NO854236L

NO854236L - Fremgangsmaate og anordning for bestemmelse av stein-egenskaper under anvendelse av tids-omraade dielektrisk spektroskopi.

Info

Publication number: NO854236L
Application number: NO854236A
Authority: NO
Inventors: Michael Kevin Kroeger; John Michael Longo
Original assignee: Exxon Production Research Co
Priority date: 1984-10-26
Filing date: 1985-10-23
Publication date: 1986-04-28
Also published as: FR2572536A1; GB8526376D0; GB2166249A; US4626773A; AU4910585A

Description

Oppfinnelsen vedrører tids-området, fremgangsmåter og sys-temer for å måle høyfrekvente elektriske egenskaper hos stein og steinformasjoner. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen tids-området, fremgangsmåte og sytemer hvor en spenningspuls reflektreres fra en stein og det reflekterte signalet analyseres i tidsområdet for å bestemme høyfrekvente elektriske egenskaper for stein, slik som ledeevnen og dielektrisitetskonstant.

Mange kommersielt betydelige anvendelser eksisterer for fremgangsmåter ved hvilken de elektriske egenskaper for stein kan måles. Eksempelvis vises betydningen av høyfrekvensdielek-trisitetskonstant måling innenfor området av petroleumsut-vinning og produksjon ved den nylige tilsynekomst av frekvens-området (frequency-domain) dielektriske loddingsverktøy, som opererer på ca. 20 MHz og på 1,1 GHz. Målinger av den komplekse dielektrisitetskonstanten (også henvist til som "kompleks dielektrisk permitivitet"), og ledeevnen for stein kan anvendes til å evaluere viktige reservoaregenskaper, slik som porøsitet, olje/gass-metning, og mineralsammensetning. Dielektriske målinger ved høy frekvens, særlig MHz-GHz-området, er særlig nyttige på grunn av at de kan tilveiebringe reservoarinformasjon som er mindre påvirket av saltinnholdet i saltvann enn det som kan oppnås ved å anvende lavfrekvente anordninger, slik som induksjonsloddingsverktøy.

Gjennom hele denne beskrivelse, innbefattende kravene, vil betegnelsen "stein" bli anvendt til å betegne den brede klassen av mineralmasser eller aggregater som innbefatter de stein som er knyttet til en stiv grunnmasse, leirer som er knyttet til en halv-stiv grunnmasse, og porøse stein mettet med en hvilken som helst væske, gass eller væske-gass-blanding.

Frekvens-området-teknikker er blitt utviklet for å måle dielektriske egenskaper for stein. Eksempelvis er et borehull-loggingsverktøy, som er i stand til å måle bevegelses tiden og dempningen for en elektromagnetisk bølge som har frekvensen 1,1 GHz mellom to mottakere anbragt i et borehull, beskrevet i Wharton et al, "Electromagnetic Pro-pagation Logging: Advances in Technique and Interpretation", dokument SPE 9267 gitt på "SPE Annual Technical Conference and Exhebition, Dallas, Texas, USA, 21-24 september 1980. Wharton et al, beskriver bestemmelsen av dielektrisitetskonstanten for en underjordisk jordformasjon som er hosliggende borehullet ved analyse av den målte bevegelsestiden og dempningen. Et laboratoriesystem for bestemmelse av komplekse dielektriske permitiviteter og ledeevne er beskrevet i Rau et al, "Measurement of Core Electrical Para-meters at Ultrahigh and Microwave Frequencies", Journal of Petroleum Technology, november 1982, sidene 2689-2700. Rau et al omhandler teknikken ved å reflektere fra (eller sende gjennom) en maskinert steinprøve en elektromagnetiske bølge som har en valgt frekvens i området 100 MHz til 2 GHz. Prøveholderen som beskrives i Rau et al, er en stiv, koaksial luftfylt transmisjonslinje med standard koaksial kopling

ved hver ende. Den målte steinprøven må maskineres for å passe tett inn i rommet mellom midtlederen og ytterlederen i den koaksiale transmisjonslinjen, og prøven må kuttes til en kjent nøyaktig lengde. G.S. Huchital et al, "The Deep Propargation Tool (A New Electromagnetic Logging Tool"), dokument SPE 10988, gitt på det 56 Annual Fall Tech. Conference, 1981, beskriver et elektromagnetisk logg ingsverktøy som opererer på en frekvens i titalls av MHz-området. Huchital et al.-verktøyet måler faseforskyvning og dempning hos en elektromagnetisk bølge som forplanter seg mellom mottaker anbragt i et borehull.

J.P. Poley et al, "Use of V.H.F. Dielectric Measurements for Borehole Formation Analysis", The Log Analyst, 1978, (May-June), sidene 8-30, og R.P. Mazzagatti et al, "Laboratory Measurement of Dielectric Constant Near 20 MHz", gitt på the SPE58th Annual Techical Conference andExhebition, San Francisco, California, USA, 5-8 oktober 1983, beskriver også frekvensområdet teknikker for å måle dielektriske egenskaper ved stein. Poley et al, beskriver teknikker for å foreta målinger på valgte frekvenser i området 1,5 kHz til 500 MHz og i området 300 MHz til 2,4 GHz. For målinger i området 1,5 kHz til 500 MHz, beskriver Poley et al måling av skiveformet steinprøver plassert mellom parallell plateelektroder i en prøveholder. For målinger i et 3 00

MHz til 2,4 GHz-området, beskriver Poley et al målinger av maskinerte prøver anbragte i den ringformede regionen mellom lederne i en koaksial transmisjonslinje. Mazzagatti et al, beskriver målinger av sylindriske steinprøver som holdes mellom de parallelle platene i en celleholder ved å bestemme refleksjonskoeffisienten for en elektromagnetisk bølge (som har valgt frekvens fra området 2-100 MHz), etter som den elektromagnetiske bølge bevirkes til å reflektere fra stein-prøven.

Frekvens-området teknikker av den type som det er vist til ovenfor, tillater bestemmelse av den komplekse dielektriske konstant på kun en frekvens som resultatet av .hver måling. For å måle ledeevnen og for å ekstrahere dielektrisitetskonstant informasjonen innenfor et bredt område av frekvenser, krever konvensjonell frekvens-området teknikk tidskrevende flertallsmålinger på hver av et antall forskjellige frekvenser. I tilfellet av konvensjonelle dielektriske loggings-verktøy av den type som det er vist til ovenfor, er det særlig vanskelig og tidskrevende å foreta målinger på flere forskjellige frekvenser, på grunn av at hver slik måling krever bruk av et annet verktøy. Vanlig laboratorieteknikk av den type som er henvist til ovenfor, krever i tillegg det van-skelige og tidskrevende trinn med å maskinere massive prøver til å passe inn i prøveceller fulgt av datasamling på et utall frekvenser.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er ikke en frekvens-området teknikk. I stedet er den en tids-området dielektriskspektroskopisk teknikk ved hvilken frekvensav-hengigheten av en steins komplekse dielektrisitetskonstant over et bredt frekvensområde av fra ca. 1 MHz til flere GHz, samt steinens ledeevne, kan bestemmes ved en enkelt måling. Gjennom hele denne beskrivelse vil tids-området spektro-skopien noen ganger bli betegnet som "TDS". TDS letter bestemmelse av en prøves elektriske egenskaper fra reell-tidsmålinger av transientstrømmer som følger påføringen av en spenningspuls til prøven. Teorien for TDS er omhandlet i "Fourier, Hadamard, and Hilbert Transforms in Chemistry", redigert av A.G. Marshall, sidene 183-206 (Plenum Press,

New York og London 1982).

TDS teknikker er blitt anvendt til å bestemme elektriske egenskaper hos væsker. Se eksempelvis U. Kaatze et al, "Dielectric Relaxation Spectroscopy of Liquids; Frequency Domain and Time Domain Experimental Methods", J. Phys. E: Sei. Instrum., 13_, 1980, sidene 133-134, og M. J.C. van Gemert, "High-Frequency Time-Domain Methods in Dielectric Spectroscopy", Phillips Res. Repts., 2_8, 1973, sidene 530-572. På tilsvarende måte er TDS teknikker blitt anvendt til å måle elektriske egenskaper hos pulveriserte materialer som er presset inn i en koaksiallinje prøvecelle. Se B.C. Bunker et al, "A Study of the Rate of Intervalence Electron Transfer Using Time Domain Reflectometry", J. Am. Chem. Soc., 103, 1981, sidene 4254-4255, og B.C. Bunker et al, "Electron-Transfer Rates in Mixed-Valence Europium Sulfide by Time Domain Refleetometry", J, Am. Chem. Soc. 104, 1982, sidene 4593-4598.

Bruken av en TDS-teknikk for å måle dielektriske egenskaper hos oljeskifer er også blitt omhandlet i M.F. Iskander,

"A Time-Domain Technique for Measurement of the Dielectric Properties of Oil Shale During Processing", Proceedings of the IEEE, 6_9, No. 6,June 1981, sidene 760-762. Dokumentet

fra Iskander et al, omhandler bruken av en liten shunt-kondensator som avkutter en koaksiallinje-seksjon som en prøveholder. Prøven som skal måles plasseres til å fylle et gap mellom den indre lederen av koaksialledningen og en avsluttende metallplate. Således er størrelsen av prø-vene som kan måles ved systemet ifølge Iskander et al, be-grenset av størrelsen av gapet mellom den indre lederen og den avsluttende metallplaten i prøveholderen. Det ville således være upraktisk å anvende systemet ifølge Iskander et al for å måle egenskapene ved steinprøver "(eller steinformasjoner) som er for store til å kunne opptas i prøve-holderen i et slikt system.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og system for å måle elektriske egenskaper ved stein under anvendelsen av tids-området spektroskopi. Steinen som skal karakteriseres plasseres i direkte kontakt med den i alt vesentlige flate siden av en prøvecelle. Endene av prøvecellene motsatt den flate siden koples elektrisk til en koaksiallinje. Den flate siden for prøvecellen har en elektrisk ledende region som er elektrisk koblet til den indre lederen av koaksiallinjen, og den ytre ledende region som er elektrisk koblet til den ytre lederen av koaksiallinjen.

En spenningspuls avgis fra en pulsgenerator inn i koaksiallinjen, slik at den forplanter seg mot prøvecellen og igjennom prøvecellen til steinen. Et returspenningssignal som reflekteres fra steinen detekteres etter som den forplantes tilbake mot pulsgeneratoren. Elektriske egenskaper hos steinen, slik som dielektriske konstanten, ledeevnen, og dielektrisk relaksasjonstid bestemmes av det detekterte returspenningssignalet. Porøsiteten, vannmetningen, og leire-innholdet i steinen kan altså bestemmes av det detekterte re-tur spenning s signalet .

Fremgangsmåten kan utføres automatisk under anvendelse av

et spesielt utformet system som omfatter en prøvecelle av den type som er beskrevet. I en utførelsesform er prøve-cellen, koaksiallinjen, spenningspulsgeneratoren og det returspenningssignaldetekterende middel anbragt i et borehull som traverserer over en underjordisk jordformasjon,

for å måle elektriske egenskaper i den underjordiske jord-formasjonen. I en annen utførelsesform. er systemet innrettet til å karakterisere steinprøver i et laboriatorium via enkel, ikke-destruktive målinger som kan gjentas hurtig. Fig. 1 er et blokk-skjerna over en foretrukket utførelses-form av det automatiserte målesystem ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et tverrsnittriss av en foretrukket utførelses-form av prøvecellen ifølge oppfinnelsen, samt en prøve og en prøveplattform, som viser en måte ved hvilken prøve-cellen kan anvendes til å måle egenskaper mot en prøve.

Fig. 3 er et tverrsnittriss, tatt langs linjen 3-3 i fig.

2, av prøvecellen vist i fig. 2.

Fig. 4(a) er et diagram som representerer en spenningspuls Vo(t), av den type som avgis fra pulsgeneratoren ifølge oppfinnelsen mot en stein, og et returspenningssignal, V(t)

som skyldes refleksjoner av spenningspulsen Vo(c) fra steinen.

Fig. 4(b) er et diagram som repre.senterer et signal Vo(t) - V(t), som har amplitudlik differanse mellom amplitudene for signalene Vo(t) og V(t). Fig. 5 er en plotting over formasjonsfaktorer, bestemt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, for førti-en sandsteins-prøver, relativt porøsiteten for prøvene bestemt uavhengig. Fig. 6 er et vertikalriss av prøvecellen ifølge oppfinnelsen, og en porøs kjerneprøve som illustrerer en måte ved hvilken

fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes til å over-

våke posisjonen for en ledende fluidumsfront etter som den beveger seg gjennom prøven. Fig. 7 er et diagram som representerer ledeevnen for en porøs prøve, målt med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen som en funksjon av tid, etter som en ledende fluidumsfront beveger seg gjennom den målte prøveregionen. Fig. 8 er et skjematisk riss over en utførelseform av systemet ifølge oppfinnelsen, innrettet for måling av elektriske egenskaper hos en underjordisk formasjon som traverseres av et borehull.

Fig. 1 illustrerer skjematisk en foretrukket utførelses-

form av det automatiserte målesystemet ifølge oppfinnelsen. Systemet i fig. 1 er i stand til enkel-kanals eller dobbeltka-nals prøvetaker. For dobbelt-kanals prøvetaker, plasseres \ prøvecellen inn i elektrisk kontakt med en stein 3 som skal karakteriseres, og prøvecellen 2 plasseres i elektrisk kon-

takt med referanseprøven 4. Referanseprøven 4 kan være enten en steinprøve, eller en ikke-steinprøve. Prøvecellene 1 og 2

er av den type som skal omtales i detalj nedenfor med henvisning til fig. 2 og 3. Pulsgeneratoren 12 avgir en spenningspuls inn i koaksiallinjen 11. Spenningspulsen forplanter seg langs koaksiallinjen 11 og deles i effektdeler 10 i to i alt vesentlig identiske spenningspulser. En av spenningspulsene forplanter seg gjennom koaksiallinjen 13, prøve-

takeren (noen ganger alternativt betegnet her som "detektoren") 6, koaksiallinjen 20 og en prøvecelle 1 til steinen 3. Den andre forplanter seg gjennom koaksiallinjen 9, prøve-takeren (noen ganger alternativt betegnet her som "detektor")

8, koaksiallinjen 22, og prøvecellen 2 til referanseprøven 4. Spenningspulsene detekteres etter som de forplanter seg gjennom en av prøvetakeren 6 og 8, og utmatningen fra hver prøvetaker tilføres oscilloskop 14. Impedansene for linjen 20 og cellen 1, og linjen 22 og cellen 2 er avstemt til hver-

andre. For enkelt-kanals prøvetaker blir en av koaksiallinjene 9 og 13 frakoblet effektdeleren 10 og den andre av koaksiallinjen 9 og 13 kobles direkte (kort-sluttes) med koaksiallinjen 11.

For enkelhets skyld vil den etterfølgende diskusjon kun re-ferere til målekanalen som omfatter prøvecellen 1. Det skal forstås at beskrivelsen gjelder like godt målekanalen som omfatter prøvecellen 2. Steinen 3, har rent generelt ulike forplantningskarakteristika i forhold til prøvecellen 1,

og representerer således en impedansfeiltilpasning med hensyn til prøvecellen 1. Spenningspulsen som er innfallende på steinen 3, Vo(t), blir delvis reflektert og delvis sendt mot grensesnittet mellom prøvecellen 1 og steinen 3. Mange slike refleksjoner opptrer deretter både ved front og bak-sidene av steinen. De reflekterte komponenter av spenningspulsen forplantes som spenningssignal V(t) tilbake gjennom prøvecellen 1, linjen 20 og prøvetaker 6 til oscilloskopet 14, hvor V(t) behandles og fremvises. Utseendet av spenningssignal V(T), vil bli omtalt nedenfor med henvisning til figur-ene 4 (a) og 4 (b). Signal V(t), og den innfallende spennings-impuls Vo(t) analyseres ifølge en'tids-området spektroskopisk teknikk som skal beskrives nedenfor med henvisning til fig.

4 (a) og 4 (b). Slik analyse vil gi ledeevnen, den dielektriske relaksasjonstiden, og den komplekse dielektrisistetskonstanten for steinen 3 over et bredt frekvensområde, som kan strekke seg fra ca. 1 MHz eller mindre til ca. noen få

GHz eller mer.

Analysen kan utføres ved å anvende en datamaskin 16 koplet

til oscilloskopet 14. Registreringsmidlet 18 kan kobles til oscilloskopet 14 og datamaskinen 16 for å registrere signalet som fremvises i oscilloskopet, utmatningen fra datamaskinen 16 eller begge.

Egnede komponenter for systemet i fig. 1, med unntagelse av egnede prøveceller 1 og 2 kan velges fra de som er kommersielt tilgjengelige. Man har funnet at en modell 7854 oscilloskop produsert av Tektronex, Inc. med 7S11 prøvetaker \ innplugging og 7S12 TDS innplugging er egnet til bruk som oscilloskopet 14. Man har også funnet at^prøvetaker-hoder fra Tektronix, Inc. Modell S6 er egnet til bruk som prøve-taker 6 og 8, og at en pulsgenerator fra Tektronix, Inc.

modell S52 eller modell S54 er egnet for bruk som pulsgenerator 12. En grafikk-datamaskin fra Tektronix, Inc. modell 4054, med 256 K trans Era tilleggslager kan anvendes som datamaskin 16. En digital-bånddrivanordning fra Tektronix, Inc, modell 4924, kan anvendes som registreringsmiddel 18. Alternativt er en TDR kabel-tester, fra Tektronix, Inc., slik som modell 1502 og 1503, egnet til bruk i en enkel-kanals utførelse, til å tjene funksjonen for oscilloskopet 14, prøvetakeren 6, og pulsgeneratoren 12 direkte koplet ved hjelp av en koaksiallinje til prøvetakeren 6.

Den foretrukne utførelsesform av prøvecellene 1 og 2 (vist

i blokkform i fig. 1), er vist som prøvecelle 52 i fig. 2.

Fig. 3 er et tverrsnittriss av prøvecellene i fig. 2, tatt langs linjen 3-3. Prøvecellen 52 innbefatter innerlederen 54, ytterlederen 58 og det dielektriske avstandsmaterialet 60. Ytterlederen 58 er koaksial med innerlederen 54. Prøvecellen 52 har en i alt vesentlig flat side 56 ved en ende. Innerlederen 54 og ytterlederen 58 avsluttes med flaten 56, slik at termihaloverflaten av lederen 54 og 58 danner ledende regioner hos flaten 56. To slike ledende regioner er adskilt av en region fylt med dielektrisk avstandsmateriale 60. Flaten 56, når den betraktes fra en posisjon på den langs-gående aksen av prøvecellen 52, ha det samme utseende som tverrsnittrisset av prøvecellen 52 vist i fig. 3. Prøve-cellen 52 kan lett plasseres i elektrisk kontakt med en stein ved å bringe flaten 56 hos prøvecellen 52 i kontakt med steinoverflaten.

Selv om den ytre lederen 58 er vist i fig. 3, til fullstendig

å omgi den indre lederen 54, skal det forstås at den ytre lederen 58 alternativt kan formes slik at den generelt koaksialt omgir den indre lederen 54, men allikevel ikke fullstendig omgir den indre lederen 54. Eksempelvis kan den ytre lederen 58 koaksialt omgi den indre lederen i kun tre kvadranter av flaten 56, slik at en stråle som trekkes på flaten 56 uttad fra midten av den indre lederen 54 ikke vil skjære den ytre lederen 58 i en kvadrant av flaten 56. Alternativt kan den ytre lederen 58 bestå av to eller flere separerte sektorer av et sylindrisk legeme, slik at den ytre ledende regionen av flaten 56 består av to eller flere separate bueformede regioner, som hver danner en del av en ring som koaksialt omgir den indre ledende region.

Det bør også forstås at den i alt vesentlig flate flaten 56 ikke trenger å være plan slik som vist i fig. 2. I stedet kan flaten være bueformet (slik flaten er på prøvecellen 154 vist i fig. 6, som er av den samme generelle type som prøvecellen 52), eller forøvrig ikke-plan. Uttrykket "i alt vesentlig flat flate" vil blit anvendt gjennom hele denne søknad, innbefattende kravene, for å betegne en prøvecelle-flate som er tilstrekkelig glatt til å kunne være i stand til å plasseres i kontakt med en generelt glatt steinprøve som er av interesse på en slik måte at begge ledende regioner-av flaten er i elektrisk kontakt med prøven.

Enden av prøvecellen 52 motsatt flaten 56 er koblet til

endene av en koaksialledning (ikke vist i fig. 2) på en konvensjonell måte (vist i fig. 8, med henvisning til den elektriske kobling mellom prøvecellen 108 og koaksiallinjen 115) slik at den indre lederen 54 er elektrisk koblet til den indre lederen av koaksiallinjen og den ytre lederen 58 er elektrisk koblet til den ytre koaksiallederen av koaksiallinjen.

De elektriske avstandsmaterialer 60, den koaksiale geometri for cellen, og den spesielle måten for å forbinde prøvecellen 52 med koaksiallinjen, bør velges slik at impedansen for cellen

52 og koaksiallinjen koblet dertil er tilpasset hverandre.

Man har funnet at teflon er egnet til bruk som avstandsmaterialet.60.

Det vil forstås at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan utføres ved å anvende en elektrisk linje som ikke er koaksiallinje, altså en erstatning for koaksiallinjen i den ut-førelsesform som er omtalt ovenfor. Det er vesentlig at denne tekniske linjen som anvendes har to adskilte elektriske ledere. Et trådpar ville være egnet. På tilsvarende måte trenger prøvecellen ifølge oppfinnelsen ikke å ha en indre og ytre ledende region som inngår i den i alt vesentlig flate side, slik prøvecellen 52 vist i fig. 2 og 3 gjør. I stedet trenger den i alt vesentlige flate siden av prøvecellene ifølge oppfinnelsen kun å ha to adskilte ledende regioner, imidlertid formet, hvor hver ledende region er elektrisk koblet til en annen av de to lederne i den elektriske linjen.

De to ledende regioner hos prøvecellen bør adskilles fra hverandre med en dielektrisk substans, som kan være et fast avgangsmateriale slik som teflon, eller kan være et gass-formet dielektrisk materiale, slik som luft.

Det bør også forstås at selv om prøvecellen 52 er vist til

å ha et parti med stor diameter (partiet hosliggende steinen 50), og et parti med mindre diameter (partiet adskilt fra steinen 50 av partiet som har stor diameter), ligger det innenfor oppfinnelsens omfang at prøvecellen kan ha en hvilken som helst form, forutsatt at den er formet slik at den har en i alt vesentlig flat side, hvilken side har to ledende regioner som er adskilt av dielektriske materialer. Eksempelvis kan prøvecellen være sylindrisk, og således ha en i alt vesentlig konstant diameter over sin lengde. Dessuten bør det forstås at diameteren (eller diameterene, hvis prøvecellen består av to eller flere partier som hver har en ulik diameter, eller hvis dens diameter varierer langs dens lengde),

av prøvecellen ifølge oppfinnelsen, kan være enten større enn, mindre enn eller identisk med diameteren for den elektriske

linjen (som kan være en koaksial linje), til hvilken den er tilkoblet. I realiteten kan prøvecellen ifølge oppfinnelsen bestå av partiet av selve den elektriske linjen, forutsatt at endeflaten for den elektriske linjen er i alt vesentlig flat og at endeflaten omfatter to ledende regioner adskilt av dielektrisk material.

Det kan være ønskelig å anvende system ifølge oppfinnelsen

til å måle de elektriske egenskaper hos steiner mettet med væske, samt tørr stein. Fig. 2 illustrerer hvorledes prøve-cellen 52 kan anvendes til å måle dielektriske egenskaper hos stein 5 0 mettet med væske 72. Væsken 72 befinner seg i en kopp 68. Steinen 50 nedsenkes i væsken 72 og hviler,

på bunnen av koppen 68. En fjærbelastet plattform 70 presser steinen 50 mot flaten 56 av prøvecellen 52, for å muliggjøre de ønskede målinger. Det vil forstås at plattformen 70 og koppen 68 kan anvendes til å muliggjøre målinger av stein 50, uansett om steinen 50 er mettet med væske eller hvorvidt væske 72 befinner seg i koppen 68.

Måten ved hvilken målte data analyseres ifølge oppfinnelsen vil bli omtalt med henvisning til fig. 4 (a) og 4 (b). Fig.

4 (a) viser en spenningspuls, Vo(t) av den type som angis av pulsgeneratoren ifølge oppfinnelsen inn i en koaksialledning mot en stein. Det antas for beskrivelsens formål at fig. 4 (a) og 4 (b) at steinen er et dielektrikum og kjenne-tegnes ved ledeevnen eller konduktiviteten a. Fig. 4 (a) viser også et returspenningssignal, V(t), av den type som

er resultatet av refleksjoner av spenningspuls Vo(t) i en stein plassert motliggende den flate siden av prøvecellen ifølge oppfinnelsen. Signaler V(t) og Vo(t) reflekteres i en av eksemplene 6 og 8 (vist i fig. 1), og blir deretter fremvist og/eller registrert. Signalene Vo(t) og V(t) kan ut-strekkes av oscilloskopet 14 (vist i fig. 1), forut for frem-visning eller registrering, til signaler som har en egnet tids-

skala for å tillate analyse. Hvis Vo(t) genereres til å ha tilstrekkelig hurtig stigetid, gir Fourier-analyse av Vo(t) og returspenningssignalet V(t) bred-bånd dielektrisi-tetskonstans-informasjon, innbefattende høyfrekvens informasjon, ekvivalent med den som kan bestemmes kun ved å følge mange separate utførelser av konvensjonelle frekvens-område-teknikker. Hvis eksempelvis Vo(t) har en stigeside mindre enn 50 pikosekunder, vil praktisering av oppfinnelsen medføre henting av dielektrisitetskonstant informasjon med frekvenser opptil 10 GHz. Egnede pulsgeneratorer som er i stand til å generere spenningspulser som har stigetid i størrelsesorden 50 pikosekunder, er kommersielt tilgjengelig. Generelt tillater oppfinnelsen hensynet av dielektrisitetskonstantinforma- \ sjon over et område av frekvenser (noen ganger henvist til her som frekvens "vinduet" for systemet ifølge oppfinnelsen) fra ca. (Tw) \ hvor Tw er varigheten av pulsen Vo(t) opp til ca. (2Tr) ^, hvor Tr er stigetiden for pulsen Vo(t).

Med hensyn til hva som er beskrevet i dette avsnittet og det etterfølgende, skal det antas at spenningspulsen Vo(t) i fig. 4 (a) vil forplante seg gjennom prøvetakeren 6, altså gjennom koaksiallinjen 20, og deretter gjennom prøvecellen 1. Grensesnittet mellom prøvecellene 1 og steinen'3 representerer en impedans feiltilpasning som bevirker en første del av energien i pulsen Vo(t), til å bli reflektert først derfra. Denne første del av den reflekterte energien fremtrer som den relativt korte negative "brodd" i retursignalet V(t). Det faktum av amplituden av brodden i V(t) er negative, kan forståes ved å bemerke at Vo(t) vil bli reflektert tilbake 18 0° ut av fase fra en kortslutning, og å bemerke at initialrefleksjonen fra steinen er lik refleksjonen fra en kortslutning i koaksiallinjen 20.

Delen av retursignalet V(t) til høyere for den negative brodd

i fig. 4 (a) representerer en sakte stigning til en asympto-tisk spenningsverdi V°°. Denne del skyldes refleksjoner av en-

ergien i spenningspulsen Vo(t) innenfor steinen etter ini-tialtransmisjonen av slik energi forbi grensesnittet mellom prøvecellen og steinen. For en steinprøve som har en endelig ikke-null ledeevne, a, V°°vil være mindre enn Vo, og større enn -Vo, hvor Vo(t) Vo etter som t ^ 00. Etter som a øker vil størrelsen av V00 minske mot -Vo. For en stein som har null ledeevne, vil V00være lik Vo. I dette sistnevnte tilfellet vil størrelsen av signalet vist i fig. 4 (b) som har amplitude lik Vo(t) -V(t) nærme seg null etter som t<*>00.

Ved å analysere signalene V(t) og Vo(t) blir steinens di-elektrisitetskonstans og ledeevne bestemt pa den følgende måte. Det skal forstås at gjennom hele denne beskrivelse, innbefattende kravene, anvendes uttrykket "målinger av dielektrisitetskonstanten \av en steinprøve", og varianter av dette uttrykk, til å bety måling av dielektrisitetskonstanten for steinen på hver frekvens som er av interesse i frekvensvinduet for det anvendte systemet. For å beregne dielektrisitetskonstanten ved hver frekvens i frekvensvinduet på systemet, blir signalene V(t) og Vo(t) Fourier-transformert (eller en side Fourier eller "Laplace" transformasjoner utføres på V(t) og Vo(t)). Det er mere hensiktsmessig å Fourier-transformere nummerisk sum og differanse-signalene Vo(t)-V(t) og Vo(t)+V(t) i stedet for å Fouriere-transformere direkte de individuelle signaler Vo(t) og V(t). Den diskrete Fourier-transformasjon av differansesignalet, Vo(t) - V(t), kan utføres nummerisk til å generere kvantiteten

N

Vo(w)-V(w) = AtE (cos(wnAt) - jsin(wnAt)) (Vo(nAt) - V(nÅt))

n=0

på hver frekvens w i frekvensvindu for systemet, hvor NAt er tidsområdet over hvilket signalet Vo(t) - V(t) strekker seg, og At er et valgt lite tidsinkrement. Samulon Fourier-transf ormas jonen av signalet Vo(t) + V(t) kan utføres nummerisk til å generere kvantiteten

N

jw(Vo(w) + V(w) = (cf>/sin<|>) eJ E (cos (wnAt) - jsin(wnAt)<*>

n=l

Dielektrisitetskonstanten e<*>(w) er så gitt av uttrykket

er den effektive prøvecellelengden som representerer inn-tregningsdybden i steinprøven av det elektriske feltet på grunn av spenningspulsen Vo(t). Den effektive prøvecelle-lengden d, kan måles ved å måle ledeevnen, a , for en referan-seprøve som har kjent ledeevne ved å utføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen på referanseprøven, og så løse for d i ledeevneligningen a = Ec (Vo-V00) / (Vo+V°°) , som skal omtales

d

i nærmere detaljer nedenfor.

Ved en variant av teknikken beskrevet ovenfor for måling av

en steins dielektrisitetskonstant, kan en reflektert puls Vr(t) fra en referanseprøve måles (slik som ved å anvende målekanalen som innbefatter prøvecellen 2, i systemet vist i fig.

1), i stedet for innfallende puls Vo(t), og anvendes, med reflekterte puls V(t) (som reflekteres fra steinprøven av interesse), for å bestemme dielektrisitetskonstanten (w)

av en steinprøve som er av interesse. I et slikt tilfelle er Fourier-transformasjonen, Vr(w), av reflektert puls Vr(t) relatert til Fourier-transformasjonen, Vo(w) for den innfallende puls Vo(t) ved VR(w) = (1 - jX)/(l + jx) Vo(w). Dielektrisitetskonstanten e<*>(w) for steinprøven som er av interesse er gitt av det følgende uttrykk i dette tilfellet:

er dielektrisitetskonstanten for referanseprøven ved frekvens w, x er definert ovenfor, og ei(w) er gitt ved Faktoren xcoth(x) tar i betraktning forplantingsvirkninger og er gitt ved pluss eller minus høyere ordens uttrykk i X§.. For frekvenser, w, i det praktiske området som er av interesse (dvs. for w ikke overskridende flere GHz), xcoth(x) er omtrent lik 1 - _1 (wd/c) 2e* (w) . Med denne approksimasjon, er e* (w) omtrentelig lik e3(w), hvor

For frekvenser mindre enn 1 GHz, er Xd 2typisk uvesentlige. Ved frekvenser under ca. 1-3 GHz, vil uttrykket for £ 3(w) som er gitt i det foregående avsnitt, være en nær approksimering til den aktuelle steinens dielektrisitetskonstant, e (w).

Ved frekvenser høyere enn ca. 1-3 GHz, vil det beskrevne uttrykket for ea(w) ikke ta godt nok hensyn for fler-refleksjoner innenfor koaksiallinjene i målesystemet. For å genere-rere et estimat, e ■» (w) , for steindielektrisitetskonstansen, £ (w), som ikke adekvat tar hensyn til slike fler-refleksjoner bør man korrigere den omtrentelige verdi,£3(w) som følger:

hvor A(w), B(w) og C(w) er kalibreringskonstanter bestemt ved å utføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen på tre referanse-prøver som har kjente dielektrisitetskonstanter, og så for hver frekvens, w, av interesse, ved å substituere hver av de tre kjente dielektrisitetskonstanter for ejw) i overnevnte ligninger, og å løse de resulterende tre samtidige ligninger for de tre ukjente parametere A(w), B(w), og C(w).

En steinprøves ledeevne kan bestemmes uten å Fouriere (eller

Laplace) tranformere de målte signaler (Vo(t) og V(t)), ved

å identifisere ledeevnen, a, som a = k (Vo - V°°)/Vo + V00),

hvor k er en kalibreringskonstant for den anvendte prøve-cellen. Kalibreringskonstanten<er lik Ec/d, hvor c er lys-hastigheten i vakuum, E er permitiviteten for et vakuum (E = 8,85 X 10 farad/m), og d er den effektive prøvecellelengden. Kalibreringskonstanten k, og den effektive prøvecellelengden

d, for en hvilken som helst utførelsesform av prøvecellen ifølge oppfinnelsen, kan måles ved å utføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen på en prøve med kjent ledeevne, og så å løse den første ligningen i dette avsnitt for den ukjente kalibreringskonstanten <.

Ved å analysere data målt i følge oppfinnelsen, kan ytterligere informasjoner vedrørerende den målte steinprøven (utover steinens ledeevne og dielektrisitetsfrekvens) ekstraheres. For

_i

eksempel kan relaksasjonstidenx = (2Trfr) , for steinen bestemmes ved å identifisere reiasjonsfrekvensen, fr, som følger. Man oppnår først signaler V(t) og Vo(t), og behandler den som beskrevet ovenfor for å ekstrahere steinens dielektrisitetskonstant på frekvenser i frekvensvinduet for det anvendte system. Når man så har behandlet signalene V(t), og Vo(t), vil det observeres at lave frekvenser (lavere enn fr), etter som frekvensen øker, vil den imaginære komponenten for dielektrisitetskonstanten for steinen øke. Ved høye frekvenser (høyere enn fr), vil den imaginære komponenten av dielektrisitetskonstanten minske med økende frekvens. Relaksasjonsfrekvensen fr identifiseres som minimumsfrekvensen over hvilken de imaginære komponentene av dielektrisitetskonstanten minsker med økende frekvens.

Ved å måle ledeevnen for en stein mettet med væske av kjent ledningsevne ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, kan porøsiteten for steinen (som eksempelvis kan være en kjerne-prøve ekstrahert fra en underjordisk jordformasjon) bestemmes ved å innføre de målte ledningsevner i kjente empiriske for hold (slik som Archie's lov, ( ob/ °r^ = 4> _ 2' hvor er ledningsevnen for væske og ar er den målte ledningsevnen for den mettede steinprøven), idet slik ledningsevne er relatert til porøsiteten, og så løse for porøsiteten. Vannmetningen i en stein (slik som en kjerneprøve ekstrahert fra en underjordisk jordformasjon), kan likeledes bestemmes ved å anvende kjente empiriske forhold mellom ledningsevne og vann-metning, og to ganger måle steinens ledningsevne ifølge fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, en gang når steinen er mettet med formasjonsvann, og en andre gang, når prøven er tørr.

Eksempelvis har man målt ledningsevnen for sandsteinkjerne-prøver med systemet vist i fig. 1, med en flat prøvecelle av den type som er vist i fig. 2 og 3. Kjerneprøvene ble ekstrahert fra et borehull som traverserte et petroleumsreservoar. Det ble først målt rene, tørre kjerner, og så ble målingene gjentatt etter metning av kjernene med en væske (saltvann)

med kjent ledningsevne. Formasjonsfaktoren, F = ar/ a^, for hver kjerne ble beregnet, hvor ar er den målte ledningsevnen for den mettede kjernen og aj-, er ledningsevnen for saltvannet. Ved å plotte den målte formasjonsfaktoren, F, relativt porøsi-teten, §, bestemt uavhengig av TDS-målingene som er gjort ifølge oppfinnelsen, for hver prøvetaker, blir det etablert at prøvetakerne var godtkarakterisertav en lov av Archie-typen, nemlig F = ar/ab= A + B<$ >°, hvor A, B og C er konstan-ter, med konstanten C lik 1,74. Plottingen er vist som fig. 5.

Fremgangsmåtem ifølge oppfinnelsen kan utføres ett antall ganger under valgte tidsperioder for å overvåke eventuelle endringer i dielektrisitetsegenskapene og ledeevnen for den målte steinen. Eksempelvis kan fremgangsmåten gjentas et antall ganger for å overvåke i reell tid elektriske egenskaper slik som ledningsevne og dielektrisitetskonstant for kjerne-prøver (ekstrahert fra en underjordisk jordformasjon) under strømningseksperimenter. Fig. 6 er et riss av en generelt sylindrisk porøs kjerneprøve 150, med prøvecellen 154 plassert hosliggende den stort sett sylindriske overflate. Prøve-cellen 154 er av den samme typen som omtalt ovenfor med henvisning til fig. 2 og 3. Under et flømmingseksperiment kan ledende fluidum (slik som saltvann), eller ikke-ledende fluidium, bevirkes til å strømme gjennom kjerneprøven 150 fra venstre mot høyre. Spenningspulser kan gjentatte ganger av-sendes mot prøven 150 gjennom prøvecellen 154, ved valgte tidsintervaller, og ledningsevnen og/eller dielektrisitetskonstanten (eller bare dielektrisitetskonstanten, i til-feilet hvor ikke-ledende fluidium anvendes), for prøven 150

i regionen hosliggende prøvecellen 154 bestemt ifølge foreliggende oppfinnelse, for å overvåke den tids-avhengige posisjonen for fluidiumsfronten 156. Fig. 7 illustrerer hvorledes ledningsevnen for delen av prøven 150 hosliggende prøveceller 154 i fig. 6 kan måles ifølge oppfinnelsen. Det vil være innlysende at overnevnte dielektrisitetskonstant-målinger også kan foretas, og de resulterende data behandles på samme måte som beskrevet i den gjenværende del av dette avsnitt med henvisning til målte ledningsevnedata. Fig. 7 representerer en kurve trukket gjennom et antall data-punkter (ikke vist), hvor hvert datapunkt representerer den målte ledningsevnen av den del av prøven 150 som er hosliggende prøvecellen 154 ved et spesielt tidspunkt i den periode som er av interesse. Ved å erkjenne at ledningsevnen i prøven 150 når den er tørr er vesentlig lavere enn dens ledningsevne når mettet av det ledende fluidium, blir tiden, T, når flui-diumsf ronten 156 passerte prøvecellen 154 lett bestemt fra fig. 7.

Ved å plassere et flertall prøveceller, hver lik prøvecellene 154 på'forskjellige steder langs overflaten av prøven 150,

kan fremgangen for fluidiumsfronten 156 lett overvåkes. Tids-punktet ved hvilket fluidiumsfronten 156 passerer hver av prøvecellene, vil være bestemt på den samme måte som beskrevet

ovenfor med henvisning til prøvecellen 154.

I en utførelsesform anvendes fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen til å måle elektriske egenskaper for en underjordisk fjellformasjon som traverserer av et borehull. Fig. 8 viser skjematisk en utførelsesform av systemet for oppfinnelsen innrettet til å utføre målinger på en slik underjordisk fjellformasjon. Borehullet 104 strekker seg gjennom den underjordiske bergartformasjonen 100. Loggingssonden 106 rommer en pulsgenerator 118, prøvetaker 114, koaksiallinje 116, og en del av koaksiallinjen 115. Prøvecellene 108 forløper ut fra sonden 106 slik at den kan plasseres i direkte kontakt med borehullveggen 102, med endeflatene av den ytre lederen 112 og den indre lederen 110 i elektrisk kontakt med berg-artf ormas jonen 100. Delen av prøvecellen 108 motstående borehullveggen 102, er elektrisk koplet til koaksiallinjen 115, slik at den ytre lederen 112 er koplet til den ytre lederen 121 av koaksiallinjen 115 og den indre lederen 110 er koplet til den indre lederen 119 av koaksiallinjen 115. Dielektrisk avstandsmateriale 111 skiller den indre lederen 110 og den ytre lederen 112 hos prøvecellen 108. Koaksiallinjen 115 er koplet til prøvetakeren 114 innenfor sonden 106.

Sonden 106 er opphengt i borehullet 104 på en ønsket dybde

på konvensjonell måte, og så plassert på en konvensjonell måte at det opprettholdes stabil elektrisk kontakt mellom prøvecellen 108 og borehullveggen 102. Målinger kan fore-

tas på den ønskede dybden, og sonden omplasseres til en annen ønsket dybde for påfølgende målinger. For en konvensjonell måte å opphenge og plassere loggingssonden 106, vises det til US-patent 3 895 289.

Linjene 120 og 122 er tilveiebragt for å forbinde pulsgeneratoren og prøvetakeren 114 med oscilloskopet 124 plassert på jordoverflaten stort over borehullet 104. Signaler som sendes gjennom linjen 120 instruerer pulsgeneratoren 118 til å avgi en spenningspuls gjennom koaksiallinjen 116, prøvetakeren 114 (i hvilken den detekteres), koaksiallinjen 115, og prøve-cellen 108. Spenningssignalet som reflekteres fra bergartformasjonen 100 gjennom prøvecellen 108 og koaksiallinjen 115, detekteres av prøvetakeren 114. Signalene som detekteres i prøvetakeren 114, sendes gjennom linjen 122 til oscilloskopet 124 for behandling på den måte som er beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 1.

Beskrivelsen ovenfor er kun illustrerende for den foreliggende oppfinnelse. Forskjellige endringer hva angår detaljer ved fremgangsmåter og anordninger som beskrevet, kan ligge innenfor omfanget av de vedlagte patentkrav uten å avvike fra oppfinnelsen.

Med betegnelsen "stein" skal i det ovenstående og i de etter-følgende krav også forstås den generelle betegnelse "bergart" .

Claims

1. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper hos en bergart eller stein, som anvender en elektrisk linje som har en første leder og en andre leder, og en prøvecelle som har en i alt vesentlig flat side som omfatter en første ledende region som er elektrisk koplet til den første lederen i den elektriske linjen, og en annen ledende region som er elektrisk koplet til den andre lederen i den elektriske linjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlig flate siden av prøvecellen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en spenningspuls som først forplanter seg i en første retning i den elektriske linjen mot steinen/ bergarten, c) å detektere spenningspulsen etter som den forplanter seg i den første retningen i den elektriske linjen, d) å detektere et returspenningssignal reflektert fra steinen/ bergarten i den elektriske linjen etter som nevnte returspenningssignal forplanter seg i en andre retning motsatt den første retningen i den elektriske linjen.

2. -Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper for en stein/bergart, under anvendelse av en koaksiallinje som har en indre leder og en ytre koaksialleder, og en prøvecelle som har en i alt vesentlig flat side som omfatter en sentralt ledende region som er elektrisk koplet til innerlederen i koaksiallinjen og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre lederen av koaksiallinjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlig flate siden av prøvecellen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en spenningspuls som først forplanter seg i en første retning i koaksiallinjen mot steinen/bergarten, c) å detektere spenningspulsen etter som den forplanter seg i den første retningen i koaksiallinjen, og d) å detektere et returspenningssignal som reflekteres fra steinen/bergarten inn i koaksiallinjen etter som nevnte returpsenningssignal forplanter seg i en andre retning motsatt den første retningen i koaksiallinjen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at steinen eller bergarten er en del av en underjordisk jordformasjon som traverseres av et borehull, og at trinnene (a), (b), (c) og (d) utføres på minst et valgt sted i borehullet.

4. Fremgangsmåte for å bestemme de elektriske egenskaper hos en stein eller bergart, under anvendelse av den første koaksiallinje som har en indre leder og en ytre koaksialleder, i det nevnte andre koaksiallinje av en indre leder og en ytre koaksialleder, en første prøvecelle med en i alt vesentlig flat side som har en sentral ledende region som er elektrisk koplet til den indre lederen hos den første koaksiallinjen og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre koaksiallederen hos den første koaksiallinjen, og en andre prøvecelle som har en i alt vesentlig flat side som omfatter en sentral ledende region som er elektrisk koplet til den indre lederen av den andre koaksiallinjen, og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre koaksiallederen i den andre koaksiallinjen, karakterisert ved trinnene: å plassere den i alt vesentlige flate siden av den første prøvecellen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en første spenningspuls som forplanter seg i en første retning i den første koaksiallinjen mot steinen/bergarten, c) å detektere et første returspenningssignal reflektert fra steinen/bergarten inn i den første koaksiallinjen etter som nevnte første returspenningssignal forplanter seg i en andre retning motsatt den første retningen i den første koaksiallinjen, d) å plassere den stor sett flate side av den andre prøve-cellen i kontakt med en referanseprøve, e) å generere en andre spenningspuls som forplanter seg i en tredje retning i den andre koaksiallinjen mot refer-anseprøven, og f) å detektere et andre reaksjonsspenningssignal reflektert fra referanseprøven inn i den andre koaksiallinjen etter som nevnte andre returspenningssignal forplanter seg i en fjerde retning motsatt den tredje retningen i den andre koaksiallinjen.

5. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper hos en stein eller bergart, under anvendelse av en elektrisk linje som har en første leder og en andre leder, og en prøvecelle som har en i alt vesentlig flat side som omfatter en første ledende region som er elektrisk koplet til den første lederen hos den elektriske linjen og en annen ledende region som er elektrisk koplet til den andre lederen i den elektriske linjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlige flate siden av prøve-cellen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en spenningspuls som først forplanter seg i en retning i den elektriske linjen mot steinen/bergarten, c) å detektere spenningspulsen etter somden forplanter seg i den første retningen i den elektriske linjen, d) å detektere et returspenningssignal som reflekteres fra steinen inn i den elektriske linjen etter som returspenningssignalet forplanter seg i en andre retning motsatt den første retningen i den elektriske linjen, og e) å fremvise den detekterte spenningspulsen og returspenningssignalet.

6. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper hos en stein eller bergart, under anvendelse av den elektriske linje som har den første leder og en andre leder, og en prøve-celle med en i alt vesentlig flat side som omfatter en første ledende region som er elektrisk koplet til den første lederen i den elektriske linjen og en andre ledende region som er elektrisk koplet til den andre lederen i den elektriske linjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlige flate siden av prøve-cellen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en spenningspuls som først forplanter seg i et første retning i den elektriske linjen mot steinen/ bergarten, c) å detektere spenningspulsen etter som den forplanter seg i den første retningen i den elektriske linjen, d) å detektere et returspenningssignal reflektert fra steinen/bergarten inn i den elektriske linjen etter som nevnte returspenningssignal forplanter seg i den andre retning motsatt den første retningen i den elektriske linjen, og e) å bestemme fra spenningspulsen og returspenningssignalet ledningsevnen og dielektrisitetskonstanten på steinen/ bergarten.

7. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper hos en stein eller bergart, under anvendelse av en koaksiallinje som har en indre leder og en ytre koaksialleder, og en prøve- celle som har en i alt vesentlig flat' side som omfatter en sentral ledende region som er elektrisk koplet til den indre lederen av koaksiallinjen og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre koaksial lederen av koaksial linjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlige flate siden av prøve-cellen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en spenningspuls som først forplanter seg i en første retning i koaksiallinjen mot steinen/ bergarten, c) å detektere spenningspulsen etter som yden forplanter seg i den første retning i koaksiallinjen, d) å detektere et returspenningssignal reflektert fra steinen/bergarten inn i koaksiallinjen etter som nevnte returspenningssignal forplanter seg i en andre retning motsatt den første retning i koaksiallinjen, og e) å fremvise detektert spenningspulsen og returspenningssignalet.

8. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper hos en stein eller bergart, under anvendelse av en koaksiallinje som har en indre leder og en ytre koaksialleder, og en prøve-celle som har en i alt vesentlig flat side som omfatter en sentral ledende region som er elektrisk koplet til den indre lederen av koaksiallinjen og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre koaksiallederen i koaksiallinjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlige flate siden av prøve-cellen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en spenningspuls som først forplanter seg i en første retning i koaksiallinjen mot steinen/bergarten, c) å detektere spenningspulsen etter som den forplanter seg i den første retning i koaksiallinjen, d) å detektere et returspenningssignal, reflektert fra steinen/bergarten inn i koaksiallinjen etter som nevnte returspenningssignal forplanter seg i en andre retning motsatt den første retning i koaksiallinjen, og e) å bestemme fra spenningspulsen og returspenningssignalet ledningsevnen og dielektrisitetskonstanten for steinen/ bergarten.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, 6, 7, eller 8, karakterisert ved at spenningspulsen har en stigetid mindre enn ca. 50 pikosekunder.

10. Fremgangsmåte angitt i krav 6 eller 8, karakterisert ved at steinen/bergarten mettet med væske av kjent ledningsevne, og dessuten omfatter trinnet: f) å bestemme stein/bergart-porøsiteten fra den kjente væskens ledningsevne, og stein/bergart-ledningsevnen bestemt i trinn (e).

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 6 eller 8, karakterisert ved at den også omfatter trinnet: f) å bestemme fra spenningspulsen og returspenningssignalet dielektrikumets relaksasjonstid for steinen/bergarten.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, 6, 7 eller 8, karakterisert ved at steinen/bergarten er en del av en underjordisk jordformasjon som traverseres av et borehull, og trinnene (a), (b), (c) og (d) utføres i borehullet.

13. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper for en stein eller bergart, under anvendelse av en elektrisk linje som har en første leder, en andre leder, og en i alt vesentlig flat endeoverflate som omfatter en første ledende region som er elektrisk koplet til den første lederen av den elektriske linjen og en andre ledende region, adskilt fra den faste ledende regionen av dielektrisk materiale og elektrisk koplet til den andre lederen i den elektriske linjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlig flate endeoverflate av den elektriske linjen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en spenningspuls som først forplanter seg i en første retning i den elektriske linjen mot steinen/ bergarten, c) å detektere spenningspulsen etter som den forplanter seg i den første retning i den elektriske linjen, og d) å detektere et returspenningssignal reflektert fra steinen/bergarten inn i den elektriske linjen eller som nevnte returspenningssignal forplanter seg i en andre retning motsatt den første retning i den elektriske linjen.

14. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper for en stein eller bergart, under anvendelse av en koaksiallinje som har en indre leder, en ytre koaksialleder, og i alt vesentlig flat endeoverflate, omfattende en sentral ledende region som er elektrisk koblet til den indre lederen av koaksiallinjen og den ytre ledende region, adskilt fra den indre ledende regionen av et dielektrisk materiale, og elektrisk koplet til den ytre lederen av koaksiallinjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlige flate endeoverflaten av koaksiallinjen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en spenningspuls som først forplanter seg i en første retning i koaksiallinjen mot steinen/bergarten, c) å detektere spenningspulsen etter som den forplanter seg i den første retningen i koaksiallinjen, og d) å detektere et returspenningssignal reflektert fra steinen/bergarten inn i koaksiallinjen etter som nevnte returspenningssignal forplanter seg i den andre retning motsatt den første retningen i koaksiallinjen.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 13 eller 14, karakterisert ved at steinen/bergarten er en del av underjordiske jordformasjoner som traverseres av et borehull, og trinnene (a), (b), (c) og (d) utføres ved minst et valgt sted i borehullet.

16. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper hos en stein eller en bergart, under anvendelse av en første koaksiallinje som har en indre leder og en ytre koaksialleder, en andre koaksiallinje som har en indre leder og en ytre koaksialleder, i det nevnte første koaksiallinje har en i alt vesentlig flat endeoverflate som omfatter en sentral ledende region som er elektrisk koplet til den indre leder av den første koaksiallinjen og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre koaksiallederen av den første koaksiallinjen, og hvor nevnte andre koaksiallinje har en i alt vesentlig flat endeoverflate som omfatter en sentral ledende region som er elektrisk koplet til den indre lederen av koaksiallinjen, og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre koaksiallederen av den andre koaksiallinjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlig flate endeoverflate av den første koaksiallinjecellen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en første spenningspuls som forplanter seg i en første retning i den første koaksiallinje mot steinen/bergarten, c) for å detektere et første returspenningssignal som reflekteres fra steinen/bergarten inn i den første koaksiallinjen etter som nevnte første returspenningssignal forplanter seg i en andre retning motsatt den første retningen i den første koaksiallinjen, d) å plassere den i alt vesentlig flate endeoverflaten av den andre koaksiallinjen i kontakt med en referanse-prøve, e) å generere en andre spenningspuls som forplanter seg i den tredje retning i den andre koaksiallinjen mot referanseprøven, og f) å detektere et andre returspenningssignal reflektert fra referanseprøven inn i den andre koaksiallinjen etter som nevnte andre returspenningssignal forplanter seg i den fjerde retning mot den tredje retningen i den andre koaksiallinj en.

17. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper hos en stein eller en bergart, under anvendelse av en elektrisk linje som har en første leder og en andre leder, idet nevnte elektriske linje har en i alt vesentlig flat endeoverflate som omfatter en første ledende region som er elektrisk koplet til den første lederen av den elektriske linjen, og en andre ledende region som er elektrisk koplet til den andre lederen av den elektriske linjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlig flate endeoverflaten av den elektriske linjen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en spenningspuls som først forplanter seg i en første retning i den elektriske linje mot steinen/ bergarten, c) å detektere spenningspulsen etter som den forplanter seg i den første retningen i den elektriske linjen, og d) å detektere et returspenningssignal reflektert fra steinen/bergarten i den elektriske linjen etter som nevnte returspenningssignal forplanter seg i en andre retning motsatt den første retningen i den elektriske linjen, og e) å fremvise den detekterte spenningspulsen og det detekterte returspenningssignalet.

18. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper av en stein eller en bergart, under anvendelse av en elektrisk linje som har en første leder, en andre leder, og en i alt vesentlig flat endeoverflate som omfatter en første ledende region som er elektrisk koplet til den første lederen av den elektriske linjen og en andre ledende region som adskilles fra den første ledende regionen av dielektrisk materiale, og elektrisk koplet til den andre lederen i den elektriske linjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlig flate endeoverflaten av prøvecellene i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en spenningspuls som først forplanter seg i en første retning i den elektriske linjen mot steinen/ bergarten, c) å detektere spenningspulsen etter som den forplanter seg å den første retningen i den elektriske linjen, d) å detektere et returspenningssignal reflektert fra steinen/bergarten inn i den elektriske linjen etter som returspenningssignalet forplanter seg i en andre retning motsatt den første retningen i den elektriske linjen, og e) å bestemme fra spenningspulsen og returspenningssignalet ledningsevnen og dielektrisistetskonstanten for steinen/ bergarten.

19. Fremgangsmåte for å bestemme steinens/bergartens elektriske egenskaper, under anvendelse av minst en koaksiallinje som har en indre leder og en ytre koaksialleder, og en prøve-celle for hver koaksiallinje, idet hver nevnte prøvecelle har en i alt vesentlig flat side som omfatter en sentral ledende region som er elektrisk koplet til den indre lederen av en av koaksiallinjene og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre koaksiallederen av den koaksiallinjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlige flate siden av hver prøve-celle i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere i hver koaksiallinje et flertall sepnnings-pulser, på en slik måte at samtlige av spenningspulsene genereres under en valgt tidsperiode og spenningspulsene i hver koaksiallinje først forplanter seg mot steinen/ bergarten, c) å detektere hver av flertallet av spenningspulsene i hver koaksiallinje etter som spenningspulsen forplanter seg mot steinen/bergarten i koaksiallinjen, d) å detektere i hver koaksiallinje et flertall av retur-spenningssignaler som reflekteres fra steinen inn i koaksiallinjen etter som nevnte spenningssignaler forplanter i koaksiallinjen mot fra steinen, idet hvert returspenningssignal skyldes refleksjoner av en annen av flertallet av spenningspulsen generert i koaksiallinjen, og e) for å bestemme fra hver spenningspuls og returspenningssignal knyttet til den spenningspulsen ledningsevnen og dielektrisitetskonstanten i,for en region av steinen/bergarten på et tidspunkt som opptrer i tidsperioden under hvilken refleksjonen som resulterer i det nevnte returspenningssignal opptrådte.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, karakterisert ved at en koaksiallinje og en tilhørende prøve-celle anvendes.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, karakterisert ved at steinen/bergarten er en del av en underjordisk jordformasjon som traverseres av et borehull, og trinnene (a), (b), (c) og (d) utføres ved minst et valgt sted i borehullet.

22. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper for en stein eller en bergart, under anvendelse av en første koaksiallinje som har en indre leder og en ytre koaksialleder, en andre koaksiallinje som har en indre leder og en ytre koak sialleder, en første prøvecelle som har en i alt vesentlig flat side som omfatter en sentral ledende region elektrisk koplet til den indre lederen av den første koaksiallinjen, og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre koaksiallederen av den første koaksiallinjen, og en andre prøvecelle som har en i alt vesentlig flat side som omfatter en sentral ledende region som er elektrisk koplet til den indre lederen hos den andre koaksiallinjen, og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre koaksiallederen hos den andre koaksiallinjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlige flate siden av den første prøvecellen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en første spenningspuls som forplanter seg i en første retning i den første koaksiallinjen mot steinen/bergarten, c) å detektere et første returspenningssignal reflektert I fra steinen/bergarten inn i den første koaksiallinjen etter som nevnte første returspenningssignal forplanter seg i en andre retning motsatt den første retningen i den første koaksiallinjen, d) å plassere den i alt vesentlig flate siden av den andre prøvecellen i kontakt med en referanseprøve, e) å generere en andre spenningspuls som forplanter seg i en tredje retning i den andre koaksiallinjen mot refer-anseprøven, ) f) å detektere et andre returspenningssignal reflektert fra referanseprøven inn i den andre koaksiallinjen etter som nevnte andre returspenningssignal forplanter seg i en fjerde retning motsatt den tredje retningen i den andre koaksiallinjen, og g) å bestemme fra det første returspenningssignalet og det andre returspenningssignalet dielektrisitetskonstanten for steinen/bergarten.

23. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper av en stein eller bergart, under anvendelse av en koaksiallinje som har en indre leder og en ytre koaksialleder, en prøvecelle som har en i alt vesentlig flat side som omfatter en sentral ledende region som er elektrisk koplet til den indre lederen av koaksiallinjen og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til en ytre koaksialleder av koaksiallinjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlig flate side av prøve-cellen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en første spenningspuls som forplanter seg i en første retning i koaksiallinjen mot steinen/ bergarten, c) å detektere et første retursignal reflektert fra steinen inn i koaksiallinjen som nevnte første returspenningssignal forplanter seg i en annen retning motsatt den første retningen i koaksiallinjen, d) å plassere den i alt vesentlige flate side av prøve-cellen i kontakt med en referanseprøve, e) å generere en andre spenningspuls som forplanter seg i en tredje retning i koaksiallinjen mot referanseprøven, f) å detektere et andre returspenningssignal reflektert fra referanseprøven i koaksiallinjen etter som nevnte andre returspenningssignal forplanter seg i en fjerde retning motsatt den tredje retning i koaksiallinjen, og g) å bestemme fra det første returspenningssignalet og det andre returspenningssignalet dielektrisitetskonstanten for steinen/bergarten.

24. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper av en stein eller en bergart, under anvendelse av en første koaksiallinje som har en indre leder og en ytre koaksialleder, en andre koaksiallinje som har en ytre leder og en indre koaksialleder, en første prøvecelle som har en i alt vesentlig flat side som omfatter en sentral ledende region som er elektrisk koplet til den indre lederen av den første koaksiallinjen, og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre koaksiallederen i den første koaksiallinjen, og en andre prøvecelle som har en i alt vesentlig flat side som omfatter en sentral ledende region som er elektrisk koplet til den indre lederen i den andre koaksiallinjen, og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre koaksiallederen i den andre koaksiallinjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlige flate siden av en fast prøvecelle i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en første spenningspuls som forplanter seg i en første retning i den første koaksiallinjen mot steinen/bergarten, c) å detektere et første returspenningssignal reflektert fra steinen inn i den første koaksiallinjen etter som nevnte første returspenningsignal forplanter seg i en andre retning motsatt den første retningen i den første koaksiallinjen, d) å plassere den i alt vesentlige flate siden av den andre prøvecellen i kontakt med referanseprøve, e) å generere en andre spenningspuls som forplanter seg i en tredje retning i den andre koaksiallinjen, mot referanseprøven, f) å detektere et andre returspenningssignal reflektert fra referanseprøven inn i den andre kaoksiallinjen etter som nevnte andre returspenningssignal forplanter seg i en fjerde retning motsatt den tredje retningen i den andre koaksiallinjen, og g) å fremvise det detekterte første returspenningssignalet og det detekterte andre returspenningssignalet.

25. Fremgangsmåte for å bestemme elektriske egenskaper hos en stein eller en bergart, under anvendelse av en koaksiallinje som har en indre leder og en ytre koaksialleder, en prøvecelle som har en i alt vesentlig flat side som omfatter en sentral ledende region som er elektrisk koplet til den ytre lederen av koaksiallinjen og en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre koaksiallederen i koaksiallinjen, karakterisert ved trinnene: a) å plassere den i alt vesentlige flate siden av prøve-cellen i kontakt med steinen/bergarten, b) å generere en første spenningspuls som forplanter seg i en første retning i koaksiallinjen mot steinen/bergarten, c) å detektere et første returspenningssignal reflektert fra steinen/bergarten inn i koaksiallinjen etter som nevnte første returspenningssignal forplanter seg i en andre retning motsatt den første retningen i koaksiallinjen, d) å plassere den i alt vesentlige flate siden av prøve-cellen i kontakt med en referanseprøve, e) å generere en andre spenningspuls som forplanter seg i den tredje retning i koaksiallinjen mot referanseprøven, f) å detektere et andre returspenningssignal reflektert fra referanseprøven inn i koaksiallinjen etter som nevnte andre returspenningssignal forplanter seg i fjerde retning motsatt den tredje retningen i koaksiallinjen, og g) å fremvis det detekterte første returspenningssignalet og det detekterte andre returspenningssignalet.

26. Systemet for å måle. elektriske egenskaper hos en stein eller en bergart, karakterisert ved : a) en langstrakt elektrisk linje, av en første leder og en andre leder og en første ende og en andre ende, idet nevnte første ende avsluttes i en i alt vesentlig flat side som omfatter en første ledende region som er elektrisk koplet til den første lederen og en andre ledende region som er adskilt fra den første ledende regionen av en region av dielektrisk materiale, idet nevnte andre ledende region er elektrisk koplet til den andre lederen, b) en pulsgenerator som er elektrisk koplet til den andre enden av den elektriske linjen og er i stand til å av-gi en spenningspuls inn i den elektriske linjen, c) en detektor som er elektrisk koplet til den elektriske linjen ved et første sted mellom den første enden og den andre enden for detektering av spenningssignalet som forplanter seg i den elektriske linjen gjennom det første stedet, og d) et oscillioskop koplet til detektoren og som er i stand til å omdanne spenningssignalet som detekteres i detektoren til modifiserte signaler som har en valgt tidsskala, og å fremvise de modifiserte singalene.

27. System for å måle elektriske egenskaper hos en stein eller en bergart, karakterisert ved :; a) en langstrakt elektrisk linje, som har en første leder og en andre leder, og en første ende og en andre ende, b) en prøvecelle som er elektrisk koplet til den første enden av den elektriske linjen, idet nevnte prøvecelle har en i alt vesentlig flat side som omfatter en første ledende region som er elektrisk koplet til den første lederen og en andre ledende region som er adskilt fra den første ledende region av en region av dielektrisk materiale, idet nevnte andre ledende region er elektrisk koplet til den andre lederen, c) en pulsgenerator som er elektrisk koplet til den andre enden av en elektrisk linje og er i stand til å avgi en spenningspuls inn i den elektriske linjen, d) en detektor som er elektrisk koplet til den elektriske linjen ved et første sted mellom den første enden og den andre enden for detektering av spenningssignaler som forplanter seg i den elektriske linjen gjennom det første stedet, og e) et oscilloskop koplet til detektoren og som er i stand til å omdanne spenningssignaler detektert i detektoren til modifiserte signaler som har en valgt tidsskala og å fremvis de modifiserte signaler.

28. System som angitt i krav 26 eller 27, karakterisert ved at det også omfatter middel for å registrere de modifiserte signaler.

29. System som angitt i krav 26 eller 27, karakterisert ved at pulsgeneratoren er i stand til å avgi inn i den elektriske linjen en spenningspuls som har en stigetid mindre enn ca. 50 pikosekunder.

30. System som angitt i krav 26, karakterisert ved at den elektriske linjen, pulsgeneratoren og detektoren er innrettet til å bli anbragt i et borehull som traverserer steinen/bergarten som skal karakteriseres.

31. System som angitt i krav 27, karakterisert ved at den elektriske linjen, prøvecellen, pulsgeneratoren og detektoren er innrettet til å bli anbragt i et borehull som traverserer steinén/bergarten som skal karakteriseres.

32. System som angitt i krav 26 eller 27, karakterisert ved at den elektriske linje er en koaksiallinje og den andre lederen er anbragt rundt og i koaksialt forhold til den første lederen, og nevnte første og andre ledende region er i et koaksialt forhold, med den andre ledende regionen omgivende den første ledende regionen.

33. System for å måle elektriske egenskaper hos en stein eller en bergart, karakterisert ved a) en langstrakt koaksiallinje som har en indre leder og en ytre koaksialleder, og en første ende og en andre ende, b) en prøvecelle som er elektrisk koplet til den første enden av koaksiallinjen, idet nevnte prøvecelle har en i alt vesentlig flat side som omfatter en sentral ledende region som er elektrisk koplet til den indre lederen, en ytre ledende region som er elektrisk koplet til den ytre lederen, og dielektrisk avstandsmateriale som adskiller den sentrale ledende regionen fra den ytre ledende regionen, c) en pulsgenerator som er elektrisk koplet til den andre enden av koaksiallinjen, og er i stand til å avgi en spenningspuls inn i koaksiallinjen, d) en detektor som er elektrisk koplet til koaksiallinjen på et første stede mellom den første enden og den andre enden for å detektere spenningssignalet som forplanter seg i koaksiallinjen igjennom det første stedet, og e) et oscilloskop koplet til detektoren og som er i stand til å omdanne spenningssignalene detektert i detektoren til modifiserte signaler som har en valgt tidsskala og å fremvise de modifiserte singalene.

34. System som angitt i krav 33, karakterisert ved at pulsgeneratoren er i stand til å avgi inn i koaksiallinjen en spenningspuls som har stigetid mindre enn ca. 50 pikosekunder.

35. System som angitt i krav 33, karakterisert ved at koaksiallinjen, prøvecellen, pulsgeneratoren og detektoren er innrettet til å bli anbragt i et borehull som traverserer steinen/bergarten som skal karakteriseres.