DE1244309B - Verfahren zum Ermitteln der dielektrischen Eigenschaften von Formationen von einem Bohrloch aus - Google Patents

Description

DEUTSCHES #l# PATENTAMT DeutscheKI.: 21g-30/03 AUSLEGESCHRIFT ^{Nummer: 1244309}

Aktenzeichen: S 96649IX b/21 g 1 244 309 Anmeldetag: 20.April 1965

Auslegetag: 13. Juli 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln der dielektrischen Eigenschaften von Formationen, insbesondere von Gesteinsformationen, durch die hindurch sich ein Bohrloch erstreckt.

Es ist bereits bekannt, zwei Leiter in einem Bohrloch beweglich anzuordnen, wobei dieses Leiterpaar mit der zu untersuchenden Formation elektrostatisch gekoppelt wird. Die Leiter bilden dann zusammen mit der Formation eine Art Kondensator, wobei das Dielektrikum ganz oder teilweise durch die Formation gebildet wird. Den beiden Leitern wird eine elektrische Wechselspannung zugeführt, und die dielektrischen Eigenschaften, insbesondere die komplexe dielektrische Konstante, können aus der Messung bestimmter elektrischer Größen abgeleitet werden, bei denen es sich z. B. um einen Strom, eine Spannung, einen Strahlungswiderstand, eine Phasenverschiebung oder eine Frequenzänderung handelt. Die komplexe dielektrische Konstante setzt sich aus der eigenlichen dielektrischen Konstanten und den dielektrischen Verlusten zusammen, d. h. einem Glied ε', das der Stromkomponente zugeordnet ist, deren Phase gegenüber der angelegten Spannung um 90° verschoben ist, und einem Glied ε", das derjenigen Stromkomponente zugeordnet ist, welche mit der angelegten Spannung phasengleich ist.

Das Ergebnis dieser Messung wird verwendet, um die Eigenschaften der Formation zu deuten und insbesondere die physikalischen Eigenschaften des Gesteins abzuschätzen. In diesem Zusammenhang sei aus Gründen der Vollständigkeit erwähnt, daß für eine solche Beurteilung weitere Daten zur Verfügung stehen müssen, um die genannten Meßergebnisse zu ergänzen; hierauf wird im folgenden näher eingegangen.

Bei dem erwähnten bekannten Meßverfahren scheinen die gemessenen Werte ε' und ε" beide vom Salzgehalt der Flüssigkeit abzuhängen, die in der zu untersuchenden Formation vorhanden ist. Daher muß unter anderem dieser Salzgehalt bekannt sein, bevor man Schlußfolgerungen aus den Ergebnissen der elektrischen Messung ziehen kann.

Die Erfindung sieht numehr ein Meßverfahren vor, das es ermöglicht, eine zu untersuchende Formation zu beurteilen, und zwar auch dann, wenn der erwähnte Salzgehalt vorher nicht bekannt ist.

Gemäß der Erfindung werden die dielektrischen Eigenschaften der Formation mit Hilfe elektrischer Schwingungen gemessen, deren Frequenz zwischen etwa 150 und etwa 1500 MHz liegt und vorzugsweise etwa 200 bis 500 MHz beträgt.

Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß die

Verfahren zum Ermitteln der dielektrischen
Eigenschaften von Formationen von einem
Bohrloch aus

Anmelder:

Shell Internationale Research Maatschappij N.V., Den Haag

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. Frhn v. Pechmann, Patentanwälte,
München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Johannes Philippus Poley, Rijswijk (Niederlande) Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 22. April 1964 (6 404 386) —

as Größe ε vom Salzeghalt unabhängig ist, wenn die Formation mit Hilfe elektrischer Schwingungen gemessen wird, deren Frequenz in dem vorstehend genannten Bereich liegt. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß bei dem erwähnten bekannten Meßverfahren in jedem Fall mit Frequenzen von weniger als 15 MHz gearbeitet wurde; in diesem Fall hängen jedoch die Meßergebnisse in hohem Maße vom Salzgehalt ab.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist von besonderer Bedeutung für die Untersuchung ölhaltiger Formationen; in derartigen Gesteinsformationen stehen Öl und Wasser gewöhnlich in enger Berührung miteinander. Ferner haben Versuche nunmehr gezeigt, daß dann, wenn man das erfindungsgemäße Meßverfahren anwendet, die Verteilung von Öl und Wasser in der Gesteinsformation das Meßergebnis nicht beeinflußt. Daher ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Bedeutung, ob die Gesteinsformation z. B. mit Öl oder Wasser befeuchtet ist; bei dem bekannten Meßverfahren werden dagegen die Meßergebnisse durch das Vorhandensein von Öl oder Wasser beeinflußt.

Wendet man das erfindungsgemäße Verfahren an, richtet sich der Wert der Größe ε' nur nach der Porosität, dem Grad der Sättigung mit Wasser und der Art der Gesteinsformation. Wenn nun die Art der Gesteinsformation und die Porosität aus anderen

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Claims (2)

Messungen, ζ. Β. aus nach anderen Verfahren durchgeführten Messungen, bekannt sind, ermöglicht die gemäß der Erfindung durchgeführte Bestimmung von ε unmittelbar die Ermittlung des Wassersättigungsgrades der Gesteinsformation. Der Wert von ε" bleibt jedoch auch bei den gemäß der Erfindung durchgeführten Messungen vom Salzgehalt abhängig. Dann kann man den Salzgehalt aus dem Meßwert für t" ermitteln, der gewöhnlich gleichzeitig mit der Größe ε gemessen wird. Ist die Messung jedoch mit Hilfe des bekannten Verfahrens unter Anwendung niedriger Frequenzen durchgeführt worden, muß zunächst der Salzgehalt der Gesteinsformation bekannt sein, bevor der Wassersättigungsgrad mit mit Hilfe des Wertes von ε oder ε" bestimmt werden kann; außerdem richten sich diese gemessenen Werte häufig nach der Öl- und/oder Wasserverteilung, die es schwierig oder sogar unmöglich macht, zuverlässige Schlußfolgerungen aus den Messungen zu ziehen. Gemäß der Erfindung stehen zahlreiche Möglichkeiten zum Messen der Dielektrizitätskonstante einer Formation zur Verfügung. F i g. 1 zeigt schematisch eine Anordnung, die vorzugsweise benutzt wird, um die Dieelektrizitätskonstante zu messen. Zwei Elektroden 1 und 2 bilden die beiden Leiter, die innerhalb des Bohrlochs gegen die Bohrlochwand gedrückt werden können. Die Elektroden können senkrecht übereinander angeordnet und auf ihrer von der Bohrlochwand abgewandten Seite ganz oder teilweise mit einem isolierenden Material überdeckt werden; diese letztere Maßnahme ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Wird mit sehr hochfrequenten Schwingungen gearbeitet, wird in dem Bohrloch gewöhnlich eine geeignete Antenne, vorzugsweise eine Dipolantenne, angeordnet; diese Antenne wird gewöhnlich nicht gegen die Bohrlochwand gedrückt. Die Elektroden 1 und 2 bilden zusammen mit der Gesteinsformation und der gegebenenfalls in dem Bohrloch vorhandenen Flüssigkeit einen Kondensator. Mit diesem Kondensator kann ein fester oder variabler Kondensator 3 parallel geschaltet sein. Das Elektrodensystem wird einem Oszillatorkreis 4 magnetisch gekoppelt. Die Frequenz, mit der der Kreis 4 schwingt, und die Änderung dieser Frequenz, die bei einer Verlagerung des Elektrodensystems in dem Bohrloch eintritt, kann dadurch gemessen werden, daß man die erzeugte Frequenz z. B. über die in Fi g. 1 bei 5 angedeutete Verbindung mit einer festen Frequenz vergleicht, z. B. mit Hilfe einer Heterodynschaltung. Ferner ist es möglich, die Amplitude der erzeugten Frequenz und die Änderung dieser Frequenz z. B. dadurch zu messen, daß man gemäß Fi g. 1 bei 6 die Größe des Gitterstroms mißt. Das Gerät kann mit Hilfe bekannter Materialien geeicht werden. Aus den Meßergebnissen lassen sich die Werte für ε' und ε" ermitteln. Wenn die Messung gemäß der Erfindung bei Frequenzen von mehr als etwa 150 MHz durchgeführt wird, zeigt es sich überraschenderweise, daß die Großes' vom Salzgehalt der Flüssigkeit in der zu untersuchenden Gesteinsformation unabhängig ist. F i g. 2 veranschaulicht die Ergebnisse der Messungen von ε und ε", wobei die Meßwerte als Funktion der Frequenz aufgetragen sind, bei der die Messungen durchgeführt wurden. ίο Die Gesteinsformation, bei der es sich hier um Sandstein handelte, besaß eine Porosität von 15% und war mit Salzwasser gesättigt, so daß ein Salzgehalt von 15 kg/m3 vorhanden war. Aus dem Diagramm für ε folgt, daß der Wert von ε', der sich aus den Messungen ergibt, oberhalb einer Frequenz von etwa 150 MHz konstant bleibt; bezüglich des Wertes von ε" ist dagegen ersichtlich, daß sich dieser Wert auch bei Frequenzen von mehr als 150 MHz nach der Frequenz richtet. Wenn bekannt ist, um welche Formationsart es sich handelt (z. B. Sandstein), und wenn auch die Porosität der Gesteinsformation bekannt ist, wobei diese Angaben z. B. aus der Untersuchung von Bohrgut gewonnen werden können, z. B. durch Vergleich mit entsprechenden Formationen bei benachbarten Bohrlöchern oder mit Hilfe anderer Verfahren, z. B. des Neutronenuntersuchungsverfahrens, kann man den Wassersättigungsgrad der durchfahrenen Formation aus dem gemessenen Wert für ε ableiten, während der Salzgehalt aus dem gemessenen Wert für ε" bestimmt wird. In diesem Fall benutzt man graphische Darstellungen für die Art der betreffenden Formation, in denen ε' als Funktion des Wassersättigungsgrades aufgetragen ist, während ε" als Funktion des Wassersättigungsgrades und des Salzgehaltes bei der benutzten Meßfrequenz von z.B. 250 MHz aufgetragen ist. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ermitteln der dielektrischen Eigenschaften, insbesondere der komplexen dielektrischen Konstanten, von Formationen, durch die hindurch sich ein Bohrloch erstreckt, wobei in dem Bohrloch zwei Leiter angeordnet werden, die zusammen mit der zu untersuchenden Formation einen Kondensator bilden, an die elektrische Wechselspannung angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Eigenschaften der Formation mit Hilfe elektrischer Schwingungen gemessen werden, deren Frequenz zwischen etwa 150 und etwa 1500 MHz liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung mit einer Frequenz im Bereich von etwa 200 bis 500MHz durchgeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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