DE1091248B

DE1091248B - Method and device for determining fluids in layers of earth from a borehole

Info

Publication number: DE1091248B
Application number: DES39765A
Authority: DE
Inventors: Allen Adair Stripling
Original assignee: Socony Mobil Oil Co Inc
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1953-06-29
Filing date: 1954-06-26
Publication date: 1960-10-20

Description

Verfahren und Gerät zur Feststellung von Flüssigkeiten in Erdschichten von einem Bohrloch aus Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung der Tiefe von einen ungewöhnlichen Flüssigkeitsgehalt aufweisenden Erdschichten von einem Bohrloch aus, bei welchem Verfahren zweiMeßgrößen aus zwei verschiedenen physikalischen Eigenschaften der Erdformationen, die sich mit der Tiefe ändern, abgeleitet werden, von denen die eine Eigenschaft den spezifischen elektrischen Widerstand und die andere Eigenschaft die Schallgeschwindigkeit der Erdschichten darstellen. Die bisher bekannten Verfahren der vorgenannten Art führten meist zu wenig genauen Ergebnissen, so daß das Ziel der vorliegenden Erfindung darin liegt, das vorgenannte Verfahren so zu verbessern, daß genauere Ergebnisse gewonnen werden, ohne dabei das eigentliche Meßverfahren komplizierter zu gestalten. Method and device for the detection of liquids in layers of earth from a borehole The invention relates to a method for determining the Depth of strata of soil with an unusual amount of liquid a borehole, in which method two measurements from two different physical Properties of the earth formations that change with depth can be derived, of which one property is the specific electrical resistance and the one Another property is the speed of sound in the strata of the earth. The so far known methods of the aforementioned type mostly led to poorly precise results, so that the aim of the present invention is the aforesaid method improve so that more accurate results are obtained without losing the actual Make measurement methods more complicated.

Die durch die Erfindung geschaffene Verbesserung des Verfahrens wird darin gesehen, daß eine aus beiden Meßgrößen abgeleitete Größe mit einer dritten Größe verglichen wird, die sich aus einem bekannten gesetzmäßigen Zusammenhang zwischen der Tiefe, dem spezifischen Widerstand und der Schallgeschwindigkeit für jenen Fall ergibt, daß die Erdschichten als mit einer bestimmten Bezugsflüssigkeit gesättigt angenommen werden. Der gesetzmäßige Zusammenhang läßt sich vorzugsweise wie folgt darstellen: v = k (R. T)a (1) worin bedeutet: v die Schallgeschwindigkeit, R den spezifischen elektrischen Widerstand, T die Tiefe in Bohrlochrichtung, k eine von der Art der Flüssigkeit abhängige Stoffkonstante, a eine konstante Zahl. The improvement in the process provided by the invention is seen in the fact that a variable derived from both measured variables with a third Size is compared resulting from a known lawful relationship between the depth, the resistivity and the speed of sound for that case shows that the strata of the earth are saturated with a certain reference fluid be accepted. The regular relationship can preferably be as follows represent: v = k (R. T) a (1) where: v is the speed of sound, R den electrical resistivity, T is the depth in the direction of the borehole, k is one of The material constant depends on the type of liquid, a is a constant number.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird vorzugsweise ein Gerät verwendet, das mit zwei getrennten Einrichtungen verbunden ist, von denen, zu der jeweiligen Tiefe des Gerätes im Bohrloch, das eine eine vom spezifischen Widerstand, das andere eine von der Schallgeschwindigkeit derjenigen Erdschichten abhängige Größe liefert, die in Höhe des Bohrlochgerätes liegen. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann in dem Gerät eine Einrichtung vorgesehen sein, welche die Substanzkonstante kl der im Bohrloch tatsächlich vorhandenen Flüssigkeit der erfindungsgemäß ausgenutzten Gesetzmäßigkeit selbsttätig in Abhängigkeit von den drei mit der Tiefe variablen Größen T, R und v und von dem konstanten Exponenten liefert. Für das Verfahren gemäß der Erfindung kann der spezifische elektrische Widerstand durch Messungen von elektrischen Stromstärken und die Schallgeschwindigkeit durch Messungen der Laufzeiten ausgeführt werden. To carry out the method according to the invention is preferred uses a device connected to two separate facilities, one of which, to the respective depth of the device in the borehole, the one of the specific Resistance, the other one from the speed of sound of those layers of the earth dependent variable supplies, which are at the level of the downhole device. According to another Feature of the invention can be provided in the device a device which the substance constant kl of the fluid actually present in the borehole according to the invention exploited law automatically depending on the three quantities T, R and v variable with depth and from the constant exponent supplies. For the method according to the invention, the specific electrical Resistance through measurements of electrical currents and the speed of sound be carried out by measurements of the transit times.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.

Fig. 1 ist ein Schaltbild zum Gewinnen einer abgeleiteten Aufzeichnung; Fig. 2 zeigt das Arbeiten eines Schaltteiles nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab; Fig. 3 zeigt, wie die reproduzierbaren Aufzeichnungen gemäß der Erfindung verwendet werden können; Fig. 4 stellt eine abgeänderte Vorrichtung dar, durch die eine Widerstandsfunktion erhalten werden kann. Fig. 1 is a circuit diagram for obtaining a derivative record; Fig. 2 shows the operation of a switching part according to FIG. 1 on an enlarged scale; Fig. Figure 3 shows how the reproducible records are used according to the invention can; Figure 4 illustrates a modified device by which a resistance function can be obtained.

Die Erfindung ist am leichtesten verständlich, wenn sie in Verbindung mit dem Gewinnen einer Größe erklärt wird, die von zwei primären Meßwerten abgeleitet wird, welche durch eine der beiden nachstehend kurz erläuterten Methoden erhalten werden. The invention is most easily understood when taken in conjunction is explained by obtaining a quantity derived from two primary measurements which is obtained by one of the two methods briefly explained below will.

1. Bestimmung der Beträge der Schallgeschwindigkeit Gemäß der ersten Methode wird ein primärer Meßwert gemessen, wie z. B. die Zeit d t, die ein akustischer Impuls gebraucht, um durch aneinanderstoßende Formationen von einer in einem Bohrloch 11 angeordneten Impulsquelle 10 zu einem in unveränderlichem Abstand von dieser angebrachten Impulsempfänger 12 zu laufen.1. Determination of the magnitudes of the speed of sound According to the first Method, a primary measured value is measured, such as B. the time d t, which is an acoustic Impulse used to move through abutting formations of one in a borehole 11 arranged pulse source 10 to a constant distance from this attached pulse receiver 12 to run.

Dieser primäre Wert wird in Abhängigkeit von der Tiefe auf einen Registrierstreifen 13 durch einen Aufzeichner 14 aufgetragen. Von der Quelle 10 werden ferner beim Erzeugen jeder Reihe von akustischen Impulsen auch elektrische Impulse zur Umsetzerschaltung 15 übertragen. Beim Empfang eines jeden akustischen Impulses durch den Empfänger 12 wird ein elektrischer Impuls auf die Schaltung 15 gegeben. Die an den Apsg4ngnsklemmen der Schaltung 15 entstehende Spannung wird einem Aufzeichnungsantrieb, z. B. dem Motor 16, zugeführt. Diese Ausgangsspannung stellt sich stets proportional zu dem zeitlichen Abstand zwischen je zwei an die Schaltung 15 angelegten elektrischen Impulsen ein. Die Rolle 17, Welche sich beim Bewegen des die Impulsquelle 10 und den Empfänger 12 tragenden Kabels 18 dreht, ist, wie durch die gestrichelte Linie. 19 angedeutet, mit der den Registrierstreifen 13 antreibenden Welle 20 gekuppelt, so daß der Registrierstreifen 13 je nach der Bewegung der Impulsquelle 10 und des Empfängers 12 längs des Bohrloches an dem Registrierstift 4a vqrbei weiterrückt.This primary value is displayed on a register strip as a function of the depth 13 plotted by a recorder 14. From the source 10 are also at Each series of acoustic pulses also generates electrical pulses to the converter circuit 15 transferred. When each acoustic impulse is received by the receiver 12 becomes an electrical impulse given to circuit 15. the The voltage generated at the Apsg4ngnsklemmen of the circuit 15 is a recording drive, z. B. the motor 16 is supplied. This output voltage is always proportional to the time interval between each two applied to the circuit 15 electrical Pulses on. The roller 17, which when moving the pulse source 10 and the cable 18 carrying the receiver 12 rotates, as indicated by the dashed line. 19 indicated, coupled to the shaft 20 driving the recording strips 13, so that the recording strip 13 depending on the movement of the pulse source 10 and the Receiver 12 moves further along the borehole on the registration pin 4a vqrbei.

Auf diese Weise wird eine Kurve 21 aufgezeichnet, aus der Veränderungen der Schall-Laufzeit (At) in Abhängigkeit von der Bohrlochtiefe zu entnehmen sind.In this way a curve 21 is recorded from which changes the sound transit time (At) as a function of the borehole depth.

2. Die Bestimmung der Beträge des elektrischen Widerstandes Bei dem zweiten Meßverfahren wird - ebenfalls um primär auftretende Meßwerte zu erhalten --- der spezifische elektrische Widerstand von aneinanderstoßenden Formationen gemessen. Zum Durchführen ist beispielsweise die in Fig. 1 dargestellte Anordnung geeignet; in dieser fließt ein Strom von dem Generator 25 durch das Erdreich zwischen der Oberflächenelektrode 26 nahe der Mündung des Bohrloches 11 und der im Bohrloch beweglichen zweiten Elektrode 29. Der Strpm zwischen den Elektroden 26 und 29 wird durch die Steuerung des Generators 25 konstant gehalten. Die zwischen der Empfängerelektrode 27 und der Oberflächenelektrode 26 infolge dieses Stromflusses entstehende Spannung wird vom Meßgerät 30 angezeigt. Diese Schaltung ist als eine »Längen-Normal«-Elektrodenanordnung bekannt, in welcher die Veränderungen des Widerstandes der von einem Bohrloch durchteuften Schichten als Änderungen der angelegten Spannung auftreten und eine entsprechende Anzeige des Meßgerätes 30a hervorrufen. Auf diese Weise wird eine Antriebsspannung für den Registrierstift 31 erzeugt und über den Kanal 30 b dem Antriebsmotor 32 des Registriergerätes 33 zugeführt. Auf dem Registrierstreifen 34 wird dann als Kurve 35 die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes in Abhängigkeit von der Tiefe aufgetragen. Die Antriebswelle 36 für den Registrierstreifen 34 ist mit der Meßrolle 17 derart gekuppelt, daß die Tiefeneinteilung mit der Tiefenskala am Registrierstreifen 34 übereinstimmt. 2. The determination of the amounts of electrical resistance at the The second measuring method is also used to obtain primarily occurring measured values --- The electrical resistivity measured in abutting formations. For example, the arrangement shown in FIG. 1 is suitable for performing this; in this a current flows from the generator 25 through the ground between the Surface electrode 26 near the mouth of the borehole 11 and that movable in the borehole second electrode 29. The Strpm between electrodes 26 and 29 is determined by the Control of the generator 25 kept constant. The one between the receiver electrode 27 and the surface electrode 26 as a result of this current flow resulting voltage is displayed by the measuring device 30. This circuit is available as a "length-normal" electrode arrangement known in which the changes in resistance are encountered by a borehole Layers occur as changes in the applied voltage and a corresponding Cause display of measuring device 30a. In this way it becomes a driving voltage generated for the registration pen 31 and the drive motor 32 via the channel 30 b of the registration device 33 supplied. On the registration strip 34 is then as Curve 35 the dependence of the specific resistance as a function of the Applied depth. The drive shaft 36 for the registration strip 34 is with the Measuring roller 17 coupled so that the depth graduation with the depth scale on the registration strip 34 matches.

Die nach Ziffer 1 und 2 registrierten Kurven werden bei dem Verfahren nach der Erfindung verwertet, wenn sie unter die nachstehend dargelegten Bedingungen fallen. The curves registered according to numbers 1 and 2 are used in the procedure utilized according to the invention if they are subject to the conditions set out below fall.

Wie vorstehend ausgeführt wurde, gilt bei normalem Flüssigkeitsgehalt der vom Bohrloch durchteuften Schichten für die Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit v und dem spezifischen elektrischen Widerstand R die empirische Formel (1). Löst man diese Formel nach R auf, so ergibt sich oder 1 1 R = T k' Va wobei -I k' = k a = const.As stated above, given the normal fluid content of the layers drilled by the borehole, the empirical formula (1) applies to the relationship between the speed of sound v and the electrical resistivity R. If you solve this formula for R, the result is or 1 1 R = T k 'Va where -I k' = ka = const.

Führt man statt der SchaTlgeschwindigkeit v die Laufzeit dt in den das B'9hrlp'ch umgebenden Schichten ein, die zur Schallgeschwindigkeit v im Verhältnis v= » as steht, so ergibt sich oder k" R = (#t)a' (2) T wobei a' = -- = const. a In der vorstehenden Gleichung ist k" eine Konstante, die von der angenommenen Flüssigkeitssättigung der Schichten und dem reziproken Wert des Proportionalitätsfaktors zwischen Schallgeschwindigkeit v und der Laufzeit At abhängt.If, instead of the shift speed v, one introduces the travel time dt in the layers surrounding the b'9hrlp'ch, which is related to the sound speed v = v = as, then the result is or k "R = (#t) a '(2) T where a' = - = const. a In the above equation, k" is a constant that depends on the assumed liquid saturation of the layers and the reciprocal value of the proportionality factor between the speed of sound v and the running time At.

Die Formel (2) gibt die empirische Beziehung zwischen dem spezifischen elektrischen Widerstand R, der Bohrlochtiefe T und der Schall-Laufzeit At wieder (vgl. die Funktionen der Kurven 21 und 35). The formula (2) gives the empirical relationship between the specific electrical resistance R, the borehole depth T and the sonic transit time At (See the functions of curves 21 and 35).

Es konnte festgestellt werden, daß, wenn der Flüssigkeitsgehalt im Bohrloch dem angenommenen normalen Zustand genau entspricht, die auf dem Streifen 13 aufgezeichneten Werte sich so umsetzen lassen, daß im wesentlichen die auf dem Registrierstreifen 33 aufgezeichneten Widerstandswerte gewonnen werden. Außerdem kann die Widerstandsaufzeichnung ifl eine Schallgeschwindigkeitsaufzeichnung umgewandeltwerden . Unter normalen Bedingungen kann somit eine der Aufzeichnungen aus der anderen vorherbestimmt werden, indem man eine abgeleitete Aufzeichnung bildet. Wenn jedoch der Flüssigkeitsgehalt der Erdformationen von den angenommenen normalen Bedingungen abweicht, ergeben sich wesentliche Abweichungen bei der Umsetzung, wie sie die Differenzen zwischen den At-Werten des Registrierstreifens 13 und den davon abgeleiteten Widerstandswerten auf dem Registrierstreifen 71 darstellen. It was found that if the liquid content in the The borehole corresponds exactly to the assumed normal condition on the strip 13 recorded values can be converted in such a way that essentially the values recorded on the Recording strips 33 recorded resistance values are obtained. aside from that the resistance record can be converted to a sound velocity record . Thus, under normal conditions, one of the records can be separated from the other can be predetermined by making a derivative record. But when the fluid content of the earth formations from the assumed normal conditions deviates, there are significant deviations in the implementation, as well as the differences between the At values of the recording strip 13 and the resistance values derived therefrom represent on the registration strip 71.

Ist eine aus der At-Aufzeichnung abgeleitete Widerstandsaufzeichnung für normale Salzhelligkeit vorhanden, so wird diese von den gemessenen Werten der Widerstände in denjenigen Tiefen abweichen, in dpnen die Messungen im Bereiche einer Formation dqrchgeführt werden, die mit einer Salzlösung gesättigt ist, deren Konzentration von der normalen abweicht. In gleicher Weise wird eine Abweichung in entgegengesetzter Richtung auftreten, wenn die Messungen neben mit Flüssigkeiten vpn hohem, spezifischem Widerstand z. B. mit Kohlenwasserstoffen oder mit Süßwasser gesättigten Formationen durchgeführt wurden. Is a resistance record derived from the At record for normal salt brightness, this is determined by the measured values of the Resistances differ in those depths in which the measurements stretch in the range of a Formation are carried out, which is saturated with a saline solution, its concentration differs from the normal. In the same way there is a deviation in the opposite Direction occur when the measurements in addition to liquids of high, specific Resistance z. B. with hydrocarbons or formations saturated with fresh water were carried out.

Aufzeichnung des abgeleiteten spezifischen Widerstandes Es wird nun das Verfahren und die ARorXung zum Erzeugern einer abgeleiteten Widerstaudsaufzeichnung erläutert, welche von der Schallgeschwindigkeitsfunktipn, d. h. von zIt-Aufzeichnung 21 auf dem Registrierstreifen 13, abhängt. In der Gleichung 2 twird für a' ein Wert von einem Sechstel angenommen. Record the derived resistivity It will now the method and the ARorXing for generating a derived resistance record explains which of the speed of sound functions, i.e. H. from zIt recording 21 on the registration strip 13 depends. In equation 2, t becomes a value for a ' assumed by a sixth.

Der als Spannung e an den Ausgangsklemmen der Schaltung 15 erscheinende At-Wert wird den Klemmen 40 des Differentialregelverstärkers 41 und dem Motor 0 für den Registrierstreifen 13 zugeführt. Die im Kanal 42 auftretende Ausgangsspannung des Regelverstärkers 41 wird an den Mptor 43 gelegt, der, wie durch die gestrichelten Linien 44 angedeutet ist, mit den veränderlichen Abgriffen der sechs Potentiometer 45, 46, 47, 48 49 und 5Q mechanisch gekuppelt ist. Die linken Klemmen der Potentiometer 45 bis 50 sind geerdet. Die rechte Klemme des Potentiometers 45 ist über die Spannungsquelle 51 an Erde angeschlossen, so daß über das Potentiometer 45 ein konstanter Strom fließt. Der verstellbare Abgriff 45a ist über eine Trennstufe 45 b, z. B. eine kathodenangekoppelte Verstärkerröhre mit der rechten Klemme des nächstfolgenden Potentiometers 46 verbunden. Der Abgriff 46 a ist in gleicher Weise an das Potentiometer 47 angeschlossen, welches wiederum mit dem Potentiometer 48 und dann weiter mit den Pontiometern49 und 50 in der gleichen Weise gekoppelt ist. Der Abgriff 50a des Potentiometers 50 ist über die Leitung 52 an eine der beiden Eingangsklemmen 53 des Regelverstärkers 41 angeschlossen. Die zweite Eingangsklemme 53 ist geerdet. The one appearing as voltage e at the output terminals of circuit 15 At-value is the terminals 40 of the differential control amplifier 41 and the motor 0 for the registration strip 13 supplied. The output voltage occurring in channel 42 of the control amplifier 41 is applied to the Mptor 43, which, as indicated by the dashed line Lines 44 is indicated, with the variable taps the six Potentiometer 45, 46, 47, 48 49 and 5Q is mechanically coupled. The left clamps the potentiometers 45 to 50 are grounded. The right terminal of the potentiometer 45 is connected to ground via the voltage source 51, so that via the potentiometer 45 a constant current flows. The adjustable tap 45a is via a separation stage 45 b, e.g. B. a cathode-coupled amplifier tube to the right terminal of the next following potentiometer 46 connected. The tap 46 a is in the same way connected to the potentiometer 47, which in turn is connected to the potentiometer 48 and then further coupled to pontiometers 49 and 50 in the same manner. The tap 50a of the potentiometer 50 is connected to one of the two via the line 52 Input terminals 53 of the control amplifier 41 connected. The second input terminal 53 is grounded.

Die zwischen dem Abgriff 50a und Erde auftretende Spannung kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: wobei Q- die tatsächliche Verschiebung der Potentiometerabgriffe und Om die maximal mögliche Verschiebung der Potentiometerabgriffe bedeutet.The voltage appearing between tap 50a and earth can be expressed by the following equation: where Q- means the actual displacement of the potentiometer taps and Om the maximum possible displacement of the potentiometer taps.

Wird die zuletzt genannte Spannung an die zweite Eingangsklemme des Differentialregelverstärkers 41 gelegt, so wird das Verhältnis Mit anderen Worten ist die Drehung des Motors 43 proportional der sechsten Wurzel aus edt. Auf diese Weise wird dann die Veränderliche der Gleichung (2) aus dem Schallgeschwindigkeitswert berechnet, der aus der Kurve 21 abgelesen werden kann.If the last-mentioned voltage is applied to the second input terminal of the differential control amplifier 41, the ratio becomes In other words, the rotation of the motor 43 is proportional to the sixth root of edt. In this way, the variable of equation (2) is then calculated from the sound velocity value, which can be read from curve 21.

Außerdem ist die Spannung des Antriebsmotors 43 der sechsten Wurzel aus et proportional. Diese Spannung wird über die Leitung 55 und die Trennstufe 56 dem Aufzeichnungsantriebsmotor 57 zugeführt. Zur Ausgangsspannung der Trennstufe 56 wird die Spannung einer zweiten Spannungsquelle 60 addiert. Diese Quelle 60 ist durch ein Potentiometer 61 überbrückt. Die Ausgangsleitung der Trennstufe 56 ist mit dem verstellbaren Abgriff 62 des Potentiometers 61 verbunden. Die feststehende Klemme des Potentiometers 61 ist über die Leitung 63 an die eine Klemme des Motors 57 angeschlossen. Die zweite Ausgangsleitung 64 der Trennstufe 56 führt unmittelbar zur zweiten Klemme des Motors 57. In addition, the voltage of the drive motor 43 is the sixth root from et proportional. This voltage is via the line 55 and the separation stage 56 is fed to the recording drive motor 57. For the output voltage of the isolator 56, the voltage of a second voltage source 60 is added. This source is 60 bridged by a potentiometer 61. The output line of the isolation stage 56 is connected to the adjustable tap 62 of the potentiometer 61. The fixed one The terminal of the potentiometer 61 is connected to the one terminal of the motor via the line 63 57 connected. The second output line 64 of the separation stage 56 leads directly to the second terminal of the motor 57.

Der Abgriff 62 des Potentiometers 61 wird unmittelbar proportional zur Tiefe der zugehörigen Prüfsonde im Bohrloch 11 verstellt, wie es durch die als gestrichelte Linie dargestellte mechanische Kupplung 65 angedeutet ist. The tap 62 of the potentiometer 61 is directly proportional adjusted to the depth of the associated test probe in the borehole 11, as indicated by the Mechanical coupling 65 shown in dashed lines is indicated.

Somit wird zur Ausgangsspannung der Trennstufe 56 eine Spannung addiert, welche mit zunehmender Tiefe der Prüfsonde im Bohrloch 11 linear abnimmt. Diese Einrichtung liefert die zweite der beiden Veränderlichen der fiieichung (2) für den Antriebsmotor 57, so daß die Kurve 711 auf dem Registrierstreifen 71 eine abgeleitete Aufzeichnung des spezifischen Widerstandes darstellt, dem der Geschwindigkeitswert At, die Potenz a', eine Tiefe T und ein angenommener normaler Flüssigkeitsgehalt der Formationen, d. h. der Faktor k" der Gleichung (2), zugrunde liegen. Im Bereich von Formationen mit normaler Sättigung deckt sich die abgeleitete Aufzeichnung des spezifischen Widerstandes in erster Annäherung mit der Aufzeichnung des gemessenen und auf dem Registrierstreifen 34 aufgezeichneten spezifischen Widerstandes.Thus, a voltage is added to the output voltage of the isolating stage 56, which decreases linearly with increasing depth of the test probe in borehole 11. These Device supplies the second of the two variables of the calibration (2) for the drive motor 57, so that the curve 711 on the recording strip 71 is a derived Record of the resistivity to which the speed value is represented At, the power a ', a depth T and an assumed normal fluid content the formations, d. H. the factor k "of equation (2) is based. In the area for formations with normal saturation the derived record of the corresponds Resistivity in a first approximation with the recording of the measured and resistivity recorded on the chart 34.

Wo jedoch ungewöhnliche oder unregelmäßige Flüssigkeitsgehalte im Bohrloch vorhanden sind, gibt es eine Abweichung zwischen den beiden Aufzeichnungen. Stellen wahrnehmbarer Abweichungen werden durch eine Aufzeichnung der Differenz, d. h. eine Aufzeichnung der Abweichungen zwischen der Aufzeichnung eines gemessenen und eines abgeleiteten spezifischen Widerstands, nachdrücklich hervorgehoben.However, where unusual or irregular fluid levels in the If there is a borehole, there is one Difference between the two records. Places of perceptible deviations are identified by recording the difference, d. H. a record of the discrepancies between the record of a measured one and a derived resistivity, emphasized.

Aufzeichnung der Differenz zwischen gemessenen und abgeleiteten spezifischen Widerständen Aus der Tiefenfunktion des künstlichen spezifischen Widerstandes und derjenigen des gemessenen spezifischen Widerstandes kann durch gegensinniges Zusammenschalten der Spannungen und durch Anlegen der Summenspannung an einen vierten Aufzeichnungsantriebsmotor 75 eine Differenzfunktion des spezifischen Widerstandes erhalten werden. Die dem Motor 57 zugeführte Spannung, welche die Werte des abgeleiteten spezifischen Widerstandes darstellt, wird einer Trennstufe 76 zugeführt. In gleicher Weise wird die dem Motor 32 zugeführte Spannung des gemessenen spezifischen Widerstandes an die Trennstufe 77 angelegt. Record the difference between measured and derived specific Resistances From the depth function of the artificial specific resistance and that of the measured resistivity can be achieved by interconnecting in opposite directions of the voltages and by applying the sum voltage to a fourth recording drive motor 75 a difference function of the specific resistance can be obtained. The dem Motor 57 supplied voltage, which is the values of the derived specific resistance is fed to a separating stage 76. In the same way it does the engine 32 applied voltage of the measured specific resistance to the separation stage 77 created.

Die Leitung 78 verbindet die eine Ausgangsklemme jeder Trennstufe 76 und 77 miteinander. Die Leitung 79 schließt die zweite Ausgangsklemme der Trennstufe 76 an die eine Klemme des Motors 75 an, dessen zweite Klemme mit der zweiten Ausgangsklemme der Trennstufe 77 verbunden ist. Auf diese Weise werden die Spannungen an den Ausgängen der Trenustufen 76 und 77 um 1800 phasenverschoben, so daß am Antriebsmotor 75 die Spannungsdifferenz wirksam wird, um in der Kurve 81 die Differenz zwischen den Kurven 70 und 35 darzustellen. Line 78 connects one output terminal of each isolating stage 76 and 77 together. Line 79 closes the second output terminal of the isolating stage 76 to one terminal of the motor 75, the second terminal to the second output terminal the separation stage 77 is connected. This way the voltages at the outputs the Trenus levels 76 and 77 phase shifted by 1800, so that the drive motor 75 Voltage difference becomes effective in order to show the difference between the curves in curve 81 70 and 35.

Somit entsprechen in Kurve 81 die Abweichungen von einer mittleren Nullinie den Abweichungen zwischen den Kurven 70 und 35.Thus, in curve 81, the deviations from an average correspond The zero line shows the deviations between curves 70 and 35.

In Fig. 2 ist die zum Ziehen der sechsten Wurzel aus dem At-Wert verwendete Potentiometerschaltlly?g im vergrößerten Maßstab im einzelnen dargestellt. Die Welle 43a, z. B. die Welle des Motors 43, ist mit allen Abgriffen 45 a bis 50a der Potentiometer 4!i bis 5Q unmittelbar verbunden. Alle Potentiometer sind an ihrem einen Ende geerdet. Alle verstellbaren Abgriffe sind über Trennstufen, z. B. 45 b, mit dem Ende des nächstfolgenden Potentiometers gekoppelt. Die erwähnten Winkel 0 und 0,1 bezeichnen die Abgriffstellung. Wird an das Potentiometer 45 die Eingangsspannung el angelegt, so ist die Spannung der sechsten Potenz des Verhältnisses von «es proportional. Diese Grundschaltung kann vervon wendet werden, um einen gewünschten Wert zur Potenz zu erheben oder um eine Wurzel aus einem gewünschten Wert zu ziehen. Diese Schaltung ist im wesentlichen eine elektromechanische Rechenmaschine, die als Bestandteil der Schaltung der Fig. 1 die sechste Wurzel aus dem At-Wert zieht. Erforderlichenfalls kann dieselbe Schaltung benutzt werden, um den spezifischen Widerstandswert beim Erzeugen einer Aufzeichnung des abgeleiteten At-Wertes in die sechste Potenz zu erheben. Dieses Verfahren stellt die genaue Umkehrung des oben beschriebenen Verfahrens dar. Wenn die Schaltung der Fig. 2 zum Gewinnen des abgeleiteten At-Wcrtes dient, muß sich der Winkel 0 proportional zum Produkt aus dem spezifischen Widerstandswert und dem linear ansteigenden Tiefenwert in einer an sich bekannten Weise ändern. In Fig. 2 is that for extracting the sixth root of the At value Potentiometerschaltlly? g used shown on an enlarged scale in detail. The shaft 43a, e.g. B. the shaft of the motor 43 is with all taps 45 a to 50 a the potentiometer 4! i to 5Q directly connected. All potentiometers are on theirs one end grounded. All adjustable taps are via separation levels, z. B. 45 b, coupled to the end of the next following potentiometer. The angles mentioned 0 and 0.1 denote the tap position. The input voltage is applied to the potentiometer 45 When applied to el, the voltage is proportional to the sixth power of the ratio of "es. This basic circuit can be used to power a desired value to raise or to take a root from a desired value. This circuit is essentially an electromechanical calculating machine that is part of the the circuit of FIG. 1 extracts the sixth root from the At value. If necessary the same circuit can be used to determine the specific resistance value at Generate a record of the derived At value to the sixth power to raise. This procedure is the exact reverse of the procedure described above If the circuit of FIG. 2 is used to obtain the derived At-word, the angle 0 must be proportional to the product of the specific resistance value and change the linearly increasing depth value in a manner known per se.

Zum Gewinnen der Potenz können auch andersartige Vorrichtungen herangezogen werden, die an sich bekannt sind. Other types of devices can also be used to gain potency that are known per se.

Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung verwendet zur Erzeugung einer abgeleiteten Aufzeichnung eine primäre Bildtonaufzeichnung des spezifischen Widerstandes oder der Schall-Laufzeit dt. Die Primäraufzeichnung 100 läuft durch ein Wiedergabegerät 101. Die Ausgangssignale, die dem auf der primären Aufzeichnung gespeicherten Wert porportional sind, werden dem Rechengerät 102 zugeführt, dessen Ausgangsspannung seinerseits an den Aufzeichner 103 angelegt wird, um eine abgeleitete Aufzeichnung zu liefern. Das Wiedergabegerät 101 und das Aufzeichnungsgerät können in an sich bekannter Weise ausgebildet sein. Als Rechengerät 102 kann die an Hand Fig. 1 beschriebene oder eine gleichartige Vorrichtung zum Auswerten der Gleichungen (1) oder (2) dienen, um die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von der Schallgeschwindigkeit oder der Schallgeschwindigkeit von dem spezifischen Widerstand vorauszubestimmen. The arrangement shown in Fig. 3 used to generate a derived record is a primary image tone record of resistivity or the sound transit time dt. The primary recording 100 is running by a player 101. The output signals corresponding to the one on the primary record stored value are proportional, are fed to the computing device 102, whose Output voltage is in turn applied to the recorder 103 to a derived To deliver record. The reproducing device 101 and the recording device can be designed in a manner known per se. The arithmetic unit 102 can be on hand 1 or a similar device for evaluating the equations (1) or (2) serve to determine the dependence of the specific resistance on the speed of sound or the speed of sound from the resistivity.

Es ist ersichtlich, daß in einem einzigen Arbeitsgang die spezifische Widerstandsaufzeichnung, die At-Aufzeichnung, die abgeleitete Aufzeichnung des spezifischen Widerstandes und die Differenzaufzeichnung des spezifischen Widerstandes gewonnen werden können. Mit einem einfachen Bohrloch-Untersuchungsgerät, welches neben den Elektroden 27, 28 und 29 die akustischen Übertrager 10 und 12 enthält, können die Formationen gleichzeitig elektrisch und akustisch untersucht werden. Andererseits kann ein einziges akustisches Prüfgerät verwendet werden, um gleichzeitig die Schallgeschwindigkeitsfunktion und die abgeleitete Funktion des spezifischen Widerstandes aufzunehmen, welche selbst brauchbare Auskünfte liefern und mit den vorher gemessenen spezifischen Widerstandswerten desselben Bohrloches verglichen werden kann. Die Werte des spezifischen Widerstandes und die vorher im Verlauf der Untersuchung eines Bohrloches gemessenen Schallgeschwindigkeitswerte können in einem Bildtongerät od. dgl. verwendet werden, um eine abgeleitete Aufzeichnung von bereits vorhandenen Aufzeichnungen herzustellen, damit die Beschaffenheit der zuvor untersuchten Formationen vervollständigt wird. It can be seen that the specific Resistance record, the At record, the derivative record of the specific Resistance and the difference record of the resistivity obtained can be. With a simple borehole inspection device, which in addition to the Electrodes 27, 28 and 29 containing the acoustic transducers 10 and 12, the Formations can be examined electrically and acoustically at the same time. on the other hand A single acoustic tester can be used to simultaneously perform the speed of sound function and to include the derived function of the resistivity, which itself Provide useful information and with the previously measured specific resistance values of the same borehole can be compared. The values of the specific resistance and the sound velocity values previously measured in the course of the investigation of a borehole can be used in a video recorder or the like to make a derivative recording to create from already existing records, so that the nature of the previously examined formations is completed.

Ferner können auch alle Verfahrensschritte, die mit der oben beschriebenen Anordnung durchführbar sind, von Hand vorgenommen werden, indem bei den Berechnungen von der Gleichung (1) oder (2) ausgegangen wird, um die abgeleiteten und Differenzwerte zu erhalten. n'enn auch in Fig. 1 eine »Längs-Normal«-Elektrodenbauart dargestellt ist, so können doch in bestimmten Bereichen oder Flächen erfahrungsgemäß auch andere Bauarten vorgezogen werden, um Messungen des spezifischen Widerstandes durchzuführen, wenn solche Messungen genauer mit dem tatsächlichen elektrischen spezifischen Widerstand der Formationen übereinstimmen als die bei Verwendung von )>Längen-Normal«-Elektrode erhaltenen Messungen. Es sind verschiedene Mehrfachelektrodeneinrichtungen dieser Art bekannt. Furthermore, all method steps that were described with the above Arrangement can be done manually by adding in the calculations equation (1) or (2) is assumed to obtain the derived and difference values to obtain. A "longitudinal normal" electrode design is also shown in FIG. 1 is, experience has shown that others can also do so in certain areas or areas Designs are preferred in order to carry out measurements of the specific resistance, if such measurements are more accurate with the actual electrical resistivity of the formations are the same as those when using the)> length-normal "electrode measurements obtained. There are various multiple electrode devices of these Kind known.

Beispielsweise ist die in Fig. 4 dargestellte Siebenelektrodeneinrichtung für die Untersuchungen von Bohrlöchern geeignet, wenn die Bohrflüssigkeiten einen geringen Widerstand aufweisen, z. B. wenn die Bohrlöcher Salzwasser od. dgl. enthalten. Die Arbeitsweise der Siebenelektrodenanordnung bei Bohrlochuntersuchungen ist allgemein bekannt. Die wesentlichen Merkmale der Elektrodenanordnung zeigt Fig. 4. Ein Wechselstrom konstanter Stärke wird der Bohrlochelektrode 111 aus einer Spannungsquelle 110 zugefiihrt. Die Elektroden 112, 113, und 114, 115 einerseits und die Überwachungselekftoden 116, 117 und eine Oberflächenelektrode 118 andererseits sind mit den Eingangs- bzw. Ausgangsklemmen einer selbsttätigen Steuervorrichtung 119 verbunden. Ein über die Elektroden 116 und 117 fließender Strom hält die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 112, 113 und 114, 115 dauernd gleich Null. Das gemeinsame Potential der Elektroden 112, 113, 114 und 115 oder sein Äquivalent bezüglich der Elektrode 122 wird durch das Meßgerät 121 aufgezeichnet. Durch diese Einrichtung wird die Stärke des Stromes im Innern einer im wesentlichen horizontalen Abstandsfläche annähernd gleich dem Abstand 00.For example, the seven-electrode device shown in FIG. 4 is suitable for the investigation of boreholes, if the drilling fluids a have low resistance, e.g. B. if the boreholes or salt water. Like. Contain. The operation of the seven electrode assembly in well logging is general known. The essential features of the electrode arrangement are shown in FIG. 4. An alternating current The borehole electrode 111 is supplied with constant strength from a voltage source 110. The electrodes 112, 113 and 114, 115 on the one hand and the monitoring electrodes 116, 117 and a surface electrode 118, on the other hand, are connected to the input and Output terminals of an automatic control device 119 connected. One about the Electrodes 116 and 117 current flowing maintains the potential difference between the Electrodes 112, 113 and 114, 115 continuously equal to zero. The common potential of the Electrodes 112, 113, 114 and 115 or its equivalent with respect to electrode 122 is determined by the meter 121 recorded. It is through this establishment that the strength becomes of the flow within a substantially horizontal spacing area equal to the distance 00.

Bei den praktischen Messungen ergibt sich ein kreisender Stromfluß in dem Zwischenraum 00 von etwa 80 cm Durchmesser mit der Elektrode 111 als Mittelpunkt. The practical measurements result in a circulating current flow in the space 00 of about 80 cm in diameter with the electrode 111 as the center.

Wird mit einem solchen Zwischenraum gearbeitet, so werden die akustischen Übertrager, die zum Ermitteln einer Schallgeschwindigkeitsfunktion dienen, etwa im Abstand 0-0 angeordnet.If you work with such a gap, the acoustic Transmitters that are used to determine a speed of sound function, such as arranged at a distance of 0-0.

Wenn dagegen die Bohrlochflüssigkeit einen hohen spezifischen Widerstand aufweist, wie z. B. in einem ölhaltigen Grundschlamm, werden die Messungen des spezifischen Widerstandes vorzugsweise mit einer induktiven Schaltung durchgeführt, und zwar vor allem mit einer Schaltung in der die Leitfähigkeit, d. h. der reziproke Wert des spezifischen Widerstandes, gemessen wird. Durch die induktiven Messungen von Schichten kann die Leitfähigkeit leicht erfaßt werden. Eine geeignete Einrichtung zum Messen der spezifischen Leitfähigkeit ist im einzelnen bereits bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung ist eine längliche Magnetspule als Zweig einer Brücke mit den angrenzenden Formationen elektrisch gekoppelt. Die spezifische Leitfähigkeit der Formationen ist einer der beiden Faktoren, die mit der Brücke gemessen werden kann. Bei der Anordnung gemäß der Erfindung ist die Länge der für die Messung der spezifischen Leitfähigkeit dienenden Spule in der Vorrichtung der Fig. 1 annähernd gleich dem Abstand der benutzten akustischen Übertrager, z. B. gleich dem Abstand zwischen den Übertrager 10 und 12. Soll in ähnlicher Weise die )>Längen-Normal«-Elektrodenbauart nach Fig. 1 verwendet werden, so müssen die Bohrlochelektroden 27 und 29 etwa im Abstand der akustischen Übertrager 10 und 12 angeordnet sein. Wenn auch eine dauernd arbeitende Einrichtung zur Aufzeichnung einer Schallgeschwindigkeitsfunktion vorzuziehen ist, können auch andere bekannte Verfahren angewendet werden. So können die Schallaufzeiten erfaßt werden, indem man mehrere Detektoren mit Abstand voneinander über die Bohrlochlänge verteilt und einzelne akustische Impulse durch eine Explosion einer Ladung über oder unter den Detektoren erzeugt. On the other hand, if the borehole fluid has a high resistivity has such. B. in an oily base sludge, the measurements of the specific Resistance preferably carried out with an inductive circuit, namely especially with a circuit in which the conductivity, d. H. the reciprocal value the specific resistance is measured. Due to the inductive measurements of Layers the conductivity can easily be determined. A suitable facility for measuring the specific conductivity is already known in detail. at this known device is an elongated magnetic coil as a branch of a bridge electrically coupled to the adjacent formations. The specific conductivity of the formations is one of the two factors measured with the bridge can. In the arrangement according to the invention, the length is that for the measurement specific conductivity serving coil in the device of FIG. 1 approximately equal to the distance between the acoustic transducers used, e.g. B. equal to the distance between the transformers 10 and 12. Should the)> length-normal "-electrode type be used in a similar way are used according to Fig. 1, the borehole electrodes 27 and 29 must be approximately in Distance between the acoustic transducers 10 and 12 can be arranged. Albeit one all the time working device for recording a speed of sound function is preferable other known methods can also be used. So can the sound runtimes can be detected by having multiple detectors spaced from one another along the length of the borehole distributed and individual acoustic impulses through an explosion of a charge or generated under the detectors.

Die Ankunftzeiten der akustischen Energie bei den verschiedenen Detektoren liefern eine Anzeige der Laufzeiten längs der durch die Detektorenreihe unterteilten Bohrlochabschnitte. Dieses Verfahren ist allgemein bekannt und vollständig ausreichend, um eine Geschwindigkeitsfunktion zu liefern für die Erzeugung einer abgeleiteten Aufzeichnung, wie sie oben beschrieben worden ist.The arrival times of the acoustic energy at the various detectors provide an indication of the transit times along those divided by the row of detectors Borehole sections. This procedure is well known and completely sufficient, to provide a speed function for generating a derived one Record as described above.

Claims

CLAIMS: 1. Method of determining the depth of a Strata of the earth with unusual fluid content from a borehole, in which method two measured quantities from two different physical properties of earth formations that change with depth can be derived from which one property is the specific electrical resistance and the other property represent the speed of sound of the strata of the earth, characterized in that a variable derived from both measured variables is compared with a third variable, which results from a known lawful connection between the depth, the specific resistance and the speed of sound for that case shows that the strata of the earth are assumed to be saturated with a certain reference fluid will.

2. The method according to claim 1, characterized in that the the The relationship between the well-known law covering three quantities is v k '(R. T) a, where means: v the speed of sound, R the specific electrical resistance, T is the depth in the direction of the borehole, k is a material constant depending on the type of fluid, a is a constant number.

3. The method according to claim 1, characterized in that the comparison takes place by forming the difference.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that that a device is used for its implementation, which with two separate facilities connected, of which, to the respective depth of the device in the borehole, the one one on the specific resistance, the other one on the speed of sound of those earth layers dependent size supplies that at the level of the downhole equipment lie.

5. Apparatus for examining boreholes using the method of Claims 1 to 4, characterized in that a device is provided in it is the substance constant kl of the fluid actually present in the borehole the in claim 2 given regularity automatically depending on the three with the depth provides variable quantities T, R and v and from the constant exponent.

6. Apparatus according to claims 1 to 5, characterized in that In the device a device is provided which the k2 values according to claim 2 given law for the reference fluid assumed in the borehole accordingly who delivers depth.

7. Apparatus according to claim 1 to 6, characterized by a device which forms the difference between the kl and ka values automatically and as a function of registered from the depth.

8. The method according to claims 1 to 3, characterized in that that the specific electrical resistance by measurements of electrical currents and the speed of sound can be carried out by measurements of the transit times.

9. The method according to claims 1 to 3, characterized in that that water serves as the reference liquid.

References considered: U.S. Patent No. 2,304 051; British Patent No. 691 721.