DE1953299C3 - Geoelektrische Bohrloch-Meßeinrichtung - Google Patents

Description

15

Die Erfindung bezieht sich auf eine geoelektrische Bohrloch-Meßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Mit der Erfindung soll eine Einrichtung geschaffen werden, mit der der senkrechte Widerstand einer jo elektrisch anisotropen Erdformation gemessen werden kann, die ein Bohrloch umgibt Übliche elektrische und Induktions-Log-Verfahren messe, in derartigen elektrisch anisotropen Formationen nur den spezifischen Widerstand in einer rechtwinki'χ zum Bohrloch ji gehenden Richtung und im allgemeinen entlang der horizontalen Schichtung. Dieser Widerstand wird horizontaler spezifischer Widerstand genannt Diese Erscheinung wird allgemein das Paradoxon der Anisotropie genannt (siehe Kunz&Moran, »Some Effects of Formation Anisotropy on Resistivity Measurements in Boreholes«, Geophysics, Band XXIII, Nr. 4, Oktober 1958, Seiten 770 - 794, auf S. 775). Bei isotropen Medien bietet dieses Paradoxon kein Problem; bekannte Verfahren genügen, um dann den spezifischen Widerstand zu bestimmen. Aber aufgrund dieses Paradoxon war es bislang schwierig, den vertikalen spezifischen Widerstand in einem solchen anisotropen Medium zu ermitteln, insbesondere den Anisotropie-Koeffizienten λ eines anisotropen Mediums, wobei »>

Hier ist Rν gleich dem vertikalen und Rh gleich dem horizontalen spezifischen Widerstand. Die Anisotropie kann demnach ohne weiteres bestimmt werden, sobald der vertikale spezifische Widerstand gemessen ist, da der horizontale Widerstand sich leicht durch übliche m) Verfahren messen läßt.

Neue Entwicklungen in der Elektro-Log-Technik, siehe insbesondere die US-PS 32 56 480, die ein Elektro-Log mit sehr weitem Abstand betrifft, das nachstehend als ULSEL-Verfahren erwähnt wird, zeigen, daß die Kenntnis des Anisotropie-Koeffizienten sehr nützlich wäre. Zum Beispiel ist es ur.ter bestimmten Bedingungen der elektrischen Anisotropie schwierig,

AX²AP

20 _A Hierin ist

gleich dem spezifischen Widerstand, der bei Fehlen eines Salzkörpers gemessen wird, der spezifische Widerstand, der in Gegenwart eines Salzkörpers gemessen wird, der Abstand zwischen der nächsten auf weitem Abstand liegenden Potentialeiektrode und der Stromeiektrode nach dem ULSEL-Verfahren, Xap der scheinbare Abstand eines Salzkörpers.

Die Beziehung zwischen dem scheinbaren Abstand Xap nach dieser Formel und dem tatsächlichen Abstand Xo in einem anisotropen Medium ist aus der Formel

Χ_ΑΡ=ΧοΙλ

bekannt, wobei λ aus Komponenten zusammengesetzt ist, die von der mikroskopischen Anisotropie innerhalb der stratigraphischen Schichten und der makroskopischen Anisotropie abhängen, die durch die aufeinanderfolgenden stratigraphischen Schichten mit verschiedenen Leitfähigkeiten verursacht ist Eine Kenntnis der Mikroskopischen Anisotropie und eine Kartierung der stratigraphischen Schichten ermöglicht, daß das kombinierte Λ berechnet und genaue seitliche Abstandsmessungen mit dem ULSEL-Verfahren -ungeführt werden können. Es ist auch möglich, das Modell, auf welchem das ULSEL-Verfahren beruht, bei Kenntnis der mikroskopischen Anisotropie abzuwandeln und zu verbessern.

Bei einfallenden Schichten in der Nähe eines Körpers mit hoher elektrischer Impedanz kann die makroskopische Anisotropie die nach dem ULSEL-Verfahren abgeleiteten Daten verschleiern. Durch Analyse der Wirkung des Einfallens auf die Auswertung der mit ULSEL erzielten Daten kann gezeigt werden, daß für Sedimente, die von der Achse des Bohrloch!; aus schräg einfallenden, eine Kenntnis der kombinierten Anisotropie zur Deutung der ULSEL-Daten nützlich ist

Eine Kenntnis der Anisotropie hilft auch zur Unterscheidung zwischen isotropen Sandschichten und tonigen anisotropen Schichten, und ein Verfahren zur Bestimmung des wahren Wertes des Anisotropie-Koeffizienten kann daher zur Bestimmung von Sand und Ton benutzt werden. Sand, der Ton als Verunreinigung enthält oder in den andere Stoffe eingedrungen sind, hat einen von der Einheit verschiedenen Anisotropie-Koeffizienten. Durch Analyse und Vergleich der Daten läßt sich die Zusammensetzung der Sandschichten genau bestimmen.

Seit langem sind geoelektrische Meßverfahren bekannt, die auch in Bohrlöchern ausgeführt werden und den Zweck haben, Abweichungen in der Leitfähigkeit und im Widerstand festzustellen und zu messen. So betrifft die DE-PS 6 28 225 ein Verfahren, mit dem im

unverrohrten Teil eines Bohrloches gemessen werden soll. Dazu wird eine Sonde mit einer Antenne von einigen Metern Länge oder Spule mit einer oder mehreren Windungen durch das Bohrloch gefahren, wobei die Antenne oder Spule Teil eines Hochfrequenzkreises sind, dessen durch den Einfluß der umgebenden Bodenschichten bewirkte Frequenzänderungen durch geeignete Mittel über Tage wahrnehmbar gemacht werden. In einer Abänderung dieses Verfahrens gemäß der DE-PS 6 33 006 ist vorgesehen, daß durch den unverrohrten Teil eines Bohrloches eine Sonde gefahren wird, die einen Schwingungskreis mit einer Antenne oder Spule enthält, wobei die von den umgebenden Bodenschichten bewirkten Änderungen der Dämpfung bzw. Stromstärke des Schwingungskreises gemessen und aufgenommen werden.

Die britische PS Nr. 11 34 536 betrifft eine Bohrlochsonde, dii elektromagnetische Energie in die umgebenden Erdformationen überträgt und im vertikalen Abstand zum Sender oder Geber mehrere, jeweils mit Abstand zueinander liegende Empfänger aufweist die auf die jeweils am Ort des Empfängers auftretende Energie ansprechen und dabei wenigstens eine Komponente der Ausbreitungskonstanten in wenigstens einem Teil der Erdformationen messen. Der Abstand der Empfänger mit Bezug auf den Sender ist so groß, daß die von den Empfängern aufgenommenen Wellen als eben anzusehen sind. Die Betriebsfrequenz soll ausreichend niedrig sein, so daß die HF-Eindringtiefe oder Hautdicke in den Formationen erheblich größer als der Abstand zwischen Geber und Empfängern ist Das theoretische Prinzip der britischen PS 11 34 536 liegt auch der US-PS 33 91 334 zugrunde, wobei allerdings der Geber über Tage angeordnet werden soll und ein zeitlich veränderliches, niederfrequentes Mikropulsationsfeld erzeugt Die durch das Bohrloch zu fahrenden 3 Detektoren nehmen entweder die elektrische oder die magnetische Komponente eines elektromagnetischen Feldes auf, wobei daraus die HF-Eindringtiefe berechnet wird.

In den hier besprochenen Veröffentlichungen wird das Problem der Anisotropie nicht behandelt Es sind auch keine Mittel beschrieben, die ohne weiteres zur Ermittlung der Anisotropie verwendet werden könnten.

In der US-PS 31 87 252 ist eine Bohrloch-Meßeinrichtung besch'ieben, die vorsieht, daß im Bohrloch zwei elektromagnetische Felder im Bereich zwischen Audio- und Radio-Frequenz erzeugt werden, wobei das eine Feld seine Achse parallel, das andere rechtwinklig zur Achse des Bohrloches h.?.t. Beim Meßvorgang werden Geber und Empfänger synchron um eine parallel zur Achse des Bohrloches liegende Achse gedreht und dabei Phasenwinkel der erzeugten Felder aufgenommen. Die Einrichtung ermöglicht, aus den Messungen von 2 der sich drehenden Spulen den senkrechten Widerstand zu berechnen. Für eine direkte Messung ist diese bekannte Einrichtung nicht vorgesehen und nicht geeignet

Nach der US-PS 24 08 029 ist es bekannt, für geoelektrische Aufschlußarbeiten, insbesondere für Bohrlochsonden, Frequenzen in einem Bereich von 5-10 MHz zu erzeugen.

Aus der französischen PS 15 27 757 ist eine Bohrlochsonde bekannt, die zur Messung des Widerstandes der umgebenden Schichten benutzt wird und hierzu eine oszillatorgespeiste Spule und zwei Emp- h5 fängerspulen aufweist, wobei die beiden Empfängerspulen untereinander und mit Abstand unter der Geberspule angeordnet sind.

Außer diesem Stand der Technik liegen der Erfindung noch die folgenden Überlegungen zugrunde.

Die allgemeine Formel, die ein elektrisches FeU beschreibt, kann wie folgt angegeben werden:

E= - V<P -

dA dt

Hierin ist der erste Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung die Divergenz des skalaren Potentials und der zweite Ausdruck das Ausmaß der Änderung des Vektorpotentials nach der Zeit Für Elektro-Log-Zwekke kann der erste Ausdruck als Potentialkomponente des elektrischen Feldes bezeichnet werden, die auf dem Strom beruht, der in die ein Bohrloch umgebenden Formationen durch Stromelektroden eingeleitet wird, welche bei üblichen Elektro-Log-Verfahren benutzt werden. Für Elektro-Log-Zwecke kann der zweite Ausdruck als induzierte Komponente des elektrischen Feldes bezeichnet werden und wird in den ein Bohrloch umgebenden Formationen durch ei« mit der Zeit sich änderndes elektromagnetisches Feld induziert In üblichen Elektro-Log-Verfahren ist die zweite Komponente vernachlässigbar, da kein merkliches zeitveränderliches Magnetfeld der Sonde des Logs zugeordnet ist Es Li dann ersichtlich, daß das Potentialfeld — V Φ dasjenige ist, das bei üblichen Elektro-Logs zur Messung des Widerstandes benutzt wird. Es ist jedoch eine merkwürdige Naturerscheinung, daß dieses Potentialfeld nicht in einem üblichen Elektro-Log üur Messung des vertikalen Widerstandes benutzt werden kann. Das Potentialfeld hängt unmittelbar von dem Stromfluß ab, und es kann mathematisch gezeigt werden, daß die mit einem üblichen Elektro-Log verbundene Stromverteilung schwankt, falls der vertikale spezifische Widerstand sich ändert, und daß diese Schwankung derart ist, daß das zwischen zwei Elektroden gemessene Potential bei sich änderndem vertikalen Widerstand konstant bleibt Demnach ist das Paradoxon, der Anisotropie auf der Unempfindlichkeit des Potentialfeldes gegenüber Änderungen in einem vertikalen, zum Bohrloch parallelen spezifischen Widerstand begründet, falls dieser entlang der Vertikalen gemessen wird.

Die vorliegende Erfindung umgeht das Paradoxon der Anisotropie dadurch, daß entweder das Potentialfeld im Vergleich zum induzierten Feld unbedeutend gemacht wird oder daß zweitens das Potentialfeld überhaupt ausgeschaltet und ein merkliches induziertes Feld erzeugt wird. Die Erfindung sieht zu diesem Zweck vor, eine Einrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruches in der Weise auszugestalten, daß die Sonde symmetrisch zur Dipolanordnung zwei Aufnehmerelek troden aufweist die gegen die Dipolanordnung elektrisch isoliert sind, und daß die Länge des Dipols den Abstand der Elektroden so weit übersteigt, daß die Elektroden in dem bereich des erzeugten Feldes liegen, dessen elektrischer Verlauf parallel zum Dipol ist

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispir'en näher beschrieben. In. den Zeichnungen zeigt

Fig. t eine Vereinfachte Darstellung einer Log-Einrichtung zur Veranschaulichung einer ernten Ausfühmngsform,

F i g. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der oberen Hälfte einer i:; F i g. 1 gezeigten Einrichtung,

Fig.2A eine teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht des unteren Endes der Einrichtung nach Fig. 1,

F i g. 2B eine Querschnittsansicht des unteren Endes

der Einrichtung nach Fig. 1, die zu der nicht leitenden Form der zweiten Ausführungsform abgewandelt ist,

F i g. 3 vereinfacht das Magnetfeld, das durch einen in einer Dipol-Antenne schwingenden Strom erzeugt wird, sowie das entsprechende induzierte elektrische Feld

Fig.4 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht einer abgewandelten oder zweiten Ausführungsform, wobei die obere Hälfte einer Dipol-Antenne das Log-Kabel umhüllt,

F i g. 4a eine Schnittdarstellung des Kabelanschlusses und des oberen Teiles der Dipol-Antenne der Einrichtung nach F i g. 4,

F i g. 4b und 4C das obere bzw. untere Ende der Einrichtung nach F i g. 4,

Fig.5 eine Schnittdarstellung einer abgewandelten Form der Einrichtung nach der zweiten Ausführungsform, wobei die Log Sonde eine einzelne Einheit ist.

Bei beiden Ausführungsformen der Erfindung wird eine Dipol-Antenneneinrichtung mit einer Länge etwa 9 bis 30 m zur Erzeugung eines mit der Zeit sich ändernden Magnetfeldes benutzt, welches ein vertikales elektrisches Feld in den das Bohrloch umgebenden Formationen induziert Da der in der Dipol-Antenne schwingende Strom vertikal ist, ist das elektrische Feld in den Formationen auch vertikal. Nachdem einmal dieses vertikale induzierte Feld vorherrscht oder das Poieitialfeld verdrängt, wird durch eine Messung des Potentials zwischen zwei Potentialelektroden ;; -rniuelbar und einfach der vertikale Widerstand der umgebenden Formation gemessen.

Die Dipol-Antenne kann verschieden ausgebildet sein, z. B. als dünner Draht 10 in F i g. 2, zylindrische Stange 32 in Fi g. 4 und 4a oder als zylindrische Stange 14 in F i g. 5. Die Dipol-Antenne kann, wie in F i g. 2 gezeigt ist, durch eine Direktverbindung des Oszillators 36 zur dünnen Drahtantenne 10 direkt gespeist sein. Die Dipol-Antenne kann aber auch durch induktive Kopplung gespeist sein, wie durch ein Paar gekoppelter Spulen 40 in Fig.4 und 5 dargestellt ist Damit der maximale Strom in der Antenne oszilliert, ist es erwünscht, daß die Spulen so abgeglichen sind, daß sich ein Resonanzkreis ergibt

In einer ersten Ausführungsform wird dafür gesorgt, daß das induzierte Feld das Potentialfeld überdeckt. Hierfür werden die Parameter einer Sonde so eingestellt daß das Verhältnis des absoluten Wertes des induzierten Feldes zum absoluten Wert des Potentialfeldes größer als 20 in dem Bereich wird, in welchem die Meßelektroden eingesetzt werden. Diese erste Ausfüh-• rungsform wird durch die F i g. 1, 2 und 2A, 4B und 4C dargestellt wenn sifc in Zusammenhang mit F i g. 4 betrachtet werden. Der hauptsächliche physikalische Unterschied zwischen der Zweiten und der ersten Ausführungsform besteht darin, daß die Enden der Dipol-Antenne in der zweiten Ausfühn.ingsförm isoliert sind, wie durch die Fibergiasisoiierung 16 in F i g. 2B, die isolierte zylindrische Stange 14 in Fig.5, die isolierte Stange 32 in F i g. 4 und die isolierte zylindrische Hülle in Fig.4A dargestellt ist Andererseits sind die Enden der Dipol-Antenne in elektrischem Kontakt mit den umgebenden Formationen in der ersten Ausführungsform, wie durch die kugelförmige Stromelektroden 48 in F i g. 1 und 2a, den leitenden Kopf 54 in den F i g. 1 und 2, das freiliegende obere Ende 50 der zylindrischen Schale 72 in Fig.4B und die untere Stromelektrode 52 in F i g. 4C dargestellt ist In diesen Ausführungsformen fließt Strom in die umgebenden Formationen und wird von diesen aufgenommen, wie durch die Stromlinie 92 in F i g. 1 angedeutet wird. Dieser Unterschied hat ein« erhebliche physikalische Bedeutung, da an den Ender des Dipols in der zweiten Ausführungsform faktisch kein Potentialfeld auftritt, der vertikale Widerstanc > kann gemessen werden, ohne daß irgendeine auf den Potentialfeld beruhende Wirkung betrachtet zu werder braucht. Aufgrund des Formationsstromflusses von der Enden des Dipols in der ersten Ausführungsform ist ei jedoch möglich, einen etwas größeren Strom in die

in Dipol-Antenne einzuspeisen, als bei der zweiter Ausführungsform möglich ist. Daher ist das inUuziert< Feld der ersten Ausführungsform stärker als da induzierte Feld der zweiten Ausführungsform.

Es kann mathematisch abgeleitet werden, daß für die

ι j erste Ausführungsform das Verhältnis des Absolutwer tes des induzierten Feldes zum Absolutwert de; Potentialfeldes in einem begrenzten Bereich, der de: nähere Zentralbereich genannt wird, durch die folgendt Formel gegeben wird:

r> In der Formel ist

μο = die Permeabilität Jes freien
Raumes = 4π ■ 10-' ^-^y

f = die Frequenz in Hz, mit welcher die Dipol-Anten ⁱⁿ ne gespeist wird,

σο = die Leitfähigkeit in 1/Ω m der Jas. Bohrloch

umgebenden Formation,
L = die Gesamtlänge des Dipol-Antennensystems

inm

^!l Ao = die Randzonentiefe oder der Abstand, in welchen das skalare Potential um den Faktor Me aufgrüne der Frequenz bezogenen Dämpfung = 5O4//7öü rr verringert wird und

r = der Abstand in m von der Achse des Antennensy ⁴" stems auf einer die Antenne zweiteilenden Linie.

Der nähere Zentralbereich wird als der Bereich definiert, in welchem der Abstand von der Dipol-Anten ne sowie der Abstand von einer imaginären Linie "· weiche die Dipol-Antenne zweiteilt, wesentlich geringe] als '/2 der Gesamtlänge der Dipol-Antenne sind Potentialmeßelektroden 20 und 22 in den F i g. 1 und : und Bandelektroden 24 und 26 in F i g. 4 sind in diesen näheren Zentralbereich angeordnet

Für die erste Ausführungsform ergibt sich aus dei vorstehenden Verhältnisformel, daß die beiden Parame ter, die ohne weiteres variiert werden können, die Frequenz / und Dipollänge L sind. Das Verhältnis is äußerst empfindlich gegen Änderungen in der Länge aufgrund der Exponentialbeziehung. Obwohl es sogai scheinen könnte, daß das Verhältnis vergrößert werder könnte, indem einfach eine Hochfrequenz benutzt wird ist es auch erwünscht, die Frequenz im Bereich vor 100 kHz bis 1000 kHz zu halten, da die Randzonentiefe

fco Ao, umgekehrt proportional der Quadratwurzel dei Frequenz ist Je höher die Frequenz desto geringer is die Randzonentiefe. Aus der Verhältnisformel kanr auch entnommen werden, daß das Verhältnis auf eine komplizierte Weise der Randzonentiefe proportiona

fc5 ist Daraus ergibt sich, daß die Randzonentiefe nicht zi klein gemacht werden sollte. Die nachstehend« Aufstellung zeigt die Abhängigkeit des Verhältnisse: von der Länge an einem Punkt, der '/io m von der Achse

der Antenne auf einer Linie liegt, welche die Antenne zweiteilt, wobei die Frequenz auf 100 kHz eingestellt ist und das Medium e^;nen Vertikalwiderstand von 10 Ω hat.

	Länge (L) in m
1300	39,96
360	30,43
89	19,98
403	13,12
24	12,02
19,8	11,01
16,3	10,00

Aus diesen besonderen Umständen ist zu ersehen, daß die Sonde nicht weniger als 10,8 m lang sein soll, falls ein Verhältnis von 20 :1 erzielt werden soll.

Das induzierte Feld, das in beiden Ausführungsfornien auftritt und das in Fi g. 3 dargestellt ist, ist in den Formatior.r r. vertikal. Aufgrund dieser Vertikaleigenschaft kann gezeigt werden, daß für beide Ausführungsformen der vertikale Widerstand ρ ν durch die Formel gegeben wird:

|£z| der Absolutwert der Vertikalkomponente der elektrischen Feldamplitude = dem Absolutwert der gemessenen elektromotorischen Kraft, geteilt durch den Vertikalabstand zwischen dem Meßelektroden und

<x, β Konstanten.

In beiden Ausführungsformen liefert eine Stromquelle 60, siehe Fig. 1, über eine Stromleitung 58, siehe F i g. 2, 4, 4A und 5, Strom an einen Oszillator, der in F i g. 2 und 3 bei 36 und in den F i g. 4 und 5 bei 34 dargestellt ist Die Leitung 58 liefert auch Strom an einen Spannungsverstärker 38, siehe F i g. 2, 3, 4 und 5. Die durch die Potentialelektroden gemessene Spannung, die durch den Spannungsverstärker 38 verstärkt wird, wird über die Leitung 56 des Kabels 52 auf ein Aufzeichnungsgerät übertragen, wie z. B. ein Federgalvanometer 46, siehe Fig. 1, so daß eine Aufzeichnung der Spannung auf einem zu einem Sichtvergleich geeigneten Aufzeichnungsträger, dem Registrierstreifen 44 erfolgt Der Teufengenerafor 74 zeigt auf dem Streifen 54 die Teufe an, in der die Spannung gemessen worden ist Der Spannungsverstärker 38 und die Oszillatoren 34 und 36 sind mit so wenig wie möglich elektromagnetisch metallischen Teilen gebaut, so daß jegliche Interferenz mit dem zeitlich veränderlichen Magnetfeld, das von der Dipol-Antenne erzeugt wird, auf einen Kleinstwert gebracht wird. Auch kann mit Bezug auf den Strom, der in der Antenne oszilliert, das Spannungssignal, das vom Spannungsverstärker 38 über die Leitung 56 ausgesandt wird, auf e'ner gemeinsamen Zeitbasis gepulst oder in der Frequenz geändert werden, so daß die Aufnahme durch die Leitung 56 aus dem oszillierenden Magnetfeld so gering wie möglich bleibt Da ferner die Leitung 56 für das gemessene Potential Interferenzsignale aus der Kraftleitung 58 aufnehmen kann, falls eine WechselstromqueHe benutzt wird, ist es erwünscht, daß die Stromquelle 60 eine Gleichstromquelle ist

Das Kabel 42 ist ein Logkabel mit Standardstärke, das zum Bewegen der Sonde 17 im Bohrloch benutzt wird. Es wird durch eine übliche aus Winde und Motor bestehende Einrichtung betätigt, die schematisch bei 76 F i g. I dargestellt ist Das Kabel 42 ist mit der Sonde 17 ι durch einen üblichen Kabelkopf 90 verbunden.

Die Sonde 17, welche die Dipol-Antenne enthält, kann aus irgendeinem geeigneten, nicht magnetischen und nichtleitenden Material gebaut sein. In den F i g. 1 und 2 ist das Gehäuse als Kunststoff-Stange 16 und Kunstin stoff-zylindrische Hülle 18 dargestellt. Nach F i g. 5 ist es ein zylindrisches Gehäuse 70, nach Fig. Ί ein zylindrisches Gehäuse 68. Ein besonderer Vorzug der Form der in F i g. 4 gezeigten Einrichtung liegt darin, daß nur die untere Hälfte der Sonde 68 als Spezialgehäuse

η ausgeführt werden muß. Die obere Hälfte der Dipol-Antenne ist als zylindrische Schale 12, siehe F i g. 4A, ausgebildet, die gegenüber dem Kabel 42 und dem Bohrloch durch dem Gummischuh 72 isoliert ist. Die obere und die untere Hälfte der Antenne sind durch den isolierten Draht 94 verbunden, der durch die Kabelkopfkupplung 90 hindurchläuft.

Beim Einfahren der Sonde nach Fig. 1 und 2 in das Bohrloch werden verformbare Kissen 62 und 64 außer Berührung mit der Wandung des Bohrlochs und den

2Ί umgebenden Erdformationen gehalten. Für diesen Zweck hält der Haken 84 des Solenoids 66 die verformbaren Kissen 62 und 64 dadurch von den Seiten ab, daß die Stahlfedern 82 und 86 zusammengedrückt werden, wenn der Kragen 85 in der in gesrichelter Linie

in in F i g. 2 gezeigten Stellung gehalten wird. Wenn die Sonde am tiefsten Punkt im Bohrloch angelangt ist, wird durch den Schalter 78 an der Oberfläche das Solenoid 66 über die Leitung 80 erregt, wodurch der Haken 84 zurückgezogen und der Kragen 85 freigegeben wird.

ii Dadurch zwingen die Federn 82 und 86 die verfoimbaren Kissen 62 und 64 gegen die das Bohrloch umgebenden Formationen, so daß die Kontakte 20 und 22 an die Wandung des Bohrloches angedrückt werden. Eine solche Stellung kann erforderlich sein, falls eine

Bohrflüssigkeit mit hohem Widerstand, z. B. Ölbasis oder eine Emulsion, im Bohrloch vorhanden ist

Die Erfindung kann benutzt werden, um dünne Schichten festzustellen. Hierbei liegen die Potentialmeßelektroden 20 und 22, siehe Fig. 1, oder die Bandelektroden 24 und 26, siehe Fig.4, und die Bandelektroden 28 und 30, siehe F i g. 5, weniger als 2 Fuß (60 cm) auseinander. Infolgedessen ist es möglich, mit größter Genauigkeit die Teufe im Bohrloch aufzunehmen, in der eine Änderung in dem vertikalen spezifischen Widerstand auftritt, so daß eine Grenzfläche 88, siehe Fig. 1, 2 und 3, wahrgenommen werden kann. Da das Anisotropie-Paradoxon umgangen wird, ist das durch die Elektroden in solch einem Fall gemessene Potential nur durch den spezifischen

vertikalen Widerstand der Formationen beeinflußt, mit denen direkter physikalischer Kontakt besteht Daher wird durch Anomalien in seitlichem Abstand von der Kante des Bohrloches nicht die nahe momentane Aufnahme von Grenzflächen zwischen Schichten beeinträchtigt, die abweichende Vertikalwiderstände haben. Daher ergibt sich eine wichtige Anwendungsmöglichkeit durch die Kartierung der Stratigraphie dünner Schichten, die wirtschaftliche ölvorräte enthalten können.

&5 Es könnte vermutet werden, daß die Eigenschaften der Bohrflüssigkeit im Bohrloch einen gewissen Einfluß auf die beschriebenen Messungen haben würden. Im einzelnen könnte angenommen werden, daß eine

Bohrflüssigkeit mit sehr geringem Widerstand die Wirkung haben würde, die Potentialmessung kurzschließen. Eine mathematische Analyse unter Verwendung von Maxwellschen Gleichungen und unter Berücksichtigung der zu erwartenden Arbeitsbedingungen des Werkzeuges, typischer Bohrschlammwiderstände, Bohrlochdurchmesser und Formationswiderstände zeigt an, daß die Wirkung des Bohrloches über einen weiten Bereich dieser Parameter vernachlässigbar ist. Damit sind die elektrischen Parameter gemeint, insbesondere die Leitfähigkeit des Bohrschlammes, von

10

dem nicht angenon ,men wird, daß er Werte außerhalb des Bereiches von 1 bis 10 Ω/m hat.

Wesentlich für dis vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist es, daß das Paradoxon der Anisotropie > umgangen wird, indem das Potentialfeld im Vergleich zu einem induzierten elektrischen Feld unbedeutend gemacht oder beseitigt wird, und nur ein induziertes Feld benutzt wird. Der vertikale Widerstand wird dann als eine einfache Funktion der elektromotorischen Kraft in zwischen zwei Potentialelektroden gemessen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Geoelektrische Bohrloch-Meßeinrichtung mit einer Sonde, die von einer Winde in der Achse des Bohrloches verfahrbar ist und eine parallel zur Vorlochachse verlaufende Dipolanordnung, die zur Induzierung eines zeitlich veränderlichen elektromagnetischen Feldes in der Umgebung des Bohrlochs an einen Oszillator anschließbar ist, und Aufnehmer einer elektromagnetischen Größe im Bereich der Dipolanordnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde symmetrisch zur Dipolanordnung (10; 32; 14) zwei Aufnehmerelektroden (20, 22) aufweist, die gegen die Dipolanordnung elektrisch isoliert sind, und die Länge des Dipols den Abstand der Elektroden so weit übersteigt, daß die Elektroden in dem Bereich des erzeugten Feldes liegen, dessen elektrischer Verlauf parallel zum Dipol ist

   den Abstand zu einem Körper hoher elektrischer Impedanz zu berechnen, ohne den Anisotropie-Koeffizienten zu kennen. Wie in der US-PS 32 56 480, Spalte 6, Zeilen 72—75 festgestellt wird, ergibt sich der scheinbare Abstand eines Salzkörpers oder eines anderen Körpers mit beträchtlich abweichendem Widerstand im Vergleich zu den das Bohrloch umgebenden Formationen in einem homogenen, isotropen Medium durch die Formel

   10