Sposób badania glebinowych formacji ziemi przecinanych przez otwór wiertniczy i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób i urzadze¬ nie elektryczne do badania glebinowych formacji ziemi przecinanych przez otwór wiertniczy, a w szczególnosci sposób profilowania indukcyjnego.Indukcyjne badania profilu otworu wiertnicze¬ go wierconego w ziemi sa wykonywane przez prze¬ suwanie odpowiedniego ukladu cewek poprzez ten otwór wiertniczy. Taki uklad cewek zazwyczaj za¬ wiera jedna lub wiecej cewek nadawczych oraz jedna lub wiecej cewek odbiorczych, cewki te sa zamontowane na odpowiednim elemencie podtrzy¬ mujacym w ustalonym odstepie od siebie.Cewka lub cewki nadawcze sa zasilane pradem przemiennym w celu indukowania przeplywu pra¬ du wtórnego w przyleglym materiale formacji. Po¬ le elektromagnetyczne wywolywane przez ten prze¬ plyw pradu wtórnego indukuje sygnal napiecio¬ wy w cewce lub cewkach odbiorczych. Ten sygnal napieciowy zmienia sie w zaleznosci od wartosci konduktywnosci materialu formacji.W stosowanych dotychczas ukladach profilowa¬ nia indukcyjnego, dla uzyskania wskaznika kon¬ duktywnosci formacji, mierzona jest tylko ta czesc napiecia odbiornika, która jest w fazie z pradem nadajnika.Uklady profilowania indukcyjnego tego typu sa omówione bardziej szczególowo w pracy H/ G.Doira zatytulowanej „Introduction to Induction Logging and Application to Logging of Wells Dril- led With Oil Base Mud" z czerwca 1949 roku, o- 10 15 20 25 30 publikowanej w Journal of Petroleum Technolo¬ gy. Jak omówiono w tej pracy, jesli sa podjete wlasciwe srodki ostroznosci, sygnal wyjsciowy u- kladu cewek jest wprost i liniowo proporcjonalny do konduktywnosci elektrycznej materialu forma¬ cji w calym spotykanym zakresie wartosci kon¬ duktywnosci formacji.Jednakze w pewnych warunkach moga miec miejsce pewne zjawiska nieliniowe o wielkosci majacej zauwazalny wplyw na sygnal wyjsciowy ukladu cewkowego i powodujace, ze sygnal ten zmienia sie nieliniowo w stosunku do wartosci konduktywnosci formacji. Te zjawiska nieliniowe sa wywolywane przez tak zwane zjawisko efektu naskórkowego. Znaczenie tego zjawiska efektu na¬ skórkowego wzrasta przy wzroscie czestotliwosci pracy ukladu cewkowego. Zjawisko tego samego typu wystepuje równiez w innych typach obwo¬ dów i ukladów elektrycznych.Proponowano wiele sposobów poprawienia po¬ miarów konduktywnosci, wykonywanych za pomo¬ ca ukladów profilowania indukcyjnego, pod wzgle¬ dem nieliniowosci od efektu naskórkowego. W jed¬ nym* Tt takich ukladów sygnal dotyczacy konduk¬ tywnosci, pochodzacy z przyrzadu do profilowania indukcyjnego, jest korygowany wedlug przyjetej funkcji przy pomocy obwodu formujacego. Uklad tego typu jest opisany w Patencie Stanów Zjed¬ noczonych Ameryki Nr 3226663. W innym ukla¬ dzie, dla wytworzenia sygnalu konduktywnosci 8165581 655 3 4 skorygowanego pod wzgledem efektu naskórko¬ wego, w cewce odbiorczej do zwyklej, zgodnej w fazie skladowej sygnalu jest dodawana skladowa indukowanego sygnalu przesunieta w fazie o kat 90°.Sposób ten opiera sie na zasadzie, ze w danym zakresie konduktywnosci i czestotliwosci, sygnal formacji przesuniety w fazie o kat 90° jest w przyblizeniu równy pochodzacej od efektu naskór¬ kowego skladowej sygnalu formacji zgodnego w fazie. Uklad tego typu jest przedstawiony w Pa¬ tencie Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 3147429.Jesli tylko czestotliwosc pracy ukladu oraz kon¬ duktywnosc formacji nie sa zbyt duze, te dotych¬ czasowe uklady zapewniaja najbardziej dokladne pomiary konduktywnosci formacji, zasadniczo dla wszystkich stanów formacji. Jednakze, gdy cze¬ stotliwosc jpraz ;kondiiktywnosc formacji sa bar¬ dzo) tc|uze, trudno 'jest, uzyskac dokladny pomiar konduktywnosci formacji z powodu bardzo znacz¬ nego efektu naskórkowego. Ponadto, jesli bada¬ na formacja jest niejednorodna, a jednoczesnie iloczyn czestotliwosci i konduktywnosci jest du¬ zy, uzyskanie dokladnego pomiaru konduktywnosci formacji jest skomplikowane.Istota niniejszego wynalazku jest wiec opraco¬ wanie nowych i ulepszonych sposobów profilowa¬ nia indukcyjnego oraz urzadzen, które umozliwia¬ ja dokladny pomiar konduktywnosci formacji, za¬ sadniczo we wszystkich warunkach formacji oraz w szerokim zakresie czestotliwosci pracy.Wiekszosc formacji badanych za pomoca ukla¬ du profilowania indukcyjnego jest zlozona z wie¬ lu obszarów posiadajacych rózne konduktywnosci.Takie formacje sa nazywane niejednorodnymi, w odróznieniu od formacji posiadajacych tylko jed¬ na wartosc konduktywnosci, które nazywane sa formacjami jednorodnymi. Poniewaz wszystkie o- becnie stosowane uklady profilowania indukcyj¬ nego wytwarzaja tylko jeden sygnal wyjsciowy reprezentujac konduktywnosc formacji, mozna je¬ dynie zakladac, ze caly obszar formacji badany za pomoca ukladu profilowania indukcyjnego jest jednorodny.Niejednorodnosc formacji moze byc okreslona w pewnym stopniu przez zastosowanie wielu róz¬ nych ukladów badajacych, które badaja poszcze¬ gólne obszary formacji w kierunku promienio¬ wym. Sposób taki jest przedstawiony w amery¬ kanskim opisie patentowym nr 3329889. Poza tym, wplywy warstw formacji, przyleglych do warstwy badanej, na mierzona wartosc konduktywnosci moga byc w. pewnym zakresie kompensowane za pomoca techniki obliczeniowej przedstawionej w amerykanskim opisie patentowym nr 3166709. W tym ostatnim spoisobie pomiary konduktywnosci wykonywane dla danego pionowego przedzialu for¬ macji sa zapamietywane .i tworzone sa kombina¬ cje tych zapamietywanych pomiarów w taki spo¬ sób, ze wplyw pionowych obszarów formacji, in¬ nych niz obszar rozwazany, jest zasadniczo pomi- jalny.Chociaz dotychczas znane sposoby okazaly sie zadowalajace dla pomiaru i/lub kompensowania niejednorodnosci formacji dla wiekszosci stanów formacji, niezbedne bylo rozwazenie mozliwosci uzyskania bardziej dokladnego pomiaru niejedno¬ rodnosci formacji. Bylo ponadto pozadane uzyska¬ nie tego bez stosowania wiecej niz jednego ukla- 5 du pomiarowego oraz bez koniecznosci stosowa¬ nia skomplikowanych ukladów pamieciowych i li¬ czacych.Istota niniejszego wynalazku jest wiec równiez dostarczenie nowych i ulepszonych sposobów pro¬ filowania indukcyjnego oraz urzadzenia do pomia¬ ru niejednorodnosci formacji.Istota niniejszego wynalazku jest równiez wy¬ twarzanie wielu wskazników charakteryzujacych formacje ziemi z sygnalu indukowanego w urza¬ dzeniu do profilowania indukcyjnego, z których przynajmniej jeden jest konduktywnoscia.Wedlug niniejszego wynalazku wytwarzane jest pole elektromagnetyczne i indukowany jest syg¬ nal posiadajacy amplitude i faze odnoszace sie do pewnej wielkosci odniesienia, które zaleza od kon¬ duktywnosci i niejednorodnosci formacji ziemi.Wytwarzane sa sygnaly, z których moga byc wy¬ prowadzone zaleznosci zarówno amplitudowe jak i fazowe wymienionego sygnalu indukowanego, do¬ konywane sa kombinacje danych reprezentujacych wymienione wytwarzane sygnaly dla przeprowa¬ dzenia przeksztalcenia wymienionych danych, oraz sa otrzymywane dwa lub wiecej wskazników ce¬ chujacych formacje ziemi, przy czym przynaj¬ mniej jeden z tych wskazników jest konduktyw- noscia forrnacji. Drugim wskaznikiem moze byc niejednorodnosc formacji lub inny wskaznik kon¬ duktywnosci zalezny od niejednorodnosci forma¬ cji.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie s wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w sposób schematyczny przyklad roz¬ wiazania urzadzenia wedlug niniejszego wynalaz¬ ku, fig. 2 i 3 — wykresy skladowych, zgodnej w fazie i przesunietej w fazie o kat 90°, napiecia indukowanego w cewce odbiorczej ukladu profi¬ lowania indukcyjnego dla róznych wartosci kon¬ duktywnosci w formacji jednorodnej, fig. 3A — wykres pewnych obliczonych parametrów jako funkcje konduktywnosci zgodnej w fazie i prze¬ sunietej w fazie o kat 90°, fig. 4 — bardziej szcze¬ gólowo sekcje cyfrowej maszyny liczacej urzadze¬ nia z fig. 1, fig. 5 — schemat, który moze byc zastosowany do programowania zasadniczej cyfro¬ wej maszyny liczacej dla obliczania okreslonych parametrów formacji, fig. 6 i 7 — przyrzad o otwo¬ rze wiertniczym wraz z rysunkowym przedstawie¬ niem odpowiedzi przyrzadu na formacje dla kilku obliczanych parametrów podawanych przez urza¬ dzenie z fig. 1 wedlug niniejszego wynalazku, fig. 8 — typowe przyklady formacji ziemi z przedsta¬ wieniem wykresów parametrów, obliczanych przez urzadzenie wedlug wynalazku dla kazdej z tych typowych formacji, fig. 9 i 10 — wykresy wzgled¬ nej odpowiedzi w funkcji promieniowej odleglosci od otworu wiertniczego dla okreslonych oblicza¬ nych parametrów otrzymywanych wedlug wyna¬ lazku, a fig. 11 przedstawia schemat urzadzenia do przeprowadzania sposobu przedstawionego na fig. 9 i 10. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 81655 f Nd fig. 1 przedstawiono przyklad rozwiazania urzadzenia do profilowania indukcyjnego wedlug niniejszego wynalazku do badania formacji 2iemi 10 wzdluz wiertniczego otworu 11. Wiertniczy o- twór 11 jest zazwyczaj wypelniony wiertniczym plynem lub mulem 12. Dolna czesc urzadzenia do profilowania indukcyjnego zawiera cewkowy uklad 13 przystosowany do przesuwania przez wiertni¬ czy otwór 11. Zaglebiane wyposazenie równiez za¬ wiera plynoszczelna komore 14 przyrzadowa, me¬ chanicznie przymocowana do górnego konca cew¬ kowego ukladu 13, która zawiera obwody elek¬ tryczne sterujace cewkowy uklad 13. Przyrzadowa komora 14 jest z kolei zwieszona z powierzchni ziemi za pomoca opancerzonego wieloprzewodowe- go kabla 15.Na powierzchni ziemi jest umieszczony odpo¬ wiedni mechanizm wyciagowy (nie pokazany) do podnoszenia i opuszczania urzadzenia badajacego w otworze wiertniczym. Na powierzchni ziemi u- mieszczony jest równiez zasilacz (nie pokazany), dostarczajacy energie elektryczna do zaglebionego wyposazenia za pomoca kabla 15.Cewkowy uklad 13 zawiera nadawcza cewke X i odbiorcza cewke R. Obie te cewki sa nawiniete na nieprzewodzacym, niemagnetycznym elemencie 16 tak, ze ich osie srodkowe leza na jednej linii i zazwyczaj sa równolegle do wzdluznej osi wiert¬ niczego otworu 11. Punkty srodkowe w kierunku wzdluznym tych cewek sa od siebie odlegle o od¬ cinek L.W szczelnej komorze 14 znajduje sie sygnalowy generator 18, który zasila nadawcza cewke T pra¬ dem I. Przeplyw tego przemiennego pradu I w nadawczej cewce T powoduje indukowanie syg¬ nalu napieciowego w odbiorczej cewce R, zalez¬ nego od wlasciwosci elektrycznych przyleglego ma¬ terialu formacji. Poza skladowa napiecia zalezna od formacji, w odbiorczej' cewce R jest równiez indukowana skladowa napiecia pochodzaca od bezposredniego sprzezenia strumieni cewki nadaw¬ czej i odbiorczej.W zwiazku z tym, urzadzenie z fig. 1 zawiera uklad do likwidowania skladowej napiecia cew¬ ki odbiorczej pochodzacej od tego bezposredniego sprzezenia wzajemnego pomiedzy cewka nadaw¬ cza i odbiorcza. Uklad ten zawiera transformator 19, posiadajacy pierwotne uzwojenie 20 wlaczone szeregowo do obwodu pradu przeplywajacego przez nadajnik, oraz wtórne uzwojenie 21 polaczone w szereg z odbiorcza cewka R. Transformator 19 jest polaczony tak, ze napiecie indukowane we wtórnym uzwojeniu 21 ma przeciwna faze w sto¬ sunku do skladowej napiecia pochodzacej od sprze¬ zenia bezposredniego, indukowanej w odbiorczej cewce R. Stosunek liczby zwojów transformatora 19 jest tak dobrany, ze napiecie w uzwojeniu wtór¬ nym jest równe ,oo do amplitudy skladowej na¬ piecia w odbiorczej cewce R, pochodzacej od sprze¬ zenia bezposredniego. Niezbedne strojenie trans¬ formatora 19 jest latwo przeprowadzane przy za¬ wieszeniu urzadzenia zaglebianego w powietrzu na powierzchni ziemi i usunieciu z jego otoczenia przewodzacych cial magnetycznych. W ten sposób sygnal napieciowy doprowadzany do wzmacniacza 22 reprezentuje tylko napiecie indukowane w od¬ biorczej cewce R pochodzace od przeplywu pradów wirowych w formacji 10.Zaglebiane urzadzenie z fig. 1 zawiera wzmac¬ niacz 22, który odbiera napiecie z odbiorczej cew¬ ki R i wtórnego uzwojenia 21. Urzadzenie to rów¬ niez zawiera pierwszy detektor 23 fazy do prze¬ ksztalcania jednokierunkowego sygnalu wyjscio¬ wego proporcjonalnego do tej skladowej sygnalu napieciowego ze wzmacniacza 22, która jest w fazie z pradem I nadajnika. Dla przeksztalcenia tego sygnalu wyjsciowego, do detektora 21 fazjr jest doprowadzany zalezny od fazy sygnal wy¬ wolywany na rezystorze 24 w obwodzie pradu na¬ dajnika.Urzadzenie z fig 1 równiez zawiera drugi de¬ tektor 25 fazy do wytwarzania jednokierunkowego sygnalu wyjsciowego, który jest proporcjonalny do tej skladowej sygnalu napieciowego ze wzmacnia¬ cza 22, która jest przesunieta w fazie o kat 90° w stosunku do pradu I nadajnika. Dla uzyskania tego, detektor 25 fazy pobiera sygnal zalezny od fazy wywolywany na indukcyjnej cewce 26. Skla¬ dowe napiecie Vr zgodne w fazie oraz skladowe napiecie Vx przesuniete w fazie o kat 9Q°, wy¬ twarzane przez detektory 23 i 25 fazy, sa dopro¬ wadzane do odpowiedniego ukladu 27 wzmacnia¬ cza wyjsciowego i przesylane na powierzchnie po¬ przez wieloprzewodowy kabel 15.Odnosnie dzialania zaglebianych czesci urzadze¬ nia z fig. 1, sygnalowy generator 18 zasila cewke T nadajnika pradem o stalej czestotliwosci. Prze¬ plyw pradu w uzwojeniu cewki T nadajnika wy¬ twarza zmienne pole elektromagnetyczne w obsza¬ rach otaczajacych cewke nadajnika i rozciagaja¬ cych sie na znaczna odleglosc w przyleglym ma* teriale formacji. Z kolei to zmienne pole indu¬ kuje wtórny przeplyw pradu w przyleglym ma¬ teriale formacji. Ten prad wtórny w zasadzie prze¬ plywa wokól podtrzymujacego czlonu 13 w pe¬ tlach kolowych, które sa wspólosiowe z osia srod¬ kowa cewki T, a tym samym zasadniczo wspól«- osiowe z osia srodkowa wiertniczego otworu 11.Wielkosc tego wtórnego pradu jest zalezna od e- fektywnej impedancji elektrycznej przyleglego ma¬ terialu formacji. Prad ten zazwyczaj zawiera za¬ równo skladowa czynna jak i bierna.Przeplyw pradu wtórnego w przyleglym mate¬ riale formacji wytwarza towarzyszace pole elektro¬ magnetyczne, które jest sprzezone z odbiorcza cew¬ ka R i powoduje indukowanie w tej cewce odbior¬ czej odpowiedniej skladowej napiecia, która zale¬ zy od wlasciwosci elektrycznych przyleglego ma¬ terialu formacji, W odbiorczej cewce R induko¬ wana jest równiez druga skladowa napiecia, po¬ wstajaca od bezposredniego sprzezenia pomiedzy cewka nadawcza a cewka odbiorcza. Ta sklado¬ wa napiecia od sprzezenia bezposredniego nie jest zalezna od wlasciwosci przewodzacych przyleglego materialu formacji i pozostaje zasadniczo stala w czasie badania formacji otaczajacych wiertniczy otwór 11. W rozwiazaniu z fig. 1 skladowa ta jest likwidowana za pomoca transformatora 19.Zgodnie z teoria pola elektromagnetycznego, a w szczególnosci zgodnie z teoria dotyczaca dipoli 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6081 655 magnetycznych, dla pary cewek wspólosiowych u- mieszczonych w jednorodnym osrodku izotropo¬ wym i odleglych od siebie o odleglosc wieksza niz wymiary cewek, mozna wykazac, ze zaleznosc na¬ piecia V cewki odbiornika od pradu cewki nadaj¬ nika moze byc wyrazona napstepujaco: V- —jwinAtAr 2IIL* (l-jrL)eJrL (1) gdzie ]x jest przenikalnoscia magnetyczna osrodka, tó jest pulsacja (2IIf, gdzie f jest czestotliwoscia) pradu nadajnika, At jest iloczynem powierzchni przekroju poprzecznego i liczby zwojów cewki na¬ dajnika, Ar jest iloczynem powierzchni przekroju poprzecznego i liczby zwojów cewki odbiornika, L jest odlegloscia pomiedzy srodkami cewek, nato¬ miast y jest stala rozprzestrzeniania osrodka ota¬ czajacego cewki.Gdy osrodek otaczajacy ma charakter przewo¬ dzacy, jak w tym przypadku, stala rozprzestrze¬ niania y moze byc okreslona zaleznoscia: f=1/^30)011 (2) gdzie 8 jest konduktywnoscia elektryczna przy¬ leglego osrodka.Równanie (2) moze byc zapisane nastepujaco: Y=1+J1 (3) gdzie 8 jest glebokoscia naskórkowa w danym o- srodku. Ta glebokosc naskórkowa 8 stanowi sku¬ teczna glebokosc wnikania pola elektromagnetycz¬ nego i jest okreslana jako: 8= l co8^ (4) Rozwiazujac równanie (1) za pomoca szeregu po¬ tegowego i podstawienia wartosci y okreslonej przez równanie (3) otrzymuje sie wyrazenie: v=- —jco[jiIAtA. 2nL* + Lh (*)"- l'.^)(h+ ffi<»m+- ] (5) 30 35 40 cewce R odbiornika, które sa przesuniete w fazie o kat 90° w stosunku do pradu I cewki nadaj¬ nika. Te przesuniete w fazie o kat 90i° skladowe *wynikaja zarówno z bezposredniego sprzezenia strumieniowego pomiedzy cewka nadajnika i cew¬ ka odbiornika, jak tez z reaktywnej skladowej impedancji formacji.Po zgrupowaniu skladników rzeczywistych rów¬ nania (5) otrzymuje sie: 10 15 20 50 Równanie (5) zawiera zarówno wyrazy rzeczy¬ wiste jak i urojone. Tak wiec równanie (5) ma ksztalt: V=Vr+jVx (6) Vr oznacza skladniki rzeczywiste równania (5), a wiec okresla te skladowe napiecia cewki odbior¬ nika, które sa w fazie z pradem I zasilajacym cewke nadajnika. Te zgodne w fazie skladowe po¬ chodza od rezystencyjnej skladowej impedancji formacji.Vx odpowiada urojonym skladnikom równania (5) i oznacza skladowe napiecia indukowane w 65 55 60 V = 8toVIAtAr 4IIL hi(tK(t)'-- « Zaleznosc dla napiecia rezystywnego lub napie¬ cia zgodnego w fazie dana równaniem (7) ma po¬ stac: gdzie: vr=vg+vs 8coyiAtAr V = *—*- fi 4IIL, (8) (9) 25 oraz: Wl(l)-*(*M (10) Skladnik Vg okreslony równaniem (9) oznacza tak zwany sygnal wspólczynnika geometrycznego omawianego w teorii liniowej podanej w wyzej wspomnianej pracy H. G. DolPa. Jak wskazuje równanie (9), zmienna jest tylko wspólczynnik konduktywnosci formacji 8. Tak wiec sygnal Vg wspólczynnika geometrycznego jest wprost i linio¬ wo proporcjonalny do konduktywnosci 8 przyleg- , lego materialu formacji.Pozostale skladniki równania (7) stanowia nie¬ liniowe skladowe zgodne w fazie i sa one ozna¬ czone symbolem Vs, okreslonym równaniem (10).-Z równania (7) mozna zauwazyc,'ze skladnik od efektu naskórkowego zmniejsza calkowity sygnal Vr w sposób nieliniowy, zalezny od wartosci kon¬ duktywnosci formacji.Jesli chodzi o reaktywne lub przesuniete w fa¬ zie o kat 90° skladowe calkowitego sygnalu z rów¬ nania (5), skladowe te sa reprezentowane przez skladniki urojone równania (7).Zgrupowanie tych skladników urojonych daje: V = cojjiIAtAr 2IIL* -m-m +jL-i-~ Równanie (11) ma postac: vbc=vm+vx gdzie: co|AlAtAr V =" m 2IIL3 + (U) (12) (13)9 81655 1* oraz V-^^-[l(l)"-l(T)'+ • Skladnik Vm oznacza skladowa napiecia wyni¬ kajaca z bezposredniego sprzezenia strumieniowe¬ go pomiedzy cewkami nadajnika i odbiornika, a jak wskazuje równanie (13), nie jest zalezna od konduktywnosci przyleglego materialu formacji. W urzadzeniu z fig. 1 ta skladowa Vm od sprzeze¬ nia bezposredniego jest likwidowana dzialaniem transformatora 19 i nie musi byc w dalszym cia¬ gu uwzgledniana.Skladnik Vx, równania (12) oznacza skladowa przesunieta w fazie o kat 90°, pochodzaca od re¬ aktywnej skladowej pradu wtórnego w przyle¬ glym materiale formacji. Jak wskazuja- wspólczyn¬ niki 8 równania (14) jej wielkosc zalezy od kon¬ duktywnosci materialu formacji.Po polaczeniu równan (7) i (14) i pominieciu wzajemnej skladowej Vm, napiecie Vx, odbiornik ka wynosi: v,vt+1v,-^.-|(t)-^)V...] (15)' Na fig. 2 pokazany jest wykres Vr w zaleznosci od Vx, dla ukladu dwu cewek przy formacji jed¬ norodnej, dla pewnego zakresu wartosci konduk¬ tywnosci. Wartosci konduktywnosci wzrastaja tu w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wska¬ zówek zegara, wzdluz ciaglej krzywej 30.Poczatkowo urzadzenie do profilowania induk¬ cyjnego pracuje przy tak niskiej czestotliwosci, ze dla najwiekszych interesujacych wartosci konduk¬ tywnosci odbierane napiecie V jest proporcjonal¬ ne do konduktywnosci. Moze to byc wyjasnione na podstawie równan (4), (9), (10), i (14). Z rów¬ nania (4) mozna zauwazyc, %e gdy pulsacja co jest mala, naskórkowa glebokosc 8 jest wieksza, a wiec skladowa Vs napiecia od efektu naskórkowego, o- kreslona równaniem (10), oraz skladowa Vx, prze¬ sunieta w fazie o kat 90°, okreslona równaniem (14), sa do pominiecia i pozostaje jedynie sklado¬ wa V napiecia od wspólczynnika geometrycznego wedlug równania (9). Zakladajac, ze na fig. 2 ska¬ le Vr i Vx, sa takie same, efekt obnizania cze¬ stotliwosci objawia sie zmniejszaniem calej krzy¬ wej 30.Jednakze jesli zalozyc, ze skale Vr i Vx, sa roz¬ szerzone tak, ze nowa krzywa pokrywa sie z pier¬ wotna krzywa 30, punkt 34 konduktywnosci prze¬ sunie sie do nowego polozenia 31. Mozna zauwa¬ zyc, ze przy nizszej czestotliwosci wiekszosc roz¬ wazanych wartosci konduktywnosci znajduje si* na tej czesci krzywej, która znajduje sie w* poblfc- zu osiVr. - Jednakze, przy zastosowaniu tak niskiej czesto 5 tliwosci pracy, stosunek sygnalu do szumu malis* je. Widac to z równania (9), poniewaz skladowa Vg indukowanego napiecia jest proporcjonalna- do kwadratu czestotliwosci w* W zwiazku z tym, jesli czestotliwosc pracy Jest io podnoszona do wartosci, przy której staja sie zna¬ czace zgodne w fazie napiecie Vs od efektu na¬ skórkowego, oraz przesunieta w fazie o kat 90° skladowa Vx, napiecia zaleznego od formacji, o- trzymywana jest krzywa podobna do krzywej 30 15 z fig. 2. Stwierdzono, ze dla uzyskania dokladnego pomiaru konduktywnosci formacji przy tyefr sto^ sunkowo wysokich czestotliwosciach pracy, nie¬ zbedne jest wprowadzenie do zgodnego w fazie napiecia Vr cewki odbiornika, fcotekcji i efefctói 20 naskórkowego. Korekcja taka ma fortofle podwyz¬ szania poziomu zgodnego w fazie napiecia V*r od¬ biornika o okreslona wartosc, dla danych warto¬ sci tego napieciaVr. ""¦" Poniewaz efekt naskórkowy wplywa na odbiec 25 rane napiecie Vr w sposób nieliniowy, jak to wy^ nika z równan (10) i (14), dla uzyskania popraw¬ nych wartosci konduktywnosci taka korekejg e- fektu naskórkowego ma forme nieliniowego zwiek¬ szania zgodnej w fazie skladowej Vr napieci^ od- 30 biornika. Stwierdzono, ze pomiar konduktywnosci za pomoca takiego ukladu z korekcja efektu na¬ skórkowego jest wystarczajaco dokladny dla"wiek¬ szosci wartosci konduktywnosci formacji.Jesli' konduktywnosc formacji jest wysoka, jak 35 w przypadku punktu 32 na krzywej 30 konduk¬ tywnosci z fig. 2, znaczne zmiany konduktywnosci powoduja mala lub nie powoduja zadnej zmiany zgodnej w fazie skladowej Vr napiecia. Poniewaz w dotychczas stosowanych sposobach profilowania 40 indukcyjnego jest mierzona tylko tegodna w.fazie spadowa Vr napiecia odbiornika, dla wszystkich wartosci konduktywnosci formacji polozonych na pionowej czesci krzywej '30 jest otrzymywana ta sama wartosc konduktywnosci. Poza tym, gdykon- 45 duktywnosó formacji wyrasta ponad pionowa ezesc krzywej 3(^ wystepuj* dwuznacznosc powodowana tym, ze jedna wartosc zgodnego w fazie napiecia Vr odbiornika odpowiada dwóm róznym wartom sciom konduktywnosoi formacji. Tak wiec przy H pomiarze tylko zgodnej w fazie skladowej napie¬ cia odbiornika, zakres mierzonych konduktywno¬ sci formacji jest ograniczony.Jak wspomniano uprzednio, wiekszosc formacji jest w rzeczywistosci niejednorodna i wartosci 55 konduktywnosci dla takich formacji nie znajduja sie na krzywej 30 konduktywnosci formacji jed¬ norodnej. Dla stosunkowo malych wartosci kon¬ duktywnosci róznica ta nie jest zbyt duza, po¬ niewaz nachylenie krzywej 30 przy niskich war- 60 tosciach konduktywnosci jest bliskie zera. W przy¬ padku jednak gdy dana formacja niejednorodna posiada wartosci Vr i Vx, takie, ze daja one punkt 33 na fig. 2, w dotychczasowych sposobach, ponie¬ waz mierzona jest tylko zgodna w fazie skladowa 65 Vr napiecia, zaklada sie, ze mierzona wartosc kon-81655 11 duktywnosci jest rzutem pionowym tego punktu 33 na krzywa 30 konduktywnosci jednorodnej. Bar¬ dziej reprezentatywna wartoscia sredniej konduk¬ tywnosci formacji jest.ta wartosc konduktywnosci (punkt 34) na krzywej 30, która znajduje sie naj¬ blizej zalozonego punktu 33. Jak stwierdzono po¬ wyzej," niedokladnosci zwiazane z niejednorodno¬ scia formacji moga byc , w pewnym zakresie ko¬ rygowane przez zastosowanie wielu ukladów po¬ miarowych oraz skomplikowanej techniki oblicze¬ niowej.Wedlug niniejszego wynalazku mierzone sa war¬ tosci zarówno zgodnej w fazie skladowej Vr jak i przesunietej w fazie o kat 90° skladowej Vx, napiecia odbiornika i wartosci te sa wykorzysty¬ wane do otrzymywania wyników, które sa nie tyl¬ ko bardziej dokladnym wskaznikiem konduktyw¬ nosci formacji dla wiekszosci spotykanych przy¬ padków, lecz sa równiez wskaznikiem stopnia nie¬ jednorodnosci formacji. Dla zrealizowania tego, wedlug niniejszego wynalazku zaklada sie, ze pa¬ rametr 8 konduktywnosci formacji uzywany w równaniu (1), przy uwzglednieniu równania (2), jest liczba zespolona, posiadajaca zarówno skla¬ dowa rzeczywista jak i skladowa urojona. Te skla¬ dowe, rzeczywista i urojona, konduktywnosci sa oznaczone odpowiednio przez 8U oraz 8V, a wiec zespolona konduktywnosc 8C moze byc przedsta¬ wiona jako: 8c=8u+j8v (16) Zestawiajac równania (1), (2) i (16) otrzymuje sie: v=v+jvv t—L- r x 2IIL* 12 jLl/ju)lt(8u+8r ) 1-JL J/^jtupi^u -f jBr U (17) Na fig. 3 przedstawiona jest krzywa 30 z fig. 2, przerywana dla wyjasnienia co przedstawiaja so¬ ba wielkosci 8U i 8V. Najlepiej jest przy tym roz¬ patrzyc pewne specyficzne przyklady. Niechaj war¬ tosci Vr i Vx, sa takie, ze daja punkt 36. Odleglosc pomiedzy punktem 36 a krzywa 30, a wiec od¬ leglosc pomiedzy punktem 36 a znajdujacym sie najblizej niego punktem krzywej 30 (lezacym na prostej prostopadlej do krzywej 30 i przechodza¬ cej przez ten punkt 36, reprezentuje wielkosc 8v a wiec moze byc skalowana w jednostkach war¬ tosci 8y. Odleglosc pomiedzy punktem poczatko¬ wym krzywej 30, gdzie Vr=Vx,=0, a punktem 37 podzialu reprezentuje wielkosc 8U, a wiec moze byc skalowana w wartosciach ou.Mozna tu zauwazyc, ze przyjeta wartoscia 8u jest ten punkt na krzywej 30 konduktywnosci, który znajduje sie najblizej zalozonego punktu 36.Zatem wielkosc 8u przedstawia srednia wartosc konduktywnosci badanego obszaru formacji. Sred¬ nia konduktywnosc 8u, w uzywanym tu znacze¬ niu, przedstawia konduktywnosc tej formacji jed¬ norodnej, która odpowiada badanej formacji z lep¬ szym przyblizeniem niz kazda inna formacja jed¬ norodna.Odnosnie znaku wielkosci 8v, jesli zalozony punkt dany wartosciami Vr i Vx, wypada wewnatrz krzy- 5 wej 30, jak punkt 36, ov jest dodatnie, a war¬ tosc konduktywnosci formacji w poblizu ukladu cewek jest mniejsza niz konduktywnosc obszarów znajdujacych sie dalej od ukladu cewek. Jesli na¬ tomiast 8v wypada na zewnatrz krzywej 30 kon- io duktywnosci jednorodnej, jak punkt 38, oy jest ujemne, a konduktywnosc obszaru znajdujacego sie w poblizu jest wieksza niz konduktywnosc ob¬ szarów odleglych. Tak wiec, znak wielkosci 8v wskazuje na rozklad konduktywnosci w formacji. 15 Jest oczywiste, ze .odleglosc pomiedzy punktem 38 a najblizszym punktem krzywej 30 konduktywno¬ sci jednorodnej wskazuje na stopien niejednorod¬ nosci. Tak wiec za pomoca 8V mozna okreslic nie¬ jednorodnosc, to jest wzgledne konduktywnosci 20 bliskich i dalekich obszarów formacji (w kierun¬ ku pionowym i promieniowym), przez obserwowa¬ nie wielkosci i znaku obliczanego ^parametru, 8v.W formacjach jednorodnych wielkosc 8v jest równa zeru, poniewaz wartosci Vr i Vx, daja punkt, 25 który znajduje sie na krzywej konduktywnosci jednorodnej, natomiast mierzona wielkosc 8U jest okreslana przez odleglosc, lub dlugosc krzywej, od poczatku ukladu (Vr=Vx,=0) do naniesionego pun¬ ktu. 30 Powyzsze omówienie zostalo odniesione do pro¬ stego ukladu dwucewkowego. Wiadomo, ze przy zastosowaniu wielu cewek nadajnika i odbiorni¬ ka moze byc uzyskiwana ulepszona odpowiedz u- kladu cewek na material przyleglej formacji, to 35 znaczy moga byc uzyskiwane ulepszone wspól¬ czynniki geometryczne, promieniowy i pionowy.Sposób wedlug niniejszego wynalazku moze byc równiez stosowany do sygnalów pochodzacych z akich ukladów wielocewkowych 40 Dla opisania takiego ukladu wielocewkowego jest niezbedne jedynie potraktowanie kazdej pary cewek nadajnika i odbiornika jako indywidualne¬ go ukladu dwucewkowego i polaczenie odpowie¬ dzi wszystkich takich ukladów dwucewkowych. 45 Dla ukladu wielocewkowego równanie (17) ma postac: 50 Vr+jVx £ jo)I^iAtmArn jYLn 2IIL» U-iYLmn (18) gdzie Atm jest iloczynem powierzchni przekroju poprzecznego i ilosci zwojów dla m-tej cewki na¬ dajnika, Apn jest iloczynem powierzchni przekro¬ ju poprzecznego i ilosci zwojów n-tej cewki od¬ biornika, Lmn jest odlegloscia pomiedzy srodka¬ mi m-tej cewki nadajnika i n-tej cewki odbior- 60 nika, natomiast Y= }/jcon(8u+j8v).Jesli równanie (18) zamiast dla napiecia V od¬ biornika zostanie przepisane dla konduktywnosci 8, dla unormowania wyrazenia prawa strona rów- 65 nania (18) moze byc podzielona przez81 655 13 14 V L.IcoV AtmArn «i Lmn lozna wiec zapisac: Y^ AtmArn / l Lmn i 8=8r+j8x= 2 JvLmn (1- V1 AtnAn *' ran' l (19) (dla uproszczenia pominieto indeks prim, lecz ro¬ zumie sie, ze 8X odpowiada Vx,). Równania (18) i (19) moga wiec byc rozwiazywane dla 8U i 8y w ten sam sposób, jak dla tych samych parametrów zostalo rozwiazane równanie (1). Równanie (18) i (19) sa wyrazeniami uogólnionymi i sa sluszne dla wszystkich ukladów cewek, równiez dla ukla¬ dów dwucewkowych.Równanie (19) moze byc zastosowane do wyko¬ nania siatki podajacej wartosci 8U i 8v jako fun¬ kcje 8r i 8X. Moze to byc wykonane na przyklad przez przyjmowanie wartosci 8U oraz 8V i oblicza¬ nie odpowiadajacych im wartosci 8r oraz 8 powa siatka otrzymana za pomoca takich obliczen jest przedstawiona na fig. 3A. Fig. 3A jest wy¬ kresem 8r w zaleznosci od <5X dla ukladu wielo- cewkowego.Na podstawie fig. 3A i powyzszego omówienia mozna stwierdzic, ze jjdy przeksztalca sie warto¬ sci Vr oraz Vx, (lub <5r oraz 8X) na wartosci 8U oraz 8v, rodziny krzywych ortogonalnych w pro¬ stokatnym ukladzie wspólrzednych sa transformo¬ wane na odpowiednie rodziny krzywych ortogo¬ nalnych w ukladzie wspólrzednych, w którym te rodmny krzywych sa krzywoliniowe wzgledem pro¬ stokatnego ukladu wspólrzednych.Tak wiec na fig. 3 lub 3A osie 8=o, 5X=0, sa pro¬ stoliniowe oraz wszystkie przebiegi dla stalych wartosci 8r lub 8X sa równiez prostoliniowe. Po¬ nadto, krzywe okreslajace 8U oraz 8v sa ortogo¬ nalne i obie sa krzywoliniowe w odniesieniu do ukladu wspólrzednych 8r, 8X.W praktyce wielkosci 8r i 8X sa mierzone przy zastosowaniu ukladu opuszczanego do otworu wiert¬ niczego i musi byc stosowany jakis sposób obli¬ czania wartosci 8U oraz 8r z tak mierzonych war¬ tosci 8r oraz 8X. Taki sposób przeksztalcania w zaleznosci od wymagan moze byc mniej lub bar¬ dziej skomplikowany. Na przyklad, do obliczania wartosci 8U oraz 8v z mierzonych wartosci Vr i Vx, moze byc uzywana siatka z fig. 3A. Alter¬ natywnie, siatka podobna do siatki z fig. 3A do¬ stosowana dp jakiegos ukladu badajacego moze byc uzyta do wykonania tabeli wartosci 8U i 8V dla poszczególnych wartosci 8r i 8X. Taka tabela moze byc uzywana odrecznie lub wykorzystywana do zapisywania tablicowego programu maszyny li¬ czacej. Sposób sporzadzania tablicowego programu maszyn liczacych jest powszechnie znany. * 10 15 20 35 40 50 55 Jako alternatywny moze byc stosowany sposób przystosowania krzywej, dla wyprowadzenia wy¬ razen, które aproksymuja równanie (19). Zalez¬ nie od tego, jak dokladnie ma byc aproksymowa- ne równanie (19), wyrazenia te moga byc mniej lub bardziej skomplikowane. Stwierdzono, ze w dostatecznym stopniu wartosci 8U jako funkcje Vp Vx, sa aproksymowane przez nastepujace wyra¬ zenie: log8u = C + A log^ + BÓ. + DV +...+ A1togV'+BA'+D1(WP + ~. gdzie 81=aVr+bVx' oraz 81'=a'Vr+b'Vx Wyrazenie na 8y jest nastepujace: log^ = C' + A' log&j + B% 4- DV +...+ A\ logV + B'A' + D/M1 +.- 8y=eVx'-d82 (20) (21) (22) (23) • Wspólczynniki a do e oraz A, B, C, D, A', l B% C, D', Ai', B/, Dt' sa stalymi zaleznymi od rozwia¬ zania ukladu cewek, a które sa okreslane w pro¬ cesie przystosowywania krzywej.Na fig. 4 pokazany jest typowy przyklad, jak moze byc wykonany uklad 46 liczacy wielkosci 8U oraz 8y z fig. 1.W ukladzie liczacym z fig. 4 brane sa pod u- wage tylko trzy pierwsze wyrazy równan (20) i (22). Jednakze uklad liczacy moze oczywiscie byc skonstruowany tak, ze uwzglednia inna pozadana ilosc wyrazów. Sygnaly Vr i Vx, pochodzace z za¬ glebianego urzadzenia badajacego, sa doprowadza¬ ne do sumujacego ukladu 50 poprzez wazace u- klady 48a i 48b, które wprowadzaja wspólczyn¬ niki a i b wazenia. Sumujacy uklad 50 tworzy kombinacje tych dwu wielkosci aVr i bVx, wy¬ twarzajac wyjsciowy sygnal 8j zgodnie z równa¬ niem (21). Wyjsciowy sygnal 8t jest doprowadzo¬ ny do logarytmicznego przemiennika 51 wytwa¬ rzajacego sygnal wyjsciowy proporcjonalny do lo- garytmu wielkosci 81# Z logarytmicznego przemien¬ nika 51 sygnal wyjsciowy jest doprowadzany do wazacego ukladu 52, który do wielkosci lor &i wprowadza wspólczynnik A mnozenia z równania (18), wytwarzajac sygnal wejsciowy proporcjonal¬ ny do A log 8j.Ten sygnal wyjsciowy z wazacego ukladu 52 wraz z sygnalem proporcjonalnym do stalej C z równania (20) oraz czynnikiem B8t sa doprowadzo¬ ne do sumujacego ukladu 54, który wytwarza syg¬ nal wyjsciowy proporcjonalny do log 8u zgodnie z równaniem (20). Wielkosc B8j jest uzyskiwana z wazacego ukladu 53, który odbiera sygnal pro¬ porcjonalny do 8X 2 sumujacego ukladu 50 L wazy go za pomoca czynnika B. Funkcja log 8U moze byc równiez zamieniona na funkcje liniowa wielkosci Gv przez zastosowanie ukladu 55 obliczajacego war¬ tosc logarytmowana.Dla uzyskania funkcji 8v w wazacym ukladzie: 56 wazona jest za pomoca wspólczynnika A fun¬ kcja log b± doprowadzona do sumujacego ukladu: 57. Ponadto, w wazacym ukladzie 57 o wspólczyn-15 n&tt B wazona jest funkcja §i i doprowadzana do sumujacego ukladu 57. Do sumujacego ukladu 57 doprowadzany jest równiez czynnik C, tak ze syg¬ nal wyjsciowy z tego ukladu 57 jest proporcjonal¬ ny do log bf zgodnie z równaniem (23). Funkcja Hg &i jest zamieniana na bt przez uklad 58 obli- ©iajl|cy wartosc logarytmowana i doprowadzana do nftftittowego wejscia wzmacniacza 59 róznicowego, sygnal wyjsciowy tego wzmacniacza jest wiec pro¬ porcjonalny dp 5V zgodnie z równaniem (22). Jesli jest to pozadane? wartosc niejednorodnosci moze byc normalizowana na wartosci odniesione do zmian konduktywnosci ou formacji. Dla uzyskania tego, *ov moze byc dzielone przez ou lub raczej przez &u+ftv, jak jest to .dokonywane za pomoca ukladu 60 z fig. 4.Alternatywnie, przez cyfrowa maszyne matema¬ tyczna moga byc rozwiazywane równania (17) lub (19) dla poszczególnych mierzonych wartosci Vr i Vx. lub ov i fix.Na fig. 5 jest pokazany diagram przedstawiaja¬ cy program maszyny matematycznej do obliczania ou i 8V Jako ftfnkcji 6r i ox. Po rozpoczeciu pro¬ gramu, do maszyny matematycznej sa wczytywa¬ ne mierzone parametry konduktywnosci dla jed¬ nego poziomu glebokosci, jak tez stale dotyczace przyrzadu sondujacego, jak to przedstawiono za pomoca przetwarzajacych bloków 80 i 81. Nastep¬ nie, jako pierwsze przyblizenie, ,6U jest ustawia¬ ne na równe 6r, a 5V jest ustawiane na równe zeru w bloku 82. To pierwsze przyblizenie zakla¬ da, wiec formacje jednorodna. Nastepnie, w blo¬ ku 83 rozwiazywane jest równanie (19) dla 6V &x przy zastosowaniu tych zalozonych wartosci óu i »v.Istnieja rózne próby, które moga by6 .wykonane dla okreslenia czy ou i 6V sa wystarczajaco do¬ kladne. Jedna z takich prób jest okreslenie rófcni- ey pomiedzy jedna lub obiema zmierzonymi wieK kosciami 6r i/lub 8X, a ich wartosciami obliczo¬ nymi z zastosowaniem zalozonych wartosci 8ui$v.W tym przypadku, jak przedstawiono za pomoca decyzyjnego bloku 84, wykonywana jest próba dla okreslenia czy nowa obliczona wartosc dnr rózni sie od poprzedniej wartosci 6r (oznaczonej przez orn-i, która poczatkowo jest mierzona wartoscia 6r) o czynnik mniejszy niz pewna przyjeta wielkosc C.Jesli odpowiedz jest twierdzaca, zalozone wartosci 5U i 6V sa drukowane i program powraca do po¬ czatku, dla rozpatrywania nastepnego poziomu glebokosci, jak to przedstawiono za pomoca ele¬ mentów 85 i 86. Jesli wynik próby bloku decy¬ zyjnego nie jest pozytywny, przyjmowane sa no¬ we wartosci ©u i ov i ten sam proces jest prze¬ prowadzany ponownie, jak to przedstawiono za pomoca bloku 87 oraz jego wyjscia dolaczonego do wejscia bloku 83. Podczas drugiego powtarza¬ nia obliczana obecnie wartosc ór*, oznaczona przez 8rn, jest porównywana z jej ostatnio obliczona war¬ toscia, oznaczona przez brn-K Tak wiec decyzyjny element 84 dokonuje porównania w celu okresle¬ nia czy obliczone wartosci or zmieniaja sie znacz¬ nie w porównaniu z poprzednimi, jesli nie, ostat¬ nio dobrane wartosci 8U i 8V sa odprowadzane jako wartosci koncowe. (1655 16 Dla okreslenia jakie powinny byc nowe war¬ tosci 5U i 8V, jest obliczany stosunek mierzonej wartosci 8r+j8x do obliczanej wartosci tego wy¬ razenia i stosunek ten jest mnozony przez ostat- 5 nio przyjete wartosci bu i 8y. Równanie przedsta¬ wiajace ten dobór nowych wartosci ou i by ma postac: a (n+1)i^ (n+1J *r+j&x .¦/ n \ (24) gdzie oznaczenie (n+1) odnosi sie do nowego pa¬ rametru, który powinien byc zastosowany w na- is stepnym obliczaniu, natomiast oznaczenie n odno¬ si sie do wlasnie obliczonego parametru.Równanie wyrazajace czynnosc wykonywana przez decyzyjny blok 84 ma postac: (25) gdzie n-1 okresla wartosc 8r otrzymana przed o- 25 becnym obliczaniem n (poczatkowo okresla ono mierzona wartosc 5r), natomiast C jest dowolna pozadana wielkoscia stala.Podsumowujac te operacje, na kazdym poziomie glebokosci sa odczytywane wartosci 8r i dx, na- 30 tomiast ou i 6y sa poczatkowo nastawiane odpo¬ wiednio na 8r i zero. Nastepnie jest rozwiazywane równanie (19) dla 8r i Óx. Jesli ta obliczona war¬ tosc 8r to jest 8rn, nie spelnia równania (25), pro¬ gram oblicza nowe wartosci dla 8U i ov zgodnie 35 z równaniem (24). Te nowe* wartosci ou i ov sa nastepnie uzywane do obliczania nowych warto¬ sci 8r i 8X, a nowa obliczona wartosc 8r i/lub ox jest wedlug równania (25) porównywana i ostat¬ nia obliczona wartoscia 8r/i (lub 8X). 40 Jesli znowu równanie (25) nie jest spelnione, o- bliczane sa ponownie nowe wartosci 8U i ^we¬ dlug równania (24) i proces jest powtarzany. Pro¬ ces ten powtarza sie az równanie (25) zostaje spel¬ nione, wtedy to ostatnie obliczone wartosci du i by 45 zostaja wydrukowane i program przechodzi na na¬ stepny poziom glebokosci.W wyzej wspomnianej pracy DoH'a odpowiedz przyrzadu do profilowania indukcyjnego byla opi¬ sana w pojeciach tak zwanej teorii wspólczynni- 50 ków geometrycznych. To samo rozumowanie omó¬ wione w tej pracy DolTa dla uzyskania promie¬ niowych pionowych wspólczynników geometrycz¬ nych, dla konwencjonalnego sposobu profilowania indukcyjnego, stosuje sie równie dobrze do sposobu 55 profilowania indukcyjnego wedlug niniejszego wy¬ nalazku. Jednakze, wspólczynniki geometryczne stosowane w niniejszym wynalazku maja 'postacie liczb zespolonych. Dla ukladu dwucewkowego geo¬ metryczne wspólczynniki gu i gv odnoszace sie do 60 pomiaru ou i ov moga byc wyrazone nastepujaco: eJrPT (i _ jTRT ) eJrPR (l-jTpR) gu+jgv=g(r,z) —IT SI 655 it gdzie g(r,z) jest wspólczynnikiem geometrycznym podanym w wyzej wspomnianej pracy Dali'a, 6t jest odlegloscia pomiedzy cewka nadajnika a jed¬ nostkowym pierscieniem ziemi, natomiast $R jest odlegloscia pomiedzy cewka odbiornika a jedno¬ stkowym pierscieniem ziemi.Przedstawienie rysunkowe wymiarów or i pR jest pokazane na fig. 9.Rozbijajac równanie (26) na oddzielne wyraze¬ nia dla gu i gv otrzymuje sie: gu = goeXS [(1 —xs +VP) cos(ys)+(ys+uP) sin (ys) (27)] oraz gv=goeXS [(1—xs+VP) sin(ys)—(ys + uP) cos(ys)] • (28) gdzie: a pionowym wspólczynnikiem geometrycznym dla jednostkowego wspólczynnika geometrycznego gv jest: Gvz = J gv dr (32) Promieniowe geometryczne wspólczynniki Gur i 10 Gvr dla ukladu dwucewkowego sa pokazane na go= Z P* Pi ' S = P* + 'H P = pT — pH j U = a)a8u ;V = tofJi8v / |/ua! + va +v 2 l/u5' + v» — V Wielkosci gu i gv dla ukladu wielocewkowego równiez moga byc wyrazane, przy uwzglednieniu miedzy innymi wymiarów i odleglosci wszystkich cewek.Moga byc wprowadzane promieniowe i pionowe wspólczynniki geometryczne jednostkowych geome¬ trycznych wspólczynników gu i gv. Promieniowym wspólczynnikiem geometrycznym dla jednostkowe¬ go geometrycznego wspólczynnika gu jest: Gur = J gu dz a promieniowym wspólczynnikiem geometrycznym dla jednostkowego geometrycznego wspólczynnika gv jest: Gvr = j gv dz . Pionowym wspólczynnikiem geometrycznym dla jednostkowego wspólczynnika . geometrycznego gu jest: Guz =J gu dr fig. 6. Z fig. 6 wynika, ze ujemny obszar K i do¬ datni obszar L objete krzywa promieniowego geo¬ metrycznego wspólczynnika Gvr maja równe po¬ wierzchnie, tak ze w osrodku jednorodnym cal- 15 kowita odpowiedz dla Gvr jest równa zeru. Jesli natomiast obszar polozony najblizej cewek jest le¬ piej przewodzacy niz promieniowo odlegle obsza¬ ry, odpowiedz jest ujemna. Jesli odwrotnie, ob¬ szary odlegle w kierunku promieniowym sa lepiej » przewodzace, odpowiedz okreslona przez G^ jest dodatnia. Promieniowy geometryczny wspólczyn¬ nik Gur jest identyczny z promieniowym wspól¬ czynnikiem geometrycznym podawanym w teorii wspólczynników geometrycznych przedstawionej w wyzej wspomnianej pracy Doll'a. 25 Na fig. 7 przedstawiono wykres pionowych geo«* metryGenych wspólczynników Guz i Gvz dla ukla¬ du dwucewkowego. Pionowy geometryczny wspól¬ czynnik Gvz jest pokazany na lewo od otworu » wiertniczego. Podobnie do wspólczynnika Guz, po- * wierzchnia dodatnia i powierzchnia ujemna obje¬ te krzywa pionowego geometrycznego Wspólczyn¬ nika Gvz sa równe, tak ze dla osrodka jednorod¬ nego calkowita odpowiedz dawana przez wspól- m czynnik Gvz jest równa zeru. Na fig. 7 srodkowy ujemny obszar odpowiedzi jest oznaczony przez H» a dodatnie obszary odpowiedzi, górny oraz dolny, sa oznaczone przez odpowiednio I oraz J. Jesli ba¬ dana warstwa formacji jest lepiej przewodzaca niz 40 sasiednie warstwy formacji, to znaczy jesli kon- duktywnosc w obszarze H jest wieksza niz w ob¬ szarach I oraz J, odpowiedz dana przez pionowy geometryczny wspólczynnik Gv2 jest ujemna, oraz odwrotnie, jesli bardziej przewodzace sa warstwy sasiednie, odpowiedz, jest dodatnia.Pionowy geometryczny wspólczynnik Guz z fig. 7 jest bardzo podobny do geometrycznego wspólczyn¬ nika dla ukladu dwucewkowego wedlug teorii wspólczynników geometrycznych, podanej we wspomnianej pracy Doira. Tak wiec wartosc ou konduktywnosci jest nieco podobna do konduk- tywnosci mierzonej za pomoca zwyklego przy¬ rzadu do profilowania indukcyjnego. Nalezy tu zauwazyc, ze wspólczynniki geometryczne zmie¬ niaja sie jako funkcje konduktywnosci, jak to wy¬ nika z równan (27) i (28). Krzywe z fig. $ i 7 sa przedstawione dla sytuacji typowej.Chociaz promieniowe i pionowe geometryczne wspólczynniki Gur, Gvr, Guz i Gvz zostaly poka¬ zane dla ukladu dwucewkowego, moga one byc wprowadzone dla dowolnego ukladu cewek i uzy¬ wane jako pomoc w interpretowaniu pomiarów óu i 6V wykonywanych przez taki uklad cewek.Na fig. 8 przedstawiono zapisy wartosci du i 6V (31) os otrzymane podczas badania, przez uklad cewek, for- (29) (30) 46 50 55 6019 macji pokazanej po lewej stronie fig. 8. Sa tam trzy formacje jednorodne posiadajace konduktyw- nosci 81, 82 i 8s, pokazane w górnej czesci fig. 8.Konduktywnosc 82 jest wieksza niz konduktywnosc 81 oraz 82 jest wieksza niz 8s. Zapis wartosci 8U dokonywany podczas badania tych formacji jest nieco podobny do zapisu konduktywnosci wykony¬ wanego za*pomoca zwyklego urzadzenia do profi¬ lowania indukcyjnego. Natomiast zapis 8V jest cal¬ kowicie inny niz zapisy dokonywane poprzednio.Na fig. 8 uklad badajacy jest przesuwany z góry na dól.Z fig. 8 wynika, ze gdy uklad cewek przechodzi od formacji 8t do lepiej przewodzacej formacji 82, wartosc 8V najpierw odchyla sie w kierunku do¬ datnim, gdy uklad cewek zbliza sie do granicy warstw, a nastepnie odchyla sie w kierunku u- jemnym gdy uklad cewek przechodzi te granice warstw. Wartosc 8V powraca ewentualnie do ze¬ ra, gdy na calkowita odpowiedz ukladu cewek wplywa wylacznie formacja 84. Przyczyna tego moze byc stwierdzona przez odwolanie sie do pio¬ nowego geometrycznego wspólczynnika Gvz z fig. 7. Z fig. 7 widoczne jest, ze gdy uklad cewek jest ustawiony tak, ze dodatnie czesci I oraz J wspól¬ czynnika geometrycznego znajduja sie naprzeciw formacji, która przewodzi lepiej niz formacja na¬ przeciw srodkowej czesci H, wówczas skladowe do¬ datnie sygnalu przewyzszaja skladowe ujemne syg¬ nalu. Odwrotnie, gdy srodkowa czesc H znajduje sie naprzeciw lepiej przewodzacej warstwy 82 for¬ macji, skladowe ujemne sygnalu przewyzszaja skla¬ dowe dodatnie sygnalu.Mozna wiec stwierdzic, dlaczego podczas gdy u- klad cewek przechodzi przez granice warstw od formacji 8t do formacji 8* wartosc 8V posiada od¬ chylenie dodatnie, po którym nastepuje odchyle¬ nie ujemne.Gdy uklad cewek przechodzi od warstwy 82 for¬ macji do slabiej przewodzacej warstwy 88 forma¬ cji, krzywa 8V odchyla sie w kierunku ujemnym, a nastepnie w kierunku dodatnim, poniewaz gdy uklad cewek przesuwa sie w kierunku granicy warstw, czesc H wspólczynnika geometrycznego znajduje sie naprzeciw formacji lepiej przewodza¬ cej. Gdy nastepnie uklad cewek odsuwa sie od granicy warstw, czesc H wspólczynnika geome¬ trycznego znajduje sie naprzeciw slabiej przewo¬ dzacej formacji 88, wytwarzajac przez to odchy¬ lenie dodatnie. Te odchylenia daja ostre okresle¬ nie granic warstw.• Zostanie obecnie rozwazone, 00 sie dzieje, gdy uklad cewek bada formacje posiadajace strefy za¬ jete przez przewodzacy mul wiertniczy. Takie for¬ macje sa przedstawione na fig. 8, jako formacje o konduktywnosciach 8t4—Sx4 oraz 5t6—8x6. Strefy 4 i 6 formacji sa rozdzielone przez warstwe o konduktywnosci 85. Wartosc 8t4 jest wieksza niz 8X4, natomiast 8x6 jest wieksza niz 8t6. Dla warstw 4 i 6 wykres 8U daje srednia konduktywnosc kaz¬ dej z tych warstw formacji. Krzywa 8V wskazuje natomiast odchylenie dodatnie naprzeciw warstwy 4 poniewaz obszar 8x4 w poblizu ukladu cewek jest slabiej przewodzacy niz oddalona w kierunku promieniowym, nienaruszona strefa 8t4. Powód te- 20 go, dlaczego odchylenie jest dodatnie, moze byc stwierdzony przez odwolanie sie do fig. 6, gdzie jest pokazane,.ze promieniowy geometryczny wspól¬ czynnik Gvr posiada ujemna czesc K odpowiedzi, 5 polozona w poblizu ukladu cewek w kierunku promieniowym, oraz dodatnia czesc L. odpowiedzi, odlegla w kierunku promieniowym od ukladu ce¬ wek. Tak wiec, jesli konduktywnosc 8x4 strefy wyplukanej jest mniejsza niz konduktywnosc 8t4 10 strefy nienaruszonej, dodatnia czesc odpowiedzi krzywek wspólczynnika geometrycznego z fig. 6 wplywa na sygnal bardziej niz ujemna czesc od¬ powiedzi.Gdy uklad cewek zbliza sie do granicy warstw 15 pomiedzy warstwami 4 i 5 formacji, wykres 8U wykazuje zmniejszona konduktywnosc, odzwiercie¬ dlajac zmniejszenie sredniej konduktywnosci pó- . miedzy tymi dwoma warstwami formacji. Wykres 8V, podczas gdy uklad cewek zbliza sie do tej gra- 20 nicy warstw, pozostaje dodatni, poniewaz srednia konduktywnosc 85 warstwa 5 jest wieksza niz sred¬ nia konduktywnosc warstwy 4. Gdy uklad przesuwa sie w warstwie 5, wykres 8V nie wykazuje ponownie odchylenia poniewaz war- 25 stwa 5 jest jednorodna. Gdy nastepnie uklad ce¬ wek przesuwa sie w poblize granicy pomie¬ dzy warstwami 5 i 6, a zatem warstwa 6 oddzia¬ luje na niego bardziej, wykres 8V przesuwa sie ewentualnie do odchylenia ujemnego, wskazujac 30 na fakt, ze konduktywnosc 8x6 warstwy wyplu¬ kanej jest wieksza niz konduktywnosc 8t6 war¬ stwy nienaruszonej. Powodem tego odchylenia u- jemnego jest to, ze konduktywnosc w ujemnej czesci K odpowiedzi krzywej wspólczynnika geo- 35 metrycznego z fig. 6 jest wieksza niz konduktyw¬ nosc w dodatniej czesci L jej odpowiedzi. Gdy nastepnie uklad cewek przesuwa sie ku granicy pomiedzy warstwami 6 i 7, wykres 8V staje sie dodatni poniewaz 87 jest wieksza niz srednia kon- 40 duktywnosc warstwy 6. Gdy uklad cewek odsuwa sie od tej granicy warstw, wykres 8V staje sie u- jemny, gdyz przejscie ma charakter odwrotny, i ewentualnie ustala sie na zerze, poniewaz war¬ stwa 7 jest jednorodna. 45 • Oprócz rejestrowania wartosci 8U i 8V dla uzy¬ skania wykresów, które daja srednia konduktyw¬ nosc i niejednorodnosc formacji, jest równiez moz¬ liwe tworzenie kombinacji wartosci 8U i 8v w spo¬ sób, który daje informacje dotyczace konduktyw- 50 nosci róznych obszarów formacji w kierunku pro¬ mieniowym.Na fig. 9 jest pokazany wykres wzglednej odr powiedzi w zaleznosci od promieniowej odleglosci od otworu wiertniczego, to jest wykres promie- 55 niowego wspólczynnika geometrycznego, w celu wyjasnienia jak moga byc tworzone kombinacje 8U i 8v dla dostarczenia takich informacji. Ciagla krzywa gu na fig. 9 jest wykresem promieniowe¬ go geometrycznego wspólczynnika gu dla ukladu 80 wielocewkowego, takiego jak uklad pokazany w wyzej wspomnianym Patencie Stanów Zjednoczo¬ nych Ameryki Nr 3329889. Ciagla krzywa a^ jest wykresem promieniowego geometrycznego wspólczynnika gv wazonego za pomoca wspólczyn- 65 tfika a2. Przez polaczenie tych dwu krzywych wspól-21 81655 22 czynników geometrycznych, gu oraz otrzymany wynikowy geometryczny wspólczynnik gu+a2gv, który odpowiada badaniu glebszemu w kierunku promiehiowym. Moze to byc stwierdzo¬ ne na fig. 10, która jest pionowym rzutem pola¬ czonych geometrycznych wspólczynników z fig. 9.Krzywa ciagla z fig. 10 jest geometrycznym wspól¬ czynnikiem wynikajacym z polaczenia gu z a2gv.Przez porównanie tego geometrycznego wspólczyn¬ nika gu+a2gv z fig. 10 z geometrycznym wspól¬ czynnikiem gu z fig. 9 mozna stwierdzic, ze gu+a2Sv daje badanie glebsze w kierunku pro¬ mieniowym niz gu. Geometryczny wspólczynnik gu+ wyrazenia 8uH-a28v.Stosunkowo plytkie badanie w kierunku promie¬ niowym moze byc uzyskiwane przez odejmowanie geometrycznego wspólczynnika gu pomnozonego przez wybrany wazacy wspólczynnik at od gu. W ten sposób przez dodanie wykresu —axgy z fig. 9, narysowanego linia przerywana, do krzywej gu wspólczynnika geometrycznego otrzymywany jest pr.omieniowy geometryczny wspólczynnik gu—a1gvz fig. 10. Przez porównanie mozna stwierdzic, ze gu—aigv daje plytsze badanie niz gu. W wyraze¬ niach sygnalowych operacja ta odpowiada odejmo¬ waniu a^rj od 8U.Na fig. 11 pokazane jest urzadzenie do tworze¬ nia kombinacji 8U i 8y zgodnie z powyzszym omó¬ wieniem, dajace poszczególne sygnaly reprezentu¬ jace konduktywnosci róznych obszarów formacji w kierunku promieniowym. Sygnal 8V jest wa¬ zony za pomoca wspólczynników +ce2 oraz —04 w wazacych ukladach 101 i 102 i doprowadzany do sumujacych ukladów 103 i 104. Sygnal 8U jest rów¬ niez doprowadzany do sumujacych ukladów 103 i 104 tak, ze uklady te daja odpowiednio wyjscio¬ we sygnaly 8u+a28v oraz 8U—048^ Wazace uklady 101 i 102 oraz ich odpowiadajace sumujace ukla¬ dy 103 i 104 moga indywidualnie posiadac wzmac¬ niacz operacyjny oraz powiazane rezystory wyjscio¬ we, przy czym wzgledem wartosci tych rezystorów wejsciowych oraz dobór podlaczen do wejscia plu¬ sowego lub minusowego wzmacniacza, okreslaja wazace wspólczynniki +a2 i —at. Sygnaly 8U [• 8V moga równiez byc rejestrowane.Mozna wiec stwierdzic, ze przez zastosowanie niniejszego wynalazku moze byc uzyskiwany do¬ kladny pomiar sredniej konduktywnosci osrodków otaczajacych uklad cewek, bez bledów wynikaja¬ cych z niejednokrotnosci formacji i efektu naskór¬ kowego.Ponadto, moze byc otrzymywany wykres nie¬ jednorodnosci osrodków otaczajacych uklad cewek.Poza tym, pomiary te moga byc otrzymywane przez zastosowanie tylko jednego ukladu cewek., Nalezy Stwierdzic/ ze chociaz dla uzyskania war¬ tosci 8U i 8v uzywane sa i mierzone te dwie skla¬ dowe fazowe napiecia cewki odbiornika, dla uzy¬ skania tych wartosci 8U i 8V jest równiez mozliwe mierzenie innych parametrów. Dla otrzymania tych samych wyników moze byc mierzona amplituda napiecia cewki odbiornika i jego kat fazowy. Dla przykladu, uwzgledniajac fig. 3 i zakladajac, ze punkt 36 reprezentuje pomiary wykonane przez uklad cewek, do umiejscowienia punktu 36 w sto¬ sunku do krzywej 30 moga byc zastosowane po¬ miary dlugosci wektora pomiedzy tym punktem a poczatkiem ukladu (Vr=Vx,=0) oraz kata pomie- 5 dzy tym wektorem a osia Vr lub osia Vx, (lub ich obrazami transformowanymi). Nastepnie moga byc otrzymywane wartosci reprezentujace konduktyw- nosc i niejednorodnosc badanych formacja. W rze¬ czywistosci, nawet sygnaly Vr i Vx, skladowych fazowych sa funkcjonalnie zalezne od amplitudy i fazy napiecia indukowanego w cewce odbiorni¬ ka, które z kolei jest proporcjonalne do amplitu¬ dy i fazy pola elektromagnetycznego wywolanego w przylegajacych formacjach.Nalezy równiez stwierdzic, ze chociaz zostaly pokazane rozwiazania, które pracuja na zasadzie rzucania mierzonych punktów VE, Vx, (na przyklad punkt 36 z fig. 3) prostopadle do krzywej 30 (fig. 5) i równolegle do osi Vx, na krzywa 30, dla spe¬ cjalistów sa oczywiste inne rozwiazania, które pra¬ cuja na zasadzie rzucania mierzonego punktu Vr, Vx, na krzywa 30 w inny sposób, i takie rozwia¬ zania wchodza równiez w zakres niniejszego wy¬ nalazku.Ponadto, chociaz model formacji wybrany, jako najlepszy przy stosowaniu sposobu wedlug niniej¬ szego wynalazku jest formacja jednorodna dana przez krzywa 30, mozna stwierdzic, ze równie do¬ brze moga byc stosowane inne modele formacji.Na przyklad, równie dobrze moze byc zastosowa¬ na krzywa równolegla lecz przemieszczona w sto¬ sunku do tej krzywej 30.Chociaz zostalo opisane preferowane obecnie roz¬ wiazanie niniejszego wynalazku, dla specjalistów jest oczywiste, ze moga tu byc wprowadzone róz¬ ne zmiany i modyfikacje w zakresie niniejszego wynalazku, a wiec zamierza sie objac wszystkie takie zmiany i modyfikacje, które obejmuja za¬ sady i opis niniejszego wynalazku. PL PL PL