DE2812490A1

DE2812490A1 - Verfahren zur ermittlung der raeumlichen ausdehnung von untertaegigen reaktionen

Info

Publication number: DE2812490A1
Application number: DE19782812490
Authority: DE
Inventors: Eike Dr Rietsch
Original assignee: Deutsche Texaco AG
Current assignee: Wintershall Dea Deutschland AG
Priority date: 1978-03-22
Filing date: 1978-03-22
Publication date: 1979-09-27
Also published as: NL7901653A; US4390973A; ATA110779A; FR2420776B1; GB2017301A; CA1152628A; GB2017301B; FR2420776A1; BE874629A

Description

Dr. Gerhard Schupfner J₀ 211o Buchholz
Patentanwalt in der Nordheide,

Kirchenstraße 8,

den 2o. März 1978 D 78 oo2 (PS 317)

DEUTSCHE TEXACO AKTIENGESELLSCHAFT
tfberseering 4o
2ooo Hamburg 6o

Verfahren zur Ermittlung der räumlichen Ausdehnung von untertägigen Reaktionen

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JJj e Erfindung uetx~iffi; oin s/erfannm mr uberwacliun,; von u;itc.rtä.glgen Prozessen gemäß Oberbegriff dos Kauptaiisoruciis.

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Aufgrund einer zu erwartenden Verknappun.; von. ir; nuironcr-;: cquelien und Rohstoffen werden Lagerstätten hitorossaafc, deren Ausbeutung früher aus wirtschaftlichen una technischen oberlegungen nicht in i^rwägung gezogen wurde. iJiesc Lagei-stdtten versucht man nun mit Hilfe von neuen Technologien zu ox-scJili eßen. 3ei Kohlelagerstätten handelt es sich dabei um Xn-s:i tu-Kohlevergasung. Bei diesem Verfahren wird ein Speisegas über eine .Bohrung in das Kohleflöz eingepreßt. Das durch i-ieaktion von Kohle und Speisegas (unvollständige Verbrennung) entstehenüe Prozessgas- wird durch. Förderbohrungen gewonnen, die im allgemeinen kreisförmig um die Injektionsbohrunj angeordnet sind. Die Reaktionsfront, die den im folgenden als Keaktionsbereich bezeichneten Teil des Flözes von dem im wesentlichen ungestörten Teil trennt, breitet sich dabei von der Bohrung ausgehend immer weiter in dem Flöz aus. Dabei kann man, bei einigermaßen homogenem und nicht zu mächtigem Flöz erwarten, daß die Verbrennungsfront eine etwa zylindrische Form hat.

Für die Kontrolle der untertägig im Flöz ablaufenden Reaktion ist neben der Kenntnis von .Reaktionsparametern wie Druck und Temperatur auch die Bestimmung der Lage der iteaktionsfront von Sedeutung.

jßine ähnliche Aufgabe liegt bei der Jn-situ-Verbrennung zur Verbesserung der iintölung von Erdöllagerstätten oder der Schwefelgewinnung nach dem Frash-Verfahren vor, bei denen eine Teilverbrennung an einer Stelle der Lagerstätte eingeleitet und mit Hilfe eines sauerstoffhaltigen Gases aufrecht erhalten wird. Bei allen diesen Verfahren besteht das Bedürfnis, die Lage der ileaktionsfront und damit die Größe des um die Injekfcionsbohrung liegenden, von der Reaktion bereits erfaßten Gebietes zu bestimmen.

3Ja diese Aufgab ens tellu "ig relativ neu ist, sind bisher keine spezielle auf deren Lösung zugeschnittene Verfahren vex-öffent-Ii ent worden. g_A,

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Aufgabe dieser Erfindung ist; ez deshalb, ein Verfahren zur· Bestimmung bzw. eine iiLngrenzung der Lage dexⁿ lleaktionsfront bei untertägig ablaufenden Prozessen zu schaffen.

Ausgehend von einem Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, ergibt sich die Lösung dieser Aufgabe aus dessen Kennzeichen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der iärfindung ergeben sich aus den Unt cransprüchen.

Zur. Beschreibung des Verfahrens und seiner Grundlagen genügt es, eine Injelctionsbohrung und zwei, im folgenden durch die Buchstaben A und B unterschiedene Beobachtungsbohrungen zu betrachten. !Diese, im Abstand von £i^ bzw. Rß von der Injelctionsbohrung liegenden Beobachtungsbohrungen können normale, eventuell kurzfristig stillgelegte Förderbohrungen sein. In jeder Bohrung wird ein Empfänger angebracht, der die in dem von der Reaktion ex'faßtcn Gebiet und besonders im Bereich der Realct ions front erzeugten-Signale registriert. Diese Signale entstehen zum Beispiel bei der Bildung von Mikrorissen und kleinen Klüften als Folge der mit starken Temperaturgradienten verknüpften elastischen Spannungen oder als Ergebnis der Umkristallisierung von Mineralien aufgrund der erhöhten Temperaturen.

Die bei der Bildung der vielen kleinen Hisse erzeugten akustischen Signale breiten sich nach allen Seiten hin mit einer als konstant angenommenen Geschwindigkeit, v, aus und erreichen auch die in den beiden Beobachtungsbohrungen angebrachten, im folgenden ebenfalls durch die Buchstaben A bzw. B unterschiedenen ünpfänger. Diese wandeln die akustischen in elektrische Signale um und leiten sie zu einer Registriereinrichtung weiter, wo sie in Form von im folgenden als Spuren bezeichneten Aiialogsigiialen oder Folgen von Digitalwerten aufgezeichnet werden. Diese Spuren stellen das Ergebnis der Überlagerung von von den verschiedenen Stellen des ReaktxOjisbereich.es und besonders der Äeaktionsfront selbst kommenden akustischen Signalen und von Störsignalen dar. Solche Störsignale werden von anderen, nicht durch die ablaufende Reaktion; selost bedingten und nicht auf den Reaktionsboreich beschränkten Vorgängen, wie das Strömen von Speise- und Prozessgas, hervorgerufen.

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Jks-.-Ifegistiiereii von Signalen, _wi_e sie bei der Bildung und Ausbreitung eines unterirdischen Risses entstehen, ist bereits von Bailey in der US-ES 3,739,871 beschrieben. Im Gegensatz zu dem in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Verfahren, das im ■wesentlichen statistischer Natur ist, handelt es sich dabei um ein deterministisches Verfahren. Akustische Signale von einem durch hydraulische Eisbildung erzeugten ßiß werden mit einer Vielzahl von Jimpfängern registriert. Der Augenblick der Hißbildungist bekannt, da er von einem plötzlichen Druckabfall in der Hydraulikflüssigkeit begleitet ist und aus der Laufzeit der bei der ÄLßbildung ausgesandten Signale zu den .Jnpf ändern -wird die Ausdehnung des iüsses bestimmt, Voraussetzung für das Verfahren ist also, daß nur ein großer Riß entsteht und daß die bei der äLßbildung ausgesandten Signale so stark sind, daß sie bei den JSmpfängern mit einer deutlich über dem Störpegel liegenden Amplitude ankommen.

Die alsFolge der hier betrachteten untertägigen Prozesse ausgesandten Signale, besitzen im allgemeinen keine Amplituden dieser Große. Hier überlagern sich vielmehr die Signale von vielen einzelnen, im ganzen Reaktionsbereich und besonders in der iiealct ions front dauernd neu entstehenden kleinen Brüchen und der Augenblick der Mißbildung ist für keinen der Brüche bekannt. Demzufolge; wirken beide Spuren bei Betrachtung völlig unkorreliert, Daß dies nicht so ist, sieht man ein, wenn man sich ein zweischaliges Rotationshyperboloid, dessen als f und f bezeichnete Brennpunkte die beiden Empfanger A und B sind, in den Saum gelegt denkt, Sin solches Hyperboloiu. entsteht durch Rotation einer Hyperbel mit den Brennpunkten f und f um eine dui-ch die Brennpunkte gehende Achse. Bezogen auf diese, als x-Hichtung angenommene und eine dazu"senkrechte als y-Achse bezeichnete Sichtung, wird ein Hyperbel durch die Gleichung

: ; ; : (e²■■- d²)*² - dV = d²(e² - d²)A (D beschrieben, wobei d der als Scheitelabstand bezeichnete Abstand der Scheitel der Hyperbeläste und e der Abstand der beiden Brennpunkte ist.. Der Ursprung des Koordinatensystems liegt dabei in der Mitte zwischen den beiden Brennpunkten.

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•L*³· die Hyperbel der geometrische Ort aller Punkte ist, deren Abstände von den beiden .Brennpunkten eine konstante Differenz, d, haben, ist der Abstand zwischen jinpfänger A und einein oeliebigen Punkt auf der dem iänpfänger A näheren Schale A ues zweischaligon itotafcionshyperboloids um das Stück d kürzer als der Abstand zwischen ünpfanger B und dein gleichen !--unkt auf der Schale A. Andererseits 1st der Abstand zwischen jjnpfänger A und einem beliebigen Punkt auf der dem ojtapfänger ß näheren Schale ö des Hyperboloids um das Stück d länger als der Abstand zwischen diesem Punkt auf der Schale B und dem jjnpfanger B.

Aus diesem Grunde erreicht ein Signal, das von einem beliebigen Punkt der Schale B des Hyperboloids ausgeht, den ^snpfanger B um eine ZeitY = d/v früher als den empfänger A, und ein Signal, das von einem beliebigen Punkt der Schale A ausgeht, erreicht den iinpfänger B um die gleiche Zeit Ύ später als den ^inpfäntjer A. Verschiebt man also die von iinpfänger A registrierte Spur s (t) um die ZeitΎ gegen die vom iinpfanger B stammende Spur s_n(t) so erscheinen alle von tunkten der Schale B ausgehenden Signale auf den beiden Spuren s,(t+f) und s.,(t) gleichzeitig.

Deshalb ist die Produktsumme dieser Spuren, das heißt die über einen bestimmten Zeitbereich T erstreckte Summierung der Produkte von zu gleichen Zeiten, t, gehörenden Yerten tier· Spuren s, (t + t* ) und s (t), angenähert proportional der Gesamtenergie aer in der Seit T von allen Punkten der Schale 3 des Hyperboloids auc gehenden Signale. Der mathematische Ausdruck für diese Px-oduktsuminenbildung hat die Form

Γ (t₊r)e₃(t)dt {ζ)

= Γ

^CAB (^r) =^^SA(V^r)^Sli(t_i) (3)

wobei Gleichung (2) für kontinuierlich und Gleichung (3) für diskrete Signale gilt;. Voraussetzung für die oben erwähnte Proportionalität zur Gesamtenergie ist dabei, daß die Zeit T

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so lang ist, daß der üinfluß auf aic PxOuukfc summe voa sigiialen und von Signalen, die von anderen Sbelien des ii.ea:ctionstoereichs auspellen, vernaclilässi,r;bar ist. S:i-,nulo, die nicht von Punkten der Hyperboloidschale ausgehen, erscheinen ja in aen beiden Spuren zu unterschiedlichen Zeiten und löschen, sich bei der Produictsummenbildung zu einem großen Teil gegenseitig- aus. StiengGenommen gilt das allerdings nur, wenn die Autoicorrelationsfunlction der bei der xü-ßbildung entstehenden Signale die iorn eines Impulses hat. Der jünfluß einer endlich breiten Autokorrelation sf'unictl on der ausgesandten Signale auf die Produktsummen wlrd später beschrieben.

Die im vorhergehenden durchgeführte Verschi ebuiij einer Spur gegen die andere und die iärmittlung der Produictsummen, ist aber nichts andex~es als die Berechnung der Kreuzkorrelationsfunktion der Deidon Spuren für eine bestimmte Vers chi ellung f . 17x11 man für alle Hyperboloxdschalen, die durch den Reaictionsbereich gellen, die relative Große der lüriergie der von ihnen in einem bestimmten Zeitoereicli ausgehenden Signale bestimmen, muß man die Kreuz— liorrelatlonsfunlction c _ ( f ) der Spuren Λ und .3 Tür einen .Bereich von Verschiebungen berechnen, der mindestens das Interval Γ- Ύ , T^ "!umfaßt. Der Wert f ist dabei der gi-oßte Zeitunterschied, um den ein vom Reaktionsbereich ausgehendes Signal beim jjnpfanger A eher ankommen kann als beim .rinpfängcr 3. In gleicher ¥eise bezeichnet t den größten Zeituntei'schied um den ein vom iicaictionsbereich ausgehendes Signal eher beim Jinpfänger B als beim ,iiiipf;.ingex- A ankommt. Ist die iteaktionsfronb maximal um den ' Abstand R von der Injektionsbohrung entfernt, so gilt

Υ _A = (R₃ - S_A + 2H)/v

Um eine Vorstellung von der Größe des Störsignalpegels zu haben, ist es im allgemeinen empfehlenswert, den Bereich der Verschiebungen f für den die Kreuzkorrelationsfunktion berechnet werden, größer als das Interval \-Ύ.,Ύ_τ,~\ ^zu wählen.

L A' Bj

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Die Krouzkοrrelatzonsfunktion wird nun in der Weise ausgewertet, daß man die als KoiTolationsbeginn bezeichnete ZeJ t l- bestimmt, zu dei" ihre Verte aufgrund der von Uer liealctionsfrorit stammenden Signale über den allc;emeinen Störsignalper-el ansteigen uiici/odcxdie als Correlationsende bezeichnete Zeit C zu der die Warte der Kreuzkorrelationsfunktion endgültig wieder auf den Störsignalpegel abfallen.

3-st t negativ, so werden die erhöhten ΐ/erte der Kreuzkorrciationsfunktion durch die Korrelation von Signalen hervorgerufen, die von der den Reaictionsbereich berührenden Schale A einer Hyperboloids ausgehen, dessen Scheitelabstand, d, durch

^d1 "

gegeben ist. Der .Reaictionsbereich liegt dabei außerhalb dieser Hyperboloidschale. Xst f ₁ aber positiv, so sind die erhöhten Werte die Folge der Korrelation von von der Schale 3 des gleichen Hyperboloids kommenden Signalen und der Healctionsbereich liegt innerhalb der Schale 3 dieses Hyperboloids.

Ist f negativ, so werden die erhöhten werte der Kreuzkorrelationsfunlction durch die Korrelation von Signalen hervorgerufen, d:i g von der den Reaictionsbereich berührenden Schale Λ eines Hyperboloids ausgehen, dessen Scheitelabstand durch

S= ν |r₂ I (6)

gegeben ist. Der Reaktionsbereich liegt dabei innerhalb dieser H3^perboloidschale. Ist f aber positiv, so sind die erhöhten ¥erte die Folge der Korrelation von von der Schale 3 des gleichen Hyperboloids kommenden Signalen und der liealctionsbereich liegt außerhalb der Schale B dieses Hyperboloids.

Ohne weitere Annahmen kann man aus zwei Spuren nicht mehr über die Lage der .Reaktionsfront aussagen.

Zusätzliche Grenzen für den Reaktionsbereich erhält man, wenn man mehr als zwei Beobachtungsbohrungen vorwendet.

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Mit in drei Beobachtungsbohrungen A, 3, und C registrierten Spuren s,.(t), S₃ (t) und s (t) kann man zum Beispiel die drei Kreuzkorrelationsfunktionen c (f ) j c (?) und c ("C)

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bilden. Jede dieser drei Kreuzkorrelationsfunktionen liefert zwei Hyperboloidschalen, die den Reaktionsbereicli eingrenzen.

Hat man Jönpfänger in J Beobachtungsbohrungen, so kann man den Reaktionsbereich durch. Auswertung der lCreuzkorrelationsfunktionen von allen j(j-1)/2 möglichen verschiedenen Spurpäaren durch J(j-1) Hyperboloidschalen eingrenzen.

£>ie Jüngrenzung des Reaktionsbereichs wira besonders einfach, wenn das Problem im wesentlichen zweidimensional ist.

Kann man z.3. davon ausgehen, daß der Real-ctionsbereich im wesentlichen zylindrische Gestalt hat, wobei die Zylinderachse senkrecht auf einer £3bene steht, die durch die beiden jjnpfänger und z.B. durch die Mitte desjenigen Bereichs in der Injektionsbohrung geht, durch den das Speisegas in die Formation eingepreßt wird, so wird der Reaktionsbereich durch hyperbolische Zylinder eingegrenzt, deren Spurlinien die sich beim Schnitt der .ibene mit den Hyperboloidschalen ergebenden Hyperbeläste sind»

Bei der bisherigen Beschreibung des Verfahrens war angenommen worden, daß die Autokorrelationsfunktion der vom Reaktionsge— biet ausgehenden Signale die Form eines Nadelimpulses hat. In ¥irklichkeit ist das aber nicht der Fall« Reale ausgesandte Signalehaben ein bestimmtes Spektrums, das auf dem ¥eg zu den ünpfängcrn und durch die Filterwirkung von !empfänger und Registriereinrichtung noch zusätzlich verformt wird,, Die Autokorrelationsfunlction hat deshalb ein Hauptmaximum von endlicher Breite und im allgemeinen nicht zu vernachlässigende Nebenmaxima« Die Kreuzkorrelationsfunktionen5 die sich mit diesen Signalen ergeben_s sind gleich den entsprechenden Kreuzkorrelationsfunktionen von NadelimpulsSignalen gefaltet mit der mittleren Autokorrelationsfunktion« der realen Signale» Die Nebenmaxima der Autokorrelationsfunktion führen dabei zu vor Korrelationsbeginn auftretenden Vor-

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läufern und nach. Korrelationsende auftretenden Nachläufern.

TJm die reale Autokorrelationsfunktion möglichst gut an einen Wadelimpuls anzunähern ist es nötig, ein möglichst breites !Frequenzband zu registrieren. Im allgemeinen werden aber Frequenzen bis 1000 Hz, wie sie bereits bei seismischen Oberflächenmessungen registriert werden, genügen. jJs besteht aber prinzipiell kein Grund, nicht auch, noch höhere Frequenzen zu verwenden und auch bestimmte Frequenzbereiche, in denen starke, unerwünschte Signale auftreten (z.B. Pumpengeräusche), durch Filtern zu unterdrücken.

Die Bestimmung von Korrelationsbeginn und Korrelationsende ist in manchen Fällen einfacher, wenn man nicht die Korrelationsfunktion selbst, sondern deren "augenblickliche iiLnhüllende" betrachtet. Die "augenblickliche Einhüllende" ist gleich der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate von Kreuzkorrelationsfunktion und deren Hilberttransformation {z.Beispiel: J.J3. Thomas, An Introduction to Statistical Communication Theory, John ¥iley & Sons, Inc., New York, I9O9, Seiten Ö52ff.).

Der Zeitbereich T, über den die Kreuzkorrelation durchgeführt werden soll, muß experimentell oder aufgrund von iirfahrungen bei Messungen an anderen Stellen gewonnen werden. Stellt sich nach Berechnung der Kreuzkorrelationsfunktion heraus, daß keine Amplitudenerhöhung auftritt, die die Korrelation von vom Reaktionsbereich kommenden Signalen anzeigt, kann die Messung wiederholt und die dabei gewonnene Kreuzkorrelationsfunktion zu der vorher bestimmten addiert werden. Dieses Verfahren kann weiter fortgesetzt werden, vorausgesetzt, daß al.e Spuren innerhalb eines Zeitintervalls registriert werden, das so kurz ist, daß die Heaktioias— front sich währenddessen nur unwesentlich ausbreitet (das heißt, das Zeitintervall ist viel kürzer als der Quotient aus kürzester Wellenlänge der aufgezeichneten Signale und" Ausbreitungsgeschwindigkeit der Reaktionsfront).

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Eine solche Stapelung von Kreuzkorrelationsfunktionen kann besonders dann nötig sein, wenn die Registriereinrichtung eine beschränkte Speicherkapazität hat, wenn die registrierten Signale also eine bestimmte Länge nicht überschreiten können.

Will man von solchen speicherbedingten Einschränkungen frei sein, kann man die registrierten Spuren in zyklischen oder modular adressierten Speichern unterbringen. .Erreicht man bei diesen Speichern das Siide des Speicherbereichs, so werden die folgenden Daten wieder an den Anfang.geschrieben, wobei natürlich die vorher dort gespeicherten ¥erte zerstört werden» Gleichzeitig mit der Registrierung muß deshalb die Kreuzkorrelationsfunlction berechnet werden, die einen konstanten, von der Aufzeichnungslänge der Signale unabhängigen Speicherbedarf hat. Die Berechnung der Kreuzkori-elationsfunktioii erfolgt am zweckmäßigsten in der Weise, daß innerhalb eines Abtastintorvalls, gleichzeitig mit der Registrierung eines neuen Wertes von jeder Spur, die Werte aller zu berechnenden Kreuzkorrelationsfunktxonen durch Einbeziehen der im vorhergehenden Abtastintervall registrierten Werte der Spuren aufdatiert werden. Voraussetzung ist, daß die Kapazität der zyklischen, die aufgezeichneten Signale enthaltenden Speicher mindestens so groß ist, wie die der die Kreuzkorrelationsfunlction enthaltenden Speicher.

Bei dieser gleichzeitigen Registrierung und Korrelation ist es vorteilhaft, wenn die Werte der verschiedenen Kreuzkorrelationsfunktionen automatisch in periodischen Abständen oder manuell gesteuert über ein analoges Anzeigegerät ausgegeben werden können. Auf diese Weise läßt sich feststellen, ob die Registrierdauer bereits ausreicht oder ob noch weiter registriert werden muß.

Zur Verbesserung des Nutz/Störsignalverhältnisses und besonders zur Diskriminierung gegen sich im Bohrloch ausbreitende Wellen kann es vorteilhaft sein, in zumindest einigen Beobachtungsbohrungen mehrere, elektrisch zusammengeschaltete und ein

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Summensignal abgebende Empfäng-er in bestimmten Abstand voneinander anzubringen. Die Wirkungsweise solcher >linp fänger gruppen ist bereits ausführlich in der Literatur beschrieben (siehe z.3. Th. Krey, F. Tofch; Remarks on Wave Number Filtering in the Field, Geophysics, ^S_-, Seiten 959 - 970, 1973). Ha die Ausbreitungsgeschwindigkeit akustischer Signale in der Formation, in der die Reaktion ablaufen soll, in vielen Fällen (z.B. bei Kohleflözen) niedriger ist als im Hangenden und Liegenden, wirkt die Formation als Wellenleiter, aus ist dann sinnvoll, die Empfänger in den Beobachtungsbohrungen nur über einen Bereich zu verteilen, der innerhalb der Formation liegt, in der die Reaktion stattfindet.

Für die Bestimmung des Scheitelabstandes der Hyperboloide aus Korrelationsbeginn bzw. Korrelations ende, muß die Ausbreitungsgeschwindigkeit, v, bekannt sein. Sie kann entweder bereits in früheren Kessungen bestimmt worden sein oder kann vor Einleitung der Reaktion gemessen werden.

Man bringt diesem Zweck eine Signalquelle in der Injektionsbohrung und mißt die Laufzeit der Signale von der Injektionsbohrung zur jeweiligen Beobachtungsbohrung.

Ohne zusätzliche Signalquelle kommt man aus, wenn man in den Beobachtungsbohrungen Signale registriert, die, mehr oder weniger zufällig, bei Arbeiten (z.B. Perforation) in der iünpreßbohrung im Bereich der Formation entstehen, in der die Reaktion ablaufen soll. Kreuzkorrelation von je zwei Spuren liefert ein Maximum für eine Verschiebung ' , die gleich ist der Differenz der Abstände der betreffenden Beobachtungsbohrungen von der Einpreßbohrung geteilt durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit, v. Deshalb gilt

R₄-R₈)/Y J '

ν -

Auf diese Weise kann, man prinzipiell auch nach Beginn der Reaktion noch die Geschwindigkeit bestimmen, sofern die Reaktion etwa gleichweit in Richtung der beiden Bohrungen fortgeschritten ist.

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Beispiele für die bei diesem Verfahren auftretenden. Signale sind in der Figur 1 dargestellt.

Figur 2 zeigt die Geometrie des Modells, das den in Fl-^ur 1 dargestellten Signalen zugrunde liegt, und die Jilngrenzung des zylinderförmig um eine lünpreßbohrung liegenden Reaktionsbereichs durch zwei Hyperbeläste.

Figur 1 zeigt zwei 200 ms lange, mit den Ziffern 2 und k bezeichnete Teile von zwei 25 s langen, mit einem Abtastintervall von 0.5 ms aufgezeichneten synethetischen Spuren, wie sie von zv/ei lünpfängem mit Abstand R = 100 m bzw. R = 80 m von einer Einpreßbohrung und gegenseitigem Abstand e = 156 m registriert sein könnten. Bei der Darstellung der Signale wurde, wie in der Seismik üblich, die durch positive Auslenkungen und die Nullinie begrenzten Flächen geschwärzt. Der Berechnung der Spuren lag die Annahme zugrunde, daß von der zylindrischen, im Abstand von TOm um die IDinpreßbohrung liegenden Reakti ons front zufällige Signale ausgesandt werden. Die Amplituden der Signale und ihr Ausgangspunkt auf der iteaktionsfront wurden dabei von einem Zufallszahl engeneratur erzeugt. Diesen von der Reaktionsfront kommenden Signalen wurden noch zufällige Störsignale übarlagert, deren Leistung (mittleres Amplitudenquadrat pro Datenwert) ebenso groß war wie die der Nut ζ signale,, Die für von - 50 bis 50 ms reichende Verschiebungen f berechnete Kreuzkorrelationsfunktion der beiden 25 s langen Spuren ist mit der Ziffer Oa₉ ihre Einhüllende mit 6b bezeichnet» Die mit den Ziffern 8a bzw» 10a bezeichneten großen Amplituden der Kreuzkorrelationsfunktion, sind Ergebnis der Korrelation von Signalen, die von Punkten auf den beiden die Reaktionsfront berührenden Hyperboloidschalen ausgehen. Die entspreclB nden Amplituden der .Einhüllenden der Kreuzkorrelationsfunktion sind mit 8b bzw» 10b bezeichnete Die Verschiebungenf ₁ bzw» f „ bei denen diese Spitzen auftreten₉ haben die Werte

f λ = 1 ms 5 Ύ ο = 18 ms „

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Die mit der Ziffer 12a gekennzeichnete Kreuzkorrelationsfunktion wurde mit weniger als halb so langen Spuren ( 10 s ) wie die mit der Ziffer 6a gekennzeichnete berechnet. Dor auf der iünhüllenden 12b besonders gut erkennbare Stör-' pegel ist, wie zu erwarten, um ca. 50 ^c/o höher als bei der Einhüllenden 6b.

J^Lgur 2 zeigt einen Schnitt durch den zylindrisch um die Einpreßbohrung liegenden Iteaktionsbereich, wobei die Schnittebene durch die ünpfanger A und B in den Beobachtungsbohrungen geht. Die Schnittlinie der Reakt ions front mit der libene ist mit der Zahl 10 bezeichnet und bildet einen Kreis, dessen Mittelpunkt der Schnittpunkt der iSbene mit der mit dem Buchstaben I bezeichneten Injektionsbohrung ist. Die Schnittlinien der beiden konfokalen, zweischaligen Rotationshyperboloide mit den Scheitelabständen d.. = VjY₁J und d = v|f j sind konfokale Hyperbeln mit den gleichen Sclaeitelabständen und Brennpunkten. La Y ₁ positiv ist, liegt die mit 10 bezeichnete Schnittlinie des lieaktionsbereichs innerhalb des dem jünpfänger B näheren, mit der Ziffer 12 bezeichneten Astes der Hyperbel mit dem Scheitelabstand d.. . Der mit der Ziffer Ik bezeichnete, dem länpfänger B nähere Ast dieser Hyperbel, spielt hier keine Solle. Weil Ύ positiv ist, liegt die Schnittlinie 10 außerhalb des dem Empfänger B näheren, mit der Ziffer 16 bezeichneten Astes der Hyperbel mit dem Scheitelabstand d . Der dem lünpfanger A nähere, mit der Zahl 18 bezeichnete Ast dieser Hyperbel hat hier ebenfalls Iceine Bedeutung.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

lJ Verfahren zur Ermittlung der räumlichen Ausdehnung von untertägigen Reaktionen, bei denen im ganzen von der Reaktion erfaßten Bereich oder in dem als Reaktionsfront bezeichneten Grenzbereich zwischen weitgehend ungestörtem und bereits von der Reaktion erfaßtem Gebirge zufällige akustische Signale ausgesandt werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß diese Signale mit mindestens zwei an verschiedenen Stellen außerhalb des Reaktionsbereichs angebrachten Empfängern (A, B) registriert werden und die registrierten Signale s.(t) bzw. s_ß(t) miteinander korreliert werden unter Bildung einer von der Verschiebung t abhängigen Kreuzkorrelationsfunktion der Form

= Js_A(t+C)s_B(t)dt

oder, bei digitaler Aufzeichnung, einer diesem Integral analogen Summe und aus der Kreuzkorrelationsfunktion bzw. der analogen Summe mindestens eine den Reaktionsbereich eingrenzende Fläche ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß aus der Kreuzkorrelationsfunktion bzw. der analogen Summe zwei Verschiebungswerte (Γ, , T) ermittelt werden, bei denen die Werte der Kreuzkorrelationsfunktion bzw. der analogen Summe von kleinen Werten der Verschiebung beginnend erstmalig über das allgemeine Niveau des Störpegels ansteigen bzw. die erhöhten Werte der Kreuzkorrelationsfunktion bzw. der analogen Summe endgültig wieder auf das Niveau des Störpegels zurückgehen,

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daß aus den Absolutbeträgen dieser Verschiebungswerte (T-, , "T2) durch Multiplikation mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit akustischer Signale zwei Scheitelabstandswerte (d-, , dp) bestimmt werden, und daß aus diesen Scheitelabstandswerten (d-, , dp) und den Orten der beiden Empfänger (A, B) als Brennpunkten zweischalige Rotationshyperboloide gebildet werden und die Lage des Reaktionsbereichs in der Weise eingegrenzt wird, daß je nach dem Vorzeichen jedes der ermittelten Zeitverschiebungswerte (Τη, Tp) der Reaktionsbereich als innerhalb oder außerhalb der einen oder der anderen Schale jedes der beiden Rotationshyperboloide befindlich angesehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die vom Reaktionsbereich kommenden Signale mit J an verschiedenen Stellen außerhalb des Reaktionsbereichs angebrachten Empfängern aufgezeichnet werden, wobei J > 2 ist, und

daß die Kreuzkorrelationsfunktion für alle J(J - l)/2 möglichen verschiedenen Spurpaare ermittelt und ausgewertet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Empfänger (A, B) in der gleichen Formation angebracht sind, in der auch die Reaktion abläuft.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die vom Reaktionsbereich ausgehenden Signale an mindestens einer Stelle anstatt von einem einzigen Empfänger von einer Gruppe von Empfängern registriert werden, die,

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elektrisch zusammengeschaltet, ein Summensignal abgeben, wobei die einzelnen Empfänger in bestimmtem Abstand voneinander entlang einer Beobachtungsbohrung angeordnet sind.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Signale von mindestens zwei an verschiedenen Stellen angebrachten Empfängern (A, B) in digitaler Form in modular adressierte Speicher gebracht werden, deren Speicherkapazität ausreicht, jedes Signal für ein Zeitintervall zu speichern, das mindestens so groß ist wie der Bereich der Verschiebungen (T), für den die Kreuzkorrelationsfunktion bzw. die analoge Summe berechnet werden soll, und daß innerhalb eines Abtastintervalls gleichzeitig mit der Registrierung der neuen Werte der Signale von allen Empfängern der Wert der zu berechnenden Kreuzkorrelationsfunktion bzw. die Werte aller zu berechnenden Kreuzkorrelationsfunktionen durch Einbeziehen der im vorhergehenden Abtastintervall registrierten Signalwerte aufdatiert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Kreuzkorrelationsfunktionen während der Registrierung der Spuren automatisch in periodischen Abständen in analoger Form über ein Anzeigegerät ausgegeben werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Kreuzkorrelationsfunktionen während und nach der Registrierung der Spuren manuell gesteuert in analoger Form über ein Anzeigegerät ausgegeben werden.

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9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens zwei Kreuzkorrelationsfunktionen von vom gleichen Empfängerpaar registrierten Signalen, die innerhalb eines, verglichen mit dem Quotienten aus kürzester Wellenlänge der aufgezeichneten Signale und Ausbreitungsgeschwindigkeit der Reaktionsfront, kurzen Zeitraums registriert wurden, addiert werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einhüllende von mindestens einer Kreuzkorrelationsfunktion als Quadratwurzel aus der Summe von Quadrat der Kreuzkorrelationsfunktion und Quadrat von deren Hilberttransformation ermittelt wird, und daß die Verschiebungswerte (X-, , T₂) ^aus dieser Einhüllenden statt aus der Kreuzkorrelationsfunktion selbst bestimmt werden.
11. Verfahren zur Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit ν von akustischen Signalen innerhalb einer von mindestens drei Bohrungen angebohrten Formation, wobei die Abstände zwischen den Bohrungen ungleich sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß in einer der Bohrungen innerhalb des Bereichs der Formation akustische Signale erzeugt werden,

daß diese Signale mit in mindestens zwei anderen, von der ersten Bohrung um die unterschiedlichen Abstände R., R_ß entfernten Bohrungen angebrachten Empfängern in Form von als Spuren bezeichneten Analogsignalen oder Folgen von Digitalwerten registriert werden,

daß je zwei von verschiedenen Empfängern stammende Spuren miteinander korreliert werden, und

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daß aus der Verschiebung L, bei der die Kreuzkorrelationsfunktion ihr Maximum hat, die Ausbreitungsgeschwindigkeit ν nach der Formel

ν = I (R_A - R ermittelt wird.

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