NO335831B1

NO335831B1 - Apparatus and method for determining and imaging borehole resistivity using capacitive coupling

Info

Publication number: NO335831B1
Application number: NO20034635A
Authority: NO
Inventors: Leonty Abraham Tabarovsky; Albert A Alexy; Martin Townley Evans; Andrew Richard Burt
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2015-03-02
Also published as: WO2002086459A1; EP1390712A4; NO20034635D0; NO20034635L; GB2392729B; EP1390712A1; CA2444942A1; WO2002086459B1; GB2392729A; GB0325864D0

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen Background for the invention

1. Teknisk område 1. Technical area

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt leting etter hydrokarboner som medfører elektriske undersøkelser i et borehull som gjennomtrenger en grunnformasjon. Mer spesielt angår oppfinnelsen meget lokaliserte borehullsundersøkelser ved å anvende innføring og måling av individuelle målestrømmer injisert inn i veggen i et borehull ved kapasitiv kopling av elektroder på en sonde som beveges langs borehullet inne i grunnformasj onen. The present invention generally relates to the search for hydrocarbons which entails electrical investigations in a borehole that penetrates a foundation formation. More particularly, the invention relates to very localized borehole investigations by using the introduction and measurement of individual measuring currents injected into the wall of a borehole by capacitive coupling of electrodes on a probe which is moved along the borehole inside the basic formation.

2. Teknisk bakgrunn 2. Technical background

Elektrisk borehullslogging er velkjent, og mange innretninger og forskjellige teknikker er blitt beskrevet for dette formål. Generelt er det to kategorier av innretninger som benyttes i elektriske loggeanordninger. I den første kategori blir en måleelektrode (strømkilde eller sluk) brukt i forbindelse med en diffus returelektrode (slik som sondelegeme). En målestrøm flyter i en krets som forbinder en strømkilde med måleelektroden, gjennom grunnformasjonen til returelektroden og tilbake til strømkilden i sonden. I induktive målesonder induserer en antenne i måleinstrumentet en strømflyt i grunn-formas jonen. Størrelsen av den induserte strøm blir detektert ved å benytte enten den samme antenne eller en separat mottakerantenne. Foreliggende oppfinnelse tilhører den første kategori. Electric borehole logging is well known and many devices and various techniques have been described for this purpose. In general, there are two categories of devices used in electrical logging devices. In the first category, a measuring electrode (current source or sink) is used in connection with a diffuse return electrode (such as a probe body). A measuring current flows in a circuit that connects a current source to the measuring electrode, through the base formation to the return electrode and back to the current source in the probe. In inductive measuring probes, an antenna in the measuring instrument induces a current flow in the base form ion. The magnitude of the induced current is detected by using either the same antenna or a separate receiving antenna. The present invention belongs to the first category.

Det er flere driftsmåter som kan brukes: i en blir strømmen ved måleelektroden holdt konstant og en spenning blir målt, mens spenningen til elektroden i henhold til den annen måte er fast og den strøm som flyter fra elektroden, blir målt. Ideelt er det ønskelig at hvis strømmen blir variert for å holde konstant den spenning som måles ved en overvåkningselektrode, så er strømmen omvendt proporsjonal med resistiviteten i den grunnformasjon som undersøkes. Derimot er det ønskelig at hvis denne strømmen blir holdt konstant, er den spenning som måles ved en overvåkningselektrode proporsjonal med resistiviteten i den grunnformasjon som undersøkes. Ohms lov lærer at hvis både strøm og spenning varierer, er resistiviteten i grunnformasjonen proporsjonal med forholdet mellom spenningen og strømmen. There are several modes of operation that can be used: in one, the current at the measuring electrode is kept constant and a voltage is measured, while according to the other mode, the voltage to the electrode is fixed and the current flowing from the electrode is measured. Ideally, it is desirable that if the current is varied to keep the voltage measured at a monitoring electrode constant, then the current is inversely proportional to the resistivity in the underlying formation being investigated. On the other hand, it is desirable that if this current is kept constant, the voltage measured at a monitoring electrode is proportional to the resistivity in the base formation being examined. Ohm's law teaches that if both current and voltage vary, the resistivity of the base formation is proportional to the ratio of the voltage to the current.

Birdwell (US-patent nr. 3,365,658) beskriver bruk av en fokusert elektrode til å bestemme resistiviteten i under-grunnsformasjoner. En målestrøm blir utsendt fra en sentral måleelektrode inn i tilstøtende grunnformasjoner. Denne måle-strømmen blir fokusert til en forholdsvis smal strømstråle utover fra borehullet ved å benytte en fokuseringsstrøm avgitt av nærliggende fokuseringselektroder plassert i nærheten av måleelektroden og på hver side av denne. Ajam m.fl. (US-patent nr. 4,122,387) beskriver en anordning hvor samtidige logger blir tatt ved forsekjellige laterale avstander gjennom en formasjon fra et borehull ved hjelp av verneelektrodesystemer plassert på en sonde som blir senket ned i borehullet i en loggekabel. En eneste oscillator styrer frekvensen til to formasjonsstrømmer som flyter gjennom formasjonen ved de ønskede, forskjellige laterale dybder fra borehullet. Armeringen til loggekabelen virker som strømretur for et av verneelektrodesystemene, og en kabelelektrode i en kabel-elektrodeenhet umiddelbart over loggesonden virker som strømretur for det annet verneelektrodesystem. To utførelses-former er også beskrevet for måling av referansespenninger mellom elektroder i kabelelektrodeenheten og verneelektrodesystemene . Birdwell (US Patent No. 3,365,658) describes the use of a focused electrode to determine the resistivity of subsurface formations. A measuring current is emitted from a central measuring electrode into adjacent ground formations. This measuring current is focused into a relatively narrow current beam outwards from the borehole by using a focusing current given off by nearby focusing electrodes placed near the measuring electrode and on each side of it. Ajam et al. (US patent no. 4,122,387) describes a device where simultaneous logs are taken at different lateral distances through a formation from a borehole by means of protective electrode systems placed on a probe which is lowered into the borehole in a logging cable. A single oscillator controls the frequency of two formation streams flowing through the formation at the desired different lateral depths from the borehole. The armature of the logging cable acts as current return for one of the protective electrode systems, and a cable electrode in a cable-electrode unit immediately above the logging probe acts as current return for the other protective electrode system. Two embodiments are also described for measuring reference voltages between electrodes in the cable electrode unit and the protective electrode systems.

Teknikker for undersøkelse av grunnformasjoner med grupper av måleelektroder er blitt foreslått. Se f.eks. US-patent nr. 2,930,969 til Baker, kanadisk patent nr. 685,727 til Mann m.fl., US-patent nr. 4,468,623 til Gianzero og US-patent nr. 5,502,686 til Dory m.fl. Baker-patentet foreslo et antall elektroder der hver var dannet av knapper som er elektrisk forbundet ved hjelp av fleksible tråder med knapper og tråder innbakt i overflaten til et sammenleggbart rør. Mann-patentet foreslår en gruppe med små elektrodeknapper enten montert på en sonde eller en sideveggpute, og som hver i rekkefølge innfører en separat, målbar målestrøm for en elektrisk undersøkelse av grunnformasjonen. Elektrodeknappene er plassert i et horisontalplan med omkretsmessige avstander mellom elektroder og en anordning for sekvensiell eksitering og måling av en målestrøm fra elektrodene er beskrevet. Techniques for the investigation of bedrock formations with groups of measuring electrodes have been proposed. See e.g. US Patent No. 2,930,969 to Baker, Canadian Patent No. 685,727 to Mann et al., US Patent No. 4,468,623 to Gianzero and US Patent No. 5,502,686 to Dory et al. The Baker patent proposed a number of electrodes each formed of buttons electrically connected by means of flexible wires with buttons and wires baked into the surface of a collapsible tube. The Mann patent proposes a group of small electrode buttons either mounted on a probe or a sidewall pad, each in turn introducing a separate, measurable current for an electrical survey of the bedrock formation. The electrode buttons are placed in a horizontal plane with circumferential distances between electrodes and a device for sequential excitation and measurement of a measuring current from the electrodes is described.

Gianzero-patentet beskriver sondemonterte sideveggputer, hver med et antall små måleelektroder hvorfra individuelt målbare målestrømmer blir injisert mot veggen i borehullet. Måleelektrodene er arrangert i en gruppe hvor måleelektrodene er slik plassert med mellomrom langs minst en omkretsretning (omkring borehullsaksen) for å injisere målestrømmer inn i borehullsveggsegmentene som overlapper hverandre i en forut-bestemt grad når sonden blir beveget langs borehullet. Måleelektrodene er gjort små for å muliggjøre en detaljert elektrisk undersøkelse over omkretsmessig tilstøtende segmenter av borehullet for å fremskaffe indikasjoner på formasjonens stratigrafi nær borehullsveggen, så vel som sprekker og deres orienteringer. I henhold til en teknikk kan en rommessig lukket sløyfegruppe av måleelektroder være anordnet omkring en sentral elektrode der gruppen brukes til å detektere det rommessige mønster for den elektriske energi som injiseres av den sentrale elektrode. I en annen utførelsesform er det til-veiebrakt en lineær gruppe med måleelektroder for å injisere en strømflyt inn i formasjonen over et omkretsmessig, effek-tivt tilstøtende segment av borehullet. Diskrete deler av strømflyten er separat målbare for å oppnå et antall målesignaler som er representative for strømtettheten fra gruppen og hvorfra et detaljert elektrisk bilde av et omkretsmessig kontinuerlig segment av borehullsveggen kan utledes mens sonden blir beveget langs borehullet. I en annen utførelses-form av en gruppe med måleelektroder er de arrangert i en lukket sløyfe, slik som en sirkel, for å muliggjøre direkte målinger av orienteringer av resistivitetsanomalier. The Gianzero patent describes probe-mounted sidewall pads, each with a number of small measuring electrodes from which individually measurable measuring currents are injected against the wall of the borehole. The measuring electrodes are arranged in a group where the measuring electrodes are positioned at intervals along at least one circumferential direction (around the borehole axis) in order to inject measuring currents into the borehole wall segments which overlap each other to a predetermined degree when the probe is moved along the borehole. The measuring electrodes are made small to enable a detailed electrical survey over circumferentially adjacent segments of the borehole to provide indications of the stratigraphy of the formation near the borehole wall, as well as fractures and their orientations. According to one technique, a spatially closed loop group of measuring electrodes can be arranged around a central electrode where the group is used to detect the spatial pattern of the electrical energy injected by the central electrode. In another embodiment, a linear array of measuring electrodes is provided to inject a current flow into the formation over a circumferential, effectively adjacent segment of the borehole. Discrete parts of the current flow are separately measurable to obtain a number of measurement signals that are representative of the current density from the group and from which a detailed electrical image of a circumferentially continuous segment of the borehole wall can be derived as the probe is moved along the borehole. In another embodiment of a group of measuring electrodes, they are arranged in a closed loop, such as a circle, to enable direct measurements of orientations of resistivity anomalies.

Dory-patentet beskriver bruken av en akustisk sensor i kombinasjon med putemonterte elektroder, idet bruken av de akustiske sensorer gjør det mulig å fylle inn gapene i det fremskaffede bildet ved å benytte putemonterte elektroder, på grunn av det faktum at i borehull med stor diameter, vil putene ikke nødvendigvis gi en fullstendig dekning av borehullet . The Dory patent describes the use of an acoustic sensor in combination with pad-mounted electrodes, the use of the acoustic sensors making it possible to fill in the gaps in the acquired image by using pad-mounted electrodes, due to the fact that in large diameter boreholes, the pads will not necessarily provide complete coverage of the borehole.

De tidligere kjente anordninger, som er kontaktanordninger, er følsomme for virkningene av borehullsrugositet; strømmene som flyter fra elektrodene er avhengig av god kontakt mellom elektroden og borehullsveggen. Hvis borehullsveggen er ujevn, blir kontakten og strømmen fra elektrodene ujevn, noe som resulterer i unøyaktig avbildning av borehullet. En annen ulempe er den forholdsvis grunne undersøkel-sesdybde som forårsakes av bruken av måleelektroder ved samme potensial som puten og den resulterende divergens av måle-strømmene. The previously known devices, which are contact devices, are sensitive to the effects of borehole roughness; the currents flowing from the electrodes depend on good contact between the electrode and the borehole wall. If the borehole wall is uneven, the contact and current from the electrodes will be uneven, resulting in inaccurate imaging of the borehole. Another disadvantage is the relatively shallow examination depth caused by the use of measuring electrodes at the same potential as the pad and the resulting divergence of the measuring currents.

Nok en annen ulempe med bruk av kontaktanordninger som injiserer elektriske strømmer i et borehull, oppstår når oljebaserte slam blir brukt ved boring. Oljebaserte slam må brukes når det bores gjennom vannløselige formasjoner. Et økende antall av dagens undersøkelsesprospekter ligger under saltlag. Foruten å redusere den elektriske kontakten mellom loggesonden og formasjonen, reduserer invasjon i porøse formasjoner av et resistivt, oljebasert slam i sterk grad effek-tiviteten av tidligere kjente resistivitetsavbildningsanordninger og ledningsbaserte anordninger for bestemmelse av formasjonsresistiviteten. Dette problemet blir ikke lettet ved Yet another disadvantage of using contact devices that inject electrical currents into a borehole occurs when oil-based muds are used in drilling. Oil-based muds must be used when drilling through water-soluble formations. An increasing number of today's exploration prospects lie below the salt layer. Besides reducing the electrical contact between the logging probe and the formation, invasion of porous formations by a resistive, oil-based mud greatly reduces the effectiveness of previously known resistivity imaging devices and wireline-based devices for determining formation resistivity. This problem will not be alleviated by

bruk av fokuseringselektroder. use of focusing electrodes.

Det ville være ønskelig å ha en anordning og en fremgangsmåte for å bestemme formasjonsresistivitet som er forholdsvis ufølsom for borehullsrugositet og som kan brukes med enten vannbaserte eller oljebaserte slam. Foreliggende oppfinnelse tilfredsstiller dette behovet. It would be desirable to have a device and a method for determining formation resistivity that is relatively insensitive to borehole roughness and that can be used with either water-based or oil-based muds. The present invention satisfies this need.

Oppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention

Foreliggende oppfinnelse er en anordning og en fremgangsmåte for bruk i et borehull som inneholder et hovedsakelig ikke-ledende fluid, for å fremskaffe en resistivitetsparameter for en grunnformasjon som gjennomtrenges av borehullet. Minst en måleelektrode er kapasitivt koblet til grunnformasjonen gjennom det ikke-ledende fluid. En målestrøm blir ledet inn i formasjonen, og ved måling av strømmen i elektroden og dens potensial, kan resistiviteten bestemmes. Et antall måleelektroder kan brukes. Med en gruppe måleelektroder kan det fremskaffes et resistivitetsbilde av formasjonen. The present invention is a device and a method for use in a borehole containing a mainly non-conductive fluid, to provide a resistivity parameter for a basic formation that is penetrated by the borehole. At least one measuring electrode is capacitively coupled to the base formation through the non-conductive fluid. A measuring current is led into the formation, and by measuring the current in the electrode and its potential, the resistivity can be determined. A number of measuring electrodes can be used. With a group of measuring electrodes, a resistivity image of the formation can be obtained.

I en utførelsesform av oppfinnelsen er målestrømmen en modulert elektrisk strøm med en bærefrekvens valgt for å ha lav impedans på grunn av den kapasitive kobling. En isolator er anordnet på loggesonden for å minimalisere krysstalen mellom strømmen fra en strømkilde og målesignalene. Fokuse-rings- og verneelektroder kan brukes med måleelektrodene. Loggesonden kan transporteres ved hjelp av en kabel eller utgjøre en del av en bunnhullsanordning transportert på et borerør. In one embodiment of the invention, the measurement current is a modulated electric current with a carrier frequency chosen to have low impedance due to the capacitive coupling. An isolator is arranged on the logging probe to minimize crosstalk between the current from a current source and the measurement signals. Focusing and protection electrodes can be used with the measuring electrodes. The logging probe can be transported by means of a cable or form part of a downhole device transported on a drill pipe.

I en MWD-utførelsesform av oppfinnelsen er mange valg-muligheter tilgjengelige for anbringelse av måleelektrodene. De kan være på en stabiliseringsanordning, en ikke-roterende hylse eller på en pute. En utvidelsesanordning kan være anordnet for å holde måleelektroden ved en spesifisert avstand fra borehullsveggen. Når retningssensorer er anordnet, kan en prosessor nede i hullet tilveiebringe resistivitetsbilder uten at det er nødvendig å ha elektrodegrupper med et stort antall elektroder. In an MWD embodiment of the invention, many options are available for placement of the measuring electrodes. They can be on a stabilizing device, a non-rotating sleeve or on a pad. An expansion device can be arranged to hold the measuring electrode at a specified distance from the borehole wall. When directional sensors are arranged, a downhole processor can provide resistivity images without the need to have electrode groups with a large number of electrodes.

I en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen er det gjort en modifikasjon for å gjøre det mulig å benytte innret-ningen med vannbaserte slam. Måleelektroden er kapasitivt koblet til kilden for modulert, elektrisk strøm. In an alternative embodiment of the invention, a modification has been made to make it possible to use the device with water-based sludge. The measuring electrode is capacitively connected to the source of modulated electric current.

Oppfinnelsen sørger også for å ta flerfrekvente målinger. Når slike flerfrekvente målinger blir tatt, kan frekvensfokusering brukes til å bestemme formasjonsresistivitet. The invention also provides for taking multi-frequency measurements. When such multi-frequency measurements are taken, frequency focusing can be used to determine formation resistivity.

Kort beskrivelse av figurene Brief description of the figures

Foreliggende oppfinnelse vil best bli forstått under henvisning til de følgende figurer hvor like henvisningstall referer til like komponenter, og hvor: Fig. 1 er et kretsskjema som representerer en formasjons-resistivitetsanordning i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser en sammenligning mellom signaler som er representative for målestrømmen og spenningen for kretsen på fig. 1, for et sinusformet eksiteringssignal ved 1 kHz. Fig. 3 viser en sammenligning mellom signaler som er representative for målestrømmen og spenningen for kretsen på fig. 1, for et sinusformet eksiteringssignal ved 10 kHz. Fig. 4 viser en sammenligning mellom signaler som er representative for målestrømmen og spenningen for kretsen på fig. 1, for en firkantbølge-eksitering ved 10 kHz. Fig. 5 (kjent teknikk) viser en skjematisk illustrasjon av en tidligere kjent avbildningssonde i et borehull. Fig. 6 illustrerer en modell som benyttes til å utlede impedansen til en avbildningssonde. Figurene 7a-7f illustrerer impedansen for en måleelektrode ved en frekvens på 1 kHz. Figurene 8a-8f illustrerer impedansen for en måleelektrode ved The present invention will be best understood with reference to the following figures where like reference numbers refer to like components, and where: Fig. 1 is a circuit diagram representing a formation resistivity device according to the present invention. Fig. 2 shows a comparison between signals that are representative of the measuring current and the voltage for the circuit in fig. 1, for a sinusoidal excitation signal at 1 kHz. Fig. 3 shows a comparison between signals that are representative of the measuring current and the voltage for the circuit in fig. 1, for a sinusoidal excitation signal at 10 kHz. Fig. 4 shows a comparison between signals that are representative of the measuring current and the voltage for the circuit in Fig. 1, for a square wave excitation at 10 kHz. Fig. 5 (prior art) shows a schematic illustration of a previously known imaging probe in a borehole. Fig. 6 illustrates a model used to derive the impedance of an imaging probe. Figures 7a-7f illustrate the impedance for a measuring electrode at a frequency of 1 kHz. Figures 8a-8f illustrate the impedance for a measuring electrode at

en frekvens på 10 kHz. a frequency of 10 kHz.

Fig. 9 viser avbildningssonden ifølge oppfinnelsen opphengt i et borehull. Fig. 10 er en mekanisk, skjematisk skisse av avbildningssonden . Fig. 9 shows the imaging probe according to the invention suspended in a borehole. Fig. 10 is a mechanical, schematic sketch of the imaging probe.

Fig. 10A er en detalj skisse av en elektrodepute. Fig. 10A is a detailed sketch of an electrode pad.

Fig. 11 er et kretsskjema som viser prinsippene for drift av sonden. Figurene 12a og 12b viser en sammenligning mellom et tidligere kjent modulert signal og et omvendt modulert signal i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 13 er et kretsskjema over sonden brukt med et ledende borehullsfluid. Fig. 14 illustrerer en alternativ utførelsesform av en elektrodepute. Fig. 15 (kjent teknikk) er en skjematisk illustrasjon av et boresystem. Fig. 16 er en skjematisk illustrasjon av oppfinnelsen hvor resistivitetsmålinger blir tatt ved forskjellige asimutverdier. Fig. 17 illustrerer putene på en ikke-roterende hylse benyttet til resistivitetsmålinger. Fig. 11 is a circuit diagram showing the principles of operation of the probe. Figures 12a and 12b show a comparison between a previously known modulated signal and an inversely modulated signal according to the present invention. Fig. 13 is a circuit diagram of the probe used with a conductive borehole fluid. Fig. 14 illustrates an alternative embodiment of an electrode pad. Fig. 15 (prior art) is a schematic illustration of a drilling system. Fig. 16 is a schematic illustration of the invention where resistivity measurements are taken at different azimuth values. Fig. 17 illustrates the pads on a non-rotating sleeve used for resistivity measurements.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen Detailed description of the invention

For å få en riktig forståelse av foreliggende oppfinnelse, blir det vist til figurene 1-17. Beskrivelsen av foreliggende oppfinnelse begynner først med en diskusjon av begrepene i forbindelse med kapasitiv kobling som er benyttet i foreliggende oppfinnelse. En flerfrekvenssonde blir så diskutert, fulgt av en diskusjon av utførelsesformer av oppfinnelsen hvor resistivitetsbilder av borehullet kan fremskaffes . In order to obtain a correct understanding of the present invention, reference is made to figures 1-17. The description of the present invention first begins with a discussion of the concepts in connection with capacitive coupling which are used in the present invention. A multi-frequency probe is then discussed, followed by a discussion of embodiments of the invention where resistivity images of the borehole can be obtained.

Fig. 1 er et kretsskjema som illustrerer metodologien bak anordninger for måling av formasjonsresistivitet. En måleelektrode skissert ved 3, injiserer en målestrøm inn i en formasjon betegnet med 7, som har en resistivitet Rt. Denne strømmen blir levert av en strømkilde 1. Strømmen fra formasjonen returnerer (ikke vist) gjennom en returelektrode (jord) betegnet med 7. Et spenningsfall 11 over en motstand 10 i kretsen blir vanligvis brukt som en indikasjon på måle-strømmen. Ved å måle spenningsfallet 13 mellom måleelektroden og returelektroden, blir det utledet informasjon om den impedans som strømmen treffer mellom måleelektroden og jord. Fig. 1 is a circuit diagram illustrating the methodology behind devices for measuring formation resistivity. A measuring electrode, sketched at 3, injects a measuring current into a formation denoted by 7, which has a resistivity Rt. This current is supplied by a current source 1. The current from the formation returns (not shown) through a return electrode (earth) denoted by 7. A voltage drop 11 across a resistor 10 in the circuit is usually used as an indication of the measurement current. By measuring the voltage drop 13 between the measuring electrode and the return electrode, information is derived about the impedance that the current encounters between the measuring electrode and earth.

Denne impedansen innbefatter som nevnt ovenfor, den ønskede formasjonsresistivitet Rt. I tillegg er det også en impedans 5 mellom måleelektroden 3 og formasjonen 7. I vannbaserte (ledende) slam er denne impedansen nesten fullstendig resistiv, og blir forårsaket av slamkaken og eventuell invasjon av borehullsfluid inn i formasjonen. I oljebaserte (ikke-ledende) slam er imidlertid impedansen mellom måleelektroden 3 og formasjonen 7 hovedsakelig kapasitiv, betegnet med en kapasitans Mc. Denne kapasitansen manifesterer seg i en fasedreining mellom målestrømsignalet og spenningsfallet fra måleelektroden til jord. Dette kan ses på fig. 2 som viser en fasedreining mellom signalene 11' og 13' for en sinusformet strøm på 1 kHz. Denne frekvensen er typisk for tidligere kjente innretninger for måling av formasjonsresistivitet. Kurvene på fig. 2 er normalisert uavhengig for å understreke fasedreiningen; i virkeligheten kan det være forskjeller på flere størrelsesordener mellom de to signalene. This impedance includes, as mentioned above, the desired formation resistivity Rt. In addition, there is also an impedance 5 between the measuring electrode 3 and the formation 7. In water-based (conductive) muds, this impedance is almost completely resistive, and is caused by the mud cake and possible invasion of borehole fluid into the formation. In oil-based (non-conductive) muds, however, the impedance between the measuring electrode 3 and the formation 7 is mainly capacitive, denoted by a capacitance Mc. This capacitance manifests itself in a phase shift between the measuring current signal and the voltage drop from the measuring electrode to earth. This can be seen in fig. 2 which shows a phase shift between the signals 11' and 13' for a sinusoidal current of 1 kHz. This frequency is typical for previously known devices for measuring formation resistivity. The curves in fig. 2 is normalized independently to emphasize the phase rotation; in reality, there can be several orders of magnitude differences between the two signals.

Det vises nå til fig. 3 hvor signalene 11" og 13" er en sinusformet strøm på 10 kHz. Fasedreiningen mellom de to signalene er vist å være meget mindre. Dette skyldes det faktum at ved den høyere frekvens på 10 kHz er effekten av kapasitansen mindre enn ved 1 kHz. Dette antyder at ved å bruke høyere frekvenser, vil det være mulig å få signaler som indikerer formasjonsresistiviteten. Dette er bekreftet på fig. 4 som viser signalene 11'" og 13"' for en firkantbølge-eksitasjon ved 10 kHz. Som man kan se, stiger og faller begge signalene nesten umiddelbart; dette skyldes det faktum at en firkantbølge består av en mengde høye frekvenser som er hovedsakelig upåvirket av kapasitansen til slammet. Bruken av høyere frekvenser danner grunnlaget for foreliggende oppfinnelse, som beskrevet i det følgende. Reference is now made to fig. 3 where the signals 11" and 13" are a sinusoidal current of 10 kHz. The phase shift between the two signals is shown to be much smaller. This is due to the fact that at the higher frequency of 10 kHz the effect of the capacitance is less than at 1 kHz. This suggests that by using higher frequencies, it will be possible to obtain signals indicating the formation resistivity. This is confirmed in fig. 4 showing the signals 11'" and 13"' for a square wave excitation at 10 kHz. As can be seen, both signals rise and fall almost immediately; this is due to the fact that a square wave consists of a bunch of high frequencies that are largely unaffected by the capacitance of the sludge. The use of higher frequencies forms the basis of the present invention, as described below.

Fig. 5 er en skjematisk illustrasjon av en del av en tidligere kjent avbildningssonde egnet for bruk med fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse. Det er vist et borehull 51 som er fylt med et borehullsfluid (boreslam). En slamkake 53 er dannet mellom borehullsfluidet og formasjonen 55. Sonden omfatter en eller flere måleelektroder 59 båret på en ledende pute 57. På illustrasjonen er det vist bare to elektroder. Som diskutert nedenfor kan det aktuelle antall elektroder være meget høyere, og de kan være anordnet i en gruppe. Elektrodene 59 er atskilt fra hverandre med en isolator 61. For å forenkle illustrasjonen, er ytterligere isolasjon mellom elektrodene 59 og puten 51 ikke vist. Fig. 5 is a schematic illustration of a part of a previously known imaging probe suitable for use with the method according to the present invention. A borehole 51 is shown which is filled with a borehole fluid (drilling mud). A mud cake 53 is formed between the borehole fluid and the formation 55. The probe comprises one or more measuring electrodes 59 carried on a conductive pad 57. In the illustration only two electrodes are shown. As discussed below, the actual number of electrodes can be much higher, and they can be arranged in a group. The electrodes 59 are separated from each other by an insulator 61. To simplify the illustration, further insulation between the electrodes 59 and the pad 51 is not shown.

I tidligere kjente avbildningssonder virker puten som en verneelektrode og blir holdt på et potensial relatert til måleelektrodenes potensial. Som kjent for fagkyndige på området, flyter strømmen fra måleelektrodene, på grunn av nærværet av verneelektroden og den strøm som flyter inn i formasjonen fra denne, i strømbaner slik som vist ved I, og blir hindret fra spredning på grunn av fokuseringsstrømmen F fra verneelektroden. Eventuelt kan ytterligere fokuseringselektroder brukes (ikke vist). Fokuseringselektrodene er kjent fra teknikkens stand, men en spesiell utførelsesform som benytter fokuserte elektroder for en resistivitets-avbildningssonde, blir diskutert nedenfor. Den strøm som flyter fra måleelektroden er relatert til potensialet V og impedansen til den elektriske krets i hvilken målestrømmene flyter. In previously known imaging probes, the pad acts as a protective electrode and is held at a potential related to the potential of the measuring electrodes. As known to those skilled in the art, the current from the measuring electrodes, due to the presence of the protective electrode and the current flowing into the formation from this, flows in current paths as shown at I, and is prevented from spreading due to the focusing current F from the protective electrode. Optionally, additional focusing electrodes can be used (not shown). Focusing electrodes are known in the art, but a particular embodiment utilizing focused electrodes for a resistivity imaging probe is discussed below. The current that flows from the measuring electrode is related to the potential V and the impedance of the electrical circuit in which the measuring currents flow.

Når en anordning slik som vist på fig. 5, blir brukt med et vannbasert boreslam, er impedansen til slammet og slamkaken forholdsvis liten sammenlignet med impedansen til formasjonen. Som fagkyndige på området vil forstå, er formasjonsimpedansen ved de frekvenser som er benyttet i tidligere kjente anordninger, hovedsakelig resistiv, og ut fra en kjennskap til potensialet V og målestrømmen I kan formasjonsresistiviteten utledes. When a device such as shown in fig. 5, is used with a water-based drilling mud, the impedance of the mud and mud cake is relatively small compared to the impedance of the formation. As experts in the field will understand, the formation impedance at the frequencies used in previously known devices is mainly resistive, and from a knowledge of the potential V and the measuring current I, the formation resistivity can be derived.

I oljebasert slam er derimot den målte impedansen til individuelle måleelektroder i sterk grad avhengig av slamkake-parametrene. I tillegg kan en oljefilm på puteoverflaten fullstendig eliminere den elektriske kontakten mellom puten og formasjonen. In oil-based sludge, on the other hand, the measured impedance of individual measuring electrodes is strongly dependent on the sludge cake parameters. In addition, an oil film on the pad surface can completely eliminate the electrical contact between the pad and the formation.

Størrelsen til en måleelektrode er forbundet med sondens rommessige oppløsning. Vanligvis er måleelektroden i området fra 1 til 2 mm, noe som skaper en meget stor jordresistivitet. En måleelektrode på 2 mm på en typisk puteanordning har f.eks. en jordresistans på 10.000 ohm i en formasjon med resistans 1 Q-m eller 10 MQ i en formasjon med 1.000 Q-m. Dette illustrerer den tekniske utfordringen ved å frembringe et bilde med høy oppløsning i et resistivt miljø. The size of a measuring electrode is connected to the probe's spatial resolution. Usually the measuring electrode is in the range from 1 to 2 mm, which creates a very large earth resistivity. A measuring electrode of 2 mm on a typical pad device has e.g. an earth resistance of 10,000 ohms in a formation with resistance 1 Q-m or 10 MQ in a formation with 1,000 Q-m. This illustrates the technical challenge of producing a high-resolution image in a resistive environment.

Det er flere mulige måter å overvinne de fysiske begrens-ningene til likestrømsavbildning (DC-avbildning) i oljebasert slam. En løsning som er blitt brukt, er å endre sammensetning av oljebasert slam for å øke slamkakens konduktivitet. Foreliggende oppfinnelse beror på å øke frekvensen for å frembringe kapasitiv kobling mellom puten og formasjonen. There are several possible ways to overcome the physical limitations of direct current (DC) imaging in oil-based muds. One solution that has been used is to change the composition of oil-based sludge to increase the sludge cake's conductivity. The present invention is based on increasing the frequency to produce capacitive coupling between the pad and the formation.

Det vises nå til fig. 6 hvor impedansen til måleelektroden er utledet. Vi betrakter en modell bestående av to ledende lag 103, 105 innesluttet mellom et isolerende halvrom ved toppen 101 og en perfekt leder ved bunnen 107. Fra den øvre grense blir en uniform strøm injisert med overflate-densiteten, Js. En måleelektrode av en hvilken som helst form kan undersøkes ved å skjære ut et passende areal 109 fra injeksjonsplanet. Det øvre halvrom 101 representerer et borehull fylt med oljebasert slam. Lederen 107 ved bunnen er et strømsluk. I virkeligheten, ved en viss avstand, divergerer strømlinjene avhengig av fokuseringsbetingelsene. Dette gir en endelig verdi for måleelektrodens K-faktor. For å forenkle modelleringen, introduserer vi en parallell strømflyt. Vi kan endre K-faktoren ved å erstatte strømreturen (perfekt leder) ved forskjellige avstander fra borehullet. Det er velkjent at K-faktoren for et sylindrisk volum med et tverrsnitt S og lengde L er definert av følgende ligning: Reference is now made to fig. 6 where the impedance of the measuring electrode is derived. We consider a model consisting of two conducting layers 103, 105 enclosed between an insulating half-space at the top 101 and a perfect conductor at the bottom 107. From the upper boundary, a uniform current is injected with the surface density, Js. A measuring electrode of any shape can be examined by cutting out a suitable area 109 from the plane of injection. The upper half-space 101 represents a borehole filled with oil-based mud. The conductor 107 at the bottom is a power outlet. In reality, at a certain distance, the streamlines diverge depending on the focusing conditions. This gives a final value for the measuring electrode's K-factor. To simplify the modelling, we introduce a parallel current flow. We can change the K-factor by replacing the current return (perfect conductor) at different distances from the borehole. It is well known that the K-factor for a cylindrical volume with a cross-section S and length L is defined by the following equation:

hvor S(l) er tverrsnittsarealet i en avstand 1 langs strøm-banen. Slamkaken 103 erkarakterisert veden konduktivitet ai, permitivitet Si og tykkelse hi, likeledes er formasjonen 105karakterisert veden konduktivitetCT2, en permitivitet£2og en tykkelse h2. De komplekse konduktivitetene til slamkaken og formasjonen er gitt ved henholdsvis where S(l) is the cross-sectional area at a distance 1 along the current path. The mud cake 103 is characterized by wood conductivity ai, permittivity Si and thickness hi, likewise the formation 105 is characterized by wood conductivity CT2, a permittivity £2 and a thickness h2. The complex conductivities of the mud cake and the formation are given by respectively

hvor©=27if (hvor f er frekvensen) . where©=27if (where f is the frequency) .

Ved å betegne det elektriske feltet med Ei og E2i henholdsvis slamkaken og formasjonen, og ved å betegne poten- sialdifferansen mellom måleelektroden og strømreturen (jord på fig. 1) med V, resulterer følgende ligninger: Denoting the electric field by Ei and E2i respectively the mud cake and the formation, and by denoting the potential difference between the measuring electrode and the current return (ground in Fig. 1) by V, the following equations result:

Dette gir: Ved å innføre elektrodeimpedans, oppnår vi til slutt This gives: By introducing electrode impedance, we finally obtain

Det første ledd på høyre side i ligning (5) representerer impedansen til slamkaken, mens det annet ledd representerer formasjonens impedans. Ved lave frekvenser (co—>-0) , avhenger den målte impedans hovedsakelig av slamkake-konduktiviteten og formasjonskonduktiviteten, dvs. at den ikke er avhengig av dielektrisitetskonstanten til slamkaken og formasjonen. Hvis imidlertid slamkaken er oljebasert (slamkaken er resistiv), så kan den målte impedans bli så stor at det vil være praktisk talt umulig å injisere noen strøm inn i formasjonen. The first term on the right-hand side of equation (5) represents the impedance of the mud cake, while the second term represents the impedance of the formation. At low frequencies (co—>-0), the measured impedance depends mainly on the mud cake conductivity and the formation conductivity, i.e. it does not depend on the dielectric constant of the mud cake and the formation. If, however, the mud cake is oil-based (the mud cake is resistive), then the measured impedance can be so great that it will be practically impossible to inject any current into the formation.

Fig. 5 indikerer at vi kan redusere slamkake-impedansen ved å øke frekvensen oo. Dette kan gjøres ved å velge frekvensen slik at Fig. 5 indicates that we can reduce the sludge cake impedance by increasing the frequency oo. This can be done by choosing the frequency so that

Når slamkake-impedansen reduseres, må vi også holde frekvensen slik at det annet ledd i ligning (5) hovedsakelig er avhengig av formasjonskonduktiviteten02. Dette fører til betingelsen Ved å kombinere ligningene (6) og (7), fås følgende resultater When the mud cake impedance is reduced, we must also keep the frequency so that the second term in equation (5) is mainly dependent on the formation conductivity02. This leads to the condition By combining equations (6) and (7), the following results are obtained

I et oljebasert slam må begge ulikhetene i ligning (6) til-fredsstilles fordi ai «02. Under disse betingelsene kan ligning (5) skrives på formen: In an oil-based sludge, both inequalities in equation (6) must be satisfied because ai «02. Under these conditions, equation (5) can be written in the form:

Ligning (9) kan skrives på formen hvor 9?(Z) og 3(Z) er de reelle og imaginære (fase- og kvadratur-) delene av impedansen gitt ved Equation (9) can be written in the form where 9?(Z) and 3(Z) are the real and imaginary (phase and quadrature) parts of the impedance given by

De følgende punkter kan bemerkes om ligning (11) (den reelle del av impedansen): 1. Det første ledd avhenger av formasjonskonduktivitet og innbefatter ikke dielektrisk permitivitet. Den representerer The following points can be noted about equation (11) (the real part of the impedance): 1. The first term depends on formation conductivity and does not include dielectric permittivity. It represents

nøyaktig resistivitetsavlesningen ved fravær av slamkake. accurate resistivity reading in the absence of sludge cake.

2. Det annet ledd inneholder bare slamkake-egenskaper. Det er viktig at denne er omvendt proporsjonal med annen potens av frekvensen. 3. Det annet ledd kan elimineres på to forskjellige måter. Den første måten er å bruke en høyfrekvens. Den annen måte å eliminere det annet ledd på, er ved å kombinere målinger ved to forskjellige frekvenser. Dette er gitt ved følgende ligning: 2. The second paragraph contains only mud cake properties. It is important that this is inversely proportional to the second power of the frequency. 3. The second paragraph can be eliminated in two different ways. The first way is to use a high frequency. The other way to eliminate the second term is by combining measurements at two different frequencies. This is given by the following equation:

Det vises nå til ligning (12) hvor følgende punkter skal bemerkes om kvadratur-komponent til impedansen. 1. Med økende frekvens blir formasjonsbidraget (det annet ledd) mer signifikant. 2. Selv om den dominerer, beholder formasjonssignalet avhengigheten av formasjonens dielektrisitetskonstant. Dette innfører uønsket usikkerhet i tolkningsprosessen. 3. På grunn av ligning (8) blir kvadraturkomponenten vanligvis liten sammenlignet med fasekomponenten. Reference is now made to equation (12) where the following points should be noted about the quadrature component of the impedance. 1. With increasing frequency, the formation contribution (the second term) becomes more significant. 2. Although dominant, the formation signal retains the dependence on the formation dielectric constant. This introduces unwanted uncertainty into the interpretation process. 3. Due to equation (8), the quadrature component usually becomes small compared to the phase component.

De ovennevnte punkter er illustrert på figurene 7-8 som viser nøyaktige relasjoner utledet fra ligning (5). Bereg-ninger ble gjort for en elektroderadius på 2 mm, en K-faktor på 12.000 rn-1 og en relativ dielektrisitetskonstant på 10 for både slammet og formasjonen. Den relative dielektrisitetskonstant er forholdet mellom permitiviteten til et medium og permitiviteten i det frie rom. The above-mentioned points are illustrated in figures 7-8 which show exact relationships derived from equation (5). Calculations were made for an electrode radius of 2 mm, a K-factor of 12,000 rn-1 and a relative dielectric constant of 10 for both the mud and the formation. The relative dielectric constant is the ratio between the permittivity of a medium and the permittivity in free space.

Det vises nå til fig. 7a hvor abscissen er formasjonsresistiviteten i fim og ordinaten er 5R(Z). Verdier er plottet for en frekvens på 1 kHz. Tre kurver er vist for slamkake- resistiviteter ved 10 kQm, 100 kQm og 1.000 kQm og en slamkaketykkelse på 0,1 mm. Som man kan se er 9?(Z) ikke bare avhengig av formasjonsresistiviteten, men også av resistiviteten til slamkaken. Reference is now made to fig. 7a where the abscissa is the formation resistivity in fim and the ordinate is 5R(Z). Values are plotted for a frequency of 1 kHz. Three curves are shown for mud cake resistivities at 10 kQm, 100 kQm and 1,000 kQm and a mud cake thickness of 0.1 mm. As can be seen, 9?(Z) is not only dependent on the formation resistivity, but also on the resistivity of the mud cake.

Fig. 7b er lik fig. 7a bortsett fra at slamkaketykkelsen er 0,5 mm. Forskjellen mellom fig. 7b og fig. 7a viser at 9?(Z) også er avhengig av slamkaketykkelsen. Fig. 7c er en plotting av absoluttverdien av elektrodeimpedansen for en slamkaketykkelse på 0,1 mm. Fig. 7b is similar to fig. 7a except that the sludge cake thickness is 0.5 mm. The difference between fig. 7b and fig. 7a shows that 9?(Z) also depends on the sludge cake thickness. Fig. 7c is a plot of the absolute value of the electrode impedance for a sludge cake thickness of 0.1 mm.

Det vises nå til fig. 7d hvor en plotting av den dobbelte frekvensimpedans bestemt ved ligning (13) for en slamkaketykkelse på 0,1 mm er vist. De dobbelte frekvensverdiene ble oppnådd ved å benytte målinger ved henholdsvis 1 kHz og 2 kHz. Fig. 7e viser resultatene av de dobbelte frekvens-målingene for en slamkaketykkelse på 0,2 mm. Fig. 7f viser til slutt en plotting av forholdet mellom 9?(Z) og 3(Z) . Reference is now made to fig. 7d where a plot of the double frequency impedance determined by equation (13) for a sludge cake thickness of 0.1 mm is shown. The double frequency values were obtained by using measurements at 1 kHz and 2 kHz respectively. Fig. 7e shows the results of the double frequency measurements for a sludge cake thickness of 0.2 mm. Fig. 7f finally shows a plot of the relationship between 9?(Z) and 3(Z).

Figurene 7a-7f viser dermed hvorfor målinger tatt ved hjelp av konvensjonelle resistivitetsavbildningssonder ikke virker bra i forbindelse med oljebaserte slam: den målte impedans for audiofrekvenssignaler er avhengig av mange andre faktorer enn formasjonsresistiviteten. Figures 7a-7f thus show why measurements taken using conventional resistivity imaging probes do not work well in connection with oil-based muds: the measured impedance for audio frequency signals is dependent on many other factors than the formation resistivity.

Det vises nå til figurene 8a-8f hvor et fullstendig for-skjellig bilde dukker opp. Figurene er maken til figurene 7a-7f med den betydelige forskjell at driftsfrekvensen nå er 1 MHz (sammenlignet med 1 kHz på figurene 7a-7f). For en forholdsvis tynn slamkake (fig. 8a), er 5R(Z) hovedsakelig avhengig av formasjonsresistiviteten, bortsett fra for ekstremt ledende formasjoner hvor en viss avhengighet av slamkakeresistiviteten kan merkes. Virkningen er mer merkbar for en tykkere slamkake (0,5 mm på fig. 8b). Amplituden til impedansen (fig. 8c) viser liten variasjon med slamkakeresistiviteten, men oppviser en ikke-lineær avhengighet av formasjonsresistiviteten. Den dobbelte frekvensmåling (fig. 8d, 8e) viser at den målte impedans er hovedsakelig uavhengig av slamkaketykkelse og -resistivitet og videre oppviser den ønskede egenskap å være lineært relatert til formasjonsresistiviteten . Foreliggende oppfinnelse trekker fordel av det faktum at ved høye frekvenser (^ 1MHz eller der omkring) kan virkningen av slamkake- og slamimpedansen ignoreres for alle praktiske formål. Reference is now made to Figures 8a-8f where a completely different picture emerges. The figures are similar to figures 7a-7f with the significant difference that the operating frequency is now 1 MHz (compared to 1 kHz in figures 7a-7f). For a relatively thin mud cake (Fig. 8a), 5R(Z) is mainly dependent on the formation resistivity, except for extremely conductive formations where some dependence on the mud cake resistivity can be noticed. The effect is more noticeable for a thicker sludge cake (0.5 mm in Fig. 8b). The amplitude of the impedance (Fig. 8c) shows little variation with the mud cake resistivity, but exhibits a non-linear dependence on the formation resistivity. The double frequency measurement (fig. 8d, 8e) shows that the measured impedance is mainly independent of mud cake thickness and resistivity and furthermore exhibits the desired property of being linearly related to the formation resistivity. The present invention takes advantage of the fact that at high frequencies (^1MHz or thereabouts) the effect of the sludge cake and sludge impedance can be ignored for all practical purposes.

Den dobbelte frekvensløsningen som er gitt ved ligning (13) er et spesialtilfelle av flerfrekventfokusering. I en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen blir det tatt målinger ved et antall frekvenser©i, ©2,©3... ©m. Som beskrevet i US-patent nr. 5,703,773 til Tabarovsky m.fl., hvis innhold herved i sin helhet inkorporeres ved referanse, kan responsen ved flere frekvenser uttrykkes ved hjelp av en Taylor-rekkeutvikling av formen: The double frequency solution given by equation (13) is a special case of multi-frequency focusing. In an alternative embodiment of the invention, measurements are taken at a number of frequencies ©i, ©2, ©3... ©m. As described in US Patent No. 5,703,773 to Tabarovsky et al., the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety, the response at multiple frequencies can be expressed using a Taylor series expansion of the form:

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er antallet m med frekvenser © lik 10. Ved å bruke målingene ved de m frekvenser, blir størrelsen so,S1/2,S3/2bestemt. I ligning 12 er n antall ledd i Taylor-rekkeutviklingen. Dette kan være et hvilket som helst tall mindre enn eller lik m. Koeffisienten s3/2i©<3/2->leddet (© er kvadratet av k, bølge-tallet) blir generert av primærfeltet og er forholdsvis upåvirket av eventuelle inhomogeniteter i det medium som omgir loggeinstrumentet, dvs. at den hovedsakelig reagerer på formasjonsparametrene og ikke på borehullet og den invaderte sone. KoeffisientenS3/2for oo<3/2->leddet reagerer i virkeligheten på formasjonsparametrene som om det ikke var noe borehull i formasjonen. Denne frekvensfokuseringsmetoden har vist seg å gi pålitelige, konsistente resultater selv når det er en betydelig invasjon i formasjonen av borehullsfluider. I en utførelsesform av oppfinnelsen styrer en prosessor signal-generatoren for å tilveiebringe en målestrøm ved et antall frekvenser. Prosessoren utfører så en frekvensfokusering av den tilsynelatende konduktivitet ved antallet frekvenser for å fremskaffe koeffisienteneS3/2. Dette blir så brukt som et estimat for formasjonskonduktiviteten. In a preferred embodiment of the invention, the number m of frequencies © is equal to 10. By using the measurements at the m frequencies, the magnitude so,S1/2,S3/2 is determined. In equation 12, n is the number of terms in the Taylor series development. This can be any number less than or equal to m. The coefficient s3/2i©<3/2->term (© is the square of k, the wave number) is generated by the primary field and is relatively unaffected by any inhomogeneities in the medium that surrounds the logging instrument, i.e. that it mainly responds to the formation parameters and not to the borehole and the invaded zone. The coefficient S3/2 for the oo<3/2-> term actually reacts to the formation parameters as if there were no borehole in the formation. This frequency focusing method has been shown to provide reliable, consistent results even when there is significant invasion of the formation by borehole fluids. In one embodiment of the invention, a processor controls the signal generator to provide a measurement current at a number of frequencies. The processor then performs a frequency focusing of the apparent conductivity at the number of frequencies to obtain the coefficients S3/2. This is then used as an estimate for the formation conductivity.

Det vises nå til utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse som er egnet til resistivitetsavbildning. Fig. 9 viser en avbildningssonde 110 opphengt i et borehull 112 som gjennomtrenger grunnformasjoner slik som 113, fra en egnet kabel 114 som passerer over en skive 116 montert på en bore-rigg 118. Etter industristandard innbefatter kabelen 114 et armeringsorgan og sju ledere for overføring av kommandoer til sonden og for å motta data tilbake fra sonden, samt kraft til sonden. Sonden 110 blir hevet og senket ved hjelp av en heiseanordning 120. En elektronikkmodul 122 på overflaten 123 overfører de nødvendige driftskommandoer ned i hullet, og mottar som retur data som kan registreres på et arkiverende lagringsmedium av en hvilken som helst ønsket type for samtidig eller senere behandling. Dataene kan overføres i analog eller digital form. Dataprosessorene, slik som en egnet data-maskin 124, kan være innrettet for å utføre dataanalyse på feltet i sann tid, eller de registrerte data kan sendes til en behandlingssentral, eller begge deler for etterbehandling av dataene. Reference is now made to embodiments of the present invention which are suitable for resistivity imaging. Fig. 9 shows an imaging probe 110 suspended in a borehole 112 that penetrates bedrock formations such as 113, from a suitable cable 114 passing over a disc 116 mounted on a drilling rig 118. By industry standard, the cable 114 includes an armature and seven conductors for transmission of commands to the probe and to receive data back from the probe, as well as power to the probe. The probe 110 is raised and lowered by means of a hoisting device 120. An electronics module 122 on the surface 123 transmits the necessary operating commands down the hole, and receives in return data that can be recorded on an archiving storage medium of any desired type for simultaneous or later treatment. The data can be transmitted in analogue or digital form. The data processors, such as a suitable computer 124, can be arranged to perform data analysis in the field in real time, or the recorded data can be sent to a processing center, or both for post-processing of the data.

Figurene 10a og 10b er skjematiske, eksterne skisser av et avbildningssystem for sideveggen i et borehull. Sonden 110 som omfatter avbildningssystemet, innbefatter resistivitets grupper 126 og fortrinnsvis en slamcelle 130 og en omkretsmessig, akustisk telebetrakter 132. Elektronikkmodulene 128 og 138 kan være lokalisert ved passende posisjoner i systemet og ikke nødvendigvis i de indikerte posisjoner. Komponentene kan være montert på en mandrell 134 på konvensjonell, velkjent måte. Den ytre diameter av enheten er omkring 12,5 cm (5 tommer) og den er omkring 4,5 m (15 fot) lang. En oriente-ringsmodul 136 som innebefatter et magnetometer og et aksellerometer eller et identisk føringssystem, kan være montert over avbildningsenhetene 126 og 132. Den øvre del 138 av sonden 110 inneholder en telemetrimodul for sampling, digitalisering og overføring av datasamplene fra de forskjellige komponenter opp gjennom hullet til overflateelektronikken 122 på konvensjonell måte. Hvis akustiske data blir innsamlet, blir de fortrinnsvis digitalisert, selv om dataene i et alternativt arrangement kan beholdes i analog form for overføring til overflaten hvor de senere blir digitalisert av overflateelektronikken 122. Figures 10a and 10b are schematic, external sketches of an imaging system for the side wall of a borehole. The probe 110 comprising the imaging system includes resistivity groups 126 and preferably a mud cell 130 and a circumferential acoustic televiewer 132. The electronics modules 128 and 138 may be located at suitable positions in the system and not necessarily in the indicated positions. The components may be mounted on a mandrel 134 in a conventional, well-known manner. The outer diameter of the unit is about 12.5 cm (5 inches) and it is about 4.5 m (15 feet) long. An orientation module 136, which includes a magnetometer and an accelerometer or an identical guidance system, can be mounted above the imaging units 126 and 132. The upper part 138 of the probe 110 contains a telemetry module for sampling, digitizing and transmitting the data samples from the various components up through the hole to the surface electronics 122 in a conventional manner. If acoustic data is collected, it is preferably digitized, although in an alternative arrangement the data may be retained in analog form for transmission to the surface where it is later digitized by the surface electronics 122.

På fig. 10a er det også vist tre resistivitetsgrupper 126 (en fjerde gruppe er skjult på illustrasjonen). Det vises nå til figurene 10a og 10b hvor hver gruppe innbefatter måleelektroder 141a, 141b, ... 141n for injeksjon av elektriske strømmer i formasjonen, fokuseringselektroder 143a, 143b for horisontal fokusering av de elektriske strømmer fra måleelektrodene og fokuseringselektrodene 145a, 145b for vertikal fokusering av de elektriske strømmer fra måleelektrodene. "Vertikal" referer konvensjonelt til retningen langs bore-hullets akse, og "horisontal" referer til et plan perpendi-kulært til vertikalen. In fig. 10a, three resistivity groups 126 are also shown (a fourth group is hidden in the illustration). Reference is now made to figures 10a and 10b where each group includes measuring electrodes 141a, 141b, ... 141n for injection of electric currents into the formation, focusing electrodes 143a, 143b for horizontal focusing of the electric currents from the measuring electrodes and focusing electrodes 145a, 145b for vertical focusing of the electrical currents from the measuring electrodes. "Vertical" conventionally refers to the direction along the axis of the borehole, and "horizontal" refers to a plane perpendicular to the vertical.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen har måleelektrodene en rektangulær form og er orientert med rektangelets lange dimensjon parallell med sondeaksen. Andre elektrodekonfigurasjoner blir diskutert nedenfor under hen visning til fig. 14. For det formål å forenkle illustrasjonen, er isolasjon omkring måleelektrodene og fokuseringselektrodene for elektrisk å isolere dem fra sondelegemet, ikke vist. In a preferred embodiment of the invention, the measuring electrodes have a rectangular shape and are oriented with the long dimension of the rectangle parallel to the probe axis. Other electrode configurations are discussed below with reference to FIG. 14. For the purpose of simplifying the illustration, insulation around the measuring electrodes and focusing electrodes to electrically isolate them from the probe body is not shown.

Andre utførelsesformer av oppfinnelsen kan brukes ved måling-under-boring (MWD), logging-under-boring (LWD) eller logging-under-opphenting (LWT) -operasjoner. Sensorenheten kan brukes på en hovedsakelig ikke-roterende pute som beskrevet i US-patent nr. 6,173,793 til Thompson m.fl., som har samme søker foreliggende søknad og hvis innhold herved i sin helhet inkorporeres ved referanse. Sensorenheten i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også brukes med roterende sensorer som beskrevet i Thompson. Disse utførelsesformene blir beskrevet nedenfor under henvisning til figurene 15-17. Sensorenheten kan også brukes på en ikke-roterende hylse slik som den som er beskrevet i US-patent nr. 6,247,542 til Kruspe m.fl., hvis innhold herved i sin helhet inkorporeres ved referanse. Other embodiments of the invention may be used in measurement-while-drilling (MWD), logging-while-drilling (LWD) or logging-while-retrieval (LWT) operations. The sensor unit can be used on a mainly non-rotating pad as described in US Patent No. 6,173,793 to Thompson et al., which has the same applicant as the present application and the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety. The sensor unit according to the present invention can also be used with rotating sensors as described in Thompson. These embodiments are described below with reference to figures 15-17. The sensor unit can also be used on a non-rotating sleeve such as that described in US patent no. 6,247,542 to Kruspe et al., the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety.

For en enhet med diameter 5 tommer (12,5 cm) kan hver pute ikke ha en bredde på mer enn omkring 4,0 tommer (10 cm). Putene er festet til utstrekkbare armer, slik som 142. Hydrauliske eller fjærdrevne kaliperarm-drivanordninger (ikke vist) av en hvilken som helst velkjent type, bringer putene og deres elektroder mot borehullssideveggen for resistivitetsmålinger. I tillegg tilveiebringer de utstrekkbare kaliperarmer 142 den aktuelle måling av borehullsdiameteren som kjent på området. Ved å bruke tidsdelt multipleksing blir spenningsfallet og strømflyten målt mellom en felles elektrode på sonden og de respektive elektroder på hver gruppe for å levere et mål på resistiviteten til sideveggen (eller dens inverse, konduktivitet) som en funksjon av asimut. For a 5 inch (12.5 cm) diameter unit, each pad cannot be more than about 4.0 inches (10 cm) wide. The pads are attached to extendable arms, such as 142. Hydraulic or spring-loaded caliper arm actuators (not shown) of any well-known type bring the pads and their electrodes against the borehole sidewall for resistivity measurements. In addition, the extendable caliper arms 142 provide the appropriate measurement of the borehole diameter as known in the art. Using time-division multiplexing, the voltage drop and current flow are measured between a common electrode on the probe and the respective electrodes on each array to provide a measure of sidewall resistivity (or its inverse, conductivity) as a function of azimuth.

Det vises nå til fig. 11 hvor et kretsskjema som viser prinsippene for drift av sonden, er gitt. En kilde for elektrisk kraft 151 frembringer en elektrisk strøm som leveres til måleelektrodene. I en utførelsesform av oppfinnelsen er anordningen ment for bruk med oljebasert boreslam og kondensatoren 157 skisserer den kapasitive kobling mellom en måleelektrode, slik som 141a på fig. 10b, og formasjonen 113 på fig. 9. Den elektriske strøm flyter gjennom formasjonen som har en ekvivalent impedans lik Zf, og returnerer til strømkilden 151 gjennom en ekvivalent kondensator 159 som representerer koblingen mellom formasjonen og den diffuse returelektrode, typisk sondelegemet. Målingen av spenningsfallet over en resistor 153 blir brukt som en indikasjon på den strøm som flyter til en måleelektrode. Andre fremgangsmåter for måling av strømmen i måleelektroden kan også benyttes. Slike fremgangsmåter vil være kjent for fagkyndige på området og blir ikke diskutert her. I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er verdien av resistoren 153 lik lkQ. Impedansen til resten av returbanen i sondelegemet kan ignoreres. Reference is now made to fig. 11 where a circuit diagram showing the principles of operation of the probe is given. A source of electrical power 151 produces an electrical current which is delivered to the measuring electrodes. In one embodiment of the invention, the device is intended for use with oil-based drilling mud and the capacitor 157 outlines the capacitive coupling between a measuring electrode, such as 141a in fig. 10b, and the formation 113 in fig. 9. The electric current flows through the formation which has an equivalent impedance equal to Zf, and returns to the current source 151 through an equivalent capacitor 159 which represents the connection between the formation and the diffuse return electrode, typically the probe body. The measurement of the voltage drop across a resistor 153 is used as an indication of the current flowing to a measuring electrode. Other methods for measuring the current in the measuring electrode can also be used. Such methods will be known to those skilled in the art and are not discussed here. In a preferred embodiment of the invention, the value of the resistor 153 is equal to lkQ. The impedance of the rest of the return path in the probe body can be ignored.

Det vises fremdeles til fig. 11 hvor en spenningsdetektor 161 måler spenningsdifferansen mellom måleelektroden og den diffuse returelektrode og styrer strømmen ved strømgeneratoren for å opprettholde en konstant spenning. I dette tilfellet tjener utgangen fra strømmålingskretsen som et målesignal. Alternativt (ikke vist) blir utgangen fra strømmålingskretsen 155 brukt til å opprettholde en konstant strøm, og utgangen fra spenningsdetektoren blir brukt som et målesignal. Som et ytterligere alternativ blir både den spenning som detekteres av spenningsdetektoren 161 og den strøm som måles av strømmålingskretsen 155 brukt som målesignaler. Reference is still made to fig. 11 where a voltage detector 161 measures the voltage difference between the measuring electrode and the diffuse return electrode and controls the current at the current generator to maintain a constant voltage. In this case, the output of the current measurement circuit serves as a measurement signal. Alternatively (not shown), the output of the current measurement circuit 155 is used to maintain a constant current, and the output of the voltage detector is used as a measurement signal. As a further alternative, both the voltage detected by the voltage detector 161 and the current measured by the current measurement circuit 155 are used as measurement signals.

Valg av størrelsen på måleelektroden og driftsfrekvensen er basert på flere betraktninger. En viktig betraktning er at impedansen til formasjonen må være hovedsakelig resistiv ved driftsfrekvensen slik at strømmene i måleelektroden indikerer formasjonsresistiviteten og er hovedsakelig upåvirket av dens dielektrisitetskonstant. Basert på typiske verdier for formasjonens dielektrisitetskonstant, slik som beskrevet i US-patent nr. 5,811,973 utstedt til Meyer m.fl., bør driftsfrekvensen være mindre enn 4 MHz. Som nevnt ovenfor benytter en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse en målestrøm ved en frekvens på 1 MHz. En annen betraktning er at impedansen (dvs. resistansen) i formasjonen må være større enn impedansen til resten av kretsen på fig. 11. En annen betraktning er den ønskede oppløsningen til sonden. En rimelig oppløsning for en brukbar avbildningssonde er omtrent 3 mm i de horisontale og vertikale retninger. Selection of the size of the measuring electrode and the operating frequency is based on several considerations. An important consideration is that the impedance of the formation must be mainly resistive at the operating frequency so that the currents in the measuring electrode indicate the formation resistivity and are mainly unaffected by its dielectric constant. Based on typical values for the dielectric constant of the formation, as described in US Patent No. 5,811,973 issued to Meyer et al., the operating frequency should be less than 4 MHz. As mentioned above, a preferred embodiment of the present invention uses a measurement current at a frequency of 1 MHz. Another consideration is that the impedance (ie the resistance) in the formation must be greater than the impedance of the rest of the circuit in fig. 11. Another consideration is the desired resolution of the probe. A reasonable resolution for a usable imaging probe is about 3 mm in the horizontal and vertical directions.

Impedansen til den ekvivalente kapasitans 159 og sondelegemet kan ignoreres ved en 1 MHz siden den ekvivalente kondensator har et enormt areal sammenlignet med sondens størrelse. Kapasitansen ved 157 er en funksjon av borehulls-fluidets dielektrisitetskonstant, elektrodens areal og avstanden mellom elektroden og borehullsveggen. Formasjons-resistiviteter som man møter i praksis, kan ligge i området mellom 0,2 Q-m og 20.000 Q-m. Som nevnt ovenfor og som diskutert nedenfor, gjør foreliggende oppfinnelse bruk av fokuseringselektroder slik at de effektive dimensjonene til formasjonen som blir samplet av en elektrode, er mindre enn den aktuelle fysiske størrelsen til elektrodene. Basert på disse betraktningene og kravet om at et antall av elektrodene må passe på en enkelt pute i henhold til en foretrukket utførel-sesform av oppfinnelsen, som vist på figurene 10a, 10b, har de enkelte måleelektroder 141a, 141b, ... 141n en bredde på 8 mm og en lengde på mellom 20-30 mm. Dette gjør det mulig å ha åtte elektroder på en enkelt pute. Den tilsvarende verdi av kapasitansen 157 er da typisk mellom 1 pF og 100 pF. Ved den nedre verdi er impedansen til kapasitansen 107 ved 1 MHz omkring 160 kQ og ved den høyeste verdi omkring 1,6 kQ. The impedance of the equivalent capacitance 159 and the probe body can be ignored at a 1 MHz since the equivalent capacitor has a huge area compared to the size of the probe. The capacitance at 157 is a function of the dielectric constant of the borehole fluid, the area of the electrode and the distance between the electrode and the borehole wall. Formation resistivities encountered in practice can lie in the range between 0.2 Q-m and 20,000 Q-m. As mentioned above and as discussed below, the present invention makes use of focusing electrodes so that the effective dimensions of the formation sampled by an electrode are smaller than the actual physical size of the electrodes. Based on these considerations and the requirement that a number of the electrodes must fit on a single pad according to a preferred embodiment of the invention, as shown in figures 10a, 10b, the individual measuring electrodes 141a, 141b, ... 141n have a width of 8 mm and a length of between 20-30 mm. This makes it possible to have eight electrodes on a single pad. The corresponding value of the capacitance 157 is then typically between 1 pF and 100 pF. At the lower value, the impedance of the capacitance 107 at 1 MHz is about 160 kQ and at the highest value about 1.6 kQ.

I den foreliggende anordning er fokuseringselektrodene 145a, 145b av en viss viktighet ettersom de utfører en betydelig mengde med fokusering. Ved å betegne potensialet til måleelektrodene 141a, 141b ... med V, blir elektrodene 145a, 145b opprettholdt ved et potensial lik V + 5. Putelegemet blir holdt på en spenning V ± e. Puten virker som en verneelektrode og hindrer divergens av målestrømmen inntil strømmen har trengt en viss avstand inn i formasjonen. Dette gjør det mulig å foreta dypere avlesninger. En typisk verdi av spenningen V er 5 volt, mens en typisk verdi av 5 og s er 500 mikrovolt og 100 mikrovolt, der s er mindre enn 5. Siden liten fokusering er nødvendig i horisontalretningen, blir In the present device, the focusing electrodes 145a, 145b are of some importance as they perform a significant amount of focusing. By designating the potential of the measuring electrodes 141a, 141b ... by V, the electrodes 145a, 145b are maintained at a potential equal to V + 5. The pad body is maintained at a voltage V ± e. The pad acts as a protective electrode and prevents divergence of the measuring current until the flow has penetrated a certain distance into the formation. This makes it possible to take deeper readings. A typical value of the voltage V is 5 volts, while a typical value of 5 and s is 500 microvolts and 100 microvolts, where s is less than 5. Since little focusing is required in the horizontal direction,

sidefokuseringselektrodene 143a, 143b holdt på hovedsakelig V volt. Fagkyndige på området vil innse at anordningen også kan funksjonere om alle spenningene blir reversert, i hvilket tilfelle de ovenfor nevnte spenninger som typiske verdier, vil være spenningsstørrelser. side focusing electrodes 143a, 143b held at substantially V volts. Those skilled in the art will realize that the device can also function if all the voltages are reversed, in which case the above-mentioned voltages as typical values will be voltage magnitudes.

Med potensialene til måleelektrodene, fokuseringselektrodene og putene som diskutert ovenfor, vil strømmen fra strømkilden 151 på fig. 11 bli fokusert ned til kvadratiske blokker med side lik omkring 8 mm. Driftsfrekvensen til den foreliggende anordning er typisk 1 MHz, sammenlignet med en driftsfrekvens på 1,1 kHz for anordningen i '431-søknaden. With the potentials of the measuring electrodes, focusing electrodes and pads as discussed above, the current from the current source 151 of FIG. 11 be focused down to square blocks with sides equal to about 8 mm. The operating frequency of the present device is typically 1 MHz, compared to an operating frequency of 1.1 kHz for the device in the '431 application.

Fagkyndige på området vil innse at en betydelig krysstale normalt vil bli generert mellom den strøm som flyter i måleelektrodene fra elektronikkmodulen 138 og målesignalet eller målesignalene som returnerer fra de måleelektroder som fører informasjon om spenningene og/eller strømmene i elektrodene. Måleelektrodene er fortrinnsvis isolert fra elektronikkmodulen ved hjelp av en isolatorseksjon, slik som 137, som fortrinnsvis er mellom 2,5 fot (75 cm) og 15 fot (4,5 m) lang. Krysstale mellom ledere (ikke vist) over slike avstander vil være ganske stor ved en driftsfrekvens på 1 MHz og overvelde målesignalet eller målesignalene som indikerer formasjonsresistiviteten. Those skilled in the field will realize that a significant crosstalk will normally be generated between the current flowing in the measuring electrodes from the electronics module 138 and the measuring signal or measuring signals that return from the measuring electrodes that carry information about the voltages and/or currents in the electrodes. The measuring electrodes are preferably isolated from the electronics module by means of an insulator section, such as 137, which is preferably between 2.5 feet (75 cm) and 15 feet (4.5 m) long. Crosstalk between conductors (not shown) over such distances will be quite large at an operating frequency of 1 MHz and overwhelm the measurement signal or signals indicating the formation resistivity.

Dette problemet blir tatt hensyn til i foreliggende oppfinnelse ved å modulere strømutgangen fra generatoren ved 1,1 kHz. Resultatet er at den strøm som forplanter seg ned gjennom lederne i isolatorseksjonen og inn i formasjonen, er en 1 MHz strøm modulert ved 1,1 kHz. En demodulator (ikke vist) er anordnet i spenningsmålingskretsen slik at retursignalet til elektronikkmodulen 138 er et signal ved 1,1 kHz. Dette gjør det mulig å bruke hovedsakelig den samme kretskonfigurasjon som i tidligere kjente anordninger utformet for hovedsakelig å dempe krysstalen. This problem is taken into account in the present invention by modulating the current output from the generator at 1.1 kHz. The result is that the current that propagates down through the conductors in the insulator section and into the formation is a 1 MHz current modulated at 1.1 kHz. A demodulator (not shown) is arranged in the voltage measurement circuit so that the return signal to the electronics module 138 is a signal at 1.1 kHz. This makes it possible to use substantially the same circuit configuration as in previously known devices designed to substantially suppress crosstalk.

For ytterligere å redusere virkningene av krysstale, blir det istedenfor konvensjonell amplitudemodulasjon av strømmene, benyttet en invers modulasjon. Konvensjonell In order to further reduce the effects of crosstalk, instead of conventional amplitude modulation of the currents, an inverse modulation is used. Conventional

amplitudemodulasjon er gitt ved en strøm i(t) amplitude modulation is given by a current i(t)

hvorC0mer frekvensen (1,1 kHz) til moduleringssignalet og ooc er bærefrekvensen (1 MHz). Den inverse modulasjon i henhold til foreliggende oppfinnelse benytter en modulasjon av formen where C0mer is the frequency (1.1 kHz) of the modulating signal and ooc is the carrier frequency (1 MHz). The inverse modulation according to the present invention uses a modulation of the shape

hvor a er liten sammenlignet med 1. Resultatet er at strøm-utmatingen fra generatoren 151 er hovedsakelig ved 1 MHz med en amplitude nær en til alle tider. Dette gjør krysstalen hovedsakelig uavhengig av størrelsen av målestrømmen. Hovedsakelig samme resultat kan oppnås i alternative utførelses-former av oppfinnelsen ved å benytte frekvens- eller fase-modulasjon av bæresignalet på 1 MHz. where a is small compared to 1. The result is that the current output from the generator 151 is mainly at 1 MHz with an amplitude close to one at all times. This makes the cross talk mainly independent of the size of the measuring current. Essentially the same result can be achieved in alternative embodiments of the invention by using frequency or phase modulation of the 1 MHz carrier signal.

Figurene 12a og 12b viser en sammenligning mellom et tidligere kjent modulert signal og et omvendt modulert signal i henhold til foreliggende oppfinnelse. Et bæresignal 161 som har en bærefrekvens, har sin amplitude modulert av et moduleringssignal 143 med lavere frekvens. Som man kan se går amplitudenivået til det modulerte signal til null hver gang moduleringssignalet går til null ved tider slik som 165. Et omvendt modulert signal er vist på fig. 12b med et bæresignal 161' og et moduleringssignal 163'. Dette modulerte signal har alltid en betydelig strømflyt. Fordelen ved å bruke et slikt omvendt modulert signal, er at krysstalen er hovedsakelig upåvirket av nivået til moduleringssignalet. Figures 12a and 12b show a comparison between a previously known modulated signal and an inversely modulated signal according to the present invention. A carrier signal 161 having a carrier frequency has its amplitude modulated by a modulation signal 143 with a lower frequency. As can be seen, the amplitude level of the modulated signal goes to zero every time the modulating signal goes to zero at times such as 165. An inversely modulated signal is shown in fig. 12b with a carrier signal 161' and a modulation signal 163'. This modulated signal always has a significant current flow. The advantage of using such an inversely modulated signal is that the crosstalk is largely unaffected by the level of the modulating signal.

I en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen blir målesignalet eller målesignalene sendt gjennom en optisk fiber. Når en optisk fiber blir brukt til formålet, vil det ikke være noen krysstale mellom den strøm som transporteres gjennom isolatorseksjonen og målesignalet. Modulasjon av strømmen er derfor ikke nødvendig. In an alternative embodiment of the invention, the measurement signal or measurement signals are sent through an optical fiber. When an optical fiber is used for the purpose, there will be no crosstalk between the current transported through the insulator section and the measurement signal. Modulation of the current is therefore not necessary.

I en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen blir de ovenfor beskrevne prinsipper brukt når måleelektrodene ikke er en del av en elektrodegruppe. Med en eneste elektrode kan målinger som indikerer formasjonens resistivitet, fremskaffes. Med et antall asimutalt fordelte elektroder kan slike utgangsmålinger behandles ved å benytte tidligere kjente metoder, slik som de som benyttes i fallmålere, til å fremskaffe informasjon vedrørende formasjonens fall i forhold til borehullet. Kombinert med målinger av borehulls-orienteringen og sondeflateorienteringen kan slik relativ fallinformasjon videre behandles for å gi estimater av forma-sjonenes absolutte fall. In an alternative embodiment of the invention, the principles described above are used when the measuring electrodes are not part of an electrode group. With a single electrode, measurements indicating the resistivity of the formation can be obtained. With a number of azimuthally distributed electrodes, such output measurements can be processed by using previously known methods, such as those used in drop meters, to provide information regarding the formation's drop in relation to the borehole. Combined with measurements of the borehole orientation and probe surface orientation, such relative dip information can be further processed to provide estimates of the formations' absolute dip.

En annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan benyttes med vannbaserte slam. Den ekvivalente kretsen for denne utførelsesformen er vist på fig. 13. Den er identisk med fig. 11 bortsett fra at gapet mellom måleelektroden og formasjonen er et ledende gap betegnet med punktene 209-211 og et returgap betegnet med 219-221. En ytterligere kondensator 207 kan være inkorporert i kretsen. Virkemåten til anordningen er hovedsakelig uendret fra den som benyttes for ikke-ledende slam. De ledende baner gjennom slammet kortslutter eventuell virkning av kapasitansen til sondens avstand fra veggen. Another embodiment of the present invention can be used with water-based sludges. The equivalent circuit for this embodiment is shown in Fig. 13. It is identical to fig. 11 except that the gap between the measuring electrode and the formation is a conductive gap denoted by points 209-211 and a return gap denoted by 219-221. A further capacitor 207 may be incorporated in the circuit. The operation of the device is essentially unchanged from that used for non-conductive sludge. The conductive paths through the mud short-circuit any effect of the capacitance of the probe's distance from the wall.

Et slikt arrangement er blitt brukt tidligere i forbindelse med kontaktelektroder for resistivitetsmålinger eller resistivitetsavbildningsanordninger. Funksjonen til en intern kondensator i slike tidligere kjente kretser, har ene og alene vært for det formål å blokkere eventuelle falske strømmer som stammer fra kilder utenfor målekretsen, fra å komme inn i forsterkerne og forvrenge driften av den tidligere kjente anordning. Andre metoder er også blitt brukt for å kompensere for slike uønskede strømmer. Den spesielle utførelsesform som benytter en ekstern kondensator konstruert fra instrumentets elektrodeplate, den ledende grunnformasjonsplate og dielektrisitetskonstanten til boreslammet, med høy frekvens, modulerte målestrømmer slik som benyttet i foreliggende oppfinnelse og som skissert på fig. 13, har imidlertid ikke tidligere blitt benyttet. Such an arrangement has been used in the past in connection with contact electrodes for resistivity measurements or resistivity imaging devices. The function of an internal capacitor in such previously known circuits has been solely for the purpose of blocking any spurious currents originating from sources outside the measuring circuit from entering the amplifiers and distorting the operation of the previously known device. Other methods have also been used to compensate for such unwanted currents. The particular embodiment which uses an external capacitor constructed from the instrument's electrode plate, the conductive base formation plate and the dielectric constant of the drilling mud, with high frequency, modulated measuring currents as used in the present invention and as outlined in fig. 13, however, has not previously been used.

Oppløsningen til de ovenfor beskrevne anordninger er hovedsakelig lik dimensjonene til den fokuserte strøm ved en dybde hvor strømmen fra måleelektroden har de minste dimen-sjoner. Fagkyndige på området vil innse at hvis lavere opp-løsning kan aksepteres, kan fokuseringselektrodene elimineres. I en slik anordning blir målestrømstrålen bare vernet eller begrenset til å flyte hovedsakelig utover fra overflaten til måleelektroden, som i tidligere kjente, ikke-fokuserte anordninger med ledende slam, ved at puten (eller verneelektroden) blir holdt på hovedsakelig samme spenning som måleelektroden. The resolution of the devices described above is essentially equal to the dimensions of the focused current at a depth where the current from the measuring electrode has the smallest dimensions. Those skilled in the art will appreciate that if lower resolution can be accepted, the focusing electrodes can be eliminated. In such a device, the measuring current beam is only protected or limited to flow mainly outwards from the surface of the measuring electrode, as in previously known, non-focused devices with conductive sludge, in that the pad (or protective electrode) is kept at substantially the same voltage as the measuring electrode.

Alternativt kan andre utforminger av elektrodene på en målepute også benyttes. Fig. 14 viser et arrangement der fem sirkulære måleelektroder 303a, 303b, ... 303e er anordnet på en pute 301. Hver måleelektrode er omgitt av en tilhørende fokuseringselektrode 305a, 305b, ... 305e med isolasjon 307a, 307b, ... 307e mellom disse. For å forenkle illustrasjonen er isolasjonen mellom verneelektrodene og puten 301 ikke vist. Alternatively, other designs of the electrodes on a measuring pad can also be used. Fig. 14 shows an arrangement where five circular measuring electrodes 303a, 303b, ... 303e are arranged on a pad 301. Each measuring electrode is surrounded by an associated focusing electrode 305a, 305b, ... 305e with insulation 307a, 307b, ... 307th between these. To simplify the illustration, the insulation between the protective electrodes and the pad 301 is not shown.

Oppfinnelsen er videre blitt beskrevet under henvisning til loggesonder som er ment å bli transportert i en kabel. Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse kan imidlertid også brukes med sonder for måling-under-boring (MWD), eller sonder for logging-under-boring (LWD), som hver kan transporteres i en borestreng eller et kveilerør (CT). The invention has further been described with reference to log probes which are intended to be transported in a cable. However, the method according to the present invention can also be used with probes for measurement-while-drilling (MWD), or probes for logging-while-drilling (LWD), each of which can be transported in a drill string or a coiled pipe (CT).

Fig. 15 viser et skjematisk diagram av et boresystem 410 med en boringsenhet 4 90 vist anordnet i et borehull 42 6 for boring av borehullet. Boringssysternet 410 innbefatter et konvensjonelt tårn 411 som er reist på et dekk 412 som under-støtter et rotasjonsbord 414 som dreies med en hoveddriv-anordning, slik som en elektrisk motor (ikke vist) ved en ønsket rotasjonshastighet. Borestrengen 420 innbefatter et borerør 422 som strekker seg ned fra rotasjonsbordet 414 og inn i borehullet 426. Borkronen 450 som er festet til enden av borestrengen, bryter opp de geologiske formasjonene når det roteres for å bore borehullet 42 6. Borestrengen 420 er koblet til et heiseverk 430 via en Kelly-forbindelse 421, en svivel 428 og en line 429 gjennom en skive 423. Under boringsoperasjoner blir helseverkene 430 drevet for å styre vekten på borkronen, som er en viktig parameter som påvirker inntrengningshastigheten. Driften av heisverkene er velkjent på området og blir derfor ikke beskrevet i detalj her. Fig. 15 shows a schematic diagram of a drilling system 410 with a drilling unit 4 90 shown arranged in a drill hole 42 6 for drilling the drill hole. The drilling rig 410 includes a conventional tower 411 erected on a deck 412 which supports a rotary table 414 which is rotated by a main drive device, such as an electric motor (not shown) at a desired rotational speed. The drill string 420 includes a drill pipe 422 that extends down from the rotary table 414 into the borehole 426. The drill bit 450 attached to the end of the drill string breaks up the geological formations as it is rotated to drill the borehole 42 6. The drill string 420 is connected to a hoist 430 via a Kelly connection 421, a swivel 428 and a line 429 through a disc 423. During drilling operations, the hoist 430 is operated to control the weight of the drill bit, which is an important parameter affecting the rate of penetration. The operation of the elevators is well known in the area and is therefore not described in detail here.

Under boringsoperasjoner blir et passende borefluid 431 fra en slamgrop (kilde) 432 sirkulert under trykk gjennom borestrengen ved hjelp av en slampumpe 434. Borefluidet passerer fra slampumpen 434 inn i borestrengen 420 via en trykkutjevningsanordning 436, en fluidledning 328 og Kelly-forbindelsen 421. Borefluidet 431 kommer ut ved bunnen av borehullet 451 gjennom en åpning i borkronen 450. Borefluidet 431 sirkulerer opp gjennom hullet gjennom ringrommet 427 mellom borestrengen 420 og borehullet 426, og returnerer til slamgropen 432 via en returledning 435. En sensor Si som fortrinnsvis er anbrakt i ledningen 438, gir informasjon av fluidstrømningshastigheten. En torsjonssensor S2på overflaten og en sensor S3tilknyttet borestrengen 420, gir henholdsvis informasjon om torsjonen og rotasjonshastigheten til borestrengen. I tillegg blir en sensor (ikke vist) tilknyttet ledningen 429 brukt til å fremskaffe kroklasten til borestrengen 420. During drilling operations, a suitable drilling fluid 431 from a mud pit (source) 432 is circulated under pressure through the drill string by means of a mud pump 434. The drilling fluid passes from the mud pump 434 into the drill string 420 via a pressure equalization device 436, a fluid line 328 and the Kelly connection 421. The drilling fluid 431 comes out at the bottom of the drill hole 451 through an opening in the drill bit 450. The drilling fluid 431 circulates up through the hole through the annulus 427 between the drill string 420 and the drill hole 426, and returns to the mud pit 432 via a return line 435. A sensor Si which is preferably placed in the line 438, provides information of the fluid flow rate. A torsion sensor S2 on the surface and a sensor S3 connected to the drill string 420 respectively provide information about the torsion and rotation speed of the drill string. In addition, a sensor (not shown) associated with the line 429 is used to provide the hook load to the drill string 420.

I en utførelsesform av oppfinnelsen blir borkronen 450 rotert ved bare å rotere borerøret 452. I en annen utførel-sesform av oppfinnelsen er en nedhullsmotor 455 (slammotor) anordnet i boringsanordningen 4 90 for å rotere borkronen 450 og borerøret 422 blir rotert på vanlig måte for å supplere rotasjonseffekten, om nødvendig, og for å påvirke endringer i boreretningen. In one embodiment of the invention, the drill bit 450 is rotated by simply rotating the drill pipe 452. In another embodiment of the invention, a downhole motor 455 (mud motor) is arranged in the drilling device 490 to rotate the drill bit 450 and the drill pipe 422 is rotated in the usual way for to supplement the rotation effect, if necessary, and to influence changes in the drilling direction.

I utførelsesformen på fig. 15 er slammotoren 455 koblet til borkronen 450 via en drivaksel (ikke vist) anordnet i en lagerenhet 457. Slammotoren roterer borkronen 450 når borefluidet 431 passerer gjennom slammotoren 455 under trykk. Lagerenheten 457 understøtter de radiale og aksiale krefter på borkronen. En stabilisator 458 koblet til lagerenheten 457, virker som en sentraliseringsenhet for den nedre del av slammotorenheten. In the embodiment of fig. 15, the mud motor 455 is connected to the drill bit 450 via a drive shaft (not shown) arranged in a bearing unit 457. The mud motor rotates the drill bit 450 when the drilling fluid 431 passes through the mud motor 455 under pressure. The bearing unit 457 supports the radial and axial forces on the drill bit. A stabilizer 458 connected to the bearing unit 457 acts as a centralizing unit for the lower part of the mud motor unit.

I en utførelsesform av oppfinnelsen er en boringssensor-modul 459 anordnet nær borkronen 450. Boringssensormodulen inneholder sensorer, kretser og behandlingsprogrammer og algoritmer vedrørende de dynamiske boringsparametere. Slike parametere innbefatter fortrinnsvis borkronestøt, fast-kiling/glidning av boringsenheten, tilbakerotasjon, torsjon, støt, borehulls- og ringrom-trykk, akselerasjonsmålinger og andre målinger av borkrone-tilstanden. Boringssensormodulen behandler sensorinformasjonen og overfører den til styrings-enheten 440 på overflaten via et egnet telemetrisystem 472. In one embodiment of the invention, a drilling sensor module 459 is arranged near the drill bit 450. The drilling sensor module contains sensors, circuits and processing programs and algorithms regarding the dynamic drilling parameters. Such parameters preferably include drill bit impact, wedging/slipping of the drilling unit, back rotation, torsion, impact, borehole and annulus pressure, acceleration measurements and other measurements of the drill bit condition. The borehole sensor module processes the sensor information and transmits it to the control unit 440 on the surface via a suitable telemetry system 472.

Fig. 16 viser en utførelsesform av oppfinnelsen hvor sensorer som er montert på stabilisatorer for en boringsenhet, blir brukt til å bestemme formasjonens resistivitet. En eller flere av stabilisatorene 1033 er forsynt med en fordypning 1035 i hvilken en sensormodul 1054 er innsatt. Hver sensormodul 1054 har en eller flere måleelektroder 1056 for å injisere målestrømmer inn i formasjonen, som beskrevet ovenfor. Som diskutert ovenfor blir sensormodulens legeme holdt på tilnærmet samme potensiale som måleelektroden for å operere som en verneelektrode. Eventuelt kan fokuseringselektroder være anordnet som diskutert ovenfor. Fig. 16 shows an embodiment of the invention where sensors mounted on stabilizers for a drilling unit are used to determine the resistivity of the formation. One or more of the stabilizers 1033 is provided with a recess 1035 in which a sensor module 1054 is inserted. Each sensor module 1054 has one or more measurement electrodes 1056 for injecting measurement currents into the formation, as described above. As discussed above, the body of the sensor module is held at approximately the same potential as the measuring electrode to operate as a protective electrode. Optionally, focusing electrodes may be arranged as discussed above.

I en anvendelse for måling-under-boring er det vanligvis et lite gap mellom stabilisatoren og borehullsveggen (ikke vist): diameteren av borkronen (ikke vist) som transporteres i boringsrøret 1040 er større enn den ytre diameter som definert av stabilisatorene. Virkemåten til stabilisatorene vil være kjent for fagkyndige på området og blir ikke beskrevet nærmere her. Brukt i forbindelse med et ikke-ledende fluid i borehullet, bestemmer gapet kapasitansen 107 som er diskutert ovenfor. Om nødvendig kan utstrekkbare armer (ikke vist) være anordnet for å holde gapet innenfor akseptable grenser. Brukt i forbindelse med et ledende borehullsfluid, er størrelsen av gapet ikke kritisk. En elektronikkmodul 1052 på et passende sted er anordnet for å behandle de data som innsamles av sensorene 1056. In a measurement-while-drilling application, there is usually a small gap between the stabilizer and the borehole wall (not shown): the diameter of the drill bit (not shown) transported in the drill pipe 1040 is larger than the outer diameter defined by the stabilizers. The operation of the stabilizers will be known to experts in the field and will not be described in more detail here. Used in conjunction with a non-conductive downhole fluid, the gap determines the capacitance 107 discussed above. If necessary, extendable arms (not shown) may be provided to keep the gap within acceptable limits. Used in conjunction with a conducting borehole fluid, the size of the gap is not critical. An electronics module 1052 at a suitable location is arranged to process the data collected by the sensors 1056.

Fig. 17 illustrerer arrangementet av sensorputene på en ikke-roterende hylse. Denne er maken til et sensorarrangement beskrevet av Thompson selv om andre utforminger også kan benyttes. Vist er boringsrøret 1260 med en ikke-roterende hylse 12 62 montert på dette. Puter 12 64 med en eller flere måleelektroder 1301 er festet til hylsen 1262. Mekanismen for å bevege putene ut til kontakt med borehullet, uansett om den er hydraulisk, en fjærmekanisme eller en annen mekanisme, er ikke vist. Akselen 1260 er forsynt med stabilisatorribber 1303 for å styre retningen av boringen. Fig. 17 illustrates the arrangement of the sensor pads on a non-rotating sleeve. This is similar to a sensor arrangement described by Thompson, although other designs can also be used. Shown is drill pipe 1260 with a non-rotating sleeve 12 62 mounted thereon. Pads 12 64 with one or more measuring electrodes 1301 are attached to sleeve 1262. The mechanism for moving the pads out into contact with the borehole, whether hydraulic, a spring mechanism or another mechanism, is not shown. The shaft 1260 is provided with stabilizer ribs 1303 to control the direction of the bore.

Data kan innsamles ved å benytte utformingen på enten fig. 16 eller fig. 17 mens brønnen blir boret og borestrengen og måleelektrodene på denne roterer. I en MWD-anvendelse er telemetrikapasiteten uhyre begrenset og følgelig blir mye av behandlingen utført nede i hullet. Behandling av dataene i foreliggende oppfinnelse blir utført ved å benytte de metoder som er beskrevet i Thompson m.fl. Resistivitetsmålingene blir tatt samtidig med målinger tatt ved hjelp av en orienterings-sensor (ikke vist) på boringsenheten. Når resistivitets-sensoren roterer i borehullet mens den blir beveget sammen med borkronen, sporer den ut en spiralbane med kjente dybder og asimutverdier. Dybdene blir bestemt enten fra data fjernmålt fra overflaten eller ved å benytte minst to aksialt atskilte måleelektroder for å gi en inntrengningshastighet. I henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen benytter nedhulls-prosessoren dybdeinformasjonen fra telemetrien nede i hullet og summerer alle dataene innenfor en spesifisert dybde og et asimut-samplingsintervall for å forbedre S/N-forholdet og for å redusere den datamengde som skal lagres. Et typisk dybdesamplingsintervall vil være 1 tomme, og et typisk asimutsamplingsintervall er 15°. En annen fremgangsmåte for å redusere den lagrede datamengde, vil være å forkaste redundante sampler innenfor dybde- og asimut-samplings-intervallet. Ytterligere detaljer ved behandlingsmetoden kan finnes i det som er beskrevet av Thompson m.fl. Data can be collected by using the design in either fig. 16 or fig. 17 while the well is being drilled and the drill string and the measuring electrodes on it are rotating. In an MWD application, the telemetry capability is extremely limited and consequently much of the processing is done downhole. Processing of the data in the present invention is carried out by using the methods described in Thompson et al. The resistivity measurements are taken simultaneously with measurements taken using an orientation sensor (not shown) on the drilling unit. When the resistivity sensor rotates in the borehole while being moved together with the drill bit, it traces out a spiral path with known depths and azimuth values. The depths are determined either from data remotely measured from the surface or by using at least two axially separated measuring electrodes to provide a penetration rate. According to one embodiment of the invention, the downhole processor uses the depth information from the downhole telemetry and sums all the data within a specified depth and azimuth sampling interval to improve the S/N ratio and to reduce the amount of data to be stored. A typical depth sampling interval would be 1 inch, and a typical azimuth sampling interval would be 15°. Another method to reduce the amount of stored data would be to discard redundant samples within the depth and azimuth sampling interval. Further details of the treatment method can be found in what is described by Thompson et al.

Selv om den foregående beskrivelse er rettet mot de fore-trukne utførelsesformer av oppfinnelsen, vil forskjellige modifikasjoner være opplagte for fagkyndige på området. Det er ment at alle variasjoner innenfor rammen av de vedføyde patentkrav skal omfattes av den foregående beskrivelse. Although the preceding description is directed to the preferred embodiments of the invention, various modifications will be obvious to those skilled in the art. It is intended that all variations within the framework of the attached patent claims shall be covered by the preceding description.

Claims

1. Measurement-while-drilling (MWD) device in a downhole device (BHA) for use in a wellbore to obtain a resistivity parameter for a bedrock formation penetrated by the wellbore, the wellbore containing a substantially non-conductive fluid, characterized in that the device comprises: (a) at least one measuring electrode, transported on and rotating with a drill string, where said measuring electrode is capacitively connected to the base formation through the non-conducting fluid, where the at least one measuring electrode conducts a modulated measuring current into the formation, and ( b) a device that responds to at least one of (i) the current in the at least one measuring electrode, and (ii) a voltage for the at least one measuring electrode to produce a measuring signal representative of the resistivity parameter.

2. MWD device according to claim 1, where the at least one measuring electrode further comprises a number of measuring electrodes, and where the resistivity parameter further comprises a resistivity image.

3. MWD device according to claim 1, where the at least one measuring electrode further comprises a group of measuring electrodes.

4. MWD device according to one of claims 1-3, further comprising a demodulator to demodulate the measurement signal and produce a demodulated signal from it, and an insulator section to isolate the at least one measurement electrode from the source of the measurement current.

5. MWD device according to one of claims 1-4, further comprising at least one focusing electrode in the vicinity of the at least one measuring electrode, the at least one focusing electrode focusing the measuring current into the formation.

6. MWD device according to claim 5, further comprising a protection device to maintain focusing of the measuring current in the formation.

7. MWD device according to claim 1, where the at least one measuring electrode is carried on the body of a sensor module which is deployed in a recess on a stabilizer for the bottom hole device (BHA).

8. MWD device according to claim 7, where the at least one measuring electrode comprises at least two measuring electrodes separated from each other in the bottom hole device's (BHA's) axial direction.

9. MWD device according to claim 7, where the at least one measuring electrode is electrically isolated from the body of the sensor module, and where the body is held at substantially the same potential as the at least one measuring electrode.

10. MWD DEVICE according to claim 1, further comprising an extension device for moving the at least one measuring electrode to maintain a specified distance between the at least one measuring electrode and the wall of the borehole.

11. MWD device according to claim 1, further comprising: (i) a telemetry device for receiving depth information from a control unit on the surface, (ii) a direction sensor for taking measurements related to the orientation of the at least one measuring electrode, and (iii) a processor to determine the resistivity parameter from the measurements taken by the direction sensor, the depth information and the measurement signal.

12. MWD device according to claim 1, further comprising a source for a modulated electric current connected to the at least one measuring electrode.

13. MWD device according to claim 12, where the modulated electric current has a carrier frequency and a modulation frequency which is significantly less than the carrier frequency.

14. MWD device according to claim 13, further comprising an insulator section between the current source and the at least one measuring electrode, the insulator section comprising conductors which lead the modulated current to the measuring electrode and the demodulated measuring signal from the at least one measuring electrode.

15. MWD device according to claim 1, wherein the measuring current has a frequency selected to make an impedance caused by a dielectric constant of the substantially non-conducting fluid to be significantly less than a resistivity of the non-conducting fluid.

16. MWD device according to claim 15, where the at least one measurement electrode is transported on and isolated from a conductive pad, where the conductive pad is maintained at a potential sufficient to maintain focusing of the measurement current into the formation.

17. MWD device according to claim 15 or 16, where the at least one measuring electrode comprises a group of measuring electrodes.

18. MWD device according to claim 15 or 16, wherein the frequency is further selected to make an impedance caused by a dielectric constant of the formation significantly smaller than a resistivity of the formation.

19. MWD device according to one of claims 15-18, further comprising a processor for determining the formation's resistivity parameter from the measurement signal.

20. MWD device according to claim 6 or 15, where the at least one measuring electrode is held at a first electrical potential, where the at least one focusing electrode is held at another potential that has a magnitude greater than the magnitude of the first potential, and the protective device is maintained at a third electrical potential substantially equal to the first electrical potential.

21. Method for obtaining a resistivity parameter for a base formation penetrated by a borehole containing mainly non-conductive fluid, characterized by the following steps: (a) transporting at least one measurement electrode on a rotating part of a measurement-while-drilling (MWD) -apparatus inside a borehole, (b) using at least one measuring electrode capacitively coupled to the underlying formation through the non-conductive fluid to pass a modulated measuring current into the formation, and (c) using at least one of (i) the current in the at least one measuring electrode, and (ii) a voltage for the at least one measuring electrode to produce a measuring signal representative of the resistivity parameter.

22. Method according to claim 21, where the at least one measuring electrode further comprises a number of measuring electrodes, and where the resistivity parameter further comprises a resistivity image.

23. Method according to claim 21, where the at least one measuring electrode further comprises a group of measuring electrodes.

24. Method according to one of claims 21-23, further comprising the following steps: (i) using a demodulator to demodulate the measurement signal and produce a demodulated signal from it, and (ii) using an insulator section to isolate the at least one measurement electrode from a source for the measurement current.

25. Method according to one of claims 21-24, further comprising: using at least one focusing electrode in the vicinity of the at least one measuring electrode to focus the measuring current into the formation.

26. Method according to claim 2 5, further comprising: using a protection device to maintain focusing of the measuring current into the formation.

27. Method according to one of claims 21-26, further comprising: transporting the at least one measuring electrode into the borehole on a bottom hole device (BHA) arranged on a drill string.

28. Method according to claim 27, where the at least one measuring electrode is carried on the body of a sensor module which is deployed in a recess on a stabilizer in the bottom hole device (BHA).

29. Method according to claim 27, where the at least one measuring electrode comprises at least two measuring electrodes separated from each other in the axial direction on the BHA.

30. Method according to claim 28, where the at least one measuring electrode is electrically isolated from the body of the sensor module, and where the body is kept at substantially the same potential as the at least one measuring electrode.

31. Method according to claim 2 8, further comprising: using an extension device to move the at least one measuring electrode to maintain a specified distance between the at least one measuring electrode and a wall in the borehole.

32. Method according to claim 2 8, further comprising: (i) using a telemetry device on the BHA to receive depth information from a downhole control unit, (ii) using a direction sensor on the BHA to take measurements related to the orientation of the at least one measuring electrode, and (iii) using a processor to determine the resistivity parameter from the measurements taken using the direction sensor, the depth information and the measurement signal.

33. Method according to claim 28, further comprising: operatively connecting a source for the modulated electric current to the at least one measuring electrode.

34. Method according to claim 33, where the modulated electric current has a carrier frequency and a modulation frequency which is significantly less than the carrier frequency.

35. Method according to claim 34, further comprising: using an insulator section between the current source and the at least one measuring electrode to isolate the at least one measuring electrode from the source of the modulated current.

36. The method of claim 21, further comprising: selecting a frequency for the measurement current to make an impedance caused by a dielectric constant of the substantially non-conductive fluid significantly less than a resistivity of the non-conductive fluid.

37. Method according to claim 3 6, where the at least one measuring electrode is carried on and isolated from a conductive pad, the conductive pad being held at a potential sufficient to maintain focusing of the measuring current into the formation.

38. Method according to one of claims 3 6-37, where the at least one measuring electrode comprises a group of measuring electrodes.

39. Method according to one of claims 3 6-38, further comprising: selecting the frequency to make an impedance caused by a dielectric constant of the formation significantly less than a resistivity of the formation.

40. Method according to one of claims 36-39, further comprising a processor for determining the resistivity parameter of the formation from the measurement signal.

41. Method according to claim 3 6, further comprising: (i) repeating steps (a) and (b) according to claim 30 at at least one further frequency, and (ii) frequency focusing apparent conductivities derived from the measured signals at said frequency and the at least one additional frequency.

42. Method according to claim 41, where the frequency focusing further comprises: representing each measurement signal by a Taylor series expansion.

43. Method according to claim 42, where the resistivity parameter is related to a coefficient for a co<3/2-> term in the Taylor series expansion.

44. Method according to claim 2 6, where the at least one measuring electrode is held at a first electrical potential, the at least one focusing electrode is held at a second potential that has a magnitude greater than the magnitude of the first potential, and the protective device is held at a third electric potential which is substantially equal to the first electric potential.