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Einrichtung zur Fernmessung mehrerer Grössen
Zur Fernmessung mehrerer Grössen, insbesondere im Innern von Bohrlöchern, unter Verwendung einer reduzierten Anzahl von Leitern besteht das eine der meist angewendeten Verfahren darin, periodisch wirksam werdende Kommutatoren- (Unterbrecher) vorzusehen, die periodisch und aufeinanderfolgend verschiedene Messgeräte, die sich im Innern des Bohrloches beispielsweise befinden, mit den Leitern in Verbindung zu bringen, die zu Anzeige- oder Registriergeräten an der Erdoberfläche hinführen, welche für die Anzeige oder Registrierung der verschiedenen Messungen bestimmt sind.
So können z. B. im Verlauf jeder Periode dank der Unterbrecher Aufeinanderfolgen von elektrischen Stromstössen umgekehrt oder nicht umgekehrt, die durch Totzeiten voneinander getrennt sind, in den Messkreis gesandt werden. Dit, s ist insbesondere der Fall, wenn man in demselben Kreis mehrere Werte des elektrischen Scheinwiderstandes der von dem Bohrloch durchteuften Schichten sowie gegebenenfalls die Eigenpotentialdifferenzen, die in der Höhe der genannten Schichten auftreten, messen will. Die in der Höhe der Schichten entwickelten Potentialdifferenzen, sei es, dass sie von künstlich erzeugten Strö- men herrühren, um die Widerstände zu messen, sei es, dass es sich um natürlich auftretende handelt, werden dann an der Erdoberfläche beispielsweise mittels Galvanometer gemessen.
Das Beispiel hat gezeigt, dass es notwendig war, in solchen Messkreisen dann bohrlochseitig Unter- brecher-Gleichrichterkollektoren sowie Filter vorzusehen, die dem Zweck dienten, die Wechselkomponenten von Messströmen und infolgedessen die Schwingungen der Galvanometer zu eliminieren. Um brauchbare Ergebnisse zu erzielen, war man bisher gezwungen, Spezialfilter mit konstantem Eingangswiderstand zu verwenden, da die Verwendung gewöhnlicher Filter zu falschen Messergebnissen am Gal- vanom'eter führte, da sich die Anzeige des Galvanometers mit der Frequenz des Unterbrechers ändert.
Dies hat seinen Grund darin, dass im Verlauf jeder Periode des Unterbrechers das Messinstrument abwechselnd während gegebener Zeiträume vermittels des Kabels, dessen Gesamtwiderstand einen bestimmten Wert hat, mit den Empfangsgeräten im Bohrloch in Verbindung gebracht wird, wogegen es während der Dauer der Totzeiten ausgeschaltet oder kurzgeschaltet wird.
Nun sind aber die Filter mit konstantem Eingangswiderstand komplizierte und sperrige Geräte, u. zw. umso komplizierter und sperriger, je grösser die Zahl der verschiedenen durchzuführenden Messungen ist, so dass beispielsweise in Fällen, wo man mehrere Widerstandsmessungen mit den gleichen Kreisen durchführen will, praktisch nur äusserst schwierig zu lösende Probleme auftreten.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beseitigen und die Verwendung von gewöhnlichen, einfachen und wenig Platz erfordernden Filtern zu ermöglichen, indem der Einfluss, den die Verwendung dieser Filter auf die Messungen haben könnte, wenn die Frequenz des Unterbrechers gezwungenermassen geändert wird, unterdrückt wird.
Zu diesem Zweck besteht die Erfindung im wesentlichen darin, eine Einrichtung vorzusehen, die während der Perioden, wo sich der Kommutator im Totpunkt befindet, in den Eingang des Filters einen Widerstand einschaltet, der dem Widerstand des Kreises zwischen den beiden Klemmen während des Durchganges der Signale entspricht und jenen desMessapparates und der anschliessenden Leiter einschliesst. Unter diesen Bedingungen hat die Erfindung in Übereinstimmung mit der Theorie gezeigt, dass die An-
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zeige des Galvanometers sehr stabil ist und nicht von der Frequenz des Unterbrechers beeinflusst wird.
Andere Zwecke und Eigenheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Erläuterung der Zeichnungen hervor, die zwei besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulichen.
Fig. 1 ist eine sehr schematische Darstellung einer Einrichtung gemäss der Erfindung, die auf ihre wesentlichen Elemente beschränkt ist.
Fig. la ist ein Diagramm, das die theoretische Form des Speisestromes entsprechend der Wirkungsweise des in den Speisekreis eingeschalteten Teiles des Kommutator-Unterbrechers zeigt, Fig. Ib ist eine theoretische Darstellung des oberhalb des Kommutators 16 gemessenen Stromes, Fig. lc ist eine entsprechende theoretische Darstellung des Messstromes unterhalb dieses Kommutators, Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäss der Erfindung, die es gestattet, mehrere Grössen im Inneren eines Bohrloches zu messen, Fig. 2a, 2b, 2c und 2d sind theoretische Diagramme des Messstromes am Eingang der Filter, die zu den verschiedenen Messinstrumenten hinführen.
Bei dem Einrichtungselement gemäss Fig. 1 handelt es sich darum, einen elektrischen Scheinwiderstand der von einem Bohrloch durchteuften Schichten zu messen. Zu diesem Zweck sind zwei Elektroden,
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einander hinabgesenkt. Diese Elektroden sind entsprechend durch Leiter 1 und 2 eines Kabels mit einer Stromquelle 3 verbunden, die an der Erdoberfläche angeordnet ist. Die Verbindung geschieht über einen Widerstand 4, der einen hohen Wert R besitzt, und über einen umlaufenden Kommutator 5, der nur ganz schematisch dargestellt ist, und periodisch die Anschlüsse der Leitungen 1 und 2 auf die Klemmen 6 und 7 der Stromquelle 3 umlegt. Mit 8 ist ein Messgerät bezeichnet. Die vollen Linien 9 und 10 veranschaulichen schematisch die eine der Stellungen des Kommutators, in der der Leiter 1 mit der Klemme 6 und der Leiter 2 mit der Klemme 7 verbunden ist.
Die punktierten Linien 11 und 12 veranschaulichen schematisch die andere Stellung des Kommutators, in der der Leiter 1 mit der Klemme 7 und der Leiter 2 mit der Klemme 6 verbunden ist. Auf Grund des Kommutators fliesst der Strom abwechselnd mit einer am Gerät 8 gemessenen Stärke I zunächst von A nach B, dann von B nach A. Eine theoretische Darstellung dieses Stromes ist in Fig. la gegeben, aus der ersichtlich ist, dass der durch die Elektroden A und B gehende Strom abwechselnd die Werte +I und -I in Funktion der Zeit mit einer Periode, die die Umlaufperiode des Kommutators ist, annimmt.
Die Messeinrichtung besteht aus einer Elektrode M, die gleichfalls in das Bohrloch hinabgesenkt ist und einen konstanten Abstand von den Elektroden A und B besitzt. Diese Elektrode M ist durch einen Leiter 13 des Kabels mit einem Messgerät 14 (Anzeige-oder Registriergerät) verbunden, das an der Erdoberfläche angeordnet ist. In die Verbindung ist ein Tiefpassfilter 15 und ein Kommutator-Unterbrecher 16 eingeschaltet, der synchron mit dem Kommutator-Untetbrecher 5 betätigt wird. 17 und 18 bezeichnen die beiden Eingangsklemmen des Filters 15.
Der Kommutator 16'passiert abwechselnd drei Lagen : eine, durch die vollen Linien 19 und 20 gekennzeichnete Lage, in der der Leiter 13 mit der Klemme 17 verbunden ist, während die Klemme 18 bei 21 geerdet ist, eine, durch die punktierten Linien gekennzeichnete Lage, in der der Leiter 13 mit der Klemme 18 verbunden ist,'während die Klemme 17 geerdet ist, und schliesslich eine dritte Lage, in der der Leiter 13 und die Erde 21 von den Klemmen 17 und 18 abgeschaltet sind.
Das Potential bei M hängt, wie bekannt ist, von dem spezifischen Widerstand der durchteuften Schichten ab, und seine Messung ergibt infolgedessen den Wert des Scheinwiderstandes dieser Schichten. Dieses Potential nimmt abwechselnd infolge der Umkehr des Sendestromes durch den Unterbrecher 5 positive und negative Werte an. Die negativen Impulse werden, bevor sie zum Messgerät gelangen, gleichgerichtet.
Dieses System positiver und negativer Impulse des Sendestromes hat zum Zweck, die Wirkung auf das Potential der Eigenpotentiale, die im Bohrloch vorhanden sind, zu eliminieren. Ausserdem wird der Messstrom auf das Galvanometer bei jedem Wechsel des Sendestromes erst eine bestimmte Zeit, nachdem dieser Messstrom abgegangen ist, übertragen, um die Messungen nur zu bewirken, wenn der Strom jedes Impulses sich gut eingestellt hat. Dies ist auch der Grund dafür, dass der Unterbrecher 20 zwischen jeder Lage, in der er den Strom zum Messgalyanometer hindurchtreten lässt. Unterbrechungstotzeiten aufweist.
Diese Aufeinanderfolge von Zeiten, in denen der Strom passiert, und Totzeiten ist in dem Messdiagramm der Fig. lc veranschaulicht. Der resultierende Strom kann als die Überlagerung eines Gleich- uhd eines Wechselstromes angesprochen werden, dessen Frequenz die doppelte derjenigen des Sendestromes ist.
Es handelt sich darum, diesen Gesamtstrom vor seinem EinlangenbeimGalvanometer durch ein Filter zu leiten, um daraus die Wechselstromkomponente zu eliminieren. Wie schon erklärt wurde, war es bisher notwendig, für diesen Zweck Filter mit. konstantem Eingangswiderstand zu verwenden, um zu vermeiden, dass sich die Frequenzänderungen des Unterbrechers auf die Messungen auswirken.
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Gemäss der Erfindung kann man diesen Nachteil beseitigen und mit gewöhnlichen Filtern (im dargestellten Fall Tiefpassfiltern) Åauskommen, wenn man während der Totzeiten die Eingänge 17 und 18 des Filters durch einen Widerstand 22 verbindet, der dem Widerstand des Leiters 13 und der Elektrode M gleich ist, somit den Wert des Widerstandes zwischen den Klemmen 17 und 18 während des Stromflusses hat.
Hiefür genügt es, den Unterbrecher selbst dazu zu bringen, diesen Widerstand während der Totzeiten einzuschalten. Diese Schaltvorgänge können entweder genau zu den Endzeitpunkten jeder Totzeit oder kurz danach erfolgen.
Die Fig. 2 ist ein Schema, das die Anwendung dieses Prinzips, wie es zuvor mit Bezugnahme auf das vereinfachte System der Fig. 1 beschrieben ist, bei einer Einrichtung zeigt, die zur Messung von drei Scheinwiderständen und der im Innem der Bohrlöcher existierenden Eigenpotentialdifferenzen dient.
Die Stromsendeeinrichtung besitzt in diesem Falle eine Gleichstromquelle 31, die durch die Zwischenschaltung eines nicht besonders dargestellten, an sich bekannten Unterbrecherelementes abwechselnd zwei in das Bohrloch hinabgesenl < te Elektroden 32 und 33 und eine Erdung 34 speist, die beispielsweise von der Armatur des Kabels gebildet wird. 35 und 36 bezeichnen zwei Strommessinstrumente. Der Unterbrecher-Kommutator hat zur Wirkung, dass ein Strom abwechselnd entweder zwischen der Elektrode 32 und der Erdung 34 oder zwischen den Elektroden 32 und 33 hindurchtritt, wobei der Strom in dem letzteren Falle ein sehr viel höherer ist als in dem ersteren. Messelektroden 37, 38, 39 und 40 sind entsprechend durch Leiter 41, 42, 43 und 44 mit der Erdoberfläche verbunden.
Diese Leiter führen zu verschiedenenElementen vonUnterbrechem, die mit denUnterbrecherelementen der Stromsendeanlage synchronisiert sind. Abzweigungen 45 und 46 sind entsprechend an den Leiter 44 angelegt, und die Enden der verschiedenenleiter undAbzweigungensindiimmer zwei zu zwei bei 47,48-49, 50-51 und 52 an die Unterbrecherelemente angelegt. Man misst so zwischen 47 und 48 die Potentialdifferenzen zwischen der Elektrode 37 und der Elektrode 40, zwischen den Klemmen 49 und 50, die Potentialdifferenzen zwischen den Elektroden 38 und 40 und zwischen den Klemmen 51 und 52 die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 39 und 40.
Eine zusätzliche Abzweigung 53. die an den Leiter 41 angelegt und bei 54 geerdet ist, und in die ein Messinstrument 55 eingeschaltet ist, gestattet, in an sich bekannter Weise die in dem Bohrloch auftretenden Eigenpotentialdifferenzen zu messen. Die Potentialdifferenzen, entsprechend zwischen 47 und 48, 49 und 50,51 und 52 werden durch die Messinstrumente 56, 57, 58 nach Filterung in den Filtern 59, 60 und 61 gemessen. gemessen.
Die Fig. 2a ergibt das Bild des Gesamtsendestromes, der durch die Elektrode 32 hindurchgeht und abwechselnd von der Elektrode 33 und der Erdung 34 aufgenommen wird. In diesem Schema entsprechen die Impulse 62, 62' dem zwischen der Elektrode 32 und der Erdung 34, welche durch die Armierung des Kabels beispielsweise gebildet wird, hindurchgehenden Strom. Die Impulse 63, 63' ergeben den Durchgang des Stromes zwischen den Elektroden 32 und 33, wobei diese verschiedenen Impulse durch Totzeiten 64, 64', 64"usw. getrennt sind. Die Schaltelemente des Kommutators steuern den zeitlichen Verlauf der Messströme. Sie bewirken einen abwechselnden Stromübergang einerseits zwischen der Elektrode 32 und der Erdung 34 und anderseits zwischen den Elektroden 32 und 33.
Diese Schaltelemente bewirken weiters in den in Frage stehenden Stromkreisen eine jedmalige Umkehr der zu den Messgeräten fliessenden'Strö- me. Da diese Ströme ihrerseits, zufolge ihrer Abhängigkeit von den Sendeströmen fortlaufend ihre Richtung wechseln, sind die schliesslich zu den Messgeräten gelangenden Ströme durchwegs gleichgerichtet, wie aus den Fig. 2b, 2c und 2d zu entnehmen ist. Die Impulse des dritten Kommutatorelementes, die dazu dienen, den Strom zwischen 51 und 52 hindurchtreten zulassen und einen Impuls auf zwei gleichzurichten, gehen bei 67 und 67' (Fig. 2d) in dem Moment vor sich, wo der durch die Impulse 63, 63' dargestellte Sendestrom zwischen den Elektroden 32 und 33 passiert.
Gemäss der Erfindung ist an jedem der Messelemente des Kommutators eine Einrichtung vorgesehen, durch die zwischen die Eingangsklemmen jedes Filters ein Widerstand eingeschaltet werden kann, der dem Gesamtwiderstand des zu denMesselektroden führenden Kreises gleich ist. Dabei erfolgt diese Widerstandseinschaltung während der jeweiligen Totzeit, das heisst, zwischen den aufeinanderfolgenden Stromdurchgängen in den vom Bohrloch herkommenden Kreisen. Da in diesem Falle jeder Messkreis zwei in das Bohrloch hinabgesenkte Leiter besitzt, muss dieser in jedem Kreis eingebaute Widerstand genau dem Zweifachen des Gesamtwiderstandes jeder der Leiter entsprechen. Dieser Widerstand ist in der Fig. 2 bei 68, 69 und 70 gezeigt.
Dasselbe Prinzip, das in dem besonderen Fall der Fig. 2 beschrieben ist, kann auch sonst, gleichgültig wie die Gesamtanordnung des Elektroden- und Messsystems aussieht, angewendet werden.