DE102004027769B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung von Bohrkern-Proben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Untersuchung von Bohrkern-Plugs, bei denen die physikalischen Eigenschaften, wie Permeabilität, Porosität und Korngrößenverteilung ermittelt werden. Dabei wird der Bohrkern-Plug auf zwei parallel zueinander angeordneten Walzen gelegt, die mit einem getakteten Antrieb gedreht werden, so dass der Bohrkern-Plug um seine eigene Achse rotiert und dabei von einer Beleuchtungseinheit mit einem Schlitz beleuchtet wird, wobei durch den Schlitz mit einer digitalen Zeilenkamera, die mit dem getakteten Antrieb synchronisiert ist, quasikontinuierlich Bilder derart erzeugt werden, dass der Bohrkern-Plug vollständig in Form einer Abwicklung abgebildet wird und gleichzeitig durch ein Auswerteprogramm die physikalischen Eigenschaften des Bohrkern-Plugs ermittelt und gespeichert werden (Figur 1).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von Bohrkern-Proben sowie eine dafür geeignete Vorrichtung.
• Bohrkern-Proben, sogenannte Bohrkern-Plugs sind Proben, die routinemäßig aus konventionellen Untersuchungsbohrungen entnommen werden, um genauere petrophysikalischsedimentologische Untersuchungen durchzuführen. Die Bohrkern-Proben haben in der Regel einen Durchmesser von 1 bis 1,5 Zoll (2,5 bis 3,8 cm) und eine Länge von 1 bis 2 Zoll (2,5 bis 5,0 cm). Um eine dreidimensionale Untersuchung des Bohrkerns zu ermöglichen, wird eine Bohrkern-Probe in Längsrichtung des Bohrkerns entnommen und eine weitere senkrecht zu der Längsrichtung.
• Zur Ermittlung der physikalischen Eigenschaften wie Permeabilität und Porosität werden Durchlässigkeitsversuche durchgeführt. Durch mikroskopische Untersuchungen wird u. a. die Korngrößenverteilung ermittelt. Dazu ist die Herstellung von Dünnschliffen erforderlich.
• Diese Art der Untersuchung ist sehr zeit- und kostenaufwendig. Die Dokumentation der Ergebnisse ist ebenfalls sehr aufwendig.
• Die EP 0 363 294 B1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung der Merkmale von Punktmengen auf einem Bohrkern. Mit einer Sonde werden Punkte auf dem Bohrkern erfasst, digitalisiert und gespeichert. Aus der Summe von mindestens drei Punkten wird eine Fläche in dem Bohrkern definiert. Durch die Punktmessungen werden die Klüfte und Risse in dem Bohrkern ermittelt. Eine vollständige Abbildung der Oberfläche des Bohrkerns ist durch die Punktmessungen mit der Sonde nicht möglich.
• Aus der DE 199 44 386 A1 ist eine Vorrichtung zur optischen Prüfung von zylindrischen Körpern bekannt. Mit einer CCD-Vollbildkamera werden sowohl die Stirnfläche als auch die Umfangsfläche des zylindrischen Körpers fotografiert und Fehler auf den Oberflächen ermittelt. Die Ermittlung von petrophysikalisch-sedimentologischen Eigenschaften wird nicht offenbart.
• Die DE 35 16 939 A1 betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Bildern geologischer Proben zum Zwecke ihrer optischen Analyse. Die Ermittlung von petrophysikalischsedimentologischen Eigenschaften wird nicht offenbart.
• Die EP 0 310 303 B1 beschreibt eine Vorrichtung für die Untersuchung von Abschnitten eines Bohrkerns. Dabei wird der Bohrkern mit Gammastrahl-, Infrarot- und magnetischen Suszeptibilitäts-Messungen analysiert.
• Die WO 03/065017 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von physikalischen Eigenschaften von porösen Gesteinsproben. Dabei wird die Probe mit unterschiedlichen Winkeln beleuchtet und mit einer CCD-Kamera ein Punkt der Oberfläche der Probe erfasst und einige petrophysikalische Eigenschaften wie Porosität und Permeabilität ermittelt. Eine vollständige Abbildung der Oberfläche der Probe ist durch die Punktmessung mit der CCD-Kamera nicht möglich.
• In der US 5 663 559 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines mikroskopischen Bildes einer Erdformation bei Erdölprospektionsbohrungen beschrieben. Über Untersuchungen an Bohrkernproben werden keine Aussagen gemacht.
• Die GB 2 223 842 A offenbart eine automatische Mineralanalyse an polierten Mineralproben durch Röntgenstrahlen.
• Die EP 0 747 569 A2 betrifft ein Bohrlochbetrachtungsinstrument zur Untersuchung des Inneren eines Bohrlochs bei Erdölprospektionsbohrungen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches automatisches Verfahren zur vollständigen Untersuchung von Bohrkern-Proben zur Verfügung zu stellen, bei dem die ermittelten Ergebnisse Online ausgewertet und gespeichert werden.
• Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 und im Hinblick auf die Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 2 gelöst.
• Bei der Untersuchung wird eine Bohrkern-Probe auf zwei parallel zueinander angeordnete Walzen gelegt und von zwei LED-Weißlicht-Komponenten bestrahlt. Dann wird ein Steuerungsprogramm gestartet, wodurch die Bohrkern-Probe um die eigene Achse (360 Grad Rotation) rotiert. Während der Rotation wird die Oberfläche der Bohrkern-Probe von der digitalen Zeilenkamera erfasst und als zusammengesetztes Bild abgespeichert.
• Das Ergebnis dieses Scan-Vorganges ist die Abbildung der kompletten Oberfläche der Bohrkern-Probe. Gleichzeitig werden durch ein Auswerteprogramm die physikalischen Eigenschaften der Bohrkern-Probe ermittelt. Der Scan-Vorgang dauert etwa 10 Sekunden. Gleichzeitig erfolgt die Dokumentation (Abbildung der kompletten Oberfläche der Probe) und die Analyse.
• Bestandteil des Auswerteprogramms ist ein Bildbearbeitungsprogramm. Mit Hilfe des Programms wird die Größe und Anzahl der Körner ermittelt (Korngrößenverteilung). Dabei werden die folgenden Parameter berücksichtigt:
• – Kornfläche (grain area)
• – Umfang (perimeter)
• – Korngestalt (grain sphericity)
• – Rundung (circularity, convexity, ellipticity, rectangularity)
• – Dichte (auf Volumen bezogen, VolJe and VolEl)
• – Durchmesser, Größe und Sortierung (Haupt-, Mittel-, kleinster, größter und durchschnittlicher Durchmesser, major/mean/minor and average diameter and size and Sorting)
• Die Vorrichtung zur Untersuchung von Bohrkern-Proben besteht im wesentlichen aus einem beweglichen Objektträger (zwei Rollen), der durch einen Motor angetrieben wird, einer fest angebrachten Beleuchtungseinheit, sowie einer höhenverstellbaren CCD-Zeilenkamera. Ein zweidimensionales Farbbild entsteht durch Bewegung des Objekts oder der Kamera. Die Transportrichtung verläuft dabei senkrecht zur Sensorachse der CCD-Zeilenkamera. Die Bewegung des Objektes entlang der Transportrichtung wird durch den beweglichen, aus zwei Rollen bestehenden Objektträger gewährleistet. Über dem Objektträger befindet sich eine fest angebrachte CCD-Zeilenkamera, die während des Bewegungsvorganges die Objektoberfläche aufnimmt. Da die Kamera in einem bestimmten Takt einzelne Zeilen aufnimmt, die zu einer zweidimensionalen Abbildung zusammengefügt werden, ist für eine proportionale Abbildung im richtigen Bildseitenverhältnis ein zeilensynchroner Transportvorschub erforderlich. Zu diesem Zweck lässt sich der Transportvorschub über den Motor, der den Objektträger antreibt, mit einem Takt der Kamera mittels der Software synchronisieren.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen.
• 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Untersuchung von Bohrkern-Proben,
• 2 das Verfahren zur Auswertung der Bohrkern-Proben,
• 3 eine zweidimensionale Abbildung einer Bohrkern-Probe, und
• 4 die Korngrößenverteilung de Bohrkern-Probe.
• Ausführungsbeispiel:
• Eine Bohrkern-Probe einer Untersuchungsbohrung einer Diamantenlagerstätte in Botswana wurde mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung untersucht. Die 3 zeigt die Oberfläche der Bohrkern-Probe in hoher Auflösung (1350 dpi). In der 4 ist die Korngrößenverteilung dargestellt. Das linke Diagramm zeigt die Häufigkeitsverteilung der Partikel. Es ist gut zu erkennen, dass die kleinsten Partikel am häufigsten auftreten. Aus dieser Häufigkeitsverteilung berechnet das Auswerteprogramm die Siebkurve, die in dem rechten Diagramm der 4 dargestellt ist. Aus der Untersuchung ergibt sich, dass die Bohrkern-Probe eine Korngrößenverteilung aufweist, die einen Anteil (Partikelanzahl) von 52 % an Körnern aufweist, die der Fachmann den Olivinen zuordnet.
• Die 1 zeigt schematisch die Vorrichtung zur Untersuchung von Bohrkern-Proben. Eine Bohrkern-Probe 1 wird von einer CCD-Zeilenkamera 2 mit einem Anschluss zum PC 3 abgetastet. Ein Strahlengang 4 erfasst eine Zeile 5 der Bohrkern-Probe 1. Durch eine getaktete Drehung der Bohrkern-Probe werden weitere Zeilen 5 aufgenommen, die zu einer zweidimensionalen Abbildung zusammengeführt werden.
• Aus der 2 geht das Verfahren zur Auswertung der Bohrkern-Proben hervor. Links oben ist das aufgenommene Bild dargestellt. Mit Hilfe des Bildbearbeitungsprogramms werden die Kontraste verstärkt (Image 6). Die Einstellung zeigt das „Histogram". Die ermittelten Parameter sind aus der Liste zu ersehen. Aus der Liste werden die beiden Diagramme erstellt.
• Die 3 zeigt die Oberfläche einer Bohrkern-Probe gemäß dem Ausführungsbeispiel.
• In der 4 ist die Korngrößenverteilung der Bohrkern-Probe des Ausführungsbeispiels dargestellt.

1

Bohrkern-Probe

2

CCD-Zeilenkamera

3

Anschluss zum PC

4

Strahlengang

5

Zeile

Claims (2)

1. Verfahren zur Untersuchung eines Bohrkerns zur Ermittlung von petrophysikalischsedimentologischen Eigenschaften, bei dem ein Bohrkern auf zwei parallel zueinander angeordnete Walzen gelegt wird, die mit einem getakteten Antrieb gedreht werden, so dass der Bohrkern um seine eigene Achse rotiert und der Bohrkern mit einer Erfassungseinheit abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Bohrkern eine zylindrische Bohrkern-Probe entnommen wird, die auf die parallel zueinander angeordneten Walzen gelegt wird und von einer Beleuchtungseinheit mit einem Schlitz beleuchtet wird, wobei durch den Schlitz mit einer digitalen Zeilenkamera, die mit dem getakteten Antrieb synchronisiert ist, quasikontinuierliche Bilder derart erzeugt werden, dass die Bohrkern-Probe vollständig in Form einer Abwicklung abgebildet wird und gleichzeitig durch ein Auswerteprogramm die Korngrößenverteilung der Bohrkern-Probe ermittelt und gespeichert wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit zwei parallel zueinander angeordneten Walzen, die mittels eines getakteten Antriebs gedreht werden können und mit einer Erfassungseinheit, die einen auf die Walzen gelegten Bohrkern, der dabei um die eigene Achse rotiert, abtastet dadurch gekennzeichnet, dass über den Walzen als Erfassungseinheit eine höhenverstellbare digitale Zeilenkamera mit einer Beleuchtungseinheit mit Schlitz angeordnet ist, und die digitale Zeilenkamera einen Anschluss zum PC aufweist.