Sposób badania potencjalu wlasnego formacji geologicznych i urzadzenie do badania tego potencjalu Przedmbtem wynalazku jest sposób pomiaru potencjalu wlasnego formacji geologicznych, przez które przechodzi odwiert oraz urzadzenie do badania tego potencjalu.Potencjal wlasny, czyli potencjal spontaniczny, oznaczony w dalszej czesci opisu przez SP jest potencja¬ lem wytwarzanym w wyniku naturalnych procesów elektrochemicznych zachodzacych w tych warstwach. Na skutek tych procesów elektrochemicznych przy zetknieciu mulu wiertniczego lub jego filtratu z woda, znajduja¬ ca m w porach warstw przepuszczalnych i w przyleglych lupkach, powstaje sila elektromotoryczna. Znany jest sposób profilowanie SP, w którym dokonuje sie pomiaru potencjalu pomiedzy powierzchniowa elektroda odniesienia a elektroda znajdujaca sie w slupie przewodzacego mulu, podczas gdy ta elektroda przemieszcza sie przez rózne warstwy geologiczne. Wada tego znanego sposobu jest to, ze wynik pomiaru SP zalezy w znacznym stopniu od wlasnosci mulu i wystepujacych formacji. Sposób ten jest stosowany do wykrywania warstw przepuszczalnych i pomiaru wartosci opornosci wlasciwej wody, znajdujacej sie w tych warstwach.Sposób pomiaru SP byl dawniej na ogól uwazany za zadowalajacy. Przy stosowaniu znanego sposobu pomiaru SP wystepuje niestety wiele czynników, które moga powodowac bledy. Na przyklad w przewodzie ukladu pomiarowego SP, polaczonym z elektroda odniesienia na powierzchni ziemi, indukowany jest bardzo czesto szum magnetyczny, spowodowany przez pole magnetyczne namagnetyzowanych ruchomych czesci mechanizmu nawijajacego, z którego na powierzchni ziemi odwija sie, lub na który nawija sie kabel. Ponadto na potencjal SP powierzchniowej elektrody odniesienia oddzialuja prady bladzace, pochodzace z róznych zródel.Poniewaz mierzy sie róznice potencjalu powierzchniowej elektrody odniesienia iSP elektrody, znajdujacej sie w otworze, ten potencjal szumu na SP elektrody powierzchniowej wystepuje jako szum w profilowaniu SP.Jedna z przyczyn szumu elektrody powierzchniowej jest zmieniajacy sie potencjal ziemi, wynikajacy z pradu, który wytwarza ogniwo galwaniczne, utworzone przez wzajemne oddzialywanie opancerzenia kabla, mulu i obudowy otworu wiertniczego. Prad pochodzacy z tego ogniwa galwanicznego powoduje bledy, poniewaz polaczenie pomiedzy obudowa kabla a obudowa otworu nie jest ciagle. Inna przyczyna takiego szumu elektrody2 70 84? powierzchniowej wynika z pol* magnetycznego, wytwarzanego w poblizu otworu wiertnicze&o p*'zez generatory i silniki. Dalszym zródlem tmnm, który oddzialuje na potencjal SP elektrody powierzchniowej sa tak zwane prady tekiryczns, bedace naturalnymi pradami przemiennymi, plynacymi zasadniczo w plaszczyznach poko¬ rnych, w poblizu powierzchni zismi. Te prady teluryczne indukowane sa w ziemi przez prady cyrkulujace w górnej warstwie atmosfery, które pod wplywem jonizacji zachodzacej pod dzialaniem promieniowania slona* cznego staja sie w wysokim stopniu przewodzace. Teczynniki, oddzialujace na stabilnosc SP elektrody powierz¬ chniowej maja szczególnie duzy wplyw w przypadku profilowania otworów wiertniczych poza ladem. Wynika to przddt wszystkim z trudnosci izolowania powierzchni SP w stosunku do elektrody wynikajacych z przewodnosci wody morskiej. Ponadto sasiedztwa róznych metali w dobrym elektrolicie jakim jest woda morska, prowadzi do powstania wszelkiego rodzaju ogniw galwanicznych, zmieniajacych sie pod dzialaniem fal.Poza szumem, oddzialujacym na SP elektrod powierzchniowych istnieje równiez wiele zródel szumu, które dzialaja na SP elektrody w otworze wiertniczym. Jedna z przyczyn tego szumu jest szum wynikajacy z himeta- lizmu, spowodowany pradami wwarstwie geologiczni islcpia myly, wytwarzanymi przez ogniwo galn^niczne powstale pomiedzy rózniacymi sie od siebie metalami inajtiujacymi sie w otworze wiertniczym urzadzenia do profilowania. Ponadto szum pochodzacy z polaryzacji elektrody SP w otworze powoduje, ze potencjal tej elektrody zmienia sie w niepozadany sposób. Wielkosc tego szumu polaryzacyjnego jest jednak zwykle tak mala, ze jest malo istotna. Szum polaryzacyjny ma glównie charakter pradu stalego lub odmiennej wartosci podstawy, a inne wspomniane wyzej rodzaje szumu maja glównie charakter pradów przemiennych o wysokiej czestotliwos¬ ci.Znany jest równiez sposób bezszumowego profilowani 3Pt polegajacy na pomiarze róznicy SP czyli gradientu SP, to jest róznicy potencjalów pomiedzy dwiema ^Urodami, umieszczonymi stosunkowo blisko siebie w otworze wiertniczym, oraz porównaniu tej róznicy potencjalów dla uzyskania rzeczywistej wartosci SP.Wada tego znanego sposobu jest jednak te, ze najmniejszy nawet szum o charakterze pradu stalego, spowodowa¬ ny przez polaryzacje lub blad zerowy wzmacniacza, przetwarzamy jest w tym ukladzie przez przyrzad sumujacy w bardzo duzy blad. inny znany sposób polega na pomiarze SP elektrody w odniesieniu do obudowy kabla, na którym utrzymuje sie narzedzie wiertnicze w otworze wiertniczym, w punkcie znajdujacym sie blisko konca tej obudo wy. Pomiar SP wykonywany tym sposobem jest stosunkowo wolny od szumu o charakterze pradu przemiennego, poniewaz przewody laczace uklad elektroniczny, znajdujacy sie na powierzchni ziemi z elektroda SP i obudowa kabla prowadzone sa razem, wewnatrz kabia, a obudowa kabla jest znacznie oddalona od powierzchni ziemi, gdzie powstaje duza ilosc szumu o charakterze pradu przemiennego. Wada tego sposobu jest to, ze uklad pomiaru SP elektrody w stosunku do obudowy nie jest zupelnie wolny od bledu. Jesli którakolwiek czesc obudowy, majaca ograniczona opornosc wlasciwa, przylega do warstwy geologicznej, majacej znaczny SP, potencjal obudowy staje sie nalezny w pewnym stopniu od tego SP, co powoduja powstanie bledu w pomiarze SP. Dlatego wlasnie ten uklad pomiarowy nie byl nigdy stosowany w szerokim zakresie.Celem wynalazku jest usuncie wad zr.anych sposobów i urzadzen.Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu i urzadzenia do pomiaru potencjalu wlasnego warstw geoSogicznych ulem, przez które przechocki otwór wiertniczy, umozliwiajacych uzyskanie wskazan rzeczywiste¬ go potencjalu spon&n&znego, wolnego w znacznym stopniu od bledu spowodowanego przez szum.Wedlug wyna^ku sposób badania potencjalu wlasnego formacji geologicznych, przez które przechodzi odwiert polegajacy na tym, ze dwie lub wiecej elektrod, z których przynajmniej jedna jest elektroda potencjalo¬ wa, pr^mies^cza sie poprzez odwiert w celu uzywania róznych sygnalów zmieniajacych sie w funkcji potencjalu spontanicznego z glebokoscia m jaka opmzcmnc sa elektrody, charakteryzuje sie tym, ze uzyskane sygnaly fi'truje sie w celu osuniecia skladowych wysokiej czestotliwosci z jednego ? tych sygnalów posiadajacego stosunkowo mala zawartosc informacji o potencjale spontanicznym w zakresie wysokiej czestotliwosci! sklado¬ wych niskiej czestotliwosci z drugiego sygnalu, posiadajacego stosunkowo niska zawartosc informacji o potencja¬ le spontanicznym w zakresie niskiej czestotliwosci i laczy sie przefiltrowany pierwszy i drugi sygnal aby otrzymac ulepszony porafer spontank;znego potencjalu formacji geologicznej.Urzadzenie sluzace wedlug wy r*alazku do badan' potencjalu wlasnego formacji geologicznych przez które pr^©chodzi odwiert, uwierajace pl%m$za i druga elektrode, przy czym oierwsza elektroda jest elektroda potencjalowa, ruchome r&zen* w odwiercie, oraz uklad sprzezony z tymi elektrodami, przeznaczony do wytwa¬ rzania róznych sygnalów, reprezentujacych funkcje potencjalu spontanicznego, zmieniajacych sie wraz z glebo¬ koscia elektrod, charakteryzuje sie tym, ze ponadto zawiera czlony filtrujace sprzezone z wymienionym ibwodem w celu usuwania skladowych wysokiej czestotliwosci, z jednego z sygnalów, posiadajacego stosunko¬ wo mala zawartosc informacji o potencjale spontanicznym w zakresie wysokich czestotliwosci i skladowych741847 3 niskiej czestotliwosci z drugiego sygnalu, posiadajacego stosunkowo mala zawartosc informacji o potencjale spontanicznym w zakresie niskich czestotliwosci, oraz sprzezony z wyjsciem tych czlonów filtrujacych uklad do laczenia przefiltrowanego pierwszego i drugiego sygnalu, aby uzyskac polepszony pomiar wyjsciowy spontanicz¬ nego potencjalu informacji geologicznej.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia schematycznie urzadzenie do otrzymywania wskazan potencjalu wlasnego warstw geologicznych, przez które przechodzi otwór wiertniczy, fig. 2 — wykres zaleznosci mocy od czestotliwosci dla róznych skladowych sygna¬ lów, wytwarzanych przez elektrody z fig. 1, fig. 3- inny przyklad wykonania fragmentu urzadzenia wedlug wynalazku, przedstawiony schematycznie, fig. 4 - wykres zaleznosci amplitudy od czestotliwosci dla pewnych obwodów z fig. 3, fig. 5- urzadzenie wedlug fig. 3, stanowiace bardziej szczególowy schemat obwodu przetwa¬ rzajacego sygnal fig. 6A i 6B — wykres falowy, wyjasniajacy dzialanie czesci urzadzenia z fig. 5 fig. 7 -inny przyklad wykonania wynalazku, fig. 8 — inny przyklad wykonania wynalazku, a fig. 9 — reakcje czestotliwoscia wa pewnych obwodów z fig. 8.Na fig. 1 przedstawiono otwór wiertniczy 10 z odpowiednim przewodzacym mulem wiertniczym 11, przechodzacy przez warstwe geologiczna 12. Dla profilowania potencjalu wlasnego warstw geologicznych 12, na koncu nie przedstawionego na rysunku wieloprzewodowego kabla zawieszony jest przyrzad 13, majacy elektrody 14 i 15 oddalone od siebie w linii pionowej o odleglosc a. Umieszczone w otworze elektrody 14 i 15 wyprowa¬ dzone sa za pomoca pary przewodów 16 i 17 na powierzchnie ziemi, gdzie potencjaly odebrane przez elektrody 14 i 15 sa przetworzone na wskazanie potencjalów wlasnych sasiadujacych z elektrodami warstw geologicznych 12. Na powierzchni ziemi przewody 16 i 17 sa doprowadzone do zacisków wejsciowych róznicowego wzmacnia¬ cza 18, który odejmuje potencjal dolnej elektrody 15 od potencjalu górnej elektrody 14 w celu wytworzenia sygnalu wyjsciowego A SP, proporcjonalnego do róznicy potencjalów czyli gradientu pomiedzy elektroda 14 a 15. Przewód 17 i przewód 19 polaczony z elektroda 19a osadzona w ziemi, przy jej powierzchni, sa polaczone z zaciskami wejsciowymi róznicowego wzmacniacza 20, dla wytworzenia sygnalu wyjsciowego odpowiadajacego róznicy potencjalów elektrod 15 i 19a. Ten sygnal wyjsciowy ze wzmacniacza 20 odpowiada spontanicznemu potencjalowi mierzonemu wedlug dotychczas znanego sposobu i jest oznaczony przez SP.Tesygnaly wyjsciowe ze wzmacniacza 18 i 20 sa nastepnie doprowadzane do obwodu 21, który te sygnaly wejsciowe przetwarza zgodnie z wynalazkiem w celu osiagniecia poprawionego pomiaru SP. Ten poprawiony pomiar SP jest doprowa¬ dzony do galwancmetrycznego rejestratora 34.Przed wyjasnieniem dzialania obwodu 21 przetwarzajacego sygnal w celu otrzymania poprawionego sygnalu wyjsciowego SP, nalezy przeprowadzic pewne rozwazania teoretyczne. Zwykly pomiar SP reprezentowa¬ ny przez sygnal wyjsciowy ze wzmacniacza 20 obarczony jest, jak wyjasniono uprzednio, kilku rodzajami szumu.Ten szum mozna podzielic na dwie kategorie — szum o wysokiej czestotliwosci i szum o niskiej czestotliwosci.Szum o wysokiej czestotliwosci jest spowodowany takimi przyczynami jak prady teluryczne, bimetalizm, szum urzadzen wiertniczych i tym podobne, majace okres rzedu kilku sekund lub mniej. Szum o charakterze pradu stalego lub szum o niskiej czestotliwosci wynika glównie z polaryzacji elektrodowej i jesli chodzi o zwykly pomiar SP nie jest na ogól klopotliwy ze wzgledu na to, ze wielkosc tego szumu polaryzacyjnego w stosunku do mierzonego SP jest mala. Szum o wysokiej czestotliwosci jest zazwyczaj klopotliwy w odniesieniu do zwyklego pomiaru SP, stanowiacego wyjscie ze wzmacniacza 20. Takwiec sygnal wyjsciowy SP ze wzmacniacza 20 mozna oznaczyc przez V + N, gdzie V jest rzeczywista wartoscia sygnalu SP, to jest równa potencjalowi, mierzonemu pomiedzy elektrodami 15 i 19a gdyby szum nie wystepowal, a N jest skladnikiem reprezentujacym szum o wysokiej czestotliwosci.Sygnal A SP ze wzmacniacza 18 jest w znacznej mierze wolny od tych skladników szumu o wysokiej czestotliwosci, czyli o charakterze pradu przemiennego. Wynika to stad, ze zródlo szumu o charakterze pradu przemiennego nie jest na ogól miejscowe, czyli jest oddalone od elektrod 14 i 15, a wiec wplywa w róznym stopniu na potencjal obu tych elektrod. Poniewaz wiec róznicowy wzmacniacz 18 odejmuje potencjal jednej elektrody od potencjalu drugiej elektrody, ten szum o charakterze pradu przemiennego jest zwykle wyeliminowa¬ ny. Nie odnosi sie to jednak do bledów spowodowanych przez polaryzacje elektrod 14 i 15, poniewaz polaryzacja jest zjawiskiem miejscowym, to jest oddzialuje na kazda elektrode w sposób indywidualny. Jak wyjasniono uprzednio, szum polaryzacyjny jest maly w stosunku do calkowitego mierzonego SP, tak, ze dla celów praktycznych moze byc pominiety. Jakkolwiek A SP czyli gradient stanowi róznice potencjalów pomiedzy dwoma punktami, znajdujacymi sie blisko siebie w otworze wiertniczym, ten sygnal A SP, czyli gradientu, jest stosunkowo maly co do wielkosci, sprawia, ze szum polaryzacyjny jest waznym skladnikiem, w szczególnosci po polaczeniu. Sygnal wyjsciowy we wzmacniacza 18 zawiera wiec zarówno rzeczywisty, bezszumowy sygnal gradientu, oznaczony przez G, jak i szum polaryzacyjny oznaczony przez P. Ten sygnal4 70847 wyjsciowy A SP jest wiec równy G-P. Jak widac sygnal A SP ze wzmacniacza 18 zawiera silny skladnik o wysokiej czestotliwosci, lecz slaby skladnik o niskiej czestotliwosci, co wynika z bledu polaryzacyjnego.Znany sposób pomiaru SP, na skutek szumu N o wysokiej czestotliwosci charakteryzuje sie silnym skladnikiem o niskiej czestotliwosci lecz slabym skladnikiem o wysokiej czestotliwosci. Jest to dokladniej objasnione na fig. 2, gdzie przedstawiony jest wykres zaleznosci mocy od czestotliwosci dla wyzej omawianych skladników sygnalu. Rzeczywista, bezszumowa wartosc SP, przedstawiona kreskowa krzywa V ma duza moc przy malych czestotliwosciach i gwaltownie zmniejsza sie do bardzo malej wartosci mocy przy wyzszych czestotliwosciach. Rzeczywisty, bezszumowy sygnal G gradientu, przedstawiony krzywa punktowa, ma bardzo mala moc przy malej czestotliwosci i oznacza moc przy sredniej i wysokiej czestotliwosci. Natomiast polaryza¬ cyjny sum P ma znaczna moc przy niskiej czestotliwosci a ze wzrostem czestotliwosci jego moc gwaltownie zmniejsza sie do zera. Skladnik N szumu o wysokiej czestotliwosci nie wykazuje zadnej mocy przy niskich czestotliwosciach, ma jednak znaczna moc przy wysokich czestotliwosciach.Poniewaz mierzony sygnal SP wynosi V-rN, a mierzony sygnal gradientu A SP jest równy G + P, z fig. 2 wynika, ze konwencjonalny pomiar SP ze wzmacniacza 20 moze byc wykorzystany przy niskiej czestotliwosci, a róznicowy pomiar SP to jest A SP ze wzmacniacza 18 moze byc wykorzystany przy wysokiej czestotliwosci.Mozna wiec powiedziec, ze rozklad mocy w zaleznosci od czestotliwosci dla tych sygnalów jest taki, ze skladniki szumu N i P moga byc z latwoscia oddzielone od skladników pomiarowych V i G dla kazdego , z pochodnych sygnalów SP i ASP. Pomiary zarówno SP jak i ASP sa zgodnie z wynalazkiem wlaczone do przetwarzajacego sygnal obwodu 21, który spelnia zadanie wyodrebniania skladnika o niskiej czestotliwosci w pomiarze SP, oraz skladnika o wysokiej czestotliwosci w pomiarze A SP i laczenie tych dwóch wyodrebnio¬ nych skladników dla osiagniecia skompensowanego pomiaru SP. Sygnal gradientu A SP na wyjsciu ze wzmacnia¬ cza 18 jest okreslony nastepujacymwyrazeniem: ' ASP = G^ P = V(z^a)-V gdzie V (z) jest rzeczywista wartoscia SP r a glebokosci z w otworze wiertniczym, a V (z -r a) jest rzeczywista wartoscia SP na glebokosci, z -r a w otworze wiertniczym. Poniewaz obwody typu analogowego pracuja z podsta¬ wa czasowa, bylo by pozadane rozwazyc równanie (1) napisane w funkcji czasu. W tym przypadku równanie (1) przybiera postac. dV dt . n adV . „ SP = adt " dz -p = HdT-P O) gdzie u jest predkoscia dz/dt ukladu elektrod. Równanie (2) moze byc wyrazane w postaci transformaty Laplace'a: L(ASP) =S V V gdzie T=F" (4) Sygnal wyjsciowy ze wzmacniacza 20 przedstawia wyrazenie: SP =V(z)-V0^N (5) gdzie V0 jest napieciem na powierzchniowej elektrodzie 19a. Poniewaz VQ wynosi zwykle zero woltów, pomijajac wplyw skladnika N szumu, równanie (5) moze byc napisane nastepujaco: SP=V Transformata Laplace'a dla równania (6) jest nastepujaca: L(SP =V(2KN (7) V(z) w dalszej czesci opisu oznaczone jest po prostu V. Jak przedstawiono na fig. 2. pozadany element V ma maksymalna moc przy niskiej czestotliwosci, a niepozadany element szumu N ma maksymalna moc przy wysokich czestotliwosciach. Jasne jest wiec, ze te dwa elementy V i N powinny byc przepuszczane tylko przy niskich czestotliwosciach. Natomiast pozadany element gradientu G ma moc maksymalna przy srednich lub wysokich czestotliwosciach, a niepozadany element szumu P ma moc maksymalna przy niskich czestotliwos¬ ciach. Jest wiec oczywiste, ze te dwa elementy G i P powinny byc przepuszczane tylko przy wysokich czestotliwosciach.70847 v 5 Wyrazenie okreslajace pozadany sygnal wyjsciowy e0 z obwodu 21 przetwarzajacego iygnal powinno wiec mlec nastepujaca postac: ^o-UV+N) + H(SrV +P) (8) albo ^(L + SrHjy+LN +HP (0) gdzie L i H oznaczaja funkcje przenoszenia odpowiednio niskie) i wysokiej czestotliwosci, zas r --jp Jak przedstawiono na fig. 1f sygnal napieciowy ze wzmacniacza 20 wprowadza sie do filtru dolnoprzepus- towego 25, majacego charakterystyke przenoszenia L wedlug równania (9). Wyjscie z dolnoprzepustowego filtru 25 doprowadzone jest poprzez sumujacy opornik 28 do sumujacego wzmacniacza 28 zaopatrzonego w opornik 27 sprzezenia zwrotnego.Sygnal gradientu A SP ze wzmacniacza 18 wprowadza sie do obwodu 22, majacego funkcje przenoszenia H wedlug równania (9). Zadaniem tego obwodu jest sumowanie I filtrowanie doprowadzonego sygnalu wejsclo wego A SP. Dolnoprzepustowy filtr 29, o charakterystyce przenoszenia Li, wchodzacy w sklad obwodu 22, sluzy do przepuszczania do ujemnego zacisku wejsciowego wzmacniacza 30 tylko czesci sygnalu A SP, majacej niska czestotliwosc. Do dodatniego zacisku wejsciowego wzmacniacza 30 wprowadzony jest sygnal A SP bezposrednio ze wzmacniacza 18. Równolegle ze wzmacniaczem 30 polaczony jest kondensator 31, tak, te uklad obejmujacy wzmacniacz 30 I kondensator 31 dziala jako element sumujacy. Wyjscie z tego ukladu doprowadzone jest do górnoprzepustowego filtru 32, majacego charakterystyke przenoszenia Hi, a sygnal wyjsciowy jest z niego doprowadzony do sumujacego wzmacniacza 26, za posrednictwem sumujacego opornika 33. Sygnal wyjsciowy z sumujacego wzmacniacza 26, oznaczony przez e0 jest nastepnie rejestrowany przez odpowiedni, galwanometryczny rejestrator 34.Z porównania równan (8 i (9) z obwodem 21 przetwarzajacym sygnal wynika, ze obwód 21 moze byc wyrazony za pomoca równart (8 19). Okreslenie charakterystyk przenoszenia L i H wyjasnione jest w nastepuja* cych rozwazaniach.Z równania (9) wynika nastepujacy warunek otrzymania elementu V rzeczywistej wartosci SP: L +SrH-1 (10) Przeksztalcajac równania (10) otrzymujemy funkcje przenoszenia H filtru górnoprzepustowego: HmSr (11) Funkcja przenoszenia H dla obwodu 22 przedstawionego na fig. 1 stanowiacego czesc obwodu 31 prz* kmalcajacego sygnal, jest nastepujaca: Zrównania {121 wynika, ze jesli L, jest równe L, a H( jest równe 1, to równanie to jest Identyczne z równaniem (11) a obwód 22 o funkcji H spelnia równania (10 i 11). Poniewaz Ht równe jest 1, górnoprzepu* towy filtr 32 nie jest konieczny. W praktyce jednak tego rodzaju obwód jest górnoprzepustowy obwód 22 móglby podlegac wahaniom na skutek niedoskonalosci ukladu sumujacego I malych niedokladnosci w obwo¬ dzie wejsciowym, to jest wzmacniaczu 18, oraz dolnoprzepustowym filtrze 29. Poniewaz kanal niskiej czestotli¬ wosci daje niezawodny skladnik sygnalu o charakterze pradu stalego, mozna by uniknac strat sygnalu przez zastosowanie górnoprzepustowego filtru 32 w obwodzie 22 wysokiej czestotliwosci, dzieki któremu bylaby kompensowana niestabilnosc pradu stalego w obwodzie 22 wysokiej czestotliwosci. W szczególnosci'uklad sumujacy, zawierajacy wzmacniacz 30 i kondensator 31 nie musialby byc dokladny, poniewaz ze wzgledu na dzialanie górnoprzepustowego filtru 32, powyzsze elementy ukladu nie wymagaja wiernie odtworzonego sklad¬ nika sygnalu o charakterze pradu stalego. Tak wiec, dla uzyskania potrzebnej stalej czasowej dla ukladu sumujacego, kondensator moze byc zbocznikowany regulowanym opornikiem 36 z wylacznikiem 37. Nalezy podkreslic, ze jakkolwiek z równania (10) wynika, iz dla dokladnego odtworzenia czynnika V rzeczywistego SP powinna zachodzic równosc L * Sr H * 1, moze byc pozadane, aby L + Sr H • 1 :i Jest to w rozwiazaniu wedlug wynalazku wziete poduwage. ""6 70 847 W powyzszym opisie fig. 1, obwód 21 przetwarzajacy sygnal dzialal z podstawa czasowa. Jest to mozliwe, jesli przyrzad badajacy porusza sie w otworze wiertniczym ze stala predkoscia. Jesli ta predkosc nie Jest stala, do wyjsciowego pomiaru wprowadzony zostaje pewien blad wysokiej czestotliwosci.Dla jego skompensowania w obwodzie 21 przetwarzajacym sygnal, uklad sumujacy, zawierajacy wzmao* niacz 30 i kondensator 31, moze byc dostosowany do calkowania raczej w funkcji glebokosci niz czasu. Ponadto filtry 25, 29 i 32 moga byc równiez zmodyfikowane w zalezrosc§ od predkosci pi zamieszczani; w otworze wiertniczym ukladu 13 elektrod, stanowiacego przyrzad badajacy.Ma fig. 3 przedstawiono inny przyklad wykonania obwodu 21 z fig. 1, przetwarzajacego sygnal. Obwód wedlug fig. 3 spelnia, ogólnie biorac, te same funkcje co obwód wedlug fig. 1, lecz dodatkowo uwzglednia poprawke na zmiany predkosci przyrzadu badajacego w otworze wiertniczym. Ma fig. 3 sygnal SP wprowadzony jest na wejscie wzmacniacza 40 o zmiennym wzmocnieniu, wynoszacym K przy czym K jest zmienne w funkcji predkosci kabla na powierzchni ziemi, kontrolowanej przy pomocy obrotowego kola 41, stykajacego sie z kablem 42, tak aby obracal sie w funkcji ruchu kabla 42. Kolo 41 napedza obrotowy wal 43, wspólpracujacy ze wzmacniaczem 40 o zmiennym wzmocnieniu, w celu zmieniania tego wzmocnienia w funkcji predkosci kabla.We wzmacniaczu 40 o zmiennym wzmocnieniu, wejsciowy sygnal A SP wprowadzony jest przez wejsciowy opornik 42a do jednego z wejsc roboczego wzmacniacza 41a, przy czym drugie jego wejscie jest polaczone z powierzchniowa elektroda 19a. Opornikiem sprzezenia zwrotnego dla wzmacniacza 41a jest potencjometr 43a, którego przesuwny styk napedzany jest walkiem 44 wychodzacym z szybkosciomierza 39, który, w zaleznosci od predkosci obrotów walu 43 powoduje, ze walek 44 obraca sie w funkcji predkosci obrotów walu 43.Poniewaz o wzmocnieniu uzyskiwanym we wzmacniaczu 40 decyduje stosunek opornosci sprzezenia zwrotnego do opornosci wejsciowej, a opornosc opornika 43a sprzezenia zwrotnego zmienia sie w funkcji predkosci kabla, jasne jest, ze wzmocnienie uzyskiwane m wzmacniaczu 40 zmienia sie równiez w funkcji predkosci kabla.Sygnal wyjsciowy ze wzmacniacza 40 o zmiennym wzmocnieni wprowadzony jest do sumujacego zlacza 45, do którego wprowadzony jest równiez regularny sygnal SP, natomiast sygnal ze zlacza 45 wprowadzony jest do pierwszego dolnoprzepustowego filtru 46, którego transformata Laplace'a wynosi 1 1 -5- S T, gdzie T} jest stala czasowa filtru 46.Odwrotnosc sygnalu wyjsciowego z filtru 46, oraz sygnal wejsciowy SP, sa dodawane w sumujacym zlaczu 47 w celu wprowadzenia do drugiego dolnoprzepustowego filtru 48, którego transformator Laplace'a wynosi 1_ 1 -^ ST2 gdzie T2 jest stala czasowa obwodu stanowiacego filtr 48.Sygnaly wyjsciowe z obu dolnoprzepustowych riitrów 46 i 48 dodawane sa w sumujacym zlaczu 49 w celu wprowackooia da rejestratora 50, którego czynnik rejestrujacy napedzany jest przez wal 43 w funkcji ruchu kabla. Skompensowany sygnal wyjsciowy SP z obwodu 38 przetwarzajacego sygnal jest wiec rejestrowany przez rejestrator 50 w funkcji glebokosci otworu wiertniczego, Poniewaz funkcje przenoszenia L i H odnosza sie odpowiednio do sygnalów SP i A SP w obwodzie wedlug fig. 3 wyrazenia dla L i H z fig. 3 sa nastepujace: lub L-JL*2-JL*l3U (14l (1*ST,H1+ST,) " ' oraz70847 7 'Ub H - KST (l-S-STjJd-s-STa) (16) Równanie (14) przyjmuje sie jako wyrazenie Laplace'a dla filtru dolnoprzcpustowego a równanie (16) przyjmuje sie jako wyrazenie Laplace'a dla filtru pasmowo-przepustowego. Wyrazenie L*Sr H z równania (9) moze byc na podstawie równan (14) i (16) przedstawione nastepujaco: L^SrH = l±ST[L±Il)±SlKI^ ¦ d^-STjKHSTi) Na fig. 4 przedstawiono wykres zaleznosci amplitudy od czestotliwosci dla funkcji przenoszenia L, H oraz L-rSrH odpowiednio z równan (14, 16 i 17). Z fig. 4 wynika, ze funkcja przenoszenia niskiej czestotliwosci L okresla filtr dolnoprzepustowy funkcja przenoszania H okresla filtr pasmowo-przepustowy, a funkcja L-s- SrH okresla filtr dolnoprzepustowy z odcieta czestotliwoscia, przekraczajaca wartosc wynikajaca z funkcji przenosze¬ nia L i H niskiej i wysokiej czestotliwosci.Z porównania równania (9) z wykresami z fig. 2 i 4 wynika, ze dzieki odpowiedniemu doborowi stalych obwodu dla obwodu z fig. 3, obwód ten skutecznie likwiduje w zasadzie caly skladnik N szumu wysokiej czestotliwosci, poniewaz funkcje przenoszenia L z fig. 4 mozna tak dobrac, aby zblizala sie do zera, zanim nastapi wzrost skladnika szumu. Widac równiez, ze skladnik polaryzacyjny P jest w zasadzie wyeliminowany, poniewaz ten skladnik P maleje prawie do zera przy czestotliwosci ponizej zakresu czestotliwosci w którym nastepuje wzrost funkcji przenoszenia H. Widac równiez, ze skladnik V rzeczywistej wartosci SP jest przenoszo¬ ny w pasmie czestotliwosci, w których wartosc V jest znaczna, poniewaz funkcja przenoszenia L -rS r H moze byc tak dobrana, aby byla równa jednosci, dopóki czestotliwosc nie przekroczy nieco punktu, w którym skladnik V rzeczywistej wartosci SP zaczyna sie zmniejszac. Jakkolwiek z równania (10) wynika warunek aby L * Sr H = 1 nalezy tu podkreslic, ze dla dokladnego odtwarzania elementu V rzeczywistej wartosci SP wystarcza spelnienie tego warunku tylko w zakresie czestotliwosci, w którym wartosc V jest znaczna. Takwiec obwód wedlug fig. 3 rzeczywiscie spelnia równania (10) w wymaganym zakresie.Równanie (17) zawiera element r który zostal uprzednio zdefiniowany jako równy ^gdzie a jest odstepem miedzy elektrodami 14 i 15, a u jest predkoscia przyrzadu 13, poruszajacego sie w otworze wiertniczym. Gdyby przyrzad 13 poruszal sie zawsze w otworze wiertniczym ze stala predkoscia, obwód wedlug fig. 1 zapewnialby otrzymywanie dokladnych wyników. Nie zawsze jednak zachodzi ten przypadek, obwód wedlug fig. 3 jest wiec tak skonstruowany, aby kompensowal róznice predkosci przyrzadu. Kompensacji tej w odniesieniu do fig. 3, dokonuje sie przez zmienianie opornosci opornika 43 sprzezenia zwrotnego w funkcji predkosci przyrzadu 13 tak, aby wyrazenie Kr z równania (17) pozostalo zawsze stale. Stwierdzono, ze pozadane wyniki uzyskuje sie wówczas, gdy ustalona wartosc wyrazenia Kr jest równa stalej czasowej Ti. Takwiec, ustalajac Kr równe Ti w równaniu (17) otrzymujemy: LSH (I^ST.HI-lSTa* (18) W rozpatrywanym zakresie czestotliwosci licznik ulamka w równaniu (14) jest równy mianownikowi, a wiec zgodnie z równaniem (10) L -r S rH jest równe 1. Tak wiec skladnikiem V rzeczywistej wartosci SP jest sygnal przekazywany z obwodu przetwarzajacego sygnal, zgodnie z fig. 3, do rejesiirstara 50.Dobierajac odstep elektrod a oraz stale czasowe Tt i T2 obwodu, a zatem czestotliwosc rozdzielcza, nalezy wziac pod uwage caly szereg czynników. Na przyklad, odstep elektrod powinien byc jednoczesnie maly, dla dobrego pomiaru gradientu i duzy dla otrzymania duzych wartosci sygnalu. Korzystny kompromis uzyskuje sie stosujac odstep 0,3 do 0,6 m. Przy doborze Ti, T2 z zachowaniem równosci Ti =T2, nalezy uwzglednic warunek, ze ta stala czasowa powinna byc wystarczajaco duza, aby umozliwic zmniejszenie wartosci funkcji przenoszenia L, w zasadzie do zera zanim N powiekszy sie do istotnej wartosci. Stala ta powinna byc Jednoczesnie wystarczajaco mala, aby wartosc funkcji przenoszenia H w zasadzie wynosila zero przy czestotli-8 70847 wosciach, przy których polaryzacyjny element P jest znaczny. Czynnikiem wplywajacym na ustalenie stalej czasowej Ti i T2 jest oczywiscie predkosc, z jaka poruszaja sie elektrody w otworze wiertniczym. Przy typowych predkosciach profilowania rzedu 1100 metrów na godzine, dobre wyniki otrzymuje sie, jak stwierdzono, w zakresie stalych czasowych 5 do 40 sekund.Na fig. 5 przedstawiono bardziej szczególowo obwód przetwarzajacy sygnal, z fig. 3, w innym przykladzie .wykonania ukladu zmieniajacego wzmocnienie K w funkcji predkosci przyrzadu 13. Na fig. 5 przewody 16 i 17, wyprowadzone z elektrod 14 i 15 wedlug fig. 1 sa polaczone poprzez wejsciowe oporniki 55 i 56, odpowiednio z dodatnim i ujemnym zaciskiem wejsciowym roboczego wzmacniacza 57, tak, ze sygnal wyjsciowy z niego jest proporcjonalny do A SP. Dodatni zacisk wejsciowy wzmacniacza 57 polaczony jest poprzez opornik 58 z powierzchniowa elektroda 19a odniesienia z fig. 1 a opornik 59 sprzezenia zwrotnego laczy wyjscie wzmacnia¬ cza 57 z jego ujemnym zaciskiem wejsciowym. Sygnal wyjsciowy ze wzmacniacza 57, za posrednictwem pary oporników 69 i 61 majacych laczna opornosc r, jest doprowadzony do ujemnego zacisku wejsciowego wzmacniacza 62. Potencjal elektrody 15 o nizszym SP, panujacy w przewodzie 17 doprowadzony jest za posrednictwem wejsciowego opornika 63 do ujemnego zacisku wejsciowego wzmacniacza 62. Obwód 64 sprzezenia zwrotnego, zawierajacy opornik 65 i kondensator 66, laczy wyjscie wzmacniacza 62 z jego ujemnym zaciskiem wejsciowym.Kondensator 66 i opornik 65, maja stala czasowa Ti. Sygnal wyjsciowy ze wzmacniacza 62 i potencjal SP przewodu 17 sa dodawane na ujemnym zacisku wejsciowym 69 za posrednictwem pary oporników 67 i 68.Dodatnie zaciski wejsciowe wzmacniaczy 62 i 69 polaczone sa z elektroda 19a odniesienia, tak, ze potencjal SP panujacy w przewodzie 17 zostaje skutecznie odniesiony do potencjalu odniesienia powierzchniowej elektrody 19a. Wzmacniacz 69 ma obwód 70 sprzezenia zwrotnego, zawierajacy opornik 71, oraz kondensator 72 i majacy stala czasowa T2.Sygnaly wyjsciowe ze wzmacniacz/ 62 i 69 sa poprzez pare oporników 73 i 74, z ujemnym zaciskiem wejsciowym wzmacniacza 75. Sygnal wyjsciowy z tego wzmacniacza 75 stanowi skompensowana wartosc SP i jest doprowadzony do rejestratora, na przyklad magnetycznego tasmowego rejestratora 76, rejestrujacego sygnal w funkcji glebokosci otworu wiertniczego. Aby filtry oporowo-pojemnosciowe w obwodzie wedlug fig. 5 mogly dzialac z podstawa czasu, na sygnalach wyjsciowych z podstawa glebokosci, stosuje sie tranzystor polaczeniowy 80, który laczy punkt znajdujacy sie pomiedzy opornikami 60 i 61 z uziemieniem, przy czym polaczenie to nastepuje w periodycznych odstepach czasu, uzaleznionych od predkosci kabla. Jako czujnik predkosci kabla zastosowany jest odpowiedni generator 81 impulsów glebokosciowych, zawierajacy obrotowe kolo 82 stykajace sie z kablem i wytwarzajacy impuls przy kazdym okreslonym przesunieciu kabla. Impulsy te wykorzystywane sa do pobudzania generatora 83 pojedynczych impulsów czasowych o ustalonych okresach, którego zadanie polega na okresowym wlaczaniu i wylaczaniu tranzystora 80 proporcjonalnie do predkosci kabla i przyrzadu 13.Fig. 6A i 6B przedstawiaja wykresy falowe impulsów wzrastajacej glebokosci z generatora 81, oraz impulsów czasowych wytwarzanych przez generator 83. Jak wynika z fig. 6A impulsy wzrastajacej glebokosci moga miec zmienna czestotliwosc w zaleznosci od predkosci kabla. Impulsy czasowe z generatora 83, które sa wytwarzane w odpowiedzi na kazdy impuls wzrastajacej glebokosci, maja ustalony czas trwania T$. Te impulsy czasowe wylaczaja tranzystor 80, aby w ten sposób odlaczac potencjal ziemi od punktu polaczenia pomiedzy opornikami 60 i 61. Dzieki temu srednia wartosc pradu dostarczanego ze wzmacniacza 57 do wzmacniacza 62 zmienia sie proporcjonalnie do predkosci kabla.Jesli generator 81 impulsów glebokosci wytwarza impuls na kazdy odcinek o dlugosci b ruchu kabla, wówczas przedzial czasu pomiedzy kolejnymi impulsami wzrastajacej glebokosci wynosi ij- gdzie u jest predkoscia kabla. Poniewaz laczna opornosc oporników 60 i 61 wynosi r, prad sredni plynacy do wzmacniacza 62 okresla nastepujace wyrazenie: i ASP Tc, Mm isr = —p—-n£-* (19) TT albo ISr-Ai£LL_ m Jezeli opornosc opornika 65 wynosi R, wówczas wzmocnienie pradu stalego wzmacniacza 62, z definicji równe K, wynosi:70847 9 R, Ts, b i r sa w równaniu (21) stale, a wiec wzmocnienie K zmienia sie tylko w funkcji u.Jest jeszcze inny problem, który nalezy tu rozwazyc. Element szumu P z równania (9) jest pomnozony przez funkcje przenoszenia H, która, w odniesieniu do obwodu wedlug fig. 5, okreslona jest równaniem (16).Poniewaz Kr = T, oraz r = a/u zamiast K podstawiamy R| u/a i wówczas przefiltrowany element polaryzacyjny otrzymuje wartosc: HP = P 0-ST,M1^ST2 (22) W równaniu (22) pojawiB sie czynnik Pu. Tak wiec, jesli zmienia sie u, a zatem nastepuje pewne przyspieszenie, a P ma poziom pradu zmiennego rózny od zera, powstaje tak zwany stopien przyspieszenia i pojawia sie przebieg nieustalony e0, spowodowany gómoprzepustowa funkcja przenoszenia STiT2/(1 ^ST^ (1 ^ST2k Taki przebieg nieustalony eo jest oczywiscie niepozadany. Dla rozwiazania tego problemu, kanal wejsciowy SrV^P obwodu przetwarzajacego sygnal wedlug fig. 5 lub fig. 3, jest zaopatrzony w filtr górnoprze- pustowy, majacy na celu sprowadzenie poziomu pradu stalego, elementu polaryzacyjnego P do zera. Tym filtrem jest górnoprzepustowy filtr 85, oznaczony na fig. 5 linia przerywana. Ten filtr 85 móglby byc oczywiscie zbedny, gdyby utrzymywana byla zawsze stala predkosc przyrzadu 13. Jesli funkcja przenoszenia górnoprzepus- towego filtru 85 wynosi ST3/1-rST3, wówczas Kstaje sie nowym czynnikiem, oznaczonym przez K', jak nastepuje: K' = -A— (^TJ (23) W przypadku zastosowania w obwodzie wedlug fig. 5, górnoprzepustowego filtru 85, wydaje sie niezbedne wprowadzenie poprawek do uprzednio dobranych funkcji przenoszenia L i H. Jesli jednak T3 Tt, T2, dobrane uprzednio L i H moga byc utrzymane, z tym, ze powstanie pomijalnie male odchylenie od okreslonej równaniem (10) zaleznosci, z której wynika ze L -r SrH równe jest jednosci.Nalezy równiez tu wspomniec, ze pradowy pomiar SP moze byc wykorzystany do uzyskania sygnalu gradientu, zamiast stosowania dwu elektrod z niewielkim ich odstepem. W tym przypadku pradowy pomiar SP daje: dV !SP = ST «mA (24) gdzie 5m jest przewodnoscia plynu w otworze wiertniczym, oraz A jest powierzchnia plynu w otworze wiertniczym przechodzacego przez pierscien pomiaru pradowego. Poniewaz 6mA mozna uznac za stale, pomiar jest proporcjonalny do 4V, podobnie jak w przypadku uzycia ukladu dwu elektrod.Jak przedstawiono na fig. 7, zwykly pomiar SP móglby byc wykonywany przy uzyciu elektrod 15a i 19a oraz wzmacniacza 20a. Jednak w przykladzie wedlug fig. 7 przeprowadza sie pomiar gradientu z zastosowaniem elementu przepustowego impulsów, którym jest tranzystor polaczeniowy 80, zasilajacy wzmacniacz 18a.Powyzszy element polaczeniowy móglby byc typu przedstawionego w patencie USA nr 2.992.389 udzielonym 11 lipca 1961. M. Gondowin. Sygnaly wyjsciowe ze wzmacniaczy 18a i 20a sa nastepnie przetwarzane dla otrzymania skompensowanego pomiaru SP, w sposób przedstawiony uprzednio.Zamiast stosowania sygnalu gradientu SP dla dostarczenia skladnika o wysokiej czestotliwosci sygnalu SP, mozliwe jest równiez uzycie potencjalu, mierzonego pomiedzy elektroda 15 zwyklego SP a obudowa kabla, stosujac równoczesnie zwykly pomiar SP, to jest potencjal, mierzony pomiedzy elektroda 15 a 19A dla uzyskania skladnika sygnalu o niskiej czestotliwosci.Na fig. 8 przedstawiono przyrzad badawczy, majacy elektrode 89 dla SP, podtrzymywana w otworze wiertniczym 87 przez obudowany kabel 88.Korzystne jest, aby dolna czesc tego kabla miala oslone 90 z odpowiedniego materialu izolacyjnego. Para przewodów 91 i 92 laczy elektrode 89 i obudowe z aparatura umieszczona na powierzchni ziemi. Te dwa przewody tworza w rzeczywistosci czesc kabla 88, ale dla przejrzystosci schematu elektrycznego sa przedstawio¬ ne osobno.Róznice potencjalu pomiedzy potencjalem SP zmierzonym przez elektrode 89 a potencjalem obudowy kabla 88 otrzymuje sie we wzmacniaczu 93 na powierzchni ziemi. Róznice pomiedzy potencjalem SP elektrody 89 a potencjalem powierzchniowej elektrody 19A otrzymuje sie we wzmacniaczu 94. Skladnik o wysokiej10 70847 czestotliwosci potencjalu SP, zwiazany z obudowa kabla jest selekcjonowany przez górnoprzepustowy filtr 95, a skladnik o niskiej czestotliwosci potencjalu SP zwiazany z powierzchniowa elektroda 19A jest selekcjonowany przez dolnoprzepustowy filtr 96. Te skladniki o niskiej i wysokiej czestotliwosci polaczone sa w zbiorczym obwodzie 97 i wprowadzone do rejestratora 98 celem zarejestrowania w funkcji glebokosci otworu wiertniczego.Jak stwierdzono poprzednio, zwykly pomiar SP otrzymywany we wzmacniaczu 94 ma korzystny skladnik sygnalu o niskiej czestotliwosci, lecz obarczony jest nadmiernym szumem o charakterze pradu przemiennego.Pomiar SP, otrzymywany we wzmacniaczu 93 ma korzystny skladnik sygnalu o wysokiej czestotliwosci, lecz slaby skladnik sygnalu o niskiej czestotliwosci. Pomiar rzeczywistej wartosci SP mozna osiagnac, wybierajac skladnik o niskiej czestotliwosci z pierwszego i powyzszych pomiarów i skladnik o wysokiej czestotliwosci z drugiego z powyzszych pomiarów. Zadanie to spelnia urzadzenie wedlug fig. 8. Na fig. 9 przestawiono krzywe czestotliwosci, odnoszace sie do filtrów 95 i 96. Dla dokladnego odtworzenia rzeczywistej wartosci SP, te dwie krzywe w wymaganym zakresie czestotliwosci, w sumie powinny dawac jednosc.Jakkolwiek wszystkie obwody przetwarzajace zostaly przedstawione jako umieszczone na powierzchni ziemi, jest oczywiste, ze moga byc one równiez umieszczono w otworze wiertniczym, a czesciowo na powierzchni ziemi.Jak wynika z powyzszego opisu, sposób i urzadzenie wedlug wynalazku sluzace do wykonywania pomiaru SP daja wieksza dokladnosc pomiaru rzeczywistej wartosci SP warstw geologicznych, niz znane sposoby i urzadzenia. Zostalo to uzyskane przez polaczenie konwencjonalnego pomiaru SP z innym sposobem pomiaru SP i przez to wykorzystanie tych pomiarów, zgodnie z wynalazkiem do uzyskania pomiaru wolnego w zasadzie od szumu.Zamiast laczenia tych dwóch pomiarów, jak przedstwawiono wyzej, mozliwe jest równiez rejestrowanie tych pomiarów i wizualne ich badanie dl? uzyskania pewnych informacji, dotyczacych rzeczywistej wartosci SP.Dla otrzymania skompensowanego pomiaru SP te dwa pomiary moga byc ewentualnie przetworzone przez odpowiednio zaprogramowana maszyne cyfrowa ogólnego zastosowania.Dokladnej analizy przedstawionych pomiarów mozna dokonac stosujac ogólnie znane analityczne techniki cyfrowe.Przedmiot wynalazku zostal tu przedstawiony jedynie tytulem przykadu i dla specjalisty jest oczywiste, ze moga byc tu wprowadzone rózne zmiany i modyfikacje, nie wykraczajace poza zakres wynalazku. PL PL