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Verfahren und Einrichtung zur selektiven Profilauinahme von Klüften
(sekundärer Porosität) in den mit Bohrlöchern aufgeschlossenen, dichten Reservolirgeateinen,
sowie der gesamten (sekundären und primären) Porosität von Reservoiren.
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Der Nachweis von Iltiften, Rissen und Hohlräumen in den von Bhrlöchern
durchquerten dichten Speichergesteinen bildet sowohl bei der Schürfung auf Erdöl
und Erdgas, wie auch auf Waser eine Wichtige Aufgabe der Tiefbohrungsgeophysik.
Insbesondere die karbonatisohen Lagergesteine, wie talkoteint Dolomit u.dgl. enthalten
zahlreiche Klüfte und Höhlen, und die sekundären Rohlräume in diesen Gesteinen überstieigen
oft das lass der zwischen den Geateinsteilchen vorhandene primären porosität, Die
Peststellung der Lküfte und Hohlräume ia diesen
Gesteinen bildet
ein ungelöstes Problem der Tiefbohrungsgeophysik, obwohl die Anwendung verschiedener
indirekt Methoden öfters bereits versucht wurde. sei einigen dieser Verfahren werden
radioaktive Isotopen (z.3. » 31) oder ferromagnetische Feilspäne mit Hilfe eines
geeigneten inerten Mediums vom Bohrloch aus in die Klüfte gepresst. Bus dem Unterschied
der vor und nach dem Einpressen aufgenommen Gamma-Profile, bzw der magnetischen
Suszeptibilitäts-Profile kann dann auf das Vorhandensein und die Verteilung der
K1fte geschlossen werden. Der gemeinsame Pehler dieser Verfahren besteht darin,
dass einerseits die indizierten Stoffe sich auch an den Unebenheiten der Bohrlochwand
absetzen und dort falsche Indikationen hervorrufen, andererseits diese Verfahren
rLr ein durchschnittliches, sog. Makro-Bild über die Verteilung der Kluft. ergeben.
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3ei den radioaktiven Verfahren mit Gamma-Gamma, Neutron-Gamma und
Neutron-Neutron Erregung wird die Indikation durch Aenderung des Bohrlochdurchmessers
stark verzerrt, und auch bier erhält man nur ein allgemeines Bild von den Klüften.
Das Gleiche gilt auch fUr die neuerdings angewendeten Ultra-Schall Profilaufnahmen.
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Um ein selektives Mikro-Bild zu erhalten wird zum Nachweis primär
pordser Spsichergesteine die gutbewährte Mikrowiderstand-Profilierung (Mikrolog)
und das Mikrolaterolog angewendet. Ersteres ist zur Feststellung einzelner Klüfte
nicht geeignet, da es die prosen Zonen durch Fest-Stellung des Schlammüberzuges
an der Bohrlochwand anzeigt, gegenüber von Klüften jedoch gewöhnlich kein Schlammbelag
sich bildet. Ausserdem werden die Indikationen des Mikrolog
auch
durch die Unebenheiten der Bohrlochwand störend beeinflusst, Das Mikrolog hingegen
kann nur Klüfte von mehr als 1 cm Weite nachweisen, die meisten Risse sind jedoch
enger als 1 mm.
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Das in der vorliegenden Arbeit angegebene Verfahren der selektiven
Kluft-Profilierung ermöglicht die selektive Feststellung von Klüften und tiefer
gelegenen Hohlräumen im anstehenden Gestein u.zw. bei Feinrissen von über 0,1 mm
Stärke - die ftlr die Flüssigkeitsspeicherung von Bedeutung sind - bis zu Klüften
von einigen Zentimeter Wetie. Wird dieses Verfahren mit dem üblichen Mikrolog oder
dem Mikrolaterolog und der Mikrolochweite-Profilierung angewendet, so gelangt man
tu dem selektiven Porositäte-Profilierverfahren gemäas der Erfindung, welches ein
vollständiges Bild über die Porositätsverhältnisse der dichten, vor allem karbonatischen
Speichergesteine, über die Tiefenlage der Zonen primärer und sekundärer Porositzt,
und über den Umfang der Porosität ergibt.
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Das Profilierverfahren und die hiezu dienende Einrichtung gemäss
der Erfindung wird im folgenden an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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In Fig. le ist die ansicht des Mikroelektroden-Systems, in Fig. 1b
dessen Längsschnitt, in Fig. 1c dessen Querschnitt dargestellt.
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Fig. 2a zeigt den über der MIkroelecktrode sich bildenden Potentialraum,
Fig. 2b zeigt schematisch den über einer Kluft befindlichen Elektrodensatz der Vorrichtung,
Fig.
3 zeigt den tatsächlichen Einsatz des Elektrodensystems.
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Fig. 4a und 4b zeigen den Speisestromkreis bei verschiedener Anordnung
des Elektrodensystems.
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Fig. 5 etellt die Beziehung zwischen gemessener Potentialdiffernz
und dem Messtrom dar.
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Fig. 6 dient zur prinzipiellen Erläuterung der bei der Messung vorliegenden
Verhältnisse.
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Fig. 7 zeigt die Charakterkurven des gemessenen Potentials und des
Messtromes.
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Fig. 8 zeigt eine andere Form der, gemäss Erfindung, angewendeten
Sonde.
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Fig. 9 zeigt eine beispielsweise Anordnungsskizze der Kluftprofilierungs-Einrichtung,
gemäss der Erfindung.
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Bei diesem Verfahren wird zum Nachweis von Klüf-. ten ein speziales
Mikroelektrodensystems nach Fig. 1. a,b,c, angewendet. Die Elektroden sind aui einer
aus Isolierstoff angefertigten Tragplatte 1 befestigt. Diese wird durch zwei Blattfedern
gegen die Bohrlochwand 3 gedrtickt, sodass die Elektroden von der Spültrübs 4 isoliert,
oder wenigstens abgeschirmt werden. Mit der ringftLrrnigen Speise-Elektrode 5 wird
ein Speisestrom kleiner Frequenz in die Bohrlochwand gesandt. Der Speisestrom erzeugt
einen Potentialraum, und die Aenderung (Diiierenz) des Potentials wird zwischen
der ringförmigen Messelektrode 6 (übliche Bezeichnung "M") und der im Mittelpunkt
der konzentrischen Ringe angebrachten Punkt-Elektrode 7)
übliche
Bezeichnung "K") Gemessen.
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Fig. 2a und b zeiten die charaktristische Bildung des Stromraumes
an der mit der horizontalen Ebene den Winkel α einschliessenden Spalte 8 von
der idealisierten Spaltweite h. Bei der nun folgenden ableitung der rmathematischen
Beziehungen wird - zwecks leichterer Veranschaulichung der Verhlätnisse- angenommen,
dass die Bohrlochwand eine ebene Fläche 9 von unendlicher Ausderhung ist, und dass
die Kluft durch die Isolisrplatte von der Spükltrübe 4 vollkommen isoliert wird,
Ven der speiseelektrode 5 (übliche Beseichnugn "A") fliesst Uber die schraffiert
dargestellten Ringsegdiente ein Strom von der Intersität "I"- jv Kingsenment also
1/2 - in die Kluft. Die Stronlieien sind durch die ausgenzogenen Lindien 11 veranschaulicht,
währand sich die Aequipotentialflächen gemäss den unterbrochen gezeichneten Linien
12 ergeben. Durch die ringförmige Messelektrode (;) 5 verläuft die Aequipotentialfläche
13, welche zu einer entfernteren- vom Zentrum der Sonde auf einige Meter in der
Bohrlochachse gedachten - fiktiven R-ierenz-Elektrode "N" das Potential Um besitzt,
wärend sich an der Punktelektrode (g) 7 die äquipotentiale Fläche 14 bildet, welche
zur Klektrode "N" ein Potential Uk besitzt.
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Der Untersohied zwischen diesen Potentialen, also die zur Messung
gelangende Potentialdifferenz, ergibt sich laut Gleichung (UM - UK)h = Ih #/hh C
/1/ Darin ist
2 C=1/2#ln@A/dA2-dM2 /2/ eine von den Abmessungen
der Elektrode abhängige Konstante. in den Gleichungen (1) und (2) bedeutet Ih die
Intensität des in die Kluft eintretenden Stromes, @ den spezifischen Widerstand
der in der Kluft befindlichen Flässigkeit, h Spaltweite, dA mittleren Durchmesser
des Speise-Elektredenrignes 5.gK den mittuleren Durckmesser des Mess-Elektrodenringes
6.
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Aus der Gleichung (1) ist au ersehen, dass das Mespotential (UM-UK)h,
von Mull ausgehend, verschiedene Werte annimmt, wenn das Elektrodensystem sich an
Spalten befindet. Kommt die zentrale Punktelektrode 7 genau auf eine Spalte zu liegen,
so ist die Grösse des gemessenen Potentials proportional der Intensität des in die
Spalte fliessenden Stromes, somit auch proportional dem Widerstande der Flüssigkeit,
welche die Spalte ausfüllt, und gleichzeitig umgekehrt proportional der Spaltweite.
Es muss besonders betont werden, dass die Grösse der Konstante C von der Spaltweite
h, dem Neigungswinkel α und dem Widerstand @ der die Spalte ausfüllenden Flüssigkeit
nicht abhängig ist. Die Unabhängigkeit der Kluft-Indikation von dem Neigungswinkelα
ist eine sehr vorteilhafte und wichtige Eigenschaft des Elektrodensystems, da die
einzelnen Klüfte mit beliebigen Werten des Neigungswinkelsα erscheinen können:
ihre räumliche Lage kann beliebig sein. Die Unabhängigkeit des Messpotentials vom
Neigungswinkelα ist
dadurch gewährleistet, dass die Speiseelektrode
5 und die Wesseletktrode konzentrische Ringe sind, mit der Punktelektrode 7 als
Mittelpunkt Für das Potential des Messringes M (Messeltkrode 6) kann folgende Gleichung
aufgestellt werden: (UM)@-(I)@ 5/ Q /3/ h Dnrin bedeutet 1 4 R2 Q=@ ln=# /4/ 2#
dA2-dM2 In dem Ausdruck /4/ für die Konstante Q erscheint ausser dem Durchmesser
der Ringelektroden auch der Faktor R, welcher den äquivalenten Abstand der Messalektroden
von der entfernter gedachten, fiktiven Reierenz--Elektrode X bedeutet.
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Bei dem Nachweis von Klüften wirkt es störend, dass die Bohrlochwand
meist keine ideale Zylinderfläche darstellt, sondern aus verschiedenen Gründen uneben
ist.
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Deswegen liegt die Tragfläche 1 an der Bohrlochwand nicht vollkommen
auf, dondern es entsteht - wie aus Fig. 3 ersichtlich-zwischen dem Elektrodensystem
und der Bohrloch wand 3 ein mit Flüssigkeit ausgefüllter Zwischenraum 15 von der
Stärke L , welchen der von der Speiseelektrode in der ganzen Breite des Ringes "A"
fliessende Speisestrom durchqueren muss. Durch diesen verzerrenden Effekt werden
die normalen mikrologischen Messungen zum Nachweis von Klüften vollkommen unklar,
das selektive Kluftporfilierungs- , verfahren, gemäss dar Rfindung, bietet Jedoch
hiegegen
Schutz. Dieser Schutz besteht darin1 dass sich bei einem
"Abstehen"# der Grundplatte von der Bohrlochwand ein Stromraum entsteht, der von
dem in der Kluft zustande kommenden vollkommen abweicht, wie dieses in Fig. 3 veranschaulicht
ist, und dass die unterschiedliche Bildung der Stromräume durch die gemessenen charaktristischen
Werte des Potentials von dem Messystem erkannt werden kann. In Fig.3 stellen die
ausgezogenen Linien 11 die Stromlinien, die unterbrochenen Linien 12 die äquipotentialen
Flächen dar.
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Im vorliegenden Falle stimmen die Potentialwerte des Ringes "M" und
der Punktelelftrode "K" mit guter Näherung überein, da der durch den Speise strom
erzeugte Stromraum sich nur bis zu einer geringen Tiefe in das durch den Speisering
A beherrschte Feld hineinzieht: Das Iiinere des speisenden Rirges ist vor dem Speisestrom
abgeschirmt, da dieser keine Möglichkeit hat, in dieser Richtung abzufliessen. Im
Sinne des Gesagten nimmt die gemessene Potentialdifferenz bei einem "Abstehen" !
mit guter Näherung den Wert Null an, laut Gleichung: (UK-UK)##0 /5/ Hiebei ist das
Potential des Ringes M zu der entfernter gedachten fiktiven Referenz-Elektrode:
(UM)#=(I)#9/##P (1+k#,1), /6/ Den Wert P ergibt die Gleichung: P=1/2##do/dA /7/
In den Gleichungen /6/ und A7/ bedeutet (I) die
Intersität $des
Speisetsromes, #des Abstand der Elecktroden--Trogplatee 1 von der Bohrlochwand 3,
das heisst also die Grösse des Widerstandes. Die Konstante P ist eine vom mittleren
Durchmesser der Speiseelektrode und von Durchmesser d der Kreisförmige Flektrodentragplatte
1 ahängige Grösse. k#,1 ist eine additive Korrektion, kleiner als 1, mit weloher
Jener Umstand berücksichtigt wird, das bei einem "Abstehen#" der Speisestrom nicht
nur den Widerstand des Durchfliessens des ringfömrigen Raumes von a-Stärke zu überwinden
hat.
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Aus dem Vergleich der Gleichungen /1/ und /5/ ist zu ersehen, dass
das gemessene Potential in kennzeichender Weise die Klüfte von den klüfefreien Abachnitten
derblossen isolierenden Bohrlochwand unterscheidet, trotzdem der Speisestrom in
beiden Fällen aus dem Speisering A abfliessen kann (im letzteren Pall wegen des
Widerstandes# ).
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Der Erdwigswiderstand RA der ringförmigen Speiseelektrode A kann
während des Profilierens sehr hohe Werte ahnehmen (z.3. wenn die Sonde an einer
spaltenfreien, blossen, isolierenden Bohrlochwand aufliegt). Daneben kann sich der
Wert RA in weiten Grenzen ändern, (da in der Schichtenfolge auch Tonschichten vorkommen,
die einen sehr geringen Widerstandwert $aufweisen).
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Nach Gesagtem lässt sich die Messung nicht leicht in der weise ausführen,
dass der von der Speiseelektrode A entsendete Speisestrom (I) auf stabilem, konstantem
Wert gehalten wird: einfacher ist es eine Spannungsquelle von der stabilen Spannung
Ug im Speisestromkreis zu benützen. In diesem Falle wird der Speisektromabschnitt
zwischen den Elektroden
A und B nach dem Prinzip der Spannungsgenerstoren
verwirklicht, dass heisst der innere Widerstand R dieses Abschnittes wird - im Vergleich
zum Erdungswiderstand Rk der Speiseelektrode A- auf einem niedrigen Jert gehalten.
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Fig. 4a stellt den von einem Wechselstromgenerator mit der Spannung
Ug gespeisten Speisestromkreis dar, dessen innerer Widerstand zwischen den Elektroden
A und B Rg beträgt. RA ist der Erdungswiderstand der Speisellektrode A, der Widerstand
der an der Tagesoberfläche geerdeten Speiseelektrode B hingegen ist dein und kann
in der Praxis vernachlässigt werden.
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Die Intensität (I) des in die Erde fliessenden Messtromes wird nach
Fig. 4a durch folgende Beziehung ausgedrückt: Ug Rg + (Der Nechselstromgenerator
von der Spannung erzeugt zweckmässig eine niedrige Frequenz, deshalb können beim
Schreiben der Gleichung für die Intensität des Messstromes die reaktiven Blemente
des Stromkreises ausser Betracht gelassen werden.) 3ei Wahrnehmung einer Kluft gestaltet
sich die in die Kluft eindringende Messtromintensität (I)h und die gemessene Spannung
( (UM - Ur )h bei Anwendung der konstanten Generator-Spannung Ug folgendermassen:
Der in der Gleichung /8/ erscheinende Widerstand wird beim Erkennen einer Spalte
zu:
(UA)h (RA)h-# (I)h In diesem Ausdruck bedeutet (UA)h das Potential
des Speiseringes k in jenem Koment, in welchem die zentrale Electrode K gerade gegenüber
der Spalte zu liegen kommt.
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Anstelle des Potentials des Speiseringes k kann auch das nicht viel
kleinere Potential [: (UM)h:] des Messrings M genommen werden, wenn der Unterschied
zwischen den beiden Potentialen durch die Einführung einer additiven Konstanten
kh berücksichtigt wird. Gleichung /9/ lautet dann: (UM)h (RA)h = (1+kh) (I)h /10)
wird in die Gleichung /10/ (UM)h in der durch Gleichung /3/ gegebenen Form eingesetzt,
so erhält man: (R)Ah=(1+kh)@/b#Q /11/ Wird der durch Gleichung /11/ gegebene Erdungswiderstand
des Speiseringes A in die Gleichung /8/ eingesetzt, so erhält man die Gleichung
als Funktion des Messstromes (I)h bei konstanter Generatorspannung Ug: (#)h =Rg+(1+kh)9/P
Q 42/ Aus der Beziehung /12/ ist zu ersehen, dass die Intensität des in die Spalte
eintretenden Messtromes mit der Zunahme der Spaltweite h zuninimt, mit dem Anwachsen
des spezifischen Widerstandes 9 der die Spalte ausfüllenden
Flüssigkeit
Jedoch abnimmt.
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Wird der durch Gleichung /12/ für den Messtrom gegebene Ausdruck
in die Gleichung /1/ eingesetzt, so erhält man die Gleichung für das bei der Wahrnehmung
der Kluft gemessene Potential, unter Anwendung der Generatorspannung Ug s 9/h C
(UM0- - UK)h= g Ug /13/ Rg+(1+kh) @/h Q Da der innere Widerstand des Spannungstransformators
Rg im allgemeinen-mit dem Erdungswiderstand de3 Speiseringes verglichen - klein
ist, kann in der Gleichung /13/ Rg vernachlässigt werden. Auf diese Weise erhält
man als einfachere Form der gemessenen Spannung die Gleichung: C 1 (UM-UK)h#Uk Q
# 1+kh /14/ Die prüfung des Ausdruckes /14/ ergibt, dass bei konstanten Grössen
C, Q, und kh ein konstanter Bruchteil der Generatorspannung das gemessene Potential
(UM UK)h bilden wird. Die Konstante C ist wälirend der Profilierung unveränderlich
L: siehe Gleichung /2/ :] , die Konstante Q dagegen [:siehe Gleichung /4/ :] kann
sich während der Profilierung - infolge der Veränderlichkeit der äquivalenten Entfernung
R zwischen dem Zentrum des Elektrodeneystems und der fiktiven Referenz-Messelektrode
N-ändern. i kann sich- entsprechend der tatsächlichen Geometrie der Klüfte in gewissen
Grenzen ändern.
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Es soll nun untersucht werden, auf welche gleise die gegenüber klüftefreier,
blosser, isolierender Bohrlochwand, bei einem "Abstehen" # und bei Anwendung der
konstanten Generatorspannung Ug entstehende Messtrom--Intensität /I/ kennzeichnet
werden kann.
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Den Erdungswiderstand der Speiseelektrode ergibt - bei einem "Abstrahen"
# der Elektroden-Tragplatte von der blossen, isolierenden Bohrlochwand ergibt die
Gleichung: (RA)# = (UA)# /15/ (I)# worin (UA)# die Spannung des Speiseringes bedeutet.
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Anstelle der Spannung des Speiseringes kann auch hier - unter Verwendung
eines additiven Korrektionsgliedes k#,2 - das Potential des Messringes M (UM)# eingesetzt
werden. Dadurch nimmt die Gleichung /15/ für den Erdungswiderstand des Speiseringes
folgende Form an: (UM) (RA)#=(1+k#,2)#= /16/ (I)# =(1+k#,2 @/##P(1+k#,1) In diesem
Ausdruck wurde in der zweiten Zeill anstelle von (UM) die durch die Gleichung /6/
gegebene Form in Betracht geozgen.
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Wird der Erdungswiderstand des Speiseringes laut Gleichung /L/ in
den allgemeinen ausdruck nur den Messtrom /s/ eingesetzt, so erhält man die Gleichung:
Aus dieser Funktionsgleichung ist zu ersehen, dass bei einem Abstehen # von der
Bohrlochwand und der Anwendung einer konstanten Generatorspannung Ug die Intensität
(I) des Speisetstromesmit der Zunahme des Abtadnwertes # ansteigt, jedoch mit dem
Anwachsen des spezifischen Widerstandes 9 der zwischen der Elektrodentragplatte
und der Bohrlochwand befindlichen Flüssigkeit (Spültrübe) abnimmt.
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Es entsteht also ein Speise strom von endlicher Grösse uch wenn das
Elektrodensystem sich an der klüftefreien, blossen, isolierenden Bohrlochwand befindet
(da # niemals den idealen Nullwert erreicht), daher könnten allein auf Grund der
Speisestrom-INtensität die Klüfte von den Klüftefreien Abschnitten der blossen,
isolierenden Bohrlochwand nicht unterschieden werden.
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Bei konstanter Generatorspannung Ug kann aus der Intensität des in
die Kluft fliessenden Messtromes auf die Weite h der Kluft geschlossen werden. lus
der Gleichung /12/, welche die Intensität des in die Kluft fliessenden Messtromes
£r Jenen Fall angibt, bei welchem das Zentrum des Elektrodensystems K sich genau
über der Kluft befindet, kann die Kluftweite h laut Gleichung (I) h=h (1+kb)@ Q
/18/ Ug (I) h.R g ermittelt werden.
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Ist der innere Widerstand der Generatorspannung Rg klein, so kann
in Gleichung /18/ der durch den Widerstand Rg verursahte Spannungsabfall gegenüber
der Generatorspannung Ug vernachlässigt werden. Man erhält dadurch für die Spaltweite
der Kluft h den einfacheren Ausdruck (I)h h=# 1+kh)# Q /19/ Ug Aus der Funktionsgleichung
/19/ ist zu ersehen, dass bei Anwendung einer konstanten Generatorspannung Ug die
Kluftweite h proportional ist der INtensität (I)h des in die Kluft fliessenden Messtromes.
Die Linearität dieser funiftionalen Beziehung wird nur dadurch gestört, dass die
darin erscheinenden Grössen während des Profilierens sich in geringem Masse ändern
können.
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Bs gibt auch solche Fälle, bei welchen das Elek-. trodensystem an
den Klüften nicht vollkommen auf der Bohrlochwand aufliegt. Hiedurch entsteht ein
"gemischter Fall" für den durch ide Kluft, und den durch das "Abstehen" # gebildeten
Stromraum. Vom Speisering A fliesst Messtrom in die Kluft, und Messtrom fliesst
auch unmittelbar durch den Spelt # in das Bohrloch. Für diesen gemischten Fall zeigt
Fig. 4b das äquivalente Schaltbild des Speisestromkreises. Der in die Kluft eindringende
Strom fliesat vom Speisering A durch den Widerstand $Rh, A-M bis zum Messring M,
von dort duroh den Widerstand Rh,M-K zu der itber der MIttelpunkts-Messelaktrode
r befindlichen äquipotentialen Fläche, und schliesslich von dieser Aequipotentialfläche
durch
den Widerstand h.K-B der Kluft zu der Stromrückführung-Electrode B. Der zwischen
dem Messring 1.: und der Stromrückführungs-Electrode durch die Kluft gegebene resultierende
liderstand ist in Fig. 4b mit Rh,M-B bezeichnet.
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Die andere Komponente des Speisestromes-welche durch den Spalt #
unmittelbar indie Spültrübe gelangtfliesst vom Speisering über den Widerstand R#,A-M
zu der über dem Messelektrodenring M gebildeten Aequipotentialfläche, von dort über
den Widerstand R#, M-B durch den Spalt# und die Spültrübe in die Elektrode B.
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Die beiden-ptrallel verbundenen - Stromzweige der Speiseelektrode
A besitzen in den Punkten K ein gleiches Potential (das Potential des Messringes
M), sodass die beiden parallelen Zweige in diesem Punkte verbunden gedacht werden
können. Der resultierende Widerstand des Abschnittes zwischen den Punkten A und
E ist in Fig. 4b mit Rh#,A-M, der Widerstand des Stromflusses zwischen den Puntken
M und B ist mt Rh#,M-B bezeichnet.
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Gemäss Fig. 4b können die Ausdrücke für den Messtrom (I) h und das
gemessene Potential (UM-UK)h bei konstanter Generatorspannung folgendermassen aufgeschrieben
werden.
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Die Gleichung für die Intensität des messtromes lautet Ug )h#=# /20/
Rg+Rh#,A-M+Rh#,M-B
Die Gleichung; für das gemessene Potential hingegen
kann in der Weise aufgestellt werdne, dass der in der Kluft zwischen den Messpunkten
M und K entstehende Widerstand Rh,M-K mit der Stromkoponente des in die Kluft eintretenden
Stromes multipliziert wird, laut Gleichung: Ug-(I)h##Rh#,A-M )h#=##Rh,M-K /21/ Rh,M-B
In dem Ausdurck /21/ für das gemessene Potential können die Widerstände Rh,M-K und
Rh,M-B mit Verwendung der Gleichung /1/ und /3/ gut angenähert folgendermassen angegeben
werden: # (UM - h - 9 C/22/ Rh,M-K=(I)@=h und Rh,M-B=@/(I)h=@/h Q /23/ Werden die
Ausdrücke /20/, /22/ und /23/ in Funktionsgleichung /21/ eingesetzt, so erhält man
für das gemessene Potential die Gleichung
| 0 |
| () hA i « [ [g+Rha t]/24/ |
| und mit Vernaohlässigung von R |
| 0 T (1/251 |
| \"w~ Ug L ,Li-B 01 >=/2/ |
Die Analysierung der mit Gleichung /20/ für und mit Gieichung /24/ für (Um-UK)h#
gegebenen Au~ BAD ORIGINAL -17- 909881/0269
drücke zeigt klar,
dass die beiden Grössen von der Spaltweite h und dem Kasse des Widerstandes # abhängig
sind. Scmit bilden in den gemischten Fällen von klüften und #-Widerständen, bei
konstanter Generatorspannung Ug, die Funktionsgleichtungen des gemessenen Potentials
und des Messtromes ein Gleichangssgstem mit zwei Unbekennten (h und #), dessen allgemeine
Form (UM-UK)h#=fu (h,#) /26/ Ihn fi (h, #) lautet /27/ Den spezialen Grenzfall des
aus den GLeichungen /26/ und /27/ bestehenden ALlgemeinen Gleichungssystems bildet
das durch Gleichune /12/ und /19/ egebene, die reine Kluftindikation bei #= 0 anzeigende
Gleichungssystem. Einen anderen spezialen Fall des allgemeinen Gleichungssystems
bildet das bei h = O für das "Abstehen" # gültige, durch die Gleichungen /5/ und
/7/ gegebene Gleichungssystem.
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Durch die anlytische Untersuchung der angeführ-Gleichungen ten/und
den physikalischen Vergleich von Fig. 4a und 4b kann nachgewiesen werden, dass,
wenn man von dem durch die Gleichungen/13/ udn /12/ kennzeichneten reinen Fall der
Klüfte ausgeht und dem Abstehen LE endliche # -Werte erteilt, der Wert von (UM-UK)h#
- gegenüber den im Fall # =0 angenommenen Werte=sinken, der Wert von (I)h# hingegen
steigen wird, wenn h auf konstantem Werte gehalten und gleichzeitig gesteigert wird.
In den gemischte Fällen
der Klüfte und #-Abstände wird daher das
gemessene Potential kleiner sein, als im Fall reiner KlUite ohne "Abstehen", es
wird Jedoch grösser sein als der für den Fall des Klüftelosen, reinen "Abstehens"
charakteristische Null-Wert, laut der Bedingungsgleichung: 0=(UM-UK)# <(UM-UK)h#
<(UM-UK)h /28/ ferner, in obigem Sinne (I)h # >(I)h Fig. 5 zeigt dae Bild
des durch die Gleichungen /26 und 27/ gegebenen allgemeinen Gleichungssystems bei
konstanter Generatorspannung, konstantem Widerstandswert P der die Klüfte ausfüllenden
Flüssigkeit, ferner bei konstanten Werten der im Gleichungssystem erscheinenden
Grössen C, Q, P, kh, K#,1 und K#,2. Auf der Ordinatenachse sind die gemessenen Spannungodifferenzen
(UM-UK), auf der Abszisse aber die Messtromwerte (I) aufgetragen. In dem Diagramm
sind zwei Kurvenscharen zu sehen: Der Parameter der ausgezogenen kurven ist die
Spaltweite h; die Reihenfolge ihres Wertanstieges ist mit hl, h2, h3.... bezeichnet.
Der Parameter der unterbrocken gezeichneten kurven ist das Mass des Abstehens; seine
Werte steigen in der Reihenfolge # 1, #2, #3, ...... an. Die striohpunktierte Abszissenlinie
mit der Ordinate (UM-UK)h gibt den geometrischen Ort für die Indikationen allein
der Klüfte (ohne Abstahen von der Bohrlochwand). Die Punkte für die "Abstah"-Werte
ohne Ilüfte liegen auf der Abszissenachse mit dem Ordinatenwert
(UM-UK)#
= 0, während die "gemischten" Fälle von klüften und Ab stehen den durch diese beiden
begrenzenden Abszissenlinien gegebenen Bereich einnehmen (der Streifen der Kurven
mit den Parametern h und #).
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Die Lage eines Punktes, der mittels der abgelesenen Profilwerte (UM-UK)
und (I) im Diagramm, Pig. 5, bestimmt wurden, entscheidet demnach, ob sich in der
untersuchten Tiefe eine Kluft befindet, ferner erhält man durch Interpolation die
Weite h der fluft und die Grösse des eventuellen Abstandes # Dem Diagramm in Fig.
5 ähnlich aufgebaute Wertungs-Kurvenscharen können auf mathematischen Wege, oder
zweckmässig durch Modellversuche für verschiedene Sondenmasse, 3ohrlochdurchmesser
und geometris nennwerte der klüfte entworfen werden.
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Aus den Profilen müssen die Werte (UM-UK) und (I) an jenen Tiefenpunkten
abgelesen werdne, an welchen die zentrale Meswelektrode K sich gerade mit der Kluft
asakt; die Elektrode K wird dadurch zum sog. Tiefenbezugs-@@@@ dedr Sonde. Diese
erwähnten Tiefpunkte sind in den P@@@ilen loicht zu erkonnen, sie bilden zümlich
lekale @@@@@@ Werte: zeharfe örtilche Nöchswerte im (UM-UK)-@@@efil und weniger
zeharfe Nöchstwerte im (I)-Profil. Der Verlauf des Profililinien in der Eäke dieser
Punket ist @@@@alb eiaes Tiefenintervalls ven =dA/g aufwärte und @@-@rte seiezn
@ @@tritsk, da die NIttelpinrte-Plektrede Es das Sy@@@@@@ trem des Plektredensyet@@@
derstollt.
-
@@@@@@@ sell, @@@cht werden, weleke @@@es @@@@@ Mi@@@@@il@@@@@@ @@@
@@@
der Erfindung, die von Klüften durchzogenen und die klüftefreien
dichten Abschnitte von jenen Bohrloohzonen ru unterscheiden vermag, die eine primäre
Porosität besitzen oder aus Impermeabeln, elektrisch leitenden Gesteinen bestehen.
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Wenn dae selektive kluftprofilierung-Elektrodensystem sioh (gemäss
Fig 1) in einem Bohrlochabschnitt von primärer Porosität, oder in einem impermeabeln,
Jedoch einen niedrigen elektrischen Widerstand besitzenden Bohrlochteil befindet,
dann breitet sich der Strom des Speiseringes A mit einem Raumwinkel von angenähert
2# in dem durch die Elektroden-Tragplatte als Isolierfläche begrenzten, elektrisch
leitenden Halbraum in Jeder Richtung aus.
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Zwecks einfacher mathemastischer Erärterung der Verhältnisse sei
mit Näherung angenommen, daßs der Ausbreitungsraum des Stromes ein Halbraum sei,
der von einem Isolierblatt unendlicher Ausdehnung begrenzt wird, und den spezifisehen
Widerstand (des Gestiens) # besitzt. Unter dieser Voraussetzung kann das gemessene
Potential aus folgender Gleichung errechnet werden:
Die in den Gleichungen /30/ und /31/ erscheinenden Grössen und
das bei ihrer Aufstellung benützte polare Koordinatensystem ist aus Pig. 6 ersichtlich.
In diesem Bilde stellen die unterbrochen ausgezogenen Kreise die Mittellinien der
Speiseelektrode A und der Messelektrode M dar. Da angenommen wurden, dass der unendliche
leitende Halbraum homogen (#t-konstant) ist, besitzt jeder Punkt es des Messringes
M das gleiche Potential. Daher genügt das Potential des Messringes 1 in einem einzigen
Punkte anzugeben: in Fig. 6 wurde hiezu der Punkt PM gewählt. Der den AUsgangs-(Null-
)punkt K mit Punkt P verbindende Leitstrahl bildet die Ausgangs-Halbachse des polaren
toordinatensyotemae Der Polarwinkel des Koordinatensystems ist im Bilde mit 9 bezeichnet.
Die in Integralausdruck /30/ erscheinende Entfernung t, deren Wert mit der Gleichung
/31/gegeben ist, erscheint im Bild als Entfernung zwischen den Punkten P und Die
Intensität des in das Gestein vom Widerstandswert t bei konstanter Generatorspannung
Ug eintretenden Messtromes erhält man - gleichfalls in Polarkoordinaten, gemäss
Pig. 6 - aus der Gleichung:
Die in dieser Gleichung erscheinende Entfernung tA ist
Darin bedeutet: IA den Halbmesser des äquivalenten Erdungsringes
der ringförmigen Speiseelektrode A (in Fig.6. wurde ein stück 16 des Speiseringes
A und der Radius des äquivalenten Ringes eingezeichnet), welcher angenähert der
halben Stärke des Klektrodenringes entspricht. Wird die durch die Gleichung /32/
engegebene Intensität (I)ep des Messstromes in die Gleichung /30/ eingesetzt, so
erhält man bei konstanter Generatorspannung Ug di. Funktionsgleichung für das gemessene
Potentials
Wenn in dem Neur@@@@@@@@ @@@@@@@ ger Beziehung Rg vernachlässigt wird, @@lgende
# £ vernachlässgt wi einfachere Form der Gleichung
Die Prüfung der Gleichungen /32/ und /3@@@@ zu@@ /33/ ergibt,
dass
in Gesteinen von primärer Porosität, bzw. in impermeabeln, Jedoch elektrisch lsitfähigen
Gesteinen die Intensität des Speisestromes umgekehrt proportional dem Widerstand
#t des Gesteines iat, das gemessene Potential hingegen nur in vernachlässigbarem
Masse (bei einem kleinen inneren Widerstandswert Rg des Spannungsgenerators überhupt
nicht) vom WIderstand #t des leitenden Gestieines abhängig ist.
-
Der Wert von (I)@@ ist im allgemeinen grösser, als ep die in den
klüftigen Geßteinsabschnltten zustandekommende Stromintensität (I)h. Der gemessene
Potentialwert (UM-UK)ep hingegen ist in der Regel kleiner, als der in den lküftigen
Gesteinsabschnitten auftretende (UM-UK)h-Wert, Jedoch können allein aui Grund der
gemessenen Parameterwerte die Abschnitte leitenden Gesteines von den klüfteigen
oder dichten Bohrlochabschnitten mit Sicherheit nicht unterschieden werden. Diese
Unterscheidung wird erst durch die Konfiguration der von dem gemessenen Potential
(UM-UK) und den Messtrom (I) aufgenommenen Profile, das heisst ihres in den eintelnen
Bohrlochabschnitten für die Klüftigen, bzw. dichten, sowie für die primär porösen
oder impermeabeln, jedoch alektrisch leitanhen Gesteinszonen kennzeichnenden Verlaufes
ermöglicht.
-
Der chereakteristische Verauf der mit dem selektiven Kluftebestimmungsverfahren,
gemäss Erfindung, aufgenemmenen (UM-UK) - udn (I)-Profile wird durch Fig. 7 veranschaulicht.
Im Abschnitt 1 liegen dichte Gesteine ver, deren spezifischer slektrischer Widerstand
sehr gross ist: Das Gestein selbst kann als ein elektrisch isolierender
Stoff
angesehen werden und nur die in den Klüften befindlicht Flüssigkeit bildet im Gestein
elektrisch leitende Kanäle. Im Bohrlochsbschnitt I durchqueren an den Stellen A,
B und 0 Klüfte die Bohrlochwand. Das Potentialprofil zeigt entsprechend der Gleichung
/14/ bei diesen Klüften scharfe Selektivspitzen an. Die Grösse der Indikationen
ist bei den drei Klüften nicht unbedingt dieselbe, da die Grössen Q und Kh aus Gleichung
/14/ an verschiedenen Klüften etwas abweichende Werte annehmen können. An den Abschnitten
zwischen den Klüften, das heisst an den Klüftelosen isolierenden Abschnitten der
Bohrlochwand im Intervall I zeigt das Potential-Protil entsprechend der Gleichung
/5/ einen Null-Wert an: die Kennlinie iolgt der Grundlinie des Profils.
-
Das Profil der Messtromintensität zeigt im Abschnitt I an den Klüften
A,B und C lokale Maximalwerte an in der Tiefenlage der kluitfrefon, blosaen, isolierenden
Bohrlochwand-Abschnitten fällt die Profilkurve des Stromes im allgemeinen nicht
auf Null zurück, da A = 0, der ball ohne Abstehen von der Bohrlochwand, infolge
der unvollkommenen Auflage der isolierenden Elektroden-Tragplatte 1 nicht eintreten
kann. In den bilden Lochwandabschnitten zwischen den Klüften kann sich die Strominitensität
in weiten Grund sein, der Grösse des Jeweiligen Abstandes entsprechend ändern.
-
Hinsichtlich des Abschnittes I kann festgestellt werden, dass die
Potentialkurve und die Stromkurve an den Klüften in gleicher Weise örtliche Höchtewerte
anzeigen.
-
Der Bohrlochabschnitt II besteht aus primär porösem, elektrisch leitendem
Gestein. Der Widerstand des Gesteins beträgt im Abschnitt II/a # tl, im Abschnitt
II/b
mit einem höheren Wert als vorher #t,2.
-
Das Potentialprofil zeigt im Abschnitt II, entsprechend Gleichung
/34/ einen monotonen endlichen Wert. Der angezeigte Potentialwert kann im Gesteinsabsohnitt
mit dem grösseren Widerstand (II/b) etwas grösser sein, als in dem von kleinerem
Widerstand (II/a). (Wenn der Speisestromkreis einen idealen Spannungs-Genaratorkreis
(Rg=0) bilden würde dann das Potentialprofil an den elektrisch leitenden Gesteinsabschnitten
von verschiedenem Widerstand, die gleichen Indikationen geben).
-
Das Stromprofil verläuft gleichfalls monoton2 es zeigt entlang der
BOhrlochabschnitte, die aus elektrisch leitenden Gesteinen von konstantem pesifischet
Widerstand bestehen, konstante Stromintensitäten an. Die Intensität des Meßstromes
ist - der Gleichung /32/ entsprechendumgekehrt proportional dem spezifischen Widerstand
des leitenden Gesteins, es ist also die Messtromintensität im Bohlochabschnitt mit
dem Widerstand #t,2 kleiner, als im Abschnitt, dessen Widerstand 11 beträgt.
-
Bs kann festgestellt werden, dass in den aus elektrisch leitenden
Gesteinen gebildeten Bohrlochabschnitten II sowohl die Kennlinie des gemessenen
Potentials, wie auch die Strom-Profillinie immer vom Null-Wert verschiedene, endliche
Werte anzeigen, das Bild der Profile ist monoton, und an den Stallen mit wachsendem
spezifischem Widerstand # steigt die Indikation des Potentiaplrofils, während die
Indikation des Stromprofils abnimmt.
-
Auf Grund des gezeigten charakteristischen'Yerlaufes der Profile
können die klüftigen, bzw. dichten Bohrlochabschnitte
von den
primär porösen oder den impermeabeln, elektrisch leitenden Gesteinszonen des Bohrlochs
gut getrennt werden.
-
Es ist zu erwähne, dass in dem Palle einer Zunahme der Kluftdichte,
wenn also in der Bohrlochwand. die Klüfte dicht aufeinander folgen und der Abstand
der Klüfte von einander mit dem Ringdurchmesser dA der Speisestrom-Elektrode A der
selektiven Kluftprofilieruingssonde vergleichbar wird, das Potentialprofil bei den
isolierenden Bohrloch wand-Abschnitten zwischen den Klüften nicht aui Null zurücksinkt,
Jedoch noch immer stark veränderlich bleibt, und diese Eigenheit auch weiter die
von Klüften dicht durch zogenen Bohrlochabechnitte deutlich von den aus elektrisch
leitenden Gesteinen bestehenden Bohrlochabschnitten unterscheiden last, in welchen
das Potentialprofil nicht einen variabeln sondern einen monotonen Verlaui besitzt.
- Mit der Zunahme der Kluftdichte @ähert sich das Speichergestein -hinsichtlich
der elektrischen Stromleitung sowie der hydrodynamischen Strömungseigenschaften-den
primär Porösen Speichergesteinen, und dementsprechend nähert sich auch in den von
Klüften reich durchzogenen Bohrlochabschnitten der Verlauf der Spannungs- und Stromkurven
bei dem selektiven Kluftprofilierungsverfahren dem in den elektrisch leitenden Bohlochabschnitten
erhaltenen Profilbild.
-
Aus gesagtem geht klar hervor, dass das selektive Kluftprofilierungs-Verfahren,
gemäss Erfindung, für die individuale Indikation der in elektrisch isolierendem
Geetein befindlichen, mit leitender Flüssigkeit ausgeföllten
Klüften
geeignet ist. Die in Fig. 5 dargestellten Wertungs-Kurvenscharen geben die Möglichkeit,
auf Grund der gemessenen Spannungs- und Stromindikationen, die Weite der Klüfte
in unmittelbarer Umgebung der Bohrlochwand zu schätzen.
-
Eine genaue Bestimmung der Weite der Klüfte ist mit diesem Verfahren
nicht möglich, da einerseits von der Weite der klüfte gewöhnlich nur in lokalem
Sinne gesprochen werden kann - da Ja die Kluftweite in ihrer Erstreckung sich von
Punkt zu Punkt ändern kann -, andererseits wie bei der Erörterung von Fig. 5 bereits
erwähnt wurde - die die Grösse der Indikationen beeinflussenden Grössen Q kh, K#,
2 und K#,2 von Kluft zu Kluft sich ändern, und daher entlang des profilierten klüftigen
Bohrlochabschnittes nicht als konstant angesehen werden können.
-
Die Einführung der Konstanten kh und K#,2 wurde dadurch erforderlich,
dass die Intensität (I) des durch den Speisering A in die Bohrlochwand eintretenden
Stromes durch den Kontaktwiderstand Rc Jenes elektrochemischen Häutohens, welches
sich an der Berührungsfläche der Speiseelektrode mit der Spültrübe bildet, beeinflusst
wird. Mit anderen Worten: Es muss beim Aufschreiben des 8peiseelektroden-Potentials
auch Jener, (I).R Ohm betragende, 8pannungaabfall berücksichtigt werden, welcher
vom Messtrom (I) und dem Widerstand des elektrochemischen Häutchen verursacht wird.
-
Der Wert von Rc kan- auf 1 cm2 der Elektroden-Begrenzungsfläche bezogen
- einige hundert bis einige tausend Ohm /cm2 betragen. Die Höhe des entstehenden
Spannungsabfalls ist abhingig von dem Werkstoff der Metallelektrode, von der chemischen
Zusammensetzung und der Temperatur der in der Sonde befindlichen
Flüssigkeit
(Spültrübe), ierner von der Beschaffenheit der Metallelektroden-Berührungsfläche
(durch Aufrauhen aktivisierter oder ursprünglicher Zustand der Berührungsfläche).
Da die den Wert Rc beeinflussenden Faktoren während der Profilierung sich ändern
(es ändert sich der Salzgehalt der Flüssigkeit; die Elektrode reibt sich an der
Bohrloch wand), ändert sich auch gewöhnlich der Wert von Rc im Laufe der Profilierung.
-
Nach Gesagtem können sich kh und k#,2 während der Profilierung innerhalb
weiter Grenzen ändern. Um eine vollkommenere quantitave (die Kluitweite bestimmende)
Anwendung des selektiven Kluftprofilierungsverfahrens zu erzielen ist es wünschenswert,
den Wert der Korrektionsglieder und k 2 k#,2 zu vermindern und zu stablisieren.
Hiezu dient die modifizierte Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Elektrodensystems
für das selektive Kluftprofilierungsverfahren. Bei diesem wird die Bpeiseelektrode
L /5/ aus Metall durch eine Elektrode zweiter Art (aus Kalomel, Silber oder Silberchlorid
u.s.w.) ersetzt. Der Ring wird aus semipermeablem Stoff (z.B. porösen keramischen
Stoff ohne Glasur) hergestellt. Durch den Ring kommt die im Bohrloch befindliche
Flüssigkeit mit der Flüssigkeitspase der im Inneren der Sonde untergebrachten ELektrode
zweiter Art, (z.B. bei einer Kalomel-Elektrode mit gesättigter Kaliumchlorid-Lösung)
in Berührung, während die entsprechende Ecke des Speißekreis--Spannungsgenerators
Ug an den metallsichen (bei Kalomel--Elektroden aus Quecksilber oder amalgamiertem
Platin hergestellten) Stromabführungsleiter der Elektrode zweiter Art angeschlossen
wird. Die Ausführung der Speiseelektrode s
als Elektrode zweiter
Art bietet die Gewähr dafür, dass der innere Widerstand der Speiseelektrode A einen
niedrigen Wert annimmt und dass der grosse und veränderliche Eontaktwiderstand Rc,
welcher an der Berürungsfläche der Metallelektroden erster Art und der Bohrlochflüssigkeit
entsteht, beseitigt wird.
-
Eine weitere abgeänderte Ausführung der quantitativen Anwendung des
selektiven Kluftprofilierungsverfahrens bes eitigt die verzerrende Wirkung des Kontaktwiderstandes
an der Speiseelektrode A in der Weise, dass dabei der Speisestromkreis anstelle
eines Spannungsgenerators als Stromgenerator verwirklicht wird: Der innere Widerstand
Rg des Speisestromkreis-Abschnittes zwischen den Elektroden A und B wird dabei so
gross gewählt, dass daneben der Wert von Rc und dessen mögliche Veränderungen relativ
vernachlässigt werden können. In diesem Falle bleibt die Intensität (I) des Messstromes
während der Profilierung auf konstantem Wert und vermindert sich nur dann, wenn
der Erdungswiderstand der Speiseelektrode A einige Prozente des stabilisierenden
Widerstandes Rg erreicht, bzw. überschreitet.
-
Wird der Meßstrom (I) auf obige Weise stabilisiert, eo bleibt nur
ein einziger Measparameter (UM-UK) übrig. Deshalb ist es in dieser modifizierten
Ausführungsform des Kluftprofilierungsverfahrens nicht möglich das allgemeine, aus
den Gleichung /26/ und /27/ mit zwei Unbekannten (h und #) bestehende Gleichungssystem
zu lösen, wenn h und A endliche Werte bezeichnen. Es wird daher bei dieser moditizierten
Ausführungsform des Kluftprofilierungsverfahrens eine speziale Sonde benützt, welche
den die Massergebnisse
1448356 beeinflussenden Widerstand #ständig
nahezu auf dem Null-Wert hält, hiedurch wird das Gleichungssystem mit zwei UnbeX
kannten auf ein System mit einer Unbekannten (h) reduziert, und der Messparameter
(UM-UK) ermöglicht (zusammen mit dem konstanten Messtrom (I) ) die Ermittelung der
Kluftweite h.
-
Die modifizierte Ausführungsform der Sonde ist in Fig. 8 zu sehen.
Bei dieser wird - abweichend von der in Fig.1 dargestellten ursprünglichen Sondenform
- der äussere kreisringrand der isolierender Gummiplatte 1, welche die Elektroden
A, M und K trägt, in der Form eines elastischen, abnützungsfesten, weichen Gummiringes
39 ausgeführt. Dieser Gummiring ragt im Ruhezustand aus der Ebene der aus härterem
Gummi angefertigten Ellektroden-Tragplatte 1 hervor, und presst sich deshalb beim
Profilieren an die BOhrlochwand 3, wodurch der Widerstand - hinsichtlich der Berührung
zwischen Bohr-Lochflüssigkeit und Elektrodensystem - nahezu auf dem Nullwert gehalten
wird In dieser modifizierten Ausführungsform des selektiven Kluftprofilierungsverfahrens-
welches zusammenfassend dadurch gekennzeichnet werden kann, das der Speisestromkreis
als Stromgenerator mit dem inneren Widerstand Rg verwirdklicht ist und das "Abstehen"
# nahezu aui dem Null-Wert gehalten wird - wird die Weite h der indizierten klüfte
von der Gleichung (I) ausgehend bestimmt, aus welcher der Wert h laut Gleichung
ausgedrückt werden kann.
-
Die nach obiger Gleichung errechnete Kluftweite h gibt nur unmittelbar
an der Bohrlochwand Aufschluss über die Weite der Klüfte, da nämlich der Messparameter
(UM-UK) auf den Raumteil zwischen den über den Messelektroden M und K sich bildenden
Aequipotentialflächen beschränkt ist.
-
Durch die Einführung eines weiteren Parameters kann man auch bezüglich
der von der Bohrlochwand entfernteren Abschnitte Auskunft iber die Kluftweite erhalten.
-
Zu diesem Zweck wird bei dem oben erörterten modifizierten selektiven
Kluftprofilierungsverfahren neben den parametern (UM-UK) und (I) auch das Potential
(U) des Messringes registriert, welches die von der Bohrlochwand entfernteren Teile
der Kluft erkennen lässt. Die funktionale Beziehung zwischen dem Messparameter UM,
dem Meestrom (I), der Kluftweite h und dem spezifischen Widerstand # der die Kluft
ausfüllenden Flüssigkeit wurde in Gleichung /3/ gegeben.
-
Aue dieser lässt sich wiederum die Kluftweite h ausdrücken, welchem
sie von der durch die Gleichungen /L9/ und /36/ ausgedrückten Kluftweite zu unterscheiden
v mit h bezeichnet wird, womit ausgedrückt werden soll, dass man in diesem Fall
von einem Kluftteil grösserer Ausdehnung ein durchschnittliches Bild erhält. Ihre
Gleichung lautet
Bei der modifizierten Form des selektiven Eluitprofilierungsverfahrens können die
kltftefreien, aus isolierendem Gestein bestehenden Bohrlochabsohnitte unverändert
durch die Null-Werte des Messparameters (UM-UK) gekennzeichnet werden. Der Messprarameter
(UM-UK) der
aus leitenden Gesteinen miW spezifischem Widerstand
(primär-porösen und impermeablen elektrisch leitenden Gesteinen) bestehenden Bohrlochabschnitte
kann wiederum durch die Gleichung /30/ ausgedrückt werden. Da hier Jedoch der Messtrom
(I)ep konstant ist, änder sich (UM-UK) mit der Grösse #t, und folgt damit dem profilbild
der gewöhnlichen, Mirkotgradiens-Widestand messenden Sonden. Der in diesem modifizierten
Verfahren eingeführte ;:essparameter (UM)ep kann mit folgender Gleichung angegeben
werden:
worin t durch die Gleichung /31/ gegeben ist. Aus der Beziehung /38/ ist zu ersehen,
dass sich der Mesaparameter (UM)ep gleichfalls mit Yt ändert und im wesentlichen
dem Profilbild der gewöhnlichen, den Mirkopotential-Widerstand messenden Sonde folgt.
-
Im Sinne des Gesagten macht auch diese modifizierte Ausführungsform
des selektiven Kluftprofilierungsverfahrens einen deutliohen Unterschied zwischen
klüftereichen, und den aus elektrisch leitendem Gestein bestehenden Bohrlochabschnitten.
Innerhalb der klüftigen Bohrlochabschnitten zeigt es die Klüfte gut an, und ermöglicht
die Bestimmung der Weite h und £ dieser klüfte. Zu erwähnen ist, dass der Wert h
mit-vom praktischen Standpunkte aus - genügender Genauigkeit die Kluftewiete in
unmittelbarer Nähe der Bohrlochwand angibt, während h - infolge Veränderlichkeit
des in der Gleichung /37/ erscheinenden Parameters Q - einen
Schätzungswert
der durchschnittlichen Spaltweite im weiteren Verlauf der Kluft, bzw. über die elektrische
(und gleichzeitig auch hydrodynamische) Leitfähigkeit des ganzen, mit der untersuchten
Kluft in Verbindung stehenden Kluftsystems bietet. Der Grund hiefür liegt darin,
dass der Pnrameter Q die tatsächliche geometrische Gestaltung der Kluft und des
mit ihr verbundenen ganzen Kluftsystems repräsentiert.
-
Sämtliche - oben beschreibenen - Elektroden-Systeme der selektiven
Kluftprofilierung können bei einer Variante mit modiifzierten Rollenverteilung der
Elektroden angewendet werden: Die innere, ringförmige Messelektrode 6 (siehe: Fig.l)
des Elektrodensystems kann als Speiseelektrode il und die äussere ringförmige Speiseelektrode
5 als Messelektrode M andewendet werden.
-
Messelektrode K bleibt dabei unverändert die zentrale Punktelektrode
7.
-
Das selektive Kluftprofilierungs-Verfahren und dessen modifizierte
Ausführungsformen (Ausführung der Speiseelektrode A als Elektrode zweiter Art, oder
Ausbildung des Speisestromkreises als Stromgenerator und Sicherung eines Null-Wertes
fUr das "Abstehen" #) können mit mehreren Profilierungseinrichtungen von prinzipiell
verschiedener Wirkungsweise verwirklicht werden.
-
Ein Beispiel für die Verwirklichung der Eluftprofilierungseinrichtung
mit Verwendung eines 7-Leiter-Kabels zeigt Fig.9, gemäss welcher das selektive Kluftprofilierungsverfahren
in seiner ursprünglichen Ausführungsform
(der Speisestromkreis
als Spannungsgenerator ausgebildet) zur Anwendung kommt. Der an der Klemme 19 geerdete,
Sinuszeichen-förmige Spannungsgenerator 17 von kleiner Frequenz und kleinem inneren
Widerstand sendet über die zweite Klemme 18, die Kabelrad 20 und den im Sondengehäuse
21 untergebrachten, gegen die Spültrübe (Bohrschlamm) hermetisch geschützten Widerstand
22 von kleinem Ohm-Wert durch die Speisdeelektrode 5 (A) einen - von dem Erdungswiderstand
der Speiseelektrode abhängigen - Speisestrom (i) in die Bohrlochwand 3. Die zwischen
der ringfümrigen Messelektrode 6 M und der Punktelektrode 7 (entrale Messelektrode
t) unter Einwirkung des Messtromes auftretende sinusförmige Mess-Spannung (UM-UK)
gelangt in den Impedanz-Transformator 23 von grosser EIntrittsimpedanz. Für die
Leitung der austretenden kleinen Impedanz des Impedanz-Transformators 23 sind die
Messkabeladern 24 und 25 angeschlossen0 Der Impedanztransformator (zweckmässig ein
kathoden-gesteuerter verstärker) sichert einerseits eine grosse Eintrittsimpedanz
und damit eine unverzerrte tbertragung für die zwischen den Messelektroden 6 und
7, die einen veränderlichen und oft grossen Erdungswiderstand besitzen, erscheinende
Messpannungsdifferenz, andererseits zwingt er mit seiner niedrigen Austrittismpedanz
die Geräusch-Spannungen, welche auf galvanischem oder kapazitivem Wege aus der Hochspannungs-Kabelder
20 in die Messadern 24 und 25 gelangen, auf einen entsprechend niedrigem Wert.-
Die Messadern schliessen an den auf der Erdoberfläche befindlichen frequenzempfindlichen
selektiven Verstärker 26 an, welcher die selektiv verstärkten sinusartigen Messportentials
in den phasen- und
frequenzempfindlichen Diskriminator 27 speist.
Am Ausgange des DIskriminators 27 erscheint ein der Amplitude des Messpotentials
(UM-UK) proportionales Aequipotential, welches das den einen Messparameter (UM-UK)
registrierende Galvanometer /28/ betätigt. Zur Registrierung des zweiten Messparameters,
der Messtromintensität /I/, wird über zwei weitere Messadern 29 und 30 ein dem Meßstrom
proportionales und mit ihm in Phase befindliches Potential von den beiden Klemmen
des in der Sonde untergebrachten Widerstandes 22, von niedrigem Ohm-Wert, heraufgeleitet.
Dieses Potential wird durch den selektiven Messverstärker frequenz-selektiv verstärkt
und durch den phasen-und frequenzempfindlichen Disicriminator gleichgerichtet. Das
an der Ausführung des Diskriminators erscheinende Aequipotential - welches der Messtromintensität
/I/ proportional ist - betätigt das zur Registrierung des zweiten Messparameters,
des Messtromes /I/ diende Galvasnometer 33.
-
(Die Messung des zum Uesstrom /1/ proportionalen Potentials wird zweckmässig
bei dem hinter dem Kabel angebrachten Widerstand 22 vorgenommen, da nämlich durch
die verhältnismässig grosse Erdkapazität der Speisekabelader 20 - infolge des grossen
Erdungswiderstandes der 8peißeelektrode A /5/ - ein beträchtlicher kapazitativer
Strom abfliesst, wodurch das Messergebnis von /1/ gefälscht würde, wenn die Messung
über Tage unmittelbar hinter dem Spannungsgenerator /17/ durchgeführt würde).
-
Das Ausfiltern der auf reaktivem Wege aus der Speisekabel-Ader 20
in die Messadern 24, 25 sowie 29 und 30 gelangenden reaktiven Geräusche wird von
den phasenempfindlichen
Diskriminatoren 27 und 32 durchgeführt,
welche gegen die gegenüber der Phase des stromes (I) mit einer Phasenverschiebung
von erscheinenden reaktiven Geräuschapannungen eine maximale Dämpfung geben. Die
Referenz-Spannung der Diskriminatoren wird von der abgehenden Klemmenspannung genommen,
welche zwischen den Ableitungsklemmen 18 und 19 des Spannungsgenerators 17 nahezu
in Phase mit dem Messtrom /I/ erscheint. Die Referenz-Spannung gelangt über die
ANschlussleitungen 34 und 35 in die Diskriminatoren 27 und 32. bls ergänzender Bestandteil
der Einrichtung betätigt der, die Frequenz von einigen hundert Hz erzeugende, sinusartige
Leistungsgenerator über die Kabelader 37 und die Erdrückleitung die im Sondengehäuse
21 untergebrachte Speiseeinheit 38, welche die elektronischen Stromkreise mit Anoden-
und Heizstrom versieht. Da die Frequenz des Leistungsgenerators 36 von der Frequenz
des Spannungsgenerators 17 wesentlich abweicht, können die selektiven Verstärker
26 und 31, sowie die frequenzempfindlichen Diskriminatoren 27 und 32 das entsprechend
niedrige Geräuschniveau der Messkanäls gegen die aus dem Stromkreis des Leistungsgenerators
36 eintreffenden Geräusche schützen.
-
Eine andere Ausführungsform der Kluftprofilierungseinrichtung arbeitet
- bei der Verwirklichung des selektiven Kluftprofilierungsverfahrens in ursprünglicher
oder in seinen modifizierten Formen - mit Stromkreisen, welche mechenischen Pulsator-Einheiten
enthalten. dabei sendet eine Gleichspannungs-Speisetstromquell über einen mechanischen
Pulsator und eine Kabelader
einen Messtrom mit Vierecks-Impuls
über die Elektrode A in das Gestein.
-
Die durch den Messtrom zwischen den Messelektroden M-t erzeugte Messpannungsdifferenz
(UM-UK) wird von zwei Kabeladern auf die weitere Schalteinheit des mechanischen
Pulsators geleitet, welche die Spannung gleich-, richtet. Auf der Austrittsseite
des Pulsometers ist ein registrierendes Galvanometer zwecks Registrierung des Sessparameters
(UM-UK) angeschlossen. Die dem Messtrom (I) proportionale Spannung wird dem in dem
Gleichstrom-Zweig des Speisekreises angeordneten, in Reihe geschalteten Widerstand
von niedrigem Ohm-Wert entnommen und damit. das, den zweiten Messparameter (I) registrierende
Galvanometer betätigt.
-
Wird die modifizierte Art des selektiven Kluftprofilierungsferfehrens
angewendet, (bei welcher der Speisestromkreis als Stromgenerator ausgebildet wird),
so wird zur Registrierung des dritten Mesparameters (UM) der eine Eckpunkt des registrierenden
Kanals an die von der ringförmigen Messelektrode M heraufgeführte Kabelader, der
andere Eckpunkt Jedoch an Jene Kabelader angeschlossen, welche im Bohrloch zu der
von dem Zentrum K in einigen Meter Entfernung angebrachten Referenz-Messelektrode
N führt.
-
Die Schalteinheiten auf der Speiseseite und der Mess-Seite des Pulsators
drehen sich synchron, doch die Pulsator-Einheiten im Messkreis arbeiten - gegenüber
den Pulsator-Einheiten im Speisekreis - phasenverschoben. Die Schalter des Messkreises
schliessen später und öffnen
früher, als die Schalteinheit im Speisekreis,
um dadurch die - in den Messadern sich vollziehenden - reaktiven Einwirkungen der
beim Schalten und Unterbrechen des Speisestromes sich vollizehenden transienten
Vorgänge zu vermindern.
-
Diese Einrichtung besitzt eine einfachere technische Bauart als die
in Fig. 9 dargestellte Lösung, ihre Profilierungsergebnisse sind jedoch mit stärkeren
Messgeräuschen belastet.
-
Eine weitere Ausführungsform der kluftprofilierungseinrichtung arbeitet
über ein koaxiales Einleiterkabel mit panzermantel. Der in die Sonde eingebrachte
Schallfrequenz-Spannungsgenerator sendet über die Elektrode A einen Messtrom in
die Bohrlochwand. Die zwischen den Messelektroden M und 1 erscheinende Mess-Spannung
(UM-UK), ferner die dem Messtrom (I) proportionale Spannung wird von den in der
Sonde angebrachten zwei Messkanälen in eine zur Ubertragung geeignete Form umgewandelt.
Diese Meskanäle enthalten einen EIntritts-Impedanztranfsormator, Verstärker und
eine Moduliereinheit. Die Modulierung erfolgt - zwecks Verminderung der zeichenverstsbnmelnden
Fehler-Wirkung infolge der galvanischen Ableitungen des Kabelszweckmässig als Frequenz-Modulation,
Zeit-Modulation oder durch sonst ein geeignetes Modulationeverfahren.
-
Die todulierten Zeichen der beiden Messkanäle werden durch eine geeignete
Übertragunssystem über das einadrige koaxiale Kabel zu dem an der Tagesoberfläche
befindlichen Einrichtungsteil weitergegeben. Das tbertragungssystem kann ein irequenstrennendeß,
zeittrennendes oder
ein sonstiges dem Zweck entsprechendes System
sein.
-
Nach der Trennung der zu Tage gelangenden Zeichen werden diese in
zwei besonderen Verarbeitungskanälen verstärkt, demoduliert, gleichgerichtet und
als Messpabameter (UM-UK) und (I) registriert. (Auch bei dieser Ausführungsform
der Einrichtung kann selbstredend der Messparameter (Ut5) gemessen werden. In diesem
Falle besitzt das System noch einen dritten Messkanal).
-
Es ist zu bemerken, dass in den Einrichtungen, welche die modifizierte
Form des Kluftprofilierungsverfahrens (mit als Stromgenerator ausgebildetem 8peisekreis)
verwirklichen, der stromstabilisierende Widerstand Rg von grossem Ohm-Wert in jedem
Falle sich in der Sonde befindet und zwar unmittelbar vor der Speiseelektrode. Bei
diesen Einrichtungen ist es zweckmäsig, den Speisestrom--Generator (I) in seiner
Gänze im Bohrlochgerät unterzubringen. Hiedurch werden Jene Phasenverzerrungen vermindert,
welche die Erdkapazität der Speisekabelader verursachen würde, und ausserdem jene-durch
die galvanische Ableitung veranlassten - Messgeräusche, welche durch die Überschläge
zwischen Hochsapnnungs-Speisekabelader und den Messadern entstehen könnten.
-
Zur Verwirklichung der in vorliegender Xrfindung inbegriffenen selektiven
Porositäts-Profilierungsverfahren kann Jede der obigen selektiven Kluftprofilierungseinrichtungen
zusammen mit der üblichen Mikrolog- oder MikrolaterologeinrlchtunS und der Mikrolochweite-Profilierungeeinrlchtung
benützt werden, und zwar sowohl einzeln in das Bohrloch eingelassen, als auch als
komplexe Sonde zusammengebaut und in dem Bohrloch gemeinsam betätigt.
-
Um von den Klüften ein möglichst vollständiges Bild zu erhalten,
umfasst diese Erfindung ein weiteres Verfahren und die zu dessen Vewirklichung dienenden
weiteren Einrichtungen: Drnach kann die selektive klfutprofilierung auch gleichzeitig
entlang von zwei oder drei Erzeugendne der Bohrlochwand durchgeführt werden. Hiezu
werden zwei oder drei der Elektrodensysteme für die Kluftprofileerung, gemäss der
Erfindung verendet, wobei diese in einer auf die Sondenachse senkrechten Ebene,
von einander Die um 180° oder 1200 verschwenkt, eingesetzt werden. Elektrodensysteme
werden durch zwei oder drei - von einander unabhängig arbeitende, sonst Jedoch gleich
gebaute - selektiven kluftprofilierungseinrichtungen betätigt. Der Vergleich der
entlang der zwei oder drei Erzeugenden erhaltenen seselektiven Kluftprofile ermöglicht
die Beurteilung, ob die einzelnen Klüfte durch das Bohrloch verlaufen und auf Grund
hievon kann die Erstreckung der klüfte gewertet werden.
-
Zur Anwendung der in der Erfindung enthaltenen selektiven kluftporfilierungsverfahren
und des selektiven Porositätsprofilierungsverfahrens ist es zweckmässig das Bohrloch
entsprechen vorzuarbeiten: Das Bohrloch wird mit Wasser von geeigneter chemischer
zusammensetzung, zweckmässig von mittlerer oder grosser Salzkonzentration gefüllt,
welches mit eigenem statischem Druck oder mittels Pumpentiberdruck durch ein geschlssenes
Futterrohr-Kopfstück in den Porenraum de Speichergesteins eineührt wird.
-
Auf diese Weise werden die Klüfte in der Nähe der Bohrlochwand von
einer elektrisch gut; leitenden Flüssigkeit bekannten elektrischen, spezifischen
Widerstandes ausgefüllt.
-
Ohne diese Massnahme ist es-nicht möglich die Weite h der Klüfte quantitativ
zu bestimmen, da die hierauf bezüglichen- in Fig. 5 dargestellten-Auswertungs-Kurvenscharen
und die zur Berechnung dienenden Gleichungen /36/ und /37/ nur für einen bestimmten
FlUssigkeitswiderstand # Geltung haben. Ausserdem kann der Nachweis der Klüfte vielleicht
auch durch elektrisch isolierendes Erdöl oder Erdgas gestört werden, welches sich
in unmittelbarer Nähe der Bohrlochwand in den Klüften befindet. Auch aus diesem
Grunde ist es daher zweckmässig, in den porösen Raum, unmittelbar an der Bohrlochwand,
(bis auf einige Dezimeter Tiefe) Salzwasser gelangen zu lassen.
-
Mit Rücksicht auf die kleine Spaltweite der Klüfte und auf die gegebene
zeitbedingte Trägheit bei der dynamischen Wirkung der profilierenden-registrierenden
Einrichtungen (Galvanometer) ist es zweckmässig das Ziehen der Sonde mit einer aussergew6hnlich
niedrigen Geschwindigkeit (etwa 1 cm/sec 36 m/St) durchzuführen.
-
Um die Zeitdauer der Profilierung zu vermindern ist es zweckmässig
die Profilierungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Mindestens 3 cm/sec # 100 m/St Geschwindigkiet
lässt sich erreichen, wenn anstelle der registrierenden Galvanometer ein - praktisch
trägheitsios wirkendes -Elektron-Strahlenbündel zur Registrierung der Lessparam.
eter verwendet wird. Aus diesem Grunde ist es zweckmässig anstelle der registrierenden
Galvanometer Kathodenstrahl-Oszillographen zu verwenden, deren photographierender
Film synchron mit dem profilierenden Kabel mit einer bestimmten Tiefen-Übersetzung
fortbewegt wird.
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Bei dem selektiven Kluftprofilierungsverfahren ist zur Registrierung
ein Tiefenmasstab von 1:10 oder 1:5 geeignet, um von der Bohrlochwand ein entsprechend
gestrecktes, die Trennfähigkeit des Verfahrens nicht verdunkelndes Bild zu erhalten.