DE102004024237B4

DE102004024237B4 - Messsonde zur bohrlochgeophysikalischen Messung der Dichte nach dem Gamma-Gamma-Rückstreuprinzip

Info

Publication number: DE102004024237B4
Application number: DE200410024237
Authority: DE
Inventors: Klaus Schröter
Original assignee: BOHRLOCHMESSUNG STORKOW GmbH; BOHRLOCHMESSUNG-STORKOW GmbH
Current assignee: BOHRLOCHMESSUNG STORKOW GmbH; BOHRLOCHMESSUNG-STORKOW GmbH
Priority date: 2004-05-15
Filing date: 2004-05-15
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2024-05-16
Also published as: DE102004024237A1

Abstract

Messsonde zur bohrlochgeophysikalischen Messung der Dichte in Bohrungen nach dem Gamma-Gamma-Rückstreuprinzip mit einem Sondenkörper (12), an welchem eine Gamma-Strahlenquelle (9), ein Gammadetektor (4) sowie eine zwischen der Gamma-Strahlenquelle (9) und dem Gammadetektor (4) angeordnete Abschirmung (6) aus einem Gamma-Strahlung absorbierenden Material befestigt sind, wobei die Gamma-Strahlenquelle (9) außerhalb der Abschirmung (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Gamma-Strahlenquelle (9), dem Gammadetektor (4) und der Abschirmung (6) gebildete Anordnung quer zur Bohrlochachse (10) an dem Sondenkörper (12) angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen der Gamma-Strahlenquelle (9) und dem Gammadetektor (4) veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messsonde zur bohrlochphysikalischen Messung der Dichte nach dem Gamma-Gamma-Rückstreuprinzip in Bohrungen, insbesondere größerer Durchmesser.
Bohrlochgeophysikalische Verfahren zur Messung der Dichte erfassen diese üblicherweise in einer längs zur Bohrlochachse verlaufenden Anordnung von Quelle und Detektor. Bohrlochgeophysikalische Messsonden zur Dichtemessung üblicher Bauart verfügen dementsprechend über einen in der Messsonde eingebauten Detektor zur Erfassung der in ein Bohrloch aus dem Gebirge einfallenden Gammarückstreustrahlung, auch Comptoneffekt genannt, ebenso über eine radioaktive Gammastrahlenquelle. Derartige Messsonden werden seit vielen Jahren in der Bohrlochgeophysik eingesetzt (Hamilton, R. G.; The revolution in well Jogging: The Oil and Gas Journal, v. 58, n. 26, p. 187–188. oder R. P. Alger, L. L. Raymer, W. R. Hoyle, M. P. Tixier; Formation density log applications in liquid filled holes. SPE Paper 435, Los Angeles 1962 oder P. E. Baker; Density Jogging with gamma rays. Petr. Trans AIME, 210, 1957 oder J. L. P. Campbell, J. C. Wilson; Density Jogging in the Gulf Coast. J. Petr. Techn., Juli 1958, S. 21–25 oder New Jogging technique measures density, porosity. World Oil, Dez 1954). Über diese Anordnungen wird über sogenannte Dichtekalibrierungen die Dichte des Gebirges längs der Bohrlochachse bestimmt, indem die Messsonde am Messkabel kontinuierlich, d. h. mit eine konstanten Geschwindigkeit, meist aufwärts, an der Bohrlochwand langgeführt wird. Gattungsgemäße Anordnungen beziehungsweise Messsonden werden beispielsweise in der US 5,019,708 A und der US 2,711,482 A beschrieben.
Bekannt sind weiterhin Anordnungen bei Gamma-Gamma-Dichtemesssonden, die drei und mehr Detektoren für die Gammastrahlenmessung besitzen ( EP 0 864 884 A2 ). Diese Detektoren sind auf einer vertikalen Linie oberhalb oder unterhalb der Strahlenquelle angeordnet und dienen dabei der rechnerischen Eliminierung des Einflusses von Bohrlochdurchmesser, Rauhigkeit der Bohrlochwand und des Filterkuchens auf die Dichtebestimmung nach der Gamma-Gamma-Methode.
Alle bekannten bohrlochgeophysikalischen Dichtemesssonden haben jedoch aufgrund ihrer Anordnung von Quelle und Detektor(en) in Längsrichtung zur Bohrlochachse den Nachteil, dass sie bei größeren, meist bohrtechnisch bedingten Veränderungen des Bohrlochdurchmessers (Kavernen), abhängig von der geometrischen Anordnung von Quelle und Detektor(en), meist nur eingeschränkt repräsentative Messwerte der Dichte erbringen. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die längs zur Bohrlochachse verlaufende Anordnung von Quelle und Detektor(en) im Bereich von Kavernen nicht mehr ausreichend an die Bohrlochwand angedrückt werden kann, somit zwischen Quelle und/oder Detektor und der Bohrlochwand sich Bohrlochflüssigkeit befindet, die die Messwerte verfälscht.
Die in der letztgenannten Schrift beschriebene Messsonde weist daher ebenso, wie die in der US 2,711,482 A offenbarte einen Andrückbügel oder Andrückarm auf, welcher die Gamma-Strahlenquelle und die Detektoren an die Bohrlochwand andrückt beziehungsweise auf dem die Gamma-Strahlenquelle und die Detektoren angebracht sind, um sie näher an der Bohrlochwand entlang führen zu können. Zwar verringert sich hierdurch der Messfehler wohl etwas, jedoch bleibt der grundsätzliche Nachteil einer im Bereich von größeren Bohrlochkavernen stärker mit Fehlern behalten Messung bestehen. Gleiches gilt für eine in der US 6,308,561 B1 beschriebene Messsonde, bei welcher die Strahlenquelle und Detektoren grundsätzlich ebenfalls längs der Bohrlochachse angeordnet sind, jedoch zum Ausgleich kleinerer Unebenheiten des Bohrlochs mittels eines Andrückarms an dessen Wand angedrückt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messsonde nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass bei ihrem Einsatz zur Messung der Dichte in Bohrungen der störende Einfluss von Kavernen in der Bohrlochwand deutlich reduziert wird.
Die zur Lösung der gestellten Aufgabe ausgebildete erfindungsgemäße Messsonde weist einen Sondenkörper auf, an dem eine Anordnung aus einer Strahlenquelle und einem Gammadetektor, zwischen denen sich eine Abschirmung aus Blei, Stahl oder einem anderen Gammastrahlen absorbierenden Material befindet, befestigt ist. Die aus der Strahlenquelle, der Abschirmung und dem Gammadetektor gebildete Anordnung ist quer zur Bohrlochachse an dem Sondenkörper angeordnet, wobei der Abstand zwischen Gammadetektor und Strahlenquelle veränderbar ist. Durch eine solche Veränderung des Abstands zwischen Gammadetektor und Strahlenquelle, auch Sondenspacing oder nur Spacing genannt, verändert sich die seitliche Wirkungstiefe.
In bevorzugter Ausführungsform können zwei oder mehr Gammadetektoren in verschiedenen Abständen zur Strahlenquelle, quer zur Bohrlochachse angebracht werden, wodurch gleichzeitig mit mehreren Sondenspacings gemessen werden kann.
Vorteilhaft ist auch die Anordnung von einem oder mehreren Gammadetektoren und einer Strahlenquelle quer zur Bohrlochachse angebracht und gleichzeitig einem oder mehreren Gammadetektoren längs zur Bohrlochachse angebracht, so dass sie insgesamt wie ein Kreuz angeordnet sind, in deren Mittelpunkt sich die Strahlenquelle befindet.
Vorteilhaft ist es auch, die Anordnung von Quelle, Detektor und Abschirmung mit einer längs und quer zur Bohrlochachse gekrümmten Führungsplatte oder einer oder mehreren längs zur Bohrlochachse gekrümmten Führungsschienen zu versehen, wodurch gewährleistet wird, dass die Anordnung dem Verlauf von Bohrlochkavernen besser folgen kann.
Vorteilhaft ist es auch, die Messsonde mit einer Andrückvorrichtung, bestehend aus einem Andrückarm oder einem Andrückbügel, zu versehen, der auf der gegenüberliegenden Seite der Anordnung aus Quelle und Detektor(en) angebracht ist und somit gewährleistet, dass diese Anordnung immer an die Bohrlochwand angedrückt wird.
Vorteilhafterweise ist die auf der Messsonde befindliche Anordnung aus Quelle, Detektor(en) und Führungsplatte so geometrisch zu gestalten, dass sie sich dem horizontalen Krümmungsradius des Bohrlochs anpasst.
Vorteilhaft ist es, die Anordnung aus Quelle und Detektor(en) so am übrigen Sondenkörper zu befestigen, dass sie sich beim Steckenbleiben der Sonde im Bohrloch vom Sondenkörper löst und sich längs zur Bohrlochachse stellt, wodurch günstigere Voraussetzungen für die Bergung der Messsonde gegeben sind.
Eine besondere Bedeutung erfährt die Erfindung bei der bohrlochgeophysikalischen Vermessung von Brunnenvorbohrungen. Aufgrund der dort eingesetzten Bohrverfahren kommt es, insbesondere in unverfestigten Gebirgsabschnitten, z. B. in Kiesen und Sanden, immer wieder zu massiven Aufweitungen des Bohrlochs, sogenannten Kavernen. Die Erfindung gestattet hier eine bessere Bestimmung der Gebirgsdichte, was u. a. Grundlage für eine sichere Erfassung der geologischen Schichtenfolge ist.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sonde mit einem Detektor und einer Quelle quer zur Bohrlochachse angebracht.
2 verdeutlicht die prinzipielle Wirkung der Erfindung in Bohrungen mit Kavernen.
1 zeigt eine Messsonde bei der die Anordnung aus radioaktiver Strahlenquelle 9, die sich in einer Quellenhalterung 5 außerhalb der Bleiabschirmung 6 befindet, der Bleiabschirmung 6 und dem Detektor 4 quer zur Bohrlochachse 10 angebracht ist. Durch den Andrückbügel 3 mit Stellglied 8 wird die gesamte Anordnung an die Bohrlochwand angedrückt. Die Anordnung aus radioaktiver Strahlenquelle 9, die sich in einer Quellenhalterung 5 außerhalb der Bleiabschirmung 6 befindet, der Bleiabschirmung 6 und dem Detektor 4 ist dabei in Querrichtung zur Bohrlochachse 10 so angeordnet, dass sie einem Kreissegment vergleichbar, sich der Krümmung der Bohrlochwand, entsprechend dem Bohrungsdurchmesser, anpasst. Die Anordnung ist in eine längs und quer zur Bohrlochachse gekrümmte Führungsplatte 11 eingepasst. Diese gewährleistet, dass die Anordnung aus radioaktiver Strahlenquelle 9, die sich in einer Quellenhalterung 5 außerhalb der Bleiabschirmung 6 befindet, der Bleiabschirmung 6 und dem Detektor 4 ohne festzuhaken, der Krümmung von Kavernen des Bohrlochs folgen kann. Im Sondenrechner 2 werden die Messwerte aufbereitet und mit Hilfe der Übertragungselektronik 2 werden die Messdaten über das am Sondenkopf mit Übergangsstück 1 angeschlossene Bohrlochmesskabel an die sich oberhalb des Bohrlochs befindende Bearbeitungsstation weitergegeben.
2 verdeutlicht die prinzipielle Wirkung der Erfindung in Bohrungen mit Kavernen 15. Die Anordnung 16, bestehend aus Strahlenquelle 9, Quellenhalterung 5, Bleiabschirmung 6, Detektor 4 und Führungsplatte 11 ist in Längs- und Querrichtung zur Bohrlochachse 10 so gekrümmt, dass der Kontur der Bohrlochwand 14 auch in einer größeren Bohrlochkaverne 15 gefolgt werden kann. In Querrichtung zur Bohrlochachse ist die Anordnung so gekrümmt, dass ihr Krümmungsradius dem Krümmungsradius der Bohrlochwand entspricht. Durch die Annordnung wird insgesamt annähernd die Form eines Ausschnittes einer Kugeloberfläche beschrieben.
Im Sondenrechner 2 werden die Messwerte aufbereitet und mit Hilfe der Übertragungselektronik 2 werden die Messdaten über das am Sondenkopf mit Übergangsstück 1 angeschlossene Bohrlochmesskabel 13 an die sich oberhalb des Bohrlochs befindende Bearbeitungsstation weitergegeben.

Claims

Messsonde zur bohrlochgeophysikalischen Messung der Dichte in Bohrungen nach dem Gamma-Gamma-Rückstreuprinzip mit einem Sondenkörper (12), an welchem eine Gamma-Strahlenquelle (9), ein Gammadetektor (4) sowie eine zwischen der Gamma-Strahlenquelle (9) und dem Gammadetektor (4) angeordnete Abschirmung (6) aus einem Gamma-Strahlung absorbierenden Material befestigt sind, wobei die Gamma-Strahlenquelle (9) außerhalb der Abschirmung (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Gamma-Strahlenquelle (9), dem Gammadetektor (4) und der Abschirmung (6) gebildete Anordnung quer zur Bohrlochachse (10) an dem Sondenkörper (12) angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen der Gamma-Strahlenquelle (9) und dem Gammadetektor (4) veränderbar ist.
Messsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Gamma-Strahlenquelle (9), dem Gammadetektor (4) und der Abschirmung (6) gebildete Anordnung quer zur Bohrlochachse derart gekrümmt ausgebildet ist, dass sie sich dem Krümmungsradius des Bohrlochs entsprechend dem Bohrlochdurchmesser anpasst.
Messsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Sondenkörper (12) mehrere Gammadetektoren (4) in verschiedenen Abständen zur Gamma-Strahlenquelle (9) angeordnet sind.
Messsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein oder mehrere Gammadetektoren (4) bezüglich der Gamma-Strahlenquelle (9) längs der Bohrlochachse (10) so angeordnet sind, dass sie gemeinsam mit dem oder den bezüglich der Gamma-Strahlenquelle (9) quer zur Bohrlochachse angeordneten Gammadetektoren (4) in der Art eines Kreuzes angeordnet sind, in dessen Mittelpunkt sich die Strahlenquelle befindet.
Messsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Gamma-Strahlenquelle (9), dem Gammadetektor (4) und der Abschirmung (6) gebildete Anordnung mit einer in Längsrichtung zur Bohrlochachse (10) gekrümmten Führungsplatte (11) versehen ist.
Messsonde nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass über der aus der Gamma-Strahlenquelle (9), dem oder den Gammadetektoren (4) und der Abschirmung (6) gebildeten Anordnung eine Führungsplatte (11) angebracht ist, welche sich aufgrund einer Krümmung quer zur Bohrlochachse (10) dem Krümmungsradius des Bohrlochs entsprechend dem Bohrlochdurchmesser anpasst.
Messsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere in Längsrichtung zur Bohrlochachse (10) gekrümmte Führungsschienen über der Strahlenquelle (9), der Abschirmung (6) und dem oder den Gammadetektoren (4) angebracht sind.
Messsonde nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Andrückbügel (3) aufweist, welcher die aus der Strahlenquelle (9), dem oder den Gammadetektoren (4), der Abschirmung (6) sowie der Führungsplatte (11) oder den Führungsschienen bestehende Anordnung an die Bohrlochwand andrückt.
Messsonde nach einem der Ansprüche 2 bis 5 und Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Andrückarm aufweist, welcher die aus der Strahlenquelle (9), dem oder den Gammadetektoren (4), der Abschirmung (6) sowie der Führungsplatte (11) oder den Führungsschienen bestehende Anordnung an die Bohrlochwand andrückt.
Messsonde nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Strahlenquelle (9), dem oder den Gammadetektoren (4), der Abschirmung (6) sowie der Führungsplatte (11) oder den Führungsschienen bestehende Anordnung auf einem Andrückbügel (3) angebracht ist.
Messsonde nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Strahlenquelle (9), dem oder den Gammadetektoren (4), der Abschirmung (6) sowie der Führungsplatte (11) oder den Führungsschienen bestehende Anordnung auf einem Andrückarm angebracht ist.
Messsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Strahlenquelle (9), dem oder den Gammadetektoren (4) und der Abschirmung (6) gebildete Anordnung am Sondenkörper (12) so befestigt ist, dass sie sich beim Steckenbleiben der Sonde im Bohrloch vom Sondenkörper (12) löst.
Messsonde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Strahlenquelle (9), dem oder den Gammadetektoren (4) und der Abschirmung (6) gebildete Anordnung am Sondenkörper (12) so befestigt ist, dass sie sich beim Steckenbleiben der Sonde im Bohrloch längs zur Bohrlochachse stellt.
Messsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Gamma-Strahlenquelle (9), dem Gammadetektor (4) und der Abschirmung (6) gebildete Anordnung in eine quer und längs zur Bohrlochachse (10) gekrümmte Führungsplatte (11) eingepasst ist.