DE1623121C - Verfahren zur Ermittlung von wahrscheinlich bewegliche Kohlewasserstoffe führenden Erdformationen - Google Patents

Description

mit R_s, R_d als den nahe bzw. entfernt von der Bohrlochwandung gemessenen Widerständen und A, B als durch die Meßanordnung gegebener Konstanten und daß diejenigen Tiefen des Bohrlochs bestimmt werden, in denen das Signal X merkbar von dem Wert des spontanen Potentials abweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Ermittlung von wahrscheinlich große Mengen beweglichen Kohlenwasserstoffs führenden Erdformationen, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Widerstandswert [R_n) in einer Zone der das Bohrloch umgebenden Erdformationen gemessen wird, die zwischen den Zonen mit den Widerständen (JR_S, R_d) liegt, daß ein für die Eindringtiefe des Bohr- 30'

spülungsfiltrats kennzeichnendes Verhältnis -W²-

ermittelt wird und daß diejenigen Tiefen des Bohrlochs bestimmt werden, in denen einerseits das spontane Potential und das zusammengesetzte Signal stark voneinander abweichen und anderer-

seits das Verhältnis -W²- > 1,15 ist.

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung von wahrscheinlich bewegliche Kohlenwasserstoffe führenden Erdformationen in den ein Bohrloch umgebenden Schichten mittels Messung und Kombination des elektrischen Widerstandes nahe und in weiterem Abstand von der Bohrlochwandung unter Berücksichtigung des spontanen Potentials.

Derartige Verfahren sind in den USA.-Patentschriften 3 166 709 und 3 181 117 beschrieben. Bei dem Verfahren nach der USA.-Patentschrift 3 166 709 ' wird ein einziges Induktionslog verwendet, dessen seitliche Eindringtiefe naturgemäß immer dieselbe ist und jedenfalls nicht an ein und derselben' Bohrlochtiefe unterschiedliche Größe besitzen kann. Allerdings läßt sich dieser Druckschrift der Verfahrensschritt entnehmen, daß die gewonnenen Meßwerte zu aussagefähigen Kennwerten kombiniert werden. Die USA.-Patentschrift 3 181 117 beschreibt die Schaltungseinrichtungen, mit denen die Auswertung der gemäß USA.-Patentschrift 3 166 709 gewonnenen Signale erfolgt; die Schaltungsmittel für die Kombination sind mithin an sich bekannt und bilden keinen Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das die Interpretation der Aufzeichnungen oder »Logs« vereinfacht. In manchen Fällen ist die Interpretation der Aufzeichnungen verhältnismäßig unkompliziert, häufig ist dies jedoch nicht der Fall, weil das aufgezeichnete Log mehrere Kurven, die viele hundert, manchmal sogar tausende von Metern des Bohrlochs beschreiben, umfaßt, wobei die Kurven sich vorwärts und rückwärts quer zum Log in einer solchen Weise verschlingen, daß es schwierig ist, schnell festzulegen, in welcher Tiefe die unterirdischen Erdformationsschichten verwertbare Mengen von Kohlenwasserstoffen enthalten. Das Verfahren gemäß der Erfindung soll es mithin ermöglichen, nur die signifikanten Daten festzustellen, d. h. den Unterschied zwischen Kohlewasserstoffe führenden Erdschichten und Wasser führenden Erdschichten, und zwar allein auf Grund der elektrischen Messungen. Dabei sollen Erdformationen identifiziert werden können, die erhebliche Mengen beweglichen Öles enthalten, und es sollen auch Anzeigen über das relative Verhältnis zwischen beweglichem und ruhendem öl erhalten werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein zusammengesetztes Signal gebildet wird gemäß der Gleichung

mit R₅, R_ä als den nahe, bzw. entfernt von der Bohrlochwandung gemessenen Widerständen und A, B als durch die Meßanordnung gegebenen Konstanten, und daß diejenigen Tiefen des Bohrlochs bestimmt werden, in denen das Signal χ merkbar von dem Wert des spontanen Potentials abweicht.

Es soll nachstehend noch näher erläutert werden, warum dieses Verfahren den gewünschten Aufschluß über das Vorliegen von Kohlenwasserstoffen erbringt. Ein Vorteil liegt darin, daß von den elektrischen Meßaufzeichnungen weitere Kurven abgeleitet werden, die als Index für die seitliche Eindringtiefe des Bohrspülfiltrats in durchlässige Formationen dienen. Mit Hilfe dieser weiteren Aufzeichnungen können große Längen aufgezeichneter Logs schnellstens ausgewertet und die meistversprechenden Formationen sofort lokalisiert werden.

Wenn noch genauerer Aufschluß gefordert wird, insbesondere zur Ermittlung von wahrscheinlich große Mengen beweglichen Kohlewasserstoffs führenden Erdformationen, kann ein dritter Widerstandswert R_m in einer Zone der das Bohrloch umgebenden Erdformationen gemessen werden, die zwischen den Zonen mit den Widerständen R_s, R_d liegt, wobei ein für die Eindringtiefe des Bohrspülfiltrats kennzeich-

nendes Verhältnis -^-ermittelt wird und diejenigen Tiefen des Bohrlochs bestimmt werden, in denen einerseits das spontane Potential und das zusammengesetzte Signal stark voneinander abweichen und

andererseits das Verhältnis —§— ^ 1,15 ist.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt beispielsweise eine Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, und

F i g. 2 zeigt einen Abschnitt einer graphischen Aufzeichnung oder eines Logs, die mit der Einrichtung nach F i g. 1 erhalten wurde.

In F i g. 1 ist eine Bohrlochuntersuchungsvorrichtung 10 für die Untersuchung unterirdischer Erdformationen 11 gezeigt, die von einem Bohrloch 12 durchteuft sind. Das Bohrloch 12 ist mit einer leitenden Bohrspülung oder Bohrschlamm 13 gefüllt. Der Bohrlochapparat oder die Bohrlochsonde 10 wird von der Erdoberfläche mittels eines bewehrten Vielleiterkabels herabgelassen. Das Kabel 14 ist über eine Umlenkrolle 15 zu einem Trommelwindenmechanismus 16 geführt. Eine Betätigung des letzteren dient der Bewegung der Sonde 10 durch das Bohrloch 12.

Die Bohrlochsonde 10 umfaßt einen länglichen zylindrischen Träger 17, an dem verschiedene Spulen und Elektroden für die Durchführung der Bohrlochmessungen befestigt sind. An dem oberen Ende des Trägers 17 ist ein zylindrisches flüssigkeitsdichtes Gehäuse 18 angeordnet, das verschiedene elektrische Schaltkreise für die Erregung der Spulen und Elektrodensysteme enthält. Die resultierenden Meßsignale werden längs der Leiter im Kabel 14 heraufgeschickt und dort mittels geeigneter Bürsten- und Schleifringmechanismen 19 abgegriffen, wonach sie einem auf der Erdoberfläche angeordneten Steuerpult 20 zugeführt werden.

Die Bohrlochsonde 10 selbst bildet nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird daher nur summarisch beschrieben:

Der Träger 17 der Bohrlochsonde 10 weist ein Tiefenuntersuchungsinduktionssystem auf, das durch die Senderspulen T₁, T₂ und T₃ sowie die Empfängerspulen R₁, R₂ und R₃ gebildet wird. Jede Spule ist vom Solenoidtyp.

Unter »Tiefenuntersuchung« soll die seitliche oder horizontale Tiefe verstanden werden, bis zu der das System in die benachbarten Erdformationen mit der Messung einzudringen vermag. Das Tiefeninduktionssystem ist mit »IL-D« bezeichnet und dringt ziemlich tief ein, so daß die Ausgangssignale vorzugsweise die elektrische Leitfähigkeit von Formationsregionen in relativ großem seitlichem Abstand vom Bohrloch repräsentieren. Demgemäß wird hier unter günstigen Bedingungen eine Messung von R, erhalten, dem Widerstand der jungfräulichen oder nicht verunreinigten Abschnitte der Erdformation.

Der Träger 17 umfaßt ferner ein Mitteluntersuchungsinduktionssystem, das durch die Senderspulen T₁, T₂ und T₃ sowie die Empfängerspulen i\, r₂, r₃ und r₄ gebildet wird. Dieses Mitteltiefeninduktionssystem, bezeichnet »IL-M«, mißt die elektrische Leitfähigkeit von Formationsregionen in einer mittleren Entfernung vom Bohrloch.

Der Träger 17 weist ferner ein Flachuntersuchungselektrodensystem auf, das durch die Elektroden A₁, M₁, M₁, A₀, M₂, M₂ und A₂ gebildet wird. Zusätzliche Elektroden B₀, B₁, B₂ und N dienen dem Stromrücklauf und als Potentialbezugselektroden für dieses Elektrodensystem. Dieses Flachuntersuchungselektrodensystem, genannt »EL-S«, mißt die elektrische Leitfähigkeit von Formationsmaterial ziemlich nahe der Bohrlochwandung. Deshalb wird mit ihm unter günstigen Bedingungen eine Anzeige des Widerstandes R_x0 erhalten, das ist also des Widerstandes von Abschnitten durchlässiger Erdformationen, in die Bohrspülungsnitrat und Bohrspülungsfluid eingewandert ist.

Die /Ιο-Elektrode wird auch für die Messung des Eigenpotentials im Bohrloch verwendet. Dieses Eigenpotential, bezeichnet »SP«, resultiert aus der chemischen Reaktion zwischen dem Bohrspülungsfluid und dem fossilen Formationswasser. Es handelt sich um eine galvanische Reaktion, die Gleichspannungen erzeugt.

Die verschiedenen aus der Sonde erhaltenen Meßsignale werden längs des Kabels 14 übertragen und mittels des Steuerpultes 20 auf Verstärker 21 bis 24 mit niedrigen Ausgangsimpedanzen gegeben. Das SF-Signal wird dem Verstärker 21 zugeführt, das

ίο Tiefinduktionssignal dem Verstärker 22, das Flachelektrodensignal dem Verstärker 23 und das Mittelinduktionssignal dem Verstärker 24. Bei der vorliegenden Einrichtung liegen die Induktions- und Elektrodensignale in Form von »Leitfähigkeiten« vor.

Der Verstärker 21 speist das SP-Signal in ein Speichersystem 25 ein. Der Verstärker 22 speist das Tiefinduktionssignal in ein Speichersystem 26 ein. Der Verstärker 23 speist das Flachelektrodensignal in ein Speichersystem 27 ein, und der Verstärker 24 speist das Mittelinduktionssignal in ein Speichersystem 28 ein. Nur das Speichersystem 27 ist im einzelnen dargestellt, während die anderen genannten Systeme von ähnlichem Aufbau sind.
Das Speichersystem 27 umfaßt eine Vielzahl von Speicherkondensatoren 30 auf einer drehbaren Trommel 31 aus nicht leitendem Material. Jeder der Kondensatoren 30 ist zwischen einem äußeren Kontaktpunkt 32 und einen inneren Schleifring 33 geschaltet. Eine Schleifbürste 34 hat dauernd Kontakt mit dem Schleifring 33 und ist mit Masseanschluß 35 verbunden, so daß der Schleifring 33 dauernd geerdet ist. Die Trommel 31 wird stufenweise mit der Bewegung der Bohrlochsonde 10 durch das Bohrloch mittels eines Meßrades 36 und einer mechanischen Gelenkverbindung 37 verdreht, die die Trommel 31 mit dem Meßrad 36 verbindet. Das Meßrad 36 wirkt mit dem Kabel 14 zusammen, so daß eine Bewegung des Kabels 14 eine Verdrehung des Rades 36 und damit auch der Trommel 31 zur Folge hat.

Das Signal vom Verstärker 23 wird mittels Kontaktbürste 38 auf die Speicherkondensatoren 30 übertragen. Auf diese Weise wird jeder Kondensator auf eine Spannung aufgeladen, die von der Signalspannung abhängt, wenn er in Kontakt mit der Bürste 38 ist. Um dieses Verfahren zu vereinfachen, besitzt der Verstärker 23 eine sehr niedrige Ausgangsimpedanz. Die Signalspannungen, die in den verschiedenen Kondensatoren 30 gespeichert sind, werden aufeinanderfolgend mittels Ausgangskontaktbürsten 39 abgegriffen.

Jedes der anderen Speichersysteme 25, 26 und 28 besitzt einen ähnlichen Aufbau; sie werden alle mechanisch mittels der gleichen Gelenkverbindung 37 und des gleichen Meßrades 36 verdreht. Diese besitzen weniger Ausgangskontaktbürsten in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Gebrauch der von den gespeicherten Signalspannungen gemacht wird.

Anstatt eine rotierende Trommel zu benutzen, können auch Schrittschaltrelais und stationäre Kondensatoren verwendet werden, um jedes der Speichersysteme zu verwirklichen. Dies ist z. B. im einzelnen in der USA.-Patentschrift 3 181 117 beschrieben.

Eine Aufgabe der Speichersysteme 25 bis 28 ist es, die Erscheinungszeit der verschiedenen Meßsignale einzustellen, so daß in jedem gegebenen Moment die verschiedenen Ausgangssignale von den verschiedenen Speichersystemen Messungen repräsentieren,

die an der gleichen Tiefe des Bohrlochs gewonnen wurden. Dies ist erforderlich, da das Tiefenbezugsniveau für das Tiefeninduktionssystem an der Stelle L₁ der Bohrlochsonde 10 angeordnet ist, während das Tiefenbezugsniveau für das Mittelinduktionssystem beim Punkt L₂ liegt und der Tiefenbezugspunkt für das Flachelektrodensystem und die SP-Messung beim Punkt L₃ liegt. Die Tiefenverzögerungen infolge des Speichersystems sind so eingestellt, daß die Signale wieder zurück in Übereinstimmung gebracht werden. Es wird noch erläutert werden, daß die Speichersysteme 26 und 27 auch noch anderen Zwecken dienen.

Das SP-Signal vom Speichersystem 25 wird einem fotografischen Aufzeichnungsgerät 40 für die Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsträger oder einer Aufzeichnungskarte zugeführt, um so eine dauernde Aufzeichnung der SP-Signalwerte zu erhalten. Das Aufzeichnungsgerät 40 ist ein Mehrspulengalvanometer, und der Aufzeichnungsträger (fotografischer Film) wird stufenweise mit der Bewegung der Bohrlochsonde 10 durch das Bohrloch über die mechanische Verbindung 37 bewegt.

Drei in der Tiefe voneinander getrennte Werte des Tiefinduktionssignals werden vom Speichersystem 26 mittels einzelner Verstärker 41, 42 und 43 einem Amplituden- und Summierschaltkreis 44 zugeführt. Bei den Verstärkern kennzeichnet ein —-Zeichen eine umgekehrte Polarität, und ein +-Zeichen zeigt an, daß der Ausgang die gleiche Polarität wie der Eingang besitzt. Der Amplituden- und Summierschaltkreis 44 dient der Kombination ausgewählter Bruchteile der drei Tiefeninduktionssignalwerte, um so einen einzigen resultierenden Signalwert zu erhalten, der eine genauere Messung eines engeren vertikalen Abschnitts der Erdformation repräsentiert. Diese Technik ist im einzelnen in der USA.-Patentschrift 3 166 709 beschrieben.

Das resultierende Tiefeninduktionssignal aus dem Amplituden- und Summierschaltkreis 44 wird dann einem Verhältnisschaltkreis 45 zugeführt. Dasselbe Signal wird außerdem einem Logarithmierschaltkreis 46 zugeführt. Der Ausgang des Logarithmierschaltkreises 46 ist proportional dem Logarithmus der mit dem Tiefeninduktionssystem gemessenen Widerstandswerte. Dieses logarithmische Signal wird dem fotografischen Aufzeichnungsgerät 40 zugeführt und aufgezeichnet.

Mehrere Werte der Flachelektrodensignale werden über die Kontaktbürsten 39 einem Amplituden- und Summierschaltkreis 47 zugeführt. Der Amplituden- und Summierschaltkreis 47 erzeugt ein einzigc/Ausgangssignal proportional dem Mittelwert der verschiedenen Eingangssignalwerte, die ihm zugeführt werden. ·

Im vorliegenden Beispiel werden acht Werte abgegriffen, die bei Tiefenabschnitten gemessen wurden, welche im Bohrloch jeweils 15 cm voneinander entfernt lagen, und der Mittelwert bildet das Signal, das am Ausgang des Amplituden- und Summierschaltkreises 47 erscheint, d. h., daß der tatsächliche vertikale Meßbereich, der durch dieses Ausgangssignal repräsentiert wird, etwa einem Vertikalbereich von 120 cm im Bohrloch entspricht. Dies bewirkt unter anderem, daß die Vertikalauflösung für die Flachelektrodenmessungen sich mehr der gleichen Vertikalauflösung nähert, die für die Induktionsmessung wirksam ist. Dieses gemittelte Flachelektrodensignal wird dem zweiten Eingang des Verhältnisschaltkreises 45 zugeführt.

Diese Technik der Signalmittelwertbildung ist an anderer Stelle im einzelnen erläutert, so daß hier nicht näher darauf eingegangen werden muß.

Das Ausgangssignal des Verhältnisschaltkreises 45 ist proportional dem Verhältnis

R,-

ELS

ILD

wobei R_ELS die Widerstandswerte darstellt, die mit dem Flachelektrodensystem gemessen wurden, während RiLD der Widerstand ist, der mit dem Tiefinduktionssystem gemessen wurde.

Das Verhältnissignal wird dem ersten Eingang eines Amplituden- und Summierschaltkreises 48 zugeführt. Eine konstante Bezugsspannung —V wird einem zweiten Eingang des Amplituden- und Summierschaltkreises 48 zugeführt, der so arbeitet, daß er ein erwünschtes »Schnellanzeige« Signal gemäß folgendem Ausdruck liefert:

3 R

ILD

2 3'

Unter günstigen Bedingungen (d. h. in der Mehrzahl der Fälle) entspricht dieses »Schnellanzeige«-Signal

ziemlich genau dem tatsächlichen Wert der -pr-■ Die konstante Bezugsspannung —V wird verwendet, um den »2/3«-Faktor in die Gleichung (1) einzuführen.

Das >>Schnellanzeige«-Signal (QL) aus dem Amplituden- und Summierschaltkreis 48 wird einem Logarithmier-Schaltkreis 49 zugeführt. Das Ausgangssignal des Schaltkreises 49 ist proportional dem Logarithmus des Eingangssignals. Dieses logarithmische Signal wird mittels eines Einstellpotentiometers 50 einem Verstärker 51 zugeführt. Das Potentiometer 50 ist so eingestellt, da ein erwünschter »K«-Faktor vorgesehen wird. Das Signal am Ausgang des Verstärkers 51, bezeichnet mit »X«, wird dem fotografischen Aufzeichnungsgerät 40 zugeführt und aufgezeichnet. Es wird außerdem einem Differenzschaltkreis 52 zugeführt, dessen zweiter Eingang mit dem SP-Signal beaufschlagt wird. Das sich ergebende Differenzsignal am Ausgang des Schaltkreises 52 wird als ».I« bezeichnet und wird mittels des Schalters 53 dem fotografischen Aufzeichnungsgerät 40 zugeführt. Falls es nicht erwünscht ist, dieses Differenzsignal 1 aufzuzeichnen, kann der Schalter 53 geöffnet werden.

Das Mittelinduktionssignal am Ausgang des Speichersystems 28 wird einem Logarithmierschaltkreis 54 zugeführt. In Abhängigkeit davon erzeugt der Logarithmierschaltkreis 54 ein Ausgangssignal proportional dem Logarithmus des Widerstandes, der vom Mittelinduktionssystem gemessen worden ist. Das logarithmische Signal wird dem Aufzeichnungsgerät 40 zugeführt und aufgezeichnet.

Das Mittelinduktionssignal am Ausgang des Speichersystems 28 wird ferner dem ersten Eingang eines zweiten Verhältnisschaltkreises 55 zugeführt. Am zweiten Eingang des Verhältnisschaltkreises 55 liegt das Tiefinduktionssignal an, das am Ausgang des Amplituden- und Summierschaltkreises 44 erscheint.

Der Verhältnisschaltkreis 55 erzeugt ein Ausgangssignal proportional dem Wert

ILM

wobei Rjlm die vom Mittelinduktionssystem gemessenen Widerstandswerte darstellt und R_ILD der Widerstand ist, der vom Tiefinduktionssystem gemessen wurde. Dieses zweite Verhältnissignal wird dann dem Aufzeichnungsgerät 40 zugeführt und aufgezeichnet.

Das Flachelektrodensignal, das am Steuerpult 20 anliegt, wird ebenfalls einem Logarithmierschaltkreis zugeführt, und zwar dem Logarithmierschaltkreis 56. Dieser erzeugt ein Ausgangssignal proportional dem Logarithmus des Widerstandes, der vom Flachelektrodensystem gemessen wurde. Dieses Signal wird dem Aufzeichnungsgerät 40 zugeführt und aufgezeichnet. Falls erwünscht, kann das Eingangssignal für den Logarithmierschaltkreis 56 am Amplituden- und Summierschaltkreis 47 abgegriffen werden, anstatt dem Steuerpult entnommen zu werden. In diesem Fall würde das aufgezeichnete logarithmische Signal dem mittleren Flachelektrodensystem-Meßwert entsprechen.

Ein Abschnitt eines repräsentativen Logs bzw. einer repräsentativen Aufzeichnung des fotografischen Aufzeichnungsgeräts 40 ist in F i g. 2 der Zeichnung dargestellt. Man erkennt, daß die SP, Δ, X und

- -Signale auf dem linken Abschnitt des Logs

aufgezeichnet sind, wobei die Abszissen-Skala eine lineare Skala ist. Die drei logarithmischen Signale von der Tiefeninduktion, der Mittelinduktion und den Flachelektrodenmessungen werden im rechten Abschnitt des Logs aufgezeichnet, wobei die Abszisse logarithmisch geteilt ist. In beiden Fällen ist die Ordinatenskala linear in Tiefenniveaus des Bohrlochs geteilt.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bohrlochsonde 10 kontinuierlich (gewöhnlich nach oben) durch das Bohrloch 11 bewegt, und gleichzeitig werden die verschiedenen Spulen und Elektrodensysteme kontinuierlich betätigt, um die entsprechenden Werte aufzuzeichnen, für deren Messung sie vorgesehen sind. Die erhaltenen Meßsignale werden über das Kabel 14 übertragen und den verschiedenen Signalverarbeitungs- und Aufzeichnungsschaltkreisen zugeführt, die sich an der Erdoberfläche befinden. Diese Schaltkreise arbeiten in der zuvor beschriebenen Weise, um die verschiedenen Signale zu erzeugen, welche auf der sich bewegenden Aufzeichnungskarte innerhalb des fotografischen Aufzeichnungsgeräts 40 aufgezeichnet werden, um kontinuierliche Aufzeichnungen über die verschiedenen Signale als Funktion der Tiefe im Bohrloch zu erhalten.

Die Höhe des aufgezeichneten SP-Signals wird durch die Gleichung beschrieben:

= -KIo₈(^).

(2)

60

worin SP die Spitze-Spitze-Auslenkung des SP-Signals ist, K eine Konstante abhängig von der Bohrlochtemperatur, R_mf der Widerstand der filtrierten Phase der Bohrspülung und R_w der Widerstand des fossilen Wassers ist, das ursprünglich in der Erdformation vorlag, bevor das. Bohrloch gebohrt wurde. Falls

die Formation infiltriert wurde, wird das fossile Wasser zurückgedrückt, vom Bohrloch weg. Es wird sich jedoch noch in größerer Entfernung seitlich hinter der infiltrierten Zone finden, d. h. in der »uninfiltrierten« oder »unkontaminierten« Lage der Erdformation.

Das Signal X am Ausgang des Verstärkers 51 wird durch den mathematischen Ausdruck beschrieben:

X= -

QL.

(3)

Das »Schnellanzeige«-Verhältnis -^⁹- ist, wie oben

erläutert, aus den Messungen des Flachelektroden- und des Tiefinduktionssystems gewonnen worden.

überraschenderweise wird das Signal X nach Gleichung (3) in vielen Fällen identisch mit dem SP-Signal sein, und die beiden Kurven überlagern einander ziemlich gut auf dem aufgezeichneten Log. überraschenderweise zeigt die Inkoinzidenz von X und SP an, daß Kohlenwasserstoffe in der Erdformation vorliegen, vorausgesetzt, daß eine genügende seitliche Tiefe der Filtrateinwanderung vorliegt, um einen aussagekräftigen jR^o-Wert zu erhalten. In der großen Mehrzahl der Fälle wird diese letzte Bedingung in der Tat erfüllt.

Dieses Verhalten wird durch die in F i g. 2 dargestellten SP- und Z-Kurven illustriert. Die beiden Kurven überlagern einander ziemlich nahe in beiden Schieferschichten und in der Wassersandschicht (Porenraum 100% mit Wasser gefüllt). Sie sind unterschiedlich in den ölsanden. Es kann nachgewiesen werden, daß die Höhe dieses Unterschiedes eine Anzeige der Beweglichkeit der Kohlenwasserstoffluide darstellt, d. h. den Prozentsatz des Kohlenwasserstofffluids, der ohne weiteres beweglich ist. Die nicht beweglichen Anteile des Kohlenwasserstofffluids werden als »ruhend« bezeichnet. Der Unterschied zwischen den SP- und X-Kurven beträgt

J = SP-X,

(4)

wobei Δ als Bezeichnung für den Differenzbetrag verwendet wird.

Mittels Archies Sättigungsformel kann nachgewiesen werden, daß

Δ = 2 K

(5)

ist, wobei S_w die Wassersättigung in einem unkontaminierten oder nicht infiltrierten Abschnitt der Erdformation ist und S_xQ die Wassersättigung in dem vollständig infiltrierten oder überfluteten Abschnitt der Erdformation. In jedem Fall wird die Sättigung ausgedrückt als Bruchteil der Formationsporenräume. Demgemäß bedeutet eine 100%ige Wassersättigung, · daß der Porenraum zu 100% mit Wasser gefüllt ist. Beträgt die Sättigung weniger als 100%, so enthält der verbleibende Anteil der Porenräume Kohlenwasserstofffluid. Ebenso wie für Gleichung (3) gilt auch für Gleichung (5), daß sie sehr genau nur dann ist, wenn die Filtrationseinwanderung genügend tief ist, um einen aussagekräftigen R_x0-Meßwert zu erhalten, und zwar mit dem jeweiligen Flach-Untersuchungsgerät, das verwendet wird. . .

Im Falle eines 100% wasserführenden Sandes ist S_w gleich S_x0 (beide sind gleich Eins), und das Ver-.·

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hältnis wird gleich Eins. Infolgedessen wird der Logarithmus des Verhältnisses und damit auch Δ gleich Null Ih Konsequenz überlagern sich die Kurven SP und X.

Falls andererseits die Formation ölführend ist und der größte Teil des Öls beweglich ist (sehr geringe ruhende ölsättigung), so wird das Fluid in der infiltrierten Zone beinahe vollständig Bohrspülungsfiltrat sein, und R_x0 und S_x0 werden ungefähr gleich wie im Falle von Wassersand. R, und S_w jedoch werden unterschiedlich infolge der Anwesenheit von öl in den nicht infiltrierten Regionen. R_t wird größer, und S_w wird kleiner sein als in vergleichbarem Wassersand. In diesem Falle wird die Trennung zwischen den SP- und Z-Kurven ein Maximum werden. In den

Ausdrücken der Gleichung (5) wird -^- kleiner als Eins. In Konsequenz wird der Logarithmus des Verhältnisses ein negativer Wert zunehmender Größe für abnehmende S_w-Werte. Und demgemäß wird die Δ -Kurve in F i g. 2 mehr und mehr nach links ausgelenkt.

Falls die ruhende ölsättigung in der überfluteten Zone zunimmt, so wird S_x0 ebenfalls abnehmen. In Konsequenz wird der Unterschied Δ zwischen den SP- und X-Kurven geringer werden. Im Grenzfalle, wenn kein öl beweglich ist, sollte die Differenz Null werden, und die SP- und Z-Kurven sollten einander überlagern. Demgemäß ist durch die Aufzeichnung der SP- und X-Kurven auf demselben Abschnitt des Aufzeichnungsträgers oder Logs gleichzeitig ein Maß für den beweglichen ölanteil im Falle ölführender Formationen gegeben.

Die Differenzkurve Δ ist ebenfalls im Log nach F i g. 2 dargestellt. Man erkennt, daß sie der Schiefergrundlinie folgt, wenn Wassersand vorliegt, und nach links abgelenkt wird, falls ölführende Sande vorliegen, wobei die Ablenkung in ihrer Größe zunimmt, je größer der Anteil beweglichen Öls, verglichen mit dem des ruhenden Öls, ist. .

In den in F i g. 2 dargestellten Beispielen besitzt der obere ölsand bei etwa einer Tiefe von 1585 m eine sehr geringe ruhende ölsättigung in der überfluteten Zone, und demgemäß beobachtet man eine gute Trennung zwischen den SP- und X-Kurven. Der untere ölsand bei 1615 m und tiefer besitzt andererseits erhebliche ruhende ölsättigung, so daß sich eine bemerkenswert geringere Trennung zwischen den SP- und X-Kurven ergibt.

Die obige Gleichung (1) gibt das Verhältnis an, um

den »Schnellanzeige«-Wert

aus dem

Verhältnis zu gewinnen für zwei bestimmte Einrichtungen, die in F i g. 1 der Zeichnung angegeben sind. Der allgemeine Zusammenhang besitzt die Form:

(6)

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worin mit R_s der mit der Flachuntersuchungseinrichtung gemessene Widerstand ist, R_d der Widerstand gemessen mit der tieferen Untersuchungseinrichtung und A und B Konstanten, deren numerische Werte von den beiden jeweiligen Einrichtungen (einschließlieh ihrer Abmessungen) abhängen, die verwendet werden, um die R_s- und K_d-Messungen durchzuführen. Das Verhältnis zwischen Widerstand und Leitfähig-

keit sollte im Auge behalten werden. Dieses Verhältnis ist gegeben durch:

R =

wobei der eine Wert der Reziprokwert des anderen ist. Beide beruhen auf der gleichen grundsätzlichen elektrischen Eigenschaft, und demgemäß ergibt die ίο Messung des einen eine Anzeige des anderen und umgekehrt. In diesem Zusammenhang sollte die folgende Gleichung berücksichtigt werden:

= Rs ■ C_d.

Demgemäß könnte in manchen Fällen der Verhältnisschaltkreis 45, der der Bildung des Schnellanzeigesignals dient, druch einen Multiplizierschaltkreis ersetzt werden, wenn man voraussetzen kann, daß saubere Eingangssignale erhältlich sind (d. h. R_s- und Cj-Signale).

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß aus der Kombination der Gleichungen (3) und (6) die erfindungsgemäße Lehre hergeleitet wurde, denn Einsetzen des Wertes für

R,

aus Gleichung (6) in Gleichung (3) führt zu der Gleichung

Wie oben bereits erwähnt, ist es notwendig, um genaue Ergebnisse zu erhalten, daß die durchlässigen Erdformationen genügend infiltriert werden, so daß das Flachuntersuchungssystem einen aussagekräftigen R_x0-Meßwert liefert. Für den Fall des in F i g. 1 gezeigten bestimmten Flachuntersuchungselektrodensystems und bestimmten Tiefenuntersuchungsinduktionssystems werden genaue Ergebnisse erhalten, sobald die Filtrateinwanderung so groß ist, daß der Durchmesser der infiltrierten Zone 75 cm oder mehr beträgt. Im Fall eines 20-cm-Bohrloches bedeutet dies, daß das Filtratfluid um eine Entfernung von mindestens 27 cm von der Wandung des Bohrloches seitlich eindringen muß.

Der untere Grenzwert der Einwanderungszone für gute Genauigkeit kann noch abgesenkt werden, indem man Elektrodenanordnungen verwendet, die eine noch flachere seitliche Untersuchungszone besitzen. Falls man z. B. das Elektrodensystem nach F i g. 1 durch ein die Wandung des Bohrloches berührendes Elektrodensystem nach USA.-Patentschrift 3 132 298 ersetzt, so wird der erforderliche Mindesteinwanderungsdurchmesser für gute Genauigkeit etwa 45 cm betragen. Im Falle eines Bohrloches mit einem Durchmesser von 20 cm ist somit eine Mindesteinwanderung von 12,5 cm in die Erdformation erforderlich.

Die in F i g. 1 gezeigten Anordnungen sind für die meisten ziemlich konsolidierten Erdformationen brauchbar. Für sehr wenig konsolidierte oder weiche Formationen sollte ein noch flacheres Untersuchungselektrodensystem Verwendung finden.

Um solche Fälle zu untersuchen, bei denen die FiI-trateinwanderung nicht tief genug ist, um einen hohen Grad von Genauigkeit zu erreichen, ist auf dem aufgezeichneten Log eine weitere Kurve vorgesehen, die als Einwanderungsdurchmesseranzeige oder Index dienen kann. Diese Kurve 60 ist in F i g. 2 dargestellt. Die Kurve 60 ist eine Aufzeichnung des Verhältnisses

ILM

ILD

Die Skalenteilung für diese Kurve ist bei 61 in Fig. 2 angedeutet. Das Verhältnis wird erhalten mittels des Vergleichsschaltkreises 55 der F i g. 1 (unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen Widerstand und Leitfähigkeit).

Falls keine Filtrationseinwanderung vorliegt, so erfolgt durch die Mittel- und Tiefinduktionseinrichtungen die gleiche Messung, und das Verhältnis wird gleich 1. Das ist natürlich für die Schieferformationen der Fall. Wenn die Tiefe der Einwanderung zunimmt, so wird die Mittelinduktionseinrichtung mehr und mehr durch die Einwanderung beeinflußt. Demgemäß (und unter der Voraussetzung einer frischen Bohrspülung) nimmt das Verhältnis für zunehmende Einwanderungstiefe ebenfalls zu.

Es hat sich gezeigt, daß im Falle der in F i g. 1 dargestellten Einrichtungen das Verhältnis immer dann größer oder gleich 1,15 ist, wenn die Einwanderungstiefe genügt, um eine genügende Genauigkeit für die X- und Λ-Werte zu erbringen. In F i g. 2 ist der Einwanderungsindex 1,4 für den Wassersand und den oberen ölsand und 1,6 für den unteren ölsand. Das zeigt an, daß die X- und Δ -Werte in diesen Fällen zuverlässig sind:

Falls der Einwanderungsindex kleiner als 1,15 ist, sollten die X- und zl-Proben nur mit Vorsicht ausgewertet werden, das Werte, die auf die Anwesenheit von öl hinzudeuten scheinen, an Stelle dessen nur anzeigen können, das eine genügende Filtrateinwanderungszone nicht vorliegt. Es ist jedoch festzuhalten, daß selbst in diesen Fällen die Möglichkeit einer ölführenden Formation nicht übersehen wird.

Bezüglich der Logarithmierschaltkreise 46, 54 und 56 derFig. 1 soll noch bemerkt werden, daß die Tatsache, daß das Eingangssignal den Wert der Leitfähigkeit angeben kann und das Ausgangssignal den Wert des Widerstandes, eine einzigartige Eigenschaft der logarithmischen Arbeitsweise ist. Dies resultiert aus der Beziehung

log R = -log C, (9)

wobei C die Eingangsleitfähigkeitssignale und R die Ausgangswiderstandssignale angibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung von wahrscheinlich bewegliche Kohlenwasserstoffe führenden Erdformationen in den ein Bohrloch umgebenden Schichten mittels Messung und Kombination des elektrischen Widerstandes nahe und im weiteren Abstand von der Bohrlochwandung unter Berücksichtigung des spontanen Potentials, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusammengesetztes Signal gebildet wird gemäß der Gleichung