NO315099B1 - Borehole measurement system using electromagnetic wave propagation - Google Patents

Borehole measurement system using electromagnetic wave propagation Download PDF

Info

Publication number
NO315099B1
NO315099B1 NO19963793A NO963793A NO315099B1 NO 315099 B1 NO315099 B1 NO 315099B1 NO 19963793 A NO19963793 A NO 19963793A NO 963793 A NO963793 A NO 963793A NO 315099 B1 NO315099 B1 NO 315099B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
borehole
formation
transmitter
signal
phase
Prior art date
Application number
NO19963793A
Other languages
Norwegian (no)
Other versions
NO963793D0 (en
NO963793L (en
Inventor
Larry W Thompson
Macmillan M Wisler
Jr Wallace Harold Meyer
Jian-Qun Wu
Original Assignee
Baker Hughes Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US08/212,194 external-priority patent/US5469062A/en
Priority claimed from US08/214,343 external-priority patent/US5574374A/en
Priority claimed from US08/214,916 external-priority patent/US5811972A/en
Priority claimed from PCT/US1995/002814 external-priority patent/WO1995024663A1/en
Application filed by Baker Hughes Inc filed Critical Baker Hughes Inc
Publication of NO963793D0 publication Critical patent/NO963793D0/en
Publication of NO963793L publication Critical patent/NO963793L/en
Publication of NO315099B1 publication Critical patent/NO315099B1/en

Links

Description

Oppfinnelsens område Field of the invention

Oppfinnelsen angår bestemmelse av geofysiske parametere for jordformasjoner som gjennomtrenges av et borehull. Mer spesielt er oppfinnelsen rettet på bestemmelse av geofysiske egenskaper ut fra mål for elektromagnetiske egenskaper til jordformasjoner i nærheten av et borehull, enten under boringen av borehullet eller etter boringen av borehullet. The invention concerns the determination of geophysical parameters for soil formations penetrated by a borehole. More particularly, the invention is directed to the determination of geophysical properties based on measurements of electromagnetic properties of soil formations in the vicinity of a borehole, either during the drilling of the borehole or after the drilling of the borehole.

Bakgrunnsteknikk Background technology

Et mål for geofysiske parametere for jordformasjoner som gjennomtrenges av et borehull, som funksjon av dybde i borehullet, omtales innen olje- og gassindustrien vanligvis som en ,T>rønnlogg". Den første brønnlogg ble målt eller "kjørt" i 1927 og bestod av et mål for de spontane potensial(SP)-egenskaper til en jordformasjon som gjennomtrenges av borehullet. Loggen ble kjørt etter at borehullet var boret ved å benytte et borehullsinstrument som arbeidet på en elektrisk vaier. Vaieren tjente som en anordning for transport av borehullsinstrumentet eller "loggingsverktøyet" langs borehullet, og også som en elektrisk bane for overføring av data fra følere i borehullsinstrumentet til jordoverflaten. I løpet av de mellomliggende dekader har vaierbrønnloggingsteknikken utviklet seg i raffinement og kompleksitet, idet den benytter elektromagnetiske, akustiske, nukleære og mekaniske teknikker for å bestemme geofysiske parametere av interesse. Sannsynligvis de viktigste geofysiske parametere for produsenter av hydrokarboner er formasjonens hydrokarbon-(eller vann)-metning, formasjonens porøsitet, og formasjonens permeabilitet. Disse parametere benyttes på sin side til å bestemme (a) om hydrokarbon er til stede i formasjonen, (b) hvor mye hydrokarbon som er til stede, og (c) den letthet med hvilken hydrokarbonet kan uttrekkes eller "produseres" fra formasjonen. A measure of geophysical parameters for soil formations penetrated by a borehole, as a function of depth in the borehole, is commonly referred to in the oil and gas industry as a "well log". The first well log was measured or "run" in 1927 and consisted of a measure of the spontaneous potential (SP) properties of a soil formation penetrated by the borehole. The log was run after the borehole was drilled using a downhole instrument operating on an electrical wireline. The wireline served as a means of transporting the downhole instrument or "logging tool " along the borehole, and also as an electrical path for transmitting data from sensors in the downhole instrument to the earth's surface. In the intervening decades, wireline well logging techniques have evolved in sophistication and complexity, using electromagnetic, acoustic, nuclear and mechanical techniques to determine geophysical parameters of interest Probably the most important geophysical parameters for producers of hydrocarbons are the formation's hydrocarbon (or water) saturation, the formation's porosity, and the formation's permeability. These parameters, in turn, are used to determine (a) whether hydrocarbon is present in the formation, (b) how much hydrocarbon is present, and (c) the ease with which the hydrocarbon can be extracted or "produced" from the formation.

I løpet av de siste to dekader er brønnlogger av økende kompleksitet og raffinement blitt målt under boring av borehullet. Fordelene med måling-undcr-boring- eller MWD-logger (MWD = mcasurement while drilling) er velkjente innen faget. Elektromagnetiske, nukleære og akustiske teknikker er blitt benyttet i MWD-systemer som nærmer seg nøyaktigheten og presisjonen til deres vaier-motstykker. Over the past two decades, well logs of increasing complexity and sophistication have been measured while drilling the borehole. The benefits of measurement-undcr-drilling or MWD (MWD = mcasurement while drilling) logs are well known in the art. Electromagnetic, nuclear and acoustic techniques have been used in MWD systems that approach the accuracy and precision of their wire counterparts.

Elektromagnetiske induksjonsteknikker er blitt benyttet i en rekke år ved vaier- og MWD-loggingsoperasjoner for å bestemme resistiviteten og andre elektromagnetisk parametere til jordformasjoner som gjennomtrenges av et borehull. Én eller flere sendere i et borehull-induksjonsloggingsinstrument induserer en vekselspenning inne i borehullet og jordformasjonen i nærheten av instrumentet. Amplitudene og fasene av de signaler som frembringes av disse elektromagnetiske vekselfelter, måles av én eller flere mottakere i borehullsinstrumentet. Resistivitet og andre elektromagnetiske egenskaper beregnes ut fra de grunnleggende amplitude- og fasemålinger. Ved å benytte de grunnleggende forutsetninger at formasjoner som er mettet med hydrokarbon, er mer resistive enn en formasjon som er at formasjoner som er mettet med hydrokarbon, er mer resistive enn en formasjon som er mettet med saltvann, bestemmes tilstedeværelsen og mengden av hydrokarbon som er "på plass". Electromagnetic induction techniques have been used for a number of years in wireline and MWD logging operations to determine the resistivity and other electromagnetic parameters of soil formations penetrated by a borehole. One or more transmitters in a borehole induction logging instrument induce an alternating voltage within the borehole and the earth formation near the instrument. The amplitudes and phases of the signals produced by these alternating electromagnetic fields are measured by one or more receivers in the borehole instrument. Resistivity and other electromagnetic properties are calculated from the basic amplitude and phase measurements. Using the basic assumptions that hydrocarbon-saturated formations are more resistive than a formation that is Hydrocarbon-saturated formations are more resistive than a saltwater-saturated formation, the presence and amount of hydrocarbon is determined "in place".

Nøyaktigheten og presisjonen av hydrokarbonmålinger som beregnes ut fra mål for formasjonsresistivitet, styres av nøyaktigheten og presisjonen av de underliggende resistivitetsmålinger. Feil i resistivitetsmålinger, enten det er vaier- eller MWD-målinger, oppstår i tidligere kjente systemer fra en rekke kilder. Disse feilkilder skal omtales kortfattet under følgende kategorier: The accuracy and precision of hydrocarbon measurements calculated from formation resistivity measurements is governed by the accuracy and precision of the underlying resistivity measurements. Errors in resistivity measurements, whether wireline or MWD measurements, occur in prior art systems from a variety of sources. These sources of error must be discussed briefly under the following categories:

1. Instrumentkalibrering 1. Instrument calibration

I tidligere kjente systemer kalibreres typisk borehullsmstrurnenter eller loggings-verktøyer, både av vaier- og MWD-typen, på brannstedet (eller i laboratoriet), idet det benyttes en "luftspenn"-kalibreringsoperasjon ("air-hang" calibration operation) under hvilken loggingsverktøyets sender- og mottakerantenner benyttes til å sende og motta elektromagnetiske signaler som forplanter seg gjennom atmosfæren rundt verktøyet. Disse luftspenn-kalibreringsoperasjoner tilveiebringer ingen som helst data om verktøyets operasjon så snart det kjøres ned i borehullet og opereres i borehullomgivelsene. Kalibreringsverdier som oppnås under luftspennet, gjelder kanskje ikke for borehullomgivelsene, eller loggingsverktøyet kan gå ut av kalibrering så snart det kjøres ned i borehullet. In previously known systems, borehole machines or logging tools, both wireline and MWD type, are typically calibrated at the fire scene (or in the laboratory), using an "air-hang" calibration operation during which the logging tool's transmitter and receiver antennas are used to send and receive electromagnetic signals that propagate through the atmosphere around the tool. These air tension calibration operations provide no data whatsoever on the operation of the tool once it is driven downhole and operated in the borehole environment. Calibration values obtained during the air span may not apply to the downhole environment, or the logging tool may go out of calibration as soon as it is driven downhole.

Tidligere kjente borehullsinstrumenter omfatter typisk et betydelig antall analoge, elektriske og elektroniske komponenter i både sende- og mottakingskretsene, og disse har en tendens til å innføre en feilkomponent når de utsettes for endringer i temperatur. Denne type feilkomponent identifiseres typisk som en "varmedrift"-feilkomponent. I tidligere kjente anordninger innfører denne varmedrift-feilkomponent vesentlige unøyaktigheter i målinger, hvilket kan redusere den totale nøyaktighet av loggingsinstrumentet Prior art downhole instruments typically include a significant number of analog, electrical and electronic components in both the transmitting and receiving circuits, and these tend to introduce an error component when exposed to changes in temperature. This type of failure component is typically identified as a "thermal drift" failure component. In prior art devices, this thermal drift error component introduces significant inaccuracies in measurements, which can reduce the overall accuracy of the logging instrument

Mange tidligere kjente MWD-loggingsverktøyer påstås å være i stand til å tilveiebringe en viss indikasjon på størrelsen og formen på borehullet, under operasjoner som vanligvis betegnes som "kaUbermålin<g>s,'-operasjoner ("calipering" operations). Slike kalibermålingsoperasjoner avhenger av evnen til å detektere svake endringer i amplitudedempningen eller faseforskyvningen i loggingsmålingene som kan tilskrives endringer i borehullstørrelsen. En lang rekke faktorer tas i betraktning under kalibermålingsoperasjoner, deriblant loggingsverktøyets diameter, resistiviteten av borefluidumet eller ''boreslammet", diameteren av inntrengning av boreslammet i formasjonen, resistiviteten av formasjonen og boreslammet i den invaderte sone, og resistiviteten av formasjonen for ikke-invaderte partier av formasjonen. Kalibreirngsfeil- og varmedriftfeilkomponenter, sammen med andre unøyaktigheter som er knyttet til utnyttelse av et så stort antall variable, får typisk endringene i resistivitet av borehullet til å virke mindre, og gjør tidligere kjente borehull-kaliberrnålingsoperasjonsteknikker i det vesentlige meningsløse. Many prior art MWD logging tools are claimed to be capable of providing some indication of the size and shape of the borehole, during operations commonly referred to as "caUbermålin<g>s," ("calipering" operations). Such caliber measurement operations depend of the ability to detect slight changes in the amplitude attenuation or phase shift in the logging measurements that can be attributed to changes in borehole size. A wide variety of factors are taken into account during borehole measurement operations, including the diameter of the logging tool, the resistivity of the drilling fluid or "drilling mud", the diameter of penetration of the drilling mud into the formation , the resistivity of the formation and drilling mud in the invaded zone, and the resistivity of the formation for non-invaded parts of the formation. Calibration error and thermal drift error components, along with other inaccuracies associated with the utilization of such a large number of variables, typically make the changes in wellbore resistivity appear smaller, rendering previously known wellbore calibration needle operation techniques essentially meaningless.

Et annet problem som typisk påtreffes under loggingsoperasjoner, er uønsket, gjensidig magnetfeltkopling som kan opptre mellom to eller flere mottakende antenner. Betraktet i store trekk kan den gjensidige magnetiske kopling mellom mottakere betraktes som et tap av informasjon som kan tilskrives den magnetiske vekselvirkning mellom mottakerne, og som kan betraktes som en feilkomponent. Mer spesielt oppstår gjensidig kopling når et forplantende, elektromagnetisk felt frembringer en strøm i en spesiell mottaker, og den strøm som genereres i en spesiell mottaker, selv genererer et forplantende, elektromagnetisk felt som kombineres med det primære eller "utspørrende", elektromagnetiske felt for å påvirke den mengde strøm som genereres i én eller flere tilgrensende, mottakende antenner. Another problem typically encountered during logging operations is unwanted mutual magnetic field coupling that can occur between two or more receiving antennas. Considered broadly, the mutual magnetic coupling between receivers can be considered as a loss of information attributable to the magnetic interaction between the receivers, and which can be considered as an error component. More specifically, mutual coupling occurs when a propagating electromagnetic field produces a current in a particular receiver, and the current generated in a particular receiver itself generates a propagating electromagnetic field which combines with the primary or "interrogating" electromagnetic field to affect the amount of current generated in one or more adjacent receiving antennas.

Kort sammenfattet omfatter noen av de viktigste tekniske problemer som er knyttet til borehullsinstrumenter, og særlig MWD-loggjngsverktøyer, følgende: (1) den manglende evne til å oppnå en meningsfylt og nøyaktig kalibrering, (2) vanskeligheten med å oppnå kalibreringen, (3) den manglende evne til å bestemme når et verktøy går ut av kalibrering under loggingsoperasjoner, (4) den betydelige innvirkning på nøyaktigheten av varmedriftfeilkomponenter, (5) den manglende evne til å oppnå nøyaktige borehullkaliberdata ved utnyttelse av et loggingsverktøy, hovedsakelig på grunn av den kombinerte virkning av feilkomponenter som er knyttet til de variable som utnyttes til å utlede borehullkaliberdata, °g (6) virkningene av uønsket, gjensidig magnetfeltkopling mellom mottakende antenner i en loggingsinnretning. In brief, some of the most important technical problems associated with downhole instruments, and particularly MWD logging tools, include the following: (1) the inability to achieve a meaningful and accurate calibration, (2) the difficulty of achieving the calibration, (3) the inability to determine when a tool is out of calibration during logging operations, (4) the significant impact on the accuracy of thermal drift error components, (5) the inability to obtain accurate borehole caliber data when utilizing a logging tool, mainly due to the combined effect of error components associated with the variables used to derive borehole caliber data, °g (6) the effects of unwanted mutual magnetic field coupling between receiving antennas in a logging facility.

2. Seriebehandling av målte data 2. Serial processing of measured data

Som foran nevnt, benyttes amplitude- og fasemålinger til å beregne resistiviteten og andre elektromagnetiske egenskaper til formasjonen og borehullet i nærheten av borehullsloggingsinstrumentet Det er ganske vanlig praksis å benytte to eller flere sender-mottaker-par med forskjellige avstander langs borehullets akse. Det er også helt vanlig praksis å drive én eller flere sendere på forskjellige frekvenser. Begge praksiser er rettet på å oppnå elektromagnetiske målinger av forskjellige radiale undersøkelsesdybder i formasjonen, nær borehullet og borehullsområder. Disse målinger kombineres deretter for å oppnå resistivitetsmålinger som er blitt korrigert for ugunstige omgivelsesforhold, så som formasjoner som er invadert av borefluidum, formasjoner med begrenset vertikal tykkelse, diameteren av borehullet, resistiviteten og andre elektromagnetiske egenskaper av bore-fluidurnet, og liknende. Omgivelseskorreksjonene utføres fortløpende eller "seriemessig" i den kjente teknikk. Seriemessig omgivelseskorreksjon har en tendens til å forplante eller utbre feil som er knyttet til hver korreksjon, og maksimerer dermed den feil som er knyttet til den omgivelsesmessig korrigerte resistivitetsmåling. As previously mentioned, amplitude and phase measurements are used to calculate the resistivity and other electromagnetic properties of the formation and the borehole in the vicinity of the borehole logging instrument. It is quite common practice to use two or more transmitter-receiver pairs with different distances along the axis of the borehole. It is also quite common practice to operate one or more transmitters on different frequencies. Both practices are aimed at obtaining electromagnetic measurements of various radial survey depths in the formation, near the borehole and borehole areas. These measurements are then combined to obtain resistivity measurements that have been corrected for adverse environmental conditions, such as formations invaded by drilling fluid, formations with limited vertical thickness, the diameter of the borehole, the resistivity and other electromagnetic properties of the drilling fluid urn, and the like. The environmental corrections are carried out continuously or "serially" in the known technique. Series ambient correction tends to propagate or propagate errors associated with each correction, thereby maximizing the error associated with the ambient corrected resistivity measurement.

Det er kjent innen faget at målinger som er utført med forskjellige sender-mottaker-avstander og på forskjellige frekvenser, oppviser forskjellige vertikale oppløsninger. Den kjente teknikk har funnet motstykket til de vertikale oppløsninger ved å benytte forskjellige foldings- og foldingsfjerningsteknikker (convolution and deconvolution techniques) forut for kombinasjon av et stort antall målinger. Dette omtales igjen som seriedatabehandling i den kjente teknikk. US-patent 4 609 873 (Percy T. Cox m.fl.) angir benyttelse av et vaierlog-gingssystem som omfatter minst tre senderspoler og minst to mottakerspoler for å bestemme resistivitet og dielektrisitetskonstant for en underjordisk formasjon nær opp til en borefluiduminvadert sone. Senderne drives på en eneste frekvens på 30 MHz. Amplitude- og fasemålinger utføres, og seriebehandling av dataene benyttes. Ved forholdsvis lave senderfrekvenser innfører seriebehandling bare ubetydelige feil. Ved høyere senderfrekvenser i området 2 MHz eller høyere påvirkes vertikal oppløsning ikke bare av det fysiske arrangement av sender-mottaker-kombinasjonene, men også i vesentlig grad av de elektromagnetiske egenskaper til borehullomgivelsene og formasjonen. Den funksjonelle avhengighet av vertikal oppløsning og senderfrekvens behandles i publikasjonene "2-MHz Propagation Resistivity Modeling in Invaded Thin Beds", av W. Hal Meyer, The Log Analyst, juli-august 1993, s. 33 og "Inversion of 2 MHz Propagation Resistivity Logs" av W.H. Meyer, SPWLA 33rd Annual Logging Symposium, skrift H, 14.-17. juni 1992. Uttrykt på en annen måte kan tidligere kjent seriebehandling av data innføre betydelig feil ved senderfrekvenser i området 2 MHz og høyere. For å oppnå nøyaktige og presise parametriske bestemmelser ved disse frekvenser, er det nødvendig å beregne parametrene av interesse og samtidig å utføre de nødvendige korreksjoner, deriblant korreksjoner for virkningene av forskjellige vertikale oppløsninger. It is known in the art that measurements carried out with different transmitter-receiver distances and at different frequencies exhibit different vertical resolutions. The known technique has found the counterpart to the vertical resolutions by using different convolution and deconvolution techniques prior to combining a large number of measurements. This is again referred to as serial data processing in the prior art. US Patent 4,609,873 (Percy T. Cox et al.) discloses the use of a wireline logging system comprising at least three transmitter coils and at least two receiver coils to determine the resistivity and dielectric constant of an underground formation close to a drilling fluid invaded zone. The transmitters are operated on a single frequency of 30 MHz. Amplitude and phase measurements are performed, and serial processing of the data is used. At relatively low transmitter frequencies, serial processing only introduces negligible errors. At higher transmitter frequencies in the range of 2 MHz or higher, vertical resolution is affected not only by the physical arrangement of the transmitter-receiver combinations, but also to a significant extent by the electromagnetic properties of the borehole surroundings and formation. The functional dependence of vertical resolution and transmitter frequency is addressed in the publications "2-MHz Propagation Resistivity Modeling in Invaded Thin Beds", by W. Hal Meyer, The Log Analyst, July-August 1993, p. 33 and "Inversion of 2 MHz Propagation Resistivity Logs" by W.H. Meyer, SPWLA 33rd Annual Logging Symposium, Paper H, 14-17 June 1992. Expressed in another way, previously known serial processing of data can introduce significant error at transmitter frequencies in the range of 2 MHz and higher. In order to obtain accurate and precise parametric determinations at these frequencies, it is necessary to calculate the parameters of interest and at the same time to perform the necessary corrections, including corrections for the effects of different vertical resolutions.

US-patent 5 187 661 viser en loggingsinnretning og en fremgansmåte for bestemmelse av resistivitet og/eller dielektrisitetskonstant i en formasjon nær et borehull, og videre for bestemmelse av invasjonsdybden i formasjonen, hvor det benyttes flere sendere og mottakere for elektromagnetisk energi, og en oscillator hvor valg av utgangsfrekvens styres digitalt. Loggingsinnretningen omfatter også en anordning for transport av en målesonde langs borehullet. US patent 5 187 661 shows a logging device and a method for determining resistivity and/or dielectric constant in a formation near a borehole, and further for determining the depth of invasion in the formation, using several transmitters and receivers for electromagnetic energy, and an oscillator where the choice of output frequency is controlled digitally. The logging device also includes a device for transporting a measuring probe along the borehole.

3. Borehull-parameterbestemmelser. 3. Borehole parameter determinations.

Den kjente teknikks korreksjon av resistivitetsmålinger for de uheldige virkninger av omgivelsesitlstander, og særlig for borehullitlstander, er blitt kort beskrevet i det foregående avsnitt. For å utføre gyldige korreksjoner for borehullitlstander, er det vanligvis nødvendig å kjenne borehulltilstandene eller tilstandene nær borehullet, som omfatter borehulldiameter, de elektromagnetiske egenskaper til borefluidumet, graden av inntrenging eller invasjon av borefluidumet, og liknende. The known technique's correction of resistivity measurements for the adverse effects of ambient conditions, and particularly for borehole conditions, has been briefly described in the previous section. In order to perform valid corrections for wellbore readings, it is usually necessary to know the wellbore or near-borehole conditions, which include the borehole diameter, the electromagnetic properties of the drilling fluid, the degree of penetration or invasion of the drilling fluid, and the like.

Borehull- og nær-borehull-parametere tilveiebringer også annen ytterst nyttig informasjon. Som et eksempel er borefJuidum-inntrengingsprofilen en indikasjon på formasjonens permeabilitet. Som et ytterligere eksempel kan borehullets fysiske egenskaper, så som rynkethet og elliptisitet, relateres til bergartmassens mekaniske egenskaper og til effektiviteten av boreoperasjonen. Kjennskap til bergartmassens egenskaper er ytterst nyttig ved spesifisering av senere kompletteringsaktiviteter, så som eventuell frakturering og også perforeringsprogrammer. Som enda et ytterligere eksempel kan kjennskap til borehulltilstander ofte benyttes til å øke effektiviteten av borehuU-boreoperasjonen, så som modifikasjon av boringsparametere for å øke borkrone-inntrengingshastigheter. Den kjente teknikk har tradisjonelt betraktet borehullparametere som kilder til feil eller "støy" i ønskede formasjonsmålinger. Bestrebelser for å kvantifisere borehullparametere har vanligvis vært forfulgt bare i den grad det har vært nødvendig for å oppnå fornuftige korreksjoner av de formasjonsparametere som har vært betraktet som "signalet". Borehole and near-borehole parameters also provide other extremely useful information. As an example, the borefJuidum penetration profile is an indication of formation permeability. As a further example, the physical properties of the borehole, such as wrinkling and ellipticity, can be related to the mechanical properties of the rock mass and to the efficiency of the drilling operation. Knowledge of the properties of the rock mass is extremely useful when specifying later completion activities, such as possible fracturing and also perforation programs. As yet another example, knowledge of wellbore conditions can often be used to increase the efficiency of the wellbore drilling operation, such as modification of drilling parameters to increase bit penetration rates. The prior art has traditionally considered borehole parameters as sources of error or "noise" in desired formation measurements. Efforts to quantify borehole parameters have generally been pursued only to the extent necessary to obtain reasonable corrections to the formation parameters that have been considered the "signal".

4. Kvantifisering av feil 4. Quantification of errors

Feil i resistivitet eller andre elektromagnetiske egenskaper til formasjonen, nær-borehull- og borehullparametere kan oppstå fra mange kilder. Slik som foran omtalt, er instrumentkalibrering en hovedkilde til feil i tidligere kjente anordninger. Algoritmer eller "modeller" som benyttes til å omforme ubearbeidede amplitudedempnings- og/eller fase-foiskyvningsmalinger til den ønskede informasjon og borehullparametere av interesse, kan dessuten innføre feil ved visse borehull- og formasjonsitlstander. Feil av begge typer kan kompenseres for på riktig måte bare dersom feilen først klart identifiseres og kvantifiseres. Tidligere kjente systemer har ikke vært rettet på identifikasjon og kvantifisering av feil, særlig i sann tid. Feilanalyse, dersom den i det hele tatt utføres, utføres vanligvis av analytikeren lenge etter at brønnen er blitt logget. Errors in resistivity or other electromagnetic properties of the formation, near-borehole and borehole parameters can arise from many sources. As previously discussed, instrument calibration is a major source of error in previously known devices. Algorithms or "models" used to transform raw amplitude attenuation and/or phase shift patterns into the desired information and borehole parameters of interest may also introduce errors at certain borehole and formation conditions. Errors of both types can only be properly compensated for if the error is first clearly identified and quantified. Previously known systems have not been aimed at identifying and quantifying errors, particularly in real time. Failure analysis, if performed at all, is usually performed by the analyst long after the well has been logged.

5. Ytterligere feilkilder 5. Additional sources of error

I tillegg til ovennevnte feilkilder eksisterer det grunnleggende problemer ved omformingen av målinger av resistivitet til målinger av hydrokarbonmetning. Slik som foran nevnt, har formasjonsresistivitet historisk sett vært den primære parameter av interesse ved MWD- og vaierlogging, da den benyttes til å avtegne hydrokarboner fra saltvann. Resistivitetsmålinger kan ikke benyttes til å avtegne hydrokarboner fra forholdsvis ferske vannmasser på grunn av mangelen på kontrast i resistivitetene av de to fluida. Hydrokarbon og vann, enten det er saltvann eller ferskvann, oppviser forskjellige dielektrisitetskonstanter. En samtidig måling av fomiasjons-dielektrisitetskonstant og formasjonsresistivitet har vært benyttet ved vaierlogging for å oppstreke eller skille mellom hydrokarbon og vannmettede (ferskvanns- eller saltvannsmettede) formasjoner. Denne teknikk er imidlertid ikke blitt benyttet i MWD-logger. In addition to the above sources of error, fundamental problems exist when converting measurements of resistivity to measurements of hydrocarbon saturation. As previously mentioned, formation resistivity has historically been the primary parameter of interest in MWD and wireline logging, as it is used to delineate hydrocarbons from salt water. Resistivity measurements cannot be used to delineate hydrocarbons from relatively fresh bodies of water due to the lack of contrast in the resistivities of the two fluids. Hydrocarbon and water, whether salt water or fresh water, exhibit different dielectric constants. A simultaneous measurement of formation dielectric constant and formation resistivity has been used in wireline logging to distinguish between hydrocarbon and water-saturated (freshwater or saltwater-saturated) formations. However, this technique has not been used in MWD logs.

Sammendrag av oppfinnelsen Summary of the invention

Oppfinnelsen er rettet på måling eller "logging" av elektromagnetiske egenskaper til en jordformasjon som gjennomtrenges av et borehull. Elektromagnetiske bølgefor-plantningsteknikker benyttes til å bestemme parametere av interesse for formasjonen og borehullet i nærheten av et borehullsinstrument. Borehullsinstrumentet inneholder ett eller flere sender-mottaker-par som opererer på én eller flere frekvenser. Borehullsinstrumentet transporteres fortrinnsvis langs borehullet ved hjelp av en borestreng. Oppfinnelsen er derfor primært rettet på MWD-operasjoner, men er også anvendelig på vaierlogging. Målinger av amplitudedempning og faseforskyvning overføres fortrinnsvis til overflaten for behandling og omforming til parametere av interesse ved benyttelse av en modell av loggingsinstru-mentets respons og en passende beregningsanordning. Alternativt kan omformingen av amplitude- og fasemålingene utføres med en behandlingsanordning som er inneholdt i bore-hullsinstrumentene, og parametrene av interesse overføres til overflaten, eller lagres i borehullsinstrumentet for senere gjenfinning ved overflaten. The invention is directed to the measurement or "logging" of electromagnetic properties of an earth formation penetrated by a borehole. Electromagnetic wave propagation techniques are used to determine parameters of interest to the formation and the borehole in the vicinity of a downhole instrument. The downhole instrument contains one or more transmitter-receiver pairs operating at one or more frequencies. The borehole instrument is preferably transported along the borehole using a drill string. The invention is therefore primarily aimed at MWD operations, but is also applicable to cable logging. Measurements of amplitude attenuation and phase shift are preferably transferred to the surface for processing and transformation into parameters of interest using a model of the logging instrument's response and a suitable calculation device. Alternatively, the transformation of the amplitude and phase measurements can be carried out with a processing device that is contained in the borehole instruments, and the parameters of interest are transferred to the surface, or stored in the borehole instrument for later retrieval at the surface.

Et formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et loggingssystem som gir nøyaktige og presise mål for amplitudedempning og faseforskyvning av elektromagnetisk stråling som induseres i formasjonen ved hjelp av borehullsinstrumentets senderelementer. Dette resulterer på sin side i mer nøyaktige og presise formasjons- og borehullparametere av interesse som beregnes ut fra de grunnleggende amplitude- og fasemålinger ved benyttelse av mstrumentresponsmodellen. Mer spesielt benytter nedhullsinstrumentet en digital kretsanordning som minimerer feil som skriver seg fra varmedriften av systemets elektronikk. Dessuten forbedres kalibrering av systemet før, under og etter logging, slik at feil av utstyrsrelatert type reduseres ytterligere. Systemet korrigerer også for gjensidig kopling av mottakerantenner i borehullsinstrumentet, og reduserer dermed ytterligere systematisk feil i de grunnleggende amplitude- og fasemålinger, og de ut fra disse beregnede parametere av interesse. Disse særtrekk i kombinasjon tilbys ikke i tidligere kjente systemer. An object of the invention is to provide a logging system which provides accurate and precise measurements of amplitude attenuation and phase shift of electromagnetic radiation which is induced in the formation by means of the borehole instrument's transmitter elements. This in turn results in more accurate and precise formation and borehole parameters of interest which are calculated from the basic amplitude and phase measurements using the instrument response model. More specifically, the downhole instrument uses a digital circuit that minimizes errors arising from the thermal operation of the system's electronics. In addition, calibration of the system before, during and after logging is improved, so that equipment-related errors are further reduced. The system also corrects for mutual coupling of receiver antennas in the borehole instrument, thus further reducing systematic error in the basic amplitude and phase measurements, and the parameters of interest calculated from these. These special features in combination are not offered in previously known systems.

Et annet formål med oppfinnelsen er reduksjonen av feil i de bestemte parametere av interesse som er et resultat av omgivelseskorreksjoner. Samtidige eller "parallelle", i stedet for seriemessige, databehandlingsmetoder benyttes for å omforme de grunnleggende amplitudedempnings- og faseforskyvningsmålinger til formasjons- og borehullparametere av interesse. Parallell databehandling reduserer forplantningen av feil som er knyttet til korrek-sjonen av data for individuelle omgivelsesparametere. Seriebehandling benyttes i stor utstrekning i tidligere kjente MWD- og vaier-loggingssystemer. Another object of the invention is the reduction of errors in the particular parameters of interest resulting from ambient corrections. Simultaneous or "parallel", rather than serial, data processing methods are used to transform the basic amplitude attenuation and phase shift measurements into formation and borehole parameters of interest. Parallel data processing reduces the propagation of errors associated with the correction of data for individual environmental parameters. Serial processing is used to a large extent in previously known MWD and cable logging systems.

Enda et annet formål med oppfinnelsen er bestemmelse av borehull- så vel som formasjonsparametere av interesse. Slike borehullparametere kan benyttes som indikatorer på den totale effektivitet av boreprogrammet. Dessuten kan målte borehullparametere, så som borehullrynkethet, kaliber og elliptisitet, benyttes til å anslå eller beregne mekaniske egenskaper til den gjennomtrengte formasjon, hvilket på sin side kan benyttes som konstruk-sjonsparametere i fremtidige brønnkompletteirngsprogrammer. Nøyaktige bestemmelser av borehullparametere resulterer i mer nøyaktig og presis korreksjon av formasjonsparametere for omgivelsesborehulltilstander. Tidligere MWD- og vaiersystemer har rettet liten anstrengelse på den spesielle bestemmelse og bruk av borehullparametere. Yet another purpose of the invention is the determination of borehole as well as formation parameters of interest. Such borehole parameters can be used as indicators of the overall efficiency of the drilling programme. In addition, measured borehole parameters, such as borehole wrinkling, caliber and ellipticity, can be used to estimate or calculate mechanical properties of the penetrated formation, which in turn can be used as construction parameters in future well completion programmes. Accurate determinations of borehole parameters result in more accurate and precise correction of formation parameters for ambient borehole conditions. Previous MWD and wireline systems have directed little effort into the specific determination and use of borehole parameters.

Enda et formål med oppfinnelsen er tilveiebringelse av en anordning for å identifisere og kvantifisere totalfeil som er knyttet til parametere av interesse. Slike bestemmelser kan både benyttes til å tildele en kvalitetsfaktor til de loggede parametere og til å tjene som en indikator på utstyrs- eller instrumentresponsmodellproblemer ved visse formasjons- og borehullstilstander. Slike omfattende feilindikasjonssystemer er ikke tilgjengelige i tidligere kjente systemer. Yet another object of the invention is the provision of a device for identifying and quantifying total errors which are linked to parameters of interest. Such determinations can be used both to assign a quality factor to the logged parameters and to serve as an indicator of equipment or instrument response model problems at certain formation and borehole conditions. Such comprehensive fault indication systems are not available in previously known systems.

Enda et ytterligere formål med oppfinnelsen er å måle samtidig resistiviteten, dielektrisitetskonstanten og porøsiteten til formasjonen i nærheten av borehullet. En måling av formasjons-dielektrisitetskonstant er nødvendig for å avtegne hydrokarbonførende soner fra ferskvannsførende soner eller vannførende soner med lav saltholdighet. Det er ikke kjent at samtidige målinger av resistivitet, dielektrisitetskonstant og porøsitet er blitt utført med et MWD-loggingssystem. A further object of the invention is to simultaneously measure the resistivity, the dielectric constant and the porosity of the formation in the vicinity of the borehole. A formation dielectric constant measurement is necessary to delineate hydrocarbon-bearing zones from freshwater-bearing zones or low-salinity water-bearing zones. Simultaneous measurements of resistivity, dielectric constant and porosity are not known to have been carried out with an MWD logging system.

For oppnåelse av de ovenfor angitte formål er det tilveiebrakt en loggmgsinnretning som omfatter de trekk som er angitt i innledningen til krav 1, og som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den omfatter en anordning for å bestemme den radiale posisjon i borehullet i hvilken den minst ene parameter som kan tilskrives det induserte, primære elektromagnetiske felt, måles. In order to achieve the above stated purposes, a logging device has been provided which includes the features stated in the introduction to claim 1, and which according to the invention is characterized in that it includes a device for determining the radial position in the borehole in which the at least one parameter that can be attributed to the induced primary electromagnetic field is measured.

For oppnåelse av de angitte formål er det også tilveiebrakt en loggingsfremgangsmåte som omfatter de trekk som er angitt i innledningen til krav 6, og som er kjennetegnet ved at den omfatter det trinn å bestemme den radiale posisjon i borehullet i hvilken den minst ene parameter som kan tilskrives det induserte, primære elektromagnetiske felt, måles. In order to achieve the stated purposes, a logging method has also been provided which includes the features stated in the introduction to claim 6, and which is characterized by the fact that it includes the step of determining the radial position in the borehole in which at least one parameter can attributed to the induced, primary electromagnetic field, is measured.

Kort beskrivelse av tegningene Brief description of the drawings

For at den måte på hvilken de ovenfor angitte særtrekk, fordeler og formål med oppfinnelsen oppnås, kan forstås nærmere, skal en mer detaljert beskrivelse av oppfinnelsen, som er kort sammenfattet ovenfor, gis under henvisning til de utførelser av denne som er vist på de vedlagte tegninger. In order that the manner in which the above-mentioned distinctive features, advantages and purposes of the invention are achieved can be understood in more detail, a more detailed description of the invention, which is briefly summarized above, shall be given with reference to the embodiments thereof shown on the attached drawings.

Fig. 1 viser oppfinnelsen i en utførelse som benytter måling under boring, Fig. 1 shows the invention in an embodiment that uses measurement during drilling,

fig. 2 viser et mer detaljert riss av en sender, en mottaker og en styrekrets-undermontasje av systemets borehullsinstrumentdel, fig. 2 shows a more detailed view of a transmitter, a receiver and a control circuit subassembly of the downhole instrument portion of the system,

fig. 3 viser et blokkskjema av sende- og mottakingssystemene i logging-under-boring-innretningen ifølge oppfinnelsen, fig. 3 shows a block diagram of the sending and receiving systems in the logging-while-drilling device according to the invention,

fig. 4 viser et elektrisk koplingsskjema av mottakingskretsene i blokkskjemaet på % 3, fig. 4 shows an electrical connection diagram of the receiving circuits in the block diagram of % 3,

fig. 5 viser et blokkskjema av de numerisk styrte oscillatorer i blokkskjemaet på fig. 3, fig. 5 shows a block diagram of the numerically controlled oscillators in the block diagram of fig. 3,

fig. 6 viser et blokkskjema av den digitale signalprosessor i blokkskjemaet på fig. 3, fig. 6 shows a block diagram of the digital signal processor in the block diagram of fig. 3,

fig. 7A, 7B og 7C viser høynivå-flytskjemafremstillinger av verktøydrift i overensstemmelse med den foretrukne utførelse av oppfinnelsen, fig. 7A, 7B and 7C show high-level flow diagram representations of tool operation in accordance with the preferred embodiment of the invention;

fig. 8 viser en høynivå-flytskjemafrernstilling av en digital kalibreringsoperasjon i overensstemmelse med oppfinnelsen, fig. 8 shows a high-level flow diagram illustration of a digital calibration operation in accordance with the invention;

fig. 9 viser en grafisk fremstilling av amplitude-, frekvens- og faseforskyvningsdata som er avledet ved hjelp av en digital kahbreringsoperasjon, fig. 9 shows a graphical representation of amplitude, frequency and phase shift data derived using a digital cabling operation,

fig. 10A, 10B og 10C fremstiller grafisk en rekke forskjellige sammenlikningsope-rasjoner som kan utføres ved benyttelse av data som er avledet fra en digital kalibreringsoperasjon, fig. 10A, 10B and 10C graphically depict a number of different comparison operations that can be performed using data derived from a digital calibration operation,

fig. 11 viser et forenklet blokkskjema av krets- og databehandlingskomponenter som kan benyttes til å måle den uønskede, gjensidige kopling mellom spesielle antenner, fig. 11 shows a simplified block diagram of circuit and data processing components that can be used to measure the unwanted mutual coupling between special antennas,

fig. 12 viser en ekvivalent elektrisk krets for kretsen på fig. 11, fig. 12 shows an equivalent electrical circuit for the circuit of fig. 11,

fig. 13 viser et blokkskjema av teknikken for eliminering av gjensidig kopling, fig. 13 shows a block diagram of the technique for eliminating mutual coupling,

fig. 14 viser et detaljert elektrisk koplingsskjema av blokkskjemaet på fig. 13, fig. 14 shows a detailed electrical connection diagram of the block diagram of fig. 13,

fig. 15A, 15B, 15C, 16A, 16B og 16C viser typer av måhnger som oppnås med kretsen på fig. 14, fig. 15A, 15B, 15C, 16A, 16B and 16C show types of measurements obtained with the circuit of FIG. 14,

fig. 17 viser en flytskjemarfemstilling av teknikken for eliniinasjon av ødeleggende innvirkning av gjensidig kopling og antenneavdrift, fig. 17 shows a flow chart illustration of the technique for elimination of destructive effects of mutual coupling and antenna drift,

fig. 18 illustrerer målte amplitude- og faseresistiviteter over en forholdsvis tynn formasjon som er begrenset av formasjoner med i hovedsaken uendelig vertikal utstrekning, fig. 18 illustrates measured amplitude and phase resistivities over a relatively thin formation which is limited by formations with essentially infinite vertical extent,

fig. 19 viser en grafisk fremstilling av en algoritme for seriemessig korreksjon av tilsynelatende resistivitet for virkningene av invasjon av borefluidumet, fig. 19 shows a graphical representation of an algorithm for serial correction of apparent resistivity for the effects of invasion of the drilling fluid,

fig. 20A og 20B viser grafiske fremstillinger av algoritmer for seriemessig korreksjon av henholdsvis fase- og amplitude-resistivitetsmålinger for virkningene av endelig eller begrenset lagtykkelse, fig. 20A and 20B show graphical representations of algorithms for serially correcting phase and amplitude resistivity measurements, respectively, for the effects of finite or finite layer thickness,

fig. 21 illustrerer grafisk den innbyrdes avhengighet av tilsynelatende fase- og amplituderesistivitet, virkelig formasjonsresistivitet og instrument-borehull-eksentrisitet for et borehullfluidum med en resistivitet på 20 ohm-meter, fig. 21 graphically illustrates the interdependence of apparent phase and amplitude resistivity, true formation resistivity, and instrument-borehole eccentricity for a borehole fluid with a resistivity of 20 ohm-meters,

fig. 22 illustrerer grafisk den innbyrdes avhengighet av tilsynelatende fase- og amplituderesistivitet, virkelig formasjonsresistivitet og instrument-borehull-eksentrisitet for et borehullfluidum med en resistivitet på 0,2 ohm-meter, fig. 22 graphically illustrates the interdependence of apparent phase and amplitude resistivity, true formation resistivity, and instrument-borehole eccentricity for a borehole fluid with a resistivity of 0.2 ohm-meter,

fig. 23 viser logger av tilsynelatende resistivitet bestemt ved fire senderfrekvenser og registrert som funksjon av dybde i et brønnborehull, fig. 23 shows logs of apparent resistivity determined at four transmitter frequencies and recorded as a function of depth in a wellbore,

fig. 24 viser logger av tilsynelatende dielektrisitetskonstant bestemt ved fire senderfrekvenser og registrert som funksjon av dybde i et brønnborehull, fig. 24 shows logs of apparent dielectric constant determined at four transmitter frequencies and recorded as a function of depth in a wellbore,

fig. 25 illustrerer variasjonen av målt, relativ dielektrisitetskonstant og ledningsevne som funksjon av senderfrekvens, fig. 25 illustrates the variation of measured relative dielectric constant and conductivity as a function of transmitter frequency,

fig. 26 viser en grafisk fremstilling av beregnede variasjoner i dielektrisitetskonstant som funksjon av senderfrekvens, og en sammenlikning av teoretiske verdier med målte verdier ved fire forskjellige senderfrekvenser, fig. 26 shows a graphical presentation of calculated variations in dielectric constant as a function of transmitter frequency, and a comparison of theoretical values with measured values at four different transmitter frequencies,

fig. 27A og 27B illustrerer variasjonen av den reelle del av effektiv dielektrisitetskonstant og den reelle del av effektiv formasjonsledningsevne som funksjon av vannresistivitet, ved forskjellige formasjonsporøsiteter, og fig. 27A and 27B illustrate the variation of the real part of effective dielectric constant and the real part of effective formation conductivity as a function of water resistivity, at different formation porosities, and

fig. 28 er en grafisk fremstilling som viser hvordan amplitudedempnings- og faseforskyvningsmålinger kan benyttes til å bestemme borehulldiameter. fig. 28 is a graphical representation showing how amplitude attenuation and phase shift measurements can be used to determine borehole diameter.

Nærmere beskrivelse av den foretrukne utførelse Detailed description of the preferred embodiment

Oppfinnelsen benyttet i en MWD-omgivelse er illustrert på meget generell måte på fig. 1. Elementer som er vist på fig. 1, vil bli nærmere beskrevet i senere avsnitt av denne beskrivelse. Borkronen 31 er festet til et borehullsinstrument 36 som i MWD-utførelsen fortrinnsvis er et metallisk vektrør som på sin side er montert på borehull-borestrengen 37. Denne montasje er vist opphengt i et borehull 34 som gjennomtrenger jordformasjonen 32. En anordning for rotasjon av borestrengen 37 er betegnet med tallet 40. Borestrengen 37 og borehullsinstrumentet 36 er aksialt hule, slik at borefluidum eller "slam" kan pumpes nedover gjennom disse og ut gjennom porter i borkronen 31, og returneres til overflaten via borestreng-borehull-ringrommet som er betegnet som 34a. Slamsirkulasjonssystemet, innbefattet slampumper på overflaten, er ikke vist. Det er velkjent innen faget at slammet tilveiebringer et middel for retur av borkrone-borkaks til overflaten, avkjøler og smører borkronen 31, og tilveiebringer hydrostatisk trykk for å fange opp innvendige trykk i formasjoner som gjennomtrenges av borkronen 31. Fire senderantennespoler med én eller flere viklinger er betegnet med tallene 207, 209, 205 og 203. Spolenes akser er sammenfallende med aksen til borehullsinstrumentet 36. Spolene er elektrisk isolert fra og svakt forsenket i den ytre diameter av vektrøret, og utgjør dermed integrerte elementer av vektrørmontasjen. To mottakerantennespoler er betegnet med tallene 213 og 211. Geometriene til disse spoler er helt like geometriene til senderspolene, og også disse spoler utgjør integrerte elementer av borehullsinstrumentet 36. Senderspolene er fortrinnsvis anordnet symmetrisk på hver side av midtpunktet av mottakerspolene 213 og 211. Kraftkilder og styrekretser for senderne og mottakerne er skjematisk angitt som en undermontasje 201 i borehullsinstrumentet 36 med henblikk på beskrivelse. I utførelsen av oppfinnelsen som en MWD-anordning er styrekretsene fortrinnsvis beliggende inne i trykk- og fluidumtette rom innenfor veggen av borehullsinstrumentet 36 som fortrinnsvis er et vektrør. Data som registreres av mottakerne, kan enten overføres i sann tid til overflaten ved benyttelse av en borefluidumpulsende anordning (ikke vist), eller kan alternativt registreres med en registreringsanordning (ikke vist) nede i borehullet, for senere gjenfinning. For utførelsen med dataoverføring i sann tid overføres signaler fra mottakerne til overflaten ved hjelp av en baneanordning som er generisk betegnet med tallet 46, overføres til en prosessorenhet (CPU) 42 for behandling, og korreleres med dybder fra en vektrør-dybdeindikator 43, og utmates til en registreirngsenhet 44 som fremviser de beregnede parametere av interesse som funksjon av dybde ved hvilken de innmatede målinger ble utført En modell 45 av responsen av sender-mottaker-parene, ved varierende borehulls- og formasjonstilstander, er anordnet for å omforme amplitudedempning og faseforskyvninger som måles av mottakerelementene, til formasjons- og borehullparametere av interesse. Modellen er fortrinnsvis avledet fra teoretiske beregninger av responsen av sender-mottaker-parene, og også avledet fra målte responser av sender-mottaker-parene ved kjente testformasjons- og testborehuUstilstander. Modellen kan alternativt være lagret i et lager (ikke vist) i CPU-enheten 42. En alternativ utførelse av oppfinnelsen omfatter en prosessorenhet (ikke vist), med en responsmodell lagret i denne, som er montert i vektrøret 36 for å utføre databehandling nede i borehullet. Lagerkapasitet er vanligvis begrenset i MWD-borehullsinstnimenter. For mest mulig effektiv utnyttelse av lagerkapasitet er det ofte ønskelig å behandle målte data nede i borehullet og lagre behand-lede resultater i stedet for de mer voluminøse, målte data. The invention used in a MWD environment is illustrated in a very general way in fig. 1. Elements shown in fig. 1, will be described in more detail in later sections of this description. The drill bit 31 is attached to a borehole instrument 36 which in the MWD embodiment is preferably a metallic weight tube which in turn is mounted on the borehole drill string 37. This assembly is shown suspended in a borehole 34 which penetrates the soil formation 32. A device for rotation of the drill string 37 is denoted by the number 40. The drill string 37 and the borehole instrument 36 are axially hollow, so that drilling fluid or "mud" can be pumped down through these and out through ports in the drill bit 31, and returned to the surface via the drill string-borehole annulus which is denoted as 34a. The sludge circulation system, including surface sludge pumps, is not shown. It is well known in the art that the mud provides a means of returning drill bit cuttings to the surface, cools and lubricates the drill bit 31, and provides hydrostatic pressure to capture internal pressures in formations penetrated by the drill bit 31. Four transmitter antenna coils with one or more windings are denoted by the numbers 207, 209, 205 and 203. The axes of the coils coincide with the axis of the borehole instrument 36. The coils are electrically isolated from and slightly recessed in the outer diameter of the collar, and thus constitute integral elements of the collar assembly. Two receiver antenna coils are designated by the numbers 213 and 211. The geometries of these coils are exactly the same as the geometries of the transmitter coils, and these coils also form integral elements of the borehole instrument 36. The transmitter coils are preferably arranged symmetrically on either side of the center point of the receiver coils 213 and 211. Power sources and control circuits for the transmitters and receivers are schematically indicated as a subassembly 201 in the downhole instrument 36 for purposes of description. In the embodiment of the invention as an MWD device, the control circuits are preferably located inside pressure- and fluid-tight spaces within the wall of the borehole instrument 36 which is preferably a weight tube. Data recorded by the receivers can either be transmitted in real time to the surface using a drilling fluid pulsing device (not shown), or can alternatively be recorded with a recording device (not shown) down the borehole, for later retrieval. For the real-time data transmission embodiment, signals are transmitted from the receivers to the surface by means of a track device generically designated 46, transmitted to a processing unit (CPU) 42 for processing, and correlated with depths from a reed depth indicator 43, and output to a recording unit 44 which displays the calculated parameters of interest as a function of depth at which the input measurements were taken. are measured by the receiver elements, to formation and borehole parameters of interest. The model is preferably derived from theoretical calculations of the response of the transmitter-receiver pairs, and also derived from measured responses of the transmitter-receiver pairs at known test formation and test borehole conditions. The model can alternatively be stored in a storage (not shown) in the CPU unit 42. An alternative embodiment of the invention comprises a processor unit (not shown), with a response model stored therein, which is mounted in the neck tube 36 to perform data processing down in the borehole. Storage capacity is usually limited in MWD wellbore arrangements. For the most efficient utilization of storage capacity, it is often desirable to process measured data down the borehole and store processed results instead of the more voluminous, measured data.

Forskjellige elementer, særtrekk og metoder ifølge oppfinnelsen skal beskrives nærmere i de etterfølgende avsnitt. Man må huske på at selv om den foretrukne utførelse av oppfinnelsen er MWD-logging, kan oppfinnelsen alternativt realiseres for vaierlogging eller hvilken som helst loggingsoperasjon som innebærer transport av et måleinstrument langs et borehull. Various elements, special features and methods according to the invention shall be described in more detail in the following paragraphs. It must be borne in mind that although the preferred embodiment of the invention is MWD logging, the invention can alternatively be realized for wireline logging or any logging operation that involves transporting a measuring instrument along a borehole.

1. Borehullsinstrumentet 1. The borehole instrument

Borehullsloggingsinstrumentet 36, fortrinnsvis et vektrør, som omfatter sender-mottaker-spoleoppstillingen, er vist mer detaljert på fig. 2. De to mottakerspoler er betegnet med tallene 213 og 211. Senderspolene 207 og 209 er atskilt i lengderetningen respektive avstander 23 og 21 fra midtpunktet 25 mellom mottakerspolene 213 og 211. Senderspolene 205 og 203 er likeledes atskilt i lengderetningen respektive avstander 23 og 21 fra midtpunktet 25. Kraftkilder og styrekretser for senderne og mottakerne er igjen vist skjematisk som en underseksjon 201 av borehullsinstrumentet 36.1 den foretrukne utførelse er kretsanordningen, som skal beskrives nærmere i neste avsnitt, inneholdt i trykk- og fluidumtette rom innenfor borehullsinstrumentets 36 vegg. Mønsteret med symmetrisk avstand mellom senderne og mottakerne om et punkt 25 midt mellom mottakerne 213 og 211 foretrekkes, men er ikke en nødvendig betingelse for utførelsen ifølge oppfinnelsen. The borehole logging instrument 36, preferably a weight tube, comprising the transmitter-receiver coil arrangement, is shown in more detail in FIG. 2. The two receiver coils are denoted by the numbers 213 and 211. The transmitter coils 207 and 209 are separated in the longitudinal direction by respective distances 23 and 21 from the center point 25 between the receiver coils 213 and 211. The transmitter coils 205 and 203 are likewise separated in the longitudinal direction by respective distances 23 and 21 from the center point 25. Power sources and control circuits for the transmitters and receivers are again shown schematically as a subsection 201 of the borehole instrument 36.1 the preferred embodiment is the circuit arrangement, which will be described in more detail in the next section, contained in pressure and fluid-tight spaces within the borehole instrument 36 wall. The pattern with symmetrical distance between the transmitters and the receivers about a point 25 in the middle between the receivers 213 and 211 is preferred, but is not a necessary condition for the embodiment according to the invention.

1.1 Sende- og mottakingssystemer 1.1 Sending and receiving systems

Fig. 3 viser et blokkskjema av det som eksempel viste loggingsinstrument eller log-gings-"verktøy" 36, med undermontasjen 201, som er vist på fig. 2 og konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsen. Loggingsverktøyets undermontasje 201 omfatter øvre sendere 203, 205, nedre sendere 207, 209 og mellomliggende serieresonans-mottakerantenner 211,213. En sentral prosessor 215 er fortrinnsvis en mikroprosessoranord-ning som benyttes til å koordinere driften av komponentene i loggingsverktøyet 36 og undermontasjen 201, for å registrere og behandle de data som oppnås ut fra målinger som er utført av de mellomliggende serieresonans-mottakerantenner 211, 213, og for å vekselvirke med et slampulstelemetri-dataoverføirngssystem (ikke vist) som fortrinnsvis bæres i den tilgrensende vektrørdel. En prosessor 217 er anordnet og tilegnet for styring av en numerisk styrt oscillator 223. En prosessor 219 er anordnet og tilegnet for styring av en numerisk styrt oscillator 225. Den sentrale prosessor 215 kommuniserer med prosessorene 217, 219 via respektive databusser 241 og 243. De numerisk styrte oscillatorer 223, 225 er tilpasset til å motta et binært kommandosignal som inngangssignal, og til å frembringe et analogt utgangssignal som har spesielle frekvens-, fase- og amplitudeegenskaper. Frekvens-, fase-og amplitudeegenskapene bestemmes i det minste delvis av kommandosignalene som tilføres fra prosessoren 217,219 til inngangen av de numerisk styrte oscillatorer 223,225, og de data som er inneholdt i forskjellige registre i de numerisk styrte oscillatorer 223,225. De numerisk styrte oscillatorer 223, 225 tilveiebringer det analoge signal til sendekretser 227 hhv. 229. De komponenter som utgjør sendekretsene 227,229, skal beskrives nærmere i forbindelse med en teknikk ifølge oppfinnelsen for kvantifisering av den uønskede, gjensidige magnetfeltkopling mellom spesielle antenner. Fig. 3 shows a block diagram of the logging instrument or logging "tool" 36 shown as an example, with the subassembly 201, which is shown in fig. 2 and constructed in accordance with the invention. The logging tool subassembly 201 comprises upper transmitters 203, 205, lower transmitters 207, 209 and intermediate series resonant receiver antennas 211, 213. A central processor 215 is preferably a microprocessor device which is used to coordinate the operation of the components in the logging tool 36 and the subassembly 201, in order to record and process the data obtained from measurements carried out by the intermediate series resonance receiver antennas 211, 213, and to interface with a sludge pulse telemetry data transmission system (not shown) preferably carried in the adjacent neck tube portion. A processor 217 is arranged and adapted for controlling a numerically controlled oscillator 223. A processor 219 is arranged and adapted for controlling a numerically controlled oscillator 225. The central processor 215 communicates with the processors 217, 219 via respective data buses 241 and 243. The numerically controlled oscillators 223, 225 are adapted to receive a binary command signal as an input signal, and to produce an analog output signal having particular frequency, phase and amplitude characteristics. The frequency, phase and amplitude characteristics are determined at least in part by the command signals supplied from the processor 217,219 to the input of the numerically controlled oscillators 223,225, and the data contained in various registers of the numerically controlled oscillators 223,225. The numerically controlled oscillators 223, 225 provide the analogue signal to transmitter circuits 227 and 229. The components that make up the transmission circuits 227,229 shall be described in more detail in connection with a technique according to the invention for quantifying the unwanted, mutual magnetic field coupling between special antennas.

De mottakende antenner 211,213 kommuniserer via en analog mottakingskrets 231 med de første og andre datainngangskanaler til en digital signalprosessor 221. Den digitale signalprosessor 221 mottar data på de første og andre innganger etter at de er omformet fra analog form til digital form av analog/digital-omformere 220, 222, og registrerer dataelementene i en sirkulær lagerbuffer. Den sentrale prosessor 215 trekker ut data fra bufferne på en foreskrevet og forutbestemt måte for å sample den strøm som genereres i mottakerantennene 211, 213 som reaksjon på forplantningen av elektromagnetisk signal gjennom den tilgrensende formasjon. Slik det er konvensjonelt, kan resistiviteten av den formasjon som omgir loggingsverktøyet 36 og undermontasjen 201, bestemmes enten (1) ved å bestemme amplitudedempningen av en elektromagnetisk bølge som forplanter seg gjennom formasjonen som grenser til mottakerantennen 211 og mottakerantennen 213, eller (2) ved å bestemme faseforskyvningen mellom det elektromagnetiske signal som forplanter seg gjennom formasjonen som grenser til mottakerantennen 211 og mottakerantennen 213, eller fra begge. Disse målinger omfatter en relativ måling av amplitudedempningen og en relativ måling av faseforskyvningen. The receiving antennas 211, 213 communicate via an analog receiving circuit 231 with the first and second data input channels of a digital signal processor 221. The digital signal processor 221 receives data on the first and second inputs after they have been converted from analog form to digital form by analog/digital- converters 220, 222, and records the data items in a circular storage buffer. The central processor 215 extracts data from the buffers in a prescribed and predetermined manner to sample the current generated in the receiving antennas 211, 213 in response to the propagation of the electromagnetic signal through the adjacent formation. As is conventional, the resistivity of the formation surrounding the logging tool 36 and the subassembly 201 can be determined either (1) by determining the amplitude attenuation of an electromagnetic wave propagating through the formation adjacent to the receiving antenna 211 and the receiving antenna 213, or (2) by determining the phase shift between the electromagnetic signal propagating through the formation adjacent to the receiver antenna 211 and the receiver antenna 213, or from both. These measurements include a relative measurement of the amplitude attenuation and a relative measurement of the phase shift.

Den foreliggende oppfinnelse tillater også andre teknikker for kvantifisering av det elektromagnetiske felt som forplanter seg gjennom den formasjon som omgir loggingsverk-tøyet 36. Da nøyaktig styring kan oppnås med oppfinnelsen over frekvensen, fasen og amplituden av den elektromagnetiske bølge som genereres av sender antennene 203, 205, 207 og 209, tillater oppfinnelsen måling av den absolutte amplitudedempning av et elektromagnetisk signal mellom hvilken som helst spesiell senderantenne 203, 205, 207 og 209 og hvilken som helst mottakerantenne 211,213. Videre tillater loggingsverktøyet 36 ifølge oppfinnelsen absolutt måling av faseforskyvningen av et elektromagnetisk signal mellom hvilken som helst spesiell senderantenne 203, 205, 207, 209 og hvilken som helst spesiell mottakerantenne 211, 213. Tidligere kjente anordninger tillater ikke slike valgfrie teknikker for bestemmelse av amplitudedempning og faseforskyvning, da tidligere kjente anordninger ikke er i stand til lettvint og nøyaktig å bestemme frekvensen, fasen og amplituden av et signal som genereres ved hvilken som helst spesiell senderantenne. The present invention also allows other techniques for quantifying the electromagnetic field that propagates through the formation surrounding the logging tool 36. Since precise control can be achieved with the invention over the frequency, phase and amplitude of the electromagnetic wave generated by the transmitter antennas 203, 205, 207 and 209, the invention allows measurement of the absolute amplitude attenuation of an electromagnetic signal between any particular transmitting antenna 203, 205, 207 and 209 and any receiving antenna 211, 213. Furthermore, the logging tool 36 according to the invention allows absolute measurement of the phase shift of an electromagnetic signal between any particular transmitting antenna 203, 205, 207, 209 and any particular receiving antenna 211, 213. Prior art devices do not allow such optional techniques for determining amplitude attenuation and phase shift, as prior art devices are unable to readily and accurately determine the frequency, phase and amplitude of a signal generated at any particular transmitting antenna.

Driften av de numerisk styrte oscillatorer 223,225 taktstyres av utgangssignalet fra en referanseklokke eller referansetaktenhet 237 som fortrinnsvis er på 12 MHz. Driften av mottakingskretsen 231 styres av utgangssignalet fra en numerisk styrt oscillator 233 som også taktstyres av utgangssignalet fra referansetaktenheten 237, som er 12 MHz. Således tilveiebringes en taktpuls til de numerisk styrte oscillatorer 223, 225 med en frekvens som er identisk med den som tilveiebringes til den numerisk styrte oscillator 233 som etablerer driftsfrekvensen for mottakingskretsen 231. Den digitale signalprosessor 221 taktstyres av utgangssignalet fra en delekrets 239, og sampler således utgangssignalet fra mottakingskretsen 231 med en spesiell frekvens som er mye mindre enn den som benyttes til å energisere senderantennene 203,205,207 og 209. The operation of the numerically controlled clock oscillators 223,225 is controlled by the output signal from a reference clock or reference clock unit 237 which is preferably at 12 MHz. The operation of the receiving circuit 231 is controlled by the output signal from a numerically controlled oscillator 233 which is also clocked by the output signal from the reference clock unit 237, which is 12 MHz. Thus, a clock pulse is provided to the numerically controlled oscillators 223, 225 with a frequency that is identical to that provided to the numerically controlled oscillator 233 which establishes the operating frequency for the receiving circuit 231. The digital signal processor 221 is clocked by the output signal from a dividing circuit 239, and thus samples the output signal from the receiving circuit 231 with a particular frequency which is much smaller than that used to energize the transmitting antennas 203,205,207 and 209.

Den numerisk styrte oscillator 233 frembringer et faselåst sinusbølgesignal med en senterfrekvens på 1,995 MHz som benyttes som lokaloscillatorsignal av en mottakingskrets (ikke vist) som er beliggende i loggingsverktøyets 36 vegg. The numerically controlled oscillator 233 produces a phase-locked sine wave signal with a center frequency of 1.995 MHz which is used as a local oscillator signal by a receiving circuit (not shown) which is located in the wall of the logging tool 36.

Det henvises nå til fig. 4. Den totale funksjon til den krets som er vist i blokkskjema- og koplingsskjemaform på fig. 4, er å reagere på lokaloscillatorsignalet og ett av de to mottakerspoleutgangssignaler for å frembringe et mottakerfaseutgangssignal i forhold til senderen og et mottakeramplitudeutgangssignal. En konvensjonell forforsterkerkrets som er generelt vist ved 271, reagerer på mottaker-oppfangningssignalet, og dens utgangssignal tilføres til et blanderkretsarrangement som er generelt vist ved 273. Blanderkretsarrangementet 273 omfatter en integrert krets 275 som hensiktsmessig realiseres av en integrert krets som fremstilles og selges av Motorola og andre selskaper under betegnelsen MC 1596. Reference is now made to fig. 4. The overall function of the circuit shown in block diagram and connection diagram form in fig. 4, is to respond to the local oscillator signal and one of the two receiver coil output signals to produce a receiver phase output signal relative to the transmitter and a receiver amplitude output signal. A conventional preamplifier circuit generally shown at 271 is responsive to the receiver capture signal and its output is applied to a mixer circuit arrangement generally shown at 273. The mixer circuit arrangement 273 includes an integrated circuit 275 conveniently implemented by an integrated circuit manufactured and sold by Motorola and other companies under the designation MC 1596.

På grunn av at frekvensen av oppfangningssignalet og lokaloscillatorsignalene er faselåst til en felles frekvensreferanse og er forskjellige med 6 kHz, ligger mellomfrek-vensen (EF) som frembringes av blanderkretsarrangementet 273, på 6 kHz. Et båndpass-avstemningskretsarrangement som er generelt vist ved 277, slipper gjennom mellomfrek-venssignalet på 6 kHz til et forsterkerkre ts arrangement som er generelt vist ved 279. Et aktivt båndpassfilter-kretsarrangement som er generelt vist ved 281, sørger for ytterligere båndpassfiltrering og tilveiebringer et signal til en analog/digital-omformer som tilfører et digitalt inngangssignal til en spesiell inngangskanal til den digitale signalprosessor 221 (på fig. 3). Because the frequency of the pickup signal and the local oscillator signals are phase-locked to a common frequency reference and differ by 6 kHz, the intermediate frequency (EF) produced by the mixer circuit arrangement 273 is 6 kHz. A bandpass tuning circuit arrangement generally shown at 277 passes through the 6 kHz intermediate frequency signal to an amplifier circuit arrangement generally shown at 279. An active bandpass filter circuit arrangement generally shown at 281 provides additional bandpass filtering and provides a signal to an analog/digital converter which supplies a digital input signal to a particular input channel of the digital signal processor 221 (in Fig. 3).

Fig. 5 viser et blokkskjema av de numerisk styrte oscillatorer 223, 225, 233 på fig. Fig. 5 shows a block diagram of the numerically controlled oscillators 223, 225, 233 in fig.

3. Da de numerisk styrte oscillatorer er identiske, skal bare den numeriske oscillator 223 omtales og beskrives. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen omfatter den numerisk styrte oscillator 223 en CMOS, DDS-modulator som fremstilles av Analog Devices, Norwood, Massachusetts, USA, og som identifiseres som modell nr. AD7008. Den numerisk styrte oscillator 223 omfatter en 32-bits faseakkumulator 301, en sinus- og cosinus-oppslagstabell 303 og en 10-bits digital/analog-omformer 305. En taktinngang 307 er tilveiebrakt for å motta et taktsignal fra en anordning som ligger utenfor den numerisk styrte oscillator 223. Den spesielle numerisk styrte oscillator ifølge oppfinnelsen er tilpasset til å akseptere takthastigheter som er så høye som 20 til 50 MHz, men kan tilpasse seg til mye lavere takthastigheter. Anordningen påstås å ha en frekvcnsnøyaktighet som kan styres til én del på fire milliarder. Den numerisk styrte oscillator 223 omfatter et 32-bits serieregister 309 som mottar seriedata på en seriedata-inngangspinne 311, hvilke data taktstyres inn i registeret i overensstemmelse med et taktsignal som tilføres til en serie-taktinngang 313. Det er også anordnet et 32-bits parallellregister 313 som mottar parallelle binærdata fra et MPU-grensesnitt 315. En databuss 317 omfatter seksten digitale inngangspinner som identifiseres som DO til Dl5. Brikkevalgpinnen 321 benyttes ved skriving til parallellregisteret 313. Skrivepinnen 319 benyttes også ved skriving til parallellregisteret 309. Overføringsstyringsadressebussen 323 benyttes til å bestemme de kilde- og destinasjonsregistre som benyttes under en overføring. Et kilderegister kan være enten parallellmontasjeregisteret 313 eller seriemontasjeregisteret 309. Destinasjonsregis-teret kan være hvilket som helst av følgende registre, nemlig kommandoregisteret 325, FREKV.O-registeret 327, FREKV.l-ergisteret 329, faseregisteret 331 eller IQMOD.-regjs-teret 333. Kommandoregisteret tilskrives bare via parallellmontasjeregisteret 313. Innholdet av kommandoregisteret bestemmer driftstilstanden til den numerisk styrte oscillator 223. I den foretrukne anordning som benyttes ved den foreliggende oppfinnelse, er kommandoregisteret et 4-bits register. Tabell 1 tilveiebringer et overblikk over de mulige driftstilstander til den numerisk styrte oscillator 223 som benyttes i den foreliggende oppfinnelse. Under loggingsoperasjoner er loggingsinnretningen ifølge oppfinnelsen programmert for å tilveiebringe kommandoer fra prosessorene 215, 217, 219 (på fig. 3) med 8-bits kommandoer, og "CR0"-biten er således 0. Normal drift ønskes, og "CRl^-biten er således 0. Ved den foreliggende oppfinnelse forbikoples amplitudemodulasjon, og "CR2"-biten er således 0. Ved den foreliggende oppfinnelse virksomgjøres synkronisatorlogikken, og "CR3"-biten er således 0. FREKV.O-registeret 327 definerer utgangsfrekvensen fra den numerisk styrte oscillator 223, når F-valg-pinnen er 1, som en brøkdel av frekvensen av taktsignalet som tilføres til taktpinnen 307. FREKV.l-registeret 329 definerer utgangsfrekvensen fra den numerisk styrte oscillator 223, når F-valg-pinnen er lik 1, som en frekvens av taktsignalet som tilføres til taktpinnen 307. Innholdet av faseregisteret 331 adderes til utgangssignalet fra faseakkumulatoren 301. IQMOD.-registeret 333 benyttes ikke ved den foreliggende oppfinnelse. 3. As the numerically controlled oscillators are identical, only the numerical oscillator 223 shall be mentioned and described. In the preferred embodiment of the invention, the numerically controlled oscillator 223 comprises a CMOS, DDS modulator manufactured by Analog Devices, Norwood, Massachusetts, USA, and identified as Model No. AD7008. The numerically controlled oscillator 223 comprises a 32-bit phase accumulator 301, a sine and cosine look-up table 303 and a 10-bit digital to analog converter 305. A clock input 307 is provided to receive a clock signal from a device external to it numerically controlled oscillator 223. The particular numerically controlled oscillator of the invention is adapted to accept clock rates as high as 20 to 50 MHz, but is adaptable to much lower clock rates. The device is claimed to have a frequency accuracy that can be controlled to one part in four billion. The numerically controlled oscillator 223 comprises a 32-bit serial register 309 which receives serial data on a serial data input pin 311, which data is clocked into the register in accordance with a clock signal supplied to a serial clock input 313. There is also arranged a 32-bit parallel register 313 which receives parallel binary data from an MPU interface 315. A data bus 317 comprises sixteen digital input pins identified as DO to D15. The chip select pin 321 is used when writing to the parallel register 313. The write pin 319 is also used when writing to the parallel register 309. The transfer control address bus 323 is used to determine the source and destination registers used during a transfer. A source register can be either the parallel assembly register 313 or the series assembly register 309. The destination register can be any of the following registers, namely the command register 325, the FREQ.O register 327, the FREQ.1 register 329, the phase register 331 or the IQMOD. register 333. The command register is only assigned via the parallel assembly register 313. The contents of the command register determine the operating state of the numerically controlled oscillator 223. In the preferred arrangement used in the present invention, the command register is a 4-bit register. Table 1 provides an overview of the possible operating states of the numerically controlled oscillator 223 which is used in the present invention. During logging operations, the logging device according to the invention is programmed to provide commands from the processors 215, 217, 219 (in Fig. 3) with 8-bit commands, and the "CR0" bit is thus 0. Normal operation is desired, and the "CRl^ bit is thus 0. In the present invention, amplitude modulation is bypassed, and the "CR2" bit is thus 0. In the present invention, the synchronizer logic is activated, and the "CR3" bit is thus 0. The FREQ.O register 327 defines the output frequency from the numerically controlled oscillator 223, when the F select pin is 1, as a fraction of the frequency of the clock signal applied to the clock pin 307. The FREQ.1 register 329 defines the output frequency of the numerically controlled oscillator 223, when the F select pin is equal to 1, as a frequency of the clock signal which is supplied to the clock pin 307. The content of the phase register 331 is added to the output signal from the phase accumulator 301. The IQMOD. register 333 is not used in the present invention.

De operasjoner som kan utføres med registrene ved å tilføre kommandosignaler til overføringskontroll-adressebussen 323, er angitt i tabellform i Tabellene 2 og 3. Tre grunnleggende operasjoner kan utføres. Innholdet av parallellmontasjeregisteret 313 kan overføres til kommandoregisteret 325; innholdet av parallellmontasjeregisteret kan overføres til et valgt destinasjonsregister, i overensstemmelse med de destinasjoner som er identifisert i Tabell 3, og innholdet av seriemontasjeregisteret 309 kan overføres til et valgt destinasjonsregister. The operations that can be performed with the registers by applying command signals to the transfer control address bus 323 are tabulated in Tables 2 and 3. Three basic operations can be performed. The contents of the parallel assembly register 313 can be transferred to the command register 325; the contents of the parallel assembly register may be transferred to a selected destination register, in accordance with the destinations identified in Table 3, and the contents of the serial assembly register 309 may be transferred to a selected destination register.

Lasteregisterpinnen 335 benyttes i forbindelse med overføringskontroll-adressebussen 323 til å styre lasting av interne registre fra enten parallell- eller seriemontasjeregistrene 309, 313. Testpinnen 337 benyttes bare for fabrikktesting. Nullstillingspinnen 339 benyttes for å nullstille registrene. Nullstillingspinnen benyttes spesielt for å slette kommandoregisteret 325 og alle modulasjonsregistre til 0. Strømutgangspinnene 341, 343 benyttes for å tilføre en vekselstrøm til en utvalgt sluttanordning. I den spesielle ut-førelse ifølge oppfinnelsen benyttes bare én av disse utganger for en spesiell senderantenne, da én strøm er komplementet til den andre strøm. Kompensasjonspinnen 342 benyttes for å kompensere for den interne referanseforsterker. Spenningsreferansepinnen 343 kan benyttes til å oppheve en intern spenningsreferanse, om ønsket. Full-skala-justeringspinnen 345 bestemmer størrelsen av full-skala-strørnmen på utgangspinnene 341, 343. Jordingspinnen 347 tilveiebringer en jordingsreferanse, mens tilførselspinnen for positiv effekt tilveiebringer effekt for de analoge komponenter i den numerisk styrte oscillator 323. Frekvensvalgpinnen 351 styrer frekvensregistrene FREKV.O-registeret 327 og FREKV.l-registeret 329, ved å bestemme hvilket register som benyttes i faseakkumulatoren 301, ved hjelp av den styrende multiplekser 353. Innholdet av faseregisteret 331 adderes til utgangen av faseakkumulatoren 301 i en summerer 355. IQMOD.-registrene 333 er anordnet for å tillate enten kvadratur-amplitudemodulasjon eller amplitudemodulasjon, og sinus- og cosinus-utgangssignalene fra oppslagstabellen 303 adderes således sammen i en summerer 357, og er upåvirket av IQMOD.-registrene 333. Utgangssignalet fra summereren 357 tilveiebringes til en digital/analog-omformer 305 som frembringer et analogt signal med en frekvens som svarer til enten innholdet av FREKV.O-registeret 327 eller FREKV.l-registeret 329, en fase som er bestemt av utgangssignalet fra summereren 355 som tilføres som et inngangssignal til oppslagstabellen 303, og en amplitude som er bestemt av full-skala-kontrollen 359 som innstilles av full-skala-justeringspinnen 345 og referansespenningspinnen 343. Den numerisk styrte oscillator på fig. 5 kan derfor tilveiebringe et analogt utgangssignal med en presis frekvensegenskap, faseegenskap og amplitudeegenskap. Da anordningen er ytterst nøyaktig, er det mulig å tilveiebringe en drivstrøm for senderantennene 203, 205, 207, 209 på fig. 3 som er nøyaktig styrt. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen drives den ene av senderantennene 203, 205 på 400 kHz, mens den andre av senderantennene 203, 205 drives på 2 MHz. Det samme gjelder for antennene 207, 209, idet den ene drives på 400 kHz og den andre drives på 2 MHz. Prosessorene 215, 217, 219 kan imidlertid programmeres for å tilveiebringe hvilke som helst spesielle frekvenser for senderantennene. Dette vil bli benyttet med god fordel, slik det skal beskrives nedenfor i forbindelse med en kalibreringsrutine. The load register pin 335 is used in connection with the transfer control address bus 323 to control the loading of internal registers from either the parallel or serial assembly registers 309, 313. The test pin 337 is used only for factory testing. The reset pin 339 is used to reset the registers. The reset pin is used specifically to clear the command register 325 and all modulation registers to 0. The current output pins 341, 343 are used to supply an alternating current to a selected final device. In the particular embodiment according to the invention, only one of these outputs is used for a special transmitter antenna, as one current is the complement of the other current. The compensation pin 342 is used to compensate for the internal reference amplifier. The voltage reference pin 343 can be used to override an internal voltage reference, if desired. The full-scale adjustment pin 345 determines the magnitude of the full-scale current on the output pins 341, 343. The ground pin 347 provides a ground reference, while the positive power supply pin provides power for the analog components of the numerically controlled oscillator 323. The frequency select pin 351 controls the frequency registers FREQ. The O register 327 and the FREQUENCY register 329, by determining which register is used in the phase accumulator 301, with the help of the controlling multiplexer 353. The contents of the phase register 331 are added to the output of the phase accumulator 301 in an adder 355. The IQMOD. registers 333 is arranged to allow either quadrature amplitude modulation or amplitude modulation, and the sine and cosine output signals from the lookup table 303 are thus added together in an adder 357, and are unaffected by the IQMOD. registers 333. The output signal from the adder 357 is provided to a digital/ analog converter 305 which produces an analog signal with a frequency in response is to either the contents of the FREQ.O register 327 or the FREQ.1 register 329, a phase determined by the output of the adder 355 supplied as an input to the lookup table 303, and an amplitude determined by the full-scale control 359 which is set by the full-scale adjustment pin 345 and the reference voltage pin 343. The numerically controlled oscillator of FIG. 5 can therefore provide an analogue output signal with a precise frequency characteristic, phase characteristic and amplitude characteristic. As the device is extremely accurate, it is possible to provide a drive current for the transmitter antennas 203, 205, 207, 209 in fig. 3 which is precisely controlled. In the preferred embodiment of the invention, one of the transmitter antennas 203, 205 is operated at 400 kHz, while the other of the transmitter antennas 203, 205 is operated at 2 MHz. The same applies to the antennas 207, 209, as one is operated at 400 kHz and the other is operated at 2 MHz. However, the processors 215, 217, 219 can be programmed to provide any particular frequencies for the transmitter antennas. This will be used to good advantage, as will be described below in connection with a calibration routine.

Under drift tilføres et kommandosignal til F-valg-pinnen 351 for å bestemme hvilken frekvens som vil bli benyttet for energisering av en spesiell senderantenne. FREKV.O-registeret 327 og FREKV.l-registeret 329 kan være forhåndslastet med to spesielle frekvenser (så som 400 kHz og 2 MHz). Det binære signal som tilføres til F-valg-pinnen 351, bestemmer driften av multiplekseren 353 som tilfører innholdet av enten FREKV.O-registeret 327 eller FREKV.l-registeret 329 til inngangen av faseakkumulatoren 301. Faseakkumulatoren 301 akkumulerer et fasetrinn for hver taktsyklus eller taktperiode. Verdien av fasetrinnet bestemmer hvor mange taktperioder som er nødvendig for at faseakkumulatoren skal telle 2 5 radianer, dvs. én periode av utgangsfrekvensen. Utgangsfrekvensen bestemmes av fasetrinnet multiplisert med frekvensen av det signal som tilføres til taktinngangspinnen 307, dividert med 2<32>. I praksis tømmes faseakkumulatoren 301 og lastes deretter med utgangssignalet fra multiplekseren 353. Deretter tillates et forhåndsdefinert tidsintervall å passere, i løpet av hvilket det signal som tilføres til taktinngangspinnen 307, fremflytter utgangssignalet fra faseakkumulatoren 301 gjennom en inkrementalt økende fase for den spesielle frekvens. Faseakkumulatoren skritter med andre ord frem fra 0° fase til 180° for en spesiell frekvens. Til enhver tid kan utgangssignalet fra faseakkumulatoren 301 endres med en faseforskyvning som tilføres av faseregisteret 331. Faseregisteret 331 kan lastes som reaksjon på kommandoer fra prosessorene 215, 217, 219. Faseverdien tilføres som inngangssignal til oppslagstabellen 303 som omformer utgangssignalet fra faseakkumulatoren 301 (og en eventuell ønsket forskyvning) til en digital bitstrøm som er representativ for et analogt signal. Denne digitale bitstrøm tilføres som inngangssignal til den 10-bits digital/analog-omformer 305 som også mottar amplitudeinformasjon fra full-skala-kontrollen 359. Digital/analog-omformeren 305 leverer et analogt utgangssignal med en spesiell frekvensegenskap, faseegenskap og amplitudeegenskap. For eksempel kan et utgangssignal på 2 MHz, med en fase på 15° og en spesiell toppamplitudestrøm tilveiebringes som inngangssignal til en spesiell senderantenne. During operation, a command signal is applied to the F select pin 351 to determine which frequency will be used for energizing a particular transmitter antenna. The FREQ.O register 327 and the FREQ.1 register 329 may be preloaded with two particular frequencies (such as 400 kHz and 2 MHz). The binary signal applied to the F select pin 351 determines the operation of the multiplexer 353 which supplies the contents of either the FREQ.O register 327 or the FREQ.1 register 329 to the input of the phase accumulator 301. The phase accumulator 301 accumulates a phase step for each clock cycle or beat period. The value of the phase step determines how many clock periods are necessary for the phase accumulator to count 2 5 radians, i.e. one period of the output frequency. The output frequency is determined by the phase step multiplied by the frequency of the signal applied to the clock input pin 307, divided by 2<32>. In practice, the phase accumulator 301 is emptied and then loaded with the output signal from the multiplexer 353. A predefined time interval is then allowed to pass, during which the signal applied to the clock input pin 307 advances the output signal from the phase accumulator 301 through an incrementally increasing phase for that particular frequency. In other words, the phase accumulator steps forward from 0° phase to 180° for a particular frequency. At any time, the output signal from the phase accumulator 301 can be changed with a phase shift supplied by the phase register 331. The phase register 331 can be loaded in response to commands from the processors 215, 217, 219. The phase value is supplied as an input signal to the look-up table 303 which transforms the output signal from the phase accumulator 301 (and a any desired offset) into a digital bit stream that is representative of an analog signal. This digital bit stream is supplied as an input signal to the 10-bit digital/analog converter 305 which also receives amplitude information from the full-scale control 359. The digital/analog converter 305 supplies an analog output signal with a particular frequency characteristic, phase characteristic and amplitude characteristic. For example, an output signal of 2 MHz, with a phase of 15° and a particular peak amplitude current can be provided as the input signal to a particular transmitting antenna.

Fig. 6 viser et blokkskjema av den digitale signalprosessor 221 på fig. 3. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen omfatter den digitale signalprosessor 221 en DSP-mikrodatamaskin som fremstilles av Analog Devices, Norwood, Massachusetts, USA, som identifiseres som modell nr. ADSP-2101. Dette er en enkeltbrikke-mikrodatamaskin som benyttes for tallbehandlingsanvendelser med høy hastighet. Dens basiskonstruksjon 379 er et fullstendig kompatibelt supersett av ADSP-2100 instruksjonssettet. Basiskonstruksjonen omfatter tre uavhengige beregningsenheter, nemlig en skifter 371, en multiplikator/akkumu-lator (MAC) 373, og en aritmetisk og logisk enhet (ALU) 375. En programsekvensdanner 369 understøtter en rekke forskjellige operasjoner, innbefattet betingede hopp, subrutineoppkallinger og returer i løpet av en eneste syklus. En dataadressegenerator 367 omfatter to adressegeneratorer. Den digitale signalprosessor 221 omfatter en serieport 381 som inneholder to inngangskanaler, nemlig en inngangskanal 383 og en inngangskanal 385. Et taktregister 387 tilveiebringer taktsignaler for databehandlingsoperasjonen, og mottar som inngangssignal et taktsignal fra delekretsen 239 (på fig. 3). En ekstern adressebuss 389 og en ekstern databuss 391 tillater digital kommunikasjon mellom den digitale signalprosessor 221 og den sentrale prosessor 215 på fig. 3. Et lager 393 inneholder et programlager 395 og et datalager 397. Slik det er typisk med digitale signalprosessorer, definerer datalageret 397 minst to sirkulære buffere som er knyttet til serieportene 383, 385 og som er konstruert for å motta asynkrone, digitale data og lagre disse på ubestemt tid eller i et forutbestemt tidsintervall. Den digitale signalprosessor 221 mottar digitale inngangssignaler på kanalinngangene 383, 385 fra en analog/digital-omformer, slik det er vist i kretsen på fig. 4. Mottakingskretsen på fig. 4 mottar en strøm som er representativ for responsen til en spesiell mottakingsantenne 211, 213 på elektromagnetisk stråling som forplanter seg gjennom borehullet. Dette elektriske signal behandles via kretskomponentene på fig. 4 og tilveiebringes som et inngangssignal til den digitale signalprosessor 221.1 den foretrukne utførelse av oppfinnelsen identifiseres mottakingsantennen 211 med en spesiell inngangskanal i den digitale prosessor 221, mens mottakingsantennen 213 identifiseres med den andre inngangskanal i den digitale signalprosessor 221. Den sentrale prosessor 215 (på fig. 3) utnytter den eksterne adressebuss 389 og den eksterne databuss 391 til å adressere en spesiell inngangskanal og lese digitale data inn i den sentrale prosessor 215 for behandling. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen kan den digitale signalprosessor 221 sample data fra mottakingsantenncnc 211,213 med en meget høy samplingshastighet som kan leses periodisk av den sentrale prosessor 215 som behandler dataene for å bestemme amplitudedempningen og faseforskyvningen av det elektromagnetiske signal som forplanter seg gjennom borehullet. Én spesiell rutine for beregning av amplitudedempning og faseforskyvning er angitt mer detaljert nedenfor, i forbindelse med en diskusjon av feilannuleringssærtrekket ifølge oppfinnelsen. Som en grov oversikt kan den sentrale prosessor 215 trekke ut en utvalgt datamengde fra hver kanal i den digitale signalprosessor 221, og ut fra disse data beregne amplitudedempningen og faseforskyvningen av den elektromagnetiske bølge etter hvert som den forplanter seg gjennom borehullet og forbi den mottakende antenne 211 og den mottakende antenne 213.1 den foretrukne utførelse av oppfinnelsen sender en øvre sender et utspørrende elektromagnetisk signal med en spesiell frekvens som forplanter seg nedover forbi de mottakende antenner 211, 213. En spesiell av de nedre senderantenner 207, 209 utsender deretter et utspørrende elektromagnetisk signal oppover. Målinger fra mottakingskretsen 231 lagres i inngangskanalene til den digitale signalprosessor 221 og avleses av den sentrale prosessor 215 på en måte som tillater beregning av amplitudedempning og faseforskyvning. Fig. 6 shows a block diagram of the digital signal processor 221 of Fig. 3. In the preferred embodiment of the invention, the digital signal processor 221 comprises a DSP microcomputer manufactured by Analog Devices, Norwood, Massachusetts, USA, which is identified as Model No. ADSP-2101. This is a single-chip microcomputer used for high-speed numerical processing applications. Its base construction 379 is a fully compatible superset of the ADSP-2100 instruction set. The basic construction includes three independent calculation units, namely a shifter 371, a multiplier/accumulator (MAC) 373, and an arithmetic and logic unit (ALU) 375. A program sequencer 369 supports a variety of operations, including conditional jumps, subroutine calls, and returns in during a single cycle. A data address generator 367 comprises two address generators. The digital signal processor 221 comprises a serial port 381 which contains two input channels, namely an input channel 383 and an input channel 385. A clock register 387 provides clock signals for the data processing operation, and receives as an input signal a clock signal from the dividing circuit 239 (in Fig. 3). An external address bus 389 and an external data bus 391 allow digital communication between the digital signal processor 221 and the central processor 215 of FIG. 3. A store 393 contains a program store 395 and a data store 397. As is typical with digital signal processors, the data store 397 defines at least two circular buffers which are associated with the serial ports 383, 385 and which are designed to receive asynchronous digital data and store these indefinitely or in a predetermined time interval. The digital signal processor 221 receives digital input signals on channel inputs 383, 385 from an analog/digital converter, as shown in the circuit of FIG. 4. The receiving circuit in fig. 4 receives a current representative of the response of a special receiving antenna 211, 213 to electromagnetic radiation propagating through the borehole. This electrical signal is processed via the circuit components in fig. 4 and is provided as an input signal to the digital signal processor 221. In the preferred embodiment of the invention, the receiving antenna 211 is identified with a special input channel in the digital processor 221, while the receiving antenna 213 is identified with the second input channel in the digital signal processor 221. The central processor 215 (in fig. 3) utilizes the external address bus 389 and the external data bus 391 to address a particular input channel and read digital data into the central processor 215 for processing. In the preferred embodiment of the invention, the digital signal processor 221 can sample data from the receiving antenna ncnc 211,213 at a very high sampling rate which can be read periodically by the central processor 215 which processes the data to determine the amplitude attenuation and phase shift of the electromagnetic signal propagating through the borehole. One particular routine for calculating amplitude attenuation and phase shift is set forth in more detail below, in connection with a discussion of the error cancellation feature of the invention. As a rough overview, the central processor 215 can extract a selected amount of data from each channel in the digital signal processor 221, and from this data calculate the amplitude attenuation and phase shift of the electromagnetic wave as it propagates through the borehole and past the receiving antenna 211 and the receiving antenna 213.1 the preferred embodiment of the invention sends an upper transmitter an interrogating electromagnetic signal with a particular frequency which propagates downwards past the receiving antennas 211, 213. A particular one of the lower transmitting antennas 207, 209 then emits an interrogating electromagnetic signal upwards . Measurements from the receiving circuit 231 are stored in the input channels of the digital signal processor 221 and read by the central processor 215 in a way that allows calculation of amplitude attenuation and phase shift.

Et annet viktig særtrekk ved oppfinnelsen oppstår ut fra det faktum at en presis energiseirngsstrøm kan utnyttes til å energisere en spesiell av senderantennene 203, 205, 207, 209. Dette vil etablere frekvensegenskapen, faseegenskapen og amplitudeegenskapen til det elektromagnetiske utspørringssignal. En eneste mottakende antenne kan derfor benyttes til å utføre målingen av det elektromagnetiske utspørringssignal når det passerer gjennom borehullet. Amplituden og fasen av dette utspørringssignal kan registreres i et lager, og sammenliknes med verdier i lageret for energiseringsstrørnmen. Dette tillater at en eneste mottakende antenne kan benyttes for å tilveiebringe en nøyaktig måling av amplitudedempning mellom denne spesielle mottakmgsantenne og den spesielle senderantenne, og faseforskyvningen av utspøiringssignalet mellom senderantennen og mottakingsantennen. Amplitudedempningen og faseforskyvningen av det elektromagnetiske utspørringssignal når det passerer gjennom formasjonen, er selvsagt en indikasjon på resistiviteten til borehullet og den omgivende formasjon. Fig. 7A, 7B og 7C viser høynivå-flytskjemafremstillinger av loggingsoperasjoner som utføres i overensstemmelse med den foretrukne utførelse av oppfinnelsen. Fig. 7A fremstiller logiske trinn som utføres av den sentrale prosessor 215. Fig. 7B angir operasjoner som styres av prosessorene 217, 219. Fig. 7C fremstiller operasjoner som styres av den digitale signalprosessor 221 og den sentrale prosessor 215. Sendeoperasjoner begynner i en blokk 401. Prosessoren 215 utfører en kalibreringsoperasjon på mottakingsantennene 211, 213, slik det skal omtales nærmere et annet sted i beskrivelsen. Etter at kalibreringsopera-sj onene er utført gir den sentrale prosessor 215 prosessoren 217 instruks om å energisere senderantennen 203 med en 400 kHz strøm. Deretter, i overensstemmelse med en blokk 407, gir den sentrale prosessor 215 prosessoren 219 instruks om å energisere senderantennen 209 med en 400 kHz strøm. Deretter gir den sentrale prosessor 215 prosessoren 217 instruks om å energisere senderantennen 205 med en 2 MHz kHz strøm, i overensstemmelse med en blokk 409. Deretter, i overensstemmelse med en blokk 411, gir den sentrale prosessor 215 prosessoren 219 instruks om å energisere senderantennen 207 med en 2 MHz strøm. Prosessen stopper i en blokk 413. I virkelig praksis vil sendeoperasjonene bli utført kontinuerlig over forutbestemte intervaller. Fig. 7B fremstiller de styreoperasjoner som utføres av prosessorene 217, 219 for å få de numerisk styrte oscillatorer 223, 225 til å energisere spesielle sendere. Prosessen begynner i en blokk 415. Den fortsetter i en blokk 417 hvor prosessoren 217 eller 219 sletter registrene i de numerisk styrte oscillatorer (NSO) 223 eller 225 ved å tilveiebringe den riktige instruksjon. Deretter, i overensstemmelse med en blokk 419, laster prosessoren 217 eller 219 en forutbestemt verdi til FREKV.O-registeret og FREKV.l-registeret. Disse verdier bestemmer frekvensen av den energiseirngsstrøm som tilføres til en spesiell senderantenne. Deretter, i overensstemmelse med en blokk 421, laster prosessoren 217 eller 219 en forutbestemt faseverdi til faseregisteret i den numerisk styrte oscillator 223 eller 225. Prosessoren 217 eller 219 tilveiebringer deretter en binær kommando til F-valg-inngangspinnen til den numerisk styrte oscillator 223 eller 225 for å velge en spesiell driftsfrekvens. Deretter, i overensstemmelse med en blokk 425, tillates et spesielt tidsintervall å passere. Dette tidsintervall bestemmer hvor mange perioder av energiseirngsstrøm som tilføres til en spesiell senderantenne. Prosessen slutter i en programvareblokk 427. Hver gang prosessoren 217 eller 219 instrueres av den sentrale prosessor 215 om å energisere en spesiell senderantenne, utføres typisk trinnene ifølge fig. 7B. Fig. 7C fremstiller mottakingsoperasjonene i flytskjemaform. Prosessen begynner i en blokk 429. Prosessen fortsetter i en blokk 431 hvor strømmen i mottakingsantennene 211, Another important feature of the invention arises from the fact that a precise energizing current can be utilized to energize a particular one of the transmitter antennas 203, 205, 207, 209. This will establish the frequency characteristic, the phase characteristic and the amplitude characteristic of the electromagnetic interrogation signal. A single receiving antenna can therefore be used to measure the electromagnetic interrogation signal when it passes through the borehole. The amplitude and phase of this interrogation signal can be recorded in a store, and compared with values in the store for the energizing current. This allows a single receiving antenna to be used to provide an accurate measurement of the amplitude attenuation between this particular receiving antenna and the particular transmitting antenna, and the phase shift of the spread signal between the transmitting antenna and the receiving antenna. The amplitude attenuation and phase shift of the electromagnetic interrogation signal as it passes through the formation is of course an indication of the resistivity of the borehole and the surrounding formation. Figures 7A, 7B and 7C show high-level flow diagram representations of logging operations performed in accordance with the preferred embodiment of the invention. Fig. 7A depicts logical steps performed by central processor 215. Fig. 7B depicts operations controlled by processors 217, 219. Fig. 7C depicts operations controlled by digital signal processor 221 and central processor 215. Transmit operations begin in a block 401. The processor 215 performs a calibration operation on the receiving antennas 211, 213, as will be described in more detail elsewhere in the description. After the calibration operations have been carried out, the central processor 215 instructs the processor 217 to energize the transmitter antenna 203 with a 400 kHz current. Then, in accordance with a block 407, the central processor 215 instructs the processor 219 to energize the transmitter antenna 209 with a 400 kHz current. Next, the central processor 215 instructs the processor 217 to energize the transmitting antenna 205 with a 2 MHz kHz current, in accordance with a block 409. Then, in accordance with a block 411, the central processor 215 instructs the processor 219 to energize the transmitting antenna 207 with a 2 MHz current. The process stops at a block 413. In actual practice, the send operations will be performed continuously over predetermined intervals. Fig. 7B depicts the control operations performed by the processors 217, 219 to cause the numerically controlled oscillators 223, 225 to energize particular transmitters. The process begins in a block 415. It continues in a block 417 where the processor 217 or 219 clears the registers in the numerically controlled oscillators (NSO) 223 or 225 by providing the appropriate instruction. Then, in accordance with a block 419, the processor 217 or 219 loads a predetermined value into the FREQ.O register and the FREQ.1 register. These values determine the frequency of the energy separation current that is supplied to a particular transmitting antenna. Then, in accordance with a block 421, the processor 217 or 219 loads a predetermined phase value into the phase register of the numerically controlled oscillator 223 or 225. The processor 217 or 219 then provides a binary command to the F select input pin of the numerically controlled oscillator 223 or 225 to select a particular operating frequency. Then, in accordance with a block 425, a particular time interval is allowed to pass. This time interval determines how many periods of energy separation current are supplied to a particular transmitting antenna. The process ends in a software block 427. Each time the processor 217 or 219 is instructed by the central processor 215 to energize a particular transmitter antenna, the steps of FIG. 7B. Fig. 7C presents the receiving operations in flowchart form. The process begins in a block 429. The process continues in a block 431 where the current in the receiving antennas 211,

213 samples av mottakingskretsen 231. Deretter, i overensstemmelse med en blokk 431, lastes disse sampler til de riktige inngangskanaler 283, 285 til den digitale signalprosessor (DSP) 221.1 overensstemmelse med en blokk 435 henter den sentrale prosessor 215 utvalgte sampler fra de lagerbuffere som er knyttet til den digitale signalprosessors inngangskanaler. I overensstemmelse med en blokk 437 kan sampler valgfritt modifiseres for å oppveie for feilkomponenter som skyldes "feilkalibrering" av antennen, hvilket vil bli nærmere beskrevet et annet sted i beskrivelsen. Deretter, i overensstemmelse med en programvareblokk 439, kan de digitale sampler filtreres digitalt med enten et digitalt lavpassfilter, et digitalt høypassfilter eller et digitalt båndpassfilter. Alternativt kan man ta middelverdien av samplene over på forhånd definerte intervaller for å tilveiebringe stabilitet til samplene og eliminere påvirkningen av falske eller feilaktige sampler. Deretter, i overensstemmelse med en blokk 441, beregnes amplitudedempningen og faseforskyvningen, slik som beskrevet et annet sted i beskrivelsen. Prosessen slutter til slutt i en blokk 443. 213 are sampled by the receiving circuit 231. Then, in accordance with a block 431, these samples are loaded to the appropriate input channels 283, 285 of the digital signal processor (DSP) 221.1 in accordance with a block 435, the central processor 215 retrieves selected samples from the storage buffers that are linked to the digital signal processor's input channels. In accordance with a block 437, the sampler may optionally be modified to compensate for error components due to "miscalibration" of the antenna, which will be further described elsewhere in the specification. Then, in accordance with a software block 439, the digital samples may be digitally filtered with either a digital low-pass filter, a digital high-pass filter, or a digital band-pass filter. Alternatively, one can average the samples over pre-defined intervals to provide stability to the samples and eliminate the influence of spurious or erroneous samples. Then, in accordance with a block 441, the amplitude attenuation and phase shift are calculated, as described elsewhere in the specification. The process finally ends in a block 443.

1.2 Antennekalibreringsoperasjoner 1.2 Antenna calibration operations

Oppfinnelsen tilveiebringer flere nye kalibreringssærtrekk for mottakerantennene. Utnyttelse av mikroprosessorer og numerisk styrte oscillatorer (se fig. 3) i oppfinnelsen tillater at meget presise kalibreringsmålinger kan utføres av sendingen og mottakingen av utspørringssignalet, enten utenfor borehullet eller fortrinnsvis i borehullet, under loggingsoperasjoner. Dette oppnås ved å ha et kalibreringsprogram fast lagret i et lager i prosessorene 217,219, eller i den sentrale prosessor 215, hvilket forårsaker at en numerisk styrt oscillator går eller sveiper gjennom et spesielt frekvensområde. Dette oppnås ved fortløpende å tilveiebringe et kommandosignal fra prosessorene 217, 219 til de numerisk styrte oscillatorer 223, 225, hvilket etablerer en frekvens for den energiseringsstrøm som tilføres til en spesiell senderantenne. Dessuten tilføres en kommando fra prosessorene 217, 219 til de numerisk styrte oscillatorer 223,225 for å bestemme signalets fasekarakteristikk. I praksis bør frekvenssveipet omfatte et ganske bredt område av frekvenser. Normale mottakingsoperasjoner utføres mens en spesiell sender sveipes gjennom et område av frekvenser. Dataene registreres og tilveiebringer et kombinert mål på responsen av senderantennen og mottakingsantennen. The invention provides several new calibration features for the receiving antennas. Utilization of microprocessors and numerically controlled oscillators (see Fig. 3) in the invention allows very precise calibration measurements to be made of the sending and receiving of the interrogation signal, either outside the borehole or preferably in the borehole, during logging operations. This is achieved by having a calibration program permanently stored in a store in the processors 217,219, or in the central processor 215, which causes a numerically controlled oscillator to run or sweep through a particular frequency range. This is achieved by continuously providing a command signal from the processors 217, 219 to the numerically controlled oscillators 223, 225, which establishes a frequency for the energizing current supplied to a particular transmitter antenna. In addition, a command from the processors 217, 219 is supplied to the numerically controlled oscillators 223, 225 to determine the phase characteristic of the signal. In practice, the frequency sweep should cover a fairly wide range of frequencies. Normal receive operations are performed while a particular transmitter is swept through a range of frequencies. The data is recorded and provides a combined measure of the response of the transmitting antenna and the receiving antenna.

I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen sveipes hver senderantennespole gjennom et forutbestemt frekvensområde, mens mottakingsantennene samples. Resultatet er åtte datasett, ett for hver mulig sender/mottaker-kombinasjon, som kvantifiserer driftstilstanden til den spesielle senderantenne og den spesielle mottakingsantenne. Funksjonsfeil i en spesiell mottakingsantenne eller senderantenne kan bestemmes ved hjelp av sammenlikninger mellom de åtte datasett. Anta for eksempel, med henvisning til fig. 3, at senderantennen 203 er skadet eller ute av kalibrering. Det datasett som etablerer driftstilstanden til senderantennen 203 og mottakingsantennen 211, kan sammenliknes med det datasett som etablerer driftstilstandene til senderantennen 203 og mottakingsantennen 213, for å bestemme at senderantennen 203, og ikke en spesiell mottakingsantenne, er skadet eller ute av kalibrering. Identifikasjonen av en skadet eller ukalibrert antenne er et viktig diagnostisk verktøy. Det kan benyttes under loggingsoperasjoner til å utelate én eller flere av de sendende eller mottakende antenner fra den normale driftssyklus, så snart det er blitt oppdaget at den er skadet, for å opprettholde loggingsinformasjon med høy kvalitet. Alternativt kan kalibreringsdataene benyttes ved etterloggingsoperasjoner til å modifisere, tolke eller manipulere loggingsdataene for å korrigere for målingsintervaller under hvilke en spesiell senderantenne ble skadet eller falt ut av kalibrering. Fig. 8 tilveiebringer en liøynivå-flytskjemafremstilling av kalibreringsoperasjoner, hvilken selvsagt er angitt i sammenheng med flytskjemaene på fig. 7A, 7B og 7C. Prosessen begynner i en blokk 445. Prosessen fortsetter i en blokk 447 hvor kalibreringsoperasjonen initieres eller innledes av den sentrale prosessor 215. Deretter, i overensstemmelse med en blokk 449, utvelges en spesiell senderantenne, og i overensstemmelse med en blokk 451 utvelges en spesiell mottakingsantenne. Kalibreringsoperasjonene vil bli utført ved benyttelse av denne spesielle senderantenne og denne spesielle mottakingsantenne. De resulterende data vil tilveiebringe informasjon om driftstilstanden til begge disse antenner. I overensstemmelse med en blokk 453 innstilles en energiseringssekvens. Dette oppnås ved å tilveiebringe en passende kommando til den numerisk styrte oscillator 223. Deretter, i overensstemmelse med en blokk 455, energiseres senderantennen. I overensstemmelse med en blokk 457 samples mottakingsantennen, og dataene lagres i et lager. I en blokk 459 bestemmer én eller flere av prosessorene om alle frekvenser er blitt gjennomsveipet. Dersom dette ikke er tilfellet, fortsetter prosessen i blokken 453 hvor energiseringsfrekvensen innstilles på nytt, med en høyere frekvens enn den tidligere frekvens som ble benyttet. Dersom det imidlertid bestemmes i blokken 459 at alle frekvenser er blitt benyttet, slutter prosessen i en blokk 461.1 den foretrukne utførelse gjennomgås et spesielt frekvensområde i inkrementer av brøkdeler av 1 Hertz. For praktiske formål kan kalibreringsoperasjonen anses for å være et sveip gjennom alle frekvenser innenfor et forutbestemt frekvensområde. De data som lagres i lageret, kan analyseres på en måte som skal omtales nedenfor, for å vurdere driftstilstanden til senderantennen og mottakingsantennen. Fig. 9 tilveiebringer en fremstilling av et eksempel på den type data som kan erverves under en kalibreringsoperasjon. Under loggingsoperasjoner vil dataene selvsagt ikke bli registrert eller fremstilt i grafisk form. I stedet vil det bli definert en dataoppstilling eller datatabell som inneholder informasjon om amplitude- og faseegenskapen til mottakingsantennens respons ved en spesiell frekvens. Den grafiske fremstilling på fig. 9 er tilveiebrakt for forklaringsformål. I risset på fig. 9 er amplituden av responsen av sender- og mottakingsantennen fremstilt ved en kurve 463. På fig. 9 er fasen av responsen til sender- og mottakingsantennen fremstilt ved en kurve 465. For å bestemme når funksjonsfeil opptrer, er det nødvendig at en normal driftstilstand etableres på forhånd. Dette må gjøres med hensyn til et område av akseptable driftstilstander. Den grafiske fremstilling på fig. 9 fremstiller normal drift over et område fra 300 kHz til 3,3 MHz. I risset på fig. 9 definerer toppene 467, 469, 471, 473 to resonansrfekvenser for sender- og mottakingsantennene, idet resonans opptrer ved 400 kHz og 2 MHz, da de spesielle antenner som ble benyttet til å generere denne kalibreringskurve, var i resonans ved både 400 kHz og 2 MHz. Ut fra den informasjon som er inneholdt i de målinger som utføres når verktøyet arbeider normalt, kan det etableres parametere for å alarmere om funksjonsfeil. Fig. 10A, 10B og 10C fremstiller grafisk tre teknikker for deteksjon av antennefunksjonsfeil. Den første teknikk for deteksjon av antennefunksjonsfeil er vist på fig. 10A hvor en topp 475 representerer enten en amplitude-eller fasetopp for normal drift. I motsetning til dette indikerer en topp 477, som genereres som et resultat av kalibreringsoperasjoner under logging, for operatøren at en forskyvning av resonans frekvensen har inntruffet. Et område av akseptable resonansfrekvenser kan etableres. Dersom målingen faller utenfor et akseptabelt område, kan det tas en bestemmelse om at enten senderantennen eller mottakingsantennen fungerer feilaktig. Fig. 10B fremstiller en annen teknikk for deteksjon av feilfungerende antenner. En topp 479 representerer normal drift, mens en topp 481 representerer en måling som er foretatt under logging. Antennens Q-verdi for den virkelige måling er vesentlig forskjellig fra antennens Q-verdi for den normale driftstilstand. En endring i antennens Q-verdi kan således benyttes til å indikere funksjonsfeil. In the preferred embodiment of the invention, each transmitting antenna coil is swept through a predetermined frequency range, while the receiving antennas are sampled. The result is eight data sets, one for each possible transmitter/receiver combination, which quantify the operating condition of the particular transmitting antenna and the particular receiving antenna. Malfunctions in a particular receiving antenna or transmitting antenna can be determined using comparisons between the eight data sets. Suppose, for example, with reference to FIG. 3, that the transmitter antenna 203 is damaged or out of calibration. The data set that establishes the operating state of the transmitting antenna 203 and the receiving antenna 211 can be compared with the data set that establishes the operating states of the transmitting antenna 203 and the receiving antenna 213, to determine that the transmitting antenna 203, and not a particular receiving antenna, is damaged or out of calibration. The identification of a damaged or uncalibrated antenna is an important diagnostic tool. It can be used during logging operations to exclude one or more of the transmitting or receiving antennas from the normal duty cycle, as soon as it is detected to be damaged, in order to maintain high quality logging information. Alternatively, the calibration data can be used in post-logging operations to modify, interpret or manipulate the logging data to correct for measurement intervals during which a particular transmitter antenna was damaged or fell out of calibration. Fig. 8 provides an eye-level flow chart representation of calibration operations, which is of course set forth in conjunction with the flow charts of Figs. 7A, 7B and 7C. The process begins in a block 445. The process continues in a block 447 where the calibration operation is initiated or initiated by the central processor 215. Then, in accordance with a block 449, a particular transmitting antenna is selected, and in accordance with a block 451, a particular receiving antenna is selected. The calibration operations will be carried out using this special transmitting antenna and this special receiving antenna. The resulting data will provide information about the operating condition of both of these antennas. In accordance with a block 453, an energization sequence is set. This is accomplished by providing an appropriate command to the numerically controlled oscillator 223. Then, in accordance with a block 455, the transmitting antenna is energized. In accordance with a block 457, the receiving antenna is sampled and the data is stored in a store. In a block 459, one or more of the processors determines whether all frequencies have been swept. If this is not the case, the process continues in block 453 where the energization frequency is set again, with a higher frequency than the previous frequency that was used. If, however, it is determined in block 459 that all frequencies have been used, the process ends in a block 461.1 the preferred embodiment is reviewed a particular frequency range in increments of fractions of 1 Hertz. For practical purposes, the calibration operation can be considered to be a sweep through all frequencies within a predetermined frequency range. The data stored in the storage can be analyzed in a manner to be described below, in order to assess the operating condition of the transmitting antenna and the receiving antenna. Fig. 9 provides an illustration of an example of the type of data that can be acquired during a calibration operation. During logging operations, the data will of course not be recorded or presented in graphic form. Instead, a data array or data table will be defined that contains information about the amplitude and phase characteristic of the receiving antenna's response at a particular frequency. The graphic representation in fig. 9 is provided for explanatory purposes. In the drawing in fig. 9, the amplitude of the response of the transmitting and receiving antenna is plotted by a curve 463. In FIG. 9, the phase of the response of the transmitting and receiving antenna is represented by a curve 465. In order to determine when a malfunction occurs, it is necessary that a normal operating condition be established in advance. This must be done with respect to a range of acceptable operating conditions. The graphic representation in fig. 9 illustrates normal operation over a range from 300 kHz to 3.3 MHz. In the drawing in fig. 9, peaks 467, 469, 471, 473 define two resonant frequencies for the transmitting and receiving antennas, with resonance occurring at 400 kHz and 2 MHz, as the particular antennas used to generate this calibration curve were in resonance at both 400 kHz and 2 MHz. Based on the information contained in the measurements carried out when the tool is working normally, parameters can be established to alert about malfunctions. Figures 10A, 10B and 10C graphically depict three techniques for antenna malfunction detection. The first technique for detecting antenna malfunctions is shown in fig. 10A where a peak 475 represents either an amplitude or phase peak for normal operation. In contrast, a peak 477, which is generated as a result of calibration operations during logging, indicates to the operator that a shift in the resonant frequency has occurred. A range of acceptable resonant frequencies can be established. If the measurement falls outside an acceptable range, a determination can be made that either the transmitting antenna or the receiving antenna is malfunctioning. Fig. 10B illustrates another technique for detecting malfunctioning antennas. A peak of 479 represents normal operation, while a peak of 481 represents a measurement made during logging. The antenna's Q value for the real measurement is significantly different from the antenna's Q value for the normal operating condition. A change in the antenna's Q value can thus be used to indicate a malfunction.

1.3 Korreksjon for endringer i antenneimpedans og gjensidig antennekopling 1.3 Correction for changes in antenna impedance and mutual antenna coupling

Når et utspørrings- eller spørresignal mottas ved mottakerantennen, er de elektriske parametere som kvantifiserer signalet, fase og amplitude, funksjoner av ikke bare det ønskede signal fra senderen, men også funksjoner av antenneimpedansen. Antenneimpedansen kan under verktøysdrift endre seg som funksjon av temperatur og trykk. Da funksjonsformen av denne endring kanskje ikke er kjent på forhånd, angir den foreliggende oppfinnelse en metode for å måle virkningene av disse funksjonsendringer på det ønskede signal. When an interrogation or interrogation signal is received at the receiving antenna, the electrical parameters that quantify the signal, phase and amplitude, are functions of not only the desired signal from the transmitter, but also functions of the antenna impedance. The antenna impedance can change during tool operation as a function of temperature and pressure. As the functional form of this change may not be known in advance, the present invention provides a method for measuring the effects of these functional changes on the desired signal.

Fig. 11 gir en elektrisk, skjematisk fremstilling av en ekvivalent krets som fremstiller relasjonen mellom antenneimpedans og antenneoverføirngsfunksjon. Dette kan utnyttes til å forklare de parametere som påvirker impedansen til en mottaker i et loggingsverktøy. I dette elektriske kretsskjema er impedansen til en mottakingskrets identifisert som R,. Spenningen Emn over mottakerkretsens inngang representerer mottakingsantennens respons på målingen av det forplantende elektromagnetiske felt. representerer mottakingsantennens impedans sett fra mottakerelektronikken. Impedansen omfatter Ram som er mottakingsantennens resistive komponent, Ca som er mottakingsantennens kapasitive komponent, og La som er mottakingsantennens induktive komponent. Denne ekvivalenskrets er gjensidig magnetisk koplet til stålvektrørets loggingsverktøy-undermontasje R^, den omgivende formasjon Rfamasjonj og senderen. Undermontasjen er i det vesentlige en resistiv komponent som via den induktive komponent Lj er gjensidig koplet til mottakingsantennen betegnet med den gjensidige kopling M^. Formasjonen er i det vesentlige en resistiv komponent som er koplet magnetisk til mottakingsantennen gjennom en induksjonsspole Lf via den gjensidige induktans Maf. Den spenning som induseres i mottakingsantennen fra senderen, er det ønskede signal, og virkningen av formasjons-, undermontasje- og antenneimpedansen på målingen av denne spenning er variable som oppfinnelsen tar i betraktning. Senderen er i det vesentlige en spenningskilde som er koplet til mottakingsantennen via en induksjonsspole Lt. Kretsen på fig. 11 kan reduseres til den krets som er vist på fig. 12, med impedansene til antennen, undermontasjen, formasjonen og senderen representert henholdsvis som Z^em», Zsub, ZfomiIlsjon og Z[. Et er den ekvivalente spenningskilde i mottakerkretsen som følge av senderen. En strøm I induseres til å flyte gjennom denne ekvivalenskrets ved hjelp av spenningskilden Ef. Slik det er fremstilt på fig. 12, utvikles en spenning Ehm over mottakingskretsen som et resultat av denne strøm. Den kombinerte virkning på antennen av impedansen til antennen, vektrørets undermontasje, formasjonen og senderen er i dette riss fremstilt som Z^. Mottakingsantennens impedans, sammen med den impedans som innføres på grunn av normal drift og uønsket gjensidig kopling, utgjør impedansen Z^, slik som angitt nedenfor: Fig. 11 gives an electrical, schematic representation of an equivalent circuit which shows the relationship between antenna impedance and antenna transfer function. This can be used to explain the parameters that affect the impedance of a receiver in a logging tool. In this electrical circuit diagram, the impedance of a receiving circuit is identified as R,. The voltage Emn across the receiver circuit's input represents the receiving antenna's response to the measurement of the propagating electromagnetic field. represents the receiving antenna's impedance as seen from the receiving electronics. The impedance includes Ram which is the receiving antenna's resistive component, Ca which is the receiving antenna's capacitive component, and La which is the receiving antenna's inductive component. This equivalent circuit is mutually magnetically coupled to the steel weight pipe logging tool subassembly R^, the surrounding formation Rfamationj and the transmitter. The subassembly is essentially a resistive component which via the inductive component Lj is mutually coupled to the receiving antenna denoted by the mutual coupling M^. The formation is essentially a resistive component which is magnetically coupled to the receiving antenna through an induction coil Lf via the mutual inductance Maf. The voltage induced in the receiving antenna from the transmitter is the desired signal, and the effect of the formation, subassembly and antenna impedance on the measurement of this voltage are variables that the invention takes into account. The transmitter is essentially a voltage source which is connected to the receiving antenna via an induction coil Lt. The circuit of fig. 11 can be reduced to the circuit shown in fig. 12, with the impedances of the antenna, subassembly, formation, and transmitter represented as Z^em», Zsub, ZfomiIlstion, and Z[, respectively. Et is the equivalent voltage source in the receiver circuit resulting from the transmitter. A current I is induced to flow through this equivalent circuit by means of the voltage source Ef. As shown in fig. 12, a voltage Ehm is developed across the receiving circuit as a result of this current. The combined effect on the antenna of the impedance of the antenna, the neck tube subassembly, the formation and the transmitter is shown in this diagram as Z^. The impedance of the receiving antenna, together with the impedance introduced due to normal operation and unwanted crosstalk, constitutes the impedance Z^, as given below:

Antennens overføringsimpedans er fremstilt som: The antenna's transmission impedance is expressed as:

Denne overføringsimpedans angir at den totale strøm i ekvivalenskretsen på fig. 12 er en funksjon av senderantennens spenning Et, og alle impedansene i kretsen på fig. 12. This transfer impedance indicates that the total current in the equivalent circuit of fig. 12 is a function of the transmitter antenna's voltage Et, and all the impedances in the circuit in fig. 12.

Strømmen kan også angis som en funksjon av Ej^, og Rr, som følgen The current can also be expressed as a function of Ej^, and Rr, as a consequence

Antennens overføringsfunksjon kan bestemmes ut fra disse relasjoner i overensstemmelse med likning (4): The antenna's transmission function can be determined from these relationships in accordance with equation (4):

(4) Overføringsfunksjon = E/Eim(4) Transfer function = E/Eim

Kombinasjon av likning (1) med likning (4) gir: Combining equation (1) with equation (4) gives:

Legg merke til at oveiføringsfunksjonen er en enkel funksjon av mot-takerimpedansen Rf og den målte antenneinngangsimpedans Z^. Note that the transfer function is a simple function of the receiver impedance Rf and the measured antenna input impedance Z^.

Ved den foreliggende oppfinnelse er den spesielle teknikk som benyttes for å måle Ziim, en konvensjonell "nettverksanalysemetode". I overensstemmelse med denne teknikk oppnås en refleksjonskoeffisient p ved å måle forholdet mellom en innfallende bølge og den reflekterte bølge. En retningskopler eller bro benyttes typisk for å detektere det reflekterte signal, og en nettverksanalysator benyttes for å tilføre og måle signalene. Ved den foreliggende oppfinnelse kan den numerisk styrte oscillator fungere som nettverksanalysator, da dens utgangssignalegenskaper (frekvens, fase og amplitude) kan styres på nøyaktig måte, og da videre det virkelige utgangssignal måles over et forutbestemt frekvensintervall. Retningskoplere er anordninger som benyttes til å separere eller sample den vandrende elektromagnetiske bølge som beveger seg i én retning på en transmisjonslinje, mens de forblir så godt som upåvirket av den vandrende elektromagnetiske bølge som beveger seg i den motsatte retning. De benyttes således typisk ved analyse av kraftoverføringslinjer og liknende. De benyttes ofte i kombinasjon med effektsplittere som mottar et inngangssignal og tilveiebringer to like utgangssignaler. Ved den foreliggende oppfinnelse benyttes både retningskoplere og effektsplittere til å avlede de målinger som benyttes ved eliminasjonen av de uønskede virkninger av gjensidig kopling mellom mottakingsantenner. In the present invention, the particular technique used to measure Ziim is a conventional "network analysis method". In accordance with this technique, a reflection coefficient p is obtained by measuring the ratio between an incident wave and the reflected wave. A directional coupler or bridge is typically used to detect the reflected signal, and a network analyzer is used to supply and measure the signals. With the present invention, the numerically controlled oscillator can function as a network analyzer, as its output signal properties (frequency, phase and amplitude) can be precisely controlled, and then further the real output signal is measured over a predetermined frequency interval. Directional couplers are devices used to separate or sample the traveling electromagnetic wave traveling in one direction on a transmission line, while remaining virtually unaffected by the traveling electromagnetic wave traveling in the opposite direction. They are thus typically used when analyzing power transmission lines and the like. They are often used in combination with power splitters that receive an input signal and provide two equal output signals. In the present invention, both directional couplers and power splitters are used to derive the measurements used in the elimination of the unwanted effects of mutual coupling between receiving antennas.

Refleksjonskoeffisienten avledes fra spenningen av det signal som reflekteres fra antennen, og spenningen av det signal som går inn i antennen, i overensstemmelse med følgende likning: (6) p = refleksjonskoeffisient = (spenning av signal som reflekteres fra antennen)/(spenning av signal som går inn i antennen) The reflection coefficient is derived from the voltage of the signal reflected from the antenna, and the voltage of the signal entering the antenna, in accordance with the following equation: (6) p = reflection coefficient = (voltage of signal reflected from the antenna)/(voltage of signal which goes into the antenna)

Videre kan antennens impedans avledes fra refleksjonskoeffisienten og retningskoplerens impedans Zo i overensstemmelse med likning (7) som følger: Furthermore, the antenna's impedance can be derived from the reflection coefficient and the directional coupler's impedance Zo in accordance with equation (7) as follows:

Likningene (5) og (7) kan kombineres for å bestemme overføringsfunksjonen FVEm uttrykt ved Rr (mottakerkretsens impedans, som er kjent), Zo (retningskoplerens impedans, som også er kjent), og p (refleksjonskoeffisienten, som kan beregnes ut fra en måling av det innfallende signal og en måling av det reflekterte signal) som angitt i likning (8): Equations (5) and (7) can be combined to determine the transfer function FVEm expressed in terms of Rr (the impedance of the receiver circuit, which is known), Zo (the impedance of the directional coupler, which is also known), and p (the reflection coefficient, which can be calculated from a measurement of the incident signal and a measurement of the reflected signal) as stated in equation (8):

Ut fra denne overføringsfunksjon kan den spenning som induseres i mottakingsantennen av senderen, E,, bestemmes ved ganske enkelt å multiplisere mottakerspenningen med oveiføringsfunksjonen: E, = Emx(Et/Em) korrigert ved hjelp av Zantenne, Zsub og Zt. From this transfer function, the voltage induced in the receiving antenna by the transmitter, E,, can be determined by simply multiplying the receiver voltage by the transfer function: E, = Emx(Et/Em) corrected using Zantenna, Zsub and Zt.

Fig. 13 viser et blokkskjema av de komponenter som veksel virker i målingsprosessen for å eliminere påvirkningen av uønsket gjensidig magnetfeltkopling mellom mottakingsantenner. Fig. 14 viser et mer detaljert riss av de komponenter som samvirker for å gjøre denne analyse mulig. Fig. 13 shows a block diagram of the components that act alternately in the measurement process to eliminate the influence of unwanted mutual magnetic field coupling between receiving antennas. Fig. 14 shows a more detailed view of the components that work together to make this analysis possible.

Idet det først henvises til fig. 13, er en retningskopler 501, en retningskopler 503 og en numerisk styrt oscillator 509 spesielt anordnet for å ta i betraktning de målinger som kan utnyttes for å eliminere virkningene av uønsket, gjensidig magnetfeltkopling mellom mottakingsantennene 211, 213. Slik det vil bli beskrevet i forbindelse med fig. 14, koples ret-ningskoplerae 501, 503 inn i og ut av kretsen, avhengig av om normale mottakingsoperasjoner ønskes, eller om en operasjon for kalibrering av gjensidig kopling er nødvendig. Mottakerkretser 505, 507 er identiske med den mottakerkrets som er vist på fig. 4 og beskrevet foran. Denne mottakerkrets har en karakteristisk motstand R, for mottakeren 505 og Rr for mottakeren 507. Disse motstandsverdier er ca. 50 ohm. Retningskopleren 501 på fig. 14 tilveiebringer minst 60 dB isolasjon mellom fremover- og bakovervandrende signaler. Mottakingsantennene 211, 213 har en effektiv impedans på Zim som kan endre seg med temperatur og trykk. Den digitale signalprosessor (DSP) 221 genererer, eller slipper frem, kommandoer til den numerisk styrte oscillator (NSO) 509 for å tilveiebringe et energiseringssignal som kan dirigeres gjennom enten retningskopleren 501 til mottakingsantennen 211, eller gjennom retningskopleren 503 til mottakingsantennen 213. En viss del av energiseringssignalet tas imot av mottakingsantennen 211 eller 213, og en del reflekteres tilbake, gjennom retningskopleren 501 til mottakeren 505 eller gjennom retningskopleren 503 til mottakeren 507. De reflekterte signaler behandles av den digitale signalprosessor 221 og overføres til den sentrale prosessor 215. Den digitale signalprosessor 221 kan ganske enkelt tilveiebringe en sirkulær lagerbuffer for lagringen av data som da hentes periodisk av den sentrale prosessor 215 for ytterligere behandling. Denne aktivitet er representert ved "data ut"-bussen på fig. 13. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen analyseres hver av mottakingsantennene 211,213 separat. As reference is first made to fig. 13, a directional coupler 501, a directional coupler 503 and a numerically controlled oscillator 509 are specifically arranged to take into account the measurements that can be utilized to eliminate the effects of unwanted mutual magnetic field coupling between the receiving antennas 211, 213. As will be described in connection with fig. 14, directional couplers 501, 503 are connected in and out of the circuit, depending on whether normal receiving operations are desired, or whether an operation for calibration of mutual coupling is required. Receiver circuits 505, 507 are identical to the receiver circuit shown in fig. 4 and described above. This receiver circuit has a characteristic resistance R, for the receiver 505 and Rr for the receiver 507. These resistance values are approx. 50 ohms. The directional coupler 501 in fig. 14 provides at least 60 dB isolation between forward and backward traveling signals. The receiving antennas 211, 213 have an effective impedance of Zim which can change with temperature and pressure. The digital signal processor (DSP) 221 generates, or outputs, commands to the numerically controlled oscillator (NSO) 509 to provide an energizing signal that can be routed through either the directional coupler 501 to the receiving antenna 211, or through the directional coupler 503 to the receiving antenna 213. A certain portion of the energizing signal is received by the receiving antenna 211 or 213, and a part is reflected back, through the directional coupler 501 to the receiver 505 or through the directional coupler 503 to the receiver 507. The reflected signals are processed by the digital signal processor 221 and transmitted to the central processor 215. The digital signal processor 221 can simply provide a circular storage buffer for the storage of data which is then retrieved periodically by the central processor 215 for further processing. This activity is represented by the "data out" bus in fig. 13. In the preferred embodiment of the invention, each of the receiving antennas 211,213 is analyzed separately.

Som en generell oversikt gjennomføres teknikken for korreksjon av en måling som er utført med en spesiell mottakingsantenne, for den (ødeleggende) feilkomponent som skyldes uønsket gjensidig magnetfeltkopling, ved den foreliggende oppfinnelse ved å utføre følgende målinger over et på forhånd definert frekvensintervall (så som 100 Hz til 6 MHz): Diriger et energiseirngssignal til en spesiell mottakingsantenne, og mål med presisjon den innfallende bølges amplitude- og faseegenskaper, mål med presisjon den reflekterte bølge som reflekteres bort fra mottakingsantennen og tilbake gjennom en retningskopler; beregn refleksjonskoeffisienten p ut fra målingene av den innfallende bølge og den reflekterte bølge; benytt den beregnede verdi av refleksjonskoeffisienten p, og retningskoplerens kjente impedans Z0 til å beregne inngangsimpedansen Zinn for den spesielle mottakingsantenne; benytt Zitm og mottakerkretsens kjente (eller faste) impedans Rr til å beregne oveiføringsfunksjonen for denne spesielle antenne. Legg merke til at denne bestemmelse utføres for alle driftsfrekvenser av interesse. Med spesielt hensyn til den foretrukne utførelse av oppfinnelsen vil det være nødvendig å utføre målinger for 400 kHz og for 2 MHz, da dette er de to driftsfrekvenser som benyttes under loggingsoperasjoner. Legg merke til at overføringsfunksjonen, i overensstemmelse med likning (5), tilveiebringer et mål på forholdet mellom den spenning som genereres i mottakingsantennen som en konsekvens av et utspørrende elektromagnetisk signal (Et), og den spenning som detekteres på inngangen til mottakingskretsen (Emn). Med andre ord er overførmgsfunksjonen ved en spesiell frekvens lik E/Emn. Denne overføringsfunksjon kan anvendes på målinger som utføres under loggingsoperasjoner, til å eliminere innvirkningen av den ødeleggelse i den detekterte spenning (Ej^) som skyldes gjensidig magnetfeltkopling og termiske (og andre) avdrifter i antennerespons. Denne korreksjon kan oppnås ved ganske enkelt å multiplisere et detektert signal (Em,,) med overføringsfunksjonsverdien for mottakingsantennen ved utspørringsfrek-vensen som avføler utspørringssignalet. På denne måte korrigeres målingen for å tilføre et ufordervet signal Et for ytterligere behandling. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen inntreffer de matematiske operasjoner som eliminerer den ødeleggende innvirkning av den uønskede gjensidige magnetfeltkopling, i enten den digitale signalprosessor 221 eller den sentrale prosessor 215. As a general overview, the technique of correcting a measurement made with a special receiving antenna, for the (destructive) error component due to unwanted mutual magnetic field coupling, is carried out in the present invention by making the following measurements over a pre-defined frequency interval (such as 100 Hz to 6 MHz): Direct an energy separation signal to a special receiving antenna, and measure with precision the amplitude and phase characteristics of the incident wave, measure with precision the reflected wave reflected away from the receiving antenna and back through a directional coupler; calculate the reflection coefficient p from the measurements of the incident wave and the reflected wave; use the calculated value of the reflection coefficient p and the known impedance Z0 of the directional coupler to calculate the input impedance Zinn for the particular receiving antenna; use Zitm and the known (or fixed) impedance Rr of the receiver circuit to calculate the transfer function for this particular antenna. Note that this determination is performed for all operating frequencies of interest. With particular regard to the preferred embodiment of the invention, it will be necessary to carry out measurements for 400 kHz and for 2 MHz, as these are the two operating frequencies used during logging operations. Note that the transfer function, in accordance with equation (5), provides a measure of the ratio between the voltage generated in the receiving antenna as a consequence of an interrogating electromagnetic signal (Et), and the voltage detected at the input of the receiving circuit (Emn) . In other words, the transfer function at a particular frequency is equal to E/Emn. This transfer function can be applied to measurements made during logging operations, to eliminate the influence of the decay in the detected voltage (Ej^) due to mutual magnetic field coupling and thermal (and other) drifts in antenna response. This correction can be achieved by simply multiplying a detected signal (Em,,) by the transfer function value of the receiving antenna at the interrogation frequency that senses the interrogation signal. In this way, the measurement is corrected to provide an uncorrupted signal Et for further processing. In the preferred embodiment of the invention, the mathematical operations which eliminate the destructive effect of the unwanted mutual magnetic field coupling occur in either the digital signal processor 221 or the central processor 215.

For hver måling som utføres av mottakingsantennen 211, henter med andre ord den digitale signalprosessor 221 (eller den sentrale prosessor 215) automatisk en verdi som er registrert i lageret for mottakingsantennens 211 overføringsfunksjon ved den spesielle frekvens av utspørringssignalet som benyttes. Den måling som utføres ved benyttelse av mottakingsantennen 211, multipliseres med overføringsfunksjonsverdien. Det resulterende produkt er en målings verdi som er korrigert for den ødeleggende innvirkning av uønsket gjensidig magnetfeltkopling mellom mottakingsantennen 211 og mottakingsantennen 213. Omvendt, når mottakingsantennen 213 benyttes til å måle et utspørrende elektromagnetisk felt, henter den digitale signalprosessor 221 (eller den sentrale prosessor 215) over-føringsfunksjonsverdien for utspørringsfeltets spesielle frekvens, og multipliserer deretter denne verdi med den måling som ble oppnådd fra mottakingsantennen 213. Produktet er den måling som ble utført med mottakingsantennen 213 og som er blitt korrigert for den ødeleggende innvirkning av uønsket gjensidig magnetfeltkopling mellom mottakingsantennen 213 og mottakingsantennen 211. Operasjonsdetaljene er angitt nedenfor i beskrivelsen i forbindelse med fig. 14. For each measurement carried out by the receiving antenna 211, in other words, the digital signal processor 221 (or the central processor 215) automatically retrieves a value that is registered in the storage for the receiving antenna 211's transfer function at the particular frequency of the interrogation signal used. The measurement carried out using the receiving antenna 211 is multiplied by the transfer function value. The resulting product is a measurement value that has been corrected for the destructive effect of unwanted mutual magnetic field coupling between the receiving antenna 211 and the receiving antenna 213. Conversely, when the receiving antenna 213 is used to measure an interrogating electromagnetic field, the digital signal processor 221 (or the central processor 215 ) the transfer function value for the particular frequency of the interrogation field, and then multiplies this value by the measurement obtained from the receiving antenna 213. The product is the measurement obtained with the receiving antenna 213 and which has been corrected for the destructive effect of unwanted mutual magnetic field coupling between the receiving antenna 213 and the receiving antenna 211. The operational details are given below in the description in connection with fig. 14.

Idet det nå henvises til fig. 14, er mottakingsantennen 211 angitt å være valgfritt tilkoplet via retningskopleren 501 til mottakerkretsen 505 og den digitale signalprosessor 221. Mottakingsantennen 213 er likeledes vist å være valgfritt tilkoplet via retningskopleren 503 til mottakerkretsen 507 og den digitale signalprosessor 221. Mottakingsantennene 211, 213 er valgfritt koplet til utgangen av den numerisk styrte oscillator 509 via effektsplittere 519, 521 og 523. Dempeledd 511, 513, 515 og 517 er anordnet på valgte steder i kretsen for belastnings-utbalanseringsformål. Hvert dempeledd tilveiebringer fortrinnsvis en last på 60 dB. I kretsen på fig. 14 er det anordnet fire brytere, nemlig en bryter Sl, en bryter S2, en bryter S3 og en bryter S4. Hver av disse brytere står under kontroll av den digitale signalprosessor 221 og/eller den sentrale prosessor 215 (på fig. 3). Bryterne Sl, S3 er trestil-lingsbrytere, mens bryterne S2, S4 er tostillingsbrytere. Hver bryter står under binær kontroll av en spesiell utgangspinne i den digitale signalprosessor 221. Endringer i den binære tilstand av utgangspinnen i den digitale signalprosessor 221 vil vippe over eller omkople bryterne S2, S4 mellom åpne og lukkede stillinger, mens bryterne Sl, S3 omkoples mellom de tre stillinger. Referring now to fig. 14, the receiving antenna 211 is shown to be optionally connected via the directional coupler 501 to the receiver circuit 505 and the digital signal processor 221. The receiving antenna 213 is also shown to be optionally connected via the directional coupler 503 to the receiving circuit 507 and the digital signal processor 221. The receiving antennas 211, 213 are optionally connected to the output of the numerically controlled oscillator 509 via power splitters 519, 521 and 523. Attenuators 511, 513, 515 and 517 are provided at selected locations in the circuit for load balancing purposes. Each damping element preferably provides a load of 60 dB. In the circuit of fig. 14, four switches are arranged, namely a switch Sl, a switch S2, a switch S3 and a switch S4. Each of these switches is under the control of the digital signal processor 221 and/or the central processor 215 (in Fig. 3). The switches Sl, S3 are three-position switches, while the switches S2, S4 are two-position switches. Each switch is under the binary control of a particular output pin of the digital signal processor 221. Changes in the binary state of the output pin of the digital signal processor 221 will toggle or toggle switches S2, S4 between open and closed positions, while switches Sl, S3 toggle between the three positions.

Fig. 14 skal nå benyttes til å beskrive seks grunnleggende målingsoperasjoner som danner grunnlag for og tillater teknikken ifølge oppfinnelsen med eliminasjon av de uønskede virkninger av gjensidig magnetfeltkopling mellom mottakingsantenner og fasedrift på grunn av høye borehulltemperaturer eller borehulltrykk. Fig. 14 shall now be used to describe six basic measurement operations which form the basis for and allow the technique according to the invention with the elimination of the undesirable effects of mutual magnetic field coupling between receiving antennas and phase shift due to high borehole temperatures or borehole pressures.

Trinn 1:1 dette trinn stilles bryteren Sl i posisjon nr. 2, bryteren S2 lukkes, bryteren S3 stilles i posisjon nr. 1, og bryteren S4 etterlates åpen. Den numerisk styrte oscillator 509 koples til mottakingsantennen 213 via bryteren S2 for å tillate en forplantende, elektromagnetisk bølge å passere mellom mottakingsantennen 213 og mottakingsantennen 211. I denne spesielle konfigurasjon tilkoples også mottakerkretsen 507 for å motta og overvåke utgangssignalet fra den numerisk styrte oscillator 509 via effektsplitteren 523 og impedansen 513 mens mottakingsantennen 213 er energisert. Mottakingskretsen 505 tilkoples dessuten for å overvåke det signal som kommer fra mottakingsantennen 211 som reaksjon på den elektromagnetiske bølge som vandrer fra mottakingsantennen 213 til mottakingsantennen 211. Step 1: In this step, switch Sl is set to position no. 2, switch S2 is closed, switch S3 is set to position no. 1, and switch S4 is left open. The numerically controlled oscillator 509 is coupled to the receiving antenna 213 via switch S2 to allow a propagating electromagnetic wave to pass between the receiving antenna 213 and the receiving antenna 211. In this particular configuration, the receiver circuit 507 is also coupled to receive and monitor the output signal from the numerically controlled oscillator 509 via the power splitter 523 and the impedance 513 while the receiving antenna 213 is energized. The receiving circuit 505 is also connected to monitor the signal coming from the receiving antenna 211 in response to the electromagnetic wave traveling from the receiving antenna 213 to the receiving antenna 211.

Trinn 2: Dette trinn utføres samtidig med Trinn 1. Mottakingskretsen 505 koples via bryteren S3 til mottakingsantennen 211, og overvåker mottakingsantennens 211 respons på den forplantende elektromagnetiske bølge som genereres i mottakingsantennen 213 (som arbeider som sender) og mottas i mottakingsantennen 211 (som arbeider som mottaker). I Trinn 2 er alle bryterposisjoner identiske med posisjonene i Trinn 1. Step 2: This step is performed simultaneously with Step 1. The receiving circuit 505 is connected via the switch S3 to the receiving antenna 211, and monitors the response of the receiving antenna 211 to the propagating electromagnetic wave generated in the receiving antenna 213 (working as a transmitter) and received in the receiving antenna 211 (working as recipient). In Step 2, all switch positions are identical to the positions in Step 1.

Resultatet av denne samtidige utførelse av disse operasjoner er at kanal 1 i den digitale signalprosessor 221 registrerer data fra mottakingsantennen 211 via mottakerkretsen 505, mens kanal 2 i den digitale signalprosessor 221 registrerer utgangssignalet fra den numerisk styrte oscillator 509 via mottakerkretsen 507.1 den foretrukne utførelse av oppfinnelsen befales den numerisk styrte oscillator 509 av den digitale signalprosessor 221 å gå gjennom et forutbestemt område av frekvenser. De data som oppsamles på kanal 1 og kanal 2 i den digitale signalprosessor 221, definerer således to datasett, nemlig ett som registrerer de energiseringssignaler som tilføres til mottakingsantennen 213 (det "innfallende signal"), som opereres som sender, og et annet som registrerer mottakingsantennens 211 respons på energiseringssignalet. The result of this simultaneous performance of these operations is that channel 1 of the digital signal processor 221 records data from the receiving antenna 211 via the receiver circuit 505, while channel 2 of the digital signal processor 221 records the output signal from the numerically controlled oscillator 509 via the receiver circuit 507.1 the preferred embodiment of the invention the numerically controlled oscillator 509 is commanded by the digital signal processor 221 to cycle through a predetermined range of frequencies. The data collected on channel 1 and channel 2 of the digital signal processor 221 thus define two data sets, namely one that records the energizing signals supplied to the receiving antenna 213 (the "incident signal"), which is operated as a transmitter, and another that records the response of the receiving antenna 211 to the energizing signal.

Fig. 15A tilveiebringer en grafisk fremstilling av data som registreres på kanal 2 i den digitale signalprosessor 221, idet en kurve 601 tilveiebringer et riss av amplituden av utgangssignalet fra den numerisk styrte oscillator over det på forhånd definerte frekvensområde fra fi til f2, og idet en kurve 603 tilveiebringer en registrering av faseegenskapene til utgangssignalet fra den numerisk styrte oscillator 509 for frek-vensområdet fra f] til f2. Til sammen tilveiebringer disse verdier for amplitude og fase et mål for det "innfallende signal". Fig. 15B tilveiebringer et eksempel på den type data som kan registreres på kanal 1 i den digitale signalprosessor 221, idet en kurve 605 representerer mottakingsantennens 211 amplituderespons på den energiserende elektromagnetiske bølge som tilveiebringes av mottakingsantennen 213, over det på forhånd definerte område av frekvenser fra fi til f2, og idet en kurve 607 tilveiebringer informasjon om mottakingsantennens 211 faserespons over det samme område av frekvenser. Den informasjon som er inneholdt i fig. 15B, likner på den som er inneholdt i fig. 9, men tilveiebringer informasjon om motta-kingsantennenes 211, 213 driftstilstand. Den type dataanalyse som er omtalt ovenfor i forbindelse med fig. 9, 10A, 10B og 10C, kan utføres på mottaker-til-mottaker-profilen. Det signal som er registrert på kanal 1, tilveiebringer med andre ord et mål på den kombinerte respons av mottakingsantennen 211 (som arbeider som sender) og mottakingsantennen 213 (som arbeider som mottaker) i kombinasjon med innvirkningen av borehullet og formasjonen på signaloverføringen. Datasett kan frembringes for overføring i én retning (idet mottakingsantennen 213 arbeider som sender og mottakingsantennen 211 arbeider som mottaker) så vel som i den andre retning (idet mottakingsantennen 211 arbeider som sender og mottakingsantennen 213 arbeider som mottaker). De datasett som sammenstilles for disse operasjoner, kan sammenliknes med profiler som utvikles i laboratoriet for normal drift. Endringer eller forskyvninger i resonansrfekvens, antenne-Q-verdi eller responsamplituden ved en spesiell frekvens kan tilveiebringe viktig informasjon om hvorvidt mottakingsantennene 211,213 arbeider som ønsket, eller om de er skadet eller ute av kalibrering. Fig. 15A provides a graphical representation of data recorded on channel 2 of the digital signal processor 221, a curve 601 providing an outline of the amplitude of the output signal from the numerically controlled oscillator over the predefined frequency range from fi to f2, and a curve 603 provides a record of the phase characteristics of the output signal from the numerically controlled oscillator 509 for the frequency range from f] to f2. Together, these amplitude and phase values provide a measure of the "incident signal". Fig. 15B provides an example of the type of data that can be recorded on channel 1 of the digital signal processor 221, a curve 605 representing the amplitude response of the receiving antenna 211 to the energizing electromagnetic wave provided by the receiving antenna 213, over the predefined range of frequencies from fi to f2, and as a curve 607 provides information about the phase response of the receiving antenna 211 over the same range of frequencies. The information contained in fig. 15B, similar to that contained in FIG. 9, but provides information about the operating state of the receiving antennas 211, 213. The type of data analysis discussed above in connection with fig. 9, 10A, 10B and 10C, can be performed on the receiver-to-receiver profile. In other words, the signal recorded on channel 1 provides a measure of the combined response of the receiving antenna 211 (operating as a transmitter) and the receiving antenna 213 (operating as a receiver) in combination with the effect of the borehole and formation on the signal transmission. Data sets can be produced for transmission in one direction (with the receiving antenna 213 working as a transmitter and the receiving antenna 211 working as a receiver) as well as in the other direction (with the receiving antenna 211 working as a transmitter and the receiving antenna 213 working as a receiver). The data sets compiled for these operations can be compared with profiles developed in the laboratory for normal operation. Changes or shifts in resonant frequency, antenna Q value, or response amplitude at a particular frequency can provide important information about whether the receiving antennas 211,213 are working as desired, or whether they are damaged or out of calibration.

Trinn 3: I dette trinn stilles bryteren Sl i posisjon 3, og bryteren S2 lukkes. Posisjonene av bryteren S3 og bryteren S4 er åpne og er uvesentlige for denne operasjon. I denne operasjon dirigerer den numerisk styrte oscillator 509 et spørresignal via effektsplitteren 519, effektsplitteren 523 og bryteren S2 mot retningskopleren 503 og mottakingsantennen 213. En del av energiseringssignalet tas imot av mottakingsantennen 213 og representerer det "innfallende signal", mens en del avvises av mottakingsantennen 213 og representerer det "reflekterte signal". Det reflekterte signal dirigeres via dempeleddet 511 og bryteren Sl til mottakerkretsen 507. Den numerisk styrte oscillator 509 skrittes fortrinnsvis frem gjennom et forutbestemt frekvensområde, og mottakerkretsen 507 overvåker det reflekterte signal over det spesielle frekvensområde og leder dataene inn i kanal 2 i den digitale signalprosessor 221. Fig. 15C tilveiebringer en grafisk fremstilling av den type data som registreres i kanal 2 i den digitale signalprosessor 221, idet en kurve 609 representerer amplitudeegenskapene til det reflektert signal, og en kurve 611 representerer faseegenskapene til det reflekterte signal. Step 3: In this step, the switch Sl is set to position 3, and the switch S2 is closed. The positions of switch S3 and switch S4 are open and are immaterial for this operation. In this operation, the numerically controlled oscillator 509 directs an interrogation signal via the power splitter 519, the power splitter 523 and the switch S2 towards the directional coupler 503 and the receiving antenna 213. A part of the energizing signal is received by the receiving antenna 213 and represents the "incident signal", while a part is rejected by the receiving antenna 213 and represents the "reflected signal". The reflected signal is directed via the attenuator 511 and the switch Sl to the receiver circuit 507. The numerically controlled oscillator 509 is preferably stepped through a predetermined frequency range, and the receiver circuit 507 monitors the reflected signal over the particular frequency range and directs the data into channel 2 of the digital signal processor 221 Fig. 15C provides a graphical representation of the type of data recorded in channel 2 of the digital signal processor 221, with a curve 609 representing the amplitude characteristics of the reflected signal, and a curve 611 representing the phase characteristics of the reflected signal.

I Trinn 4, 5 og 6 reverserer prosessen, idet mottakingsantennen 211 tjener som senderantenne. Dette tilveiebringer informasjon fra et forskjellig synspunkt. In Steps 4, 5 and 6, the process reverses, with the receiving antenna 211 serving as the transmitting antenna. This provides information from a different point of view.

Trinn 4:1 dette trinn stilles bryteren S3 i posisjon 2, bryteren S4 lukkes, bryteren Sl stilles i posisjon 1, og bryteren S2 etterlates åpen. I denne konfigurasjon kan den numerisk styrte oscillator 509 skrittes frem gjennom et på forhånd definert frekvensområde, og mottakerkretsen 505 kan registrere amplituden og fasen av utgangssignalet fra den numerisk styrte oscillator 509 (det "innfallende signal"), og tilføre dette til kanal 1 i den digitale signalprosessor 221. Fig. 16A tilveiebringer et riss av den type amplitudedata 613 og fasedata 615 som kan registreres under denne operasjon. Step 4: In this step, switch S3 is set to position 2, switch S4 is closed, switch Sl is set to position 1, and switch S2 is left open. In this configuration, the numerically controlled oscillator 509 can be stepped through a predefined frequency range, and the receiver circuit 505 can sense the amplitude and phase of the output signal from the numerically controlled oscillator 509 (the "incident signal"), and feed this to channel 1 of the digital signal processor 221. Fig. 16A provides an outline of the type of amplitude data 613 and phase data 615 that may be recorded during this operation.

Trinn 5: Dette trinn utføres samtidig med Trinn 4. Med den samme spesielle koplingskonfigurasjon som i Trinn 1 forsynes mottakingsantennen 211 med et energiseringssignal, slik at en elektromagnetisk bølge forplanter seg i retning mot mottakingsantennen 213. Mottakingsantennen 213 reagerer på det forplantende elektromagnetiske signal, og denne respons overvåkes av mottakerkretsen 507 og registreres på kanal 2 i den digitale signalprosessor 221. Fig. 16B fremstiller grafisk amplituderesponskurven 617 og faseresponskurven 619, begge over det forutbestemte frekvensområde. Step 5: This step is carried out simultaneously with Step 4. With the same special connection configuration as in Step 1, the receiving antenna 211 is supplied with an energizing signal, so that an electromagnetic wave propagates in the direction of the receiving antenna 213. The receiving antenna 213 responds to the propagating electromagnetic signal, and this response is monitored by the receiver circuit 507 and recorded on channel 2 of the digital signal processor 221. Fig. 16B graphically presents the amplitude response curve 617 and the phase response curve 619, both over the predetermined frequency range.

Trinn 6:1 dette trinn stilles bryteren S3 i posisjon 3, bryteren S4 lukkes, bryteren Sl stilles i posisjon 1, og bryteren S2 etterlates åpen. I denne spesielle koplingskonfigurasjon dirigeres energiseringssignalet som tilveiebringes av den numerisk styrte oscillator 509, mot mottakingsantennen 211. En del av energiseringssignalet tas imot av mottakingsantennen 211, og en del reflekteres. Den reflekterte del dirigeres via dempeleddet 517 og bryteren S3, hvor det overvåkes av mottakerkretsen 505, og registreres på kanal 1 i den digitale signalprosessor 221. Fig. 16C tilveiebringer en grafisk fremstilling av de datasett som opprettholdes i kanal 1 i den digitale signalprosessor 221. Step 6: In this step, switch S3 is set to position 3, switch S4 is closed, switch Sl is set to position 1, and switch S2 is left open. In this particular coupling configuration, the energizing signal provided by the numerically controlled oscillator 509 is directed towards the receiving antenna 211. Part of the energizing signal is received by the receiving antenna 211, and part is reflected. The reflected portion is routed via attenuator 517 and switch S3, where it is monitored by receiver circuit 505, and recorded on channel 1 of digital signal processor 221. Fig. 16C provides a graphical representation of the data sets maintained on channel 1 of digital signal processor 221.

I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen anordnes dataene fra disse operasjoner i dataoppstillinger eller datatabeller, for å tillate bruk av konvensjonelle datamanipulerings-operasjoner for å detektere eller identifisere spesielle egenskaper til datasettet, så som maksimal følsomhet, minimal følsomhet, endringshastigheter for dataene, og den relative posisjon av spesielle dataegenskaper. Diagnostiske operasjoner kan utføres ved utnyttelse av . disse datasett. For eksempel kan de responser som er registrert i datasett som svarer til den informasjon som er fremvist i grafisk form på fig. 15A og 16A, sammenliknes. Da den numerisk styrte oscillator 509 har "fasekoherens", bør amplitude- og fasemålingene av datasettene på fig. 15A og 16A være identiske. Unnlatelsen av å finne likhet, eller oppdagelsen av ulikhet, kan tjene til å diagnostisere mange forskjellige mekaniske problemer, deriblant brytere som er i stykker, en feilaktig fungerende mottaker, eller annen komponentsvikt. Som et alternativt eksempel kan de datasett som er visuelt fremstilt på fig. In the preferred embodiment of the invention, the data from these operations are arranged in data arrays or data tables, to allow the use of conventional data manipulation operations to detect or identify particular characteristics of the data set, such as maximum sensitivity, minimum sensitivity, rates of change of the data, and the relative position of special data properties. Diagnostic operations can be performed using . these datasets. For example, the responses that are registered in data sets that correspond to the information that is presented in graphic form in fig. 15A and 16A, are compared. Since the numerically controlled oscillator 509 has "phase coherence", the amplitude and phase measurements of the data sets of FIG. 15A and 16A be identical. The failure to find equality, or the discovery of inequality, can serve to diagnose many different mechanical problems, including broken switches, a malfunctioning receiver, or other component failure. As an alternative example, the data sets that are visually represented in fig.

15B og 16B, sammenliknes. Kurvene på fig. 15B og 16B bør være identiske, da de representerer den kombinerte respons av mottakingsantennene og borehullområdet mellom mottakingsantennene. 15B and 16B, are compared. The curves in fig. 15B and 16B should be identical, as they represent the combined response of the receiving antennas and the borehole area between the receiving antennas.

Fig. 17 viser en flytskjemafremstilling av den foretrukne teknikk ifølge oppfinnelsen for å korrigere for den uønskede, ødeleggende innvirkning av (1) gjensidig magnetfeltkopling mellom mottakingsantenner, og (2) eventuell avdrift i antennerespons. Prosessen begynner i en blokk 651.1 en blokk 653 energiseres en spesiell sender med en strøm som har en spesiell frekvens for å generere et elektromagnetisk felt som forplanter seg gjennom borehullet, og som detekteres i mottakerne 211, 213, i overensstemmelse med en programvareblokk 655. Deretter, i overensstemmelse med en programvareblokk 657, henter den digitale prosessor 221 eller den sentrale prosessor 215 overføringsfunksjonsverdier for de spesielle driftsfrekvenser for (a) den gjensidige koplingsinnvirkning av mottakingsantennen 211 på mottakingsantennen 213, og (b) den gjensidige koplingsinnvirkning av mottakingsantennen 213 på mottakingsantennen 211. Deretter, i overensstemmelse med en programvareblokk 659, anvendes overføringsfunksjonsverdien av innvirkningen av mottakingsantennen 211 på mottakingsantennen 213 på de målinger som er utført med mottakingsantennen 213. Deretter anvendes transformasjons verdien for innvirkningen av mottakingsantennen 213 på mottakingsantennen 211 på de målinger som er utført med mottakingsantennen 211. Deretter, i overensstemmelse med en programvareblokk 661, beregnes resistivitetsverdier for formasjonen ved benyttelse av de korrigerte målinger, og prosessen slutter i en blokk 663. Disse operasjoner utføres for hver måling som utføres under loggingsoperasjoner. De overførmgsfunksjoner som er knyttet til overføringsoperasjonsfrek-vensene på 400 kHz, benyttes til å korrigere for gjensidig kopling og termiske feilkomponenter som er til stede under loggingsoperasjoner på 400 kHz, mens de over-førmgsfunksjoner som er knyttet til 2 MHz, benyttes til å korrigere for innvirkningen av gjensidig kopling og avdriftskomponenter under overføringsoperasjoner på 2 MHz. Fig. 17 shows a flow chart representation of the preferred technique according to the invention to correct for the undesirable, destructive effect of (1) mutual magnetic field coupling between receiving antennas, and (2) any drift in antenna response. The process begins in a block 651.1 a block 653 energizes a special transmitter with a current having a special frequency to generate an electromagnetic field that propagates through the borehole and is detected in the receivers 211, 213, in accordance with a software block 655. Then , in accordance with a software block 657, the digital processor 221 or the central processor 215 obtains transfer function values for the particular operating frequencies of (a) the mutual coupling effect of the receiving antenna 211 on the receiving antenna 213, and (b) the mutual coupling effect of the receiving antenna 213 on the receiving antenna 211 Then, in accordance with a software block 659, the transfer function value of the influence of the receiving antenna 211 on the receiving antenna 213 is applied to the measurements made with the receiving antenna 213. Then the transformation value of the influence of the receiving antenna 213 on the receiving antenna 211 is applied on the measurements made with the receiving antenna 211. Then, in accordance with a software block 661, resistivity values for the formation are calculated using the corrected measurements, and the process ends in a block 663. These operations are performed for each measurement made during logging operations. The transfer functions associated with the transfer operating frequencies of 400 kHz are used to correct for mutual coupling and thermal error components present during logging operations at 400 kHz, while the transfer functions associated with 2 MHz are used to correct for the impact of mutual coupling and drift components during transmission operations at 2 MHz.

1.4 Loggingsberegninger 1.4 Logging Calculations

Følgende avsnitt illustrerer hvordan den foreliggende oppfinnelse benyttes til å avlede et nøyaktig mål for amplitudedempningen og faseforskyvningen av det utspørrende, elektromagnetiske signal som beveger seg gjennom borehullet og den omgivende formasjon. Forholdet mellom disse amplitude- og fasemålinger, og deres forhold til materialets resistivitet, vil også bli vist. Det skal understrekes at det resulterende mål for resistivitet inneholder et bidrag fra både borehullet og fra formasjonen, og derfor ikke er et "endelig" resistivitetssvar i sammenheng med den foregående beskrivelse. Det skal også understrekes at et borehullsinstrument som omfatter to sendere og to mottakere, benyttes til å illustrere databehandlingsmetoder. Utledningen av resistivitet av formasjonen, resistivitet av borehullet, egenskaper til formasjonen og borehullet, og databehandling som benytter et borehullsinstrument omfattende fire sendere og to mottakere, vil alle bli diskutert i senere avsnitt. The following section illustrates how the present invention is used to derive an accurate measure of the amplitude attenuation and phase shift of the interrogating electromagnetic signal traveling through the borehole and the surrounding formation. The relationship between these amplitude and phase measurements, and their relationship to the material's resistivity, will also be shown. It should be emphasized that the resulting measure of resistivity contains a contribution from both the borehole and from the formation, and is therefore not a "final" resistivity response in the context of the preceding description. It should also be emphasized that a borehole instrument comprising two transmitters and two receivers is used to illustrate data processing methods. The derivation of formation resistivity, borehole resistivity, formation and borehole properties, and data processing using a borehole instrument comprising four transmitters and two receivers will all be discussed in later sections.

Først betraktes fire sender-til-mottaker-signaler: (Sender 1[X1] til Mottaker 1[R1]): Al l<e*>" First, four transmitter-to-receiver signals are considered: (Transmitter 1[X1] to Receiver 1[R1]): Al l<e*>"

(Sender 1[X1] til Mottaker 2[R2]): A^e"<12>(Sender 1[X1] to Receiver 2[R2]): A^e"<12>

(Sender 2[X2] til Mottaker 1[R1]): Aj^"21 (Sender 2[X2] to Receiver 1[R1]): Aj^"21

(Sender 2[X2] til Mottaker 2[R2]): A22em22 (Transmitter 2[X2] to Receiver 2[R2]): A22em22

De målte amplituder utgjøres av: The measured amplitudes consist of:

hvor Xm = variasjon av senderutgangssignal where Xm = variation of transmitter output signal

R„ = variasjon av mottakerfølsomhet R„ = variation of receiver sensitivity

amm = virkelig amplitude (sender M til mottaker N), amm = real amplitude (transmitter M to receiver N),

og de målte faser utgjøres av: and the measured phases consist of:

hvor øxm = variasjon av senderfase (utgangssignal) where øxm = variation of transmitter phase (output signal)

øRn = variasjon av mottakerfase øRn = variation of receiver phase

Øtmn = virkelig fase (sender M til mottaker N). Øtmn = real phase (sender M to receiver N).

De foregående, generelle likninger svarer til følgende mer spesielle likninger: The previous, general equations correspond to the following more special equations:

Dannelse av forholdene mellom de forskjellige sender-til-mottaker-signaler gir følgende: Formation of the relationships between the different transmitter-to-receiver signals gives the following:

For Sender 1: For Sender 1:

oe for Sender 2: oe for Sender 2:

Multiplikasjon av ovenstående likninger og tagning av kvadratroten gir: Multiplication of the above equations and taking the square root gives:

Enkel algebraisk manipulasjon av likningene (9) til (11) gir: Simple algebraic manipulation of equations (9) to (11) yields:

på grunn av at alle systemvariable faller ut av målingen. due to the fact that all system variables fall out of the measurement.

Ved benyttelse av to sendere og to mottakere kan derfor systematiske variable fjernes fra både dempnings(amplitude)-leddene og fra fasehastighets(fasedifferanse)-leddene. By using two transmitters and two receivers, systematic variables can therefore be removed from both the attenuation (amplitude) terms and from the phase velocity (phase difference) terms.

Innenfor rammen av den foretrukne utførelse av oppfinnelsen, ved hvilken en samplet databehandlingsanordning frembringer et signal som funksjon av formasjonsresistivitet basert på faserepresenterende signaler, demonstrerer følgende analyse visse forhold som er relevante for stabilitetssærtrekket. Within the framework of the preferred embodiment of the invention, in which a sampled data processing device produces a signal as a function of formation resistivity based on phase representative signals, the following analysis demonstrates certain conditions relevant to the stability feature.

Betrakt to fortløpende sampler, nærmere bestemt Sampel A og Sampel B. Under Sampel A energiseres en første senderspole for å bringe en bølge til å forplante seg gjennom formasjonen i en slik retning at bølgen passerer en første mottakingsspole (RI), og senere passerer en andre mottakingsspole (R2), og far hver mottakerspole til å frembringe et signal. Under Sampel B energiseres en andre senderspole for å bringe en bølge til å forplante seg gjennom formasjonen i en slik retning at bølgen passerer en andre mottakingsspole (R2), og senere passerer den første mottakingsspole (RI), og får hver mottakerspole til å frembringe et signal. Consider two consecutive samples, specifically Sample A and Sample B. During Sample A, a first transmitter coil is energized to cause a wave to propagate through the formation in such a direction that the wave passes a first receive coil (RI), and later passes a second receiving coil (R2), and cause each receiving coil to produce a signal. During Sample B, a second transmitter coil is energized to cause a wave to propagate through the formation in such a direction that the wave passes a second receive coil (R2), and later passes the first receive coil (RI), causing each receiver coil to produce a signal.

La øMR2A representere den målte fase av det signal som frembringes av mottakerspolen R2 under Sampel A; la øMRlA representere den målte fase av det signal som frembringes av mottakerspolen RI under Sampel A; la øMRlB representere den målte fase av det signal som frembringes av mottakerspolen RI under Sampel B; og la øMR2B representere den målte fase av det signal som frembringes av mottakerspolen R2 under Sampel B. Let øMR2A represent the measured phase of the signal produced by the receiver coil R2 during Sample A; let øMRlA represent the measured phase of the signal produced by the receiver coil RI during Sample A; let øMR1B represent the measured phase of the signal produced by the receiving coil RI during Sample B; and let øMR2B represent the measured phase of the signal produced by receiver coil R2 during Sample B.

øMR2A-signalet avhenger av bølgens fase på stedet for R2, og har generelt en feilkomponent som kan tilskrives forskjellige faseforskyvninger innbefattet de som innføres av den avstemte mottakerspole, kabling fra mottakerspolen til mottakeren, og selve mottakeren. La øTR2A representere den virkelige fase av bølgen på stedet for R2 under Sampel A, og la øR2E representere den således irinførte feilkomponent: The øMR2A signal depends on the phase of the wave at the location of R2, and generally has an error component attributable to various phase shifts including those introduced by the tuned receiver coil, wiring from the receiver coil to the receiver, and the receiver itself. Let øTR2A represent the real phase of the wave at the location of R2 during Sample A, and let øR2E represent the error component thus introduced:

På liknende måte avhenger øMRlA-signalet av bølgens fase på stedet for RI, og har generelt sin egen feilkomponent. La øTRlA representere den virkelige fase av bølgen på stedet for RI under Sampel A, og la øRlE representere den således innførte feilkomponent: Similarly, the øMRlA signal depends on the phase of the wave at the location of RI, and generally has its own error component. Let øTRlA represent the real phase of the wave at the location of RI under Sample A, and let øRlE represent the thus introduced error component:

Under Sampel A behandles øMRlA-signalet og øMR2A-signalet samtidig for å frembringe et DeltaA-signal som representerer forskjellen i fase mellom disse to signaler (dvs. øMRla - øMR2A). During Sample A, the øMR1A signal and the øMR2A signal are processed simultaneously to produce a DeltaA signal representing the difference in phase between these two signals (ie øMR1a - øMR2A).

Den komponent av DeltaA-signalet som representerer den virkelige faseforskji (øTR2A - øTRl A), er en funksjon av formasjonens resistivitet i området mellom de to mc takerspoler. La F(Rapp) representere denne komponent. The component of the DeltaA signal which represents the real phase difference (øTR2A - øTR1A) is a function of the resistivity of the formation in the area between the two mc taker coils. Let F(Rapp) represent this component.

sil )t- strain )t-

På liknende måte behandles øMR2B-signalet og øMRlB-signalet samtidig under Sampel B, for å frembringe et DeltaB-signal som representerer forskjellen i fase mellom disse to signaler (dvs. øMR2B - øMRlB). Similarly, the øMR2B signal and the øMR1B signal are processed simultaneously under Sample B, to produce a DeltaB signal that represents the difference in phase between these two signals (ie øMR2B - øMR1B).

Den komponent av DeltaB-signalet som representerer den virkelige faseforskjell (øTRlB - øTR2B) er en funksjon av formasjonens resistivitet i området mellom de to mottakerspoler, dvs. den er lik F(Rapp). The component of the DeltaB signal which represents the real phase difference (øTR1B - øTR2B) is a function of the resistivity of the formation in the area between the two receiver coils, i.e. it is equal to F(Rapp).

DeltaA-signalet registreres slik at det kan gjenfinnes og behandles med DeltaB-signalet. The DeltaA signal is recorded so that it can be found and processed with the DeltaB signal.

Ved å addere Likningene (19) og (20), får man at: By adding Equations (19) and (20), we get that:

Et beregnet signal som representerer summen av de fortløpende sampler, er med andre ord en funksjon av formasjonsresistivitet, og feilkomponenter, så som øRlE og øR2E, innfører ikke feil i dette beregnede signal. In other words, a calculated signal representing the sum of the successive samples is a function of formation resistivity, and error components, such as øRlE and øR2E, do not introduce errors into this calculated signal.

2. Parallell behandling av målte data 2. Parallel processing of measured data

Slik som kort omtalt i et foregående avsnitt, er det ønskelig å omforme eller transformere signaler som måles av mottakeren eller mottakerne, til parametere av interesse ved samtidig å benytte "parallell" behandling. Betrakt på nytt den utførelse av borehullsloggingsinstrumentet med fire sendere og to mottakere som er vist på fig. 2. Den nære avstand d„ mellom sender- og mottakeroppstillingen er betegnet med tallet 23, og den fjerne avstand df er betegnet med tallet 21. Både de nære mellomromsavstander 23 og de fjerne mellomromsavstander 21 måles med hensyn til midtpunktet 25 mellom mottakerne 213 og 211. Punktet 25 omtales vanligvis som borehullsinstrumentets "målepunkt". For en senderfrekvens ©i kombineres fasene av det signal som detekteres ved mottakerne 213 og 211 og som skriver seg fra den fortløpende sending fra senderne 209 og 205, algebraisk for å oppnå RpA|. Mer spesielt beregnes den algebraiske middelverdi av en første faseforskyvning som beregnes ut fra forskjellen i mottakernes 213 og 211 responser som skriver seg fra aktiveringen av senderen 207, og en andre faseforskyvning som beregnes ut fra forskjellen i mottakernes 213 og 211 responser som skriver seg fra aktiveringen av senderen 205, for å gi RpAt- Amplitudene av disse mottatte signaler måles samtidig og kombineres, hvilket gir R^i. Mer spesielt beregnes den algebraiske middelverdi av en første amplitudedempning som beregnes ut fra forholdet mellom mottakernes 213 og 211 responser som skriver seg fra aktiveringen av senderen 207, og forholdet mellom mottakernes 213 og 211 responser som skriver seg fra aktiveringen av senderen 205, for å gi R^i. For en senderfrekvens Gh kombineres på nytt fasen av de signaler som mottas i mottakerne 213 og 211 og som skriver seg fra den fortløpende sending fra senderne 209 og 203, algebraisk på liknende måte, for å oppnå Rp,f,i. Amplitudene av disse signaler måles likeledes samtidig og kombineres på liknende måte, hvilket gir R^i. Ovenstående sekvens repeteres med en andre senderfrekvens ©2, hvilket gir Rp^, R,^, Rp,^ og R^. Sluttresultatet er åtte tilsynelatende resistivitetsmålinger omfattende amplitude og faseforskyvning som er målt ved to sender-mottaker-avstander og ved to senderfrekvenser. As briefly discussed in a previous section, it is desirable to reshape or transform signals measured by the receiver or receivers into parameters of interest by simultaneously using "parallel" processing. Consider again the embodiment of the borehole logging instrument with four transmitters and two receivers shown in FIG. 2. The close distance d„ between the transmitter and receiver arrangement is denoted by the number 23, and the far distance df is denoted by the number 21. Both the close spacing distances 23 and the far spacing distances 21 are measured with respect to the center point 25 between the receivers 213 and 211 The point 25 is usually referred to as the downhole instrument's "measuring point". For a transmitter frequency ©i, the phases of the signal detected by the receivers 213 and 211 and which is written from the continuous transmission from the transmitters 209 and 205 are combined algebraically to obtain RpA|. More specifically, the algebraic mean value of a first phase shift calculated from the difference in the responses of the receivers 213 and 211 resulting from the activation of the transmitter 207, and a second phase shift calculated from the difference in the responses of the receivers 213 and 211 resulting from the activation is calculated of the transmitter 205, to give RpAt- The amplitudes of these received signals are measured simultaneously and combined, giving R^i. More specifically, the algebraic mean value of a first amplitude attenuation calculated from the ratio of the receivers 213 and 211 responses resulting from the activation of the transmitter 207 and the ratio of the receivers 213 and 211 responses resulting from the activation of the transmitter 205 is calculated to give R^i. For a transmitter frequency Gh, the phase of the signals received in the receivers 213 and 211 and which are recorded from the continuous transmission from the transmitters 209 and 203 are recombined algebraically in a similar way to obtain Rp,f,i. The amplitudes of these signals are also measured simultaneously and combined in a similar way, which gives R^i. The above sequence is repeated with a second transmitter frequency ©2, giving Rp^, R,^, Rp,^ and R^. The end result is eight apparent resistivity measurements including amplitude and phase shift which have been measured at two transmitter-receiver distances and at two transmitter frequencies.

Fig. 18 illustrerer hypotetiske målinger av resistivitet over et tynt formasjonslag som er betegnet med tallet 51, idet det benyttes en eneste sender og to mottakere. Dette lag med vertikal utstrekning 56 er på hver side begrenset av en formasjon som har i hovedsaken ubegrenset vertikal utstrekning og er betegnet med tallet 61. I eksemplet er den vertikale utstrekning 56 av laget 51 lik 1,2 m. Den virkelige resistivitet av laget er 10 ohm-meter, slik som illustrert ved en kurve 50, og laget er invadert til en dybde på dj = 1,5 m, idet resistiviteten av den invaderte sone = 2,0 ohm-meter, som illustrert ved en kurve 52. Resistiviteten av omgivelsene eller skulderformasjonen er R^Ma = 0,5 ohm-meter, som illustrert ved en kurve 60. Skulderformasjonene er ikke invadert av borefluidumet. Kurver 53 og 54 illustrerer de tilsynelatende fase- og amplituderesistiviteter målt over lagets grenser med en senderfrekvens på ©i = 2 MHz. Idet tidligere definert terminologi benyttes, beregnes kurven 53 ut fra forskjellen mellom de to mottakere og er betegnet med R^, og kurven 54 beregnes ut fra forholdet mellom de to mottakere og er betegnet med R^i. Liknende kurver genereres ved en andre frekvens ©2) men er ikke vist. Det kan innses at maksimums- eller toppverdiene av kurvene 53 og 54 innenfor sonen 51, som er betegnet med tallene 58 hhv. 57, er henholdsvis 2,23 og 2,07 ohm-meter. Begge målinger av tilsynelatende resistivitet divergerer i stor grad fra den virkelige eller sanne resistivitet på Rt = 10 ohm-meter. Fig. 19 viser en grafisk fremstilling av en algoritme for korreksjon av målinger av tilsynelatende resistivitet utført ved en frekvens på 2 MHz for virkningene av invasjon i formasjoner med ubegrenset vertikal utstrekning. Algoritmen ble utledet ved benyttelse av teoretiske sender-mottaker-oppstillingsberegninger som er velkjente innen faget. Idet det ble benyttet verdier på dj = 1,5 meter, Rxo = 2,0 ohm-meter, og de maksimale fase- og amplitudeverdier på henholdsvis 2,23 og 2,07 ohm-meter, oppviste den resulterende "korrigerte" verdi for virkelig resistivitet, = 2,09 ohm-meter, fremdeles en betydelig divergens fra den virkelige lagresistivitetsverdi på 10,0 ohm-meter. Lag-grensekorreksjoner anvendes på de maksimale fase- og amplituderesistivitetsmålinger 58 og 57 ved benyttelse av en korrek-sjonsalgoritme som var utledet ut fra teoretiske sender-mottaker-respons-beregninger som er velkjente innen faget og er fremstilt grafisk på henholdsvis fig. 20A og 20B, ved benyttelse av en lagtykkelse på 1,2 m. R« betegner tilsynelatende resistivitetsmåling ved benyttelse av de grafiske fremstillinger. Disse korrigerte verdier korrigeres deretter seriemessig for invasjon, idet man på nytt benytter de syntetiske data som er fremstilt grafisk på fig. 18. Etter anvendelse av både laggrensekorreksjoner og invasjonskorreksjoner seriemessig, er den resulterende, "korrigerte" verdi for virkelig resistivitet R^ = 5,2 ohm-meter, som fremdeles oppviser vesentlig avvikelse fra den virkelige resistivitetsverdi på 10,0 ohm-meter. Det er åpenbart at seriemessig eller fortløpende korreksjoner for det hypotetiske eksempel ved en frekvens på 2 MHz er helt utilstrekkelig. På liknende måte kan den samme sekvens av korreksjoner ved benyttelse av tilsvarende amplitude- og faseresisitviteter utført med U2 = 400 MHz, også vises å være helt utilstrekkelig. Seriemessige korreksjoner for ytterligere parametere (ikke vist) så som borehulldiametere, resistivitet av borefluidumet, dielektriske effekter og formasjonsanisotropi, gir også utilstrekkelige korreksjoner ved den ene eller den andre senderfrekvens for virkelig resistivitet. Fig. 18 illustrates hypothetical measurements of resistivity over a thin formation layer which is denoted by the number 51, using a single transmitter and two receivers. This layer with vertical extent 56 is limited on each side by a formation which has essentially unlimited vertical extent and is denoted by the number 61. In the example, the vertical extent 56 of layer 51 is equal to 1.2 m. The real resistivity of the layer is 10 ohm-meters, as illustrated by a curve 50, and the layer is invaded to a depth of dj = 1.5 m, the resistivity of the invaded zone = 2.0 ohm-meters, as illustrated by a curve 52. The resistivity of the surrounding or shoulder formation is R^Ma = 0.5 ohm-meter, as illustrated by curve 60. The shoulder formations are not invaded by the drilling fluid. Curves 53 and 54 illustrate the apparent phase and amplitude resistivities measured across the layer boundaries with a transmitter frequency of ©i = 2 MHz. As previously defined terminology is used, the curve 53 is calculated from the difference between the two receivers and is denoted by R^, and the curve 54 is calculated from the ratio between the two receivers and is denoted by R^i. Similar curves are generated at a second frequency ©2) but are not shown. It can be realized that the maximum or peak values of the curves 53 and 54 within the zone 51, which are denoted by the numbers 58 and 57, are 2.23 and 2.07 ohm-meters respectively. Both measurements of apparent resistivity diverge greatly from the real or true resistivity of Rt = 10 ohm-meters. Fig. 19 shows a graphical representation of an algorithm for correcting apparent resistivity measurements taken at a frequency of 2 MHz for the effects of invasion in formations of unlimited vertical extent. The algorithm was derived using theoretical transmitter-receiver setup calculations which are well known in the field. Using values of dj = 1.5 meters, Rxo = 2.0 ohm-meters, and the maximum phase and amplitude values of 2.23 and 2.07 ohm-meters respectively, the resulting "corrected" value for true resistivity, = 2.09 ohm-meters, still a significant divergence from the true layer resistivity value of 10.0 ohm-meters. Lag limit corrections are applied to the maximum phase and amplitude resistivity measurements 58 and 57 using a correction algorithm which was derived from theoretical transmitter-receiver response calculations which are well known in the art and are presented graphically in fig. 20A and 20B, using a layer thickness of 1.2 m. R« denotes apparent resistivity measurement using the graphical representations. These corrected values are then serially corrected for invasion, again using the synthetic data which is presented graphically in fig. 18. After applying both layer boundary corrections and invasion corrections in series, the resulting "corrected" true resistivity value is R^ = 5.2 ohm-meters, which still shows significant deviation from the true resistivity value of 10.0 ohm-meters. It is obvious that serial or continuous corrections for the hypothetical example at a frequency of 2 MHz are completely inadequate. Similarly, the same sequence of corrections using corresponding amplitude and phase resistivities performed with U2 = 400 MHz can also be shown to be completely inadequate. Serial corrections for additional parameters (not shown) such as borehole diameters, resistivity of the drilling fluid, dielectric effects and formation anisotropy also provide insufficient corrections at one or the other transmitter frequency for real resistivity.

Den foreliggende oppfinnelse utnytter de åtte tidligere definerte målinger av tilsynelatende resistivitet sammen med den omfattende modell av borehullsinstrumentets respons i en rekke forskjellige formasjons- og borehullitlstander for samtidig å bestemme formasjons- og borehullparametere av interesse. Prosessen er generelt definert ved matriselikningen: hvor [R] er en 1 x 8 matrise som representerer åtte målinger av tilsynelatende resistivitet ved mangfoldige frekvenser og senderavstander slik som tidligere definert, og [X] er en 1 x 8-matrise som representerer åtte parametere av interesse som skal bestemmes. For det eksempel som betraktes, er Rb RTO, Rskuidw, dj og tykkelsen av sonen 56 inkludert som elementer av matrisen [X]. [T] er en 8 x 8-transformasjonsmatrise basert på den omfattende modell av borehullsinstrumentets respons ved mange forskjellige borehulls- og formasjonstilstander, på hvilke eksempler er vist grafisk på fig. 19,20A og 20B. Som et eksempel omfatter [TJ borehullsinstrumentets responsformasjoner tvers over laggrenser, responsegenskapene som funksjon av invasjon, og responsfunksjoner for alle andre borehulls- og formasjonsparametere som er omtalt tidligere i denne redegjørelse. Verdien av elementene av [T] vil avhenge av resistivitet, og vil derfor avhenge av matrisene [X] og [R]. Som et resultat av denne funksjonelle avhengighet er likningen (22) ikke en enkel, lineær matriselikning. US-patent nr. 5 144245 (MM. Wisler), som er overdratt til søkeren i den foreliggende søknad, beskriver en slik modell og er herved innført ved henvisning. Et ikke-lineært regresjonssystem benyttes for å omforme likningen (22), hvilket gir The present invention utilizes the eight previously defined measurements of apparent resistivity together with the comprehensive model of the borehole instrument response in a variety of different formation and borehole conditions to simultaneously determine formation and borehole parameters of interest. The process is generally defined by the matrix equation: where [R] is a 1 x 8 matrix representing eight measurements of apparent resistivity at multiple frequencies and transmitter distances as previously defined, and [X] is a 1 x 8 matrix representing eight parameters of interest to be determined. For the example considered, Rb RTO, Rskuidw, dj and the thickness of the zone 56 are included as elements of the matrix [X]. [T] is an 8 x 8 transformation matrix based on the comprehensive model of the downhole instrument response at many different wellbore and formation conditions, examples of which are shown graphically in FIG. 19, 20A and 20B. As an example, [TJ includes the borehole instrument response formations across layer boundaries, the response characteristics as a function of invasion, and response functions for all other borehole and formation parameters discussed earlier in this report. The value of the elements of [T] will depend on resistivity, and will therefore depend on the matrices [X] and [R]. As a result of this functional dependence, equation (22) is not a simple linear matrix equation. US Patent No. 5 144245 (MM. Wisler), which is assigned to the applicant in the present application, describes such a model and is hereby incorporated by reference. A non-linear regression system is used to transform equation (22), which gives

hvor [T] er inversjonen av responsmatrisen [TJ. Matrisene på høyre side av likning (23) er derfor enten representative for målte størrelser ([R]), eller er kjente ut fra teoretiske beregninger ([T]). Ved løsning av likningen for [X], som inneholder Rt som et element, oppnås en korrigert verdi av R( = 10 ohm-meter for det hypotetiske eksempel som er vist på fig. 18. Det faktum at sett av to senderfrekvenser benyttes ved den foreliggende oppfinnelse, bidrar til konvergensen av de målte og virkelige formasjonsresistiviteter ved sammenlikning med de tidligere beregninger som benyttet bare målinger ved 2 MHz. Like viktig ved omformingen er det at den foreliggende oppfinnelse benytter samtidig inversjon av målingene ved flerfoldige frekvenser og flerfoldige avstander. Således unngås de feil som innføres ved høyere frekvenser og som skriver seg fra seriemessig behandling. where [T] is the inversion of the response matrix [TJ. The matrices on the right-hand side of equation (23) are therefore either representative of measured quantities ([R]), or are known from theoretical calculations ([T]). Solving the equation for [X], which contains Rt as an element, yields a corrected value of R( = 10 ohm-meters for the hypothetical example shown in Fig. 18. The fact that sets of two transmitter frequencies are used in the present invention, contributes to the convergence of the measured and real formation resistivities when compared with the previous calculations that used only measurements at 2 MHz. Equally important in the transformation is that the present invention uses simultaneous inversion of the measurements at multiple frequencies and multiple distances. Thus, it is avoided the errors that are introduced at higher frequencies and that result from serial processing.

3. Bestemmelse av borehullparametere 3. Determination of borehole parameters

Tidligere diskusjoner definerte anvendelsene av målte borehullparametere og nær-borehullparametere. Borefluiduminvasjonsprofilen er en indikasjon på formasjonens permeabilitet. Dessuten kan fysiske egenskaper til borehullet, så som rynkethet og elliptisitet, relateres til de mekaniske egenskaper til bergartmassen og til effektiviteten av borehullboreoperasjonen som benytter den foretrukne MWD-utførelse av oppfinnelsen. Videre er kjennskap ti] bergartmasseegenskaper meget nyttige ved spesifikasjon av senere kompletteringsaktiviteter, så som eventuell frakturering og til og med perforerrngsprogrammer. Endelig, med kjennskap til borehullets tilstand, kan boreprogrammet ofte modifiseres for å øke effektivitet, så som modifikasjon av boreparametere for å øke borkrone-inntrengingshasitgheter. Previous discussions defined the applications of measured borehole parameters and near-borehole parameters. The drilling fluid invasion profile is an indication of the permeability of the formation. Also, physical properties of the borehole, such as wrinkling and ellipticity, can be related to the mechanical properties of the rock mass and to the efficiency of the borehole drilling operation using the preferred MWD embodiment of the invention. Furthermore, knowledge of rock mass properties is very useful when specifying later completion activities, such as possible fracturing and even perforation programs. Finally, with knowledge of the wellbore condition, the drilling program can often be modified to increase efficiency, such as modification of drilling parameters to increase bit penetration rates.

Idet det igjen henvises til fig. 2, aktiveres senderne fortløpende på en første frekvens. Faseforskyvningen og amplitudedempningen av de induserte, elektromagnetiske signaler måles ved hver mottaker, med hensyn til senderens utgangssignaler slik som tidligere beskrevet, hvilket gir seksten grunnleggende signalmålinger (åtte amplitudedempnings- og åtte faseforskyvningsmålinger). Prosedyren gjentas deretter på en andre senderfrekvens, hvilket gir ytterligere åtte målinger av amplitudedempning og åtte målinger av faseforskyvning. Totalt trettito ukorrigerte "rå"-målinger oppnås derfor for hver syklus av senderakitveringer etter hvert som borehullsinstrumentet 36 transporteres langs borehullet 34. Hver faseforskyvning og amplitudedempning, idet de er ukorrigert av tidligere nevnte anordninger, påvirkes i sterk grad av borehullet og omgivelsene nær borehullet. Disse rå-målinger benyttes derfor til å bestemme borehullsegenskaper, så som borehullets diameter, rynkethet og eksentrisitet, og også til å tilveiebringe et middel for korreksjon av målinger av tilsynelatende resistivitet for disse borehullvirkninger. Sagt på en annen måte tilveiebringer oppfinnelsen ikke bare formasjonsresisitvitetsmålinger som er korrigert for forstyrrende virkninger av borehullet slik som tidligere beskrevet, men tilveiebringer også midler for kvantifisering av disse korreksjoner og dermed tilveiebringer nyttig informasjon om borehullets fysiske egenskaper. Disse borehullsegenskaper kan på sin side relateres til slike parametere som mekaniske egenskaper til bergartmassen, grunne invasjonsprofiler, og effektiviteten av boreprogrammet. Den vertikale oppløsning av de trettito målinger er vanligvis forskjellig og varierer fra måling til måling når borehullitlstander varierer raskt med hensyn til sender-mottaker-oppstillingsavstander 21 og 23. Det er nødvendig å anvende avfoldings-eller foldingsfjerningsteknikker (deconvolution techniques) for å "matche" eller sammenpasse den vertikale oppløsning av alle seksten målinger før kombinasjon av disse data ved benyttelse av midler som er omtalt tidligere. Oppløsningstilpassing er ikke noe uavhengig databehandlingstrinn slik det ofte er tilfelle i kjent teknikk, men er et integrert trinn ved beregningen av alle parametere av interesse. Referring again to fig. 2, the transmitters are activated consecutively on a first frequency. The phase shift and amplitude attenuation of the induced electromagnetic signals are measured at each receiver, with respect to the transmitter output signals as previously described, yielding sixteen basic signal measurements (eight amplitude attenuation and eight phase shift measurements). The procedure is then repeated on a second transmitter frequency, yielding a further eight measurements of amplitude attenuation and eight measurements of phase shift. A total of thirty-two uncorrected "raw" measurements are therefore obtained for each cycle of transmitter activations as the borehole instrument 36 is transported along the borehole 34. Each phase shift and amplitude attenuation, being uncorrected by previously mentioned devices, is strongly influenced by the borehole and the surroundings near the borehole. These raw measurements are therefore used to determine borehole characteristics, such as borehole diameter, wrinkling and eccentricity, and also to provide a means of correcting measurements of apparent resistivity for these borehole effects. Put another way, the invention not only provides formation resistivity measurements that are corrected for disturbing effects of the borehole as previously described, but also provides means for quantifying these corrections and thus provides useful information about the physical properties of the borehole. These borehole characteristics can in turn be related to such parameters as mechanical properties of the rock mass, shallow invasion profiles, and the efficiency of the drilling program. The vertical resolution of the thirty-two measurements is usually different and varies from measurement to measurement when borehole distances vary rapidly with respect to transmitter-receiver set-up distances 21 and 23. It is necessary to apply deconvolution or deconvolution techniques to "match" or match the vertical resolution of all sixteen measurements before combining these data using the means discussed earlier. Resolution adaptation is not an independent data processing step as is often the case in the prior art, but is an integrated step in the calculation of all parameters of interest.

Man må være klar over at andre sender-mottaker-driftsfrekvenskombinasjoner kan benyttes. Som et eksempel vil to sendere og fire mottakere hvor senderne arbeider på to frekvenser, også gi trettito rå-målinger eller ubearbeidede målinger. Ved utvidelse av variabilitetskonseptet ytterligere vil en oppstilling på én mottaker, som arbeider på to frekvenser, og åtte mottakere også gi totalt trettito rå-målinger av amplitude og fase, og det vil også én mottaker og én sender som arbeider på seksten frekvenser. Sender-mottaker-frek-venskombinasjonen kan også varieres for å gi et totalt antall rå-målinger som er større eller mindre enn trettito, med en tilsvarende økning eller minskning av antallet av parametere av interesse som kan bestemmes på entydig måte. One must be aware that other transmitter-receiver-operating frequency combinations can be used. As an example, two transmitters and four receivers where the transmitters work on two frequencies will also give thirty-two raw measurements or unprocessed measurements. Extending the variability concept further, a setup of one receiver, working on two frequencies, and eight receivers will also give a total of thirty-two raw measurements of amplitude and phase, and so will one receiver and one transmitter working on sixteen frequencies. The transmitter-receiver frequency combination can also be varied to provide a total number of raw measurements greater or less than thirty-two, with a corresponding increase or decrease in the number of parameters of interest that can be uniquely determined.

Idet det igjen henvises til fig. 2, aktiveres senderne 209, 207, 205 og 203 fortløpende ved en gitt frekvens ©]. Fasen og amplituden av det induserte elektromagnetiske signal måles i hvert mottaker-sender-par, hvilket gir et totalbeløp på åtte målinger av amplitude og åtte målinger av fase som vil bli identifisert som henholdsvis Aj og Pj hvor i = 1,...,8). Prosedyren gjentas deretter på en andre senderfrekvens co2, hvilket gir ytterligere åtte målinger av amplitude og åtte målinger av fase som vil bli identifisert som henholdsvis Aj og Pi, hvor i = 9,..., 16. Den ovenfor definerte syklus gjentas etter hvert som borehullsinstrumentet transporteres langs borehullet. Sammenfatningsvis måles trettito parametere som funksjon av instrurnentdybde i borehullet. Referring again to fig. 2, the transmitters 209, 207, 205 and 203 are activated consecutively at a given frequency ©]. The phase and amplitude of the induced electromagnetic signal is measured in each receiver-transmitter pair, giving a total of eight measurements of amplitude and eight measurements of phase which will be identified as Aj and Pj respectively where i = 1,...,8 ). The procedure is then repeated on a second transmitter frequency co2, giving a further eight measurements of amplitude and eight measurements of phase which will be identified as Aj and Pi respectively, where i = 9,..., 16. The cycle defined above is repeated as the borehole instrument is transported along the borehole. In summary, thirty-two parameters are measured as a function of instrument depth in the borehole.

Behandlingen av målte data kan best anskueliggjøres ved matriseoperasjon hvor de tidligere definerte seksten råamplitude- og seksten råfasemålinger multipliseres med en ikke-kvadratisk matrise som transformerer disse trettito målinger til parametere av interesse. Parametrene av interesse kan utvelges og varieres av en bruker, og kan omfatte tradisjonelle formasjonsvurderingsrelaterte parametere, så som resistivitet og dielektrisitetskonstant så vel som nær-borehullsparametere, så som den radiale utstrekning av invasjon av formasjonen av borefluidum og resistiviteten av den invaderte sone. Videre kan borehullparametere, så som borehulldiameter, eksentrisitet og elliptisitet, kvantifiseres så vel som resistiviteten av det fluidum som er inneholdt i borehullet. Antallet av parametere av interesse må være begrenset til trettito eller mindre i den foretrukne utførelse. I en alternativ utførelse kan antall parametere av interesse være større enn antallet av rådatamålinger. Denne tilstand eller betingelse gir et ubestemt sett av likninger og krever at innledende beregninger må tilføres for det antall parametere av interesse som overskrider antallet av rådatamålinger. Regresjonsteknikker benyttes da for å minimere uoverensstemmelsen mellom verktøyrespons som er forutsagt av modellen, og settet av målte rådata. Den foretrukne ut-førelse som benytter trettito målte parametere, vil være rettet på måling av borehull- og nær-borehullparametere. For illustrasjonsformål vil det bli antatt at fem borehull- eller nær-borehullparametere skal bestemmes. Disse vil bli betegnet B„, hvor n = 1,...,5. Matriseopera-sjonen skrives som The processing of measured data can best be visualized by matrix operation where the previously defined sixteen raw amplitude and sixteen raw phase measurements are multiplied by a non-quadratic matrix which transforms these thirty-two measurements into parameters of interest. The parameters of interest may be selected and varied by a user, and may include traditional formation assessment related parameters such as resistivity and dielectric constant as well as near-borehole parameters such as the radial extent of invasion of the formation by drilling fluid and the resistivity of the invaded zone. Furthermore, borehole parameters, such as borehole diameter, eccentricity and ellipticity, can be quantified as well as the resistivity of the fluid contained in the borehole. The number of parameters of interest must be limited to thirty-two or less in the preferred embodiment. In an alternative embodiment, the number of parameters of interest may be greater than the number of raw data measurements. This state or condition provides an indeterminate set of equations and requires initial calculations to be added for the number of parameters of interest that exceed the number of raw data measurements. Regression techniques are then used to minimize the discrepancy between the tool response predicted by the model and the set of measured raw data. The preferred embodiment, which uses thirty-two measured parameters, will be aimed at measuring borehole and near-borehole parameters. For illustration purposes, it will be assumed that five downhole or near-downhole parameters are to be determined. These will be denoted B„, where n = 1,...,5. The matrix operation is written as

(24) [T] x [M] = [B] (24) [T] x [M] = [B]

hvor where

Matrisen [T] er en transformasjon som representerer en omfattende modell av bore-hullsinstrumentresponsen, idet borehull-, nær-borehull- og formasjonstilstander er variabler. Da elementene Tg er forutsagt av modellen, kan de borehullparametere som skal bestemmes, Bn (n=l,...,5), beregnes direkte ut fra de målte parametere som er representert ved matrisen [M]. Ved benyttelse av formalismen ifølge likning (24) er det vesentlig at den modell som er representert ved [T], gir parametere av interesse (de "ukjente") som funksjon av borehullsinstrumentets respons (de målte størrelser). The matrix [T] is a transformation representing a comprehensive model of the downhole instrument response, with wellbore, near-borehole and formation states being variables. Since the elements Tg are predicted by the model, the borehole parameters to be determined, Bn (n=l,...,5), can be calculated directly from the measured parameters represented by the matrix [M]. When using the formalism according to equation (24), it is essential that the model represented by [T] provides parameters of interest (the "unknowns") as a function of the borehole instrument's response (the measured quantities).

Jian-Qun Wu og Macmillian M. Wisler ("Effects of Eccentering MWD Tool on Electromagnetic Resistivity Measurements", SPWLA, 3Ist Annual Logging Symposium, 24.-27. juni 1990) viser en metode for beregning av virkningene av at et borehulls-loggingsverktøy anbringes eksentrisk i et borehull ved resistivitetsmålinger, og denne artikkel innføres herved ved henvisning. Som et eksempel på dette arbeid illustrerer fig. 21 variasjonene av tilsynelatende resistivitet 75a beregnet ut fra faseforskyvningsmålinger (angitt ved kurver 74) og amplitudeforholdsmålinger (angitt ved kurver 76) som funksjon av loggingsinstrument-borehull-eksentrisitet for virkelig formasjonsresistivitet 70 på 0,2,2,0 og 20 ohm-meter og med en borehull-fluidumresistivitet 72 på 20 ohm-meter. Senderfrekvensen er 2 MHz. En liknende opptegning er vist på fig. 22 for en borehullfluiohrmresistivitet på 0,2 ohm-meter og hvor alle andre parametere forblir de samme. I disse eksempler er det blitt utviklet funksjonsforbindelser som gir tilsynelatende resistivitetsverdier 75a som vil bli målt av borehullsinstrumentet 36 (de målte størrelser) som funksjon av virkelig eller sann formasjonsresistivitet 70, borehullsresistiviteter 72 og eksentrisitet 75b, som er de "ukjente" størrelser som skal bestemmes ved hjelp av midler og metoder ifølge oppfinnelsen. Responsene beregnes ved benyttelse av en modell som er utviklet rundt grunnleggende elektromagnetiske bølgeforplantningsprinsipper ved benyttelse av borehullgeometri. Bereg-ningene er blitt verifisert eksperimentelt. J.-Q. Wu, M.M. Wisler og J.F. Towle ("Effects of Arbitrarily Shaped Boreholes and Invasion on Propagation Resistivity Measurements in Drilling Horizontal Wells", Progress in Electromagnetic Research Symposium, Pasadena, California, 14. juli 1993) viser likeledes en anordning for bestemmelse av den målte respons av borehullsinstrumenter uttrykt ved sirkulære og ikke-sirkulære invasjonsprofiler og også uttrykt ved instrument-eksentrisitet i borehullet. Målte størrelser uttrykkes også her ved ukjente parametere av interesse. Sagt på en annen måte viser den anførte henvisning en anordning for beregning av det fremste problem som, dersom den ble innlemmet i den omfattende modell, ville den foreliggende oppfinnelse oppstille matriselikningen (24) i den motsatte retning, hvilket ville gi likning (28): Jian-Qun Wu and Macmillian M. Wisler ("Effects of Eccentering MWD Tool on Electromagnetic Resistivity Measurements", SPWLA, 3Ist Annual Logging Symposium, June 24-27, 1990) show a method for calculating the effects of a downhole logging tool is placed eccentrically in a borehole during resistivity measurements, and this article is hereby incorporated by reference. As an example of this work, fig. 21 the variations of apparent resistivity 75a calculated from phase shift measurements (indicated by curves 74) and amplitude ratio measurements (indicated by curves 76) as a function of logging instrument borehole eccentricity for true formation resistivity 70 of 0.2, 2.0 and 20 ohm-meters and with a borehole fluid resistivity 72 of 20 ohm-meters. The transmitter frequency is 2 MHz. A similar drawing is shown in fig. 22 for a borehole fluiohrm resistivity of 0.2 ohm-meter and where all other parameters remain the same. In these examples, functional relationships have been developed that provide apparent resistivity values 75a that will be measured by the downhole instrument 36 (the measured quantities) as a function of real or true formation resistivity 70, borehole resistivities 72 and eccentricity 75b, which are the "unknown" quantities to be determined. using means and methods according to the invention. The responses are calculated using a model developed around basic electromagnetic wave propagation principles using borehole geometry. The calculations have been verified experimentally. J.-Q. Wu, M.M. Wisler and J.F. Towle ("Effects of Arbitrarily Shaped Boreholes and Invasion on Propagation Resistivity Measurements in Drilling Horizontal Wells", Progress in Electromagnetic Research Symposium, Pasadena, California, July 14, 1993) likewise shows a device for determining the measured response of borehole instruments in terms of circular and non-circular invasion profiles and also expressed by instrument eccentricity in the borehole. Measured quantities are also expressed here by unknown parameters of interest. Put another way, the cited reference shows a device for calculating the foremost problem which, if incorporated into the comprehensive model, the present invention would set up the matrix equation (24) in the opposite direction, which would give equation (28):

Løsning av likning (29) med hensyn på [B] krever et regresjonssystem som vanligvis er ikke-lineært. Dvs., verdier av parametrene av interesse, nemlig elementene av [B], gjentas inntil elementene av [M] som beregnes ut fra likning (29), konvergerer mot de virkelige målte verdier Aj og Pj (i = 1,...,16). Det skal igjen understrekes at de andre borehull- og nær-borehull-parametere er inkludert i modellen. Slike ytterligere parametere kan omfatte borehulldiameter og resistivitet av de invaderte soner. De parametere som er nærmere angitt på fig. 21 og 22, er angitt som eksempler for å illustrere begrepene ved databehandlingsmeto-den. De ytterligere egenskaper til responsen av nedhullsinstrumentet, som oppnås ved hjelp av matematisk modellering, er likeledes innlemmet som elementer av matrisen [TJ. Solving equation (29) with respect to [B] requires a regression system that is usually non-linear. That is, values of the parameters of interest, namely the elements of [B], are repeated until the elements of [M] calculated from equation (29) converge towards the real measured values Aj and Pj (i = 1,..., 16). It should again be emphasized that the other borehole and near-borehole parameters are included in the model. Such additional parameters may include borehole diameter and resistivity of the invaded zones. The parameters which are specified in more detail in fig. 21 and 22, are given as examples to illustrate the concepts of the data processing method. The additional characteristics of the response of the downhole instrument, obtained by means of mathematical modelling, are likewise incorporated as elements of the matrix [TJ.

4. Bestemmelse av feil som er knyttet til parametere av interesse. 4. Determination of errors associated with parameters of interest.

Den foreliggende opprinnelse tilveiebringer midler og metoder for bestemmelse av feil som kan relateres til usikkerhet som er knyttet til målte parametere av interesse. Også i dette tilfelle utvelger brukeren av informasjonen, eller logg-,,analytikeren,,, parametrene av interesse, som kan omfatte formasjonens resistivitet (eller ledningsevne), formasjonens dielektrisitetskonstant, eller eventuelt den grad i hvilken borefluida invaderer formasjonen i nærheten av borehullet. Slik som tidligere nevnt, er analytikerens primære interesser vanligvis bestemmelse av hydrokarbonmetningen, porøsiteten og permeabiliteten av de formasjoner som gjennomtrenges av borehullet. Det er meget ønskelig å utføre slike målinger under boring eller straks etter boringen av borehullet, slik at kritiske, økonomiske bestemmelser angående mengden og produserbarheten av hydrokarboner på stedet kan foretas. Basert på denne informasjon vil brønnen enten bli komplettert eller oppgitt. Nøyaktigheten og presisjonen av målte parametere som utvelges for å foreta slike kritiske avgjørelser, er også av største betydning. De feilmålinger som tilveiebringes ved oppfinnelsen, kan også benyttes til å indikere utstyrsfunksjonsfeil av både elektriske og mekaniske typer. Selv om kjent teknikk gir anvisning på midler og metoder for måling av et vidt område av geofysiske parametere ved benyttelse av elektromagnetiske teknikker, er det lagt liten eller ingen vekt på bestemmelse av kvaliteten av målingene. Vanligvis kan analytikeren bare stole på tidligere erfaring ved anvisning av, i beste fall, kvalitative beregninger av kvaliteten av de målinger som oppnås fra borehullsinstrumentet og det tilknyttede system. En eventuell feilanalyse utføres vanligvis lenge etter at målingene er utført, og vanligvis ikke på brønnstedet. Sagt på en annen måte tilveiebringer ikke kjent teknikk midler og metoder for bestemmelse av kvaliteten av elektromagnetisk baserte, geofysiske målinger i sann tid eller nesten sann tid, selv om økonomiske og driftsmessige bestemmelser i sann tid eller nesten sann tid foretas, basert på disse målinger. Dette er særlig tilfellet ved elektromagnetiske målinger av formasjonsresistivitet som veier så tungt ved bestemmelsen om å komplettere eller oppgi brønnen. Oppfinnelsen tilveiebringer nettopp denne informasjon ved å tilveiebringe midler og metoder for måling av geofysiske parametere som utvelges av analysatoren og samtidig gir kvantitative målinger av kvaliteten av feil som er knyttet til målingene av de utvalgte parametere. The present invention provides means and methods for determining errors that can be related to uncertainty associated with measured parameters of interest. Also in this case, the user of the information, or the log analyst, selects the parameters of interest, which may include the resistivity (or conductivity) of the formation, the dielectric constant of the formation, or possibly the extent to which drilling fluids invade the formation near the borehole. As previously mentioned, the analyst's primary interests are usually determination of the hydrocarbon saturation, porosity and permeability of the formations penetrated by the wellbore. It is highly desirable to perform such measurements during drilling or immediately after drilling the borehole, so that critical, economic determinations regarding the quantity and producibility of hydrocarbons at the site can be made. Based on this information, the well will either be completed or declared. The accuracy and precision of measured parameters selected to make such critical decisions is also of utmost importance. The error measurements provided by the invention can also be used to indicate equipment malfunctions of both electrical and mechanical types. Although known technology provides guidance on means and methods for measuring a wide range of geophysical parameters using electromagnetic techniques, little or no emphasis has been placed on determining the quality of the measurements. Typically, the analyst can only rely on past experience in providing, at best, qualitative estimates of the quality of the measurements obtained from the downhole instrument and associated system. Any error analysis is usually carried out long after the measurements have been carried out, and usually not at the well site. Put another way, prior art does not provide means and methods for determining the quality of electromagnetically based, geophysical measurements in real time or near real time, even if economic and operational determinations are made in real time or near real time, based on these measurements. This is particularly the case with electromagnetic measurements of formation resistivity, which weigh so heavily in the decision to complete or abandon the well. The invention provides precisely this information by providing means and methods for measuring geophysical parameters that are selected by the analyzer and at the same time provides quantitative measurements of the quality of errors associated with the measurements of the selected parameters.

Idet det på nytt henvises til den utførelse av oppfinnelsen som er vist på fig. 2, aktiveres sendere fortløpende på en første frekvens. Fasen og amplituden av det induserte, elektromagnetiske signal måles, hvilket gir fire målinger av amplitude og fire målinger av fase i hver av de to mottakere. Prosedyren gjentas på en andre senderfrekvens, hvilket gir ytterligere fire målinger av amplitude og fire målinger av fase i hver av de to mottakere. Hver sekvens som beskrevet gir derfor trettito uavhengige rå-målinger. Målingssekvensen gjentas kontinuerlig etter hvert som instrumentet transporteres langs borehullet. Den tidligere omtalte matematiske modell, som er basert på grunnleggende elektromagnetiske bølgeforplantningsegenskaper, beskriver borehullsinstrumentets teoretiske respons som funksjon av tallrike formasjons- og borehullparametere. Slike parametere omfatter igjen formasjonsresistivitet, invasjonsparametere, formasjonslag-grenseeffekter, borehulltilstander og liknende. I denne utførelse av oppfinnelsen inneholder modellen færre enn trettito variable parametere, mens borehullsinstrumentet gir trettito målte parametere slik som beskrevet tidligere. Systemet av ukjente parametere er derfor "overbestemt" i den betydning at det ikke er flere målte parametere enn variable eller ukjente parametere som skal bestemmes. Det skal bemerkes at andre sender-mottaker-<±ifcrfekvenskombinasj oner kan benyttes, slik som diskutert tidligere. Antallet av utvalgte parametere av interesse må imidlertid alltid være mindre enn antallet av rådatamålinger, slik at det resulterende system av likninger er overbestemt. Referring again to the embodiment of the invention shown in fig. 2, transmitters are activated consecutively on a first frequency. The phase and amplitude of the induced electromagnetic signal are measured, which gives four measurements of amplitude and four measurements of phase in each of the two receivers. The procedure is repeated on a second transmitter frequency, which gives a further four measurements of amplitude and four measurements of phase in each of the two receivers. Each sequence as described therefore provides thirty-two independent raw measurements. The measurement sequence is continuously repeated as the instrument is transported along the borehole. The previously mentioned mathematical model, which is based on fundamental electromagnetic wave propagation properties, describes the borehole instrument's theoretical response as a function of numerous formation and borehole parameters. Such parameters in turn include formation resistivity, invasion parameters, formation layer boundary effects, borehole conditions and the like. In this embodiment of the invention, the model contains fewer than thirty-two variable parameters, while the borehole instrument provides thirty-two measured parameters as described earlier. The system of unknown parameters is therefore "overdetermined" in the sense that there are no more measured parameters than variable or unknown parameters to be determined. It should be noted that other transmitter-receiver frequency combinations may be used, as discussed earlier. However, the number of selected parameters of interest must always be less than the number of raw data measurements, so that the resulting system of equations is overdetermined.

Ikke-lineære inversjonsteknikker benyttes for å bestemme settet av utvalgte, ukjente parametere som, ved hjelp av den matematiske modell, forutsier en verktøyrespons som mest mulig nøyaktig passer til de trettito målte rådatapunkter. Den forutsagte verktøyrespons og den målte verktøyrespons vil oppvise ingen uoverensstemmelser bare dersom (a) det ikke er knyttet noen feil til de målte data og (b) dersom modellen uten feil representerer instrumentets respons i hver påtruffet borehull- og formasjonstilstand. Dette er fordi det foreligger flere målte datapunkter enn ukjente, variable parametere i modellen. Enhver grad av ikke-overensstemmelse eller "mistilpasning" av modelldataene og de målte data er et mål på unøyaktighet av enten dataene eller modellen, eller både dataene og modellen. I alle tilfeller behandles den bestemte ikke-overensstemmelse som en kvalitetsindikator for de bestemte parametere av interesse. Med andre ord er en usikkerhet knyttet til hver parameter som utvelges av analytikeren basert på godheten av tilpasning mellom modellen og de målte data. Non-linear inversion techniques are used to determine the set of selected unknown parameters that, using the mathematical model, predict a tool response that most accurately fits the thirty-two measured raw data points. The predicted tool response and the measured tool response will show no discrepancies only if (a) there are no errors associated with the measured data and (b) if the model without error represents the instrument response in each borehole and formation condition encountered. This is because there are more measured data points than unknown, variable parameters in the model. Any degree of mismatch or "misfit" between the model data and the measured data is a measure of inaccuracy of either the data or the model, or both the data and the model. In all cases, the determined nonconformity is treated as a quality indicator for the determined parameters of interest. In other words, an uncertainty associated with each parameter is selected by the analyst based on the goodness of fit between the model and the measured data.

Idet det igjen henvises til fig. 2, aktiveres senderne 209, 207, 205 og 203 fortløpende på en første frekvens ©j. Fasen og amplituden av det induserte, elektromagnetiske signal måles på mottakeren nærmest hver aktivert sender, hvilket dermed gir fire målinger av amplitude og fire målinger av faseforskyvning. Disse målte parametere vil igjen bli identifisert som henholdsvis Aj og Pj, hvor i — 1,...,4). Prosedyren gjentas på en andre frekvens ©2, hvilket gir ytterligere fire målinger av amplitude og fire målinger av fase som heretter identifiseres som henholdsvis Ai og Pj, hvor i = 5,...,8. Hele prosedyren gjentas deretter for den mottaker som ligger lengst fra hver aktivert sender, hvilket gir verdier av Aj og P; hvor i = 9,..., 16. Sarnmenfatningsvis måles totalt trettito parametere ved hjelp av borehullsinstrumentet 36 under hver syklus etter hvert som det transporteres langs borehullet 34. Ovennevnte, kombinerte prosedyre med sending på frekvenser ©1 og ©2 og registrering av mottatte signaler gjentas fortløpende etter hvert som instrumentet transporteres langs borehullet. Referring again to fig. 2, the transmitters 209, 207, 205 and 203 are activated consecutively on a first frequency ©j. The phase and amplitude of the induced electromagnetic signal is measured on the receiver closest to each activated transmitter, which thus gives four measurements of amplitude and four measurements of phase shift. These measured parameters will again be identified as Aj and Pj respectively, where i — 1,...,4). The procedure is repeated on a second frequency ©2, which gives a further four measurements of amplitude and four measurements of phase which are hereafter identified as Ai and Pj respectively, where i = 5,...,8. The entire procedure is then repeated for the receiver furthest from each activated transmitter, giving values of Aj and P; where i = 9,..., 16. In summary, a total of thirty-two parameters are measured using the borehole instrument 36 during each cycle as it is transported along the borehole 34. The above, combined procedure with transmission on frequencies ©1 and ©2 and recording of received signals are repeated continuously as the instrument is transported along the borehole.

Parametere av interesse som er relatert til formasjonen, borehullet og nær-borehullet, velges av analytikeren. Disse parametere kan omfatte formasjonsresistivitet, forrna-sjons-dielektrisitetskonstant, invasjonsradius for borefluidumet, resistivitet av borefluidumet og eventuelt diameteren av borehullet. Det valgte antall av parametere må være mindre enn trettito, slik at systemet av likninger som beskrives i det etterfølgende avsnitt, er overbestemt og dermed tillater at usikkerhet som er knyttet til de valgte parametere, kan bestemmes. For illustrasjonsformål vil det bli antatt at analytikeren utvelger n parametere som skal bestemmes, hvor n er mindre enn trettito. Parameters of interest related to the formation, wellbore and near-borehole are selected by the analyst. These parameters can include formation resistivity, formation dielectric constant, radius of invasion for the drilling fluid, resistivity of the drilling fluid and possibly the diameter of the borehole. The selected number of parameters must be less than thirty-two, so that the system of equations described in the following section is overdetermined and thus allows the uncertainty associated with the selected parameters to be determined. For purposes of illustration, it will be assumed that the analyst selects n parameters to be determined, where n is less than thirty-two.

Behandlingen av dataene for å oppnå parametrene av interesse, og bestemmelsen av usikkerhet som er knyttet til disse parametere, kan best beskrives ved benyttelse av matrisenotasjon. Systemet skrives som The processing of the data to obtain the parameters of interest, and the determination of uncertainty associated with these parameters, can best be described using matrix notation. The system is written as

Matrisen [T] representerer borehullsinstrumentets teoretiske respons beregnet ved benyttelse av passende elektromagnetiske modelleringsteknikker for et vidt område av formasjons- og borehullitlstander, matrisen [M] representerer de trettito rådatapunkter målt av borehullsinstrumentet, og matrisen [X] representerer formasjons- og borehullparametrene som er valgt av analytikeren og som skal bestemmes. Selv om løsningen av matriselikningen (30) for å oppnå de ønskede parametere som er representert ved vektoren [X], betraktes som lineær, kan elementene av matrisen [T] i dette tilfelle være avhengig av elementene av [X]. Løsningen av likningen (30) vil derfor kreve en ikke-lineær regresjonsløsning, så som en rygg-regresjon. The matrix [T] represents the theoretical response of the downhole instrument calculated using appropriate electromagnetic modeling techniques for a wide range of formation and wellbore conditions, the matrix [M] represents the thirty-two raw data points measured by the downhole instrument, and the matrix [X] represents the formation and wellbore parameters selected by the analyst and to be determined. Although the solution of the matrix equation (30) to obtain the desired parameters represented by the vector [X] is considered linear, in this case the elements of the matrix [T] may depend on the elements of [X]. The solution of equation (30) will therefore require a non-linear regression solution, such as a ridge regression.

Så snart likning (30) er blitt løst for [X], utføres en invers matriseoperasjon for å frembringe en syntetisk matrise av de målte størrelser som er betegnet med [M'], dvs. Once equation (30) has been solved for [X], an inverse matrix operation is performed to produce a synthetic matrix of the measured quantities denoted by [M'], i.e.

Mistilpasningen mellom de målte parametere, [M], og de syntetiske verdier av de målte parametere, [M'], er et mål på kvaliteten av parametrene av interesse, [X]. Dersom er det liten usikkerhet knyttet til de beregnede verdier [X] som indikerer at kvaliteten av de målte data [M] og modellen som representerer instrumentets respons [T], begge er gode. Dersom imidlertid The mismatch between the measured parameters, [M], and the synthetic values of the measured parameters, [M'], is a measure of the quality of the parameters of interest, [X]. If there is little uncertainty associated with the calculated values [X], this indicates that the quality of the measured data [M] and the model representing the instrument's response [T] are both good. If however

kan man trekke den slutning at enten de målte data [M] er av dårlig kvalitet (på grunn av verktøyfunksjonen, kalibreringsfeil eller liknende), eller modellen av verktøyresponsen representert ved [T] er utilstrekkelig for de påtrufhe tilstander, eller begge tilstander har inntruffet Minimering av kalibrering, varmeavdrift og feil på grunn av gjensidig antennekopling er blitt omtalt tidligere. Det er blitt bestemt at responsmodellen i mange tilfeller også er meget pålitelig og at feil i modellen bare er en liten bidragsyter til den observerte feil. Av dette følger derfor at når [M'] [M], kan kilden til den observerte feil ikke identifiseres. Graden av mistilpasning mellom [M'] og [M] er en indikasjon på stør-relsen av usikkerheten eller feilen i de beregnede parametere av interesse, [X]. Ikke-lineære regresjonsteknikker som er egnet for anvendelse i denne oppfinnelse, er beskrevet i publikasjonen "Inversion of 2 MHz Propagation Resistivity Logs" av W.H. Meyer, SPWLA 33rd Annua! Logging Symposium, 14.-17. juni 1992, Skrift H. it can be concluded that either the measured data [M] is of poor quality (due to tool function, calibration error or similar), or the model of the tool response represented by [T] is inadequate for the conditions encountered, or both conditions have occurred Minimization of calibration, heat dissipation and errors due to mutual antenna coupling have been discussed previously. It has been determined that in many cases the response model is also very reliable and that errors in the model are only a small contributor to the observed error. It therefore follows that when [M'] [M], the source of the observed error cannot be identified. The degree of mismatch between [M'] and [M] is an indication of the magnitude of the uncertainty or error in the calculated parameters of interest, [X]. Nonlinear regression techniques suitable for use in this invention are described in the publication "Inversion of 2 MHz Propagation Resistivity Logs" by W.H. Meyer, SPWLA 33rd Annua! Logging Symposium, 14.-17. June 1992, Letter H.

5. Formasjonspararnetere av interesse 5. Formation partners of interest

Transformasjonen av stråledata målt av følerne inn i tilsynelatende resistiviteter av formasjonen, nær borehullet og borehullomgivelsene er blitt omtalt i tidligere avsnitt. Bestemmelsen av feil som er knyttet til disse størrelser, er også blitt omtalt. De foregående diskusjoner omfattet dessuten de generelle konsepter med omforming av tilsynelatende resistiviteter og andre elektromagnetiske egenskaper til parametere ut fra hvilke "slutt"-informasjon, så som hydrokarbonmetning og porøsitet av formasjonen, avledes. Endelig er grunnleggende problemer som er knyttet til bestemmelsen av hydrokarbonmetning ut fra re-sistivitetsmåhnger alene, ved nærvær av vann med lav saltholdighet eller ferskvann, også blitt behandlet. Det etterfølgende avsnitt er viet til omformingen av verktøymålinger hvis nøyaktighet og presisjon er blitt bestemt og optimalisert ved benyttelse av tidligere omtalte metoder, til "slutt"-parametere som omfatter hydrokarbonmetning og porøsitet. The transformation of radiation data measured by the sensors into apparent resistivities of the formation, near the borehole and the borehole surroundings has been discussed in previous sections. The determination of errors associated with these quantities has also been discussed. The preceding discussions also encompassed the general concepts of converting apparent resistivities and other electromagnetic properties into parameters from which "end" information, such as hydrocarbon saturation and porosity of the formation, is derived. Finally, basic problems related to the determination of hydrocarbon saturation from resistivity measurements alone, in the presence of water with low salinity or fresh water, have also been addressed. The subsequent section is devoted to the transformation of tool measurements whose accuracy and precision have been determined and optimized using previously discussed methods, into "end" parameters that include hydrocarbon saturation and porosity.

5.1 Gjennomgåelse av fysiske prinsipper 5.1 Review of physical principles

Faseforskyvnings- og dempningsmålinger i det lave MHz-frekvensområde er avhengig av bare tre elektromagnetiske egenskaper og den måte på hvilken disse tre egenskaper kombineres og fordeles romlig nær borehullssender- og mottakermontasjen. De tre egenskaper som - som et eksempel - styrer forplantningen av en 2 MHz elektromagnetisk bølge, er (1) magnetisk permeabilitet, (2) ledningsevne og (3) dielektrisitetskonstant. Den primære parameter av interesse er ledningsevne (eller resistivitet), da dette er den primære parameter som benyttes ved hydrokarbonmetningsberegninger dersom det beslektede vann er saltholdig. For å relatere de målte faseforskyvnings- og dempningsmålinger som er utført med borehullsinstrumentet, til ledningsevne, må det gjøres antakelser angående formasjonens magnetiske permeabilitet og dielektrisitetskonstant. Phase shift and attenuation measurements in the low MHz frequency range depend on only three electromagnetic properties and the way in which these three properties are combined and spatially distributed near the borehole transmitter and receiver assembly. The three properties that - as an example - control the propagation of a 2 MHz electromagnetic wave are (1) magnetic permeability, (2) conductivity and (3) dielectric constant. The primary parameter of interest is conductivity (or resistivity), as this is the primary parameter used in hydrocarbon saturation calculations if the associated water is saline. In order to relate the measured phase shift and attenuation measurements taken with the borehole instrument to conductivity, assumptions must be made regarding the formation's magnetic permeability and dielectric constant.

Magnetisk permeabilitet er definert som evnen til magnetiske dipoler i formasjonen til å innrette seg selv med et ytre felt. Mineraler og fluida som vanligvis finnes i sedimentære jordformasjoner, oppviser ikke vesentlig magnetisk permeabilitet. Ved beregning av resistiviteter ut fra målinger av amplitude og fase fra en anordning som arbeider i det midtre kHz-frekvensområde til det lave MHz-frekvensområde, innføres minimal feil ved å anta en verdi av magnetisk permeabilitet som er lik verdien i fritt rom, eller 1,25 x IO"<6> Henry/meter. Magnetic permeability is defined as the ability of magnetic dipoles in the formation to align themselves with an external field. Minerals and fluids that are usually found in sedimentary soil formations do not exhibit significant magnetic permeability. When calculating resistivities from measurements of amplitude and phase from a device operating in the middle kHz frequency range to the low MHz frequency range, minimal error is introduced by assuming a value of magnetic permeability equal to the value in free space, or 1 .25 x IO"<6> Henry/meter.

Ledningsevne er definert som et materiales evne til å lede en elektrisk ladning, mens dielektrisitetskonstant er definert som et materiales evne til å lagre en elektrisk ladning. Dielektrisitetskonstant uttrykkes vanligvis ved relativ dielektrisitetskonstant, som er dielektrisitetskonstanten e til det aktuelle stoff dividert med dielektrisitetskonstanten i fritt rom, Eo <=> 8,854 x IO'12. Conductivity is defined as a material's ability to conduct an electric charge, while dielectric constant is defined as a material's ability to store an electric charge. Dielectric constant is usually expressed by relative dielectric constant, which is the dielectric constant e of the substance in question divided by the dielectric constant in free space, Eo <=> 8.854 x IO'12.

Oppmerksomheten rettes nå på dielektrisitetskonstant og de fysiske prinsipper bak virkningene av denne parameter på dempnings- og fasesignaler målt i en borehulls-omgivelse. I sedimentære formasjoner oppstår dielektrisitetskonstant ut fra evnen til elektriske dipoler til å innrette seg selv med et vekslende elektromagnetisk felt som induseres av borehullsinstrumentet. Vannmolekyler vil bli benyttet for diskusjonsformål. Det finnes tre fenomener som bidrar til er i en porøs jordformasjon. Det første bidrag er rotasjonen til dipolare vannmolekyler. Vannmolekylen har en svak positiv ladning på den side til hvilken de to hydrogenatomer er bundet, og en tilsvarende negativ ladning på den side av molekylen som ligger motsatt av de bundne hydrogenatomer. Ved tilstedeværelse av et påtrykt elektrisk felt vil vannmolekylen rotere for å innrette de positive og negative poler av molekylen med det påtrykte elektriske felt. I et vekselstrømsfelt, så som det som frembringes av borehullsinstrumentet, vil vannmolekylen rotere frem og tilbake etter hvert som polariteten av det påtrykte felt veksler. Under den tidsperiode i hvilken vannmolekylen er i virkelig rotasjon og søker å innrette seg med det påtrykte felt, representerer ladningens bevegelse elektriske ladninger som beveger seg i fase med det påtrykte felt og derfor fører strøm og bidrar til den sammensatte formasjonsledningsevne. Så snart de er innrettet med feltet, representerer de polariserte vannmolekyler faste eller lagrede ladninger, og bidrar dermed til formasjonens dielektrisitetskonstant inntil polariteten av det vekslende, påtrykte felt reverseres. Ved dette tidspunkt roterer vannmolekylene på nytt og bidrar igjen til sammensatt formasjonsledningsevne. Denne sekvens gjentar selvsagt seg selv med syklusgjennomløpningen av det påtrykte vekselstrømsfelt Ioner som er oppløst i formasjonens porevann, er en andre bidragsyter til er ved at de vil også bli satt i bevegelse av det påtrykte vekselstrømsfelt og vandre i feltets retning inntil de påtreffer en fysisk hindring, så som en bergartpartikket som danner grensen av porerommet. Så snart ionene støter imot poregrensen og begynner å hope seg opp, blir disse likeledes faste eller "lagrede" ladninger, og bidrar dermed til formasjonens dielektrisitetskonstant, slik som beskrevet av M.A. Sherman i en artikkel med tittelen "A Model for the Frequency Dependence of the Dielectric Permittivity of Rock", The Log Analyst, Vol. 29, nr. 5, september-oktober 1988. Kationer som er festet til kation-utvekslingssteder på overflaten av visse leiremineraler, er en tredje bidragsyter til e, ved at disse også kan bevege seg under innvirkning av et påtrykt veksel-strømsfelt. Bevegelsen av kationer mellom forskjellige utvekslingssteder frembringer virkninger som likner på virkningene av frie ioner i porevannet. Attention is now directed to dielectric constant and the physical principles behind the effects of this parameter on attenuation and phase signals measured in a borehole environment. In sedimentary formations, the dielectric constant arises from the ability of electric dipoles to align themselves with an alternating electromagnetic field induced by the borehole instrument. Water molecules will be used for discussion purposes. There are three phenomena that contribute to is in a porous soil formation. The first contribution is the rotation of dipolar water molecules. The water molecule has a weak positive charge on the side to which the two hydrogen atoms are bound, and a corresponding negative charge on the side of the molecule opposite the bound hydrogen atoms. In the presence of an applied electric field, the water molecule will rotate to align the positive and negative poles of the molecule with the applied electric field. In an alternating current field, such as that produced by the downhole instrument, the water molecule will rotate back and forth as the polarity of the applied field alternates. During the time period in which the water molecule is in real rotation and seeking to align with the applied field, the charge movement represents electrical charges moving in phase with the applied field and therefore conduct current and contribute to the composite formation conductivity. Once aligned with the field, the polarized water molecules represent fixed or stored charges, thus contributing to the formation's dielectric constant until the polarity of the alternating applied field is reversed. At this point, the water molecules re-rotate and again contribute to composite formation conductivity. This sequence of course repeats itself with the cycle through of the applied alternating current field. Ions that are dissolved in the formation's pore water are a second contributor to er in that they will also be set in motion by the applied alternating current field and travel in the direction of the field until they encounter a physical obstacle , such as a rock particle that forms the boundary of the pore space. As soon as the ions collide with the pore boundary and begin to accumulate, these likewise become fixed or "stored" charges, thus contributing to the dielectric constant of the formation, as described by M.A. Sherman in an article entitled "A Model for the Frequency Dependence of the Dielectric Permittivity of Rock", The Log Analyst, Vol. 29, No. 5, September-October 1988. Cations attached to cation exchange sites on the surface of certain clay minerals, is a third contributor to e, in that these can also move under the influence of an applied alternating current field. The movement of cations between different exchange sites produces effects similar to the effects of free ions in the pore water.

Noe som kompliserer spørsmålet om dielektriske virkninger, er det faktum at verdier er avhengige av frekvensen av det påtrykte felt. Ved lave frekvenser kan dielektrisitetskonstanter være ganske høye, da vannmolekylene lett kan rotere og innrette seg selv med feltet før feltets polaritet slår om. På liknende måte kan oppløste ioner vandre til grensen av porerommet og samle seg mot poreveggen lenge før polariteten av feltet slår om. Likeledes kan bevegelsen av kationer være fullført før vekslingen av feltpolariteten. Ved lave frekvenser tilbringer derfor vannmolekyler, oppløste ioner og kationer mesteparten av sin tid i en fast orientering eller stilling, og beveger seg bare under enn liten brøkdel av tiden under hvilken som helst gitt syklus av de påtrykte, elektromagnetiske vekselstrømsfelt. Ved høye frekvenser vil imidlertid polariteten av det påtrykte felt slå om før de tre typer av mobile ladninger kommer i hvile. I denne situasjon tilbringer de mobile ladninger mesteparten av sin tid i bevegelse i fase med det ytre, elektromagnetiske felt, og øker dermed ledningsevnen og resulterer i en lavere dielektrisitetskonstant. Fenomenene med skiftende dielektriske verdier og ledningsevneverdier med frekvensen er kjent som dispersjon. Den frekvens ved hvilken de roterende molekyler eller mobile ioner ikke lenger kan holde tritt med det oscillerende felt, er kjent som "relaksasjonsfrekvensen". Relaksasjonsfrekvensen, den relative dielektrisitetskonstant er og ledningsevnen a vil avhenge av forskjellige faktorer, så som porøsitet, midlere porestørrelse, vannets resistivitet Rw og leirskifer-mineralogi, slik som beskrevet i den foran anførte artikkel av Sherman. Complicating the issue of dielectric effects is the fact that values are dependent on the frequency of the applied field. At low frequencies, dielectric constants can be quite high, as the water molecules can easily rotate and align themselves with the field before the field's polarity reverses. Similarly, dissolved ions can migrate to the boundary of the pore space and accumulate against the pore wall long before the polarity of the field reverses. Likewise, the movement of cations may be complete before the switching of the field polarity. At low frequencies, therefore, water molecules, dissolved ions, and cations spend most of their time in a fixed orientation or position, moving for only a small fraction of the time during any given cycle of the applied alternating electromagnetic fields. At high frequencies, however, the polarity of the applied field will reverse before the three types of mobile charges come to rest. In this situation, the mobile charges spend most of their time moving in phase with the external electromagnetic field, thus increasing their conductivity and resulting in a lower dielectric constant. The phenomena of changing dielectric values and conductivity values with frequency is known as dispersion. The frequency at which the rotating molecules or mobile ions can no longer keep up with the oscillating field is known as the "relaxation frequency". The relaxation frequency, the relative dielectric constant is and the conductivity a will depend on various factors, such as porosity, average pore size, water resistivity Rw and shale mineralogy, as described in the aforementioned article by Sherman.

J.C. Sims, P.T. Cox og R.S. Simpson, "Complex Dielectric Interpretation of 20 MHz Electromagnetic Logs", Paper SPE 15486, 6Ist Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers, 5.-8. oktober 1986, gir anvisning på anvendelse av en blandingsoppskrift for å tolke dielektriske loggdata, men målinger utført ved bare én frekvens benyttes. US-patent nr. 3 891 916 (R.A. Meador m.fl.) gir anvisning på anvendelse av to frekvenser, begge mye høyere enn 2 MHz, for å bestemme dielektrisitetskonstant. Meador m.fl. angir imidlertid benyttelse av amplitudemålinger for å bestemme dielektrisitetskonstant og resistivitet, og behandler ikke problemet med dielektrisk spredning ved benyttelse av to frekvenser med både amplitude- og fasemålinger. US-patent nr. J. C. Sims, P.T. Cox and R.S. Simpson, "Complex Dielectric Interpretation of 20 MHz Electromagnetic Logs", Paper SPE 15486, 6Ist Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers, 5-8. October 1986, provides guidance on the use of a mixture recipe to interpret dielectric log data, but measurements made at only one frequency are used. US Patent No. 3,891,916 (R.A. Meador et al.) teaches the use of two frequencies, both much higher than 2 MHz, to determine dielectric constant. Meador et al. however, states the use of amplitude measurements to determine dielectric constant and resistivity, and does not address the problem of dielectric dispersion when using two frequencies with both amplitude and phase measurements. US patent no.

5 144 245 (M.M. Wisler) viser anvendelse av den Komplekse Brytningsindeks-modell eller CRIM-modell (CRIM = Complex Refractive Index Model) som et middel for korreksjon av resistivitetsmålinger for dielektriske effekter, hvor resistivitetens amplitude- og fasedata tas ved en eneste frekvens. K.S. Cole og R.H. Cole, "Dispersion and Absorption in Dielectrics", Journal of Chemical Physics, Vol. 9. s. 341 (1941), viser en modell for dielektrisk dispersjon eller spredning som kan benyttes som en blandingsmodell som er noe lik den tidligere anførte CRIM-modell og som kunne benyttes som et element i utførelsen av den foreliggende oppfinnelse. Det finnes mange andre blandings- og spredningsmodeller som også kunne benyttes. 5 144 245 (M.M. Wisler) shows application of the Complex Refractive Index Model or CRIM model (CRIM = Complex Refractive Index Model) as a means of correcting resistivity measurements for dielectric effects, where the amplitude and phase data of the resistivity are taken at a single frequency. K.S. Cole and R.H. Cole, "Dispersion and Absorption in Dielectrics", Journal of Chemical Physics, Vol. 9. p. 341 (1941), shows a model for dielectric dispersion which can be used as a mixture model somewhat similar to the previously mentioned CRIM model and which could be used as an element in the execution of the present invention. There are many other mixing and dispersion models that could also be used.

Denne korte gjennomgåelse av relevante, grunnleggende fysiske prinsipper vil medvirke til å gi en fullstendig redegjørelse formidlene og metodene ifølge oppfinnelsen, og fremskritt ved den foreliggende oppfinnelse i forhold til kjent teknikk. This brief review of relevant, basic physical principles will help to give a complete account of the mediators and methods according to the invention, and progress of the present invention in relation to known technology.

Husk på at et hovedformål med oppfinnelsen er rettet på det nøyaktige mål for ledningsevnen (eller resistiviteten) av en jordformasjon som gjennomtrenges av et borehull. Slik som tidligere omtalt, kan formasjonsresistivitet kombinert med formasjonsporøsitet og resistivitet av beslektet vann benyttes til å beregne hydrokarbonmetning av en porøs formasjon. Oppfinnelsen er videre rettet på bestemmelsen av formasjonens dielektrisitetskonstant. Denne måling benyttes til å korrigere resistivitetsmålinger som er utført på visse frekvenser, for de uheldige virkninger av formasjonens dielektrisitetskonstant. Oppfinnelsen er videre også rettet på bestemmelse av den volumandel av formasjonen som er mettet med vann. Denne måling, når den kombineres med en uavhengig måling, så som en nøytronporøsitetsmåling som reagerer på total formasjonsvæske (vann pluss flytende hydrokarbon), kan benyttes til å bestemme hydrokarbonmetning av formasjonen i enten ferskvanns- eller saltvannsomgivelser. Hydrokarbonmetning kan ikke bestemmes ved benyttelse av resistivitetsmålinger bare i ferskvannsomgivelser, da resistiviteten av ferskvann og hydrokarbon oppviser liten kontrast. Remember that a primary object of the invention is directed to the accurate measurement of the conductivity (or resistivity) of a soil formation penetrated by a borehole. As previously discussed, formation resistivity combined with formation porosity and resistivity of related water can be used to calculate hydrocarbon saturation of a porous formation. The invention is further directed to the determination of the formation's dielectric constant. This measurement is used to correct resistivity measurements carried out at certain frequencies, for the adverse effects of the formation's dielectric constant. The invention is also directed at determining the volume fraction of the formation that is saturated with water. This measurement, when combined with an independent measurement, such as a neutron porosity measurement that responds to total formation fluid (water plus liquid hydrocarbon), can be used to determine hydrocarbon saturation of the formation in either freshwater or saltwater environments. Hydrocarbon saturation cannot be determined using resistivity measurements only in fresh water environments, as the resistivity of fresh water and hydrocarbon shows little contrast.

5.2 Teoretisk grunnlag 5.2 Theoretical basis

Løsninger av Maxwells likninger i homogene, tapsbeheftede medier er en funksjon av en faktor som vanligvis omtales som forplantningskonstanten eller bølgetallet, her definert som "A", som inneholder ledd angående ledningsevne, dielektrisitetskonstant og magnetisk permeabilitet. En likning for en plan bølge vil ha formen Solutions of Maxwell's equations in homogeneous, lossy media are a function of a factor commonly referred to as the propagation constant or wave number, here defined as "A", which contains terms for conductivity, dielectric constant, and magnetic permeability. An equation for a plane wave will have the form

hvor where

V = en feltvariabel, V = a field variable,

C = en konstant, C = a constant,

e = grunntallet for den naturlige logaritme, e = the base of the natural logarithm,

i = kvadratroten av -1, i = the square root of -1,

x = den tilbakelagte avstand, og x = the distance traveled, and

hvor where

Ho =den magnetiske permeabilitet for fritt rom, Ho = the magnetic permeability of free space,

pr =den relative permeabilitet (som er 1,0 for fritt rom og de fleste jordmaterialer), e0 = dielektrisitetskonstanten for fritt rom, pr = the relative permeability (which is 1.0 for free space and most soil materials), e0 = the dielectric constant of free space,

Er=den relative dielektrisitetskonstant (som er 1,0 i fritt rom), Er=the relative dielectric constant (which is 1.0 in free space),

© ^vinkelfrekvensen for det påtrykte felt, og © ^the angular frequency of the impressed field, and

a =ledningsevnen, som er det inverse av resistiviteten. a = the conductivity, which is the inverse of the resistivity.

Leddet k kan omskrives uttrykt ved en kompleks relativ dielektrisitetskonstant, Ec, som inneholder virkningen av dielektrisitetskonstant og ledningsevne, som The term k can be rewritten in terms of a complex relative dielectric constant, Ec, containing the effects of dielectric constant and conductivity, as

hvor where

ko =bølgetallet i fritt rom ko = the wave number in free space

Det antas nå en modell for jordformasj onen hvor det finnes to lag med forskjellige forplantningskonstanter k og forskjellige komplekse relative dielektrisitetskonstanter hvor det første område spenner over (l-ø) lengdeenheter og det andre område spenner over ø lengdeenheter. En plan bølge som innfaller på lagene og passerer gjennom lagene uten refleksjon, vil ha formen Den effektive forplantningskonstant for denne modell, k^ er derfor A model for the soil formation is now assumed where there are two layers with different propagation constants k and different complex relative dielectric constants where the first area spans over (l-ø) units of length and the second area spans over ø units of length. A plane wave incident on the layers and passing through the layers without reflection will have the form The effective propagation constant for this model, k^ is therefore

Likning (43) løses for den ekvivalente, relative dielektrisitetskonstant for å oppnå Idet man betrakter alle de ovenstående relasjoner som fører til likning (44), er det åpenbart at den effektive, reelle relative dielektrisitetskonstant derfor forvanskes (is corrupted) av de imaginære deler av de relative dielektrisitetskonstanter for de to områder, og den effektive ledningsevne likeledes forvanskes av de reelle deler av de relative dielektrisitetskonstanter. Modellen relateres nå ytterligere til virkelige jordformasjoner. Det første område settes lik beslektet vann som fyller porerommet i bergartmassen, idet vannets brøkvolum er lik ø av det totale formasjonsvolum. Det andre område settes lik bergartmassen, idet bergartmassens brøkvolum er (l-ø) av det totale formasjonsvolum. Utvikling av likning (44) for å illustrere reelle og imaginære komponenter, og betegnelse av leddene med hensyn til ovenstående for-masjonsmodell gir hvor indeksene w og m betegner parametere som er knyttet til henholdsvis vann- og bergartkomponentene av formasjonen. Legg merke til at crm er lik null. Dersom målinger utføres ved to kjente frekvenser o>=(Di,<g>>2, gir likning (45) to uavhengige, komplekse likninger. På grunn av at både reelle og imaginære deler av disse likninger må være like, gir målinger ved to frekvenser i virkeligheten fire uavhengige likninger. Dielektrisitetskonstanten for vann, e^, er uavhengig av saltholdigheten av vannet og er således en kjent størrelse. De to frekvenser er forutbestemte og er således kjente. Størrelsene ecff og aeff måles. De fire uavhengige likninger kan derfor benyttes til å finne en løsning for de gjenværende tre ukjente størrelser, nemlig porøsiteten ø, vannets ledningsevne aw og bergartens dielektrisitetskonstant em. Det skal bemerkes at flere sender-mottaker-drittsfrek-venskombinasjoner kan benyttes i utførelser av oppfinnelsen, så lenge den valgte kombinasjon gir fire uavhengige løsninger som relaterer aeff og eeff til aw, Sm og ø. Det skal også bemerkes at dielektrisitetskonstanten for bergartmassen og dielektrisitetskonstanten for eventuelt hydrokarbon som er inneholdt i bergartens porerom, i det vesentlige er like og ledningsevnen av hver er i hovedsaken lik null. Den beregnede størrelse ø er derfor brøkdelen av vann inne i formasjonen og ikke nødvendigvis den effektive porøsitet av formasjonen i den betydning som vanligvis benyttes innen faget. For å oppnå effektiv forma-sjonsporøsitet, er det nødvendig å kombinere den "vannfylte" porøsitet som gis ved hjelp av oppfinnelsen, med et andre, uavhengig mål for formasjonsporøsitet som reagerer på den totale fluidumfylte porøsitet. Et eksempel på en slik andre måling ville være den termiske nøytron-"porøsitets"-måling som reagerer på formasjonens hydrogeninnhold. Da størstedelen av hydrogen i en jordformasjon befinner seg i porerommet i stedet for i bergartmassen, og da responsen er i hovedsaken den samme for både vann og flytende hydrokarboner, gir nøytron-porøsitetsmålmgen total væskeporøsitet. Equation (43) is solved for the equivalent relative dielectric constant to obtain Considering all the above relations leading to equation (44), it is obvious that the effective, real relative dielectric constant is therefore corrupted by the imaginary parts of the relative dielectric constants for the two regions, and the effective conductivity is likewise distorted by the real parts of the relative dielectric constants. The model is now further related to real soil formations. The first area is set equal to related water that fills the pore space in the rock mass, the fractional volume of the water being equal to ø of the total formation volume. The second area is set equal to the rock mass, as the fractional volume of the rock mass is (l-ø) of the total formation volume. Development of equation (44) to illustrate real and imaginary components, and designation of the terms with regard to the above formation model gives where the indices w and m denote parameters linked to the water and rock components of the formation, respectively. Note that crm is equal to zero. If measurements are carried out at two known frequencies o>=(Di,<g>>2, equation (45) gives two independent, complex equations. Because both real and imaginary parts of these equations must be equal, measurements at two frequencies in reality four independent equations. The dielectric constant of water, e^, is independent of the salinity of the water and is thus a known quantity. The two frequencies are predetermined and are thus known. The quantities ecff and aeff are measured. The four independent equations can therefore be used to find a solution for the remaining three unknown quantities, namely the porosity ø, the conductivity of the water aw and the dielectric constant em of the rock. It should be noted that several transmitter-receiver-shit frequency combinations can be used in embodiments of the invention, as long as the selected combination gives four independent solutions relating aeff and eeff to aw, Sm and ø. It should also be noted that the dielectric constant of the rock mass and the dielectric constant of any hydrocarbon contained in the pore space of the rock, are essentially equal and the conductivity of each is essentially equal to zero. The calculated size ø is therefore the fraction of water inside the formation and not necessarily the effective porosity of the formation in the sense usually used in the field. To achieve effective formation porosity, it is necessary to combine the "water-filled" porosity provided by the invention with a second, independent measure of formation porosity that responds to the total fluid-filled porosity. An example of such a second measurement would be the thermal neutron "porosity" measurement that responds to the formation's hydrogen content. As the majority of hydrogen in a soil formation is in the pore space rather than in the rock mass, and as the response is essentially the same for both water and liquid hydrocarbons, the neutron porosity measure gives total liquid porosity.

5.3 Loggingseksempel 5.3 Logging example

Oppmerksomheten rettes mot fig. 23 som illustrerer logger av resistivitet, som er det inverse av ledningsevne, målt ved fire forskjellige senderfrekvenser som funksjon av dybde i fot, i et borehull. Målingene ble utført i en testbrønn i hvilken formasjonens egenskaper er velkjente ut fra tallrike studier av brønnlogg- og kjernedata, som angitt i "Comparison of MWD, Wireline and Core Data from a Borehole Test Facility", Paper SPE 22735, proceedings of the Society of Petroleum Engineers 66th Annual Conference and Exhibition, s. 741-754, (1991). Disse "logger" av resistivitet illustrerer klart virkningene av dispersjons-eller spredningseffekter som funksjon av frekvensen for det induserte, elektromagnetiske felt. Oppmerksomheten vil bli fokusert på de soner som er betegnet med tallene 840 og 844 og som er leirskifere, og kalksteinsonen med lav permeabilitet som er betegnet med tallet 846. Sonen 842 er en permeabel eller gjennomtrengelig sandstein, og invaderes derfor av borefluidumet. Radial invasjon kombinert med forskjellige undersøkelsesdybder for målingene ved forskjellige frekvenser maskerer spredningseffektene. Sonen 842 vil derfor bli ignorert i denne diskusjon. Kurver 850, 852, 854 og 856 representerer resistiviteter som er målt ved respektive frekvenser på 1100 MHz, 200 MHz, 25 MHz og 2 MHz. Idet man vet at sonene 840, 844 og 846 er radialt homogene (dvs. ikke-invadert av borefluidumet), trekker man den slutning at den observerte dispersjon eller spredning skyldes dielektriske effekter. Fig. 24 illustrerer måling av relativ dielektrisitetskonstant over de samme formasjonssoner av interesse, men ved forskjellige frekvenser hvor kurver 870, 872, 874 og 876 representerer målinger ved henholdsvis 1100 MHz, 200 MHz, 25 MHz og 2 MHz. Dielektrisk spredning er igjen helt åpenbar. Fenomenene med både dielektrisk spredning og ledningsevne-(eller resistivitets-)spredning og deres avhengighet av frekvensen av det induserte felt er blitt omtalt i kvalitativ eller begrepsmessig betydning i et tidligere avsnitt. Fenomenene kan kvantifiseres som vist på fig. 25 som illustrerer generaliserte, teoretiske spredningskurver for en ren sandsteinsformasjon. Den dielektriske spredningskurve 860 illustrerer at å, vanligvis avtar etter hvert som frekvensen øker. Omvendt illustrerer ledningsevnekurven 862 at ledningsevnespredning øker med økende frekvens. Begge kurver 860 og 862 illustrerer også klart frekvensområder i hvilke grenseflaterelaksasjon og molekylær relaksasjon opptrer. For å vurdere hvor vidt variasjonene i den relative dielektrisitetskonstant er som observeres i loggene på fig. 24, virkelig er i overensstemmelse med spredningseffekter, ble de fire verdier av 8, som er fremstilt ved kurvene 870, 872, 874 og 876 ved en dybde på 1660 fot i kalksteinsformasjonen 846, på fig. 26 sammenliknet med en spredningskurve 880 som er basert på publiserte dielektrikum-målinger (M.R. Taherain et al., "Dielectric Response of Water-Saturated Rocks", Geophysics, Vol. 55, nr. 12, desember 1990) utført på kalksteins-kjemeprøver med resistiviteter av grunnmasse og beslektet vann (connate water) som var meget like kalksteinen i formasjonen 846. De overlagrede datapunkter 881, 882, 883 og 884 er middelverdiavlesninger av respektive kurver 876, 874, 872 og 870 tatt ved en dybde på 1660 fot i sonen 846. Den gode overensstemmelse mellom den kjemeavledede spredningskurve og de loggavledede målinger fra disse to karbonatformasjoner antyder at for-skjellene mellom de forskjellige er-verdier fra loggen virkelig skyldes spredning. Idet man betrakter fig. 23,24,25 og 26 i kombinasjon, er det åpenbart at enhver modell som samtidig uttrekker dispersjonskorrigerte resistivitets- og dielektrisitetskonstantverdier fra målinger av faseforskjell og amplitudeforhold ved varierende frekvenser, kvantitativt må omfatte frekvensen av det induserte, elektromagnetiske felt. Attention is drawn to fig. 23 which illustrates logs of resistivity, which is the inverse of conductivity, measured at four different transmitter frequencies as a function of depth in feet, in a borehole. The measurements were carried out in a test well in which the formation's properties are well known from numerous studies of well log and core data, as stated in "Comparison of MWD, Wireline and Core Data from a Borehole Test Facility", Paper SPE 22735, proceedings of the Society of Petroleum Engineers 66th Annual Conference and Exhibition, pp. 741-754, (1991). These "logs" of resistivity clearly illustrate the effects of dispersion or scattering effects as a function of the frequency of the induced electromagnetic field. Attention will be focused on the zones designated by numbers 840 and 844 which are shale, and the low permeability limestone zone designated by number 846. Zone 842 is a permeable or permeable sandstone, and is therefore invaded by the drilling fluid. Radial invasion combined with different probing depths for the measurements at different frequencies mask the scattering effects. Zone 842 will therefore be ignored in this discussion. Curves 850, 852, 854 and 856 represent resistivities measured at respective frequencies of 1100 MHz, 200 MHz, 25 MHz and 2 MHz. Knowing that the zones 840, 844 and 846 are radially homogeneous (ie not invaded by the drilling fluid), it is concluded that the observed dispersion is due to dielectric effects. Fig. 24 illustrates measurement of relative dielectric constant over the same formation zones of interest, but at different frequencies where curves 870, 872, 874 and 876 represent measurements at 1100 MHz, 200 MHz, 25 MHz and 2 MHz respectively. Dielectric dispersion is again quite obvious. The phenomena of both dielectric scattering and conductivity (or resistivity) scattering and their dependence on the frequency of the induced field have been discussed in a qualitative or conceptual sense in a previous section. The phenomena can be quantified as shown in fig. 25 which illustrates generalised, theoretical dispersion curves for a pure sandstone formation. The dielectric dispersion curve 860 illustrates that ω generally decreases as frequency increases. Conversely, the conductivity curve 862 illustrates that conductivity dispersion increases with increasing frequency. Both curves 860 and 862 also clearly illustrate frequency ranges in which interfacial relaxation and molecular relaxation occur. In order to assess the extent of the variations in the relative dielectric constant that are observed in the logs on fig. 24, is really consistent with scattering effects, the four values of 8, which are plotted by curves 870, 872, 874 and 876 at a depth of 1660 feet in the limestone formation 846, in fig. 26 compared with a dispersion curve 880 which is based on published dielectric measurements (M.R. Taherain et al., "Dielectric Response of Water-Saturated Rocks", Geophysics, Vol. 55, No. 12, December 1990) performed on limestone chemical samples with resistivities of groundmass and related water (connate water) which was very similar to the limestone in Formation 846. The superimposed data points 881, 882, 883 and 884 are average readings of respective curves 876, 874, 872 and 870 taken at a depth of 1660 feet in the zone 846. The good agreement between the chemically derived dispersion curve and the log-derived measurements from these two carbonate formations suggests that the differences between the different er values from the log are really due to dispersion. Considering fig. 23,24,25 and 26 in combination, it is obvious that any model that simultaneously extracts dispersion-corrected resistivity and dielectric constant values from measurements of phase difference and amplitude ratio at varying frequencies must quantitatively include the frequency of the induced electromagnetic field.

Husk på at ett av de grunnleggende formål med oppfinnelsen er å bestemme ledningsevne (eller resistivitet) av formasjonen som er fri for spredningseffekter. Et andre formål er å bestemme formasjonens dielektrisitetskonstant som også er fri for spredningseffekter. Et tredje formål er å bestemme effektiv, vannfylt porøsitet av formasjonen som, kombinert med uavhengige målinger av total, væskefylt porøsitet, kan benyttes til å bestemme formasjonens hydrokarbonmetning. Det er blitt utviklet en teoretisk, kompleks brytningsindeksmodell eller CRIM-modell som relaterer er til virkelig formasjonsresistivitet og oppfyller de foran angitte formål med oppfinnelsen. Utviklingen av modellen begynner med løsningene av Maxwells likninger i homogene, tapsbeheftede medier, som er en funksjon av en faktor som vanligvis omtales som forplantningskonstanten eller bølgetallet, her definert som "k", som inneholder ledd angående ledningsevne, dielektrisitetskonstant og magnetisk permeabilitet. Idet man for fullstendighetens skyld på nytt angir Likning (39) for en løsning for en plan bølge, får man Remember that one of the basic purposes of the invention is to determine the conductivity (or resistivity) of the formation which is free from scattering effects. A second purpose is to determine the dielectric constant of the formation which is also free of scattering effects. A third purpose is to determine effective water-filled porosity of the formation which, combined with independent measurements of total fluid-filled porosity, can be used to determine the formation's hydrocarbon saturation. A theoretical, complex refractive index model or CRIM model has been developed which relates to real formation resistivity and fulfills the aforementioned purposes of the invention. The development of the model begins with the solutions of Maxwell's equations in homogeneous, lossy media, which are a function of a factor commonly referred to as the propagation constant or wave number, here defined as "k", which contains terms regarding conductivity, dielectric constant and magnetic permeability. Reinstating Equation (39) for a solution for a plane wave for the sake of completeness, we get

hvor where

V = en feltvariabel, V = a field variable,

C = en konstant, C = a constant,

e = grunntallet for den naturlige logaritme, e = the base of the natural logarithm,

i = kvadratroten av -1, i = the square root of -1,

x = den tilbakelagte avstand, og x = the distance traveled, and

hvor where

c =lyshastigheten = 2,999-10<8> meter/sekund, c = speed of light = 2.999-10<8> meters/second,

Po =den magnetiske permeabilitet i fritt rom = 4x10", - Po = the magnetic permeability in free space = 4x10", -

Pt =den relative permeabilitet (som er 1,0 for fritt rom og de fleste jordmaterialer), Pt = the relative permeability (which is 1.0 for free space and most soil materials),

Eo =dielektrisitetskonstanten for fritt rom = (1/poC<2>)= 8,854 x IO"<12>, Eo = the dielectric constant of free space = (1/poC<2>)= 8.854 x IO"<12>,

E, =den relative dielektrisitetskonstant (som er 1,0 i fritt rom), E, = the relative dielectric constant (which is 1.0 in free space),

co vinkelfrekvensen for det påtrykte felt, og co the angular frequency of the applied field, and

a ledningsevnen. a the conductivity.

Leddet k kan omskrives uttrykt ved en kompleks relativ dielektrisitetskonstant som omfatter virkningen av dielektrisitetskonstant og ledningsevne, som The term k can be rewritten in terms of a complex relative dielectric constant that includes the effect of dielectric constant and conductivity, as

hvor where

fr0 =bølgetallet i fritt rom fr0 = the wavenumber in free space

Pr =1> og den komplekse relative dielektrisitetskonstant er Pr =1> and the complex relative dielectric constant is

+ ia(l/oos0)] + ia(l/oos0)]

Legg merke til at k er definert slik at når ledningsevnen a går mot null, går den komplekse relative dielektrisitetskonstant mot den relative dielektrisitetskonstant som er lik den reelle relative dielektrisitetskonstant Er. Note that k is defined so that as the conductivity a approaches zero, the complex relative dielectric constant approaches the relative dielectric constant equal to the real relative dielectric constant Er.

Det antas nå en modell for jordformasjonen hvor det finnes to lag med forskjellige forplantningskonstanter k og forskjellige komplekse relative dielektrisitetskonstanter e» hvor det første område spenner over (l-ø) lengdeenheter og det andre område spenner over ø lengdeenheter. En plan bølge som er innfallende på lagene og passerer gjennom lagene uten refleksjon, vil ha formen A model is now assumed for the soil formation where there are two layers with different propagation constants k and different complex relative dielectric constants e» where the first area spans (l-ø) length units and the second area spans ø length units. A plane wave incident on the layers and passing through the layers without reflection will have the form

hvor indeksene 1 og 2 betegner parametere som er knyttet til henholdsvis lag 1 og lag 2. Den effektive forplanrningskonstant for denne modell, k^ er derfor eller uttrykt ved den komplekse dielektrisitetskonstant som er definert ovenfor where the indices 1 and 2 denote parameters linked to layer 1 and layer 2 respectively. The effective planning constant for this model, k^ is therefore or expressed by the complex dielectric constant defined above

Likning (44) løses for den ekvivalente, relative dielektrisitetskonstant for å fa Modellen relateres nå ytterligere til virkelige jordformasjoner. Det første område settes lik beslektet vann som fyller porerommet i bergartmassen, idet vannets brøkvolum er ø av det totale formasjonsvolum. Det andre område settes lik bergartmassen, idet bergartmassens brøkvolum er (l-ø) av det totale formasjonsvolum. Utvikling av likning (45) for å illustrere reelle og imaginære komponenter, og angivelse av ledd med hensyn til ovenstående forma-sjonsmodell gir hvor indeksene w og m identifiserer parametere som er knyttet til henholdsvis vann- og bergartmassekomponentene. Legg merke til at am er lik null. Equation (44) is solved for the equivalent relative dielectric constant to get The model is now further related to real soil formations. The first area is set equal to related water that fills the pore space in the rock mass, the fractional volume of the water being ø of the total formation volume. The second area is set equal to the rock mass, as the fractional volume of the rock mass is (l-ø) of the total formation volume. Development of equation (45) to illustrate real and imaginary components, and specifying terms with regard to the above formation model gives where the indices w and m identify parameters linked to the water and rock mass components respectively. Note that am is equal to zero.

Den effektive, reelle dielektrisitetskonstant forvanskes derfor av den imaginære del av dielektrisitetskonstantene i de to områder, og likeledes forvanskes den effektive ledningsevne av de reelle deler av de relative dielektrisitetskonstanter, dvs. The effective, real dielectric constant is therefore distorted by the imaginary part of the dielectric constants in the two areas, and likewise the effective conductivity is distorted by the real parts of the relative dielectric constants, i.e.

For å beregne de dielektrisitetskonstanter som man ville vente å observere i bergarter mettet med rent vann, vil det bli antatt at bergartene er sammensatt av to deler som omfatter bergartgrunnmassen og det beslektede vann. Vannets resistivitet og bergartmassens porøsitet varieres innenfor fornuftige grenser, og dielektrisitetskonstanten av kombinasjonen av de to deler, som er den størrelse som virkelig avføles av borehullsinstrumentet, beregnes ved utnyttelse av den tokomponent-blandingsrelasjon som er utledet ovenfor. Indeksene w og m betegner parametere som er knyttet til henholdsvis vann- og bergartdelene. In order to calculate the dielectric constants that one would expect to observe in rocks saturated with pure water, it will be assumed that the rocks are composed of two parts comprising the rock groundmass and the related water. The resistivity of the water and the porosity of the rock mass are varied within reasonable limits, and the dielectric constant of the combination of the two parts, which is the quantity actually sensed by the borehole instrument, is calculated by utilizing the two-component mixture relation derived above. The indices w and m denote parameters linked to the water and rock parts, respectively.

Relasjonen ifølge likning (46) kan benyttes til å illustrere grafisk funk-sjonsforbindelsene mellom de målte størrelser og de parametere som er av interesse og som skal bestemmes. Fig. 27 A og 27B presenteres som typiske illustrasjoner av disse relasjoner eller forbindelser. Den reelle del 890 av den effektive dielektrisitetskonstant slik den er definert ved likning (46), er avsatt på fig. 27A som funksjon av formasjonens vannresistivitet, angitt på abscissen som 892, for forskjellige porøsiteter 894. Abscissen er logaritmisk og ordinaten er lineær. Disse opptegninger gjelder for en frekvens ©j = 2 MHz. Den reelle del 891 av formasjonens effektive ledningsevne er avsatt på fig. 27B som funksjon av formasjonens vannresistivitet 892, igjen ved ©j = 2 MHz og igjen for varierende porøsiteter 894. Både ordinaten og abscissen er logaritmisk. Liknende opptegninger kan frembringes for de reelle og de imaginære komponenter av aeff ved ( 0\ = 2 MHz, og likeledes opptegninger for både de reelle og imaginære deler av aeff ved en andre frekvens co2 = 400 kHz. Disse er grafiske fremstillinger av et sett på fire uavhengige likninger som benyttes til å bestemme de "ukjente" formasjonsparametere av interesse, nemlig den effektive ledningsevne (eller resistivitet), den effektive dielektrisitetskonstant og den vannfylte porøsitet av formasjonen. The relationship according to equation (46) can be used to graphically illustrate the functional connections between the measured quantities and the parameters that are of interest and to be determined. Fig. 27A and 27B are presented as typical illustrations of these relationships or connections. The real part 890 of the effective dielectric constant as defined by equation (46) is plotted on fig. 27A as a function of formation water resistivity, indicated on the abscissa as 892, for various porosities 894. The abscissa is logarithmic and the ordinate is linear. These records apply to a frequency ©j = 2 MHz. The real part 891 of the formation's effective conductivity is set out in fig. 27B as a function of formation water resistivity 892, again at ©j = 2 MHz and again for varying porosities 894. Both the ordinate and the abscissa are logarithmic. Similar plots can be produced for the real and imaginary components of aeff at ( 0\ = 2 MHz, and likewise plots for both the real and imaginary parts of aeff at a second frequency co2 = 400 kHz. These are graphical representations of a set of four independent equations used to determine the "unknown" formation parameters of interest, namely the effective conductivity (or resistivity), the effective dielectric constant and the water-filled porosity of the formation.

5.4 Bestemmelse av dielektrisitetskonstant, resistivitet og porøsitet 5.4 Determination of dielectric constant, resistivity and porosity

Oppmerksomheten rettes igjen mot fig. 23 og 24 som viser henholdsvis resistivi-tetsdata og dielektriske data. Fig. 23 fremstiller data fra fire borehullsystemer, idet 2 MHz-dataene er målt med et MWD-system og de gjenværende data er målt med vaiersystemer. Fig. 24 fremstiller dielektriske data målt med de samme systemer. Spredning av målingene som funksjon av frekvens er klart vist i begge logger. Basert på de tidligere omtalte prinsipper ville spredningen i resistivitetsmålingene være forventet å være liten ved 2 MHz og lavere frekvenser. Oppmerksomheten henledes spesielt på sonen 846 som fra kjernedata er kjent for å være ugjennomtrengelig karbonat. Spredning i denne sone kan bare tilskrives dielektriske effekter. Sonen 842 er en sandstein som er kjent for å være gjennomtrengelig og derfor invadert med borefluida forut for kjøring av vaierloggene. Den observerte spredning i denne sone må, i det minste delvis, tilskrives invasjonseffekter så vel som dielektriske effekter. Data fra sonen 846 vil derfor bli benyttet til å illustrere bestemmelsen av dielektrisk spredning av resistivitetsmålinger. Oppmerksomheten rettes igjen mot fig. 26 som illustrerer observerte dielektriske data som er overlagret på laboratoriemålinger av dielektrisitetskonstant som funksjon av frekvens, hvilke målinger er publisert i den foran anførte artikkel av Taherain. Den illustrerte kurve ble spesielt fremstilt ved benyttelse av modellen til Cole og Cole som det tidligere er henvist til. Ved en dybde på 1660 fot er dielektrisitetskonstanter målt ved 2 MHz og 25 MHz betegnet med tallene 841 hhv. 821, og de tilsvarende resistiviteter er betegnet med tallene 838 hhv. 827. Disse verdier av 8eIr og acfr = 1/R<.ff innføres i Iilaiing (46) ved de respektive frekvenser, de reelle og imaginære deler av likning (46) settes lik hverandre, hvilket gir et sett på fire likninger, og et ikke-lineært regresjonssystem, så som en rygg-regresjon, benyttes for å løse med hensyn på vannets resistivitet Rw = l/aw = 0,16, bergartmassens dielektrisitetskonstant em = 9,0, og formasjonens porøsitet ø = 0,05 eller 5%. Dette er rimelige verdier for ugjennomtrengelig karbonat og stemmer godt med kjernedata som er tatt i sonen 846. Attention is directed again to fig. 23 and 24 which show resistivity data and dielectric data respectively. Fig. 23 presents data from four borehole systems, the 2 MHz data being measured with an MWD system and the remaining data being measured with wireline systems. Fig. 24 presents dielectric data measured with the same systems. Spread of the measurements as a function of frequency is clearly shown in both logs. Based on the previously mentioned principles, the spread in the resistivity measurements would be expected to be small at 2 MHz and lower frequencies. Attention is particularly drawn to zone 846 which is known from core data to be impermeable carbonate. Scattering in this zone can only be attributed to dielectric effects. Zone 842 is a sandstone known to be permeable and therefore invaded with drilling fluids prior to driving the wireline logs. The observed scattering in this zone must be attributed, at least in part, to invasion effects as well as dielectric effects. Data from zone 846 will therefore be used to illustrate the determination of dielectric dispersion of resistivity measurements. Attention is directed again to fig. 26 which illustrates observed dielectric data superimposed on laboratory measurements of dielectric constant as a function of frequency, which measurements are published in the aforementioned article by Taherain. The illustrated curve was specially prepared using the model of Cole and Cole, to which reference has been made previously. At a depth of 1660 feet, dielectric constants measured at 2 MHz and 25 MHz are denoted by the numbers 841 and 841 respectively. 821, and the corresponding resistivities are denoted by the numbers 838 and 827. These values of 8eIr and acfr = 1/R<.ff are entered in Iilaiing (46) at the respective frequencies, the real and imaginary parts of equation (46) are set equal to each other, which gives a set of four equations, and a non-linear regression system, such as a ridge regression, is used to solve with respect to the water resistivity Rw = l/aw = 0.16, the dielectric constant of the rock mass em = 9.0, and the porosity of the formation ø = 0.05 or 5% . These are reasonable values for impermeable carbonate and agree well with core data taken in zone 846.

5.5 Borehullkalibermåling. 5.5 Borehole caliber measurement.

Evnen til å beregne på nøyaktig måte amplitudedempning og faseforskyvning, som er upåvirket av gjensidig kopling og avdriftsfeil, tillater meningsfylte borehull-kalibermålingsoperasjoner. En nøyaktig bestemmelse av amplitudedempningen forårsaket av formasjonen alene eller bølgeforplantningen mellom mottakingsantennene 211, 213, og en nøyaktig måling av faseforskjellen mellom mottakingsantennene 211, 213 kan benyttes sammen med et bibliotek eller en samling av kurver eller data som er registrert i et datamaskinlager. Fig. 28 viser en grafisk fremstilling av faseforskjell i grader som funksjon av dempning i dB. Med hensyn til disse x- og y-akser er det tilveiebrakt et antall kurver som svarer til borehulldiameter i tommer. På fig. 28 er borehulldiametere på 7", 8", 9" og 10" fremstilt grafisk. Det er fremstilt et antall kurver som representerer formasjonsresistivitet i ohm-meter. Fig. 28 fremstiller formasjonsresistivitetsmålinger på 0,2 ohm-meter, 0,5 ohm-meter, 1,0 ohm-meter, 2,0 ohm-meter og 200 ohm-meter. Denne grafiske fremstilling er nøyaktig når boreslammet har en resistivitet på 0,05 ohm-meter (Rm). Den grafiske fremstilling på fig. 28 er bare et eksempel på en slik fremstilling. I praksis tilveiebringes flere grafiske fremstillinger eller datasett for flere slamresistiviteter Rm. The ability to accurately calculate amplitude attenuation and phase shift, which is unaffected by cross-coupling and drift errors, allows for meaningful borehole gauging operations. An accurate determination of the amplitude attenuation caused by the formation alone or the wave propagation between the receiving antennas 211, 213, and an accurate measurement of the phase difference between the receiving antennas 211, 213 can be used in conjunction with a library or collection of curves or data recorded in a computer storage. Fig. 28 shows a graphical presentation of phase difference in degrees as a function of attenuation in dB. With respect to these x and y axes, a number of curves corresponding to borehole diameter in inches have been provided. In fig. 28, borehole diameters of 7", 8", 9" and 10" are graphically represented. A number of curves representing formation resistivity in ohm-meters have been produced. Fig. 28 presents formation resistivity measurements of 0.2 ohm-meter, 0.5 ohm-meter, 1.0 ohm-meter, 2.0 ohm-meter, and 200 ohm-meter. This graphic representation is accurate when the drilling mud has a resistivity of 0.05 ohm-meter (Rm). The graphic representation in fig. 28 is just an example of such a presentation. In practice, several graphical representations or data sets are provided for several mud resistivities Rm.

Forutsatt at formasjonsresisti vi teten og slamresistiviteten R,,, er kjente, kan amplitudedempningen og faseforskyvningen av det elektromagnetiske utspørringsfelt benyttes til å bestemme borehullets diameter i området for loggingsinnretningen. Dersom det f.eks. antas, med henvisning til fig. 28, at formasjonsresistiviteten er 0,5 ohm-meter og slamresistiviteten Rn, er 0,05 ohm-meter, indikerer en beregnet amplitudedempning på -66 dB og en faseforskjell på 55° at borehullet har en diameter på ca. 9". I overensstemmelse med oppfinnelsen kan den sentrale prosessor 215 og den digitale signalprosessor 221 programmeres for periodisk eller intermitterende å beregne borehulldiameter, og overføre den til overflaten ved benyttelse av slampuls-telemetriteknikker. Dersom borehulldiameteren økes til 10", må dette gjenspeiles ved endringer i amplitudedempning og faseforskyvning. Dersom borehullet derimot smalner av i diameter til 8", vil dette også bli gjenspeilet i amplitudedempnings- og faseforskyvningsmålingene. Borehullkalibermålingsoperasjoner kan bare utføres dersom uforvrengte målinger av amplitudedempning og faseforskyvning kan oppnås. Da den foreliggende oppfinnelse tillater korreksjon av en eventuell forvrengende innvirkning av gjensidig magnetisk kopling, eller termiske eller andre typer av avdrift, kan slike målinger utnyttes til nøyaktig bestemmelse av borehulldiameter. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen tilveiebringes flere datasett, idet hvert svarer til en forskjellig slamresistivitet Rm og en spesiell formasjonsresistivitet. Disse datasett er inneholdt i verktøymodellmatrisen [T] som ble omtalt i et tidligere avsnitt. Målingene av amplitudedempning og faseforskyvning benyttes deretter til å bestemme borehulldiameter. Provided that the formation resistivity and the mud resistivity R,,, are known, the amplitude attenuation and the phase shift of the electromagnetic interrogation field can be used to determine the diameter of the borehole in the area of the logging device. If, for example, assumed, with reference to fig. 28, that the formation resistivity is 0.5 ohm-meter and the mud resistivity Rn is 0.05 ohm-meter, a calculated amplitude attenuation of -66 dB and a phase difference of 55° indicate that the borehole has a diameter of approx. 9". In accordance with the invention, the central processor 215 and the digital signal processor 221 can be programmed to periodically or intermittently calculate the borehole diameter, and transmit it to the surface using mud pulse telemetry techniques. If the borehole diameter is increased to 10", this must be reflected in changes in amplitude attenuation and phase shift. If, on the other hand, the borehole tapers in diameter to 8", this will also be reflected in the amplitude attenuation and phase shift measurements. Borehole caliber measurement operations can only be performed if undistorted measurements of amplitude attenuation and phase shift can be obtained. As the present invention allows correction of any distorting influence of mutual magnetic coupling, or thermal or other types of drift, such measurements can be utilized for accurate determination of borehole diameter. In the preferred embodiment of the invention, several data sets are provided, each corresponding to a different mud resistivity Rm and a particular formation resistivity. These data sets are contained in the tool model matrix [ T] which was discussed in an earlier section The measurements of amplitude attenuation and phase shift are then used to determine the borehole diameter.

Claims (10)

1. Loggingsinnretning for bestemmelse av parametere for et borehull og en omgivende formasjon, omfattende (a) et borehullsinstrument omfattende minst én sender og minst én mottaker, (b) minst én oscillator som er elektrisk koplet til den minst ene sender for selektivt å energisere den minst ene sender, som har minst én digital inngang og en analog utgang, og som tilveiebringer et spesielt analogt utgangssignal ut fra et antall tilgjengelige, analoge utgangssignaler i det minste delvis som reaksjon på mottaking av et spesielt digitalt kommandosignal, (c) en styreenhet-anordning for å tilføre det spesielle digitale kommandosignal ut fra et antall tilgjengelige, digitale kommandosignaler som reaksjon på prograrninstruksjoner, å bringe det analoge utgangssignal fra den nevnte minst ene oscillator til å tilføres til en spesiell av den nevnte minst ene sender for derved å indusere et primært elektromagnetisk felt i borehullet og formasjonsomgivelsene, å benytte den nevnte minst ene mottaker til å måle minst én parameter som kan tilskrives det induserte, primære elektromagnetiske felt, og å beregne minst én parameter for borehullet og formasjonsomgivelsene, og (d) en anordning for å transportere borehullsinstrumentet langs borehullet, karakterisert ved at den omfatter (e) en anordning for å bestemme den radiale posisjon i borehullet i hvilken den minst ene parameter som kan tilskrives det induserte, primære elektromagnetiske felt, måles.1. Logging device for determining parameters of a borehole and a surrounding formation, comprising (a) a borehole instrument comprising at least one transmitter and at least one receiver, (b) at least one oscillator electrically coupled to the at least one transmitter to selectively energize it at least one transmitter, which has at least one digital input and one analog output, and which provides a special analog output signal from a number of available analog output signals at least partially in response to receiving a special digital command signal, (c) a control unit- device for applying the particular digital command signal from a number of available digital command signals in response to program instructions, bringing the analog output signal from said at least one oscillator to be supplied to a particular one of said at least one transmitter to thereby induce a primary electromagnetic field in the borehole and formation surroundings, using said at least one receiver to measure at least one parameter attributable to the induced primary electromagnetic field, and to calculate at least one parameter for the borehole and the formation environment, and (d) a device for transporting the borehole instrument along the borehole, characterized in that it comprises (e) a device for determining the radial position in the borehole to which the at least one parameter can be attributed the induced primary electromagnetic field is measured. 2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den minst ene oscillator på den analoge utgang tilveiebringer et analogt signal med (a) en frekvensegenskap som bestemmes i det minste delvis av det digitale kommandosignal på den minst ene digitale inngang, (b) en faseegenskap som bestemmes i det minste delvis av det digitale kommandosignal på den minst ene digitale inngang, og (c) en amplitudeegenskap som bestemmes i det minste delvis av det digitale kommandosignal på den minst ene digitale inngang.2. Device according to claim 1, characterized in that the at least one oscillator on the analog output provides an analog signal with (a) a frequency characteristic that is determined at least in part by the digital command signal on the at least one digital input, (b) a phase characteristic which is determined at least in part by the digital command signal on the at least one digital input, and (c) an amplitude characteristic which is determined at least in part by the digital command signal on the at least one digital input. 3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at styreenhet-anordningen benytter en kombinasjon av en måling av en faseegenskap til det induserte, primære elektromagnetiske felt og en fasekunnskap om det spesielle analoge utgangssignal til å beregne verdien av den minst ene parameter for borehullet og formasjonsomgivelsene.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the control unit device uses a combination of a measurement of a phase property of the induced, primary electromagnetic field and a phase knowledge of the particular analog output signal to calculate the value of the at least one parameter for the borehole and the formation environment. 4. Innretning ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at styreenhet-anordningen benytter en kombinasjon av en måling av en amplitudeegenskap til det induserte, primære elektromagnetiske felt og en amplitudekunnskap om det spesielle analoge utgangssignal til å beregne verdien av den nevnte minst ene parameter for borehullet og for-masj onsomgivelsene.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit device uses a combination of a measurement of an amplitude characteristic of the induced, primary electromagnetic field and an amplitude knowledge of the particular analogue output signal to calculate the value of the said at least one parameter for the borehole and the for-machine surroundings. 5. Innretning ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved(a) at borehullsinstrumentet transporteres ved hjelp av en borestreng, (b) at det nevnte mål for minst én parameter som kan tilskrives til det induserte, primære elektromagnetiske felt, overføres til jordoverflaten mens borehullsinstrumentet befinner seg i borehullet, og (c) at beregningen av minst én parameter for borehullet og formasjonsomgivelsene utføres på jordoverflaten.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that (a) the borehole instrument is transported by means of a drill string, (b) that the said measure for at least one parameter that can be attributed to the induced, primary electromagnetic field, is transmitted to the earth's surface while the borehole instrument is located in the borehole, and (c) that the calculation of at least one parameter for the borehole and the formation environment is performed at the earth's surface. 6. Loggingsfremgangsmåte for bestemmelse av parametere for et borehull og en omgivende formasjon, hvor fremgangsmåten omfatter de trinn (a) å tilveiebringe et borehullsinstrument omfattende minst én sender og minst én mottaker, (b) å tilveiebringe minst én oscillator som er elektrisk koplet til den minst ene sender for selektivt å energisere den minst ene sender, som har minst én digital inngang og en analog utgang, og som tilveiebringer et spesielt analogt utgangssignal ut fra et antall tilgjengelige, analoge utgangssignaler i det minste delvis som reaksjon på mottaking av et spesielt digitalt kommandosignal, (c) å tilveiebringe en styreenhet-anordning for å tilføre et spesielt digitalt kommandosignal fra et antall tilgjengelige, digitale kommandosignaler som reaksjon på programmstruksjoner, å bringe det analoge utgangssignal fra den minst ene oscillator til å tilføres til en spesiell av den nevnte minst ene sender for derved å indusere et primært elektromagnetisk felt i borehullet og formasjonsomgivelsene, å benytte den minst ene mottaker til å måle minst én parameter som kan tilskrives det induserte, primære elektromagnetiske felt, og å beregne minst én parameter for borehullet og formasjonsomgivelsene, og (d) å transportere borehullsinstrumentet langs borehullet, karakterisert ved at den omfatter det trinn (e) å bestemme den radiale posisjon i borehullet i hvilken den minst ene parameter som kan tilskrives det induserte, primære elektromagnetiske felt, måles.6. Logging method for determining parameters of a borehole and a surrounding formation, the method comprising the steps of (a) providing a borehole instrument comprising at least one transmitter and at least one receiver, (b) providing at least one oscillator electrically coupled thereto at least one transmitter for selectively energizing the at least one transmitter, having at least one digital input and an analog output, and providing a particular analog output signal from among a number of available analog output signals at least partially in response to receiving a particular digital command signal, (c) providing a control unit arrangement for applying a special digital command signal from a number of available digital command signals in response to program instructions, bringing the analog output signal from the at least one oscillator to be supplied to a particular one of said at least one transmitter to thereby induce a primary electromagnetic field in the borehole and formation surroundings, using the at least one receiver to measure at least one parameter attributable to the induced primary electromagnetic field, and calculating at least one parameter for the borehole and formation environment, and (d) transporting the borehole instrument along the borehole, characterized in that it comprises the step (e) of determining the radial position in the borehole in which the at least one parameter attributable to the induced primary electromagnetic field is measured. 7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at den omfatter det ytterligere trinn å benytte den minst ene oscillator til å tilveiebringe et analogt signal på den analoge utgang med (a) en frekvensegenskap som bestemmes i det minste delvis av det digitale kommandosignal på den minst ene digitale inngang, (b) en faseegenskap som bestemmes i det minste delvis av det digitale kommandosignal på den minst ene digitale inngang, og (c) en amplitudeegenskap som bestemmes i det minste delvis av det digitale kommandosignal på den minst ene digitale inngang.7. Method according to claim 6, characterized in that it comprises the further step of using the at least one oscillator to provide an analogue signal on the analogue output with (a) a frequency characteristic which is determined at least in part by the digital command signal on the at least one digital input, (b) a phase characteristic determined at least in part by the digital command signal on the at least one digital input, and (c) an amplitude characteristic determined at least partially by the digital command signal on the at least one digital input. 8. Fremgangsmåte ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at den omfatter det trinn å benytte styreenheten til å kombinere en måling av en faseegenskap til det induserte, primære elektromagnetiske felt og en fasekunnskap om det spesielle analoge utgangssignal til å beregne den nevnte verdi for den minst ene parameter for borehullet og formasjonsomgivelsene.8. Method according to claim 6 or 7, characterized in that it comprises the step of using the control unit to combine a measurement of a phase characteristic of the induced, primary electromagnetic field and a phase knowledge of the particular analog output signal to calculate the said value for the at least one parameter for the borehole and the formation surroundings. 9. Fremgangsmåte ifølge krav 6, 7 eller 8, karakterisert ved at den omfatter det trinn å benytte styreenheten til å kombinere en måling av en amplitudeegenskap til det induserte, primære elektromagnetiske felt og en amplitudekunnskap om det spesielle analoge utgangssignal til å beregne den nevnte verdi for den minst ene parameter for borehullet og formasjonsomgivelsene.9. Method according to claim 6, 7 or 8, characterized in that it comprises the step of using the control unit to combine a measurement of an amplitude property of the induced, primary electromagnetic field and an amplitude knowledge of the particular analogue output signal to calculate the said value for at least one parameter for the borehole and the formation surroundings. 10. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 6-9, karakterisert ved at den omfatter de ytterligere trinn (a) å transportere borehullsinstrumentet ved hjelp av en borestreng, (b) å overføre det nevnte mål for minst én parameter som kan tilskrives til det induserte, primære elektromagnetiske felt, til jordoverflaten mens borehullsinstrumentet befinner seg i borehullet, og (c) å utføre beregningen av den minst ene parameter for borehullet og formasjonsomgivelsene på jordoverflaten.10. Method according to one of the claims 6-9, characterized in that it comprises the further steps (a) of transporting the borehole instrument by means of a drill string, (b) of transmitting the said measure for at least one parameter that can be attributed to the induced, primary electromagnetic fields, to the earth's surface while the borehole instrument is in the borehole, and (c) performing the calculation of the at least one parameter of the borehole and the formation environment at the earth's surface.
NO19963793A 1994-03-11 1996-09-10 Borehole measurement system using electromagnetic wave propagation NO315099B1 (en)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/212,194 US5469062A (en) 1994-03-11 1994-03-11 Multiple depths and frequencies for simultaneous inversion of electromagnetic borehole measurements
US21226994A 1994-03-14 1994-03-14
US21225794A 1994-03-14 1994-03-14
US21221294A 1994-03-14 1994-03-14
US08/214,343 US5574374A (en) 1991-04-29 1994-03-14 Method and apparatus for interrogating a borehole and surrounding formation utilizing digitally controlled oscillators
US08/214,916 US5811972A (en) 1991-04-29 1994-03-14 Method and apparatus for determining influence of mutual magnetic coupling in electromagnetic propagation tools
PCT/US1995/002814 WO1995024663A1 (en) 1994-03-11 1995-03-07 A borehole measurement system employing electromagnetic wave propagation

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO963793D0 NO963793D0 (en) 1996-09-10
NO963793L NO963793L (en) 1996-11-08
NO315099B1 true NO315099B1 (en) 2003-07-07

Family

ID=27559043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO19963793A NO315099B1 (en) 1994-03-11 1996-09-10 Borehole measurement system using electromagnetic wave propagation

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU1981695A (en)
CA (1) CA2185029C (en)
NO (1) NO315099B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110208008A (en) * 2019-06-24 2019-09-06 哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司 A kind of manual transmission vehicle shift quality assessment evaluation experimental devices and methods therefor

Also Published As

Publication number Publication date
CA2185029A1 (en) 1995-09-14
CA2185029C (en) 2003-08-26
NO963793D0 (en) 1996-09-10
AU1981695A (en) 1995-09-25
NO963793L (en) 1996-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5869968A (en) Method and apparatus for avoiding mutual coupling between receivers in measurement while drilling
US5811973A (en) Determination of dielectric properties with propagation resistivity tools using both real and imaginary components of measurements
US6400148B1 (en) Use of redundant data for log quality measurements
US5469062A (en) Multiple depths and frequencies for simultaneous inversion of electromagnetic borehole measurements
Rodney et al. Electromagnetic wave resistivity MWD tool
US5892361A (en) Use of raw amplitude and phase in propagation resistivity measurements to measure borehole environmental parameters
US6060884A (en) Method and apparatus for measuring electromagnetic properties of materials in borehole environs and simultaneously determining the quality of the measurements
CA2424248C (en) A multi-frequency array induction tool
NO321326B1 (en) Method and apparatus for painting anisotropy in resistivity and permittivity of basic formations
US20050256645A1 (en) Determination of fracture orientation and length using multi-component and multi-array induction data
NO335564B1 (en) Method and apparatus for determining resistivity anisotropy in conductive borehole environments
NO339189B1 (en) Apparatus and method for measuring electromagnetic properties of a soil formation penetrated by a borehole.
NO335751B1 (en) Logging probe and determination of isotropic and anisotropic formation resistivity by invasion of drilling mud into the bedrock around the wellbore
GB2426087A (en) Determining characteristics of earth formations
CN104169524A (en) Inversion-based calibration of downhole electromagnetic tools
NO319504B1 (en) Method and apparatus for determining drop angle and horizontal and vertical conductivities at source logging
NO337082B1 (en) Method for radial profiling of resistivity at multiple study depths
Mondol Well logging: Principles, applications and uncertainties
WO1995024663A1 (en) A borehole measurement system employing electromagnetic wave propagation
Li et al. Using new LWD measurements to evaluate formation resistivity anisotropy at any dip angle
NO175555B (en) Method for evaluating the content of organic constituents in sedimentary layers
Forgang et al. A new multi-frequency array-dielectric logging service: tool physics, field testing, and case studies in the Permian basin Wolfcamp shale
US20190079209A1 (en) Multi-Well Resistivity Anisotropy Modeling, Used to Improve the Evaluation of Thinly Bedded Oil and Gas Reservoirs
NO315099B1 (en) Borehole measurement system using electromagnetic wave propagation
Moss et al. Statistically valid log analysis method improves reservoir description

Legal Events

Date Code Title Description
MK1K Patent expired