NO319504B1 - Fremgangsmate og anordning for a bestemme fallvinkel og horisontale og vertikale konduktiviteter ved bronnlogging - Google Patents

Description

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

1. Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse gjelder brønnlogging i sin alminnelighet og er særlig anvendbar i anisotropiske formasjoner.

2. Beskrivelse av tidligere kjent teknikk

Ved olje- og gassutvinning utnyttes målinger under boring eller vaieropera-sjoner for å frembringe loggverdier av de jordformasjoner som omgir borehullet. En loggepakke omfatter vanligvis et overføringssystem som energisererjordfor-masjonene enten med et elektromagnetisk felt eller elektriske strømmer, samt minst et mottakersystem for å overvåke den virkning jordformasjonene (og borehullet) har på feltet eller strømmen.

Jordformasjonenes elektriske egenskaper gir informasjon om de geologiske materialer som danne formasjonene, samt om deres sannsynlige innhold av olje, gass og vann. Den mest anvendbare elektriske egenskap er da motstand (eller ledningsevne). Jordformasjonenes d[elektriske er imidlertid også av interesse.

Noen jordformasjoner er isotropiske, hvilket betyr at jordformasjonen ikke har noen foretrukket retning for å lede elektrisk strøm. Andre formasjoner er anisotropiske, hvilket innebærer at vedkommende jordformasjon kan ha en større ledningsevne i en viss retning enn i en annen spesiell retning. Dette er særlig til-felle i mange sedimentære geologiske formasjoner hvor elektrisk strøm flyter lett-ere i retning parallelt med lagplatene enn på tvers av disse, på grunn av det forhold at flere mineralkrystaller er flat eller langstrakt form og at de naturlig inntar en orientering parallelt med det sedimeneringsplan hvor de er innleiret.

Ved undersøkelse av olje- og gasskilder, kan jordformasjonenes isotropi være uttrykt ved en horisontal konduktivitet, samt en vertikal konduktivitet på tvers av denne. Alternativt kan en anisotropikoeffisient (X) utnyttes for å kvantifisere anisotropien i samsvar med ligning nr 1.

LIGNING NR 1:

Bestemmelse av horisontal og vertikal konduktivitet gjøres mer komplisert ved retningsboring som frembringer borehull som forløper i en viss vinkel med jordformasjonene. Denne vinkel kalles relativ fallvinkel og er ofte ikke nøyaktig kjent.

Andre har foreslått teknikker for å bestemme konduktivitet i anisotropiske formasjoner. I en artikkel av T. Hagiwara med tittelen «A New Method to Determine Horizontal-Resistivity in Anisotropic Formations Without Prior Knowledge of relative Dip», publisert 16-19, juni, 1996 på SPWLA 37. Annua! Logging Symposium, foreslås en teknikk som tillater beregning av horisontal konduktivitet uten noen tidligere kjennskap til fallvinkelen. Dette kan redusere måleinstrumentenes avhengighet av logging under utboring.

Et problem med den fremgangsmåte som er foreslått av Hagiwara er at innvirkningen av formasjonens dielektriske egenskaper er stort sett ikke tatt hensyn til. De geologiske formasjoner med høy resistivitet (slik som oljebærende sandformasjoner) vil den dielektriske virkning øke i innflytelse på de målinger hvorfra konduktiviteten beregnes. Den dielektriske virkningen vil også ha større betydning ved målesignaler med høy frekvens.

US 5144245 omhandler en fremgangsmåte for formasjonsevaluering hvor resistivitetsmålinger korrigeres for innvirkning av formasjonens dielektriske egenskaper.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Det er et formål for foreliggende oppfinnelse å tillate samtidig måling av horisontal og vertikal resistivitet, horisontal og vertikal dielektrisk permittivitet (eller «konstant»), samt fallvinkelen ved å anvende måleverktøy som utnytter flere frekvenser og ved å anvende anisotropiske formasjonsmodeller som angir sammenheng mellom dielektrisk permittivitet og konduktiviteten

Hvis fallvinkelen er kjent, kan da konduktiviteter og dielektrisitetskonstanter måles ved anvendelse av flerfrekvensverktøy uten noen anisotropisk formasjons-modell. Målingene kan også utnyttes for å fastslå gyldigheten av de anisotropiske formasjonsmodeller som angir sammenheng mellom horisontale og vertikale for-masjonskonduktiviteter og dielektrisk permittivitet. Dette er ikke praktisk mulig med enkeltfrekvensverktøy.

Hvis alternativt den modell som gir sammenheng mellom de horisontale og vertikale konduktiviteter og den dielektriske virkning er kjent, vil foreliggende oppfinnelse også gjøre det mulig å utlede den horisontale resistivitet, såvel som den dielektriske permittivitet i horisontal retning ved å anvende enkeltfrekvensverktøy uten å kjenne fallvinkelen i soner med høy motstandsevne etler ved hjelp av målesignaler med høy frekvens. Hvis fallvinkelen er kjent, kan også den vertikale resistivitet og dielektriske permittivitet også kunne måles.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

De nye særtrekk som antas særegne for oppfinnelsen er angitt i de etter-følgende patentkrav. Selve oppfinnelsen såvel som en foretrukket utførelsesmo-dus samt ytterligere formål og fordeler ved oppfinnelsen, vil imidlertid best kunne forstås ut fra følgende detaljerte beskrivelse av en anskueliggjørende utførelse og lest i sammenheng med de vedføyde tegninger, hvor på:

Fig. 1 viser en borestreng i forbindelse med logging under utboring.

Fig. 2 er et flytdiagram som viser hvorledes foreliggende oppfinnelse kan

iverksettes.

Fig. 3-7C viser et verktøy for logging under boring og som kan anvendes for praktisk utførelse av foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Det er vist av Hagiwara at ved anvendelse av motstandsmålende verktøy med aksial-dipolantenner kan man måle horisontal resistivitet samt en funksjon av vertikal resistivitet og relativ fallvinkel. Uten ytterligere informasjon kan imidlertid vertikal resistivitet og relativ vinkel ikke fastlegges entydig, uansett hvor mange an-tenneavstander som anvendes.

Dette er imidlertid bare tilbudet for lavfrekvensverktøy. Med høyere frekvenser, hvor den dielektriske virkning blir av betydning, kan ikke en gang den horisontale resistivitet bestemmes ved hjelp av måling med en enkelt frekvens i av-bøyde brønner. Antenneavlesningene påvirkes av fem formasjonsparametere, nemlig to resistiviteter, to dielektrisitetskonstanter (eller «permittiviteter) samt fallvinkelen. Fire uavhengige parametere utledet fra de fem formasjons-parametrene vil da fullstendig fastlegge antenneavlesningene. Disse er horisontal resistivitet, horisontal dielektrisk permittivitet, en funksjon av vertikal resistivitet og relativ fall vinkel, samt den samme funksjon av vertikal dielektrisk permittivitet og relativ fall-vinket. Ved hjelp av bare en enkelt frekvens kan bidragene til målingene fra for-skyvningsstrømmene og ledningsstrømmene i formasjonen atskilles i praksis. Da virkningen av dielektrisk permittivitet og av resistivitet på bølgetallet vil variere for-skjellig med frekvensen, kan man i henhold til foreliggende oppfinnelse utlede de fire parametere ved hjelp av flerfrekvensmålinger. Disse fire kan imidlertid ikke alene bestemme alle de fem formasjonsparametrene.

En annen funksjon eller ligning er nødvendig for å fastlegge alle fem parametere. Denne funksjon eller ligning som gjør det mulig å bestemme alle fem formasjonsparametere utgjøres av sammenhengen mellom konduktivitet og den dielektriske virkning. De faktorer som forårsaker makroskopisk konduktivitet anisotropi medfører også nødvendigvis dielektrisk anisotropi. De anisotrope dielektriske permittiviteter og konduktiviteter er således ikke uavhengige av hverandre. Så snart forholdet mellom dem er fastlagt for en gitt formasjonstype, kan man anvende de fire målinger pluss en anisotropimodell (eller kart eller formel) for formasjonen for entydig å fastlegge alle fem parametere. Hvis imidlertid den relative fallvinkel er kjent, kan naturligvis resistivitetene og de dielektriske permittiviteter bestemmes uten hjelp av noen som helst formasjonsmodeller.

Som angitt i figur 1, er i henhold til den foretrukne utførelse av foreliggende oppfinnelse en anordning 11 for logging under boring anordnet og koplet tii en borestreng 21 som strekker seg inn i borehullet 23. Som vist forløper borehullet 23 i en vinkel gjennom jordformasjonen 25, som for eksempel utgjøres av veks-lende lag av sand og skiferavleiringer. Anordningen omfatter minst en sender 13, 15 for å frembringe undersøkende elektromagnetiske felt. Fortrinnsvis kan den minst ene sender 13,15 frembringe for formasjonsundersøkelse elektromagnetiske felt med forskjellige frekvenser. Anordningen 11 for logging under boring omfatter også minst en mottaker for påvisning av virkningene fra jordformasjonene (og borehullet) på de elektromagnetiske undersøkelsesfelt. Fortrinnsvis anvendes en differensialmottaker som omfatter to innbyrdes adskilte mottakerantenner 17,19 samt mottakingskrets for påvisning av strømmer som induseres i mottakerantenner 17,19.

Som det er vanlig, vil anordningen 11 for logging under boring være i stand til å måle hvilke som helst av de følgende elektriske egenskaper, som kan utnyttes for å måle en hvilken som helst av de følgende parametre ved utnyttelse av minst to undersøkelsesfrekvenser: (1) amplitudesvekkingen av det undersøkende elektromagnetiske felt, (2) faseforskyvningen av det undersøkende elektromagnetiske felt, og (3) komponentene i fase og ut av fase under en fasekvadratur-analyse.

I tillegg til målingene kreves i henhold til foreliggende oppfinnelse at en modell (formel, skjema, tabell, etc) utvikles og som setter i sammenheng (eller «kartlegger») dielektrisitets-«konstanten» eller «permittivitetene» for en spesiell type jordformasjon med bestemte anisotropiske konduktiviteter.

Foreliggende oppfinnelsesgjenstand kan anvendes for følgende spesielle formål: 1. hvis fallvinkelen ikke er kjent, gjør foreliggende oppfinnelsesgjenstand det mulig å bruke (1) flerfrekvensmålingene, samt (2) den modell som kartlegger sammenhengen mellom dielektriske permittiviteter og konduktiviteter for å beregne: (1) den horisontale konduktivitet; (2) den vertikale konduktivitet; (3) den horisontale dielektriske permittivitet;

(4) den vertikale dielektriske permittivitet; og

(5) fallvinkelen.

2. Hvis fallvinkelen er kjent, kan et flerfrekvens resistivitetsverktøy anvendes alene (hvilket vil si uten en tilgjengelig modell som kartlegger sammenhengen mellom dielektriske permeabiliteter og konduktivitetene) for å beregne: (1) den horisontale konduktivitet; (2) den vertikale konduktivitet;

(3) den horisontale dielektriske permittivitet; og

(4) den vertikale dielektriske permittivitet.

3. Hvis fallvinkelen ikke er kjent, kan et resistivitetsverktøy med en enkelt frekvens (i motsetning til et flerfrekvensverktøy) utnyttes i kombinasjon med den modellen som karlegger sammenhengen mellom dielektriske permittiviteter og konduktivitetene for å beregne:

(1) den horisontale konduktivitet; og

(2) den horisontale dielektriske permittivitet.

Det vil nå bli beskrevet hvorledes disse kommersielt fordelaktige anvendel-ser kan oppnås ved anvendelse av foreliggende oppfinnelsesgjenstand.

Loggingspåvirkningen på et induksjonsverktøy med aksiale dipole antenner fra en anisotrop formasjon er beskrevet ved ligning nr 2.

LIGNING NR 2:

hvor den induserte spenning «V» er uttrykt i avhengighet av tre parametere som fremgår av ligningene 3, 4 og 5, slik som følger:

LIGNING NR 3:

LIGNING NR 4:

LIGNING NR 5:

hvor: 0 angir fallvinkelen

kh angir det komplekse bølgetall i horisontal retning kv angir det kompliserte bølgetall i vertikal retning L angir avstanden mellom en sender og en mottaker S angir den utmålte avstand i et anisotropisk medium.

Verdiene for kt, og kv kan bestemmes ut fra følgende ligninger nr 6 og 7.

LIGNING NR 6:

LIGNING NR. 7:

Ligning nr 5 kan da gjengis som ligning nr 8.

LIGNING NR 8:

Hvis den relative magnetiske permeabilitet antas å være lik 1 (hvilket er en rimelig antakelse for ikke-jernholdige formasjoner), kan ligning nr 8 som angitt ved ligning nr 9:

LIGNING NR 9:

I formasjoner hvor CRIM-modellen (som er en modell som gir sammenheng mellom resistivitet og dielektrisk permittivitet, slik som beskrevet i US-patentskrift nr 5,144,245, «Method for Evaluating a Borehole Formation Based on a Formation Resistivity Log Generated by a Wave Propagation Formation Evaluation Tool», meddelt M Wisler, og tilhører nå Baker Hughes Incorporated, samt inntatt her som referanse), gjelder, er den dielektriske permittivitet forbundet med formasjonskonduktiviteten ved ligning nr 10, slik som følger:

LIGNING NR 10:

hvor e er dielektrisitetskonstanten, a er formasjonskonduktiviteten, mens c og a er konstanter. Ved to MHz er c = 210 og a = -43. Ved 400 KHz er a litt for-skjellig mens c er ca det dobbelte av sin verdi ved 2 MHz. Da den dielektriske virkning ved 400 MHz er meget mindre enn ved 2 MHz, er det er god tilnærmelse å anta at c og a er uavhengig av frekvensen ved målinger med MPR-verktøy. Denne tilnærmelse gjøres for å forenkle forklaringene. All kjent frekvensavhengig-het som anvendes i CRIM-modellen vil bare gjøre den matematiske behandling ved utøvelse av oppfinnelsen mer komplisert. Det vil imidlertid ikke forandre oppfinnelsens kjerne. I henhold til oppfinnelsen kan den «modell» som angir sammenhengen mellom resistivitet og dielektrisk permittivitet være en datafil som opp-rettholdes i en elektronisk hukommelse eller en halvlederhukommelse, og som er tilgjengelig gjennom et maskinlesbart instruksjonsprogram, eler det kan eventuelt utgjøres av en eller flere ligninger og/eller konstanter som også er lagret i hukommelse.

De kompenserte fasedifferanser over lang avstand samt amplitudeforhold ved henholdsvis 400 KHz og 2 MHz er p400k, a400k, p2m, a2m. Disse kan ved hjelp av en inverteringsmetode anvendes for å utlede de fire parametere i samsvar med de følgende ligninger 11-14.

LIGNING NR 11:

LIGNING NR 12:

LIGNING NR 13:

LIGNING NR 14:

Oppfinnelsen omfatter fire parametere (og er således «firedimensjonal») og kan være ytterst komplisert. En effektiv inversjonsmetode er en gjentakelsesmet-ode som reduserer den firedimensjonale inversjon til en rekke todimensjonale in-versjoner, slik det også er blitt gjort tidligere. Da den dielektriske virkning ved målinger ved den laveste frekvens er liten, kan man begynne med å anta at det ikke foreligger noen dielektrisk virkning ved målingene ved 400 KHz. De to målinger ved den laveste frekvens anvendes da for å utlede m2 og m4. De to målinger ved to MHz benyttes da for å bestemme de gjenværende to parametere, m1 og m3. m1 og m3 som da ikke har nullverdi, anvendes så for å forbedre m2 og m4 ved en ny inversjon ved 400 KHz. Den nevnte oppnådde verdier for m2 og m4 benyttes derpå i inversjonen ved 2 MHz for å oppdatere m1 og m3. Denne prosess kan da fortsette inntil en forut bestemt nøyaktighet er oppnådd. Det vedlagte flytdiagram i figur 2 viser således 4-d inversjonsprosessen arbeider.

Etter inversjonen har man følgende ligninger nr 15-18.

LIGNING NR 15:

LIGNING NR 16:

LIGNING NR 17:

LIGNING NR 18:

hvor m1. M2, m3, m4 er da resultatene av inversjonen. Den horisontale dielektriske permittivitet og resistivitet er da fastlagt.

Ved anvendelse av CRIM-modellen vil man da ha ligningene nr 19 og 20.

LIGNING NR. 19:

LIGNING NR. 20:

Forholdet mellom dé ovenfor angitte to ligninger gir da ligning nr 21, slik som angitt nedenfor:

LIGNING NR. 21:

Denne ligning anvendes for å beregne ov ved hjelp av en triviell endimen-sjonal inversjon. Ved anvendelse av CRIM-modellen beregnes ev. Man har da fastlagt eh, €v, crv, at,. Med anvendelse av enten ligning 17 eller ligning 18 kan så fallvinkelen bestemmes.

Det apparat som kan anvendes for å utføre foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet under henvisning til figurene 3 til og med 7C.

SENDER- OG MOTTAKERANORDNINGER: Figur 3 angir et blokkskjema av et loggeverktøy 201 angitt som eksempel og utført i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Loggeverktøyet 201 omfatter øvre sendere 203, 205, nedre sendere 207, 209 samt mellomliggende rekker av mottakerantenner 211, 213 i resonans. En sentral prosessor 215 utgjøres fortrinnsvis av en mikroprosessorinnretning som anvendes for å samordne arbeidsfunksjonen for komponentene i loggeverktøyet 201, med det formål å ta opp og behandle de data som utledes fra målinger som utføres av de mellomliggende mottakerantenner 211, 213 i serieresonans, samt for å samvirke med det dataoverførende slampulsutstyr for fjernmåling og som bæres i den tilstøtende borekrave. En prosessor 217 er anordnet og innrettet for styring av en numerisk styrt oscillator 223. En prosessor 219 er anordnet og innrettet for styring av en numerisk styrt oscillator 225. Sentralprosessoren 215 kommuniserer med prosessorene 217, 219 over databusser, henholdsvis 241 og 243. Numerisk styrte oscillatorer 223, 225 er anordnet for å motta et binært ordresignal som inngangssignal, samt å frembringe et analogt utgangssignal med spesielle kjennetegn med hensyn til frekvens, fase og amplitude. Frekvens-, fase-, og amp- litudeegenskapene er i det minste delvis fastlagt ved ordresignaler som tilføres fra prosessorene 217, 219 til inngangssiden av de numerisk styrte oscillatorer 223, 225, samt de data som inneholdes i forskjellige registere inne i de numerisk styrte oscillatorer 223,225. De numerisk styrte oscillatorer 223, 225 frembringer analog-signalet til senderkretsene, henholdsvis 227 og 229.

Mottakerantennene 211,213 kommuniserer gjennom en analog mottaker-krets 231 med første og annen datainngangskanal for en digital signalprosessor 221. Den digitale signalprosessor 221 mottar data på første og annen inngang

etter at de er omformet fra analog til digital form av analog/digital-omformere 220, 222, og registrerer dataelementene i en sirkulær hukommelsesbuffer. Sentralprosessoren 215 trekker ut data fra bufferne på en foreskrevet og forut bestemt måte med det formål å ta ut prøveverdier av den strøm som frembringes i mottakerantennene 211,2123 som reaksjon på forplantningen av elektromagnetisk signal gjennom den tilstøtende formasjon. På vanlig måte kan resistiviteten av den formasjon som omgir loggeverktøyet 201 fastlegges ved enten (1) å bestemme amplitudesvekkingen av en elektromagnetisk bølge som forplanter seg gjennom formasjonen inntil mottakerantennen 211 og mottakerantennen 213, eller (2) ved å bestemme faseforskyvningen mellom det elektromagnetiske signal som forplanter seg gjennom formasjonen inntil mottakerantennene 211 og 213, eller eventuelt begge deler. Disse målinger omfatter en relativ måling av amplitudesvekkingen samt en relativ måling av faseforskyvningen.

Foreliggende oppfinnelse muliggjør også andre teknikker for å kvantifisere det elektromagnetiske felt som forplanter seg gjennom formasjonen omkring log-geverktøyet 21. Da i henhold til foreliggende oppfinnelse nøyaktig styring kan oppnås over frekvens, fase og amplitude for den elektromagnetiske bølge som frembringes av senderantenne 203, 205, 207 og 209, tillates i henhold til foreliggende oppfinnelse måling av den absolutte amplitudesvekking av det elektromagnetiske signal mellom en hvilken som helst senderantenne 203, 205, 207 og 209 og en hvilken som helst mottakerantenne 211, 213. Videre gjør loggeverktøyet 201 i henhold til foreliggende oppfinnelse det mulig å utføre absolutt måling av faseforskyvningen av et elektromagnetisk signal mellom en hvilken som helst av senderantennene 203, 205, 207, 209 og en hvilken som helst av mottakerantennen 211, 213. Tidligere kjent utstyr tillater ikke slik valgfri teknikk for å bestemme amplitudesvekking og faseforskyvning, da sådant tidligere kjent utstyr er ute av stand til lett og nøyaktig å bestemme, frekvens, fase og amplitude for et signal frembrakt med en hvilken som helst bestemt senderantenne.

Arbeidsfunksjonen for de numerisk styrte oscillatorer 223,225 klokkeregu-leres av utgangssignalet fra en referanseklokke 237, som fortrinnsvis arbeider på 12 MHz. Arbeidsfunksjonen for mottakerkretsen 231 styres av utgangssignalet fra en numerisk styrt oscillator 233 som også klokkes av utgangssignalet fra referan-seklokken 237, som er på 12 MHz. En klokkepuls overføres således til den numerisk styrte oscillator 225 ved en frekvens som er identisk med den som avgis til den numerisk styrte oscillator 223, og som fastlegger drrftsfrekvensen for mottakerkretsen 231. Digitalsignaiprosessoren 221 klokkestyres av utgangssignal fra en divisjonskrets 239, og tar således ut prøveverdier av utgangssignalet fra mottakerkretsen 231 med en bestemt frekvens som er meget lavere enn den som benyttes for å energisere senderantenne 203, 205, 207 og 209.

Den numerisk styrte oscillator 233 frembringer et faselåst sinusbølgesignal med en midtfrekvens på 1995 MHz og som anvendes som et lokaloscillatorsignal av mottakerkretsen som befinner seg i et elektronikkhus 73.

Det skal nå henvises til figur 4. Hele kretsens arbeidsfunksjon slik den fremgår av blokkdiagrammet i skjematisk form i figur 4, skal reagere på lokaloscillatorsignalet og en av de to utgangssignaler fra en mottakerspole for å frembringe et faseutgangssignal fra mottakeren i forhold til senderen samt et amplitudeut-gangssignal fra mottakeren. En vanlig forforsterkerkrets angitt ved 271 reagerer på det signal den plukker opp fra mottakeren, og dens utgang er koplet til et blan-dekretsarrangement som i sin helhet er angitt ved 273. Blandekretsarrangementet 273 omfatter en integrert krets 175 som hensiktsmessig utgjøres av en integrert krets fremstilt og solgt av Motorola og andre selskaper under betegningen MC 1596.

Da frekvensen av det opp-plukkede signal og lokaloscillatorsignalet er faselåst til en felles frekvensreferanse og avviker innbyrdes med 6Khz, vil den mellom-frekvens (IF) som frembringes av blandekretsarrangementet 273 være på 6 KHz. En båndpassavstemmingskrets er i sin helhet angitt ved 2777 og er innrettet for å slippe gjennom mellomfrekvenssignalet på 6 KHz i et forsterkerkretsarrangement som i sin helhet er angitt ved 279. En aktiv båndpassfilterkrets er i sin helhet angitt ved 281 og sørger for ytterligere båndpassfiltrering samt avgir et signal til en analog/digital-omformer, som avgir et digitalt inngangssignal over en spesiell inngangskanal til digitalsignalprosessoren 221 (i figur 3).

Figurene 5A og 5B utgjør et blokkskjema av de numerisk styrte oscillatorer 223,225, 233 i figur 3. Da disse numerisk styrte oscillatorer er identiske, vil bare den numerisk styrte oscillator 223 bli omtalt og beskrevet. I den foretrukne utfør-else av foreliggende oppfinnelse omfatter den numerisk styrte oscillatoren 223 en CMOS, DDS modulator fremstilt av Analog Devices og Norwood, Massachusetts, og som er betegnet som modell AD 7008. Den numerisk styrte oscillator 223 omfatter en 32 bits faseakkumulator 301, en oppslagstabell 303 for sinus og cosinus samt en ti bits omformer 305 fra digital til analog signalform. Klokkeinngangen 307 er anordnet for å motta et klokkesignal fra en innretning som tigger utenfor den numerisk styrte oscillator 223. Den spesielle numerisk styrte oscillator i foreliggende oppfinnelsesgjenstand er innrettet for å motta klokketakter som er så høye som 20 til 50 MHz, men kan også tilpasses meget lavere klokketakter. Inn-retningen er tilsiktet å ha en frekvensnøyaktighet som kan reguleres til en del av fire milliarder. Den numerisk styrte oscillator 223 omfatter et 32 bits serieregister 309, som mottar seriedata på inngangsklemmen 301 for slike data og som klokkes inn i registeret i samsvar med et klokkesignal som tilføres til serieklokkeinn-gangen 313. Et 32 bits parallellregister 313 er også anordnet og mottar parallelle binærdata fra MPU-grensesnitt 315. En databuss 317 omfatter seksten digitale inngangsplugger angitt som DO til og med D15. Brikkevelgerpluggen 321 anvendes ved innskrivning i parallellregisteret 313. Skrivepfuggen 319 anvendes også ved innskriving i serieregisteret 309. Overføringsbussen 323 for adressekontroll anvendes for å bestemme i registeret for kilde og bestemmelsessted som anvendes under en overføring. Et kilderegister kan enten være parallellassembler-registeret 313 eller serieassembler-registeret 309. Bestemmelsesstedregisteret kan være et hvilket som helst av de følgende registera: ordreregisteret 325, FREK0 registeret 327, FREK1 registeret 329, faseregisteret 331, IQMOD registeret 333. Ordreregisteret innskrives bare gjennom parallellassemblerregisteret 313. Innholdet i ordre- eller kommandoregisteret bestemmer driftstilstanden for den numerisk styrte oscillator 223. I den foretrukne apparatutførelse som anvendes for foreliggende oppfinnelsesgjenstand, er kommandoregisteret et 4 bits register. Innholdet i dette register bestemmer driftstilstanden for den numerisk styrte oscillator. Under loggearbeidet er loggeapparatet i henhold til foreliggende oppfinnelse program-mert til å frembringe kommandosignaler fra prosessorene 215,217, 219 (i figur 3) med 8 bits kommandoer, således at «CRO»-bit er lik 0. Det ønskes normal drift, således at «CR1 »-bit er lik 0. I henhold til foreliggende oppfinnelse utelukkes amplitudemodulasjon, slik at også «CR2»-bit er lik 0. I henhold til foreliggende oppfinnelse igangsettes synkroniseringslogikk, slik at «CR3»-b'rt er lik 0. FREK0-registeret 327 fastlegger utgangsfrekvensen fra den numerisk styrte oscillator 223, når FSELECT-pluggen er på 1, da en del av klokkesignalets frekvens påtrykkes klokkepluggen 307. FREK1 -registeret 329 fastlegger utgangsfrekvensen for den numerisk styrte oscillator 223, når FSELECT er lik 1, da en frekvens av klokkesig-nalet påtrykkes klokkepluggen 307. Innholdet i faseregisteret 331 adderes til utgangen fra faseakkumulatoren 301. IQMOD-registeret 333 utnyttes ikke i sammenheng med foreliggende oppfinnelse.

Arbeidsfunksjonene kan utføres av registrene med å tilføre kommando-sig-naler til overføringsbussen 333 for adressekontroll. Tre grunnleggende arbeidsfunksjoner kan da utføres. Innholdet i parallellassemblerregister et kan overføres til kommandoregisteret 325, innholdet av parallellassemblerregisteret kan overfø-res til et valgt bestemmelsesstedregister og innholdet i serieassembler-registeret kan overføres til et valgt bestemmelsesstedregister.

Lastregisterpluggen 335 anvendes i sammenheng med overførings-bussen 323 for adressekontroll for å styre innlastingen i indre registre enten fra parallellassemblerregisteret 313 eller serieassemblerregisteret 309. Prøveplug-gen 337 anvendes bare for utprøvning i fabrikken. Tilbakestillingspluggen 339 benyttes for å tilbakestille registrene. Denne bakestillingsplugg anvendes særlig for å nullstille kommandoregisteret 225 samt alle modulasjonsregistre. Strømutgangs-pluggene 341, 343 anvendes for å tilføre vekselstrøm til valgt endeutstyr. I den spesielle utførelse i henhold til oppfinnelsen utnyttes bare en av disse utganger for strømtilførsel til en spesiell senderantenne, da hver av strømmene er komplimen-tet av den annen strøm. Kompensasjonspluggen 342 benyttes for å kompensere for den indre referanseforsterker. Spenningsreferansepluggen 343 kan anvendes for å oppheve en indre spenningsreferanse, hvis dette er påkrevet. Innstillingspluggen 345 for fullt skalautslag bestemmer strømverdien for fullt skalautslag ved utgangspluggene 341, 343. Jordpluggen 347 gir en jordingsreferanse, mens den positive effekttilførselsplugg utgjør effekttilførsel til de analoge komponenter i den numerisk styrte oscillator 323. Frekvensvelgerpluggen 351 styrer frekvensregist-rene, nemlig FREKO-registeret 327 og FREK1-registeret 329, ved å bestemme hvilket register som skal anvendes i faseakkumulatoren 301 ved styring av multiplekseren 353. Innholdet i faseregisteret 331 adderes til utgangssignalet fra faseakkumulatoren 301 i summeringskretsen 355. IQMOD-registerne 333 er anordnet for å tillate enten kvadratur-amplitudemodulasjon eller amplitudemodulasjon, idet sinus- og cosinus-utgangene fra oppslagstabellen 103 adderes sammen i summeringskretsen 357, og er da upåvirket av IQMOD-registerne 333. Utgangssignalet fra summeringskretsen 357 overføres til digital/analog-omformeren 305 som frembringer et analogsignal med en frekvens som tilsvarer innholdet i enten FREKO-registeret 327 eller FREK1-registeret 329, en fase som er bestemt av utgangssignalet fra summeringskretsen 355 og som tilføres som inngangssignal til oppslagstabellen 303, samt en amplitude som er fastlagt av innstillingskretsen 359 for fullt skalautslag og som innstilles ved hjelp av innstillingspluggen 345 og referanse-spenningspluggen 343. Den numerisk styrte oscillator som er angitt i figurene 5A og 5B kan således frembringe et analogt utgangssignal med nøyaktig fastlagte egenskaper med hensyn til frekvens, fase og amplitude. Da denne anordning er ytterst nøyaktig, vil det være mulig å frembringe en drivstrøm for senderantennene 203, 205, 207, 209 i figur 3 og som er presisjonsregulert. I den foretrukne utfør-else av foreliggende oppfinnelse er en av senderantennene 203, 205 drevet ved 400 KHz, mens den annen av senderantennene 203, 205 er drevet ved 2 MHz. Det samme tilfellet for antennene 207, 209, hvorav den ene arbeider ved 400 KHz og den andre ved 2 MHz. Prosessorene 215, 217 og 219 kan imidlertid være pro-grammert til å frembringe hvilke som helst spesielle frekvenser for senderantennen. Dette kan utnyttes til god fordel, slik det vil bli beskrevet nedenfor i forbindelse med en kalibreringsrutine.

I drift tilføres et kommandosignal til FSELECT-pluggen for å bestemme hvilken frekvens som skal anvendes for energisering av en bestemt senderantenne.

FREKO-registeret 227 og FREK1-registeret 329 kan forlastes med to spesielle frekvenser, slik som 400 KHz og 2 MHz. Binærsignalet som tilføres FSELECT-pluggen 351 bestemmer arbeidsfunksjonen for multiplekseren 353, som tilfører innholdet av enten FREKO-registeret 327 eller FREK1-registeret 329 til inngangen for faseakkumulator 301. Faseakkumulatoren 301 samler opp et fasetrinn for hver klokkeperiode. Verdien av fasetrinnet bestemmer hvor mange klokkeperioder som er påkrevet for at faseakkumulatoren skal kunne telle 2 rc radianer, hvilket vil si en periode av utgangsfrekvensen. Utgangsfrekvensen er da bestemt av fasetrinnet multiplisert med frekvensen av det signal som tilføres klokkeinngangspluggen 307, dividert med 2<32>. I praksis nullstilles faseakkumulatoren 31 og lastes så med utgangssignalet fra multiplekseren 353. Et forut bestemt tidsintervall tillates så å passere, hvorunder det signal som tilføres klokkeinngangspluggen 307 trinn-forskyver utgangen fra faseakkumulatoren 301 ved fase som øker i trinn for vedkommende spesielle frekvens. Faseakkumulatoren øker med andre ord i trinn fra 0° fase til 180° ved en spesiell frekvens. Ved hvilken som helst tidspunkt kan utgangen fra faseakkumulatoren 1 forandres ved at en faseforskyvning tilføres fra faseregisteret 331. Faseregisteret 331 kan være lastet i samsvar med kommandosignaler fra prosessorene 215,217, 219. Faseverdien tilføres som inngangssignal til oppslagstabellen 303, som omformer utgangssignal fra faseakkumulatoren 301 (og hvilke som helst ønsket forskyvning) til en digital bit-strøm som representerer et analogt signal. Denne digitale bitstrøm tilføres en inngang til den 10-bits digital/analog-omformer 305, som også mottar amplitudeinformasjon fra regu-latoren 359 for fullt skalautslag. Digital/analog-omformeren avgir da et analogt utgangssignal med bestemt fastlagt frekvens, fase og amplitude. Et utgangssignal på 2 MHz og med 15° faseforskyvning samt en fastlagt topp strømamplitude kan for eksempel avgis som inngangssignal til en bestemt senderantenne.

Figur 6 er et blokkskjema for den digitale signalprosessor 221 i figur 3. I den foretrukne utførelse av foreliggende oppfinnelse omfatter digitalsignal-prosessoren 221 en DSP mikroprosessor fremstilt av Analog Devices i Norwood, Massachusetts, og som betegnet som modell nr ADSP-221. Dette er en mikroprosessor med en enkelt brikke og som anvendes for hurtige numeriske prosess-behandlingsanvendelser. Dens grunnleggende oppbygning 379 utgjør en fullt til— passbar del av ADSP-2100 instruksjonssett. Denne grunnleggende oppbygning omfatter tre uavhengige beregningsenheter, nemlig et skiftregister 371, multiplika-tor/akkumulator 373 samt en aritmetisk og logisk enhet (ALU) 375. En program-sekvenser 369 sørger for mange forskjellige arbeidsfunksjoner innbefattet beting-ede sprang, prosedyreanrop samt tilbakeføringen innenfor en enkelt periode. En dataadressegenerator 367 omfatter to adressegeneratorer. Digitalsignalprosessoren 221 omfatteren serieport 381 som omfatter to inngangskanaler, nemlig inn gangskanal 383 og inngangskanal 385. Tidskretsen 387 frembringer tidssignaler for databehandlingsprosesser og mottar som inngangssignal et klokkesignal fra divisjonskretsen 239 (i figur 3). En ytre adressebuss 289 og en ytre databuss 391 tillater digital kommunikasjon mellom digitalsignalprosessoren 221 og sentralprosessoren 215 i figur 3. Hukommelsen 393 omfatter en programhukommelse 395 og en datahukommelse 397. Slik det er typisk for digitale signalprosessorer, fastlegger datahukommelsen 397 minst to sirkulærbuffere tilordnet serieporter 383, 385, som er innrettet for å motta asynkrone digitale data og lagre disse på ube-stemt tid eller et forut bestemt tidsintervall. Den digitale signalprosessor 221 mottar digitale inngangssignaler over kanalinngangene 383,385 fra en digital/analog-omformer, slik som angitt i figur 3. Mottakerkretsen i figur 3 mottar en strøm som representerer reaksjonen av en bestemt mottakerantenne 211, 213 på elektromagnetisk stråling som forplantes gjennom borehullet. Dette elektriske signal be-handles av de kretskomponenter som er vist i figur 3 og avvist som et inngangssignal til signalprosessoren 221. I den foretrukne utførelse av foreliggende oppfinnelse er mottakerantennen 211 tilsluttet en bestemt inngangskanal til den digitale prosessor 221, mens mottakerantennen 213 er tilsluttet den annen inngangskanal til den digitale signalprosessor 221. Sentralprosessoren 215 (i figur 3) utnytter den ytre adressebuss 389 og den ytre databuss 391 for å komme i forbindelse med en spesiell inngangssignal og lese inn digitale data i sentralprosessoren 215 for behandling. I den foretrukne utførelse av foreliggende oppfinnelse kan digitalsignalprosessoren 221 ta ut dataprøver fra mottakerantennene 211, 213 i en meget høy avsøkningstakt, og som kan avleses periodisk av sentralprosessoren 215 som behandler disse data for å bestemme amplitudesvekkingen og faseforskyvningen for det elektromagnetiske signal som forplanter seg gjennom borehullet. En bestemt rutine for beregning av amplitudesvekking og faseforskyvning vil bli angitt mer detaljert nedenfor i forbindelse med en omtale av feilopphevningmul-ighetene ved foreliggende oppfinnelsesgjenstand. Som en bred oversikt kan det angis at sentralprosessoren 215 kan trekke ut en valgt mengde data fra hver kanal fra digitalsignalprosessoren 221, og ut i fra disse data beregne amplitudesvekkingen og faseforskyvningen for den elektromagnetiske bølge som vandrer gjennom borehullet og forbi mottakerantennen 211 og mottakerantennen 213. I den foretrukne utførelse av foreliggende oppfinnelse, sender en øvre sender et under-søkende elektromagnetisk signal med en bestemt frekvens, og som vandrer ned-

over forbi mottakerantennene 211,213. En bestemt av de nevnte senderantenner 207,209 sender ut et undersøkende elektromagnetisk signal i retning oppover. Målinger fra mottakerkretsen 231 er lagret i inngangskanalene for digitalsignalprosessoren 221 og leses ut av sentralprosessoren 215 på en måte som tillater beregning av amplitudesvekking og faseforskyvning.

Et annet viktig særtrekk ved foreliggende oppfinnelsen skriver seg fra det forhold at en nøyaktig fastlagt energiseirngsstrøm kan anvendes for energitilførsel til en på forhånd fastlagt antenne av senderantennene 203,205, 207, 209. Dette vil fastlegge frekvens, fase og amplitude for det elektromagnetiske utforskningssignal. En enkelt mottakerantenne kan da anvendes for å utføre målingene av de elektromagnetiske utforskningssignal når det passerer gjennom borehullet. Amplitude og fase for dette utforskningssignal kan registreres i hukommelse og sam-menlignet med verdiene for energiseringsstrømmen i hukommelsen. Dette gjør det mulig for en enkelt mottakerantenne å kunne utnyttes for å frembringe et nøy-aktig mål på amplitudesvekking mellom denne spesielle, mottakerantenne og den fastlagte senderantenne samt faseforandringen av utforskningssignalet mellom senderantennen og mottakerantennen. Amplitudesvekkingen og faseforandringen av det elektromagnetiske utforskningssignal når det passerer gjennom formasjonen, angir da resistiviteten av borehullet og den omgivende formasjon.

Figurene 7A, 7B og 7C angir et flytdiagram på høyt nivå og som representerer de loggeprosesser som utføres i samsvar med den foretrukne utførelse av foreliggende oppfinnelse. Figur 7A angir logiske prosesstrinn som utføres av den sentrale prosessor 215. Figur 7B representerer arbeidsfunksjoner som styres av prosessorene 217,219. Figur 2C angir arbeidsfunksjoner som styres av den digitale signalprosessor 221 og sentralprosessoren 215. Senderfunksjonene begynner ved blokk 201. Prosessoren 215 utfører en kalibreringsprosess på mottakerantennene 211,213, slik det vil bli omtalt nærmere andre steder i denne beskrivelse. Etter at kalibreringsfunksjonene er utført, instruerer sentralprosessoren 215 prosessoren 217 til å energisere senderantennen 2230 med 400 KHz strøm. I samsvar med blokk 407 instruerer så sentralprosessoren 215 prosessoren 219 til å energisere senderantennen 209 med 400 KHz strøm. Derpå instruerer sentralprosessoren 215 prosessoren 217 til å energisere senderantennen 205 med

2 MHz strøm, i samsvar med blokk 409. I overensstemmelse med blokk 411 instruerer så sentralprosessoren 215 prosessoren 219 til å tilføre energi til senderantennen 207 med 2 MHz strøm. Prosessoren stopper i blokk 413. I aktuell praksis vil senderfunksjonene bli utført kontinuerlig over forut fastlagte tidsintervaller. Figur 7B angir de reguleringsprosesser som utføres av prosessorene 217, 219 for å bringe de numerisk styrte oscillatorer 223, 225 til å energisere utpekte sendere. Prosessen begynner i blokk 415. Den fortsetter i blokk 417, hvor prosessoren 217 eller 219 klargjør registrene i de numerisk styrte oscillatorer 223 eller 225 med å avgi vedkommende instruksjon. I samsvar med blokk 419, vil da prosessor 217 eller 219 faste inn en forut bestemt verdi i FREKO-registeret og FREK1-registeret. Disse verdier fastlegger frekvensen for den energiseringsstrøm som tilføres en bestemt utpekt senderantenne. I overensstemmelse med blokk 421 laster derpå prosessor 217 eller 219 en forut bestemt faseverdi i faseregisteret for den numerisk styrte oscillator 223 eller 225. Prosessoren 217 eller 219 avgir da et binært kommandosignal til FSELECT inngangspluggen for den numerisk styrte oscillator 223 eller 225 for derved å velge en bestemt driftsfrekvens. I samsvar med blokk 425 tillates så et bestemt tidsintervall å passere. Dette tidsintervall bestemmer hvor mange perioder energiseringsstrøm som tilføres en bestemt senderantenne. Prosessen slutter i programvareblokken 427. Hver gang prosessoren 217 eller 219 instrueres av sentralprosessoren 215 til å energisere en spesielt utpekt senderantenne, utføres vanligvis de angitte prosessortrinn i figur B. Figur 7C angir flytskjema for mottakerfunksjonene. Denne prosess begynner i blokk 429. Prosessen fortsetter i blokk 431, hvor strømmen i mottakerantennene 211,213 avsøkes for prøveverdier av mottakerkretsen 231. I samsvar med blokk 433 blir da disse avsøkningsprøver lastet inn i de korrekte inngangskanaier 283, 285 for den digitale signalprosessor. I overensstemmelse med blokk 435 entrer sentralprosessoren 215 ut utvalgte avsøkningsprøver fra de hukommelses-buffere som er tilordnet inngangskanalene for den digitale signalprosessor. I samsvar med blokk 477, kan eventuelt de uttatte signalprøver modifiseres for å mot-virke feilkomponenter som skriver seg fra «feilkalibrering» av antennen, slik det vil være beskrevet mer detaljert andre steder i denne beskrivelse. I overensstemmelse med programvareblokken 439 kan derpå de digitale signalprøver filtreres enten med et lavpass digitalfilter, et høypass digitalfilter eller båndpass digitalfilter. Alternativt kan middelverdien av signalprøvene utledes over forut bestemte tidsin-

tervaller for å gi stabilitet til prøvetakingen og eliminere innflytelsen av falske eller feilaktige signalprøver. I samsvar med blokk 441 beregnet så amplitudesvekkingen og faseforandringen, slik det vil være beskrevet på andre steder i denne beskrivelse. Prosessen ender til slutt i blokken 443.

Claims (8)

1. Apparat for brønnlogging i et borehull (23) innrettet for å generere loggedata for en bestemt jordformasjon (25), der apparatet omfatter: (a) en programmerbar styreenhet (215,217,219), (b) en sender- (203, 205, 207, 209, 227, 229) og mottaker- (211,213, 231) sammenstilling innrettet for: (i) å utføre minst én måling av den bestemte jordformasjonen ved en første utforskningsfrekvens, og (ii) å utføre minst én måling av den bestemte jordformasjonen ved en andre utforskningsfrekvens, (c) programinstruksjoner lagret på styreenheten og innrettet for å anvende nevnte målinger til å beregne en verdi av den horisontale konduktivitet av den bestemte jordformasjon, karakterisert vedat (d) nevnte programmerbare styreenhet er innrettet for å få tilgang til en modell som kartlegger sammenhenger mellom dielektrisk permittivitet og anisotropisk formasjonskonduktivitet, for en formasjonstype av lignende art som nevnte spesielle formasjon, og (e) der nevnte programinstruksjoner er innrettet for å anvende nevnte målinger og nevnte modell for å beregne verdier for minst en av følgende: (i) en vertikal konduktivitet for nevnte bestemte formasjon, (ii) en horisontal permittivitet for nevnte bestemte jordformasjon, (iii) en vertikal permittivitet for nevnte bestemte jordformasjon, og (iv) en fallvinkel for borehullet.

2. Apparat for brønnlogging i henhold til krav 1, hvor nevnte modell omfatter maskinlesbare data.

3. Apparat for brønnlogging i henhold til krav 1, hvor nevnte minst ene måling ved nevnte andre utforskningsfrekvens ytterligere omfatter to målinger ved nevnte andre utforskningsfrekvens.

4. Apparat for brønnlogging i henhold til krav 1, hvor nevnte programinstruksjoner omfatter programinstruksjoner innrettet for å bestemme spesielt utvalgte av parametrene horisontal og vertikal konduktivitet samt horisontal og vertikal dielektrisk permittivitet ved hjelp av en inversjonsprosess.

5. Fremgangsmåte for brønnlogging i et borehull med det formål å generere loggedata for en bestemt jordformasjon, idet fremgangsmåten omfatter de trinn: (a) å utføre minst én måling som angir en resistivitet av den bestemte jordformasjonen ved en første utforskningsfrekvens, (b) å utføre minst én måling som angir en resistivitet av den bestemte jordformasjonen ved en andre utforskningsfrekvens, (c) å anvende nevnte målinger og en kjent fallvinkel for borehullet for å beregne verdier for minst en av følgende: (i) en horisontal konduktivitet for nevnte bestemte jordformasjon, og (ii) en vertikal konduktivitet for nevnte bestemte jordformasjon,karakterisert vedat den videre omfatter de trinn: (d) å generere en modell som kartlegger sammenhenger mellom dielektrisk permittivitet og anisotropisk formasjonskonduktivitet, for en formasjonstype av lignende art som nevnte spesielle formasjon, og (e) å anvende nevnte målinger og nevnte modell for å beregne verdier for en vertikal permittivitet for nevnte bestemte jordformasjon.

6. Fremgangsmåte for brønnlogging i henhold til krav 5, hvor nevnte modell omfatter maskinlesbare data..

7. Fremgangsmåte for brønnlogging i henhold til krav 5, hvor det å utføre minst en måling ved nevnte andre utforskningsfrekvens ytterligere omfatter det å utføre to målinger av den bestemte jordformasjon ved nevnte andre utforskningsfrekvens.

8. Fremgangsmåte for brønnlogging i henhold til krav 5, hvor nevnte første ut-spømngsfrekvens er en frekvens der den dielektriske effekten er hovedsakelig null mens den dielektriske effekten ved den andre utforskningsfrekvens er større enn null.