DE1548156A1 - Verfahren zum Kartieren von Salzdomen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Kartieren von Salzdomen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Suche nach Erdöl an den Flanken eines Salzaufbruches. Insbesondere betrifft sie :ein Verfahren, um die Flanken eines Salzdomge durch Anwendung elektromagnetischer (9.-m.) Strahlung von einer Tiefbohrung in einem Salzdom aus zu kartieren, indem der Abstand zu den Flanken des Salzdomes in den interessierenden Teufen gemessen wird.
• Die Erfindung ermöglicht insbesondere, die Flanken eines Salzdames in der Weise zu kartieren, daß die Grenzfläche zwischen dem: Salzkörper und den Sedimentschichten in einer bestimmten Teufe genau festgestellt werden kann, so daß es aufgrund dieser Kenntnis möglich wird, Tiefbohrungen in das Sediment dicht an die Grenzfläche heranzuführen.
• Zur Ausführung das Verfahrens wird albsichtlich eins Tiefbahrung in den Salzkörper gesetzt: Die Bohrung wird bis. zu einer Teufe niedergebracht, in welcher 9.-m. Strahlungen, wie z. B. in Radio-, Mikrowellen- und Infrarot-Frequenzen, vom Bohrloch aus in bekannter Höhen- und Azimuth-Richtung zur Grenzfläche zwischen dem Salzkörper und den Sedimentschichten übertragen werden können. Die Laufzeit vom Bohrloch zur Grenzfläche und zurück zum Bohrloch Wird dann unter Bezug auf Teufe, Azimuth und Höhenställung de-s Senders und Empfängers aufgezeichnet, um die unterirdische Kontur oder Form der Salz-Sediment-Grenzfläche dreidimensional zu kartieren. Bei der Suche nach Ö1 und Gas im Golfküstengebiet ist es bekannt, daß, falls überhaupt, wirtschaftlich ausbeutbare Ansammlungen in den Sedimentschichten unmittelbar in einen Salzdom angrenzend vorhanden sind. Es wird allgemein angenommen, daß diese Ansammlungen deshalb auftreten, weil die Sedimentschichten durch den Aufbruch des Salzdomes hochgekippt und aufgeschleppt worden sind. Die Aufschleppung der Schichten an der Grenzfläche bildet eine Tasche oder Falle, in der sich Ö1 und Gas aufgrund der durch die Schwere bewirkten Trennung von anderen in den Schichten enthaltenen Strömungsmitteln ansammeln kann. Die allgemeine Lage eines Salzdomes kann an der Erdoberflache durch Schwere- oder Seismikmessungen festgestellt werden. Die genaue unterirdische Lage der Grenzfläche zwischen dem Salzdom und den Sedimentschichten kann jedoch bislang nur durch zahlreiche Bohrungen festgelegt werden. Erheblich weniger genau ist bislang manchmal die Form des Salzdomes durch refraktionsseismische Untersuchungen ermittelt worden. Selbst nachdem tatsächlich mehrere Bohrlöcher niedergebracht worden sind, ist es noch erheblich zweifelhaft, wie die Grenzfläche zwischen den Bohrlöchern Wirklich genau verläuft, Dagegen ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, genau die Lage der Grenzfläche zwischs.n Salzdom und Sedimentschichton festzulegen, so daß mit ausreichender Genauigkeit eine Bohrung abgeteuft werden kann, die die Sedimentschicht in irgendeinem bekannten Abstand von der Grenzfläche trifft. - " Es ist bereits vorgeschlagen worden, e.-m. Strahlungen für Sprechverbindungen durch Salzkörper hindurch zu verwenden, z: B. in Bergwerken, Salzschichten oder Salzdomen. Die- Aussendung von aus Einzelimpulsen bestehenden radarartigen Signalen zur Erkundung der Grenze, zwischen e=inem Salzdom und umliegenden Sedimentschichten von einem Bohrloch im Salzdom aus ist jedoch bisher zur unterirdischen Kartierung dieser Grenze nicht vorgeschlagen worden. Irr einer-bevvrzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens <wird das Bohrloch unmittelbar lm Salzdom bis zu einer gewünschten Taufe niedergebracht. Ein e.-m. Signal-Emitter oder eine Antenne wird dann in das Bohrloch eingefahren und azimuthal ausgerichtet, um die Strahlung nach einer Seite des -Salzdomes zu richten. Die Antenne kann gegebenenfalls auch im Höhenwinkel ausgerichtet Werden. Ein mit der Antenne verbundener Sender wird dann betätigt, um über die Antenne periodisch Impulse abzu-gaben, deren Reflexion von der Salzdomgrenzschicht im Bohrloch durch .einen Empfänger aufgenommen wird, der an

  dieselbe Antenne angeschlossen sein kann. Die Laufzeit vom Bohr-

  lach zur Salz-Sediment-Gr®nze und zurück wird dann im Zusammen-

  häng mit der.Azimuth- und Höhenstellung der Antenne für we-

  nigstens eine Teufe im Bohrloch aufgezeichnet, so daß die Ent.-

  fernung,,- die durch die Laufzeit dargestellt wird, auf einer

  Karte .in der- Teufe zur Festlegung der Salz-Sediment-Grenzfläebe

  dargestellt Werden kann. Falls mehrere Auftragungen für verschiedene Teufen gemacht. werden, können zwei- oder dreidimensionale geologische Querschnitte entwickelt und dargestellt werden. Eine Abwandlungsform der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitet mit Frequenzmodulation der e.-m. Strahlung, wodurch im Bohrloch das Ausgangssignal ständig durch ein oder mehrere verschiedene Antennenelemente gesendet und empfangen wird. Diese Antennenelemente können gleichfalls in Azimuth und Teufe einstellbar sein. Der Abstand zur Grenzfläche wird durch die Frequenzdifferenz zwischen dem ständig abgegebenen FM-Signal und dem Rückkehrsignal gemessen. In einer weiter abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine in senkrechter Richtung fortlaufende Aufzeichnung in der Art einer üblichen Bohrloch-Log-Aufzeichnung hergestellt. In einer solchen Anordnung wird eine ungerichtete oder Rundstrahl-Antenne verwendet, wobei die Signale entweder von einem Einzelsenderelement pulsierend oder mit wenigstens zwei Antennen frequenzmoduliert abgegeben werden. Bei beiden dieser signalübertragenden Einrichtungen ist die Ausgangsleistung allseitig in einer Ebene gerichtet, die senkrecht zur Bohrlochachse liegt. Der Abstand zur nächsten Grenzfläche Wird dann über die Längserstreckung der Bohrung ohne Rücksicht auf die azimuthal-® Ausrichtung aufgezeichnet. Das nach diesem Varfbhren aufgezeichnete Signal stellt die ge- ringste Entfernung zur Flanke des Salzdomes dar. Bei einer aal- chen Anordnung ist die-azimuthale Richtung der nächstliegend@en Flanke des Salzdomes bekannt, z. B. dann, wenn den Bohrloch in' der Nähe der Kante eines Salz=domes abgeteuft Wird, der etwa 3 - 5 km Durchmesser hat. In diesem Fall ist die einzig benötigte Information der Abstand und nicht der Winkel. Eine weitere, zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung zu verwendende Einrichtung benutzt Licht als e.-m: Energiequelle, um den Abstand zur Grenzfläche zwischen Salz und Sedimentschicht zu kartieren. Zu diesem Zweck kann ein Laser als Generator für stark® kohärente Impulse infraroten oder sichtbaren Lichtes dienen, die auf däs Gr®nzfläche gerichtet werden. Die reflektierten Lichtimpulse werden.bei Rückkehr im Sohrlo,ch durch ein optisches Linsensystem-aufgenommen und gebündelt auf einen Detektor gegeben, der besonders empfindlich für die von dem Laser abgegebene Strahlung ist.
• Vorzugsweise wird die Frequenz. der 9.-m. Strahlung so gewählt,

  daß ihre Übertragung durch die kristalline Struktur das den

  dm bildenden Salzbegünstigt wird. Weitere Faktoren, die be-

  rücksichtigt werden müssen, sind z. B.: die Impulslänge und die Antennengröße. Im Falle von Radio-Frequenz-Signalen wird die Frequenz zwischen.106 und 1010 Hz, oder, im Fall optischer Strahlung, zwischen 2x1013 und 1015 Ht (freie Raumwellenlänge von 15 - 0,3 mikron) liegen. Dies® Frequenzen worden gewählt, um die 9.-m. Übertragungsfenster auszunutzen, die, wie gefunden wurde, in :der kristallinen Struktur der Salzgesteine oder Halite vorhanden sind.
• Zur weiteren Vervollkommnung des Verfahrene wird der Salzkörper während des Bohrvorganges überprüft, um seins dielektrischen Eigenschaften innerhalb der oben erwähnten Freqounzen zu magvon, einschließlich der Auswirkung von Inhomogenitätendie sich z. B. durch Einschlüsse von gesättigtem Salzwasser oder Anhydrit in der kristallinen Struktur des Salzes ergeben. Im einzelnen sind die gemessenen Werte die Dielektrizitätskonstante oder der optische Brechungsindex, und die Verlusttangente oder die optische Absorption in dem oben erwähnten Frequenzbereich. Diese dielektrischen Eigenschaften können benutzt werden, um die günstigsten Frequenzen und die in dem Bohrloch zu verwendenden Kopplungsflüssigkeiten auszuwählen, um die Energieübertragung in den Salzkörper hinein, durch diesen hindurch und aus ihm heraus zu verbessern; ferner werden diese Werte bei der Umwandlung d-er Laufzeit in Entfernung herangezogen. Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in-denen bevorzugte Ausführungsformen beispielsweise erläutert und dargestellt sind. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auffinden und Aufzeichnen der Entfernung bis zur Grenzfläche zwischen einem Salzdom und d®h angrenzenden Sedimentschichten, Fig. 2 die Abtragung von Signalen, die mit der Anordnung nach Fig. 1 in fünfverschiedenen Niveaus aufgezeichnet sind, welche mit A, B, C, D und E bezeichnet werden, Fig. 3 eine für die Anordnung nach Fig. 1 verwendbares Log-Sonde, die ein Antennensystem enthält.
• Fig. 4 eine andere Ausführungsform für die Antenneneinrichtung zur Verwendung mit der Anordnung nach Fig. 1, Fig. 5 eine andere für dis Anordnung nach Fig. 1 verwendbare Antenneneinrichtung zum fortlaufenden Aufzeichnen der ` kleinsten Entfernung vom Bohrloch zur Flanke des Salzdomes, Wobei diese Einrichtung keine mittel zur Anzeige ` der Azimuthstellung erfordert und das Antennenschema rundstrahlend in waagerechter- Ebene ist, im Gegensatz zu Fig. 1, Wo Richtantennen wenigstens in der horizontalen Ebene verwendet werden, und Fig. 6 eine abgewandelte Sende- und Empfangseinrichtung zur Verwendung in einer der Fig. 1 ähnlichen Anordnung, wobei jedoch kohärente Lichtfrequenzen benutzt werden. Im einzelnen zeigt Fig. 1 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, um unterirdisch den Ort der Seitenwand eines Salzdomes 10 festzustellen. Der Zweck einer solchen Kartierung besteht darin, eine Tiefbohrung 12 in Sedimentschichten 14,.16 und 18 niederzubringen: Diese Schichten, die ursprünglich söhlig abgelagert worden :sind, sind durch den Aufbruch des Salzdomes 10 nach ihrer Ablagerung aufgewölbt und gekippt worden. Das Salz an den an die Wand 20 das Salzdomes anschließenden Enden der Schichten 14, 16 und 18 bildet zusammen mit den darüber liegenden undurchlässigen Schichten 15, 1? und 19 Fallen für das durch Schwere abgeschiedene Ö1, wie durch die Lagerstätten 22, 24 und 26 dargestellt wird. Falls die Lage der Seitenwand 20 für jede der Schichten 14, 16 und 18 mit Bezug auf den horizontalen und vertikalen Abstand bekannt ist, kann die Tiefbohrung 12 durch Ablenkungen 121 oder 122 so gerichtet worden, daß sie die Lagerstätten 22., 24 und .26 anfährt. Zum Kartieren des unterirdischen Verlaufs der Seitenwand 20 wird ein Bohrloch 30 absichtlich in den Hauptkörper des Salzdomes 10 gesetzt. Die genaue Lage dieses Bohrloches ist nicht kritisch; sie wird allgemein durch von der Oberfläche auszuführende Verfahren, wie z. B. durch eine Schwere- oder seismische Aufnahme ausgewählt. Am besten wird das Bohrloch so gelegt, daß es innerhalb des Hauptteiles des Salzdomes 10 liegt. Zweckmäßig ist der kleinste Abstand der Bohrung zur Seitenwand 20 wenigstens in der Größenordnung von 100 m (einige hundert Fuß) bekannt. Die Bohrung 30 kann in irgendeiner Weise bis zum Salz abgeteuft werden. Vorzugsweise sollte sie dann mit einem Futter 31 verrohrt und zementiert werden, wie bei 32 dargestellt ist. Das Salz wird dann trockengebohrt, z. B. durch Lufth.ebebohrverfahren. Die Bohrung im Salzkörper kann jedoch auch durch übliche Rotary-Verfahren ausgeführt werden, wobei gesättigtes Salzwasser oder Ö1 verwendet wird, falls das Bohrspülungsmittel in den meßnivesus durch eine geeignete verlustarme Flüssigkeit, wie bei 33 angedeutet, ersetzt wird. Bei der nach Fig. 1 benutzten Ausführungsform der Einrichtung ist das Bohrloch 30 als ausreichend weit dargestellt, um eine Azimuthbewegung für eine Antennen- oder Sender-Empfängereinheit 36 über einen vollen Bereich zu ermöglichen. Zur Einstellung der elektromagnetischen Wellenantenne 36 werden elektrische Signale über das Kabel 38 übertragen und empfangen, welches die Sonde 40 hält, die den Sohrlochteil der Einrichtung aufnimmt. Die Sonde 40, siehe Fig. 3, Weist ein Gehäuse 41 auf, das vorzugsweise einen Hochfrequenzsender 42 und Kopplungs--und Steuerungskreise enthält, um elektromagnetische Impulse auf die All- tenne 36 zu geben. Im einzelnen steuert eine Steuerungseinrichtung 43 die periodische-Umschaltung der Antenne 36 vom Sender 42-auf Empfänger 44 durch den Sende- und Empfangsschalter (TR) 45. Die Ausgangsleistung des Empfängers 44 wird dann durch die Steuerungseinrichtung 43 und die Leitung 46 zur Oberfläche zurückgeführt. Die: Sonde 40 enthält: auch eine Azimuth-Steuerungseinrichtung zur Drehung: der Antenne 36. Bei dieser Ausführungsform Wird die Antenne 36, die im Reflektor 47 gehalten wird, durch die Antennendreheinrichtung 48 mittels der Zahnräder 49 und ,50 gedreht. Die Dreheinrichtung 48 enthält ein Gyroskop oder einen Kreisel als Lagebezug.. Die Signale werden durch die Koaxialleitung 51 in die Antenne 36 ein- und aus dieser herausgeführt: Zur Erleichterung der Übertragung elektromagnetischer Wellen aus-der Sonde 40 heraus ist der untere Teil des Gehäuses'41:vorzugsweise aus einem gering absorbierenden Material hergestellt, das als Antennenkuppel 54 geformt ist. Ein Netzteil 39 ist als in der Sonde 40 untergebracht dargestellt, kann jedoch auch an der Erdoberfläche angeordnet werden, falls die elektrischen Eigenschaften d.es Kabels 38 es zulassen: Die an der Erdoberfläche vorgesehenen Aufzeichnungseinrichtungen zum Kartieren des Abstandes der Seitenwand des Salzdomes von dem Bohrloch Weisen drei Anzeiger auf: 56 für die Teufe, 5 8 für das Azimuth und 60 für den Abstand. Der Teufenanzeiger 56 zeigt die: Kartierungsteufe der Antenne 36 im Sohrloch 30. Jede Kartierungsteufe wird mittels der Seilscheibe 6 gemessen; die Stellung der Seilscheibe 61 wird ihrerseits auf dem Anzeigegerät 56 dargestellt. Die Azimuthlage der Antenne 36: kann in Polarkoordinaten angegeben werden. In der hier besprochenen Ausführungsform wird sie durch den Kreiselstellungsanzeiger 58 angegeben. Der Abstand von :dem Bohrloch 30 zur Seitenwand 20 wird in jeder Kartierungsteufe durch die Zeit zwischen Sendung und Empfang der Impulse der slektromagnetischon Energie an der Antenne 36 angezeigt. Die Laufzeit Wird auf einem Oszilloskop 60 dargestellt. Durch entsprechenide räumliche Anordnung des Teufenanzeigers 56, des Kreiselanzeigers 58 und das Oszilloskops 60 kann die auf allen drei Einheiten dargestellte Information gleichzeitig durch eine Kamera 62 fotografiert Werden. Aufgrund einer solchen gleichzeitigen Fotoaufnahme ergibt sich eine Darstellung der bei 64 Wiedergegebenen Art. Die Darstellung 64 zeigt die Kompaßausrichtung, die doppelte Laufzeit (2t) in Mikrosekunden für die elektromagnetischen Signale, und die Teufe an, auf die die Antenne 36 gestellt worden War. Mit der Angabe für 2t und einem Umkehrfaktor Zeit-Entfernung für die Übertragung elektromagnetischer Energie kann dann die genaue Lage jedes Punktes in fünf vorschiedenen Niveaus, wie z. B. A', B'', C', D' und E', nach der Darstellung in Fig. 2 aufgetragen werden. Die Verbindungslinien zwischen jedem Kartenpunkt geben die Lage der Grenzfläche oder Seitenwand 20 mit Bezug auf das Bohrloch 30' wieder. Fig. 3 zeigt keine Höhenausrichtung für die Antenne.` Falls erwünscht, kann diese mit eingebaut werden. Außerdem können getrennte Empfangs- und Sendeantennen verwendet werden, um. eine Kopplung des gesendeten Impulses mit dem Empfänger während der Sendezeit zu verhindern.

  Durch Verluattangentenmessungen an Mustern von Haliten., die

  aus Salzdomen stammen, ist festgestellt worden, daß es be-

  sonders Frequenzen gibt, bei denen das erfindungsgemäße Ver-

  fahren mit höchster Wirksamkeit arbeitet. Insbesondere ist es

  bekannt, daß bei der Kristallisation von Salz zur Bildung

  -ines Selzkörpers häufig kleine Taschen der ursprünglichen

  Sole zurückblaihana Di®äü Tzschgn mit gesättigtem Salzwasser

  haben-eine Abmessung von einigen wenigen Millimetern; selten sind -es große mengen oder große-Taschen mit derartig ge-Isättigtem Salzwasser. Es ist weiter festgestellt worden,-daß allgemein eine elektrisch-leitende Schicht an der Grenzfläche -zwischen einem Salzdom und den angrenzenden Sedimentschichten vorhanden ist. Dies beruht darauf, daß in den meisten Sedimentschichten Wasser vorhanden ist.. Wo dieses, Wasser mit der Flanke des Salzdomes in Berührung steht, wird es notwendigerweise zu gesättigtem Salzwasser. Dieses Wasser bildet dann einen idealen Reflektor fürwe.-m. Wellen in den vorgesehenen Frequenzen: Dementsprechend laufen 9.-m. Wellen-durch den verhältnismäßig homogenen kristallinen Salzkörper und kehren nach: Reflexion an der leitenden Fläche zurück. Es ist auch festgestellt Worden, daß, wie oben erwähnt, ein "Fenster" für 9.-m. Strahlungen vorhanden ist, wie sich durch Messung des niedrigen Wertes der Verlusttangente natürlicher Halitmuster ergibt; das Fenster liegt in einem .Bereich, der von niedrigen Frequenzen bis zu 1011 Hz , reicht. Ein ähnliches 9:-m. Energie-Fenster im infraroten 8ereich liegt zwischen 2x1013 und 1015 Hz. vor, entsprechend einer Wellenlänge im leeren Raum von 15 - 0,3 mikron: Dieses "Fenster" hat ein Minimum bei etwa 1014 Hz.
• Fig. 4 zeigt eine ändere Antenneneinrichtung, die benutzt werden kann, um 9.-m. Energie auf die Grenzfläche zwischen Salz und Sedimentschicht zu richten: Nach der Darstellung ist das Bohrloch 30 bei 30A Orweitert. Das soll anzeigen, daß in ausgewählten Teufen, z. B. in der Teufe A in Fig. 1, die Bohrung 30 im Durchmesser vergrößert ist, z. 8. durch Erweiterungsbohrung oder ein anderes Bohrverfahren. Der Zweck dieser Ver= -größerung besteht darin, die Entfaltung und azimuthale Drehung einer zusammenlegbaren Antenne in der gewählten Teufe zu ermöglichen. In Fig. 4. ist die Antenne 76 als yagi-Antenne ausgeführt, in'welcher das aktive Element 77 und die passiven Elemente 78, 79 und 80 auf der Welle 81 durch eine elektrohydraulische Einrichtung in Arbeitstellung bewegt werden. Die passiven Elemente weisen einen Reflektor 76 und zwei Direktoren 79 und 80 auf. Nur das Antennenelement 77, das vorzugsweise eine halbe Wellenlänge der Signalfregeunz ist, hat elektrische Anschlüsse. Die Elemente der Anordnung. werden einzeln auf der Welle 81 durch die Abschnitte 82, 83, 84. und 65 gehalten, die als hydraulische Kolben und Zylinder ausgebildet sind. Die Durchmesser dieser Abschnitte ermöglichen, ddß sie in ihrer zurückgezogenen Stellung ineinander geschoben am Mittelpfosten 86 sitzen. nie Abschnitte der Welle 81 werden mit Bezug aufeinander und auf den Mittelpfosten 8,6 durch hydraulisches Arbeitsmittel auseinandergezogen, das durch Lmitungen 87 und 88 und Schläuche 89, gesteuert durch das Ventil 90 in der Sonde 401, zugeführt wird. Im zusammengezogenen Zustand sind die Antennenelemente 77, 78, 79 und 60 so gedreht, daß sie parallel zur Achse der Sonde 401 liegen. Um die Elemente in dieser Stellung zu drehen, wird die Welle 8`s' durch den Zahnsektor 91 gedreht, der auf dem Abschnitt 82 befestigt ist. Eine Zahnstange 92, die vom Servomotor 93 und dem Ventil 94 gesteuert wird, dreht den Sektor 91. Falls eine Richtkartierung benötigt wird, kann die Antennenanordnung 76 erregt werdene wann sie entweder in einer senkrechter, oder waagerechten Ebene oder in irgendeinem dazwischon liegender, Winkel ausgerichtet ist. Wie in der Ausftihrungsforn noch Fig. 3 wird dis azimuthals- ztsl-ung daG pfoetgns 86 und der Antennenanordnung 76 durch den n-eginenrotor 48 und die Zahnräder 49

  und 50 gesteuert. Zur Betätigung der Hydraulikeinheten wird-

  Strömungsmittel von einem Vorrat 95 den Steuerventilen 90 und

  94 mittels einer pumpe 95 zugeführt. Falls erusünschty kenn der

  Pfosten 86 oder die Trägerzelle 83 verkippt werden, um in ver.-

  ebhiedenen Höhen ebenso wie in verschiedenen Azmuthen zu mes-

  sen.

  Fig. 5 zeigt eine andere: Form einer Einrichtung zur Ausfüh-

  rung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In diser Ausführungs-

  form braucht dis 9.-m. Energie nicht impulsförmig zu ssinm

  Wir dargea-tellte ist als Send02antenne 50 ein Schleifendip®l

  im oberen Ende der Maßsande 411 angeordnet. Zum Unterschied

  von der Anordnung nach Biers Figa 1 und 3 wind die MeOsondo 4#11

  und die Dipel-Sendeantonne 0 so angeordnete daß sie das S®hr-

  loch :30 ain Kai,-el 38 fortlaufend durchfahren, und dis 9.-n.

  Energie ist frequenzinadulierta Daher werden'9.-m. WQll®n fort-

  laufend vom Shlsl'endip®1 60 abgegeben. Ein onlches Dipol®

  ellamnt 6D1. -.5.t in Oar Lage al; Eau engsanßenne im untor en.

  r v.' °._T o - ed 4f@ !i __ - ".a o. ,%.' _ d.-1. y 'a. _' @.. ` h S ^;' !7 typ

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  tanwand als Vertikalschnitt auf einem Streifen kartiert, der

  wie bei üblichen ßohrlochr4cGsung entspzeche@id mit der Taufe

  bewegt wird, an Ste s 19 ei nRr von Einzelwerten ausgehenden

  adäg' d@'° tä@.".äi"s^n t^gAbtragung. Diese Art der Ein-

  richtung ist äußerst vortelhaft, wenn bekannt ist, daß das

  ßohrlch in der näeho einer- Snita r@äos '-#2alzdt?mei liegt und die-

  ser eine beträchtliche Ausdehnung aud`;ue-st.

  PU T S9ndea te ne 60, eoei!Y.c Fig3 59, ,zo t an de'. Sender 62 ange-

  koppelt. Die Freequeiizmod'LDIat-oi das Senüerz @@rd durch ic

  '°.

  Steuerungseinheit 64 gestquertW Es isnr zu beachten, dn!3

  Savenwands üzr Sonde 4 135 und Y:.7 aufwei:evry die

  u m d i a Antennen 6 0 b az 4'>.' e 61 herum l . F.i g a ti : uni aus v e r l 9.7 e t ci 2 ?? di e m

  Material für d19 Fro^e"eIzeöä @fisn #@9.f;

  durch dßnSonder ü7F'i '\Y'`@`_@ e @=r nimmt !"!i

  @@@n::aent:ra @@.@eg@.enzdiffcre@s@isc,; eem geserdeten und dem

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  Eine der bei Aussendung von 9.-m. Energie in einem Bohrloch

  30 auftretenden Schwiarigkeiten ist die Kupplung zwischen der

  Antenne und dem Salzkörper selbst. Diese Kupplung kann vor-

  bessert werden, indem zunächst- Proben des Salzkörpers entnom-

  rer, werden und dis Komplexe Dielek trizitätskonetante K* = i( P-jK"

  den-Salzes gemessen wird. In dieser Formel: ist, KI' die komplexe

  relative Dielektrizitätskonstante res Materials. K ° ist der re-

  elle Teil der relativen Dielektrizitätak®n>tente und außerdem

  die dielektrische Leitfähigkeit, und jK" :ist der rmaginärteil

  der reltivan Dialektx izitätskondtänte und euf die Dämpfung oder

  n Verluzt der s.-m. Energie b?, dr Übertragung von eo-mo

  ILIellgn durch Salz bezgmno Sei der _@l..urvg das Antennenelemen-

  tni- fund c#l-m# S w l z?°-°cirpor ,i.e 1 t die 1,11e1941,-tr izitätskons tente der

  a3v@:rr@ -'@e e; Ra? _-V rieG»nqrytnis dos Wortes für KQ in Salz

  :°.igä ein e'sm'c-,ä '-`-1 wie ä rar #_e.racr,ma$ac--, en a Sa1z9 ausgewählt

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  V....,@. <. LM f'#Z i trT.*.`L.#B: ###H.. #.v-Yr#'..:wm#zdä.Trei m hat-y°@"nm@,.-,cz tiaia- -

  e z -i Ei uii-m1 Lennn fa11o zc. eine flSGsigkeit ist, in das Bohr-

  1c° ei n: °a.-@J oder 27 Umhüllan das Antennenelementes ver-

  p f a:w 1@_. E_eire, f @-0Ussigkeit oder ein festes fä erial ist,

  so daß die Kopplung 7urischeu der Antennenelement und dem Salz-

  körper meerstlich vc-beoBort wird. -

  Co'z'. ci.ner :asw.R..@=rart oroitond^n Anordnung kann der Sender

  ird 2Ma koht@rä ee= ch#@uur#°h O.ai48(71onP`

  raaca@# °iiiru-u@i,#ßrcha d## mait in dur gusendetue# ic 1len1singe

  ..@@1°:@.n 4 ronster, zo 9® aus Quazz,, versehen ist, durch

  @@cbü = x @>iigkait Sund in des Salz hinein gerichtet.

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  in .gleicher Leila zuzCU,K, Eietco ?.@rrrichtung dieser Art ist in

  Fig. 6 dargestellt. Ein Laser-Element 100 ermittiert hier Licht mittels eines Spiegels 102 durch ein Fenster 101 in der Seitenwand einer Sonde 412 hindurch, die im Bohrloch 30 hängt, in das Salz 10 hinein. Ein Empfängerelement, vorzugsweise eine optische oder infrarotempfindliche Vorrichtung 104 ist in ähnlicher Weise mit dem Salzkörper durch ein Fenster 103 und einen Planspiegel 105 und einen Sammelspiegel 106 gekoppelt. Ein Motor 107 dreht die Spiegel 102 und 105 mittels Zahnräder 108, um eine azimuthale Abtastung zu ermöglichen. Ein Beispeil für eine optische Impulsechoeinrichtung, die für das Senden und Empfangen derartiger Frequenzen verwendbar ist, ist aus dem US-Patent 3 053 134 (Bjornson) bekannt. Die Signale vom Laser 100 und dem Empfänger 109 werden durch eine Steuereinheit 110 geregelt. Bei Verwendung dieser Ausführungsform wird die gleiche Information wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 an der Oberfläche aufgezeichnet.
• Vorzugsweise wird die 9.-m. Strahlung niederer Frequenz verwendet, um Salzdomflanken über Entfernungen in der Größenordnung von Hunderten bis tausend Metern (einige hundert bis einige tausend Fuß) zu kartieren, während die Infrarotfrequenze.n benutzt werden, wenn die Abstände kürzer sind oder eine hohe Auflösung mit Bezug auf die Abstandsgenauigkeit und Einzelheiten benötigt wird. Falls erwünscht, können die Instrumente der in Fig. 3 und 6 dargestellten-Art gleichzeitig im Bohrloch eingesetzt werden, um in zwei gesonderten Bereichen zu arbeiten. Eine solche Einrichtung ist besondere wertvoll, falle der Abstand zur Grenzfläche im Wesentlichen unbekannt ist. Falls die Abstände kurz sind, jedoch die optische St#ah- Jung zu stark geschwächt wird, wird vorzugsweise eine mit Frequenzmodulation arbeitende Einrichtung verwendet. Kleine Anhydritkristalle gehören, wie bereits erwähnt, zu den Hauptverunreinigungen im Salzgestein. Bei einer Einrichtung der in Fig. 6 gezeigten Art, die für den optischen Bereich gedacht ist, kann eine optische Streuung an diesen Anhydriteinschlüssen äußerst gering gehalten werden, wenn eine Frequenz gewählt wird, in weicher der Brechungsindex das Anhydrits nahezu der gleiche wie der von reinem Salz ist: Eine solche Vahl ist möglich, da die Änderung des Brechungsindexes mit der Frequenz für Anhydrit größer als für Salz ist; ein solcher Bereich liegt bei etwa 6x'1013 Hz. Die Übertragung ®.-m. Energie aus der Antenne in den Salzkörper durch das Bohrloch und in der Nähe liegendes Bruchsalz hindurch kann dadurch verbessert werden, daß zwischen die Antenne und dem Salzkörper Material eingebracht wird, welches die Streuung an den verschiedenen Grenzflächen verringert. Dieses Material wird so gewählt, daß es eine Dielek:-trizit'ätskonstant® hat, die der Di®lektrizitätskonstante des

  .Salzkörpers im Bereich der gesendeten und empfangenen Fre-

  quenzen angepaßt ist" Eine Flüssigkeit mit entsprechender Di-

  elektrizitätsk®nstante: Rann für diesen Zweck dadurch herge-

  otsllt °>r19 daß ®ins Flüssiqkei t, die bei der gewählten

  i zqumnz einhöh®ro Dielnktrizitätokonstanto hat, in einer

  F lx:##kuit mit einer n i edrigora a Diolo.ktrizit#tskonstant® im

  Bereich dnr gljichen Frequonz gelöst wird.

  Die n Seiepile NInd. mit Bezug auf die täertierung@

  @''Jüüf@tzih.'0@Y1:tü

  der Grenzfläche zwischen einem Salzdom und Sedimentschichten beschrieben morden. Das Verfahren ist jedoch auch verwendbar zur Ortung der Grenzen in anderen Salzkörpern, wie z. B. Salzschichten, oder änderen geologischen Formationen mit hohem Widerstand, die@wenig oder kein Wasser enthalten. Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Bohrloch vorsätzlich in den Salzkörper gesetzt. In Fällen, in denen eine Ölbohrung an der Flanke eines Salzdomes niedergebracht wird, kann jedoch die Bohrung zufällig den Salzkörper anfahren. Der Abstand des Bohrloches von der Salzflanke ist dann nicht bekannt. In sochem Fall kann diese Bohrung auch verwendet werden, um die Flanke mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu orten.

Claims (5)

1. PATENTANSPROCHE 1. herfahren zur Ermittlung des Abstandes einer einen Salzkörper begrenzenden Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß von einem im Salzkörper befindlichen Ort aus, insbesondere von einem in den Salzkörper hinein abgeteuften Bohrloch 'aus, elektromagnetische Energie, deren Frequenz in einem Frequenzbereich von 10ß - 1010 Hz oder 2x1013 1015 Hz liegt, abgestrahlt und die von der Grenzfläche zum Abstrahlungsort reflektierte Energie empfangen und ihre Laufzeit aufgezeichnet Wird.
2. 2. Verfahren-nach Anspruch 1." dadurch gekennzeichnet, daß Abstrahlung, Empfang und Aufzeichnung unter einem bestimmten Azimuth erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander in verschiedenen Azimuthen elektromagnetische Energie abgestrahlt, empfangen und ihre Laufzeit aufgezeichnet wird.
4. 4. Verfahren nach e::nem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet' daß die elektromagnetische Energie als elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz zwischen 10s und 1010 Hz abgestrahlt wird, wobei die als Sender- und Empfängerelemente verwendeten Antennen für diese Frequenz empfindlich sind.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1;, gekennzeichnet durch allseitige Ausstrahlung, wobei die Laufzeit der vom zunächst liegenden Punkt der Grenzfläche kommenden- Energie aufgezeichnet wird, C. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß elektromagnetische Energie frequenzmoduliert und fortlaufend von Antennenelementen emittiert un-d empfan-gen wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, gekennzeichnet durch impulsförmige Abstrahlung der elektromagnetischen Energie. B. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Energie als kohärente elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich von 2X1013 -1015 Hz (15. mikron bis 0,3 Mikron' abgestrahlt und als Empfänger ein für diesen Frequenzbereich empfindlicher Detektor verwendet wird. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Abstrahlung in einer Frequenz erfolgt, für die die Dielektrizitätskonstante des verunreinigungefreien Salzgesteines des Salzkörpers gleich der Di-- a - elektrizitätskonstante der im Salzkörper enthaltenen Einschlüsss ist. ' 10, Verfahren nach einem der vorhergehenden-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dsß des zur Abstrahlung verwendete Antennen- element ah den Salzkörper durch ein Medium gekoppelt wird, das irr Bereich der verwendeten slektromagnotischen: Fre- quenz in wesentlichen dieselbe Dielektrivitätskanbtanta wie das Salzgestein des Salzkörpers aufweist. 11ö Verfahren nach Anspruch 9 ®der 109 dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der gislektrizitätskenntante des Salz- ' geteInes ein Bohrkern auo dein Salzkörper gewannen Land ver- messen wird 12. Verfahren: nach minsm der: vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnts daß in verschiedengn Teufen-und/oder Höhen- winkeln Energie Energie abgestrahlt, empfdngnn und aufgezeichnet wird. 13. VerfafIreh nah einem dor teerhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in cinem Erweiterungsabschnitt sinen H®hrlaches, gesendet und erpfanen wird. 14. Einrich.tung zur, rucf l41irL@ng das Verfahrens nach einem der . vnrhorehenden Annprücha mit einer in einen unterirdischer @oElraum:, ics.@adrE in einem Behrlach anzuordnenden Sonde und nIner an`#i.VS@'Ltvy' 6@.F8"41a.p88d:@'@W@@!'ir@-V@.J".@d19@W70a@"`@`7ff@§i.Ra@ dgdt7L.ct raüiga@düG3.8rG14@k'>i:..c dnß die Sonde sd@w'nc@x` nc,@:nc (40-461-411-412) eine (399 429 44) füz alaktrcipegne- i-S'.,`L-s@: in'ngn3', "=j von ä-06- °' 10 10. 5-74Z.. der. - triy E".öuß k@- @'e b e, ' MIM sgnnlo Und Gins ein dis An- # d..7.-Yfie"@'V_ A #, "*rnc(4s! ) -ufuQ'i-ü' übcvi diw-Empfang,:ew e ale. Q44). dür Aufe,cahnungei,nNgit (569 589 609 tl!F-Itbun"#.,#n 15. Einrichtung noch Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (47) über eine fernbetätigbare Steuerungsan- lage (48, 499 50) azimutbai verstellbar ist. 15m Einrichtung rauch Ansprach 1 4 ®der 15t dadurch ggkanhzeich- net, daß die Antenne ('75) aus einzelnen Elementen (?°7 - 85) besteht, die durch eine fernbetätigbare hydraulische Vor- richtung (g3, 95,-96) zur Öffnung der Antenne nach Ein- bringung &h denn Hohlraum bewegbar sind g so daß eise im . Qoti.ebsfreguenzbersich der Einrichtung empfindliche Yagi- Ano:: dnung gebildet wird. 17o Einrichtung coach Anspruch 14 - 16, gekennzeichnet durch offne in der Sarde vorggösehene Schaltverrichtung: (45) zur periodischen Umschaltung der Antennz (!t7) Von Sendung auf Empfang und zurück. _ 13. Einsrichtung nach Anspruch 114. oder 15, dadurch gakannzeich- nete daß die Sonde (411;412) zwzi Antennen (5ü, 51;102, 105) aufweist, Von dunen die eine als Sende=- und die . andere als Empfängerentenne arbeitet. 19, Einrichtung nach Anspruch 13, 1# oder 'E7, gekennzeichnet durch einen Laser (1A0) als Generator, wobei die Sonde- und die Empfangsantenne (10, 105) Spiegel sind und die Empfängereinrichtung (114) ein optisch oder infrarot- empfindliches :Element ist, dem die empfangene Energie vom Empfängerspiegel über einen Seemelspiegel (1Q6) zÜge- führt wird. 20. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 .. 19, dadurch gekennzeichnet, rlaß das Sondengehäuse (41) im Bereich der Antennen (47) aus einem Dielektrikum (54) mit einem für die ausgesendeten Frequenzen niedrigem Ver- ..._ iustfaktor besteht. . 21£inrichtung nach Anspruch `i4 --19, dadurch gekennxeichnetg daß Antennenelemente (77 - 85) an einem unter der Sonde (401) befestigten Pfosten (86) angeordnet sind.