DE1955156A1 - Verfahren fuer die Verarbeitung von Bohrlochuntersuchungsdaten - Google Patents

Description

Beschreibun

zum Patentgesuch

der Pa. Schlumberger Limited, 277 Park Avenue, New York, U.S.A.

betreffend:

"Verfahren für die Verarbeitung von Bohrlochuntersuchungsdaten"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Untersuchung von Erdformationen, die von einem Bohrloch durchteuft sind, und insbesondere auf die Verarbeitung von Bohrlochuntersuchungsdaten, die von Geräten abgegeben werden, welche in ein Bohrloch zwecks Untersuchung der unterirdischen Erdformationen abgesenkt werden.

Bei der Bestimmung des Vorhandenseins und der Tiefe von Kohlenwasserstoff führenden Zonen (öl oder Gas), die sich in den unterirdischen Erdformationen nahe einem Bohrloch befinden können, das in die Erde niedergebracht worden ist, können verschiedene Typen von Untersuchungs-sinrichtungen in das Bohrloch abgesenkt werden, um verschiedene Eigenschaften der Formationen nahe dem Bohrloch zu messen. Die drei prinzipiellen Typen solcher Untersuchungseinrichtungen sind:

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elektrische Untersuchungseinrichtungen (unter Verwendung entweder von Elektroden oder Induktionsspulen!, akustische Untersuchungseinrichtungen und radioaktive Untersuchungseinrichtungen (Gammastrahlung, Neutronen etc.).

Die elektrischen Untersuchungseinrichtungen messen die elektrischen Widerstände (oder Leitfähigkeit) der Erdformationen. Diese elektrischen Widerstaände sind vorzugsweise durch den Gehalt, die Verteilung und den Widerstand von Pluiden bestimmt, die sich in Formationsporenräumen befinden. Die akustischen Untersuchungseinrichtungen andererseits messen die Zeit, die erforderlich ist für eine akustische Welle, um längs eines gegebenen Abstandes in der Erdformation zu laufen. Diese akustische Laufzeit ist vor allem bestimmt durch die Natur der Felsstruktur und insbesondere deren Porosität. Die radioaktiv arbeitenden Untersuchungseinrichtungen messen entweder die natürliche Radioaktivität der Formationen oder die Radioaktivität, welche in der Formation durch Beschüß derselben mit radioaktiven Partikeln oder Strahlen induziert wird.

Insbesondere zwei radioaktive Untersuchungseinrichtungen, die zur Untersuchung von Formationen verwendet werden, seien genannt, nämlich das Tormationsdichte-Log und das Neutronenlog . Das Tbrmationsdichte-Log: Emittiert Gammastrahlung, die durch die Formation diffundiert, und die Anzahl der diffundierten Gammastrahlen, welche einen oder mehrere nahe angeordnete Detektoren erreicht, wird gezählt, um eine Messung bezüglich der Elettronendichte der anliegenden Formationen zu gewinnen. Darüberhinaus ist bekannt, daß diese Elektronendichte sehr nahe proportional der Gesamtdichte der Formation in fast allen Fällen ist.(In Fällen, wo diese Proportionalität nicht gegeben ist, können entsprechende Korrekturen -vorgenommen werden. )

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Das Neutronenlog auf der anderen Seite verwendet eine Quelle für das !Emittieren von Neutronen in die benachbarten Erdformationen. In einer Form der Neutroneneinrichtung verlieren diese Neutronen Energie durch Zusammenstöße mit Atomen in der Formation. Wenn der Energiepegel dieser Neutronen auf den epithermischen Energiebereich herabgesetzt worden ist, können sie von einem nahe-n Detektor aufgefangen werden, der die Anzahl der epithermischen Neutronen zählt. Da die Wasserstoffatome die einzigen sind, deren Gewichte beinahe gleich denen der Neutronen sind, sind sie die v/irksamsten für die Herabsetzung des Enerpeipelgels der Neutronen, um deren Einfangen zu ermöglichen. Es kann demgemäß gesagt werden, daß dieser Typ von Neutronenlog im wesentlichen eine Aufzeichnung bezüglich der Wasserstoffatomdichte der Felsenmaterialien gibt, welche das Bohrloch umgeben. Da die Formations porenräume im allgemeinen mit entweder Wasser oder flüssigen Kohlenwasserstoffen gefüllt sind, welche beide etwa die gleiche Menge von Wasserstoff enthalten, vertrag das Keutronenlog nicht zwischen Frdöl und V.'asser zu entscheiden, wird Jedoch vorzugsweise beeinflußt durch die Formationsporesirät;, Gas andererseits ändert diese Porositätsbestimmung durch das Neutronenlog.

Im allgemeinen kann gesagt werden,daß keine dieser Messungen für sich allein eine direkte und positive Anzeige bezüglich des Vorhandenseins oder der Menge von Kohlenwasserstoffen gibt, die in der Formation vorliegen können^oder auch der realtiven Schwierigkeit für die Förderung dieser Kohlenwasserstoffe. Wenn eine Formation, die untersucht wird, vpr-

gewohnliehen

zugsweise au? schief erhalt igeni Sand besteht, sind die Interpretationsmethoden nicht sehr brauchbar. Als Beispiel sei renannt, dai der tatsächliche Formationswiderstand im allgemeiner. hoch ist in einer öl- und gasführenden Formation und niedrig in einer wasserführenden Formation. In öl- oder gasführenden

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schieferhaltigen Sanden dagegen kann der Widerstand durchaus niedrig sein, da Schiefer oder Ton,die in Porenräume eines Sandes eingesprengt sind, die Tendenz zu einer Widerstandsverringerung besitzen. Wenn darüberhinaus die Formationen einen erheblichen Anteil an Gas enthalten, werden zusätzliche Komplikationen in die Interpretationsverfahren der Logs eingeführt infolge der Änderungen im Ansprechen der verschiedenen Untersuchungseinrichtungen auf Gas.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein verbessertes Verfahren für die Verarbeitung von Bohrlochuntersuchungsdaten zu schaffen, die von Untersuchungseinrichtungen für unterirdische Erdformationen erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelobst, daß mindestens zwei der Messungen kombiniert werden zur Ableitung von Anzeigen bezüglich entweder des Formationstongehalts q oder der bezüglich der Kohlenwasserstoffsättigung oder des Tongehalts korrigierten Formationsporosität. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden die Messungen der Porosität, die abgeleitet werden von zwei oder mehr Unter-■ suchungseinrichtungenj in einer besonderen V/eise kombiniert, um wertvolle Kombinationen bezüglich der Natur der untersuchten Formationen zu erhalten. Diese Untersuchungseinrichtungen, welche die Porositätsdaten liefern, können zweckmäßigerweise akfeustische^ormationsdichtetand Neutronenuntersuchungseinrichtungen sein, und wenn die Messungen, die von zwei oder mehr dieser Einrichtungen abgeleitet werden, miteinander kombiniert werden, lassen sich wertvolle Informationen einzeln oder gemeinsam bezüglich des Formationstongehalts, der Gassättigung der verunreinigten Zone (jene Zone, in die der Bohrschlamm eingedrungen ist), der Gesamtformationsporosität und/oder der effektiven nicht-tongefüllten Porosität erhalten. Obwohl

" ⁵ " bad

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jede solche Untersuchungseinrichtung individuell Anzeigen bezüglich der Porosität liefert, lassen sich doch durch Kombination der Messungen von zwei oder mehr dieser porösität sempfindlichen Einrichtungen genauere und aussagekräftigere Porositätsinformationen ableiten.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß einer oder mehrere der so ermittelten Formationsparameter geprüft werden kann, um festzustellen, ob er überhaupt brauchbar ist. Wenn der ermittelte Parameter unbrauchbar ist, kann ein geeigneter der eingespeisten Parameter justiert werden, bis die Brauchbarkeit vorliegt. Beispielsweise wird zweckmäßig die Laufzeitmessung, die vom akustischen Untersuchungsgerät abgeleitet, wird, kombiniert mit einem Formationsverdichtungsfaktor und einem Faktor, der repräsentativ ist für die Formationsfelsmatrixilaufzeit. Wenn einer dieser berechneten Parameter unbrauchbar ist, kann einer oder auch können beide der Faktoren bezüglich der Verdichtung oder der Felsmatrixlaufzeit jBustiert werden, bis der berechnete Parameter sich als brauchbar erweist. Die Justage dieser beiden Faktoren gibt andererseits bedeutungsvolle Informationen hinsichtlich des Formationsdrucks.

Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der elektrische Widerstand des nicht unreinigten Abschnitts einer Formation gemessen und kombiniert mit dem vorher erwähnten berechneten Wert bezüglich der Formationstongehalte und der gesamten und effektiven Porosität, um so Angaben zu erzeugen bezüglich der Wasserstoff- und Kohlenwasserst off Sättigungen der nicht verunreinigten Zone. Das Produkt der Wassersättigung und der effektiven Porosität, die das Gesamtvolumenwasser umfaßt, sowie der totalen und effektiven Rrosität, können alle aufgezeichnet werden auf eine Spur des Auf-

- 6 009832/1266

zeichnungsmediums, um so aussagekräftige Informationen hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit der Forderung einer erwünschten Menge von Kohlenwasserstoffen zu schaffen. Zusätzlich können die Gassättigung der verunreinigten Zone und die Kohlenwasserstoffsättigung der nicht verunreinigten Zone aufgezeichnet werden auf einer anderen Aufzeichnungsspur, um so aussagekräftige Informationen dahingehend zu bewirken, ob Gas- una/oder öl in der Forrration vorliegen. Zusätzlich zu dem Merkmal der Brauchbarkeitsprüfung und der Justierung, die oben erwähnt wurden, können die Gas- und Kohlenwasserstoffsättigungsangaben getestet werden, ob sie brauchbar sind relativ zu einander auf der Basis der Annahme, daß die Gassättigung in der verunreinigten Zone die Kohlenwasserstoffsattigung in der nicht verunreinigten Zone übersteigen sollte infolge des Invasionseffektes des Bohrschlammes.

Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung können Messungen des natürlichen oder spontanen Potentials(Sp) erfolgen, sowie der natürlichen Radioaktivität, um so die Berechnungen zu unterbrechen, wenn ein extremer Schiefergehalt durch diese Messungen nachgewiesen wird. Die Ursache dafür liegt darin, daß mögliche Ungenauigkeiten sich in die berechneten Resultate einschleichen können, wenn solche extremen Bedingungen vorliegen. Darüberhinaus ist es beinahe unmöglich, Kohlenwasserstoffe unter solchen Bedingungen zu fördern. Die Löschung durch das spontane Potential kann verhindert werden, immer dann, wenn der in der nicht verunreinigten Zone gemessene Widerstand relativ hoch wird, da eine solche hohe Widerstandsangabe die Wirksamkeit oder Zuverlässigkeit der sp-Messung herabsetzt. Zusätzlich kann eine Kalibermessung des Bohrlochdurchmessers vorgenommen werden, um die Berech-

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nungen zu unterbrechen oder zu löschen, da Fehler sehr wohl aus Messungen herrühren können, die in höhlenartigen Abschnitten des Bohrloches vorgenommen wurden.

Die -trfindung soll unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.

Figur 1 zeigt ein Untersuchungsgerät mit einer Mehrzahl von Untersuchungseinrichtungen für die Untersuchung der benachbarten Erdformationen mit einer schematischen Darstellung des Gerätes für die Verarbeitung dieser Untersuchungssignale -sowie vorher aufgezeichneter Bohrlochuntersuchungssignale, die simultan mit den hier ermittelten Meßwerten wiedergegeben werden,

Figur P 7:eigt einen Ausschnitt aus Figur 1 in größeren Finzelheiten,

Figuren ^a und ^5b zeigen gemeinsam eine andere Ausführungsform des Gerätes gerr.äiS der Erfindung durch geeignete Programmierung eines Digitalrechners für allgemeine Zwecke,

Figur 4 neigt B-sisplele für typische Meikurven, riie gemäß der Erfindung erhalten werden.

Tn Figur 1 ist ein Untersuehungsgerät Io in einem

Bonrloch

11

am Ende eines armierten Mehrfachleiterkabels 12

erkennbar, v.eldes Gerät in das Bohrloch abgesenkt und aus diesem herausgehoben werden kann durch einen nicht näher dargestellten Trommel- und Windenmechanismus. Das Unter-

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suchungsgerät Io umfaßt eine akustische Untersuchungseinrichtung 13 für die Messung der akustischen Laufzeit in den Formationen. Der unter Tage befindliche Teil des Gerätes Io umfaßt ferner eine mit epithermischen Neutronen arbeitende Seitenwandungsuntersuchungseinrichtung 14 mit einer Quelle und einem Detektor, die in einer Kufe 14a für die Messung des Wasserstoffgehalts der anliegenden Formationen ausgebildet ist und demgemäß zur Messung der Porosität dieser Formationen dient.

Falls erwünscht, könnte eine konventionelle Neutronenuntersuchungseinrichtung anstelle der mit epithermischen Neutronen arbeitenden Seitenwandungsuntersuchungseinrichtung' Verwendung finden. In einem solchen konventionellen Neutronengerät werden Neutronen in die Formation emittiert und eingefangen von bestimmten Typen von Atomen in der Formation,was zur Emission von Gammastrahlung auf hohem Energiepegel führt, sogenannten Auffang-Gammastrahlungen. Diese Auffang-Gammastrahlungen werden durch einen nahegelegenen Detektor gezählt. Ein solches Neutronengerät ist ebenso vorzugsweisefempfindlich für den Wasserstoffgehalt der Formation.

Das Untersuchungsgerät Io umfaßt ferner eine Formationsdichte Untersuchungseinrichtung 15 für die Erzeugung von Bohrlochmessungen, die verwendet werden können für die Berechnung der Gesamtdichte der benachbarten Formationen. Diesbezüglich enthält eine Kufe 15a eine Cuelle und zwei Detektoren, die in unterschiedlichem Abstand von der fuelIe angeordnet sind. Diese Anordnung von Quelle von Detektoren erzeugt Signale, die der Gesamtdichte der Erdformationen entsprechen. Die Theorie, Konstruktion und Wirkungsweise der Formationdichte»- Meßeinrichtung 15 sind beschrieben in einem Artikel " Dual

BAD ORSOlNM. 0 0 98,3 2/ 1266; ^ , : -

Spacing Formation Density Log", Verfasser J.S.Wahl, J. Tittmann, C.W. Johnstone und R.P. Alger im "Journal of Petroleum Technology", Dezember 1964, Seiten I4ll-l4l6, ferner in einem Artikel "The Physical Foundations of Formation Density Logging (Gamma-Gamma)" von J. Tittmann und J.S. Wahl, Geophysics, April I965, Seiten 284-294, einem Artikel "Formation Density Log Application in Liquid-Filled Holes" von R.P. Alger, L.L. Raymer jr., W.R. Hoyle und M.P. Tixier, "Journal of PetioLeum Technology", März I963, Seiten 321-322.

Um das Untersuchungsgerät Io im Bohrloch zentriert zu halten, sind ein Paar von ausfahrbaren, an die Wandung anlegbaren Gliedern l4bund 15b vorgesehen gegenüber den Kufen 14a und 15a. Um den oberen Teil des Untersuchungsgerätes Io zentriert zu halten, ist eine Mehrzahl von Distanzhaltern vorgesehen. Mit den Armen, welche zum Ausstrecken der Kufen 15a und 15b dienen, ist ferner ein Bohrlochkaliber kombiniert zur Abgabe eines Signals, das repräsentativ ist für den Bohrlochdurchmesser und zur Erdoberfläche geleitet wird.

Die Schaltkreise an der Erdoberfläche sollen nachfolgend erläutert werden. Die Signale G, und GL , die von den Kurz- und Langabstandsdetektoren des Formationsdichtewerkzeugs 15 geliefert werden, besitzen die Form von Impulsen, deren Wiederholungsraten repräsentativ sind für die gemessenen Parameter. Diese Zählratesignale G. und Gp werden verstärkt durch ein Verstärkerpaar 26 bzw. 27 und einem Dichterechner zugeführt, der die Gesamtdichte <{„ der anliegenden Formationen berechnet. Falls erwünscht, kann das Kalibersignal dem Dichterechner 28 zugeführt werden, um bei der Berechnung der Gesamtdichte ρ _ berücksichtigt zu werden. Das resultierende Gesamtdichtesignal ρ „ wird einem Porositätsrechner 29 zugeführt, der die Porosität 0_. berechnet, wie sie von dem Gesamtdichte-

- Io -

009832/126«

lbb

- Io -

signal abgeleitet wird gemäß der Gleichung:

-_jPjB , (D

worin P- die Korndichte des Formationsfelsmaterials und

Cr

o„ die Dichte der Flüssigkeit in den Formationsporenräumen sind.

Die Laufzeitmessung Λt abgeleitet von der akustischen Untersuchungseinrichtung 13 wird über einen Verstärker 17 geleitet, der ein verstärktes Ausgangssignal einem Speicher zuführt. Der Speicher 18 speichert die akustischen Laufzeitsignale Δ t für ein gegebenes Tiefenintervall derart, daß bezüglich der Tiefe die akustischen Signale Δ t synchronisiert werden mit den Signalen, die von dem Formationsdichtewerkzeug 15 abgegeben werden. Der Speicher 18 kann irgendeine geeignete Speichereinrichtung sein, wie ein rotierender Magnetspeicher oder ein kapazitiver Speicher, die geeignet sind für die Speicherung eintreffender Signale für ein genügend großes Tiefenintervall und nachfolgende Ablesung. Der Speicher 18 wird angetrieben in Funktion von der Bohrlochtiefe mittels einer Welle 19, die gekuppelt ist mit einem rotierenden Rad 2o, das zusammenwirkt mit dem Kabel 12.

Das tiefensynchronisierte akustische Laufzeitsignal A t wird einem Porositätsrechner zugeführt, der für die Lösung der Wylliefechen Zeitdurchschnittsformel für akustische gemessene Porosität 0 ausgebildet ist. Diese Wyllie'sche Mittelwertgleichung ist:

ta,

- 11 -

ι m

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- Ii -

worinAt« die akustische Laufzeit in den Zwischen-

raumfluiden und ^X t die akustische Laufzeit in der Formations-

felsmatrix sind.

Die Gleichung (?) ist genau für sauberen (schieferfreien) und recht kompakten Wassersand, muß jedoch korrigiert werden durch einen Komptaktheitskorrekturfaktor C bei nicht verdichteten Sanden. Die derart korrigierte Gleichung {?.) lautet unter Berücksichtigung des Verdichtungskorrekturfaktors:

ßf = A t - Δ t . s m 1 ■

1 oo

undA t . ist die akustische Laufzeit für Schiefer. Der akustische Verdichtungsfaktor C kann abgeleitet werden aus eineir. Vergleich mit dem Widerstand oder anderen Porositätsdaten in sauberen Wasversanden (z.B. einer Messung von 0 und 0

ε *j

und/oder 0_M in einem sauberen Wassersand, wo alle Porositätswerte gleich sein wurden,und der Justierung von C_p derart, daß 0_S = d^ und 'oder 0„.'

Das N^Tietrcnensignal N besitzt die Form einer Serie von Impulsen proportional dem ".-."asserstoffgehalt und demgemä2 der Porosität der umgebenden ?:rdf or mat ionen. Diese Neutronenzähirate wird über einen Verstärker "^ einem Porositätsrechner ?Λ zugeführt, der dazu dient, die Neutronenzählrate N in ein Gleichspannungssignal umzuformen, das proportional der aus der

- 12 - BAD ORIGINM. 009 8 32/1266

Neutronenmessung abgeleiteten Porosität 0_W ist. Dieses von der Neutronenmessung abgeleitete Porositässignal 0u wird •einem Speicher 25* der von der Welle 19 angetrieben wird, zugeführt. Der Speicher 25 ist ähnlich dem Speicher 18 und dient dazu, die von der Neutronenmessung abgeleiteten Porositätssignale 0„ bezüglich der Bohrlochtiefe mit dem Gesamtdichtesignal

und dem akustischen Laufzeitsignal Δ t zu synchronisieren.

Die Ableitung der Meßwerte, wie sie bisher erläutert wurde, ist übliche Bohrlochuntersuchungstechnik und bekannt auf diesem Gebiet. Keine der beschriebenen Messungen erlaubt jedoch für Pich allein eine vollständige Beantwortugng bezüglich vieler charakteristischer Werte der angrenzenden Erdformationen. Beispielsweise kann in einem schieferhaltigen Wassersand das akustische oder Neutronenlog für sich allein genommen zuverlässig die totale Formationsdichte 0 wieder-

geben, wird jedoch keine Anzeige erlauben bezüglich des Prozentsatzes dieser Porosität, die Ton enthalt, welcher Prozentsatz mif'q" bezeichenet wird. Das Dichtelog andererseits gibt in sauberem Wassersand eine zuverlässige Anzeige bezüglich der wirksamen Porosität 0 , d.h. jenes Anteils der Porenräume,

keinen Ton enthalten. Selbst in schieferhaltigen Wassersanden kann das Dichtelog eine zuverlässige Anzeige bezüglich der wirksamen Porosität 0^ geben unter der Voraussetzung, daß der Schiefer oder Ton, der in dem Sand vorliegt, die gleiche Dichte besitzt wie die Sandkörner. Für eine größere Präzision •bei der Bestimmung von 0 muß die Dichte ? des verteilten

e c

Tones berücksichtigt werden wie folgt:

- 13 -

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-U-

Man erkennt demgemäß, daß die akustischen,Neutronenoder Dichtelogs einzeln keine vollständige Auskunft über die Formationseigenschaften bei schieferhaltigen Sanden zu geben vermögen. Es ist jedoch bekannt, daß durch die Messung des Widerstandes R. bei nicht verunreinigten Zonen mit beispielsweise einer Induktionsspulen-Untersuchungseinrichtung, die Wassersattigung S , d.h. jener Prozentsatz des nicht verunreinigten Abschnitts der Formation, die mit Wasser gefüllt ist, ermittelt werden kann unter Benutzung des Ausdrucks:

FR ο

+ q(R_c - R_wr - q(R_fi + R_w)

S -= c . (6)

1 - q

worin F der scheinbare Formationswiderstandsfaktor entsprechend 0_z ist, d.h. F_z = o,62 ,

0_z2.i5

R der Widerstand des natürlich auftretenden Formationswassers ist und abgeleitet werden kann von der tatsächlichen Formationswiderstandsgröße R. und dem Formationsfaktor F , der abgelei-

t 2

tet wird von der Gesamtporosität 0 , die direkt gegeben ist

aus dem akustischen Log, wenn es nicht durch Kohlenwasserstoffe beeinflußt wird. Alternativ kann R abgeleitet werden aus dem SP-Log in bekannter Weise oder ausjfrüheren Untersuchungen dös Gebietes, und

R der Widerstand des verteilten Tones ist, der sich erhalten läßt ans dem tatsächlichen Formationswiderstand R, , der in

Xj

nahegelegenen Schiefersdichten gemessen wird oder alternativ angenommen werden kann zu Io R .

- 14 -

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Zwar können die obigen Gleichungen Verwendung finden zur Lösung bezüglich verschiedener Formationscharakteristiken, in schieferhaltigen Wassersanden, doch kann der Einfluß von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Gas, auf diese Logs weitere Änderungen in deren Ansprechen verursachen, welche Änderungen nur schwierig aus einem oder selbst aus zwei Porositätslogs ermittelt werden können. Beispielsweise hat die akustische Laufzeit A. t die Tendenz, in Gegenwart von Kohlenwasserstoffen zuzunehmen, insbesondere bei Gas in unverdichteten Formationen. Dieser Einfluß scheint nicht vorzuliegen in stark verdichteten Formationen und nach einigen Untersuchungen hat sich herausgestellt, daß die erforderliche Korrektur in einem bestimmten Verhältnis zu der Verdichtungskorrektur steht, d.h. je größer die erforderliche Verdichtungs korrektur ist, desto größer scheint die Gaskorrektur sein zu müssen. Demgemäß kann die Gleichung (5) zwecks Berücksichtigung dieses Gaseinflusses auf das akutische Log für die akustisch gemessene Porosität 0_f korrigiert werden wie folgt:

worin S die verbleibende Gassäittigung in den verunreinigten gxo

Zonen ist, d.h. den nahe dem Bohrloch gelegenen Zonen. (Dieses "xo" wird verursacht durch die geringe Untersuchungstiefe des akustischen Geräts.) Die Gleichung (7) gibt damit eine akustisch ermittelte Porosität sowohl für saubere als auch für schieferhaltige Gassande an. Da der Koeffizient (C - 1) des letzten Terms in Gleichung (7) für Gas ausgewählt worden ist, besitzt er die Tendez groß zu werden, falls der tatsächlich vorliegende Kohlenwasserstoff in der Formation Öl ist, und müßte auf den Koeffizienten für flüssige Kohlenwasserstoffe in dem letzteren Fall reduziert werden. Wie weiter unten gezeigt werden wird, kann durch Vergleich verschiedener ermittelter Resultate

¹⁵ BAD

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- 15 ge ρ ruft werden, ob in der Formation Gas oder öl vorliegt.

Wenn Kohlenwasserstoffe in der Formation vorliegen, hat der Porositätswert, der von dem Formationdichtewerkzeug abgeleitet worden ist, gleichermaßen die Tendenz zur Unkorrektheit wegen der Veränderung der tatsächlichen Fluiddichte f „ gegenüber dem vorgewählten Wert. Dies ist insbesondere zutreffend für -.!as infolge dessen niedriger Dichte. Es hat sich ge-

die
zeigt, daß die Porosität 0 gegeben ist durch das Dichtelog, in Beziehung steht zu der effektiven Porosität 0 und der verunreinigten Zonengassättigung wie folgt:

Qj-r^ — 0+O.50 S ■ r η \

D c e gxo (ο j

In flachen Gnssanden, wo der Druck gering ist, kann der Koeffizient des zweiten Terms bis auf o,6 sich erhöhen.

Bezüglich der Faktoren, die das Ansprechen des Neutroenenlogs beeinflussen ist es bekannt, daß in sauberen oder schieferhaltigen Vaspersanden das Neutronenlog im wesentlichen das gleiche Ansprechverhalten besitzt wie das akustische Log. In Gassanden unterscheidet sieh dap Neutronenlogansprechen jedoch vollständig von dem akiÄisehen .*■ nsprechen. Es hat sich gezeigt, daß die Porosität 0L· abgeleitet von dem Neutronenlog;, ausgedrückt werden kann wie folgt:

^vN ^v° ζ '^e "gxc (o)

worin 0-0

N - ο, * J^{5 N}__ . (ι ο Ϊ

1-

-16-

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Der Wert für N wird berechnet aus den Werten von 0 , 0_N und 0_D, die gemessen werden in gut verdichteten Gassanden. In den meisten Fällen haben sich Werte von etwa o,7 ergeben. Falls der Kohlenwasserstoff in der Formation flüssig ansgtatt gasförmig ist, können durchaus geringe oder keine Kohlenwasserstoffeinflüsse auf das Neutronenlogansprechen auftreten und falls der fleüssige Kohlenwasserstoff schwer ist, besitzt der Kohlenwasserstoff die Tendenz, die scheinbare, vom Neutronenlog abgeleitete Porosität zu erhöhen, anstatt sie zu verringern.

Nach der obigen Erörterung läßt sich den Gleichungen (7). (8) und (9) entnehmen, daß nunmehr das Ansprechen des akustischen, des Neutronen- und des Dichtewerkzeuges auf Gas berücksichtigt werden kann. (Es ist hier festzuhalten, daß die Kohlenwasserstoffe in den verunreinigten Zonen als Gas angenommen werden, und daß demgemäß die Gaskonstanten in den Gleichungen (7) bis (9) als erste Annäherung benutzt werden. Falls sich diese erste Annäherung als Fehler herausstellt, können die Kohlenwasserstoffkonstanten nach und nach wie erwünscht geändert werden.) Aus den GMchungen (7), (8) und (9) kann entnommen werden, daß sich darin'Unbekannte befinden, (nämlich 0 , q, 0 und S ) und daß nur drei Gleichungen

" Ci ti jf\\j

vorliegen. Gemäß Definition kann jedoch eiene vierte Gleichung angesetzt werden wie folgt:

0_z = 0_e .+ q 0_z (11)

Demgemäß kann durch Lösen der Gleichungen (7), (8), (9) und (11) gleichzeitig eine Lösung für die vier Unbekannten gegeben werden. Durch Transposition kann man die Gleichungen (7), (8), (9) und ill) in einer besser für die Bestimmung

- 17 -

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der unbekannten Größen -ge geeignete Form bringen. Demgemäß wird

^ S^XO C^.l (12)

^Sgxo

^Sgxo

(15)

Mit den Werten von 0 und q, entnommen aus den Gleichungen und (15) kann dann die Gleichung (5) benutzt werden, um

eine Lösung für die Wassersättigung S zu finden.

Es ist festzuhalten, daß die aus den Gleichungen (12) bis (15) ermittelten Werte abhängen von dem akustischen Verdichtungskorrekturfaktor C . Wie oben bereits erwähnt, ergibt sich der Wert für C durch Vergleich der Neutronendichte und akustischen Logs (oder gegebenenfalls einfach des akustischen und des Neutronenlogs) in sauberen Wassersanden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß nahegelegene Wassersande nicht den richtigen Verdichtungsfaktor C für einen Gas- oder ölsand reflektieren. Es ist insbesondere dort so, wo der Bedarf für eine Verdichtungskorrektur hervorgerufen wird durch abnormale Formationsdrücke. Diese fehlerhafte Auswahl des akustischen Vadichtungskorrekturfaktors C kommt ans Licht, wenn die Lösung der Gleichungen (6) und (12) bis (15) einen negativen Wert für q ergibt oder einen Wert für die Gassättigung S , der größer ist als der Wet von 1 - S_w,((I - S ) ist gleich der Kohlenwasserstoffsättigung S in der nicht verunreinigten Zone.) Da das hc

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verunreinigende Bohrspülungsfiltrat einen Teil der Kohlenwasserstoffe verdrängt, muß die Kohlenwasserstoffsattigung in der verunreinigten Zone geringer sein als in der nicht verunreinigten Zone,und in den meisten Fällen hat sich gezeigt, es S kleiner sein sollte als etwa 0,7 (1 - S ).

Gemäß einem wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, daß bei unbrauchbaren berechneten Parametern der akustische Verdichtungskorrekturfaktor C oder die akustische Felsmatrix-Laufzeit Δ t verändert werden können, bis die errechneten Parameter brauchbar sind. Der akustische Verdichtungskorrekturfaketor C wird justiert, bis C einen Minimalwert von l,o erreicht, welches der minimale Wert für C überhaupt ist, damit die errechneten Parameter

P
brauchbar werden. Wenn die errechneten Parameter immer noch nicht brauchbar sind, nachdem C auf seinen Minimalwert von Ip reduziert worden ist, dann muß der akustische Felsmatrix-Laufzeitfaktor Δ t unrichtig gewählt worden sein und demgemäß wird er danach verringert, bis die errechneten Parameter sich als brauchbar erweisen. Diese neuen V/er te für C oder Δ. t werden dann wieder in den Gfeichungen (3) und (12) bis (15) eingesetzt, um die richtigen und brauchbaren Lösungen zu erbringen.

Es sei nun angenommen, daß eine der oben diskutierten Brauchbarkeitsprüfungen nicht befriedigt hat und daß C herabgesetzt wurde, um die Brauchbarkeitsprüfung zu erfüllen. In diesem Falljwird C auf einen Wert reduziert, der so niedrig ist wie C= l,o, falls erforderlich, um die Prüfung zu erfüllen. Falls jedoch der Test immer noch unbefriedigend ist, nachdem C auf l,o herabgesetzt worden ist, dann beläßt man C auf einem Wert von l,o, und danach wird Ζ_λ t justiert.

-IQ-

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Falls Δ t auf einen Wert von At = I65 Mikrosekunden/m m m

justiert worden ist, bevor die Brauchbarkeitsprüfung erfüllt wird, dann erhält 0^ einen neuen Wert 0_oO. Demgemäß werden dieser neue Wert 0 „ und der C -Wert von l,o in der

Sc P

Lösung für die Gleichungen (12) bis (15Ί benutzt.

Wenn andererseits eine Δ. t -Linie die ursprüngliche Ubertragungslinie ist, und Δ- t erhöht wird, um eine oder mehrere der Brauchbarkeitsprüfungen zu erfüllen, wird Δ t erhöht auf ein Maximum von ^\ t = 183,15 Mikrosekunden/m, und C wird danach erhöht in ähnlicher '.«/eise wie bei den oben erläuterten Fällen, in denen C verringert wurde.

Diese Änderungen bezüglich des akustischen Verdichtungskorrekturfaktors C und der akustischen Felsmatrix-Laufzeit

<l~ t können auch ausgenutzt werden, um mit großem Vorteil

m ~~

die verschiedenen Formationsbedingungen zu diagnostizieren. Beispielsweise ist ein Sand, der ein höheres C erfordert

P als für die benachbarten Sande zutreffend ist, als unter einem höheren Druck stehend anzunehmen als für die benachbarten Sande zutreffend wäre. Umgekehrt kann, falls für die Erfüllung der Brauchbarkeitsprüfung ein verringertes C' errechnet wurde, der Sand einen niedrigeren Druck aufweisen als die benachbarten Sande. Wenn zusätzlich kalkhaltige Sand in Rechnung NestelIt werden, wäre der C -Wert zu reduzieren. Andererseits würden unzutreffende akustische /-blesunren, hervorgerufen durch ausfallende Zyklen oder Fauschen, zu C -»ncmalien führen, d.h. C -Störungen, die sehr scharf und eckig wär^n. 3⁷P hat sich außerdem gezeigt, aa.ü reduzierte Γ -Wer'.·? erhebliche BohrlochvergröiSerungen und Unebenhefen anzeigen können. Die errechneten Resultate^erhalten aus den obigen Gleichungen,sind außerdem brauchbar für die Identifizierung, ob die in der Formation vorliegenden Kohlenwasser-

- Po -

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- 26 -

stoffe Gase oder öle oder Kombinationen von diesen sind. Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß bei einem Gassättigungswert S von 1/2 oder mehr des Wertes 1 - S eine gxo w

große Wahrscheinlichkeit besteht, daß in der Formation vorzugsweise Gas vorliegt. Wenn demgegenüber ein flüssiger Kohlenwasserstoff in der Formation vorliegt, ist der berechnete Wert für S im allgemeinen sehr klein und machmal sogar negativ. Die Ursache für einen solchen niedrigen oder negativen Wert für S besteht darin, daß die Konstanten, die in den Gleichungen (12) bis (15) benutzt wurden, gewählt wurden für Gas und demgemäß keine zutreffenden Werte für S geben,

gxo

wenn irgendein merkbarer Betrag von flüssigen Kohlenwasserstoffen sich in der Formation findet. In dem Fall, daß öl vorliegt, können die Gaskonstanten in den Gleichungen (12) bis (15) auf die ölkonstanten umgestellt werden und S wird geändert in S . Die Gleichungen können dann wiederum gelöst werden.

Diese erneute Lösung der Gleichungen (12) bis (15) ist nicht vollständig notwendig. Was die Werte für q, 0 , 0 betrifft, haben die Gleichungen (12) bis (15) die Tendenz einander zu kompensieren und werden in den meisten Fällen ziemlich gute Ablesungen für q, 0_O und 0 ergeben, unabhängig

S - Θ

von dem Typvon Kohlenwasserstoff, der in der Formation vorliegt. Demgemäß sind die Werte der Wassecsättigung S ermittelt aus Gleichung /6) ebenfalls ziemlich zuverlässig unabhängig von dem Typ des Kohlenwasserstoffs. Es folgt daraus, daß die ' berechnete KohlenwasserstoffSättigung (1 - S ) in der nicht verunreinigten Zone ebenso ziemlich zuverlässig sein wird unabhängig vom Typ des vorliegenden Kohlenwasserstoffes.

Die aus den GMchungen (12) bis (15) errechneten Parameter können außerdem ausgenutzt werden, um,festzustellen,

-Pl-0098 32/126 6 BADQRKSiMAI,

wann es vorteilhaft ist, ein Bohrloch für die Förderung von öl oder Gas zu perforieren. Wenn es sich beispielsweise gezeigt hat, daß wenn der Wert von q größer ist als 1/2 des q-Wertes,der in benachbarten schieferhaltigen Formationen errechnet wurde, nur eine geringe Chance besteht, daß eine wirtschaftlich verwertbare Quantität von Kohlenwasserstoffen gefördert werden kann. Ferner kann durch Aufzeichnung der Gesamtporosität 0 ,der wirksamen Porosität 0 und des Prozentsatzes der gesamten Formationsvolumina, welche Wasser enthalten, d.h. S 0 . das Gesamtvolumen bezüglich des Gehalts von Lehm, Wasser und Kohlenwasserstoffen, welche die Formationsporenräume füllen, näherungsweise bestimmt werden. Demgemäß repräsentiert der Unterschied zwischen 0 und 0 den Gesamtvolumenlehmgehalt, der Wert S 0 repräsentiert den Gesamtvolumenwassergehalt und die Differenz zwischen 0 und S 0 repräsentiert den Gesamtvolumenkohlenwasserstoffgehalt in der Formation.

Es ist bekannt, daß das Spontanpotentiallog (SPi eine maximale positive Amplitude in Schieferbettungen und eine maximale negative Amplitude in Sandbettungen erbringt. Durch Beobachten eines SP-Logs über ein gegebenes Intervall der Formation können sowohl die Schiefergrundlinie als auch die Sandgrundlinie gezogen werden, wobei die Schieferbaislinie als pseudo-statisches spontanes Potential (PSP) und die Sandbasislinie als statisches spontanes Potential (SSP) bezeichnet werden. Das Verhältnis der Werte dieser beiden

pop

Basislinienwerte -^^= wird als SP-Reduktionsfaktor <^C bezeich-

obir

net und wird verwendet, um den Abtrennwert zu wählen, der verglichen wird ntt den gemessenen SP-Werten bei irgendeinem Tiefenpegel und um festzustellen, welchen relativen Scheieferanteil die Formation besitzt. Falls der SP-Wert geringer ist

- 22 -

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T95515R

als dieser Grenzwert und damit einen extrem hohen Schiefergehalt anzeigt, können die Berechnungen nicht erfolgen.

Wenn sich Kohlenwasserstoffe in der Formation befinden, werden die SP-Werte erheblich^ herabgesetzt, selbst dann, wenn die Formation nicht in größerem Maße schieferhaltig ist. In solchen kohlenwasserstofführenden Formationen ist der wahre Widerstandswert R. der nicht verunreinigten Zone gewöhnlich sehr hoch. Demgemäß kann ein hoher V.'ert von R. verwendet werden, um das Abschneiden, das vom SP-Log herrührt, zu· elimininieren oder zu unterdrücken.

Wie das SP/Log ist auch das Gammastrahlungslog ein guter Indikator für schieferhaltige Formationsbettungen. Es ist bekannt, daß schieferhaltige Formationen im allgemeinen einen größeren radioaktiven Gehalt besitzen als andere Typen von Formationen. Demgemäß ist die Zählrate, die von,einem G^mmastrahlungsuntersuchungsgerät abgegeben wird, erheblich viel größer in schieferhaltigen Formationen als in anderen Format ions typen. Diese Information kann dann verwendet v/erden,um die obigen Berechnungen abzubrechen.

Zusätzlich zum Abbrechen der Berechnungen in extrem schieferhaltigen Formationen kann es vielfach wünschenswert sein, die Berechnungen auch dann abzubrechen, wenn der Bohr- ^; lochdurchmesser größer wird als üblich. Die Ursache dafür besteht darin, daß Kalibrierfehler in die Messungen eingeführt werden infolge des Effektes, den die-vergrößerten Bohrlochdurchmesser auf das Ansprechen der verschiedenen Untersuchungseinrichtungen ausüben.

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TB5515B

In Figur 1 ist nun ein Gerät für die automatische Durchführung der oben erläuterten Operationen dargestellt. Wie vorher erwähnt, werden die akufetischen Neutronen- und Dichtemessungen der Porosität erhalten von dem Porositätsrechner 21, dem Porositätsrechner 24 und dem zugeordneten Speicher °5 und dem Dichterechner 28 mit dem zugeordneten Porositätsrechner 29. Zusätzlich werden die vorher aufgezeichneten Werte für P,, SP und die Gammastrahlungszählrate in Tiefensynchronismus mit den M ;ssungen wiedergegeben, die gerade abgeleitet werden vom Untersuchungsgerät lo. (Es versteht sich, daß gemäß vorliegender Erfindung all diese Messungen gleichzeitig gemacht werden können oder alle unabhängig vorgenommen und gespeichert werden können für die spätere Verwendung oder daß Kombinationen dieser Möglichkeiten vorliegen können". \

Die Messungen für R. , 0 , 0_λΤ und 0 werden einer Mehr-

ν S IM i)

zahl von parallelgeschalteten Sperrgattern 32 zugeführt, die wenn sie unerregt sind, die Porositätsmessungen 0 , 0_N und

0 einem Katrixrechner ~y? zuführen und die R.-Messungen einem e t

S -Rechner 34. Zur Steuerung der Sperrgitter 32 werden die SP-Messungen dem Bandspeichergerät 31 entnommen und den Eingängen eines spannungsempfindlichen Triggers 35 zugeführt, dessen Bezugspannung abgeleitet wird von einem Potentiometer 36. Dieeer Bezugswert wird eingestellt in Übereinstimmung mit den Schiefer- und Sandbasislinienwerten,die beispielsweise durch Besichtigung des SP-Logs erhalten wurden-, derart daß ein Ausgang erzeugt wird vom Trigger 35» wenn extreme Schieferhal'igkeit angezeigt wird. Dieses Ausgagngsslgnal vom spannung se rr.pf indlthen T igger ^S erregt die Sperrgatter 32 über ein ."^/ÜF.-Gatter 3".

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Ein spannungsempfindlicher Trigger 38 spricht an auf die abgelesenen Werte, -#±e der tatsächlichen Formationswü erstände R, zur Erzeugung eines Ausgangs signals immer dann, wenn der Viert von R. einen gegebenen vorgeschriebenen Pegel überschreitet. Dieses Ausgangssignal wird dann verwendet, um den Betrieb des spannungsempfindlichen Triggers 35 zu sperren. Dies entspricht der obigen Erläuterung bezüglich der Verwendung der tatsächlichen Formatipnswiderstandswerte R, zur Identifizierung von öl- oder Gassanden, die in unerwünschter Weise die erhaltenen SP-Meßwerte beeinflussen könnten.

Die Sperrgatter 32 können außerdem erregt werden, wenn die Gammastrahlungszählrate einen vorgegebenen Pegel überschreitet (und damit Schieferhaltigkeit anzeigt), was angegebenen wird durch einen spannungsempfindlichen Trigger 39» dessen Ausgang ebenfalls dem ODER-Gatter 37 zugeführt wird. Zusätzlich werden die Kaliber- oder Bohrlochdurchmesserwerte von dem Untersuchungsgerät Io mittels eines Verstärkers 4o verstärkt und einem spannungsempfindlichen Trigger 4l zugeführt, dessen Ausgangssignal die Sperrgatter 32 mittels des ODER-Gatters 37 erregt, wann immer die Bohrlochdurchmesser einen vorgebenen Grenzwert überschreiten. Wie oben erläutert, hat dies den Zweck, fragwürdige Meßwerte zu eliminieren.

Kenn die Formationen nicht zu sehr schieferhaltig sind, und der Bohrlochdurchmesser sich innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte befindet, wirkt der Matrix-Computer so, daß die Werte von q, 0 , S und 0 in Ubereinstimmung mit den Gleichungen (12) bis (15) berechnet werden. Zusätzlich wird der Wert der Wassersättigung in der ver-

009832/ 126 6

- 25 -

8AD ORIGINAL

- 25 unreinigten Zone S ebenfalls aus dem Verhältnis

S=I - S berechnet. Die berechneten Werte für ^q* ^Scxo ^vtXia ^KO ^{werden dem} Grenztestschaltkreis 43 zugeführt, der so arbeitet, daß er die Brauchbarkeit dieser berechneten Resultate testet und die akustische Felsmatrix-Laufzeit t und/oder den akustischen Verdichtungskorrekturfaktor C justiert, der abgegeben wird vom Schaltkreis 43. Der Betrieb des Grenztestschaltkreises 43 wird synchronisiert mit der Bewegung des unterirdischen Untersuchungsgerätes über die Welle I9. Der vom Schaltkreis 43 abgegebene C -Wert wird sowohl dem akustischen Porositätsrechner 21 als auch dem Matrix-Computer 33 zugeführt, da die Werte von C sich in beiden Gleichungen (3) und (12) finden, und der erzeugte Wert für <^> t wird dem akustischen Porositätsrechner 21 zugeführt, da A t die Variable nur in Gleichung (3) ist.

Um festzustellen, welcher Parameter - C oder Δ . t justiert werden muß, spricht ein Zi t-über-ßL Schaltkreis 44 auf die Werte für Δ. t und 0_ an, um entweder ein " Δ. t

S ITi

Änderungskommando" oder ein "C Änderungskommando" abzugeben, abhängig davon, auf welche Seite der C - l,o-Linie (siehe Figur 2) derA~t-über-0_ Punkt fällt. Diese Bestimmung kann elektronisch erfolgen, indem nur ein Computer vorgesehen wird zur Lösung der Gleichung für die C = l,o-Linie und zur Erzeugung eines positiven oder negativen Ausgangssignals, je nach dem,auf welche Seite der C = l,o-Linie der Λ. t-0

P ^s

Punkt fällt. Wenn demgemäß S die Nieigung der C= l,o-Linie ist und Δ. t sein Schnittpunkt mit der A. t -Achse ist, lautet die Gleichung für diese Linie:

0_s - S (Z\.t - ^t₀) = 0

- 26 -

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Falls der 0 Δ t Punkt oberhalb dieser Linie fällt,

wird der Computerausgang positiv sein und falls er unter diese Linie fällt, wird der Computerausgang negativ sein. Demgemäß können entsprechende pülaritätsempfindliehe Schaltkreise die Polarität des Computerausgangs ermitteln,

um entweder das " Δ. t Änderungskommando" oder das ¹¹C Ändern ρ

rungskommando" abzugeben.

Der Grenztestschaltkreis 43 fährt dann fort, die verschiedenen Ausgänge des Matrixrechners 33 zu prüfen, um festzustellen, ob die Ausgabewerte brauchbar sind und, falls nicht, vorläufig entweder den akustischen Verdichtungskorrektorfaktor C oder die akustische Felsmatrix-Laufzeit Δ. t„ zu justieren, um eine brauchbare Lösung zu erhalten. Da, wie oben erläutert, der niedrigste mögliche Wert von C l,o ist, justiert der Grenztestschaltkreis 43 C nicht unter seinen Minimumwert von l,o, beläßt jedoch C bei einem Viert von l,o und fährt dann fort, Δ. t zu justieren, um schließlich eine brauchbare Lösung zu erzielen.

Betreffend der bestimmten Grenzwerte, die geprüft werden, ist festzuhalten, daß der Grenztestschaltkreis 43 so arbeitet, daß er sicherstellt, daß der Schieferprozentsätzfaktor q nicht kleiner wird als 0 oder größer als 1, d.h. der Schieferprozentsatz ist nicht kleiner als 0% oder größer als loo#. Ferner prüft der Grenztestschaltkreis 43, um festzuhalten, falls die Gassättigung S in der verun-

gxo

reinigten Zone größer als 1 ist. Da S_nvn = 1 - S _Q ist,

bestimmt der Schaltkreis 43, falls S_0-^₀ größer als 1 ist,

gxo

durch Prüfung, ob S (Wassersättigung in der verunreinig-

WXO

ten Zone) kleiner als O ist. In Übereinstimmung mit der

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obigen ErIäuterungeprüft der Grenztestschaltkreis 43 um festzustellen, ob der. Gassättigungsfaktor -S- _ in der

gxo

verunreinigten Zone größer ist als ein gegebener Prozentsatz der Kohlenwasserstoffsättigung 1 - S^ in der nicht verunreinigten Zone. Falls S- _ größer als o,7 (1 - S)

gxo w

ist, arbeitet der Grenztestschaltkreis 43 so, daß er den Wert entweder von C oder von Δ· t justiert, bis S = o,7 (l - s^ ist.

Diese verschiedenen Grenzbedingungen können dazu führen, daß die Justagen von C oder Δ, t in entgegengesetzter Richtung gehen und damit Anlaß zu der Möglichkeit geben, daß die Erfüllung einer der Grenzbedingungen dafür führt, daß eine andere Grenzbedingung nicht mehr erfüllt wird. Es hat sich gezeigt, daß die Erfüllung einer gewissen Anzahl von Grenzbedingungen bedeutungsvoller ist als die Erfüllung von anderen. Demgemäß ist der Grenztestschaltkreis 43 so ausgebildet, daß er diese Präferenzen berücksichtigt und die Erfüllung untergeordneter Grenzbedingungen unterdrückt, wenn es sich zeigt, daß deren Erfüllung die wichtigeren Grenzbedingungen unerfüllbar machen würden.

In Übereinstimmung mit Gleichung. (6) werden die berechneten 'werte von 0 und q aus dem Katrixrechner 33.sowie die tatsächlichen VJidersfcandswerte R, dem V.'assersättigungS-S -Reohner 34 zugeführt, für die Berechnung von S, . Zusätzlich speist ein Paar von Potentiometern 45 und 46 V.'erte des Wasserwiderstandes λ ein und des Widerstandes

von verspregngtem Ton H - in den S Rechner 34. v.'ie oben erläutert, können die Vierte für R bestimmt werden aus der

Porosität und den H -Werten, die man in sauberen ^vasser-

sanden erhält, und der H'ert für P wird festgelegt zu

- 28 -

09832/1266 .

■■■"■; BAD

Io R oder alternativ kann er bestimmt werden aus den Werten von R, , die sich in Schieferbettungen ergeben.

Es kann demgemäß festgestellt werden, daß der Matrixrechner 33 und der S Rechner 3^ Q,0 ,0 ₍S , S , S , 1 - S aus den Messungen berechnen, die erhalten werden aus verschiedenen unterirdischen Untersuchungseinrichtungen in Übereinstimmung mit Gleichungen (6) und (12) bis (15). Danach prüft der Grenztestschaltkreis 43 einige der Resultate um zu bestimmen, ob sie brauchbar sind und, falls nicht, justiert C und/oder ^ t / um die Resultate brauchbar zu machen. Wenn einmal brauchbare Lösungen erhalten worden sind, werden alle berechneten Ausgangs funkt ionen, nämlich q, 0 , S , 0 , S , einer Mehr-

Z ß!XO Q W

zahl von parallelen Gattern und Treiberverstärkern 48 zugeführt. Zusätzlich spricht ein Multiplizierschaltkreis 49 an auf die berechneten Vierte von-S und 0 zur Erzeugung eines Ausgangssignals S 0 , das proportional ist dem Gesamtvolumen-Wassergehalt. Der Grenztestschaltkreis 43 erzeugt außerdem ein Ausgangssignal, das repräsentat iv ist für die Werte von C oder Z-i t in Abhängigkeit

P m

davon, auf welche Seite von der C = 1,o-Linie der Figur 2

der /A t 0 Punkt fällt. Dieser C und A t Monitor wird s ρ m

ebenfalls gespeist zu den Gattern und Treiberverstärkern 48.

Bei Erzeugung eines geeigneten Kommandos, das als "Musterausgangskommando" vom Grenztestschaltkreis 43 erzeugt wird, werden die Gatter 48 geöffnet, um die Treiberverstärker für das Aufgeben der verschiedenen Signale auf einen Pufferspeicher 50 zu erregen. Dieser Pufferspeicher kann in Form einer Mehrzahl parallelgeschaltefcer Kondensatoren und entsprechender Hochimpedanz-Ausgangsverstärker für

- 29 -009832/1266 '

das Ansteuern eines Aufzeichnungsgerätes 51 vorliegen. Das Aufzeichnungsmedium des Aufzeichnungsgerätes 51 wird angetrieben in Punktion von der Bohrlochtiefe über die Welle 19 von dem mitlaufenden Rad 2o zur Erzeugung von Logs der verschiedenen berechneten Parameter.

Wie oben erörtert, können die berechneten Resultate nicht akkurat sein, falls die Formationen zu stark schieferhaltig sind. Als weitere diesbezügliche Prüfung kann der berechnete Wert von q verwendet werden, um die Aufzeichnung der berechneten Resultate immer dann zu sperren, wenn q einen vorgegebenen Pegel übersteigt. Um zu verhindern, daß die errechneten Resultate aufgezeichnet werden, kann in diesem Fall der Grenztestschaltkreis 43 so ausgebildet sein, daß er ein Signal für die Entladung der Kondensatoren des Pufferspeichers 50 abgibt, wenn das berechnete q größer ist als der genannte kritische q-Wert.

Bezüglich des Grenztestschaltkreises 43 sei im einzelnen auf Figur 2 verwiesen. Die berechneten Quantitäten q und S werden über den "Sample-and-Hold-Verstärker" 95 bzw. 97 mittels in Sperrichtung vorgespannter Dioden 98 und loo zugeführt, so daß die Sample-and-Hold-Verstärker 95 und 97 nur auf negative Signale ansprechen. Das q-Signal wird verglichen mit einer Spannung, die repräsentativ für den Einheitswert ist in einem Diffemtialverstärker loljund ein Signal, das repräsentativ ist für die Größe q - 1, wird einem Sampleand-Hold-Verstärker Io2 mittels positiv vorgespannter Dioden Io4 nur dann zugeführt, wenn q größer als <& 1 ist. Die Gassättigungsgröße S wird verglichen mit der Größe 0,7 (1 - B) mittels ^eines Differentialverstärkers Io7, wobei die Größe o,7 (1 - S) abgeleitet wird von einem Potentiometer I08» Die Größe S -o,7/(l-S) wird einem Verstärker

- 30 -

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-■3ο - '

mit hohem Verstärkungsfaktor über eine in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode I06 und ein Gatter Io7a nur dann zugeführt, wenn S- größer ist als o,7 (1 - S ). Die Sample-and-Hold-Verstärker 95, 97, Io2 und der hochverstärkende Verstärker Io5 werden so erregt, daß sie die enteprechenden Eingangsspannungen im Ansprechen auf Zeitgebersignale t^-t^ empfangen, die erzeugt werden von einem Zeitgeberschaltkreis Io3, der die Signale in Punktion von der Tiefe im Ansprechen auf die rotierende Welle 19 erzeugt.

Bezüglich der Wirkungsweise dieses Teils des Schaltkreises, der gerade erläutert wurde, wird der Sample-and-Hold-Verstärker 95 zuerst erregt zur Messung des Betrages, falls einer vorliegt, um den q kleiner ist als O im Ansprechen auf ein erstes Zeitgebersignal T, vom Zeitgeberschaltkreis Io3,und der Sample-and-Hold-Verstärker 9⁷ wird danach erregt durch ein Zeitgebersignal T_p zur Messung des Betrages, falls ein solcher vorliegt, um den S kleiener ist als O. Der Sample-and-Hold-Verstärker Io2 wird danach erregt durch Zeitgebersignal T, zur Messung des Betrages, falls ein solcher vorliegt, um den q größer ist als 1. Danach wird das Gatter Io7a erregt im Ansprechen auf das Zeitgebersignal Th mittels eines UND-Gatters 13^ zum Durchlaß eines Signals,das proportional ist dem Betrag, falls ein solcher xorliegt, um den S größer ist als o,7 (1 - S ), zu dem hochverstärkenden Verstärker Io5. (Für diesen Fall ist anzunehmen, daß das UND-Gatter 134 entsperrt ist, um Tj, durchzulassen.)

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Der Ausgang aller Sample-and-Hold-Verstärker wird einem Wichtungskombinierschaltkreis Io9 zugeführt, der so arbeitet, daß er die verschiedenen EingangsSignaIe kombiniert. Fs hat sich gezeigt, daß der Betrag der Änderung von C und/ oder A. t explizit ist für die Prüfung ■ 0-< q <" 1 und S <" 1 und daß demgemäß der Betrag, um den q und .S" _Q von den Grenzwerten abweichen, direkt verwendet werden kann, um C und/oder <Δ. t zu justieren. Demgemäß berechnet der Wichtungskombinierschaltkreis loQ, um wieviel C und/oder Δ.-1 justiert werden müssen, um die Grenz- oder Brauchbarkeitsteste zu erfüllen. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, eine iterative Annäherung für den Test yon S )> o,7 (1 - S ) anzuwenden. Hierfür wird die verstärkte Größe S - ο, ^Ύ (Ί - S ) dem Ausgang des kombinierten Schalt-

gXO W CC--

krelses zugeführt, um zu veranlassen, daß C und /oder At mittels einer negativen RUckkopplungswirkung justiert werden, bis S -- o, * (\ - S }, falls S ursprünglich größer war als o,'-? (1 - S_w\ ■ ■ ³

Der Ausgang des Kombinierschaltkreises loQ v:ird den Eingängen ein^s Paares von Analog-Gattern Ho und 111 zugeführt, die erregt werden durch d^a_s "^t A'nderunpskommandc" bzw. "C Änderungskommando" Signal. Zunächst sei der Fall betrachtet, daii C der zu justierende Parameter ist: dabei wird dai- Korrektursiprnal vom Gatter 111 einem Eingang eines Operations« Verstärkers H? zugeführt mittels eines Kamblnierschaltkrei ses 11^. Der Aup.nanc des Operationsverstärkers II" steuert einen Servomotor 114, der den Schleifer eines Pctentiometerp 115 antreibt, .lappen Stellung repräse::tativ ist für ^ien akustischen Vei-'dichtunpskorrekturfaktor C . Neben'der Übertragung ?uf die übrigen verschiedenen Schaltkreise nach Figur 1, wie oben beschrieben, wirl dieses C -Signal dem anderen Eingang des

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Operationsverstärker 112 rückgeführt mittels eines Differentialverstärkers 116. Der .Differentialverstärker 116 subtrahiert ein Signal proportional dem ursprünglichen akustischen Korrekturfaktor C (ursprünglich) von dem Augenblickswert von C . Dieses Signal C (ursprüngliches wird abgeleitet vom Schleifarm eines Potentiometers 117 und wird eingestellt in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Verfahren für die Bestimmung des UrSprungswertes von C .

Es sei nun die Wirkungsweise des gerade beschriebenen C Erzeugungsschaltkreises näher betrachtet. Solange kein Korrektursignal erzeugt wird, muß der Augenblickswert von C-, der sich aus der Schleiferstellung des Potentiometers 115 ergibt, gleich sein dem ursprünglichen Wert C , der abge-

'P leitet wird vom Potentiometer 117, da die Ausgangsspannung vom Differentialverstärker 116 0 V betragen muß, um einen Korrektureingang vom Operationsverstärker 112 auszugleichen, der nunmehr 0 V beträgt. Solange demgemäß keine Korrektur erforderlich ist, wird der ursprüngliche Wert von C gleichzeitig der tatsächliche Wert von C sein, der erzeugt wird vom Grenztestschaltkreis der Figur 2. Wenn nun ein Korrektursignal vom Kombinierschaltkreis Io9 erzeugt wird und C der Parameter ist, der justiert werden muß, wie sich ergibt aus ,der Bestimmung durch den Δ- t-über-0 -Schaltkreis 44, wird die Größe der Korrektur einem Eingang des Operationsverstärkers 112 zugeführt, um den Schleifarm des Potentiometers 115 selbst zu justieren, bis beide Eingangsspannungen des Operationsverstärkers 112 gleich sind.

Demgemäß wird der Augenblickswert von C nun gleich sein dem Ursprungswert von C , vermehrt um die Korrektur.

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T955T56

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Der Δ. t Erzeugungsschaltkreis nach Figur 2 arbeitet in genau der gleichen Weise wie der C Erzeugungsschaltkreis, und jene Elemente, die ähnliche Punktionen erfüllen, wie die entsprechenden Elemente in dem C Erzeugungsschaltkreis,haben die gleichen Bezugszeichen, ger folgt von einem "a". Demgemäß erfüllt der Operationsverstärker 112a eine ähnliche Funktion für den Δ t_ffl Schaltkreis wie der Operationsverstärker 112 für den C Erzeugungsschaltkreis etc.

Wie weiter oben erläutert, wird immer dann, wenn C so justiert worden ist, daß die berechneten Resultate brauchbar sind, A t auf einem Wert von I65 Mikrosekunden/m gehalten (V = 66,666 m/sek) und jedesmal, wenn Δ t justiert wird, wird D auf einem Wert von l,o gehalten. Um dieses Resultat zu erzielen, werden.die "C Änderungskommando-" und " -Δ t Änderungskommando" -Signale verwendet, um ein Paar von Schaltkreisen 12o bzw. 121 zu erregen, die dazu dienen, eine genügende Spannung an die Kombinierschaltkreise 113 und 113a zu liefern, derart, daß bei' Justierung von C A t automatisch auf 165 gesetzt wird und immer dann, wenn At justiert wird, C automatisch 1,ο gesetzt wird. Die Schaltkreise 12o und 121 können beispielsweise die Form von justierbaren Potentiometern ftaben, deren Ausgangssignale gegattert werden durch entsprechende Analog-Gatter. (Es ist zu beachten, daß die exakten Werte dieser Justierung abhängen von den ursprünglichen Werten von Δ. t und C .)

Wie weiter oben erwähnt, läßt sich eine brauchbare Information erhalten durch Überwachen der justierten Werte von C und Δ. t . Dies erfolgt am besten durch Aufzeichnen von C , bis C auf den Wert von l,o herabgesetzt wird, und

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danach durch Aufzeichnen von ^ t . Um dies durchzuführen, ■ wird der vom Potentiometer 115 abgeleitete Wert von C über ein Sperrgatter 122 den Gatter- und Treiberverstärkern 48 nach Figur 1 zugeführt als C und Δ. t Überwachungssignal. Wenn jedoch A- t justiert werden muß, was angedeutet wird durch Vorliegen des "/^.t Änderungskommando"-Signals, wird das Sperrgatter 122 erregt, um C zu sperren, und der Δ t Wert vom Potentiometer 115 wird stattdessen eingesetzt zum Entsperren eines Entsperrgatters 123·

Wie weiter oben erläutert, bringt der Grenztestschaltkreis gemäß der Erfindung bestimmte Präferenzen in die Erfüllung der verschiedenen Grenzwerte, um zu verhindern, daß die Erfüllung eines Grenzwertes interferiert mit der Erfüllung eines bedeutungsvolleren Grenzwertes. Um dies zu verwirklichen, arbeitet in Übereinstimmung mit der oben erläuterten Reihenfolge der Präferenzen der Schaltkreis nach Figur 2 so, daß jene Testbedingungen vernachlässigt werden, deren Erfüllung einen Grenzwert höherer PriorltätsOrdnung außerähalb seines Grenzwertes bringen würde,dji. unerfüllbar machen würde. Falls q kleiner als 0 werden sollte, erzeugt ein Verstärkungs- und Begrenzungsschaltkreis 125 ein Ausgangssignal, das dazu dient, den Sample-and-Hold-Verstärker 97 und den Sample-and-Hold-Verstärker Io2 über ein ODER-Gatter 127 zu entladen oder rückzustellen. Diese Sample-and-HoId-Verstärker können nur entladen werden während des Zeitintervalles, während dem jeder Verstärker in Betrieb ist. Demgemäß enthalten die Sample->iand-Hold-Verstärker 95> 97 und Io2 jeder im Inneren ein UND-Gatter (nicht gezeigt), deren Eingänge das Entlädesignal, als "Disc" in Figur 5 bezeichnet, und das entsprechende Zeitsteuersignal sind für den betreffenden Verstärker, so daß eine Koinzidenz von zwei Eingangssignalen

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stattfinden muß, bevor die gesampelte Spannung entladen werden kann.

Um das Zumzugekommen der Bedingung niedrigster Priori tat sordnung von S <. o,7 (1 - S) zu Sperren, ent-

gxo w

sperrt der Ausgang des ODER-Gatters 127 ein UND-Gatter 136 über ein ODER-Gatter 128, um einen Flipflop I36 über ODER-Gatter 128 zu setzen. Dies führt zum Setzen eines Flipflops 135 und damit zur Sperrung des UND-Gatters 1,34. Da das T^ Zeitgebersignal am anderen Eingang des UND-Gatters 136 liegt und der komplementäre Ausgang des Flipflops das UND-Gatter 134 entsperrt, damit T^ das Gatter.107 öffnen kann, ist es klar, daß das Gatter I07 geschlossen wird, um den Ausgang des Operationsverstärkers Io5 auf 0 V zu.halten, wann immer eine Bedingung höherer Prioritätsordnung unerfüllt bleibt während der Zeitperiode Tj..

In gleicher Weise gilt, daß falls S kleiner als werden sollte, ein Verstärkungs- und Begr.enzerschaltkreis 3o ein Ausgangssignal erzeugt, das den Sample-and-Hold-Verstärker Io2 während der Zeit T, entlädt oder rückstellt und das UND-Gatter 36 über das ODER-Gatter 128 entsperrt. Wenn q größer als 1 werden sollte, stellt ein Verstärkungsund Begrenzerschaltkreis 131 dies fest und entsperrt das UND-Gatter I36 für das Einstellen des Flipflops 135 über das ODER-Gatter 128. Nachdem alle fünf Zeitgebersignale erzeugt worden sind, wird vom Zeitgeberschaltkreis .103 das "Sample-Ausgangskomamando" (T₁-) Signal erzeugt zur Erregung des Gatterschaltkreises 48 aus Figur 1. Da die errechneten Signale verwendet werden, um den Speicher 50 aufzufrischen bis zum Zeitintervall T₁., wird der Tj- Puls ODER-gegattert in einem ODER-Gatter 1.37 mit dem Impuls T₂,,

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um das UND-Gatter 134 anzusteuern, so daß die korrekten Werte von C und/oder ^ t aufrechterhalten werden während des Sample-Ausgangsintervalls tp.. Die Abfallflanke von t,-stellt dann alle Sample-and-Hold-Verstärker zurück wie auch den Flipflop 135 über deren wechselstromgekoppelte Rückstelleingänge, so daß sie vorbereitet werden für eine weitere Folge von Zeitgebersignalen. (Der t,- %ckstelleingang der Sample-and-Hold-Verstärker wird nicht UND-gegattert wie der Entladesignaleingang.) Es hat sich gezeigt, daß die Brauchbarkeitsgrenzprüfungen für S j> 0 und q <!. 1

Y\ \ C W^-^ WXO

nur in sehr seltenen Fällen «hs* erfüllt werden und deshalb, falls erwünscht, weggelassen werden könnten. Zu diesem Zweck sind Schalter 97a und Io2a am Ausgang der Sample-arid-HoId-Verstärker 97 und Io2 vorgesehen, damit man diese Brauchbarke it sprüfungen je nach Wunsch durchführen oder unterlassen kann. ■

Das Sample-Ausgangssignal tj. w±d außerdem verwendet, um einen gegatterten spannungsempfindlichen Trigger 133 (Figur 2) zu gattern, der ansprechend ausgebildet ist auf den berechneten Wert von φ zur Erzeugung eines Ausgangssignals, falls der errechnete q-Wert größer ist als der vorgegebene kritische Wert für q, welcher von einem entsprechenden Potentiometer 129 geliefert wird. (Wie oben erläutert, bezieht sich das hier benutzte Ausführungsbeispiel nicht auf extrem schieferhaltige Formationen und deshalb werden die aufgezeichneten Logs abgeschnitten immer dann, wenn q den kritischen Wert überschreitet.) Dieses q ^q-Kritischsignal kannJannverwendet werden, um den Pufferspeicher 5o nach Figur 1 auf O zu entladen, vorausgesetzt, daß ein Schalter 133a am Ausgang des Triggers 133 geschlossen ist.

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In den Figuren 3A und 3B ist ein anderes Ausführungsbeispiel dafür dargestellt, wie das Verfahren gemäß der Erfindung durchgeführt werden kann. (Ein vollständiges Bild der Figur 3 ergibt sich durch Anordnen von Figur J5A oberhalb Figur 2B, welche beiden Figuren relativ zu einander in Längsrichtung anzuordnen sind.) Dabei zeigt Figur 3 ein verallgemeinertes Flußdiagramm, das Verwendung finden kann für das Programmieren eines allgemein anwendbaren Digitalrechners, beispielsweise dem EMR 6050 Computer, hergestellt von Electromechanical Research, Inc.

In den Figuren 3A und 3B ist der erste Schritt., die Berechnung der Werte von 0 , 0_D* 0_N und des SP-Reduktionsfaktors in Abhängigkeit von Δ. t^Pg, C_N>und SP wie auch all der oben diskutierten Koib tanten, so daß ein erster Durchgang vorgenommen werden kann zwecks Aufsuche des Wertes für C_{p (ursprün}g_lich)* At_{ffl (ursprUngllch}) und R_w (wie auch für R , das als Io R- angenommen werden kann).

C W

Dies ist in Figur 3A dargestellt, indem ein Richtungsschalter l4l in seine richtige Schaltstellung gebracht wird. Wenn diese ursprünglichen Werte einmal erhalten worden sind, läßt man die Daten wieder durch den Computer laufen mit dem Richtungsschalter 3.41 in seiner anderen Schalt stellung zur Durchführung der erforderlichen Berechnungen von q, S etc.

gxo

Zunächstjwerden die kritischen Diskriminationsfunktionen

_{cbt CRT} und CAL < CAL_CRT) berücksichtigt als dargestellt mittels des Kastens 143. Wenn der kritische Diskriminationstest erfolgt ist, ist der nächste Schritt die Berechnung von q, 0. 0_, S„„ und S_tT„_ in Abhängigkeit von

£ 6 ^AvJ ViXO

0_S, 0_N, 0_Dund C , wie repräsentiert durch den Kasten 144. Danach werden die ersten drei Grenz- oder Brauchbarkeits-

-■- 38 009832/1266

- 38 -Prüfungen durchgeführt, nämlich 0< q <1 und S

_χο

repräsentiert durch die Kästen 145, 1^7 und 148. In jedem Fall instruiert das Programm, falls die Grenzprüfungen nicht erfüllt werden, den Computer festzustellen, ob und wievi^e C oder /S. t zu justieren sind in Abhängigkeit von 0_ und At wie auch von dem jeweiligen Parameter, der gerade geprüft wird, wie repräsentiert durch die Kästen 149, 151 bzw» 152. Immer dann, wenn C und/oder Δ t justiert werden, instruiert das Programm den Computer, 0_S erneut^zu berechnen, wie repräsentiert durch den Kasten 164. Außerdem werden natürlich auch die Werte von q, 0 , 0 , S und S erneut jedesmal dann berechnet, wenn eine Änderung von

C_ und/oder -^t durchgeführt wird. Für die P _T„ < 0 und q /> 1 Prüfungen instruiert das Programm den Computer, festzustellen, ob eine erforderliche Justage etwa verursachen würde, daß ein Parameter höherer Priorität nicht mehr seine Prüfung erfüllen würde und, falls dies der Fall ist, wird die entsprechende Justage nicht vorgenommen. Dieses Merkmal ist repräsentiert durch die Kästen·15^ und 155- Die Brauchbarkeitsprüfungen für S <. 0 und q > 1 können übergangen werden, wie durch die Richtungsschalter 15o und 153 repräsentiert.

Als nächstes instrumier-t das Programm den Computer, den Wert von S und 1 - S in Abhängigkeit von R.,q, F , R

W W u . Z W

und R zu berechnen, wie durch den Kasten I56 repräsentiert. Dann wird der Test durchgeführt, zur Feststellung, ob S "> 0,7

gJCO

(1 - S),wie repräsentiert durch den Kasten 157 und, falls

die Antwort ja ist, instruiert das Programm den Computer festzustellen, ob C und/oder Z\ t in Abhängigkeit von 0_

pm s

und c.\ t zu justieren sind. Wenn eine Justage durchzuführen ist, instruiert das Programm den. Computer C und/oder

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t zu justieren, um S = o,7 (1 - S^) zu machen, was repräsentiert ist durch den Kasten I58. Diese Justage ist ilmperativ und demgemäß werden C und/oder Δ t jedeseine Stufe justiert, bis S = 0,7 (1 - S) ist.

Nach jeder Justierstufe instruiert das Programm den Computer festzustellen, ob die Justage von C oder

da#*br führen würde, daß ein Parameter höherer Ordnung seine Prüfung nicht erfüllen würde, wie repräsentiert durch, den Kasten 159. Falls dies der Fall wäre, wird S auf seinen ursprünglichen Wert zurückgeführt.

An diesem Punkt entsprechen die Werte von -q, 0 , 0 ,

ze

S und C den endgültig berechneten Vierten» Danach wird der Wert von S , 0 berechnet aus diesen Endresultaten, wie repräsentiert durch den Kasten l6o. Wenn q <^ q. _{lfcls h}* welche Funktion repräsentiert wird durch den auf der Sjätze stehenden Kasten l6l, instruiert das Programm den Computer, die berechneten Werte über ein Rückspielband 162 auszulesen oder die Daten zu tabellieren, welche Funktion repräsentiert wird durch den Kasten 163, oder alternativ können auch beide Ablesungen erfolgen. Dieser q <^ q ~™ Test kann übersprungen werden, wie repräsentiert durch den Ricntungsschalter 165.

In Figur 4 ist ein typisches Log der Kurven dargestellt, die in typischen Formationen erhalten werden unter Benutzung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Die Spuren 1 und 2 zeigen das SP - bzw. Widerstandslog. Der berechnete Schieferprozentsatz q und die effektive Pporosität 0 werden auf Spur 3 aufgezeichnet. Die Teilung der Spur 3 ist so gewählt, daß eine visuelle.Abschätzung des Schiefergehaltes und sein Einfluß auf die Permeabilität ermittelt werden

- 4o -

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können. Insbesondere ist bekannt, daß ein geringer Toni- _; ■ gehalt q und eine hohe effektive Porosität 0_Ä eine gute ν . . Permeabilität nahelegen, daß jedoch ein erhöhter Tongehalt und verringerte effektive Porosität eine niedrigere Permeabilität vermuten lassen. Es sich gezeigti daß bei q:^ 2 0 die Permeabilität im allgemeinen für die Forderung zuniedrig liegt. Demgemäß kann durch Wahl einer Skalenteilung, bei der q doppelt so groß ist wie 0 , der Schnittpunkt der beiden Kurven eine Permeabilität andeuten, die für die Forderung zu niedrig ist. -■_ . ...

Die berechneten Werte der Wassersättigung S »der

Gassättigung S in der verunreinigten Zone und des gxo

akustischen. Verdichtungskorrektur faktor s C sind; in Spur Λ aufgezeichnet. Wie oben erwähnt, ist "die Formation, wenn

S etwa die Hälfte oder mehr des Wertes von 1 - S beträgt, gxo w

wahrscheinlich gasführend und wenn S merkbar_■ kleiner .als

gxo

1 -S ist, die Zone wahrscheinlich eher öl als-»Gas ent- , halten dürfte. Durch Wahl einer Skalenteilung für S und

S derart, daß sie in umgehrter -Richtung auf Spur 4 zu-.. . gxo

nehmen, läßt sich ein bloßer -Hinweis-aus den S . und S^. ~ Kurven entnehmen bezüglich einer,Sehne11information, ob sich in der Formation Gas oder öl findet. Außerdem ist in Spur 4,-die C und At Monitor- oder Überwachungskprve dargestellt;. Da, wie oben erwähnt wurde, C nicht kleiner als l,o sein. =. kann, ist es bekannt, daß immer dann, wenn die Kurve unter _; ; Ι,ο fällt, -Ä-Xt aufgezeichnet wird» Aus der C und —» .„_ Monitorkurve läßt sich eine Zone von höhereiti als. norniaieni ,_:; ; oder Ausgleichsdruck entnehmen als eine Zunahme von Gv _{; ;}; _;; Über den vorliegenden Trend und umgekehrt ein Wert;. vpn_;. ■·. » _ C_ niedriger als dem Trend würde normal erweise änsselgön·* · τ daß ein niedriger. Förmätionsdruck vorliegt* - Aüöh yßväen _{:: (}.,_:

ööiiii/llii

schnelle Fluktuationen von C und/oder A. t ungültige akustische Ablesungen andeuten.

Die Werte für 0 , 0_Q und S^₆ sind in Spur 5 aufgezeichnet, um eine Porositätsanalyse in einem Prozentsatz des Gesamtvolumens anzugeben. Die höchste Ablesekurve 0 zeigt die Gesamtporosität einschließlich der für Fluide und Ton an. Die mittlere Kurve 0 zeigt die fluidgefüllte Porosität an und demgemäß repräsentiert der Unterschied zwischen 0 und 0 den Tonanteil des Gesamtvolumens. Die unterste Kurve S,_T0_ repräsentiert den Prozentgehalt des Formationsgesamtvolumens, der mit Formationswasser gefüllt ist, und damit zeigt der Unterschied zwischen 0 und S 0 die Kohlenwasserstoffe im Gesamtvolumen an.

Immer dann, wenn - wie weiter oben erwähnt - das SP-Log extreme Schieferhaltigkeit anzeigt, was dann der Fall ist, wenn das Log seine positivste Auslenkung erfährt, werden die berechneten Werte nicht mehr länger aufgezeichnet. Diese Situation-findet sich in Figur 4 an verschiedenen Tiefenintervallen, beispielsweise bei 2562 bis 2577 m. Ferner ist ins Gedächtnis zurückzurufen, daß -"wenn der Wert für R₊. sehr hoch wird_T das Abschneiden, von SP zu ignorieren ist, da es wahrscheinlich ist, daß es die Anwesenfeheit von Kohlenwasserstoffen ist, die die verringerte SP-Auslenkung hervorruft. Diese Erscheinung läßt sich an verschiedenen Tiefenintervallen des logs feststellen, beispielsweise etwa bei 2589 bis 2592 m. Man kann demgemäß erkennen, daß durch Ausnutzung der vorliegenden Erfindung eine genaue Bestimmung der verschiedenen wichtigen Formationskonditionen erhältlich ist, selbst dann, wenn es sich bei den Formationen um schieferhaltige, mit Gas

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gefüllte Sande handelt. In der Erörterung bis zu diesem Punkt wurden die gewünschten Resultate durch Benutzung von drei Porositätslogs erzielt. In vielen Fällen sind jedoch für ein gegebenes Bohrloch nur zwei Porositätslogs erhältlich. Wenn nur zwei Porositätslogs vorliegen, ist es klar, daß sich drei Gleichungen für vier Unbekannte ergeben, was eine schwierige Situation darstellt. Um dieses Problem zu überwinden, wird gemäß der Erfindung einer der Unbekannten Parameter als Konstante in erster Annäherung angesetzt. Danach werden verschiedene Grenz- oder Brauchbarke it sprüfungen durchgeführt bezüglich der anderen errechneten Resultate und, wenn diese Resultate unbrauchbar sind, wird der Wert des angenommenen Parameters geändert,, um die Lösung brauchbar zu machen.

Zunächst sei der Fall beträchte£ daß nur das Diente- und Neutronenporositätslog vorliegen. Es ist klar., daß nur die Gleichungen (8), (9) und (11) in der Lösungsmatrix ver- · wendbar sind. In vielen Fällen hat sich die Gesamtporösität 0 als relativ konstant und vorhersagbar erwiesen. Als erste Annäherung kann daher «genommen werden, daß 0„ einen konstanten Wert besitzt. Dieser ursprüngliche 0 Wert kann erhalten wer-

den in einem nahegelegenen Wassersand aus dem Neiatronenlog , da diese Einrichtung eine genaue Ablesung der Gesaratporosität 0 in Wassersanden ergibt. Alternativ können die Gleichun-

gen (8) und (9) kombiniertwerden, um die folgende Gleichung

(q = 0) Gas

0 + 1,4 0

für 0 in sauberen (q = 0) Gassanden zu geben:

In den mefeten Fällen erscheinen saubere Gassande deutlich auf den Logs, da sie charakterisiert sind durch hohe

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- 43 Widerstände und große Unterschiedezwischen 0„ und 0^.

Wenn dann 0 durch eine der beiden oben genannten Methoden bestimmt wordenjist, können die Gleichungen (8), (9) und (11) gelöst werden, um errechnete Werte für

g und 0 zu liefern. Falls der angenommene Wert für 0 zu

klein ist, ergibt sich ein zu kleiner Wert für den berechneten q-Wert, der normalerweise negativ ist. Danach kann durch Erhöhung von 0 bis q = 0, falls kleiner als 0 ist,

Z _

an brauchbarerer Wert für sowohl als auch 0 erhalten werden. Wenn andererseits'der angenommene Wert von 0 zu groß ist,

ist wahrscheinlich S zu hoch. Dann kann 0 herabgesetzt werden, bis S = o,T (V- Si ist. Die verschiedenen Prüfungen für die kritischen Werte, die oben diskutiert wurden, können in der gleichen Weise wie oben erläutert ausgeführt werden. '

Es ist auch vielfach der Fall, daß nur akustische und Dichtedaten erhältich sind, was wiederum drei Gleichungen für vier Unbekannte ergibt. Wenn jedoch der Kohlenwasserstoffeffekt auf die akustischen und Dichtelogsignoriert wird, ergibt sich aus den Gleichungen (⁷) und (8), "daß 0^ und 0-.

s υ

angegeben werden können als: 0 =" 0 + q 0 = 0 und (17)

S G G Z . -

- 0_e. .(18).

Demgemäß kann die akustisch gewonnene Porosität 0 als Gesamtporositätsparameter 0 angesetzt werden, und der Wert von.JSL wird benutzt als Parameter., der effektiven Porosität 0 . Der Schieferprozentsatz q läßt steh dann aus den Gleichungen (17> und (18) errechnen* /

0 0 9 8 3 2/1Wf

In manchen Fällen hat sich jedoch gezeigt, daß Werte für 0_ß sich ergeben, die größer sind als 0_S, was. zu negativen Werten von q führt, was wiederum eine un- .·-..-brauchbare Lösung, darstellt. Wenn dies eintritt, gibt es, verschiedene mögliche Erklärungen, von denen, eine- darin besteht, daß ein zu großer Wert für C benutzt wurde, um den akustischen PorosMtswert bei Abwesenheit der Verdichtung zu korrigieren. Wenn dies eintritt, kann C herabgesetzt werden, bis 0 = 0, was zu q = 0 führt. Als alternative Erklärung können Gas oder leichtes öl 0_ erhöht haben, ohne 0„ entsprechend zu erhöhen. Wiederum können C oder ^ t

JJ ΓΠ

justiert werden, um q = 0 zu machen.

Wenn die einzigen Porositätsdaten von den akustischen und Dichtelogs ableitbar sind, kann ebenfalls angenommen werden, daß die Formationen sauber oder nicht schieferhaltig sind (q = 0). in diesem Fäll können die Gleichungen (7) und (11) geschrieben werden als:

K~K* ^(C _P " ^{X) 0}e ^Sgxo ⁽¹⁹⁾

0_z = 0_e ■ (2o)

Gleichung (8) für 0_ würde in diesem Fall dieselbe sein, da q nicht als Faktor in der Gleichung (8) erscheint.

Gleichungen (8), (19) und (2o) können gelöst werden mittels eines entsprechenden Matrix-Computers, und die berechneten Werte für 0 (und demgemäß 0 ) sowie S können

e ζ cXo

abgeleitet werden. Falls erwünscht, könnten dann^&die Grenzoder Brauchbarkeitsprüfungen für 0 <. S und S <C o,7

WXO ££XO

WX ££XO

(1 - S). durchgeführt werden, und C und/oder A t können ^w pm

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justiert werden wie oben, um die gewünschten Lösungen herzustellen. Da die Apparatur zur Durchführung dieses Verfahrens sehr ähnlich der oben beschriebenen Einrichtung wäre, ist es nicht notwendig, hier nähere Einzelheiten anzugeben.

- Patentansprüche -

- 46-

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Claims (9)

1. - 46 - . ... ■ ■ Patentansprüche

   Verfahren für die maschinelle Verarbeitung von Bohrlochuntersuchungsdaten, die repräsentativ sind für Erdformationen, wobei mindestens zwei Messungen, die sich auf die Formationsgesamtdichte, den Formationswasserstoffgehalt oder die akustische Formationslaufzeit beziehen, für einen Bohrlochabschnitt abgeleitet werden und Anzeigen aufgezeichnet werden, die in Abhängigkeit von der Bohrlochtiefe einen oder mehrere Formationskennwerte repräsentieren, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Messungen kombiniert werden zur Ableitung von Anzeigen bezüglich entweder des Formationstongehaltes q oder der bezüglich der Kohlenwasserstoff Sättigung oder des T ongehaltg korrigierten Formationsporosität.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Messungen zur Erzeugung von Anzeigen bezüglich des Formationstongehalts und der Formationskohlenwasserstoffsättigung kombiniert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Messungen zum Gewinn von einer oder mehrerer der Angaben bezüglich des Formationstongehalts q, der Formations- ' kohlenwasserstoff satt igung S. , der Formationsgesamtporosität 0„ oder der wirksamen nicht tongefüllten Formationsporosität 0 kombiniert werden.

   - 47 -

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4. 4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination gemäß den Gleichungen:

   ⁰I

   ^Sn

   ■j :: . , - - erf olg., ,

   worin 0 , 0« und 0_N Porositätsmessungen sind^bezogen auf die akustisphe Laufzelt, die Formationsgesamtdichte bzw. den Format ionswass.erstof fgehalt ,während C, , · C_ und C^ · Konstanten sind. ■. .· , ... -■■"■·. ... ■
5. 5 ··"-■-■ Verfahren nach einem oder mehreren der_: vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstandsmessungen, repräsentativ für den Widerstand einer Formationszone in radialem Abstand vom Bohrloch an dem Bohrlochabschnitt gewonnen werden, und daß diese Widerstandsmessungen mit mindestens zwei der Dichte-, Laufzeit- oder ,Wasserstoffgehaltsmessungen kombiniert werden, zum Erzeugen von.Angäben bezüglich des Formationstongehalts q, und der Formationswassersättigung S .
6. 6. . Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden ■.-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Messungen längs des Bphrlochabschnitts von mindestens einem ..Parameter, der r,epräservativ ist für -den T^on^ oder Schiefergehalt, vorgenommen

   - 48 -

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   werden, und daß die Ton- oder Schiefergehaltmessungen kombiniert werden mit mindestens zwei der Dichte-, Laufzeit- oder Wasserstoffgehaltsmessungen zum Erhalt von· Anzeigen für die Tonmenge, die längs des Bohrlochabschnitts in der Formation vorliegt. -.
7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Kombination der beiden Messungen Angaben bezüglich der effektiven, nicht tongefüllten Porosität 0 ,der Gesamtporosität JZf und eines Parameters der verunreinigten Zonen Kohlenwasserstoffsättigung S, sowie des Tongehalts q gewonnen werden.
8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brauchbarkeit mindestens einer der gewonnenen Werte q, 0', .0 oder S,

   ■ * Θ Ζ ΓΪ

   geprüft wird, und daß bei Unbräuchbarkeit irgendeiner dieser Anzeigen die Kombinationsweise der Messungen bis zum Gewinn von brauchbaren Anzeigen-geändert wird.
9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,. daß aus der Kombination der beiden-Messungen auch Angaben bezüglich der Gassättigung S in einer Zone in radialer' Nähe vörri Bohrloch gewonnen werden, und daß die Gassättigung S mit einem ^: Parameter 1 - 5. verglichen wird, der die Kohlenwasser- ; Stoffsättigung in einer Zone in radialer Entfernung vom Bohrloch repräsentiert, um das Vprhandersein von Gas oder ν öl zu ermitteln. .. "·■. ^: . . - " ~>

   00 98 32/Λ7Έ> 6