En fremgangsmåte for resistivitetsmåling anvender en flerhet av toroidespoleantenner som er adskilt og som er montert i et isolerende medium rundt et vektrør eller i utsparede områder på dette. En senderantenne av denne naturen sender elektromagnetisk energi som har en dominerende transversal magnetisk komponent og som med fordel kan bruke det elektrisk ledende legemet til vektrøret, som beskrevet i det etterfølgende.

I US patent nr. 3 408 561 er det beskrevet et logging-under-boring system hvor en toroidemottaksspole er montert i en utsparing på et vektrør nær borkronen, og en toroidesende-spole er montert på vektrøret over mottakerspolen. Vektrøret tjener som en del av en enviklings"sekundærvinning"for toroideantennene, og den gjenværende delen av en slik "sekundærvinning" innbefatter en strømreturbane gjennom slammet og formasjonene. Spenningen som induseres i mottaker-toroidespole gir en indikasjon på resistiviteten på formasjoner som omgir borkronen. US patent nr. 3 305 771 bevitner et tilsvarende prinsipp, men anvender et par adskilte sendetoroide-spoler og et par adskilte mottakertoroide-spoler mellom sendetoroide-spolene.

Som generelt beskrevet i den kjente teknikken, induserer en sendetoroide-spole montert på et vektrør strøm i vektrøret, hvilen strøm forlater vektrøret og entrer formasjonene under sendespolen, og returnerer til borestrengen og sendespolen. Siden vektrøret under sendespolen i hovedsak danner en ekvipotensial-overflate vil en del av strømmen målt av en nedre mottakstoroidespole montert nær borkronen ha en tendens til å bli fokusert sideveis. Dette kan gi en "sideveis" resistivitets-måling av formasjoner inntil vektrøret. En del av strømmen som forlater borestrengen under mottakerspolen gir også en "borkroneresistivitet" måling; d.v.s. en måling av resistiviteten til formasjonene som momentant utskjæres av borkronen. [Se for eksempel de ovenfor angitte US patentene 3 408 561 og 3 305 771, og publikasjoner med tittel "A New Resistivity Tool for Measurement While Drilling", SPWLA Twenty-Sixth Annual Logging Symposium (185) og "Determining The Invason Near The Bit With The MWD Toroid Sonde", SPWLA Twenty-Seventh Annual Logging Symposium (1986)]. Således indikerer den kjente teknikk at en måle under bore loggeanordning som anvender toroidespole-sende og mottaks-antenner kan anvendes for å frembringe laterale eller side-resistivitetsmålinger og/eller bit-resistivitetsmålinger.

Det kan også refereres til de følgende publikasjoner som relaterer seg til måling under boring hvor det anvendes elektroder og andre transdusere: US patent nr. 4 786 874, US patent nr. 5 017 778, og US patent nr. 5 130 950.

Resistivitetsmålinger frembrakt ved bruk av sende og mottakstoroide-spoler på et ledende metall-legeme er nyttige, spesielt ved logging-under-boring anvendelser, men det vil være ønskelig å frembringe målinger som kan gi ytterligere informasjon vedrørende formasjonene nede i brønnhullet; for eksempel lateralt resistivitetsinformasjon som har forbedret vertikal oppløsning, asimutal resistivitetsinformasjon, og multiple undersøkelsesdybder når det gjelder slik resistivitetsinformasjon. Det er blant formålene med den foreliggende oppfinnelse å foreslå utstyr som kan gi slik ytterligere resistivitetsmåle-informasjon. Det er blant formålene her å foreslå resistivitetsloggeteknikker som gir forbedret ytelse i tilstedeværelsen av formasjonslag som har vesentlige resistivitetskontraster.

Under logging-under-boring anvendelser er det foreslått forskjellige fremgangsmåter for å sende måleinformasjonen til jordoverflaten. Et antall av disse fremgangsmåtene involverer bruk av en toroidespoleantenne for å utstråle elektromagnetisk energi som har en transversal magnetisk komponent, fra nede i brønnhullet til jordens overflate, eller til repeatere langs borestrengen som mottar, forsterker, og resender signalene ved bruk av ytterligere toroidespolesendere. Som i systemene først beskrevet ovenfor, som anvender toroidespoler for å frembringe resistivitetsmålinger, blir borestrengen brukt som en strømleder. Det kan for eksempel refereres til US patentene 3 186 222, 3 967 201, 4 578 675, 4 725 837, 4 739 325 og 4 839 644. I US patentet 4 578 675 er det beskrevet et logge under boring apparat som anvender toroidespole-antenner for å frembringe bunnhull-resistivitetsmålinger og anvender en av disse antennene, på en tidsdelebasis, for toveis kommunikasjon med utstyr på jordoverflaten. Kommunikasjonen kan være via passive eller aktive repeaterenheter som ligger lenger oppe. Generelt har brønnhulls/overflateelektromagnetiske telemetrifremgangsmåter som anvender borestrengen som en strømledende komponenet (og typisk slammet og formasjonene som en returstrømbane) intrinsike eller indre begrensninger. Slamkonduktiviteten og konduktiviteten og heterogeniteten til de omgivende informasjoner vil påvirke signalet, og behovet for forsterkninger eller repeatere er uhensiktsmessig og kostbart.

Av forskjellige grunner har fremgangsmåten som har vært mest vellykket ved logging under boring kommunikasjon mellom brønnbunnen og jordens overflate vært den såkalte slampuls-telemetri. Kort fortalt blir trykkpulser (eller akustiske pulser) modulert med informasjonen som skal overføres og påtrykt slamsøylen (typisk nede i brønnen for kommunikasjon med overflaten, selv om toveis kommunikasjon også brukes), og mottatt og demodulert utenfor brønnhullet.

En telemetri submontasje for bruk nede i brønnhullet innbefatter vanligvis utstyret for å kontrollere datakommuni-kasjon med overflaten og for å påtrykke modulerte akustiske pulser på slammet. Når en målessubmontasje (for eksempel en måling av formasjonsparametere og/eller andre parametere som angår boringen slik som brønnhullvekt på borkronen eller retning og helning til borehullet) er huset i et vektrør som er montert inntil brønnhullslam-telemetri submontasjen, kan det være tilveiebrakt en ledningskonnektor for elektroniske sammenkopling mellom disse submontasejene. Naturen til vektrørseksjonene som huser disse enhetene, de typiske gjengede mekaniske forbindelsene mellom disse, og påkjenninge-ne som forbindelsene blir utsatt for gjør ledningsforbindelsen noe uhensiktsmessig, men det er vanlig å utføre slike forbindelser. Et større problem fremkommer imidlertid når et ønsket arrangement av telemetriutstyr på bunnen av borehullet, målevektrør, stabiliseringsvektrør, etc, involverer separa-sjon mellom slamtelemetri-submontasjen og en eller flere målesubmontasjer som den er tenkt å kommunisere med. Under slike omstendigheter kan det være anordnet ledningsbusser og konnektorer for lokal elektronisk forbindelse mellom målesub-montas jen og brønnhullslamtelemetri-submontasjen, men de nødvendige krav for å krysse andre vektrørseksjoner og skjøter er uheldige. Problemet forverres når de relative plasseringer av en bestemt målesubmontasje (eller submontasjer) med hensyn til brønnhullslamtelemetri-submontasjen ikke i og for seg er kjent på forhand og blir bestemt spontant på brønnstedet, hvilket ofte er tilfellet ved moderne boreoperasjoner.

Det er derfor blant de ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe forbedring i effektiviteten og fleksibiliteten til kommunikasjoner i logge under boring systemer.

En utførelse av den foreliggende oppfinnelse anvender en toroidespole-antenne montert i et isolerende medium på et vektrør for å indusere en strøm som forplanter seg i en bane som innbefatter vektrøret og jordformasjoner som omgir vektrøret. Som generelt kjent på området, kan en eller flere toroidespole-mottaksantenner være montert i et isolerende medium på vektrøret for å frembringe typene målinger beskrevet i bakgrunnen for denne oppfinnelsen. En utførelse av den foreliggende oppfinnelse går videre på toroide til toroide-typen måling for å frembringe ytterligere nyttig informasjon om brønnhullformasjonene. I samsvar med en egenskap ved den foreliggende oppfinnelse er det i det minste anordnet en elektrode på vektrøret og denne blir brukt til å detektere strømmer som sendes av sendetoroidespolen hvilke strømmer returnerer via formasjonene til elektroden(e) lateralt; d.v.s. omtrent normalt på aksen til vektrøret. Elektroden har fortrinnsvis en relativt liten vertikal utstrekning, og målingene som blir foretatt med disse elektrodene er nyttige for å frembringe formasjonsresistivitet med relativt høy vertikal oppløsning, såvel som en relativt høy undersøkelses-dybde for den gitte oppløsning. Elektrodene kan også gi asimut-resistivitetsinformasjon. Således frembringes resistivitetsloggemålinger som kan supplementere eller erstatte resistivitetsmålinger frembrakt med toroidespole-mottakerantenne(r). Elektroden(e) kan være montert i et vektrør eller, i samsvar med et trekk her, på et stabilisatorblad som er festet til eller integrert med vektrøret. I en utførelse brukes såvel knapptype-elektrode(r) såvel som en ringtypeelektrode.

I henhold til en utførelse av oppfinnelsen er det beskrevet et apparat for å bestemme resistiviteten til formasjoner som omgir et borehull i jorden. (I den foreliggende søknad er enhver referanse til bestemmelsen eller bruken av resistivitet ment å like gjerne dekke konduktivitet, og omvendt. Disse størrelsene er resiproke og når det nevnes den ene eller den andre i beskrivelsen er det av hensiktsmessige grunner og er ikke tenkt å virke begrensende). Et elektrisk ledende metall-legeme er bevegbart gjennom borehullet. En toroidespole-antenne er anordnet på legemet. (I den foreliggende søknad er "anordnet på" og "anordnet i" begge ment å innbefatte "anordnet på eller i" , og "montert på" og "montert i" er begge ment å innbefatte "montert på eller i"). Det er anordnet innretning for å energisere sendetoroidspole-antennen til å indusere en strøm som forplanter seg i en bane som innbefatter legemet og formasjonene. En elektrode er anordnet på legemet og det er tilveiebrakt en innretning for å måle den elektriske effekten av strømmen på elektroden, idet nevnte elektriske effekt er en indikasjon på resistiviteten til formasjonene. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen består innretningen for å måle den elektriske effekten på elektroden av innretning for å måle strømflyten i elektroden.

I denne utførelsen er også elektroden elektrisk koplet til nevnte legeme, enten direkte eller via kretser som anvendes for å måle strømflyten i elektroden, og overflaten til nevnte elektrode er elektrisk isolert fra overflaten til nevnte legeme.

Søkeren erkjenner at målingen ved en elektrode i den beskrevne type system i det minste i noen grad er bestemt av den totale strømfordelingen i det totale legemet til apparatet som i det beskrevne system er vektrøret og den ledende borestrengen som er koplet til dette. Den totale strøm-fordelingen avhenger i sin tur i en viss grad av formasjonsresistiviteten langs hele lengden av borestrengen. Det oppstår et problem når den målte strømmen ved den tidligere beskrevne elektrode(r) blir påvirket i en vesentlig grad av formasjoner i en meningsfylt avstand fra området til elektroden, og slike formasjoner har resistiviteter som er forskjellige fra resistiviteten til formasjonene i området til elektroden(e). For eksempel opptrer et problem i logge under boreapparatet når måleelektroden(e) gjennomløper et resistivt lag og borkronen skjærer inn i et mer ledende lag. Når dette finner sted, vil strømmen som utsendes fra elektroden minske og på falsk måte indikere en mer resistiv formasjon i området til elektroden (Dette opptrer når elektroden ligger under senderen. I motsatt fall, dersom elektroden ligger over senderen, vil strømmen som utsendes fra elektroden øke og på falsk måte indikere en mer ledende formasjon i området til elektroden). En utførelse av den foreliggende oppfinnelse reduserer dette og andre problemer i sterk grad.

I samsvar med en utførelse av denne form av oppfinnelsen, er det anordnet en første sender for å etablere en første strøm i legemet fra en første senderposisjon på legemet, idet nevnte første strøm løper i en bane som innbefatter legemet og formasjonene. Det er anordnet innretning for å måle et første elektrisk signal, ved elektroden, hvilket signal er resultatet av den første strømmen. En andre sendeinnretning er anordnet for å etablere en andre strøm i legemet fra en andre senderposisjon på legemet som er adskilt fra den første senderposisjonen, og den andre strømmen løper i en bane som innbefatter legemet og formasjonene. Det er anordnet en innretning for å måle et andre elektrisk signal som er resultatet fra den andre strømmen ved elektroden. En strøm-overvåkningsinnretning er anordnet for å måle den aksiale strømmen som passerer en overvåkningsposisjon på legemet for å frembringe en overvåkningsstrømverdi. Det er så anordnet en innretning for å avlede en indikasjon på

formasjonsresistivitet som en funksjon av det første elektriske signalet, det andre elektriske signalet og

overvåkningsstrømverdien.

I en utførelse av denne form av oppfinnelsen omfatter strømovervåkningsinnretningen en innretning for å frembringe en første overvåkningsstrømverdi når den første sendeinnretningen er operativ, og innretning for å frembringe en andre overvåkningsstrømverdi når den andre

sendeinnretningen er operativ, idet avledningsinnretningen er operativ for å avlede nevnte indikasjon på

formasjonsresistivitet som en funksjon av det første elektriske signalet, det andre elektriske signalet, nevnte første overvåkningsstrømverdi og nevnte andre

overvåkningsstrømverdi. I en form av denne utførelsen er det anordnet en ytterligere strømovervåkningsinnretning ved en ytterligere overvåkningsposisjon for å måle den aksiale strømmen som passerer en ytterligere overvåkningsposisjon på legemet for å frembringe en ytterligere

overvåkningsstrømverdi, og avledningsinnretningen er operativ for å avlede indikasjonen på formasjonsresistivitet som en funksjon av den ytterligere overvåkningsstrømverdien.

Som beskrevet ytterligere i detalj i det etterfølgende, opererer denne formen av den foreliggende oppfinnelse slik at den effektivt reduserer eller eliminerer sletteeffekter som resistivitetskontraster i lagene i nærheten til verktøyet kan ha på den tiltenkte målingen av resistiviteten til formasjoner som omgir måleelektroden.

Det kan oppnås fordeler i effektiviteten og fleksibiliteten til kommunikasjonen ved at det anvendes både elektromagnetisk transmisjon og akustisk transmisjon ved overføring av informasjon mellom bunnhullsubmontasjene og jordens overflate. Lokal bunnhull-elektromagnetisk kommunikasjon (for eksempel toroid til toroid) for eksempel mellom flere seksjoner på vektrøret, er et effektivt kommunikasjonsmiddel over en relativt kort avstand, og behovet for ledningskommunikasjon mellom bunnhullssubmontasjer blir redusert eller eliminert, samtidig som det opprettholdes pålitelig akustisk kommunikasjonsforbindelse med jordens overflate. Dette er spesielt fordelaktig i situasjoner hvor en målesubmontasje ikke ligger inntil overflatekommunikasjons-submontasjen i et bunnhul1-arrangement, eller hvor den relative plassering av disse submontasjer i bunnhullarrangementet ikke er kjent på forhånd.

En første submontasje er monterbar i borestrengen nær borkronen og denne første submontasjen innbefatter: et første elektrisk ledende legeme; innretning anordnet på det første legemet for å måle en fysisk parameter som relaterer seg til nevnte boring; en første toroidespole-antenne anordnet på det første legemet; og innretning for å generere et lokalt kommunikasjonssignal som avhenger av nevnte målte fysiske parameter og for å kople nevnte lokale kommunikasjonssignal til nevnte første toroidespole-antenne. [Som brukt her, er en fysisk parameter som relaterer seg til boringen ment å felles innbefatte målinger av egenskapene til formasjoner nær borkronen og målinger som relaterer seg til boreoperasjonen og selve borkronen]. En andre submontasje er monterbar i borestrengen nær borkronen og denne andre submontasjen innbefatter: et andre elektrisk ledende legeme; en andre toroidespole-antenne anordnet på det andre legemet; innretning koplet med den andre toroidespole-antennen for å motta nevnte lokale kommunikasjonssignal og å generere et overflate- kommunikasjonssignal som avhenger av nevnte lokale kommunikasjonssignal; og en akustisk sender for å sende et akustisk overflate-kommunikasjonssignal. En akustisk mottaker er anordnet ved jordens overflate for å motta det akustiske overflate-kommunikasjonssignalet.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i patentkravene

angitte trekk.

Ytterligere egenskaper og fordeler med oppfinnelsen vil bli tydeliggjort på bakgrunn av den følgende detaljerte beskrivelse sett sammen med de medfølgende tegninger i hvilke: Fig. 1 viser skjematisk, og delvis i blokkform, et logge under boring apparat i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen, idet apparatet er vist festet til en borestreng som er nedhengt i et borehull ved hjelp av en vanlig borerigg. Fig. 2 er et tverrsnitt av en måle og lokal kommunikasjons submontasje i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen . Fig. 3 er et tverrsnitt av submontasjen på figur 2 mer

detaljert.

Fig. 4 er et frontriss av et stabilisatorblad med inn-monterte elektroder i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen. Fig. 5 er et tverrsnitt, tatt gjennom et snitt definert av snittlinjen 5-5 på figur 4, av en utførelse av en elektrode i samsvar med en form av oppfinnelsen. Fig. 6 viser skjematisk en krets som er ekvivalent med kretsen på utførelsen i figur 5. Fig. 7 er et tverrsnitt, delvis i skjematisk form, av en utførelse av en elektrode og tilordnede elektriske kretser i samsvar med den ytterligere form av oppfinnelsen. Fig. 8 er et tverrsnitt av en utførelse av en ringelektrode

som anvendes i en form av oppfinnelsen.

Fig. 9 er en representasjon av typen strømmønster frembrakt når sendertoroidespolen på figur 2 blir energisert. Fig. 10 er et blokkskjema, delvis i skjematisk form, av antennene, elektrodene og kretsen som anvendes i en utførelse av oppfinnelsen. Fig. 11 er et flytskjema av en utførelse av en rutine for programmering av prosessoren på figur 10 utførelsen. Fig. 12 er en forenklet fremstilling av et vektrør, øvre og nedre toroidesendere og en ringelektrode, som er nyttige for å forstå en form av oppfinnelsen. Fig. 13 er en kurve over resistiviteten som funksjon av dybden i en serie av ledende lag for måling ved ringelektroden på figur 12, med transmisjon av den øvre og nedre sender. Fig. 14 illustrerer en struktur lik den på figur 12, men for en utførelse med en monitortoroidemottaker inntil ringelektroden. Fig. 15 illustrerer en struktur som er lik den på figur 14, men for en utførelse med en ytterligere monitortoroid-mottaker inntil den nedre sender. Fig. 16 er en kurve over resistiviteten som funksjon av dybde i en serie av ledende lag for en forbedring i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen. Fig. 17 og 18 er kurver over resistiviteten som funksjon av dybden for ikke-kompenserte og kompenserte logginger i resistive lag. Fig. 19 illustrerer strømbanelinjer for anordningen på figur 12 inntil et ledende lag, med transmisjon fra den øvre senderen. Fig. 20 illustrerer strømbanelinjer for anordningen på figur 12 inntil et ledende lag, med transmisjon fra den nedre senderen. Fig. 21 illustrerer strømbanelinjer for den samme situasjonen som på figurene 19 og 20, med strømmer fra de to senderne overlagret. Fig. 22 er en kurve over resistiviteten som funksjon av dybden for en serie ledende lag, hvor resistiviteten er frembrakt ved bruk av den kompenserte ring-strømmen til ligning (2) i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen. Fig. 23 er en kurve over resistiviteten som funksjon av dybden for en serie resistive lag, hvor resistiviteten er frembrakt ved bruk av den kompenserte ringstrømmen til ligning (2) i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen. Fig. 24 er en variant av utførelsen på figur 15 hvor en ytterligere monitortoroide-antenne er anordnet inntil den øvre senderen. Fig. 25 illustrerer en ytterligere utførelse med to knapp elektroder inntil en monitortoroide-antenne. Fig. 26 er et blokkskjema over en del av elektronikken i

samsvar med en utførelse av oppfinnelsen.

Fig. 27 er et flytskjema over en rutine for å styre en prosessor i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen . Fig. 28 er et blokkskjema over en del av elektronikken i

samsvar med en annen utførelse av oppfinnelsen.

Fig. 29 viser skjematisk, delvis som blokkskjema, en

ytterligere utførelse av oppfinnelsen.

Fig. 3 0 viser skjematisk overflate/lokal-kommunikasjon

submontasjen til bunnhullarrangementet på figur 1. Fig. 31 'er et blokkskjema, delvis på skjematisk form, av antennen og kretsene som anvendes i en utførelse av den lokale kommunikasjonsdelen av overflate/lokal-kommunikasjons submontasjen på figur 30. Fig. 32 er et flytskjema over en utførelse av en rutine for

å programmere prosessoren i figur 31 utførelsen.

Fig. 33 viser skjematisk en annen utførelse av oppfinnelsen som anvender elektroder montert i et vektrør.

Med henvisning til figur 1 er det illustrert et måle under boring apparat i hvilket utførelser av oppfinnelsen kan anvendes. [Som brukt her, og dersom ikke annet er angitt, er måle-under-boring (også kalt måling-under-boring eller logging-under-boring) ment å innbefatte det å foreta målinger i et grunnborehull med borkronen og i det minste noe av borestrengen i borehullet, under boring, pause og/eller tripping]. En plattform og boretårn 10 er anordnet over et borehull 11 som blir tilformet i jorda ved hjelp av rotasjons-boring. En borestreng 12 er nedhengt inne i borehullet og innbefatter en borkrone 15 ved dens nedre ende. Borestrengen 12 og borkronen 15 som er festet til denne roteres av et rotasjonsbord 16 (energisert ved hjelp av ikke viste innretninger) som griper inn med et drivrør eller en kelly 17 ved den øvre enden av borestrengen. Borestrengen er nedhengt fra en krok som er festet til en vandreblokk (ikke vist). Drivrøret eller kellyen er tilkoplet kroken ved hjelp av en rotasjonssvivel 19 som tillater rotasjon av borestrengen i forhold til kroken. Alternativt kan borestrengen 12 og borkronen 15 roteres fra overflaten ved hjelp av en "toppdriv" type borerigg. Borefluid eller slam 26 er inneholdt i et reservoar 27 i jorden. En pumpe 2 9 pumper borefluidet inn i borestrengen via en port i svivelen 19 slik at det strømmer nedover (pil 9) gjennom senteret av borestrengen 12. Borefluidet slipper ut av borestrengen via porter i borkronen 15 og sirkuleres så oppover i området mellom utsiden av borestrengen og omkretsen til borehullet, vanligvis referert til som ringen, som indikert med strømningspilene 32. Borefluidet smører derved borkronen og fører f ormas jonsavsk jaer til jordoverflaten. Borefluidet blir returnert til reservoa-ret 27 for resirkulasjon. Etter valg kan en retnings-boremontasje (ikke vist) med en slammotor som har et bøyd hus eller en forskjøvet underdel også anvendes.

I borestrengen 12, fortrinnsvis nær borkronen 15, er det montert en bånnhullmontasje, generelt referert til med henvisningstallet 10 0, som innbefatter utstyr for å måle, prosessere og lagre informasjon, og å kommunisere med jordens overflate. [Som brukt her, betyr nær borkronen innenfor flere vektrørlengder fra borkronen]. Montasjen 100 innbefatter et måle og lokalt kommunikasjonsapparat 200 som er beskrevet ytterligere i det etterfølgende. I eksempelet med det illustrerte bunnhull-arrangement er et vektrør 130 og et stabiliseringsrør 140 vist suksessivt over apparatet 200. Røret 13 0 kan for eksempel være et lite rør eller et rør som huser måleapparat som utfører målefunksjoner forskjellige fra de som er beskrevet her. Behovet for eller ønskeligheten for et stabiliseringsrør slik som 140 vil avhenge av bore-parametrene. Over stabiliseringsrøret 140 er det en overflate, lokal kommunikasjonssubmontasje 150. Submontasjen 150, beskrevet ytterligere i detalj nedenfor, innbefatter en toroideantenne 1250 som brukes til lokal kommunikasjon med apparatet 2 00, og et kjent type akustisk kommunikasjonssystem som kommuniserer med et tilsvarende system ved jordens overflate via signaler som føres i borefluidet eller slammet.

Overflatekommunikasjonssystemet i submontasjen 150 innbefatter en akustisk sender som genererer et akustisk signal i borefluidet som er typisk representativt for de målte brønnhull-parametrene. En egnet type akustisk sender anvender en anordning kjent som en "slamsirene" som innbefatter en spaltet stator og en spaltet rotor som roterer og gjentagende ganger avbryter strømmen av borefluid slik at det dannes et ønsket akustisk bølgesignal i borefluidet. Drivelektronikken i submontasjen 150 kan innbefatte en egnet modulator, slik som en faseforskyvningstaste (PSK) modultator, som på konvensjonell måte frembringer drivsignaler for påtrykning på slam-senderen. Disse drivsignalene kan brukes til å påtrykke passende modulasjon på slamsirenen. Den genererte akustisk slambølgen forplanter seg oppover i fluidet gjennom senteret av borestrengen med hastigheten til lyd i fluidet. Den akustiske bølgen ble mottatt på overflaten av jorden av transdusere angitt med henvisningstall 31..Transduserne som for eksempel er piezo-elektriske transdusere konverterer de mottatte akustiske signalene til elektroniske signaler. Utgangen til transduserne 31 er koplet til mottakssubsystemet 90 som ligger utenfor brønnhullet, som er operativt for å demodulere de kjente signalene, som så kan koples til prosessor 85 og registreringsanordning 45. Et overflatesende-subsystem 95 er også anordnet, og dette kan styre avbrudd av driften til pumpen 2 9 på en måte som er detekterbar av transduserne i submontasjen 150 (angitt ved 99) slik at det er en toveis kommunikasjon mellom submontasjen 150 og overflate-utstyret. I eksisterende systemer tilveiebringes nedover-kommunikasjon ved å kople pumpen(e) 29 på og av i et forut bestemt mønster og å avføle denne tilstanden nede i brønn-hullet. Denne og andre teknikker for overflate til brønnhull-kommunikasjon kan anvendes i forbindelse med trekkene som er beskrevet her. Subsystemet 150 kan også på konvensjonell måte innbefatte søke og prosessorelektronikk omfattende et mikroprosessorsystem (med tilordnet lager, klokke og tids-kretser, og grensesnittkretser) som er i stand til å lagre data fra et måleapparat, prosessere dataene og lagre resulta-tene, og å kople enhver ønsket del av informasjonen som det inneholder til senderstyre og drivelektronikken for overføring til overflaten. Et batteri kan gi effekt til denne submontasjen nede i brønnhullet. Som kjent på området, kan også en brønnhullgenerator (ikke vist) slik som en såkalt "slam-turbin" som drives av borefluidet, også anvendes til å gi effekt, for umiddelbar bruk eller batterilading under boring.

Det må forstås at alternative akustiske eller andre teknikker kan anvendes for kommunikasjon med jordoverflaten.

Som det fremgår av figur 2, innbefatter subsystemet 2 00 en del av et rørformet vektrør 2 02 som har påmontert en senderantenne 205, en mottaksantenne 207 og mottakselektroder 226, 227, 228 og 235. I den foreliggende utførelse omfatter senderantennen 2 05 en toroideantenne (se også figur 3) som har spolevinninger viklet på en ferromagnetisk toroidekjerne som er aksialt sammenfallende med aksen til vektrøret 202. Kjernen kan ha et sirkulært eller rektangulært tverrsnitt, men også andre former kan anvendes. Formålet med denne toroidesenderen er å injisere en spenning langs vektrøret. Vektrøret og formasjonene korresponderer med en viklings eller turn sekundærvinning. Dersom senderen blir eksitert med en drivspenning VTog sendertoroiden har NT vinninger, så vil spenningen som induseres langs vektrøret være VT/NT. D.v.s.

at spennings-forskjellen mellom vektrøret over senderen og

vektrøret under senderen vil være VVp/Nrp. Den resulterende strømmen forplanter seg i en bane som innbefatter borestrengen og formasjonene (såvel som borehullfluidet som antas å ha vesentlig konduktivitet). Mottakselektrodene 226, 227 og 228 er knappelektroder som er montert i en stabilisator 220, og elektroden 235 er en ringelektrode. Mottaksantennen 207 er en annen toroidespole-antenne. Toroidemottakeren måler den aksiale strømmen som flyter gjennom vektrøret. Dersom mottakertoroiden inneholder NR vinninger og strømmen i vektrøret er I, så vil strømmen som flyter gjennom mottaker-vinningen i en kortslutningskrets være I/NR.

Med henvisning nå også til figur 3 såvel som figur 2 er det illustrert ytterligere detaljer vedrørende strukturen til måle og kommunikasjons-subsystemet 200 som er huset i vektrøret 202. Et ringformet chassis 290 som inneholder det meste av det elektroniske utstyret passer inn i vektrøret 202.

I denne utførelsen går boreslambanen gjennom senteret av chassiset, som illustrert med piler 299 (figur 2). Chassiset 290 har et antall spalter, slik som for å inneholde batterier (ved posisjon 291, se figur 2) og kretskort 292. I den viste utførelsen er kretskortene i form av langstrakte tynne strimler og de kan følgelig være plane. Andre kretskort-utforminger eller kretspakker kan anvendes. Sendetoroide-antennen 205 (som også kan anvendes som en mottaker i en kommunikasjonsmodus) er opplagret i et egnet isolerende medium, slik som "VITON" gummi 206. Den monterte spole i isolasjonsmediet er montert på røret 2 02 i en submontasje som innbefatter en beskyttende avtagende metallring 2 09, som er festet til røroverflaten ved hjelp av bolter (ikke vist).Antenneledningen og annet ledningsopplegg er koplet til den ringformede kretsmontasjen via massegjennomføringer som angitt ved 261 (for ledning til antennen 205) 266, 267, 268 (for ledning til elektrodene 226, 227 og 228), og 263 (for ledning til elektrode 235 og antenne 207). Mottakstoroidespole-antennen 207 er utformet generelt på samme måte, men med flere spolevinninger i den foreliggende utførelse, i isolasjons- medium 211, og med beskyttelsesring 213. Mottaksring-elektroden 23 5 er også montert i et isolerende medium slik som en glassfiber-epoxy kompositt 23 6, og holdes i en submontasje som innbefatter avtagende ring 237, som kan være integrert med beskyttelsesringen for mottaksantennen 207.

De tre knappelektrodene 226, 227 og 228 er anordnet i et stabilisatorblad 220 som for eksempel kan ha en typisk rett og buet utforming. (Elektroden kan alternativt være montert i selve vektrøret). To av fire (eller tre) rette stabilisatorblad 219 og 220 er synlige på figurene 2 og 3. Stabilisator-bladene er laget av stål, integrert med en sylindrisk stålhylse som glir på vektrøret 2 02 og butter mot en skulder 203 tilformet på vektrøret. Stabilisatoren er festet til røret 202 med låsemuttere 221. Bladene kan ha en litt mindre størrelse for å forhindre slitasje på elektrodene. Knappelektroden har generelt rund (i dette tilfellet, sirkulær) periferi som generelt vil være inntil borehul1veggen. Knappeoverflåtene kan ha en generelt sylindrisk bue for å passe sammen med stabilisatoroverflaten eller de kan ha flate overflater som er litt tilbaketrukne i forhold til stabili-satorens overflateform. Disse elektrodene opptar bare en liten del av det totale omkretsområdet til borehullet og gir asimut-resistivitetsmålinger. Disse elektrodene har også en vertikal utstrekning som er en liten del av den vertikale dimensjonen til stabilisatoren på hvilken de er montert, og de gir vertikale resistivitetsmålinger med relativt høy oppløsning. I den illustrerte utførelse har overflatene til elektrodene 226, 227 og 228 diametere på omtrent 1 tomme (omtrent 2,5 cm) som er stor nok til å gi tilstrekkelig signalstyrke og liten nok til å gi den ønskede vertikale og asimutmåle-oppløsning. Elektrodevognkretsen, som også kan være oval, er fortrinnsvis inneholdt i et sirkulært område som er mindre enn omtrent 1,5 tomme (omtrent 3,8 cm) i diameter.

I den foreliggende utførelse er topp-partiet til hver elektrode omgitt av et isolerende medium slik som "VITON" gummi, som isolerer elektrodeoverflaten fra overflaten til stabilisatorbladet 220. En glassfiber-epoxykompositt kan anvendes rundt basen til elektroden. Elektrodene 226, 227 og 228 (se også figur 4) gir en returbane fra formasjonene til røret 202 (når vekselstrømspotensialet reverseres vil selvfølgelig også strømbanen reverseres), og strømmen blir målt for å bestemme lateral resistivitet i området av formasjonen som generelt er motstående til elektroden. Elektrodene 227 og 228 er hver lenger fra senderen enn elektroden 226, og må forventes å gi resistivitetsmålinger som har en tendens til å være henholdsvis dypere enn målingen frembrakt fra elektroden 226. Elektrodene er montert i åpninger i stabilisatoren 220 som er innrettet med åpninger i vektrøret 202 for å forenkle kopling av elektrodene til kretser i det ringformede chassis 290.

I en elektrodeutforming er elektrodelegemet direkte montert, i form av en "knast" i stabilisatorlegemet. Som det ses på figur 5 (se også figur 3), er metallknappelektroden (for eksempel 226) montert i et isolerende medium 251, slik som "VITON" gummi og dens halsparti griper inn med gjenger 252 i røret 202. En liten toroidespole 253 er anordnet i et isolerende medium 255, som også kan være "VITON" gummi, i en sirkulær utsparing i røroverflaten. Toroidespolen 253 blir brukt til å avføle strømflyt i elektroden 226. Ledningene fra spolen 253 passerer gjennom en gjennomføring (se figur 3) til kretsene vist på figur 5. Spesielt blir en leder fra strømavfølings-toroidespolen 253 koplet til den inverterende inngangen til en operasjonsforsterker 256. Den andre lederen fra toroidespolen 253, og den ikke-inverterende inngangen til operasjonsforsterkeren 256, er koplet til et jordreferansepotensial; for eksempel legemet til vektrøret 202. En tilbakekoplingsmotstand R^^er anordnet mellom utgangen og den inverterende inngangen til operasjonsforsterkeren 256. Den ekvivalente kretsen er illustrert på figur 6 som viser knappelektrode-knasten som er enkel vikling gjennom kjernen til toroidespolen 253, og antallet viklinger til spolen er lik N. Forsterkningen til operasjonsforsterkeren 256 er svært høy, og VA, spenningsdifferansen mellom den inverterende og ikke-inverterende inngangsterminalen er svært liten, virtuelt lik null. Inngangsimpedansen til operasjonsforsterkeren er svært høy, og i hovedsak flyter ingen strøm inn i noen inngangsterminal. Dersom strømflyten i elektroden 225 er lik lg, og strømflyten i denne "sekundære" toroidespolen er lik lg /IN som strømmer gjennom tilbakekoplingsmotstand R1medfører en forsterkerutgangs-spenning R-^g/N.

Det refereres nå til figur 7 hvor det er vist skjematisk en ytterligere utførelse av en knappelektrode som kan anvendes i en form av den foreliggende oppfinnelse. I denne utførelse er elektrodelegemet (for eksempel 226') opplagret på en isolerende monteringsramme 271 tilformet av et materiale slik som epoxyglassfiberkompositt, og er forseglet med isolasjonsmaterialet 273 av "VITON" gummi. Elektroden er koplet via en vegg-gjennomføring til en ende av primærspolen til en transformator 275 hvis andre ende er koplet til jordreferanse-potensialet (for eksempel vektrørlegemet). Sekundærviklingen til transformatoren 275 er koplet til inngangene til en operasjonsforsterker 256' som arbeider på en tilsvarende måte som opersjonsforsterkeren 256 på figurene 5 og 6. En tilbakekoplingsmotstand R2er koplet mellom utgangen fra operasjonsforsterkeren 256' og dens inverterende inngang, og utgangen er benevnt Vg. Avlevningen av utgangsspenningen som en funksjon av elektrodestrømmen lg skjer på tilsvarende måte som i kretsen på figur 6, unntatt ved at i dette tilfellet er viklingsforholdet, sekundær til primær, n2/nlfog uttrykket for utgangsspenningen er Vg = R2I<gn/>1<n>2. En fordel med dette elektrodearrangementet og kretsen er at n1kan økes for å øke utgangsspennings-sensitiviteten for strømmen som blir målt.

Figur 8 illustrerer en form av ringelektroden 235 som anvendes i utførelsen på figur 2. Ringelektroden som kan være sveist til å være ett stykke, er anordnet på en glassfiber-epoxyisolator 236 og er forseglet med viton gummi 239. En leder 238 som kan loddes eller sveises til ringelektroden 235 er koplet via en gjennomføring til kretser tilsvarende kretsen på figur 7, med en transformator 275, en operasjonsforsterker 256, en tilbakekoplingsmotstand R2og en utgang VB Strøm-avfølingsoperasjonen til denne kretsen er i hovedsak den samme som i kretsen på figur 7.

Tilsynelatende resistivitet til formasjonen er invers proporsjonal med strømmen I målt ved elektroden. Dersom spenningen ved elektroden i forhold til spenningen til vektrøroverflaten over toroidespolesender-spolen 205 er lik V,

er den tilsynelatende resistiviteten R___ = kV/I, hvor k er en

app

konstant som kan bestemmes empirisk eller ved modellering. Dersom det er ønskelig, kan det påføres en korreksjon for å kompensere for elektromagnetisk skinneffekt. Figur 9 viser en generell representasjon av den kjente type strømmønster som er resultatet av energisering av sendertoroidespolen i en brønn som blir boret med slam som har en vesentlig konduktivitet. Mønsteret vil selvfølgelig avhenge av formasjonenes lagmønster og konduktiviteter, og i eksempelet på figur 9 er det vist det forenklede tilfellet med lik eller uniform konduktivitet. Figur 10 viser et blokkskjema over en utførelse av brønnhullkretser i submontasje 200 for å implementere målinger og/eller for å sende informasjon til overflaten/lokal kommunikasjonssubmontasje 150. Knappelektrodene 226, 227 og 228 og ringelektroden 235 er slik koplet via de foran beskrevne avfølings- og forsterkningskretser (for eksempel

figurene 5 til 8, nå referert til med henvisningstallene 1011-1014) til en multiplekser 1020. Utgangen fra mottakertoroidespolen 207 er også koplet, via en avfølings- og forsterknings-krets 1015, til multiplekseren 1020. Multiplekseren 1020 er

under kontroll av en datamaskin eller prosessor 1025, som angitt med linjen 1020A. Prosessoren 1025 kan for eksempel være en egent digital mikroprosessor, og innbefatter lager eller minne 1026, såvel som en vanlig klokke, tids, og inngangs/utgangs-egenskaper (ikke vist separat). Prosessoren kan være programmert i samsvar med en rutine som er illustrert

på figur 11. Utgangssignalet fra multiplekseren 1020 blir koplet via et båndpassfilter 103 0 til en programmerbar forsterkningsforsterker 1033 hvis forsterkning kan kon-trolleres eller styres av prosessoren 1025 via ledning 1033A.

Utgangssignalet fra forsterkeren 1033 er koplet til en likeretter 1035, et lavpassfilter 1036 og så til en analog til digital konverter 103 7, hvis utgang er koplet til prosessoren 1025 via en buffer 1039 som styres av prosessoren. Denne og andre buffere kan være del av prosessorminnet og styre-egenskapene eller foranstaltningene, som kjent på området. Båndpassfilteret 103 0 slipper gjennom et bånd av frekvenser rundt senterfrekvensen som sendes av sendertoroidespolen 205.

Prosessoren 1025 styrer multiplekseren 1020 slik at denne velger de forskjellige mottakerutgangene i sekvens. Forsterkningen til den programmerbare forsterkeren 1033 kan velges i samsvar med mottakeren som blir utspurt under et bestemt multiplekstidsintervall og/eller i samsvar med det mottatte signalnivået for å implementere prosessering innenfor et ønsket område. Det forsterkede signalet blir så likerettet, filtrert og omformet til digital form for lesing av prosessoren 1025.

I den foreliggende utførelse kan senderen til submontasje 200 arbeide i to forskjellige modi. I en første modus sender sendetoroidespolen 205 målesignaler, og signalene mottatt av elektrodene og mottakertoroidespolen blir prosessert for å frembringe formasjonsmåleinformasjon. I en andre operasjonsmodus blir sendertoroidespolen 205 brukt til kommunikasjon med sender/mottaker i overflate/lokal kommunikasjonsubmontasjen 150 (figur 1).

En sinusbølge-generator 1051, som kan være under styring av prosessoren 1025 (ledning 1051A) er anordnet og har en

frekvens i for eksempel størrelsesorden 100 Hz til 1 MHz, hvor det lave KHz vanligvis foretrekkes. I en driftsutførelse var frekvensen 1500 Hz. Den genererte sinusbølgen blir koplet til en modulator 1053 som arbeider, når systemet sender i en kommunikasjonsmodus, slik at sinusbølgen moduleres i samsvar med et informasjonssignal fra prosessoren 1025. Prosessor-

signalet blir koplet til modulatoren 1053 via buffer 1055 og digital til analog konverter 1057. I den illustrerte utførelse er modulatoren 1053 en fasemodulator. Utgangssignalet fra modulatoren 1053 blir koplet til en effektforsterker 1060 som er under styring av prosessoren 1025, (ledning 1060A). Utgangssignalet fra effektforsterkeren 1060 blir koplet, via elektronisk bryter 1065, til sender-toroidespole-antennen 205. En demodulator 1070 som i den foreliggende utførelse er en fasedemodulator er også koplet til toroidespole-antennen 205 via en annen gren på den elektroniske bryteren 1065. Utgangssignalet fra demodulatoren 1070 er i sin tur koplet til analog til digital konverteren 1072 som er koplet til prosessoren 1025 via buffer 1074. Prosessoren styrer den elektroniske bryteren 1065 i avhengighet av hvor vidt toroidespole-antennen skal være i sin vanlige sendemodus, eller, som tilfellet kan være, i en mottaksmodus for å motta styreinformasjon fra overflate/lokalkommunikasjonssubmontasjen 150.

Med henvisning til figur 11 er det vist et flytskjema over en rutine for å programmere prosessoren 1025 i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen. I eksempelrutinen blir funksjoner utført eller styrt på en repeterende sekvensiell måte, men programmet kan alternativt settes opp med en rutine som håndterer de indikerte jobbene på en prioritert basis, eller med en kombinasjon av sekvensielle og prioriterte funksjoner. Prosessoren kan også har flere porter eller det kan anvendes flere prosessorer. Rutinen har to basismodi; en "måle" modus hvor toroidespole-antennen 205 sender for det formål å frembringe målesignaler på mottakselektrodene 226 til 228 og 235 og mottakstoroidespole-antennen 207, og en "lokalkommunikasjon" modus hvor toroidespole-antennen 205 blir brukt til å sende og/eller motta modulerte informasjons-signaler til og/eller fra en toroidespole-antenne som befinner seg i overflate/lokal kommunikasjonssubmontasje 150 (figur 1), for sluttkommunikasjon med utstyr på jordoverflaten via slampulstelemetriutstyr som er del av submontasjen 150. Blokken 1115 representerer initialiseringen av systemet til målemodusen. Det blir så foretatt en utspørring (rombe 1118) om hvilken modus som er aktiv. Til å begynne med, som nettopp innstilt, vil målemodusen være aktiv, og blokken 1120 entres, og denne blokken representerer klargjøring av sinusbølge-generatoren 1051 og effektforsterkeren 1060 (figur 10). Den elektroniske bryteren 1065 blir så innstilt til måle/sende-posisjonen (blokk 1122) (d.v.s. med toroidespole-antennen 205 koplet til effektforsterkeren 1060), og multiplekseren 1020 blir sendt til å overføre informasjon fra den første mottakeren (blokk 1125), for eksempel den nærmeste knappelektroden 226. Data blir så lest (blokk 1128) og resistiviteten, som målt med elektroden fra hvilken dataene er sendt, blir beregnet, for eksempel i samsvar med forholdene som er beskrevet ovenfor som er beskrevet ovenfor i forbindelse med figurene 5 til 8, og lagret (blokk 113 0) og kan sendes til utgangsbuffer 1055 (blokk1132). Det blir så foretatt en utspørring (rombe 1140) om den siste mottakeren er blitt utspurt. Dersom den ikke er det, blir multiplekseren 1020 innstilt til å sende utgangssignalet fra den neste mottakeren (for eksempel knappelektroden 227) som angitt med blokken 1143. Blokken 1128 blir så reentret og sløyfen 1145 fortsetter inntil data er frembrakt og prosessert fra alle mottaker-ne. Når det er tilfellet, blir operasjonsmodusen svitsjet (blokk 1150), og det blir foretatt en utspørring for å se hvilken modus som er aktiv. Anta at den lokale kommunikasjonsmodusen nå er aktiv, og da blir blokken 1160 entret, idet denne blokken representerer transmisjonen av den siste datarammen til hovedkommunikasjons-submontasjen. Spesielt blir data fra prosessoren 1025 (eller fra bufferen 1055) koplet til modulatoren 1053 for å modulere sinusbølge-utgangssignalet fra generatoren 1051 for sending av antennen 205. Ved slutten av en dataramme, kan et "klar til å motta" signal bli sendt (blokk 1165) . Sinusbølgegeneratoren og effektforsterkeren blir så utkoplet (blokk 1168), og den elektroniske bryteren 1065 blir innstilt til "mottaks" posisjonen (d.v.s. med toroidespole-antennen 205 koplet til demodulatoren 1070) (blokk 1170) . En ramme med informasjon kan så mottas via buffer 1074, som angitt med blokken 1175. Under denne tiden, som angitt med pilene 1176 og 1177, kan andre prosessorberegninger bli utført etter ønske. Blokken 1150 kan så reentres for å svitsje operasjonsmodus, og syklusen fortsetter som beskrevet. Informasjonen som mottas fra overflate/lokal kommunikasjonssubmontasjen kan anvendes på en hvilket som helst ønsket måte.

Det må forstås at den viste rutine ikke bare er illustre-rende og at andre egnede rutiner vil være nærliggende for fagkyndige. Dersom det er ønskelig kan også andre egnede kommunikasjonsteknikker anvendes. For eksempel kan simultan måling og kommunikasjon, slik som ved forskjellige frekvenser, anvendes samtidig som det fremdeles brukes en enkelt senderantenne. I noen situasjoner kan selvfølgelig lokal kommunikasjon via ledningstråd være foretrukket dersom dette er tilgjengelig, og en utgangsport 1029 (figur 10) kan være anordnet for dette formål, eller som en generell utleseport. Ytterligere detaljer vedrørende kommunikasjonssystemet er gitt i forbindelse med figurene 30 til 33 nedenfor.

Generelt er resistiviteten frembrakt fra elektrodene på den forut beskrevne måte en nøyaktig indikasjon på resistiviteten til formasjoner i området som umiddelbart omgir elektroden, men under visse forhold behøver ikke dette å være tilfellet. Som angitt ovenfor, aksepterer søkeren at målingen ved en elektrode i det beskrevne type system i det minste i en viss grad er bestemt av den totale strømfordelingen inn i det totale legemet til apparatet som i det beskrevne system er vektrøret og den ledende borestrengen som er tilkoplet dette.

Den totale strømfordelingen avhenger i sin tur til en viss grad av formasjonsresistiviteten langs hele lengden av borestrengen. Det oppstår et problem når den målte strømmen ved den indikerte elektroden(e) blir påvirket i en vesentlig grad av formasjoner i en meningsfylt avstand fra området til elektroden, og slike formasjoner har resistiviteter som er forskjellige fra resistiviteten til formasjonene i området til elektroden(e). For eksempel opptrer et problem i logge-under-boring apparatet når måleelektroden(e) gjennomløper et resistivt lag og borkronen skjærer seg inn i et mer ledende lag. Når dette skjer, minsker strømmen som utsendes fra elektroden og indikerer falskt at det er en mer resistiv formasjon i området til elektroden. Som beskrevet ytterligere nedenfor, kan andre forhold danne grunnlag for feil i resistivitetsindikasj oner.

Det vises nå til arrangementet på figur 12 som har en toroidesender Tl og en ringelektrode R på et ledende legeme 1202 som er likt vektrøret 202 i et logge under boring oppsett av den generelle typen vist på figurene 1 til 3. En ytterligere toroidesender T2, også kalt en nedre sender, er anordnet nær borkronen. For dette eksempelet er den nedre senderen T2 omtrent 24 tommer fra enden til borkronen 15, og den øvre senderen T2 er omtrent 84 tommer fra enden av borkronen, og ringelektroden har lik distanse fra begge senderne, d.v.s. omtrent 54 tommer fra enden til borkronen. Loggeanordningen antas å være i en formasjon med resistivitet 2000 ohm-m som har et lag med resistivitet 20 ohm-m og en spesifisert tykkelse. Simulerte resistivitetslogginger for fem slike lagtykkelser [8, 4, 2, 1 og 0,5 fot] er vist fra venstre til hyre på figur 13. (Disse og andre simulerte logginger er beregnet uten å ta hensyn til borehulleffekt som vil være liten dersom sender til elektrodeavstanden er stor sammenlig-net med avstanden mellom elektroden og borehullveggen). De simulerte resistivitetsloggingene, som en funksjon av dybden til ringen R, blir beregnet for sending av den øvre senderen Tl (heltrukket linje) og av den nedre senderen T2 (prikket linje). (Som ovenfor er resistiviteten invers proporsjonal med den målte ringstrømmen). For drift med den øvre senderen kan relativt store hornformede artifakter merket Al til A5 observeres idet de opptrer når loggeverktøyet entrer laget; i dette tilfellet er det når borkronen først skjærer inn i laget. Lengden til denne artifakten er omtrent lik avstanden fra ringen til borkronen. Det er også en artifakt på den nedre siden av laget for tynne lag, merket Bl til B3. Denne artifakten har en lengde som omtrent er lik sender-ringsavstanden minus lagtykkelsen og den er så fraværende ved tykke lag som har større utstrekning enn sender/mottaker-avstanden. Den simulerte ringresistiviteten beregnet når den nedre senderen er aktiv (prikket linje) har startartifakter som grovt er motstående til Al til A5, og andre alvorlige forstyrrelser.

Det vises nå til arrangementet på figur 14 som er likt det som er vist på figur 12, men som også har en mottaker (eller monitor) toroide MO ved omtrent posisjonen til ringelektroden R for å overvåke den aksiale strømmen som flyter opp eller ned gjennom det ledende legemet ved posisjonen til ringen R. Den aksiale strømmen som blir indusert av Tl er lineær med hensyn på spenningen indusert på vektrøret og invers med resistiviteten til jordformasjonen som omgir verktøyet. Den aksiale strømmen som blir indusert av T2 er lineær med hensyn til spenningen indusert på vektrøret av T2 og invers med resistiviteten til jordformasjonen som omgir verktøyet. Anta at eksitasjonsspenningen til den øvre senderen er fast mens situasjonsspenningen til den nedre senderen er justerbar. Netto aksial strøm som flyter langs vektrøret ved ethvert punkt er den lineære overlagring av den induserte strømmen fra Tl og T2. Anta at spenningen til T2 kan justeres slik at den netto aksiale strømmen som flyter gjennom monitor-toroiden MO er lik null. Dette vil kreve at strømmen som induseres av T2 har omtrent motsatt fase til strømmen indusert av Tl, slik at når den øvre senderen driver strømmen med verktøyet, driver den nedre senderen strømmen oppover, og omvendt. All strømmen som forlater verktøyet mellom den nedre senderen og monitoren returnerer til verktøyet under den nedre senderen mens all strømmen som forlater verktøyet mellom den øvre senderen og monitoren returnerer til verktøyet over den øvre senderen. Dette har den virkningen at området av verktøyet som ligger over monitoren isoleres fra området av verktøyet som ligger under monitoren siden ingen strøm flyter mellom disse områdene, enten på vektrøret eller gjennom formasjonen. Som et resultat representerer resistiviteten bestemt av ringstrømmen mer nøyaktig resistiviteten til formasjoner som omgir ringen R.

Et tilsvarende resultat kan frembringes ved å energisere senderne separat og beregne en kompensert ringstrøm. I arrangementet på figur 14 (eller det på figur 15 som innbefatter en nedre mottaks eller monitortoroide M2, som skal beskrives i det etterfølgende), er den øvre posisjonen benevnt 1, den nedre posisjonen er benevnt 2, og senterposisjonen er benevnt 0. Ring og toroidestrømmene når den øvre senderen drives med en tilfeldig, men fast spenning er R1, MQ1, og M21

og ring og toroidestrømmene når den nedre senderen drives med den samme spenningen er R2, MQ2'°^M12*Vurder nå en kompensert strøm med formen:

eller

I ligningen (la) er forholdet Moi</M>02 justerinSTsfaktoren for den nedre senderen for å oppnå tilstanden med null aksial strøm ved MO. Uttrykket R-j_ + M01</M>q2R2er ringstrømmen for tilstanden med null aksialstrøm.

De to uttrykkene i ligningen (la) adderes. Dette skyldes det faktum at ved å drive de to senderne mot hverandre for å oppnå null aksial strøm ved monitortoroiden medfører en økning i ringstrømmen. Det er når den øvre senderen driver en strøm ned mandrelen, så vil strøm flyte ut av ringen. Tilsvarende når den nedre senderen driver en strøm opp mandrelen, medfører dette også at strøm flyter utav ringen. Implikasjonen av denne behandling av støyen er at siden uttrykkene adderes, vil støyen i utgangssignalet ikke blir forsterket,, hvilket ville ha vært tilfellet dersom en tok en liten forskjell mellom to store tall.

Figur 16 viser responsen (resistivitet, invers proporsjonal med kompensert ringstrøm) for de samme lagene som på figur 13. Artifakten Al til A5 (på figur 13) som opptrer når verktøyet entrer laget, er redusert i sterkt grad. Den mindre artifakte Bl til B3 på nedsiden av de tynnere lag er nærmest uendret. Formen til loggen innenfor laget er forbedret, men den kan gjøres enda bedre.

Figurene 13 og 16 illustrerer ytelse når lagene er relativt ledende. Figurene17 og 18 illustrerer ytelse i tynne lag som er mer resistive enn formasjonene hvori de befinner seg. Kontrastforholdet er igjen 100 til 1 (2000 ohm-

m lag i 20 ohm-m formasjoner). Figur 17 viser at i dette tilfellet er den ikke kompenserte loggen ved bruk av den øvre senderen rimelig bra uten kompensasjon, og figur 18 viser forbedringen ved bruk av den indikerte kompensasjon i ligning (1) .

For bedre å forstå kompensasjonsmåten kan det refereres til figurene 19, 2 0 og 21, som illustrerer strømbanelinjer for et verktøy like over et 8 fot tykt ledende lag. På figur 19 skjer sendingen fra den øvre senderen (ved 84 tommer på dybdeskalaen) og ringelektroden ligger like over laggrensen (ringelektroden er ved 54 tommer på dybdeskalaen), og resistivitetskontrastforholdet er 10 til 1. (Et lavere kontrastforhold enn tidligere blir brukt for å forenkle visualiseringen av strømlinjeopptegningene). Det sees på

figur 19 at strømlinjene slipper ut fra laget og bøyer seg oppover inn i den mer resistive skulderen. Denne forstyrrelse gir grunn for de hornformede artifaktene slik som Al på figur 13. Figur 20 viser den samme situasjonen, men med sending fra den nedre senderen T2. Figur 21 illustrerer den kompenserte situasjonen, med strøm fra de to senderne overlagret. Strømbanene nær borehullet ved omtrent posisjonen til ringen

er i hovedsak parallelle med laget og blir ikke forstyrret av tilstedeværelsen av laget. Det faktum at strømbanene i hovedsak er uavhengige av tilstedeværelsen av laget under ringelektroden forklarer den forbedrede responsen.

Monitortoroiden MO bør fortrinnsvis være hovedsakelig id en samme posisjonen som ringelektroden R for å oppnå utmerket kompensasjon. (Et arrangement av ring, toroide og beskyttende dekkring, som først vist ovenfor på figur 3, vil på effektiv måte plassere en ring og toroidemottaker i hovedsakelig den samme mottakerposisjonen). Dersom det til og med er noen avstand mellom dem vil det imidlertid oppnås forbedring i forhold til den indikerte kompensasjonen.

Tilstanden med null aksial strøm ved monitoren MO fastlegger forholdet til spenningene generert av senderen Tl og senderen T2 eller ekvivalent, forholdet mellom faktorer som skal påtrykkes de respektive ringstrømmene RI og R2. Den innstiller ikke totalnivået til senderspenningene. Valg av prefaktor som 1/Mq2korresponderer til en fast spenning ved Tl og en spenning ved senderen T2 på M01/M02• Dette kan sees av ligning (la). Dersom en i stedet for l/MQ2anvender en prefaktor på 1/MQ1korresponderer dette med at den nedre senderen i en fast spenning mens den øvre senderen gir en spenning som er Mq2/M019an9er sa stor. I dette tilfellet forsøker en elektrisk å fjerne virkningen av den øvre delen av verktøyet. Dette gir en for lav logg som korresponderer til et kort asymmetrisk verktøy med dårlig respons.

For tiden er den mest foretrukne multiplikator l/M21,

hvor M21er strømmen frembrakt av den øvre senderen målt ved den nedre monitortoroiden M2 (som er hovedsakelig ved den samme posisjonen som den nedre toroidesenderen T2 - se figur 15). [Ved resiprositet er M21lik strømmen M12som ville bli frembrakt av den nedre senderen målt ved en imaginær monitor M

^som befinner seg ved posisjonen til den øvre senderen].

Logger som er frembrakt ved å bruke denne kompensasjon, d.v.s. med den kompenserte ringstrømmen

er vist på figurene 22 og 23. Figurene 22 og 23 gjelder for verktøyarrangementet som er beskrevet tidligere og hvor figur 22 har ledende lag og figur 23 har resistive lag. I begge

tilfellene, som i tidligere logger, er kontrastforholdet 100 til 1. Loggene passer godt til lagmønstrene idet det er bare små artifakter.

Det er en annen måte å visualisere kompensasjonen representert ved ligning (2) uttrykt ved begge sendere i arbeid på justerbare nivå. Senderen Tl arbeider ved et relativt nivå på<M>0<2/>M21. Dette er forholdet mellom strømmen fra den nedre senderen målt ved den sentrale monitoren dividert med strømmen målt ved den øvre senderen. Således er det sensitivt for strømlekkasjen mellom den øvre senderen og ringen. Tilsvarende arbeider den nedre senderen ved et relativt nivå M01/M21som er forholdet mellom strømmer fra den øvre senderen målt ved den sentrale monitoren dividert med strømmen målt ved den nedre senderen. Dette er sensitivt for lekkasjestrømmen mellom den nedre senderen og ringen. Således drives begge senderne for å kompensere for lekkasje mellom den enkelte sender og monitoren.

Det forutgående antar at forholdet M02/M12kompenserer nøyaktig for virkningen av "skjerming" av et ledende lag mellom den øvre senderen og ringelektroden. Den stilltiende antagelse er at de ledende områdene har den samme virkningen på lekkasjestrømmen mellom ringelektroden og den øvre senderen fra den nedre senderen som de har på "skjermingen" av ringen fra den øvre senderen. Dette er til første orden sant.

Et generelt uttrykk kan oppstilles hvor et uttrykk inneholder en faktor ganger R, og det andre uttrykket inneholder en faktor ganger R2. Disse faktorer er mål på

lekkasje og det er funksjoner av forholdene til monitor-strømmer som angitt i det følgende:

hvor og F2er kompensasjonsfunksjoner, og en kan bekymre

seg mindre vedrørende kravet om null aksial strøm. Ytterligere generalisering kan oppnås ved å addere tilleggssendere og monitorer og derved gjøre funksjonene og F2mer generelle.

En kan merke seg at lekkasjen kan praktisk talt elimi-neres ved å dekke området mellom senderne og elektroden med et isolerende materiale. Når dette kombineres med den beskrevne kompensasjonsteknikken, kan det oppnås en utmerket resistivitetslogg. En ulempe er skjørheten til isolasjonsmaterialet i en logging-under-boring anvendelse. Den resulterende målingen har også større respons nær verktøyet og en langt større borehullvirkning.

Figur 24 illustrerer en utførelse som tilsvarer den som er vist på figur 15, men hvor toroidemonitoren M2 ved den nedre senderposisjonen er erstattet av toroidemonitor Ml ved den øvre senderposisjon. Ved resiprositeten kan M12(signal ved Ml med sender T2 energisert) bli målt, og dette vil gi hovedsakelig den samme verdien som M21for bruk i ligning (2).

Prinsippet ved resiprositet vil også gjøre det mulig med reversering av posisjon av andre sender/mottaker-kombinasjoner som signaler frembringes fra. For eksempel kan en ytterligere TO være anordnet inntil ringelektroden for å bli brukt i forbindelse med en monitortoroide-antenne ved bunnposisjonen, og monitorsignalet frembrakt fra denne sender/mottakeren vil ved resiprositeten være ekvivalent med den tidligere indikerte Moi-

Figur 25 illustrerer en utførelse lik den på figur 15, men med en knappelektrode B (som kan være av typen beskrevet tidligere) i stedet for ringelektroden R. Som beskrevet ovenfor, kan azimut-resistivitetsinformasjon frembringes fra knappelektroden. Det er vanlig at en eller flere knappelektroder og/eller en eller flere ringelektroder kan anvendes sammen med en eller flere monitortoroider slik som MO. En andre knappelektrode B' er vist på figur 25. Den beskrevne type kompensasjon kan forbedre den vertikale responsen til multiple elektroder (hvilke tilveiebringer forskjellige undersøkelsesdybder) og gjøre deres vertikale responser mer like. Forskjellige undersøkelsesdybder kan også oppnås ved å tilveiebringe tilleggssendere og monitorer som er adskilt i forskjellige avstander fra elektrodene. Disse kan drives enten sekvensielt eller ved forskjellige frekvenser. Den lengre sender/elektrodeavstander vil generere responser som er relativt dype, mens de kortere sender/elektrodeavstander vil gi relativt grunne responser.

Elektronikken i de foregående utførelser kan være av typen vist i blokkskjemaet på figur 10 som har de ytterligere egenskaper eller trekk som er vist i blokkskjemaet på figur 26. Spesielt styres svitsjen 1065 (figur 10) av prosessoren 1025 (figur 10) og kopler et energiseringssignal til enten senderen Tl eller T2. (Dersom det er ønskelig, kan disse senderne drives simultant ute av fase som tidligere beskrevet) . Multiplekseren 1020 (figur 10), som også styres av prosessoren 1025 mottar i dette tilfellet inngangssignaler fra ringen R via forsterkeren 2611, fra en eller flere ytterligere ringer representert ved R' via forsterker 26, fra knappelektroden B via forsterkeren 2613, fra en eller flere ytterligere knappelektroder representert ved B<1>via forsterker 2614, fra mottaker (monitor) toroide MO via forsterker 2615 og fra mottaker (monitor) toroide M2 via forsterker 2616.

Figur 27 er et flytskjema over en rutine for å programmere en prosessor, slik som prosessoren 1025 på figur 10 (som modifisert på figur 26) for å implementere drift av utførelsen på figur 15 i samsvar med en form av oppfinnelsen. Blokken 2710 representerer klargjøring til sending fra senderen Pl, og dette bli implementert ved styring av svitsj 1065. Blokkene 2715, 2720 og 2725 representerer målingen og lagring av signaldata mottatt på de respektive mottakere R, MO og M2, og funksjonene blir initiert ved å styre multiplekseren 1020 i sekvens for å oppnå disse målingene. Spesielt representerer blokken 2715 lesingen og lagring av data fra ringelektroden R for å oppnå RI, og blokken 2720 representerer lesingen og lagring av data fra monitortoroide MO for å oppnå MOI, og blokken 2725 representerer lesingen og lagring og data fra monitortoroide M2 for å oppnå eller frembringe M21. Senderen

Tl blir så skrudd av og senderen T2 gjort klar, som representert ved blokken 2735. Blokkene 2740 og 2745 representerer målingen og lagring av signaldata mottatt på de respektive mottakere RO og MO, og disse funksjonene blir igjen initiert ved å styre multiplekseren 1020. Spesielt representerer blokken 2740 lesingen og lagring av data fra ringelektroden R for å frembringe R2, og blokken 2745 representerer lesingen og lagring av data fra monitortoroide MO for å frembringe M02. Senderen T2 blir så skrudd av (blokk 2750) og den korrigerte ringstrømmen blir beregnet (blokk 2755) av ligning (2). Den tilsynelatende resistiviteten kan så frembringes fra ring-strømmen som tidligere beskrevet i samsvar med Rann=kV/I.

I flytskjemaet på figur 27 blir strømmer generert og målt ved å drive senderne Tl og T2 vekslende. Et tilsvarende resultat kan oppnås ved å anvende frekvensmultipleksing hvor begge senderne blir drevet samtidig, men ved forskjellige frekvenser. Dette genererer en strøm i verktøyet som har komponenter med to frekvenser. Strømmen ved en hvilken som helst av sensorene (monitor, ring eller knapp) som kommer fra en av senderne kan bestemmes ved å separere det mottatte signalet med frekvensen, slik som med båndpassfilteret.

Figur 2 8 illustrerer en del av elektronikken som kan anvendes når den øvre og nedre sender skal drives samtidig og monitorstrømmen blir brukt til å "balansere" de resulterende strømmene slik at de inneholder i hovedsak null aksial strømtilstand ved monitortoroiden, slik som ved den tidligere beskrevet monitortoroide MO. Vekselstrømskilden 2810 (som for eksempel kan være koplet til senderne gjennom en bryter som i tidligere utførelse) blir koplet til hver av sendertoroide-antennene Tl og T2 via respektive amplitudemodulatorer 2820 og 2830. (Bare en slik amplitudemodulator er strengt tatt nødvendig og det generelle tilfellet er vist i dette skjema-et) . Toroideantennene er viklet i motsatt fase slik at de

genererer respektive aksiale strømmer i det ledende legeme som forplanter seg i motsatte retninger. Amplitudemodulatorene 2820 og 2830 styres av prosessoren 1025. Prosessoren mottar også en sample av vekselstrøms-utgangssignalet via flip-flop

2850 som bir svitsjet til en forskjellig binær utgangstilstand når vekselstrømsignalet endrer polaritet, slik at prosessoren kjenner fasen til vekselstrømsignalet. I dette tilfellet er multiplekseren 1020 vist når den mottar et utgangssignal fra ringelektroden R og monitor-toroideantennen MO. I drift, når strømmen mottatt ved monitortoroiden MO ligger over en forut bestemt terskel, blir amplitudestyring sendt til modulator 2820 og/eller 2830 for å redusere strømmen som avføles av monitor-toroiden på en måte som en konvensjonell lukket sløyfekontroll. Denne utførelsen anses for tiden mindre foretrukket siden den ikke gjør bruk av M21(eller M12) type prefaktor som frembringes ved å anse uavhengig virkningen av strømmen fra en sender.

Prinsippene til denne formen av oppfinnelsen kan også anvendes på logging i et jordborehull hvor borestrengen er fjernet. Figur 29 illustrerer en loggeanordning 2940 for å undersøke undergrunnsformasjoner 2931 som gjennomløpes av et borehull 2932. Loggeanordningen er nedhengt i borehullet 2932 i en armert kabel 2933 hvis lenge i hovedsak bestemmer den relative dybde til anordningen 2940. Kabellengden blir styrt ved hjelp av egnede innretninger på overflaten slik som en trommel og vinsj-mekanisme (ikke vist). Elektroniske signaler som indikerer informasjonen og som er frembrakt av loggeanordningen kan på konvensjonell måte sendes gjennom kabelen 2933 til elektronikk 2985 og registreringsanordning 2995 som befinner seg på jordoverflaten. Alternativt kan noe eller all prosesseringen bli utført nede i brønnhullet. Dybde-informasjon kan tilveiebringes fra et roterende hjul 2996 som er koplet til akselen 2933.

Loggeanordningen 2 94 0 innbefatter langstrakte, generelt sylindriske seksjoner 2951, 2953, 2955 og 2957 som for eksempel kan være tilformet av ledende metallrør. Elektrisk isolerende isolatorer 2961 og 2963 er anordnet i skjæringspunktet til seksjoner 2951 og 2953 og skjæringspunktet mellom seksjonene 2955 og 2957. Isolatorene 2961 og 2963 kan for eksempel bestå av gjengede rngformede glassfiberrør-koplinger. Mellom seksjonene 2953 og 2955 er det anordnet en elektrode 2970 som er illustrert i den foreliggende utførelse som en ringelektrode, men den kan også være en eller flere knapp og/eller ringelektrode. I utførelsen på figur 29 er ringen 2970 en ledende metallring som er montert mellom to ytterligere isolatorer 2973 og 2975.

I den foreliggende utførelse er elektronikken, som for å forenkle illustrasjonen er vist inntil loggeanordningen, anordnet i det sentrale hule partiet til en eller flere av rørseksjonene til anordningen, selv om det må forstås at elektronikken alternativt kunne være anordnet i en nabomodul tilkoplet over eller under anordningen 2940, slik som ved en ytterligere koplingsinnretning som kan være ledende eller ikke ledende, ved hjelp av ledninger som passerer gjennom de hule seksjonene og de ringformede koplingsinnretningene etter hva som er nødvendig. Effekt og datamaskinprosessor-styring kan være besørget, for eksempel fra elektronikken utenfor borehullet via kabel 2933, og det må forstås at noen av disse funksjonene, inkludert kommunikasjons-egenskap, kan være besørget nede i brønnhullet, hvilket er vel kjent på området.

I utførelsen på figur 29 er vekselstrømsenergiseringskilder for senderne Tl og T2 vist ved henholdsvis 2958 og 2959.

(Selv om separat energiseringskilder er illustrert, må det forstås at en felles senderenergiseringskilde alternativt kan anvendes). Vekselstrømfrekvensen kan for eksempel være i området 100 Hz til 1 MHz. Lederparet 2941 er koplet over rørseksjonen 2951 og 2953 til en side av en bryter 2942, hvis andre side er koplet til enten senderen Tl [bryterposisjon (a)] eller til en lavimpedansvinning på en strømavfølings-transformator 2943 [bryterposisjon (b)] som i den illustrerte utførelse har et viklingsforhold 1:N'. Transformatorens sekundærspole er koplet over den inverterende og ikke-inverterende inngang til en operasjonsforsterker 2944, og den ikke-inverterende inngangen er koplet til jordreferanse-potensial over motstand RI. En tilbakekoplingsmotstand R2 er koplet mellom utgangen til operasjonsforsterkere 2944 og den inverterende inngangen til denne. Utgangssignalet fra operasjonsforsterkeren 2944 er benevnt VM1.

Et lederpar 2945 er koplet over rørseksjonene 2955 og 2957 og til en ende av en bryter 2946 hvis andre ende er koplet til enten senderen T2 [bryterposisjon (b)] eller til kortslutningskretsen 2947 [bryterposisjon (a)]. Bryterne 2942 og 2946 er under felles styring.

Et ytterligere lederpar 2981 kopler rørseksjoner 2953 og 2 955 via en lavimpedansvinning på strømavføringstransformator 2938 som har et indikert viklingsforhold på N3:1. Sekundær-vinningen til transformatoren 2983 er koplet over den inverterende og ikke inverterende inngang til en operasjonsforsterker 2984 idet den ikke-inverterende inngang er koplet til jordreferansepotensial over motstand R3. En tilbakekoplingsmotstand R4er koplet mellom utgangen fra operasjonsforsterkeren 2984 og den inverterende inngangen til denne. Utgangssignalet fra operasjonsforsterkeren 2984 er benevnt VMQ.

Et ytterligere lederpar 2991 kopler ringelektroden 2970 til rørseksjonen 2955 (som i sin tur på effektiv måte kortslutter rørseksjonen 2953 med lavimpedans-vinningen til transformatoren 2983) via en lavimpedans-vinning på strøm-avf øringstransf ormator 2993 som har et indikert viklingsforhold på N2:1. Den sekundære vinningen til transformatoren 2993 er koplet over den inverterende og ikke inverterende inngang til en operasjonsforsterker 2994 hvis ikke-inverterende er koplet til jordreferanse-potensial over en motstand R5. En tilbakekoplingsmotstand Rg er koplet mellom utgangen til operasjonsforsterkeren 2994 og den inverterende inngangen til denne. Utgangssignalet fra operasjonsforsterkeren 2994 er benevnt VR.

Virkemåten er tilsvarende det tidligere beskrevne tilfellet med sekvensielle energisering av senderne Tl og T2, og frembringelse av målesignaler på ringelektroden og monitorposisjonene. (I dette tilfellet er den andre monitoren i den samme posisjonen som den øvre senderen, som i det analoge arrangement av Ml på figur 24). Elektronikk-styringen kan være tilsvarende det som er beskrevet i forbindelse med figurene 10, 11, 26 og 27. Med bryterene 2942 og 2946 i posisjon "a", vil spesielt senderen Tl være operativ og rørseksjonene 2955 og 2957 være kortsluttet. Målinger blir foretatt for å frembringe spenningene VR1og Ring-strømmen IR frembringes av

det vil si: Tilsvarende frembringes monitorstrømmen MQfra og det vil si:

ved å bruke den samme konvensjonen som ovenfor er VR1og VMQ1

spenningene frembrakt med senderen Tl klargjort. I det neste trinnet blir bryterne 2942 og 2946 satt i posisjon (b) og senderen T2 blir klargjort, og rørseksjonene 2951 og 2953 blir på effektiv måte kortsluttet. Målinger blir foretatt for å frembringe spenningene ved MQ2(fra hvilken strømmen MQ2

frembringes i samsvar med ligning (7) ovenfor) og ved VM12<.>

Monitorstrømmen M, frembringes fra

det vil si:

Ved igjen å bruke den samme konvensjonen som ovenfor, blir spenningene VM02og VM12frembrakt med sender T2 klargjort.

Den kompenserte ringstrømmen IRC er lik

Tilsynelatende resistivitet i området som omgir ringelektroden er invers proporsjonal med den korrigerte ringstrømmen.

Utførelsen som er illustrert på figur 29 anvender isolatorer for å etablere elektrisk potensialforskjell mellom ledende seksjoner av legemet til loggeanordningen, og for elektrisk å isolere elektroden 2970. Strømmer blir også målt med direkte strømflyt som finner sted gjennom en lavimpedans-vinning på en strømavfølings-transformator. Det må forstås at for eksempel spenningsgapene ved isolatorer 2961 og/eller •2963, og deres tilordnede kilder alternativt kan være toroidesendere og deres tilordnede kilder som i tidligere utførelser, og at strømmer kan måles ved bruk av toroide-mottakere. Elektroden kan også for eksempel være en knapp eller ringelektrode av typen tidligere beskrevet. Tilsvarende må forstås at teknikken som er illustrert på figur 2 9 kan anvendes, i sin helhet eller deler av denne, i en måling under boring utførelse, men for tiden blir denne ansett mindre foretrukket i en slik anvendelse, i det minste på bakgrunn av konstruksjonens grovhet.

Det må forstås at mens separate toroide-antenner er vist for å sende eller motta fra hovedsakelig den samme posisjonen (det er visse praktiske fordeler ved å ha forskjellige antenner for bruk som sender og mottaker), kan en enkelt toroideantenne deles til dette formål ved bruk av egnet svitsj ing.

Figur 30 illustrerer en utførelse av

overflate/lokalkommunikasjonssubmontasjen 150 i figur 1 utførelsen. Som beskrevet tidligere, kan denne submontasjen innbefatte en konvensjonell type slamkommunikasjonsutstyr, innbefattende en slamsender (eller slamsirene), en slam-mottaker og tilhørende kretser. Dette utstyret, som ikke selv er noe nytt i den foreliggende oppfinnelse, er på figur 3 0 representert som innholdet i en seksjon av vektrør angitt ved 1210. Til dette og huset i en seksjon av vektrøret 1220 er den lokale kommunikasjonsdelen av submontasjen 150 tilkoplet.

Generelt er rører 122 0 utformet på en måte som tilsvarer en del av måle- og lokalkommunikasjonssubmontasjen 200 som beskrevet tidligere, men røret1220 kan være mye kortere siden det bare blir brukt en enkelt toroidespoleantenne og ingen elektroder i den foreliggende utførelse. Spesielt har røret 122 0 et indre ringformet sjassis1225 som boreslammet passerer gjennom, og som har spalter for kretskort på batterier (ikke vist). Toroidespoleantennen 1250 kan være utformet og montert i et isolerende medium, på måten som er tidligere beskrevet i forbindelse med figurene 2 og 3, og spolen kommuniserer med elektronikken via en skillevegg-konnektor (ikke vist).

Figur 31 illustrerer en utførelse av elektronikken i den lokale kommunikasjonsdelen av overflate/lokal kommunikasjons-submontajsen 150. Elektronikken kan være tilsvarende delen av elektronikken som anvendes til lokal kommunikasjon i den forutgående beskrevne måle og lokal kommunikasjonssubmontasjen 200. Spesielt er toroidespoleantennen 1250 koplet via en elektronisk svitsj eller bryter 1365, til den demodulator 1370 og til utgangen av en effektforsterker 1325. Svitsjen 1365 styren (linje 13 65A) av en på egnet måte utstyrt prosessor 1350 som innbefatter lager 1355 og vanlige klokke-tidsinnstillings og inngangs/utgangs-egenskaper (ikke vist separat). En sinusbølge-generator1351og en modulator 1353 er anordnet, og det er også anordnet en digital til analog konverter 1357 og buffer 1356, idet disse enhetene arbeider på en måte som tilsvarer deres motparter på figur 10. Som i figur 10 utførelsen, er også utgangen fra demodulatoren 1370 koplet via analog til digital konverter 1372 og buffer 1374 til prosessoren 1350. I den foreliggende utførelse er prosessoren 1350 også koplet til slamkommunikasjons-utstyret

(1210) via buffer 1380 og ledningsnett 1386 som er koplet mellom utstyret 1210 og 1220. Det må forstås at utstyret 1210 og 1220 (som omfatter submontasjen 150) kan være tilformet som en enkelt enhet innenfor et enkelt vektrør eller hus, eller det kan være tilformet separat med mulighet for elektrisk tilkopling av ledningsnettet i grensesnittet. Dersom det er ønskelig, kan kretsene til de to delene av submontasjen 150 deles; for eksempel kan det anvendes en enkelt prosessor eller prosessorsystem for hele submontasjen 150.

Med henvisning til figur 32 er det vist et flytskjema over en utførelse av en rutine for å programmere prosessoren 1350 i samsvar med en form av oppfinnelsen. Blokken 1420 representerer innstillingen av den elektroniske svitsjen eller bryteren 1365 til dens "mottaks" posisjon. Blokken 1422 representerer en prosessortilstand definert ved venting inntil et synkroniseringssignal er gjenkjent. Ved hvilket punkt prosessoren vet at informasjon vil følge. Dataene blir så mottatt og lagret kontinuerlig i en buffer (blokk 1424) inntil et "slutt på ramme" signal blir gjenkjent (blokk 1426). Dette signalet indikerer at submontasjen 200 er klargjort til å motta data og/eller kommandoer dersom det er slike. Blokken 143 0 representerer lesingen og lagring av data via mottaker-buffere 1374. Dataene blir så lastet inn i utgangsbufferen 1380 (blokk 1440) som er koplet til prosessoren i slam-kommunikasjonsutstyret til enheten 1210. Slamtelemetrien kan overføre ferske data eller tidligere data dersom det ikke er mottatt noen nye data siden den siste slamtelemetrirammen ble sendt.

Det ble så foretatt en utspørring (blokk 1460) om det er noen informasjon å sende til måle og lokalkommunikasjonssubmontasjen 200. Dersom det ikke er det, blir blokken 1422 gjenentret. Dersom det skal sendes data, blir sinusbølge-generatoren klargjort (blokk 1465), svitsjen 1365 innstilt til dens sendeposisjon (blokk 1470) og sendingen av data blir implementert (blokk 1475). Når datasendingen er fullstendig, blir svitsjen 1365 stilt tilbake til mottaksposisjonen (blokk 1420) og blokk 1422 blir entret for å vente på det neste synkroniseringssignalet. Som angitt ovenfor med hensyn på flytskjemaet på figur 11, kan det anvendes forskjellige alternative teknikker for å implementere og styre prosessoren. Figur 33 illustrerer en utførelse hvor elektroder slik som knappelektroder 1526, 1527 og 1528 er montert i vektrøret 202 istedet for en stabilisator eller en stabilisator med liten størrelse. I andre henseender kan strukturen til elektrodene, toroidespoleantennene og deres tilordnede kretser være som beskrevet ovenfor. Denne utførelsen kan være nytting under forhold hvor det indikeres eller er fordelaktig å anvende et glatt eller tilsmurt rør.

Azimut-resistiviteten frembrakt ved bruk av elektrodene her kan korroleres med rotasjonsorienteringen av vektrørhuset (eller ammet hensyn på en annen referanse) på forskjellige måter. Anta for eksempel at submontasjen 13 0 (figur 1) til bunnhullmontasjen innbefatter konvensjonelt retnings- og inklinasjons ("D og I") måleutstyr som gir retningen og inklinasjonen til borehullet og tilveiebringer rotasjonsazimut til submontasjen 130 med hensyn på magnetisk nord, (kjent som "magnetisk verktøyflate") og med hensyn på den høye siden av borehullet kjent som "gravitasjonsverktøyflate". Dette utstyret frembringer signaler som kan koples med prosessoren 1025, lagres lokalt, og/eller kommuniseres opp av brønnhullet for sluttkorrelasjon, slik som ved å bruke klokke-synkronisering, av alle de aktuelle signalene. Dersom det er ønskelig, kan det oppnås azimutorientering under rotasjon.

Oppfinnelsen er beskrevet under henvisning til spesielle foretrukne utførelser, men variasjoner innenfor rammen av oppfinnelsen vil finne sted for fagkyndige på området. For eksempel må det forstås at funksjoner som er illustrert som implementert ved bruk av en prosessorkontroll, alternativt kan implementeres ved å bruke maskinvare analog og/eller digital prosessering.

i

Claims

1. Apparat for å bestemme resistiviteten til formasjoner som omgir et jordborehull, omfattende: et elektrisk ledende metall-legeme (202) som kan forflyttes gjennom borehullet; en toroidespoleantenne (205) anordnet på legemet; og innretninger (1051, 1053, 1060) for å energisere toroideantennen for å indusere en strøm som går i en bane som innbefatter legemet og formasjonene,karakterisert veden elektrode (226, 235) anordnet på legemet; og en innretning (253, 256) for å måle et elektrisk signal som resultat av strømmen på elektroden, idet det elektriske signal er en indikasjon på formasjonenes resistivitet.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert vedat innretningen (253,

256; eller 275, 256) for å måle et elektrisk signal på elektroden omfatter en innretning for å måle strømflyten i elektroden (226 eller 235).

3. Apparat som angitt i krav 2, karakterisert vedat elektroden (226 eller 235) er koplet til legemet (202) .

4. Apparat som angitt i krav 3, karakterisert vedat innretningen (253,

256; eller 275, 256) for å måle strømflyt i elektroden (226 eller 235) omfatter en innretning for å måle størrelsen på strømmen som flyter fra elektroden til legemet (202).

5. Apparat som angitt i krav 3 eller 4,karakterisert vedat elektrodens (226 eller 235) overflate er elektrisk isolert fra legemets (202) overflate.

6. Apparat som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat elektroden omfatter en knappelektrode (226) som vender mot en vegg i borehullet.

7. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-5,karakterisert vedat elektroden omfatter en ringformet leder (235) som omgir legemets akse (202).

8. Apparat som angitt i krav 6, karakterisert vedat knappelektroden (226) er direkte montert som en knast i legemet (202), og at innretningen (253, 256) for å måle størrelsen på strømflyt i elektroden omfatter en spole (253) som omgir knasten og en innretning (256) for å måle strømmen indusert i spolen.

9. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-7,karakterisert vedat elektroden (226 eller 235) er koplet til legemet (202) via primærviklingen til en transformator (275), og at innretningen for å måle strømflyt i elektroden innbefatter en innretning (256 eller 2561) for å måle strøm indusert i sekundærviklingen til transformatoren.

10. Apparat som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat det omfatter minst en ytterligere elektrode (227 eller 228) anordnet på legemet i en forskjellig avstand fra toroidespoleantennen (205) enn den førstnevnte elektrode, og en innretning for å bestemme strømflyt i den minst ene ytterligere elektrode (226) for å frembringe en ytterligere indikasjon på resistiviteten til formasjonene.

11. Apparat som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat elektroden (226) er montert på et blad (220) som er mekanisk koplet til legemet (202) .

12. Apparat som angitt i et av de foregående krav, for bruk i et måle-under-boring system, karakterisert vedat legemet omfatter et vektrør (202) i en borestreng (12), idet vektrøret omfatter et langstrakt rørformet legeme (202) , og at toroideantennen (205) er montert på legemet i et isolerende medium (206), idet antennen omfatter en spole montert på en toroidekjerne som har en akse som i hovedsak faller sammen med vektrørets akse.

13. Apparat som angitt i krav 12, karakterisert vedat det omfatter en innretning for å kunne kommunisere resistivitets-indikasjonen til jordens overflate.

14. Apparat for å bestemme resistiviteten til formasjoner som omgir et jordborehull, omfattende: et langstrakt, elektrisk ledende legeme (1202) som kan forflyttes gjennom borehullet; en første senderinnretning (Tl) for å etablere en første strøm i legemet fra en første senderposisjon på legemet, hvor nevnte første strøm går i en bane som innbefatter legemet og formasj onene; en andre senderinnretning (T2) for å etablere en andre strøm i legemet fra en andre senderposisjon på legemet adskilt fra den første senderposisjonen, hvor den andre strøm går i en bane som innbefatter legemet og formasjonene;karakterisert veden elektrode (R eller B) på legemet med en overflate som er elektrisk isolert fra legemets overflate; en innretning (2611 eller 2613) for å måle, ved elektroden, et første elektrisk signal som er resultatet av nevnte første strøm og et andre elektrisk signal som er resultatet av nevnte andre strøm; en strømovervåkningsinnretning (MO) for å måle den aksiale strømmen som passerer en overvåkningsposisjon på legemet for å frembringe en overvåkningsstrømverdi; og en innretning for å avlede en indikasjon på formasjonsresistivitet som en funksjon av det første elektriske signal, det andre elektriske signal og overvåkningsstrømverdien.

15. Apparat som angitt i krav 14, karakterisert vedat strømovervåknings-innretningen (MO) omfatter en innretning (2615) for å frembringe en første overvåkningsstrømverdi når den første senderinnretning (Tl) er operativ, og en innretning for å frembringe en andre overvåkningsstrømverdi når den andre senderinnretning (T2) er operativ, idet avledningsinnretningen (1025) er operativ for å avlede indikasjonen på formasjonsresistivitet som en funksjon av det første elektriske signal, det andre elektriske signal, den første overvåkningsstrømverdi og den andre overvåkningsstrømverdi.

16. Apparat som angitt i krav 14 eller 15,karakterisert vedat det videre omfatter en ytterligere strømovervåkningsinnretning (Ml eller M2) ved en ytterligere overvåkningsposisjon på legemet (1202) for å måle den aksiale strøm som passerer den ytterligere overvåkningsposisjonen (1202) for å frembringe en ytterligere overvåkningsstrømverdi, og at avledningsinnretningen (1025) er operativ for å avlede indikasjonen på formasjonsresistivitet som en funksjon av den ytterligere overvåkningsstrømverdi.

17. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 14-16, karakterisert vedat nevnte første og andre senderposisjoner er adskilt på legemet (1202) , og at elektroden (R eller B) befinner seg mellom nevnte første og andre senderposisjoner, idet overvåkningsposisjonen befinner seg mellom nevnte første og andre senderposisjoner.

18. Apparat som angitt i krav 17,karakterisert vedat overvåkningsposisjonen ligger inntil elektroden (R eller B).

19. Apparat som angitt i et av kravene 17 eller 18 i avhengighet av krav 16, karakterisert vedat den ytterligere overvåkningsposisjon ligger inntil en av senderposisjonene og at den ytterligere overvåkningsinnretning (Ml eller M2) frembringer den ytterligere overvåkningsstrømverdi når senderinnretningen (Tl eller T2) i den andre av nevnte senderposisjoner er operativ.

20. Apparat som angitt i krav 19, karakterisert vedat det første elektriske signal er benevnt R.^, det andre elektriske signal er benevnt R2, den første overvåkningsstrømverdi er benevnt MQ1, den andre overvåkningsstrømverdi er benevnt MQ2, og den ytterligere overvåkningsstrømverdi er benevnt M12, idet avledningsinnretningen (1025) avleder formasjonsresistiviteten som inverst proporsjonal med

21. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 14-20, karakterisert vedat hver av nevnte første og andre senderinnretning (Tl og T2) og strømovervåkningsinnretningen (MO) omfatter en toroideantenne.

22. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 14-21, karakterisert vedat elektroden omfatter en ringelektrode (R).

23. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 14-21, karakterisert vedat elektroden omfatter en knappelektrode (B).

24. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 14-23, karakterisert vedat det ledende legeme er et metallvektrør (1202) på en borestreng.

25. Apparat som angitt i et hvilket som helst av kravene 14-23, karakterisert vedat det ledende legeme omfatter elektrisk koplede rørseksjoner.

26. Apparat som angitt i krav 25,karakterisert vedat legemet er nedhengt i borehullet i en vaierledning.

27. Fremgangsmåte for å bestemme resistiviteten til formasjoner som omgir et borehull, omfattende de følgende trinn: tilveiebringelse av et langstrakt elektrisk ledende legeme som kan forflyttes i borehullet; og etablering av en strøm i legemet som går i en bane som innbefatter legemet og formasjonene;karakterisert ved: måling av et elektrisk signal som er resultatet av nevnte strøm ved en elektrode på legemet med en overflate som er elektrisk isolert fra legemets overflate, for å frembringe et målt elektrodesignal; avledning av et kompensasjonssignal fra en måling av aksial strøm i legemet; og frembringelse av et kompensert elektrodesignal som en funksjon av det målte elektrodesignal og nevnte kompensasjonssignal, idet det kompenserte elektrodesignalet er indikativt for formasjonsresistivitet.

28. Fremgangsmåte som angitt i krav 27,karakterisert veddet ytterligere trinn å avlede formasjonsresistivitet fra det kompenserte elektrodesignal.

29. Fremgangsmåte som angitt i krav 27 eller 28,karakterisert vedat trinnet med å etablere en strøm omfatter etablering av en første og andre strøm fra adskilte senderposisjoner på legemet.

30. Fremgangsmåte for å bestemme resistiviteten til formasjoner som omgir et borehull, omfattende de følgende trinn: å tilveiebringe et langstrakt, elektrisk ledende legeme som kan forflyttes gjennom borehullet; å tilveiebringe en første kilde for å etablere en første strøm i legemet, hvilken strøm går i en bane som innbefatter legemet og formasjonene; tilveiebringelse av en andre kilde for å etablere en andre strøm i legemet, hvilken strøm går i en bane som innbefatter legemet og formasjonene, slik at nevnte andre og første strøm går i motsatte retninger i legemet;karakterisert ved: måling av aksial strøm i legemet, og styring av minst en av kildene som en funksjon av den målte aksiale strømmen; og måling av et elektrisk signal ved en elektrode på legemet med en overflate som er elektrisk isolert fra legemets overflate, idet nevnte signal er indikativt for formasjonsresistiviteten.

31. Fremgangsmåte som angitt i krav 30,karakterisert vedat den aksiale strøm blir målt i en posisjon på legemet som ligger inntil elektroden.