DE2827229C2 - Verfahren zur Untersuchung von bohrlochdurchteuften Erdformationen und Sonde zu seiner Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Untersuchen von von einem Bohrloch durchteuften Erdformationen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Sonde für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Es ist bekannt, daß die Erdrinde aus aufeinanderfolgenden Schichten gebildet wird, die allgemein keine konstante Dicke aufweisen und ein bestimmtes Gefälle besitzen, d. h. eine Neigung in bezug auf die Horizontalebene. Diese Neigung kann durch den Winkel definiert werden, der durch die Gerade der größten Neigung der betrachteten Erdschicht mit einer Horizontalebene gebildet wird. Das Gefälle von Schichten, die von einem Bohrloch durchteuft werden, bilden eine äußerst wichtige Information bei der Suche nach Erdöl. Eine derartige

Information ist wichtig, um sich die Chancen ausrechnen zu können, in dem Bohrloch Erdöl zu finden, um die Art der benachbarten geologischen Strukturen festzustellen und die Orte für neue Bohrungen zu wählen. Die Bestimmung des Gefälles wird durch Diagraphie des gleichzeitig längs vier Mantellinien des Bohrlochs aufgezeichneten spezifischen Widerstandes vorgenommen, wobei MeBelektroden verwendet werden, die auf vier Gleitschuhen einer Sonde angeordnet sind, die sich gegen die Wandung des Bohrlochs an zwei senkrecht aufemanderstehenden Durchmesserenden hiervon anlegen. Wenn die Sonde in dem Bohrloch verschoben wird, empfängt man in Form von elektrischen Signalen vier Diagraphien, die die Positionen der Trennebenen der Schichten anzeigen. Die relativen Verschiebungen, denen diese Diagraphien unterworfen werden müssen, um sie in Nebeneinanderstellung zu bringen, ermöglichen die Bestimmung des Gefälles in bezug auf die Diagraphiesonde. Zu diesem Zweck bestimmt man die Entsprechung zwischen diesen vier Kurven, d. h. man wendet eine klassische Korrelationsmethode an oder sucht die Formen, die auf jeder Kurve zum gleichen geologischen Phänomen geführt haben, durch ein Verfahren zum Erkennen von Formen. Genauer handelt es sich um das Bestimmen von Korrelationen zwischen mehreren aufgenommenen Kurven, die in irgendeiner Weise Bilder einer gleichen Kurve sind. Unglücklicherweise sind diese Kurven, die identisch sein sollten, im allgemeinen verschieden, wozu es verschiedene Gründe gibt So können die Gleitschuhe, die die Meßelektroden tragen, mit der Bohrlochwandung nicht in gleicher Weise in Kontakt stehen, da die Wandung nicht gleichmäßig glatt ist, sondern Unebenheiten, Vorsprünge und Hohlräume aufweist Ferner ist die Reibung der Gleitschuhe an den Bohrlochwandungen längs des Bohrlochs nicht gleichmäßig. Es ergeben sich daher Änderungen der Geschwindigkeit der sich in dem Bohrloch bewegenden Sonde, wobei sich eine Oszillationsbewegung der Sonde (Yo-Yo-Bewegung) einer Verschiebungsbewegung der Sonde mit konstanter Geschwindigkeit in dem Bohrloch überlagert Die aufgenommenen Kurven sind daher an bestimmten Stellen zusammengedrückt und an anderen auseinandergezogen. Die Reibung der Gleitschuhe an den Wandungen des Bohrlochs ist die Ursache für Rauscheffekte, die sich den aufgenommenen Signalen überlagern. Wenn die Geologie sehr gestört ist was bei nicht homogenen Schichten der Fall ist, besitzen die mit Hilfe der verschiedenen Gleitschuhe aufgenommenen Kurven eine starke Neigung, unterschiedlich zu sein. Dies kann z. B. durch eine Schicht erzeugt werden, die zahlreiche Kiesel enthält Aus allen diesen Gründen offenbart sich manchmal die Korrelation der vier Kurven untereinander, die mit Hilfe von vier Elektroden von vier Gleitschuhen erhalten werden, als sehr schwierig, und die Bestimmung der Neigung, die daraus resultieren könnte, ist zweifelhaft

Um die Konfiguration und die Struktur der Erdschichten, die von dem Bohrloch durchsetzt werden, besser kennenzulernen, ist es zweckmäßig, diese besser za charakterisieren. Hierzu mißt man entsprechend der Erfindung wenigstens eine geologische Eigenschaft der Formationen, die seitliche Neigung und/oder den Homogenitätsgrad der Erdschichten. Die seitliche Neigung, um die es sich hier handelt, wird mit Hilfe eines einzigen Gleilschuhs erhalten. Diese seitliche Neigung der Formation wird im Schnitt in einer Ebene gesehen, die durch die beiden Meßelektroden des betrachteten Gleitschuhs und parallel zur Achse des Bohrlochs verläuft (die Elektroden sind nachfolgend definiert). Diese seitliche Neigung und der Homogenitätsgrad können lokale oder punktuelle Eigenschaften der betrachteten Formation oder Mittelwerte sein, die einen Formationsbereich mit vorbestimmter Dicke charakterisieren.

Diese neuen Charakteristiken erlauben es, das Gefälle von Erdschichten nach einem neuen Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung zu bestimmen.

Es ist bereits eine Einrichtung zum Messen des Gefälles in der US-PS 35 21 154 beschrieben, bei der wenigstens zwei Elektroden pro Gleitschuh vorhanden sind. Hierbei soll das Verhältnis vom Signal zum Rauschen der Kurve bezüglich des spezifischen Widerstandes verbessert werden, die von jedem Gleitschuh geliefert wird. Hierzu werden die beiden mit den beiden Elektroden desselben Gleitschuhs aufgenommenen Widerstandskurven untereinander Punkt für Punkt multipliziert Man erhält auf diese Weise pro Gleitschuh eine Widerstandskurve, bei der das Verhältnis vom Signal zum Rauschen aufgrund der Tatsache verbessert ist, daß das Signal im Prinzip an der gleichen Stelle auf den beiden Kurven sich wiederholt, während das Rauschen in unregelmäßiger Weise erzeugt wird. Statistisch wird das verwendbare Signal in bezug zum Rauschen verstärkt, das sich verringert Einerseits werden die beiden mit dem gleichen Gleitschuh aufgenommenen Kurven kombiniert, um eine verbesserte Kurve zu erhalten, die von der gleichen Art wie die beiden kombinierten Kurven ist, andererseits ist die Aufgabe gemäß dieser US-Patentschrift unterschiedlich zu derjenigen der Erfindung. Dort werden keine neuen geologischen Eigenschaften bestimmt und ferner keine neuen Methoden zur Bestimmung des Gefälles beschrieben.

Ferner wird in der FR-PS 21 85 165 ein Verfahren zum automatischen Bestimmen von Korrelationen zwischen den vier Kurven bezüglich des spezifischen Widerstandes beschrieben, die mit vier Gleitschuhen eines Gefällemessers erhalten werden, so daß ein verbesserter Wert für das Gefälle unterirdischer Schichten erzeugt wird. Dieses sehr ausgearbeitete Verfahren betrifft jedoch nur die Verwendung von Informationen, die mit einer an sich bekannten Sonde erhalten werden.

Wenn eine Anomalie in einer unterirdischen Schicht vorhanden ist, etwa ein Fehler, wie ein Bruch, so überträgt sich dies durch Änderung des spezifischen Widerstandes in den aufgenommenen Kurven unter der Bedingung, daß die Genauigkeit der Messungen ausreichend ist. Es ist daher vorteilhaft Hie Meßirenaiijcrkei! für «> das Gefälle zu steigern, um lokale Anomalienentdecken zu können.

Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist mit einer Sonde durchführbar, wie sie die US-PS 86 178 offenbart. Diese bekannte Sonde besitzt vertikal und horizontal angeordnete Gruppen von Elektroden auf einem einzigen Schuh. Wie in Fig. 2 dargestellt und in der zugehörigen Beschreibung erläutert, werden die M- bzw. N-Elektroden zum Erzeugen unterschiedlicher Meßwerte der Erdformationen nahe dem Schuh verwendet.

Ferner ist aus der US-PS 30 65 405 bekannt, bei einer Sonde Elektroden in einer gemeinsamen horizontalen Ebene anzuordnen. Der Sondendorn ist wesentlich dünner als der Bohrlochdurchmesser, und daher is« eine

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solche Vorrichtung nicht geeignet zum Erzeugen von Signalen, die ausschließlich in Beziehung stehen mit Formationsanomalien, indem der Abstand zwischen den wirksamen Untersuchungen an der Bohrlochwandung unterschiedlich und sogar unbekannt sein kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Sonde zu schaffen, mittels dem bzw. der die Geologie der von einem Bohrloch durchteuften Erdschichten mit großer Genauigkeit ermittelt werden kann, und zwar insbesondere hinsichtlich Homogenitätsgrad, seitlicher Neigung, Anwesenheit von Brüchen, wobei ermöglicht werden soll, ihre Gefälle unter Bedingungen zu bestimmen, bei denen eine derartige Bestimmung mit bekannten *■) Sonden unmöglich war. \).

Die jeweils interessierende Eigenschaft kann für einen Mittelwert oder einen punktuellen oder lokalen Wert y> ίο repräsentativ sein. Entsprechend der Erfindung ist diese Eigenschaft der Homogenitätsgrad oder die seitliche &, Neigung der Erdschichten, die von dem Bruch durchsetzt werden. Diese beiden Werte, die auch gleichzeitig f erhalten werden können, sind die Ergebnisse von Korrelationen, die zwischen den beiden Reihen von Signalen § vorgenommen werden. I'

Das Verfahren erlaubt auch das Bestimmen des Gefälles von Formationen, die von einem Bohrloch durchsetzt I , werden, gemäß dem die Änderungen des spezifischen elektrischen Widerstandes als Funktion der Tiefe längs | mehrerer Mantellinien des Bohrlochs derart gemessen werden, daß mehrere Kurven in Form von Meßsignalen | erhalten werden, die diese Änderungen darstellen, wobei man längs jeder dieser Mantellinien die seitliche |. Neigung der Formationen entsprechend dem vorstehenden Verfahren mißt und jeder dieser Kurven eine | Messung dieser seitlichen Neigung zuordnet §

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs I 10 genannten Merkmalen. |

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert |

Es zeigt: g

Fig. 1 schematisch vereinfacht eine Vorrichtung zur Untersuchung von Erdformationen und insbesondere zur f Bestimmung des Gefälles von unterirdischen Schichten, die von einem Bohrloch durchsetzt werden, |

Fig. 2A, 2B und 2C eine Ausführungsform für Gleitschuhe einer erfindungsgemäßen Sonde, |

Fig. 3 vereinfacht schematisch einen elektrischen Schaltkreis für eine erfindungsgemäße Sonde, ϊ

Flg. 4 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 schematisch die Mittel zur Durchführung der Ausführungsform des Verfahrens, das in Fig. 4 illustriert ; ist i

Fig. 6 schematisch die Mittel zur Durchführung einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen | Verfahrens, ^

Fig. 7 und 8 das Verfahren zum Bestimmen des Gefälles von Erdschichten entsprechend der Erfindung. *

Eine der grundsätzlichen Ideen der Erfindung besteht darin, wenigstens zwei Reihen von Signalen zu erzeu- ) gen, die durch Messung einer physikalischen Eigenschaft von unterirdischen Funktionen als Funktion der Tiefe -des Bohrlochs erhalten werden, wobei die beiden Reihen gleichzeitig bei soweit als möglich identischen experimentellen Bedingungen erhalten werden. Die gemessene physikalische Eigenschaft ist vorteilhafterweise der ί elektrische spezifische Widerstand von Formationen, gemessen mit Hilfe von Elektroden, jedoch können auch ·■ andere Messungen ins Auge gefaßt werden, etwa magnetische oder akustische Messungen, die mit entsprechenden Spulen oder akustischen Transduktoren ausgeführt werden. Im folgenden werden die Meßorgane als ^! "Elektroden" bezeichnet. Um praktisch identische experimentelle Meßbedingungen zu erhalten, werden die beiden Reihen von Signalen mit Hilfe von zwei identischen Meßelektroden aufgenommen, die Seite an Seite auf !: demselben Gleitschuh der Diagraphie-Sonde angeordnet sind. Die beiden Elektroden sind vorzugsweise in einer Ebene senkrecht zur Achse der Sonde angeordnet um Ungenauigkeiten aufgrund von Geschwindigkeitsänderangen der Sonde zu reduzieren. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden ist klein im Vergleich zu den h horizontalen Abmessungen des Bohrlochs und insbesondere klein im Vergleich zum kleinsten Radius des \ Bohrlochs. Dieser Abstand ist entsprechend dem gewünschten Genauigkeitsgrad für die Analyse der Formatio- | nen variabel. Beispielsweise kann der Abstand zwischen den beiden Elektroden drei Zentimeter betragen. |

Während die experimentellen Bedingungen im wesentlichen identisch sind, können die Unterschiede, die £ zwischen den beiden Signalreihen existieren, die in einer gleichen Tiefe erhalten werden, nur von den Formatio- _r' nen herrühren, die von den beiden Elektroden analysiert werden. Die Erfindung ermöglicht eine genaue Analyse \ einer gleichen Erdschicht. Der Vergleich der beiden Signalreihen, insbesondere durch ihre Korrelation, gibt eine Indikation für den Homogenitätsgrad dieser Schicht Wenn beispielsweise die analysierte Schicht ein Konglomerat ist d. h. Kieselsteine zusammen mit anderem Material, ist der Homogenitätsgrad dieser Schicht sehr gering. Dies führt dazu, daß die beiden Signalreihen, die von den beiden Elektroden desselben Gleitschuhs geliefert werden, nicht vergleichbar sind, da eine große Wahrscheinlichkeit dafür besteht daß eine Elektrode einem Kiesel gegenüberliegt während dies bei der anderen Elektrode nicht der Fall ist und umgekehrt Anders ausgedrückt erlaubt die Korrelation der beiden Signalreihen untereinander nicht das Hervorheben von Vorfällen, die sich von einer der beiden Reihen zur anderen entsprechen. Wenn in gleicher Weise die durch die beiden Elektroden gleichzeitig analysierte Schicht sehr homogen ist werden die beiden Signalreihen praktisch identisch und der gemessene Homogenitätsgrad erhöht sein. Dies überträgt sich auf das Korrelieren durch Hervorheben einer großen Anzahl von Ereignissen, die sich von einer der Signalreihen zur anderen entsprechen.

Ein klassischer Gefällemesser umfaßt wenigstens drei Gleitschuhe, im allgemeinen vier. Wenn zwei identische

Elektroden auf jedem Gleitschuh entsprechend der Erfindung montiert sind, wobei die einen mit den anderen zum Erhalten des Homogenitätsgrades mit Hilfe der beiden Elektroden jedes Gleitschuhs verglichen werden, kann man feststellen, daß für ein vorbestimmtes Tiefenintervall die Kurven für den spezifischen Widerstand sehr ~ unterschiedlich sind, was einer Heterogenität der Formation entspricht Ein Gefällemesser entsprechend der Erfindung liefert eine sehr genaue Analyse der von dem Bohrloch durchsetzten Schichten und kann daher das

Auftreten von Schichten mit sehr geringer Stärke, beispielsweise in der Größenordnung von Zentimetern, anzeigen.

Es ist auch möglich, daß eine gleiche Eigenschaft der Kurven bezüglich des spezifischen Widerstandes, die die Amplitudenänderungen der gemessenen Signale erhalten, als Funktion der Tiefe darstellen, etwa ein Maximum oder ein Tal, sich in allen gegebenen Bereichen auf allen mit allen Gleitschuhen gehaltenen Kurven zeigen. Wenn sich das Phänomen zeigt, liegt eine wirkliche Besonderheit der Formation, beispielsweise eine Tonschicht, vor.

Auch ist es möglich, daß eine gleiche Eigenschaft der Widerstandskurven (Maximum, Tal, ...) durch die Korrelation von zwei mit Hilfe von zwei Elektroden desselben Gleitschuhs erhaltenen Kurven hervorgehoben sich nicht in sämtlichen Kurven der vier Gleitschuhe wiederfindet, sondern nur in den Kurven eines oder mehrerer Gleitschuhe. Hier liegt dann ein lokaler Fehler, beispielsweise ein Bruch, vor. In der Tat ist ein Bruch ein über einen oder gegebenenfalls mehrere Gleitschuhe korrelierbares Ereignis, jedoch allgemein über keinen der Gleitschuhe feststellbar.

Die beiden mit Hilfe von zwei Elektroden auf dem gleichen Gleitschuh erhaltenen Reihen von Signalen ermöglichen die Messung der seitlichen Neigung der Erdschichten, die durch die beiden Elektroden gesehen werden. Genauer gesagt, mißt man diese seitliche Neigung in der Ebene, die durch die beiden Elektroden und parallel zur Achse des Bohrlochs verläuft. Die seitliche Neigung einer Erdschicht folgt aus den beiden Widerstandskurven, die'mit Hilfe der beiden Meßelektroden eines gleichen Gleitschuhs erhalten werden, die einerseits praktisch identisch und andererseits bezüglich der Tiefe verschoben sind. Die Verschiebung erlaubt die Messung der seitlichen Neigung. Des weiteren erlaubt es der Vergleich der Kurven von Gleitschuh durch Korrelation, die Kurvenelemente hervorzuheben, die einander entsprechen, und auf diese Weise das Gefälle der Schichten zu bestimmen.

Fig. 1 zeigt eine Sonde 10, die in einem Bohrloch 12, das allgemein mit einem Bohrschlamm gefüllt ist, mit Hilfe eines elektrischen Kabels 14 verschiebbar ist, das mit einer oberirdischen Einrichtung 16 verbunden ist. Das Kabel 14 verläuft um eine Rolle 18, die auf der Vertikalen des Bohrlochs 12 angeordnet ist, zu einer Trommel 20. Mittel 22, etwa eine weiche Metallzunge, die mit der Welle der Trommel 20 in Reibschluß steht, ermöglicht es, das Kabel 14 elektrisch mit den oberirdisch angeordneten Instrumenten zu verbinden. Das wichtigste Teil ist ein Datenverarbeiter 24, der die von der Sonde 10 abgegebenen Meßwerte aufnehmen und ebenfalls Steuer- und Eichsignale zur Sonde senden kann. Der Datenverarbeiter 24 ist derart programmiert, daß er die diagraphischen Signale analysieren kann, um insbesondere Korrelationsoperationen derart vorzunehmen, daß insbesondere der Grad an Homogenität und die seitliche Neigung von Schichten, ebenso wie ihr Gefälle, geliefert werden. Der Datenverarbeiter 24 kann durch andere geeignete Mittel, insbesondere diejenigen, die in den Rg. 5 und 6 dargestellt sind, ersetzt werden. Die Signale für die Tiefe der Sonde 10 in dem Bohrloch 12 können gegebenenfalls durch einen getrennten Schaltkreis 26 verarbeitet werden, der mit dem Datenverarbeiter 24 verbunden ist Die oberirdische Einrichtung 16 kann beispielsweise eine solche entsprechend der FR-PS 21 88 044 sein.

Die Sonde trägt ein Zentrierorgan 28, das hauptsächlich aus mehreren, im allgemeinen vier, bebogenen Metallstreifen, die mit den Wänden des Bohrlochs in Reibschluß stehen, und zwei Ringen 32 und 34 besteht, die mit den Enden der Metallblätter 30 verbunden sind, wobei wenigstens einer der Ringe 32,34 bezüglich einer mittleren Hülse 36 von dieser geführt, verschiebbar ist. Das Zentrierorgan 28 ist an sich bekannt. Die Sonde 10 kann ferner an ihrem oberen Ende ein zweites Zentrierorgan aufweisen.

Der Abschnitt 38 der Sonde 10 besitzt Gleitschuhe, von denen nur zwei, nämlich die Gleitschuhe 40 und 42, die diametral gegenüberliegend bezüglich der Sonde 10 angeordnet sind, dargestellt sind. Die Sonde 10 kann vier identische Gleitschuhe besitzen, wobei die beiden nicht dargestellten Gleitschuhe um 90° versetzt zu den Gleitschuhen 40 und 42 in der gleichen Horizontalebene senkrecht zur Achse der Sonde 10 angeordnet sind. Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise in der FR-PS i5 49 531 beschrieben. Eine erfindungsgemäße Sonde kann aber auch nur zwei Gleitschuhe aufweisen, die nicht diametral gegenüberliegend sind und jeweils zwei Meßelektroden aufweisen. Die vier Kurven bezüglich des Widerstandes, die mit Hilfe dieser beiden Gleitschuhe erhalten werden, sind ausreichend, um das Gefälle der untersuchten Formation zu bestimmen. Jeder Gleitschuh besitzt wenigstens zwei Meßelektroden 44 für den Gleitschuh 40 und 46 für den Gleitschuh 42 (nur eine Elektrode pro Gleitschuh ist dargestellt). Alle Meßelektroden 44, 46 sind vorzugsweise in der gleichen Ebene senkrecht zur Längsachse der Sonde 10 angeordnet Jeder Gleitschuh ist mit der Sonde 10 durch Arme 48,50 verbunden, die an festen Punkten 52 und 54 angelenkt sind. Die beiden Enden der Arme 48,50 sind fest mit einer Metallstange 56 verbunden, die einerseits mit einem Kolben 58, der das hydraulische Öffnen und Schließen der Arme steuert und andererseits mit einem Potentiometer 60 verbunden, über das in jedem Augenblick der Abstand des Gleitschuhs von der Achse der Sonde 10 bekannt ist Die Anordnung der schwenkbaren Arme ist derart daß die Elektrode 44 verschoben werden kann, wobei sie immer in der gleichen Ebene senkrecht zur Achse der Sonde bleibt Eine Feder 62, die aus mehreren, geschichteten Metallblättern besteht, ist fest am Körper der Sonde 10 und beweglich am Gleitschuh befestigt Die Feder 62 drückt den Gleitschuh an die Wandung des Bohrlochs 12 mit einer im wesentlichen konstanten Kraft Die vier Gleitschuhe und ihre zugeordneten Arme sind vorzugsweise voneinander unabhängig. Die vier Potentiometer 60 (ein einziges ist in Flg. 1 dargestellt), die den vier unabhängigen Gleitschuhen zugeordnet sind, ermöglichen es, in jedem Augenblick die Abmessungen des Bohrlochs in zwei zueinander senkrechten Richtungen und gleichzeitig die Position der Längsachse der Sonde 10 in Bezug auf die Achse des Bohrlochs festzustellen.

Der Abschnitt 64 enthält Motorpumpen, mit denen der Kolben 58 über nicht dargestellte hydraulische Verbindungen betätigbar ist

Das Gefälle der Schichten, die von dem Bohrloch 12 durchsetzt werden, wird mit Hilfe von Meßelektroden bestimmt die an den vier Gleitschuhen befestigt sind. Es kann daher in bezug auf die Ebene senkrecht zur Achse der Sonde 10, die durch die Meßdektroden verläuft bestimmt werden. Die Neigung und Orientierung dieser Ebene sind Variable, da die Sonde 10 nicht immer vollkommen mit der Achse des Bohrlochs 12 ausgerichtet und

die Achse des Bohrlochs 12 selbst nicht vollkommen vertikal ist und seine Richtung mit der Tiefe ändern kann. Es ist daher notwendig, seine Position in bezug auf eine feststehende Marke als Funktion der Tiefe der Sonde in dem Bohrloch 12 zu bestimmen. Hierzu enthält der Abschnitt 66 eine Boussole, die in einer horizontalen Ebene gehalten wird und den Azimut einer der Gleitschuhe angibt, der als Bezugsgleitschuh genommen wird, d. h. den Winkel, der zwischen der Senkrechten zur Ebene des Gleitschuhs mit dem magnetischen Nordpol gebildet wird. Der Abschnitt 66 enthält ferner eine Unwucht, die es ermöglicht, die Stellung des Bezugsgleitschuhs in bezug auf die Vertikale auszumachen, und ferner ein Pendel, das die Neigung der Längsachse der Sonde in bezug zur Vertikalen angibt. Diese Meßeinrichtungen des Abschnitts 66 sind an sich bekannt, so daß es sich erübrigt, diese im einzelnen zu beschreiben.

ίο Der Abschnitt 68 enthält die elektronische Ausrüstung, die die Versorgung der Meßelektroden, ebenso wie eines Telemetriekreises ermöglicht, der die Meßsignale zu der oberirdischen Einrichtung 16 durch das Kabel 14 schickt. Der Abschnitt 68 ist im einzelnen in Flg. 3 dargestellt.

Die Funktionsweise der Sonde 10 ist schematisch im linken Teil der Fig. 1 dargestellt. Ein im Abschnitt 68 untergebrachter Stromerzeuger (in Fig. 1 nicht dargestellt) schickt einen elektrischen Strom in den Abschnitt 38 der Sonde 10, in dem dann ein bestimmtes Potential vorhanden ist, und zur metallischen Hülle 69 des Abschnittes 68, die sich auf einem anderen, vorbestimmten Potentialwert befindet, d. h. an einer Klemme des Stromerzeugers ist die Hülle 69 des Abschnittes 68 und an seiner anderen Klemme der Abschnitt 38 angeschlossen.

Die beiden Abschnitte 38 und 68 sind elektrisch gegeneinander durch eine elektrisch isolierende Beschichtung 70, wie die Abschnitte 64 und 66, bedeckt, sowie durch einen elektrisch isolierenden Teil 72 isoliert, der zwischen den Abschnitten 64 und 66 angeordnet ist. Zwischen dem Abschnitt 68 und dem Abschnitt 38 kann daher kein elektrischer Strom längs des Körpers der Sonde 10 fließen, er muß vielmehr durch die Formation verlaufen. Die Stromlinien in der Formation, die diese beiden Abschnitte miteinander verbinden, sind schematisch dargestellt und mit den Bezugsziffern 74 bis 82 bezeichnet. Die Stromlinien, die einem Fokussierungsstrom entsprechen, ermöglichen es einem von den Meßelektroden 46 ausgehenden Strom, der durch die Stromlinien 84 dargestellt ist, in die Formation senkrecht zur Achse des Bohrlochs 12 einzudringen. Man mißt dann als Funktion der Tiefe den Wert des Meßstromes 84 für die vier Gleitschuhe. Dieser Meßstrom ist charakteristisch für den spezifischen elektrischen Widerstand des Teils der Erdschicht, die sich in der Nähe der Meßelektrode befindet. Beispielsweise ist eine Sandschicht 88 zwischen zwei Tonschichten 86 und 90 dargestellt. An den Grenzflächen 92 und 94 dieser Schichten zeigen die Meßelektroden eine Änderung des spezifischen Widerstandes der untersuchten Schicht an.

Diese Änderung des spezifischen Widerstandes ermöglicht es, das Gefälle der Sandschicht 88 festzustellen. Die Änderung des spezifischen Widerstandes wird durch die Meßelektroden jedes Gleitschuhs in unterschiedlicher Tiefe in Abhängigkeit von der Neigung der Schicht registriert. Dies überträgt sich auf die Kurven für den spezifischen Widerstand in Form einer Verschiebung dieser Kurven als Funktion der Tiefe. Die Messung der Verschiebung, korrigiert air Funktion von Geschwindigkeitsänderungen, zeigt die Neigung der Schicht an.

In den Fig. 2A bis 2C ist eine bevorzugte Ausführungsform für Gleitschuhe gemäß der Erfindung dargestellt. Die Gleitschuhe besitzen eine langgestreckte Form. Der obere, abgerundete Teil 100 der Gleitschuhe ist der vordere Teil des Gleitschuhs in Kontakt mit der Wand des Bohrlochs 12, wenn der Neigungsmesser im Verlauf der Messungen zur Erdoberfläche heraufgezogen wird. Die Gleitschuhe können, müssen jedoch nicht zwingend, eine Ausnehmung 102 aufweisen, die von zwei Schultern 104,106 begrenzt ist Die Gleitschuhe selbst bilden eine große Fokussierungselektrode: Sie sind daher aus einem sehr gut elektrisch leitenden Metall, etwa aus Bronze, hergestellt Die Ausnehmung 102 besitzt beispielsweise eine Stärke in der Größenordnung von 0,2 cm, die Breite eines Gleitschuhs ist etwa 6 cm und seine Länge etwa 25 cm. Jeder Gleitschuh trägt zwei Meßelektroden 108, 110 (Fig. 2A) und 112,114 (Fig. 2B), deren Abstand untereinander etwa 3 cm beträgt

Es ist notwendig, daß die beiden Meßelektroden derselben Gleitschuhe sich nicht in dem Bohrloch 12 längs der gleichen Mantellinie derart bewegen, daß nicht Messungen genau an den gleichen Stellen der Bohrlochwandung vorgenommen werden. Die beiden Elektroden dürfen daher nicht in der gleichen Ebene angeordnet sein, die durch die Längsachse der Sonde 10 verläuft. Anders ausgedrückt, dürfen die beiden Elektroden nicht vertikal miteinander ausgerichtet sein, wenn die Sonde vertikal ist

Des weiteren sind die beiden Elektroden in der gleichen Ebene senkrecht zur Achse der Sonde und daher in der gleichen horizontalen Ebene angeordnet wenn die Sonde vertikal ist Diese Anordnung, die jedoch nicht zwingend ist, ist andererseits vorteilhaft Wenn die beiden Elektroden vertikal verschoben sind, kann die Verschiebung zwischen den beiden Kurven bezüglich des spezifischen Widerstandes die Resultierende von zwei Effekten sein: Einerseits von der Neigung der Erdschicht und andererseits von der vertikalen Verschiebung der beiden Elektroden. Ferner wurde bereits angedeutet, daß die Geschwindigkeit der Sonde 10 in dem Bohrloch nicht gleichmäßig ist (insbesondere eine Yo-Yo-Bewegung), so daß dann, wenn man die beiden Kurven bezüglich des spezifischen Widerstandes als Funktion der vertikalen Verschiebung der beiden Elektroden ausgleichen will, es notwendig ist die eventuelle Änderung der Geschwindigkeit der Sonde zwischen den beiden Meßpunkten in Betracht zu ziehen. Die bezüglich der anderen Quelle der Verschiebung der Kurven, d. h. bezüglich der Neigung der Formation erhaltene Präzision wird daher dadurch verringert, daß man immer einen mehr oder weniger großen Fehler in der Bestimmung der Geschwindigkeit der Sonde veranschlagen muß. Bei Anordnung der beiden Elektroden in einer horizontalen Ebene wird diese Quelle für eine Ungenauigkeit bezüglich der Neigung beträchtlich verringert

Die Meßelektroden sind elektrisch von dem Gleitschuh durch elektrisch isolierende Träger 116,118,120 oder 122, vorzugsweise aus Keramik, isoliert

Jede Meßelektrode ist über eine elektrische Verbindung 124 mit einer Ausgangsklemme 126 verbunden, die sich auf der Rückseite des Gleitschuhs befindet Die elektrische Verbindung 124 ist in dem elektrisch isolierenden Material 128, beispielsweise Araldit, versenkt
Die Geschwindigkeit mit der sich der Neigungsmesser in dem Bohrloch 12 bewegt ist nicht gleichmäßig, es ist

notwendig, seine Geschwindigkeit in jedem Moment zu messen. Hierzu können verschiedene bekannte Mittel verwendet werden. Das am häufigsten bei Neigungsmessern verwendete Mittel besteht aus einer zusätzlichen Elektrode, die als "Geschwindigkeitselektrode" bezeichnet wird und in jeder Weise identisch zu den vorstehend beschriebenen Meßelektroden ist. Diese Elektrode ist an einem der Gleitschuhe in einem bekannten Abstand von der Meßelektrode und in einer Richtung parallel zur Achse des Neigungsmessers angeordnet. Daher trägt der in Fig. 2A dargestellte Gleitschuh eine Geschwindigkeitselektrode 130, die mit voroestimmten vertikalen Abstand von der Meßelektrode 110 entfernt ist. Die Geschwindigkeitselektrode 130 und die Meßelektrode 110 ermöglichen die Aufnahme von identischen Kurven bezüglich des spezifischen Widerstandes, von denen eine über der anderen in der Richtung der Verschiebung des Neigungsmessers liegt. Sie laufen an gleichen Teilen der Erdschichten entlang, jedoch in unterschiedlichen Zeitpunkten, der von der Geschwindigkeit der Verschiebung des Neigungsmessers in dem Bohrloch 12 abhängt. Kennt man die Verschiebung als Funktion der Zeit der beiden Kurven bezüglich des spezifischen Widerstandes, einmal aufgrund der Messung und einmal aufgrund der Geschwindigkeit, und kennt man den Abstand zwischen den beiden Elektroden 110 und 130, kann man unmittelbar die Geschwindigkeit des Neigungsmessers in der betrachteten Tiefe ableiten.

Gemäß einem anderen Charakteristikum der Erfindung trägt ein zweiter Gleitschuh ebenfalls eine Geschwindigkeitselektrode 132 (Fig. 2B)₁ die jedoch in einem Abstand von der zugeordneten Meßelektrode 112 angeordnet ist, der verschieden von dem Abstand zwischen der Geschwindigkeitselektrode 130 und der zugehörigen Meßelektrode 110 ist Dies ermöglicht es, eine höhere Präzision bezüglich der Messung der Geschwindigkeit des Neigungsmessers zu erzielen. Ein relativ großer Abstand zwischen der Meßelektrode und der Geschwindigkeitselektrode, wie er in Fig. 2A dargestellt ist, ist für die Messung von relativ hohen Geschwindigkeiten vorteilhaft, während ein relativ kleiner Abstand, wie er in Fig. 2B dargestellt ist, für die Messung von relativ kleinen Geschwindigkeiten vorteilhaft ist Die Geschwindigkeitselektroden 130 und 132 sind an den Gleitschuhen in der gleichen Weise wie die Meßelektroden befestigt. Gemäß Fig. 2C ist die Geschwindigkeitselektrode 132 von einem elektrisch isolierenden Teil 134, beispielsweise aus Keramik, umgeben. Die Elektrode 132 ist mit einer Ausgangsklemme 136 auf der Rückseite des Gleitschuhs mit Hilfe einer elektrischen Verbindung 138 verbunden, die in einem elektrisch isolierenden Material 140, etwa Araldit versenkt ist. Beispielsweise können die Abstände zwischen der Geschwindigkeitselektrode 130 und der Meßelektrode 110 (Fig. 2A) und zwischen der Geschwindigkeitselektrode 132 und der Meßelektrode 112 (Fig. 2B) in der Größenordnung von 12, und 5 cm liegen. Der Durchmesser der Meß- und Geschwindigkeitselektroden kann in der Größenordnung von 0,5 cm liegen.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Meßkreises des Neigungsmessers, der in dem Abschnitt 68 von Fig. 1 untergebracht ist Die vier Gleitschuhe des Neigungsmessers sind schematisch durch die Rechtecke 150,152,154 und 156 dargestellt Die beiden ersten Gleitschuhe 150 und 152 tragen jeweils drei Elektroden 158 und 160 bzw. 164 und 166 für die Meßelektroden und 162 bzw. 168 für die Geschwindigkeitselektroden. Die beiden weiteren Gleitschuhe 154 und 156 tragen jeweils zwei Meßelektroden 170,172 bzw. 174,176. Alle Elektroden sind an den Gleitschuhen in der vorstehend beschriebenen Weise befestigt

Jede Elektrode ist elektrisch mit einem von zwei Primäreingängen eines Transformators verbunden, dessen anderen Eingang mit dem Gleitschuh selbst elektrisch verbunden ist, der eine große Fokussierungselektrode bildet, wie bereits dargelegt wurde. Die beiden Sekundärklemmen jedes Eingangstransformators 178 sind mit den beiden Eingangsklemmen einer Meßkette 184 verbunden. Entsprechend ist jeder Meß- oder Geschwindigkeitselektrode ein Transformatoreingang 186 bzw. 158 zugeordnet (nicht für die Elektroden der drei übrigen Gleitschuhe dargestellt), ebenso wie eine Meßkette, die identisch zu der dargestellten Meßkette 184 ist. Alle diese Meßketten wurden in Fig. 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Eingangstransformatoren 178,186, 188 sitzen auf der Gieitschuhfläche, die nicht mit der Bohrlochwandung in Berührung steht und dienen dazu, das Meß- oder Geschwindigkeitssignal unmittelbar zu verstärken, um das Signal/Rausch-Verhältnis zu verbessern.

Die vier Gleitschuhe sind elektrisch untereinander durch eine Leitung 190 verbunden. Ein Stromerzeuger 192 ist bei 194 mit dem Gleitschuh 156 verbunden. Er versorgt die Gleitschuhe, die Fokussierungselektroden bilden, und über die Primärkreise der Transformatoren 178 die Meß- und Geschwindigkeitselektroden mit Strom. Die zweite Klemme des Stromerzeugers 192 ist bei 196 mit Masse des Abschnittes 68 (Fig. 1) verbunden. Der Stromerzeuger 192 liefert Impulse 198, deren Periode T2 500 \\sec ist Während des ersten Teils des alleinigen Signals wird eine vollständige Halbwelle eines sinusförmigen Signals einer Periode T\ von 200 μsec (Frequenz 4 KHz) ausgestrahlt, während jedes weitere Signal während der folgenden 250 \xsec abgegeben wird.

Jede Meßkette besitzt einen Transformatorverstärker 200, der ferner eine Abschirmungsfunktion besitzt und dessen beide Klemmen seines Primärkreises mit den beiden Eingangsklemmen 180 und 182 der Meßkette verbunden sind Die beiden Klemmen des Sekundärkreises des Transformatorverstärkers 200 sind mit zwei Eingängen eines Verstärkers 202 mit variabler Verstärkung verbunden. Diese Verstärkung wird in einer in Fig. 3 nicht dargestellten Weise durch einen Steuerkreis gesteuert, der sich an der Erdoberfläche befindet und der arbeitet, wenn der Ausgang der Meßkette 184 beispielsweise momentan gesättigt ist. Dieser Steuerkreis ist selbst mit einem Registriergerät für die Meßwerte derart verbunden, daß der Maßstab der Registrierung in Übereinstimmung mit der Verstärkung geändert wird. Die Form des von dem Verstärker 202 gelieferten Signals ist durch 204 dargestellt Diese Signale werden dann zu einem Phasendetektor 206 geführt, der mit seinem zweiten Eingang 208 mit dem Stromerzeuger 192 verbunden ist Der Phasendetektor 206 ermöglicht es, nur den Teil des Meßsignals zu überwachen, der in Phase mit dem Strom ist der von dem Stromerzeuger 192 in die Formation gesendet wird. Der Ausgang des Phasendetektors 206 liefert Signale, deren Form durch 210 dargestellt ist Diese Signale werden an den Eingang eines Tiefpaßfilters 212 gelegt dessen Funktion darin besteht das an seinen Eingang angelegte Signal zu integrierea Das Tiefpaßfilter 212 liefert an seinem Ausgang einen Strom, dessen Stärke für die Amplitude des aufgenommenen Meßsignals charakteristisch ist. Dieser kontinuierliche

Strom wird dann bei 214 verstärkt und anschließend auf den Eingang 216 eines Multiplexkreises 218 gegeben. Der Multiplexkreis 213 besitzt soviele Eingänge wie Meß- und Geschwindigkeitselektroden und somit identische MeSketten Ifc4 vorhanden sind. Der Multiplexkreis 218 umfaßt daher zehn Eingänge 216 und 220 bis 236. Der Multiplexkreis 218 nimmt zyklisch die an seine Eingänge gelegten Meßströme auf und gibt diese aufeinanderfolgend auf den Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 238, dessen Ausgang 240 mit einem Telemetriekreis (nicht dargestellt) verbunden ist, um die Meßsignale in numerischer Form zur Erdoberfläche zu leiten.

Die Erfindung ermöglicht es, wenigstens eine neue Eigenschaft der Formation zu bestimmen. Diese Eigenschaft kann eine Durchschnittseigenschaft in dem FaU sein, in dem man sich für einen Formationsabschnitt bestimmter Stärke interessiert, oder eine punktuelle Eigenschaft sein, wenn man nur einen Punkt oder einen

ίο Querschnitt des Bohrlochs betrachtet Die erfindungsgemäß bestimmbaren Eigenschaften sind der Grad der Homogenität der Formation (den man auch als lateralen Kontinuitätskoeffizienten oder als laterale Konsistenz oder als Lamellenstrukturierung bezeichnen kann). Dieser Homogenitätskoeffizient der Formation, der durch die beiden Elektroden, die auf dem gleichen Gleitschuh angeordnet sind, gemessen wird, kann ein Mittelwert oder ein lokaler Wert sein.

Die zweite gemäß der Erfindung meßbare Eigenschaft ist die seitliche Neigung der Erdschichten, durch die das Bohrloch 12 verläuft wobei die Neigung durch die beiden Elektroden festgestellt wird, die sich auf dem gleichen Gleitschuh befinden. Genauer gesagt wird die Messung dieser seitlichen Neigung in der Ebene vorgenommen, die durch die beiden Meßelektroden desselben Gleitschuhs und parallel zur Achse des Bohrlochs verläuft Diese seitliche Neigung kann eine mittlere oder eine lokale oder punktuelle Neigung sein. In den nachfolgenden Abschnitten 1 und 2 werden die Methoden zum Bestimmen der entsprechenden mittleren und punktuellen Eigenschaften beschrieben. Die Anwendung auf die Bestimmung des Gefälles wird in Abschnitt 3 dargestellt

1. Bestimmung der durchschnittlichen Eigenschaften

Diese Bestimmung liefert einen durchschnittlichen Wert der seitlichen Neigung und des Homogenitätsgrades

von aufeinanderfolgenden Formationsabschnitten in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle Meter. Die f

verwendete Technik ist eine Korrelationstechnik zwischen den Reihen von Signalen, die durch die beiden Jr

Elektroden eines gleichen Gleitschuhs abgegeben werden. Zur Bestimmung dieser Mittelwerte, wie auch später f|

der punktuellen Werte, kann man eine Diagraphie-Sonde verwenden, die mit einem einzigen Gleitschuh ausge- §

rüstet ist Man bestimmt durch Korrelation die Tiefenverschiebung zwischen den beiden Signalreihen, die jp

ähnlichste Entsprechung zwischen diesen Signaien ermöglichend. Die Korrelierung wiederholt sich auf den |

Abschnitten von aufeinanderfolgenden Signalen bestimmter Länge, beispielsweise alle Meter. &

Fig-4 zeigt eine der möglichen Arten der Realisierung des Korrelierens. Zwei Register R^ und R2 sind |'

dargestellt, in denen zwei Reihen von Signalen gespeichert sind, die von zwei Elektroden eines gleichen f

Gleitschuhs stammen. Jedes Register besitzt eine Zahl m von Elementarspeichern, wobei jeweils ein Speicher f

zur Aufnahme von Messungen einer Elektrode bestimmt ist. Beispielsweise werden die Signale, die von der rjj

linken Elektrode des Gleitschuhs stammen, in dem Speicher R\ und diejenigen, die von der rechten Elektrode des %

gleichen Gleitschuhs stammen, in dem Speicher R2 gespeichert. Die Signale werden in der Reihenfolge ihrer k

Ankunft vom Speicherplatz mit dem Rang 1 zum Speicherplatz mit dem Rang m gespeichert. \

Im linken Teil von Fig. 4 ist beispielsweise der Wert 600 für den Rang 600 des Speichers angegeben, wobei |

diese Zahl 1,5 m Formation entspricht. ί

Die Gesamtheit der gespeicherten Signale vom Speicherplatz mit dem Rang ρ bis zum Speicherplatz mit dem |^j

Rang q des Speichers Rt (mit ρ < q) bestimmt das Korrelationsintervall. Der Wert N = (q — ρ + 1) wird die |

Länge des Korrelationsintervalls genannt. Der Wert s = (p — \) wird die maximale Verschiebung der Untersu- jj|

chung genannt. Die in dem Speicherplatz vom Rang d gespeicherte Messung, etwa d - (q + s), wird das |

Auslösemuster genannt. In Fig. 4 ist beispielsweise ρ = 26, q = 425, N = 400, j = 25 und d - 450. Der Maßstab |

kann derart gewählt werden, daß die Länge N des Korrelationsintervalls 1 m Formation entspricht i'nd daß die |

maximale Verschiebung der Untersuchung s 6,25 cm entspricht Diese Verschiebung entspricht der maximalen ?

Verschiebung, die zwischen den Messungen von zwei Elektroden des gleichen Gleitschuhs möglich ist. |

Die Korrelierung wird in bekannter Weise vorgenommen. Sie besteht darin, die Messungen zwischen den §<

Speicherplätzen der Ränge ρ und q des Speichers R\ mit den Messungen in den Speicherplätzen der Ränge 1 und |

ddes Speichers R2 zu vergleichen. Zu diesem Zweck berechnet man (2 s+ 1) Werte C(f) von Korrelationskoef- |

fizienten für alle ganzen Zahlen von t zwischen — s bis + s. In Fig. 4 läuft dies, auf die Bestimmung von Werten |

C(t) durch Korrelation des Intervalls N des Speichers R\ mit jedem aufeinanderfolgenden Intervall /1, /2, /3, Ia, %

· · · /50 des Speichers R2 hinaus. \

Wenn /4,der Wert in dem Speicherplatz mit dem Rang /des Speichers R\ und B, derjenige mit dem Rang /des |

Speichers R₂ ist, werden die Werte für C(7) gemäß folgender Formel definiert: |

in denen Ä und B(t) Mittelwerte darstellen, d.h.:

A = -^A, und B(t) = -J- ^>,

während Τ_Λ und T_B(t) Abweichungen darstellen, dh.:

Qt) entspricht dem klassischen Korrelationskoeffizienten zwischen den N-Werten des Intervalls [Ap, A_q] und denjenigen des Intervalls {B_p+b B_g+i].

Das Ziel des erfindungsgemäßen Korrelierens besteht darin, Maximalwerte für Koeffizienten C(f) in dem betrachteten Intervall, ebenso wie den Wert für t entsprechend diesem Maximalwert zu liefern.

Der Wert u von r, der das Maximum von C(f) liefert wird erfindungsgemäß als mittlere seitliche Neigung der Formation für den betrachteten Erdbereich entsprechend den Signalen zwischen dem Speicherplatz mit dem Rang ρ und dem Speicherplatz mit dem Rang q und für den infrage kommenden Gleitschuh bezeichnet

Der Wert R = Qu), der dem Maximum von C(f) entspricht wird erfindungsgemäß als durchschnittlicher Homogenitätsgrad für den Erdbereich bezeichnet der den Signalen entspricht die zwischen den Speicherplätzen der Ränge ρ und q und für den infrage kommenden Gleitschuh enthalten sind. Bezüglich der oben erwähnten verwendeten Gleichungen ist es logisch, den Maximalwert von Korrelationskoeffizienten zu suchen, jedoch kann bei anderen Gleichungen der gesuchte Koeffizient ein Minimalwert sein. Allgemein ist der gesuchte Koeffizient ein Extremwert

Während das Korrelieren für das betrachtete Intervall vorgenommen wird, werden die Meßsignale von Elektroden weiter zur Oberfläche geschickt und in nachfolgenden Speicherplätzen gespeichert und zwar vom Rang (d+1) = («7+1) bis zum Rang w. Wenn das Korrelieren für das betrachtete Intervall beendet ist, geht man zum folgenden Intervall über, das die gleiche Länge N besitzt Es ist dann notwendig, die in den Registern R\ und R₂ enthaltenen Informationen zu verschieben.

Die Korrelationsoperationen können vorteilhafterweise in Realzeit vorgenommen werden, zu welchem Zweck die Kapazität m der Register derart gewählt ist daß die Zeit zum Füllen (m—d) Speicherplätzen von (d+\) bis m über der Durchführungszeit für das Korrelieren eines betrachteten Intervalls liegt.

Fig. 5 zeigt schematisch die Mittel zum Durchführen der Korrelation und daher zum Bestimmen der durchschnittlichen Neigung und des mittleren Homogenitätsgrades von Formationen, die von den beiden Elektroden eines gleichen Glehschuhs gesehen werden. Wenn die Sonde, die in das Bohrloch herabgelassen wurde, mehrere Gleitschuhe trägt können die in Fig. 5 dargestellten Mittel mit einem bestimmten Gleitschuh verbunden werden (die Einrichtung von Fig. 5 ist daher ebenso oft wie die Gleitschuhe vorhanden) oder sie können mit allen Gleitschuhen auf einmal verbunden sein, wenn bei Arbeiten in Echtzeit die Rechengeschwindigkeit der Mittel von Fig. 5 sehr viel größer als die Erfassungsgeschwindigkeit für die Messungen jeden Gleitschuhs ist (wenigstens viermal größer, wenn vier Gleitschuhe vorhanden sind).

Gemäß Fig. 5 sind die beiden Meßelektroden des gleichen Gleitschuhs schematisch durch die Blöcke 300 und 302 dargestellt wobei die entsprechenden Messungen von entsprechenden Registern R\ und R₂ aufgenommen werden sollen. Während einer ersten Zeit löst eine Uhr 304 einen Speicherkreis 306 aus, der das Speichern von Signalen von den Elektroden 300 und 302 in den Registern Ä| und R₂ mit Hilfe von entsprechenden Zuordnungskreisen 308 und 310 zu ermöglichen. Jeder Zuordnungskreis arbeitet derart daß die Meßsignale in den Registern R₁ und R₂ in der Ordnung ihrer Ankunft in bezug auf den Betriebsbeginn, beginnend mit dem Elementarspeicher vom Rang 1, gespeichert werden. Wenn die Zuordnungskreise 308 und 310 beim Speicher vom Rang d—(q + s) (Siehe Rg. 4) gelangen, betätigt ein Logikkreis 314 einen Auslöseschaltkreis 322, der einen Korrelationskreis 324 steuert. Die Korrelation wird dann vorgenommen. Der Logikkreis 314 steuert dann die Zuordnungskreise 308 und 310 derart, daß die nachfolgenden Messungen, die von den Meßelektroden ankommen, ebenfalls einer nach dem anderen, beginnend mit Elementarspeichern vom Rang (d + 1) der Register /?_t und R₂ (siehe Fig. 4) beginnend bis zum letzten Speicher vom Rang m gespeichert werden. Wenn die Register vollkommen gefüllt sind, d. h. wenn der Zuordnungskreis den Rang m der Speicher erreicht, steuert der Logikkreis 314 einen Steuerkreis zum Verschieben 316 an, der die Verschiebekreise 318 und 320 in Gang setzt, die den Registern R\ und R₂ zugeordnet sind. Das Verscchieben besteht in einem Obertragen der Speicherinhalte vom Rang (q+1 —s) bis m in die Speicherplätze vom Rang \—k des gleichen Registers (siehe Fig.4). Wenn des weiteren die Zuordnungskreise beim Speicherplatz vom Rang m anlangen, stellt sie der Logikkreis auf den Speicherplatz vom Rang (£+1) zurück. Das Verschieben gemäß Fig. 5 wird für die beiden Register R₁ und R₂ durchgeführt. Bekannte elektronische Mittel ermöglichen dieses Verschieben mit genügender Schnelligkeit damit dann, wenn es beendet ist, das Speichern von Meßwerten, die von den Elektroden ankommen, nicht noch beim Speicherplatz vom Rang d ankommen. Der Korrelationskreis berechnet für jedes betrachtete Intervall die mittlere seitliche Neigung u und den mittleren Homogenitätsgrad R. Die Werte werden in den Ausgangskreis 326 gespeichert und können aut einem magnetischen Träger 328 aufgezeichnet werden. Das Korrelieren findet daher bis zum Ende des Eintreffens von Messungen von Elektroden statt.

Das Korrelieren ist hekannt. und die in Fig. 5 dargestellten Mittel stellen nur eine Auifiihningsfnrm dar f,n

Andere Ausführungsformen sind möglich.

Es kann jede andere Korrelationstechnik, die von der vorstehend beschriebenen verschieden ist, verwendet werden. Beispielsweise kann man eine Korrelationstechnik zur Wiedererkennung von Formen verwenden, wie sie im nachfolgenden zweiten Abschnitt erwähnt ist.

Die mittlere seitliche Neigung oder der mittlere Homogenitätsgrad können über ein vorbestimmtes Tiefenintervall erhalten werden, indem ein Mittelwert entsprechend den punktuellen seitlichen Neigungen oder lokalen Homogenitätsgraden, die in diesem Intervall bestimmt werden, berechnet wird.

2. Bestimmung der punktuellen Eigenschaften

Erfindungsgemäß werden die Messungen mit Hilfe von zwei Elektroden vorgenommen, die in einer Ebene angeordnet sind, die es ermöglicht, den lokalen Homogeniiftsgrad der Formation ebenso wie die punktuelle laterale Neigung einer Erdschicht sehr geringer Stärke, die von den beiden Elektroden gesehen wird, zu bestimmen.

Zur Bestimmung dieser punktuellen oder lokalen Eigenschaften der Formation verwendet man eine bekannte Korrelationsmethode, beispielsweise die Korrelationsmethode durch Wiedererkennen von Formen. Diese ist in der bereits erwähnten FR-PS 21 85 165 beschrieben. Hiernach werden die Kurven, die Änderungen als Funktion

ίο der Tiefe der Sonde in dem Bohrloch von Signalen jeder Reihe darstellen, die mit einer Meßelektrode erhalten wird, in ihre charakteristischen Elemente zerlegt (Ausbeulungen, Täler, Berge), und es wird ein spezifisches Parameternetz für jedes Element berechnet Zum Bestimmen der Entsprechung eines durch eine Kurve gegebenen Elementes beginnt man durch Auswählen derjenigen Elemente der anderen Kurve, die nicht absurd sind, als ins Auge zu fassende Entsprechungen im Hinblick auf bereits festgestellte Korrelationen betrachtet zu werden, wobei insbesondere in Betracht gezogen wird, daß dann, wenn zwei Elemente effektiv einander entsprechen, es nicht möglich ist, daß ein Element, das über einem der anderen liegt, einem Element entspricht, das unter dem anderen liegt Die wirkliche Entsprechung des Elementes unter seinen möglichen Entsprechungen, die auf diese Weise ausgewählt wird, wird aufgesucht, indem für jede mögliche Entsprechung ein Korrelationskoeffizient C gemäß nachfolgender Formel berechnet wird, die folgendermaßen lauten kann:

C=(P_t- P',)² + (P₂ - ΡΊ)² + ... + (Pn,- P'mf

wobei Pi, P₂,... Pm und ΡΊ, P₂... P'_m die Werte von verschiedenen Parametern sind, die dem Element und der betrachteten möglichen Entsprechung zugeordnet sind. Der Koeffizient Cist immer positiv und je näher an Null, desto ähnlicher sich die beiden Elemente durch ihre spezifischen Parameter sind. Die verschiedenen Werte für die Koeffizienten C, die von dem betrachteten Element erhalten werden, werden dann untereinander verglichen.

Wenn die beiden kleinsten Koeffizienten Cum nicht mehr als einem Grenzwert s\, der als Untersche-dungsgrenze bezeichnet wird, voneinander differieren, nimmt man Mehrdeutigkeit an, die beiden Koeffizienten sind zu nahe, um die Entsprechung zu dem betrachteten Element spezifizieren zu können. Man bevorzugt dann eher, keine Entscheidung zu treffen, als eine zu treffen, die falsch sein kann und damit Konsequenzen für die nachfolgenden Operationen mit sich bringt. Wenn dagegen der Unterschied zwischen den beiden Koeffizienten größer als s\ ist, ist keine Mehrdeutigkeit vorhanden, und man vergleicht dann die kleinsten Koeffizienten mil einem zweiten Grenzwert S₂, der als Wahrscheinlichkeitsgrenze bezeichnet wird. Wenn dieser Koeffizient größer als S₂ ist, nimmt man an, daß eine Unsicherheit bezüglich der Identität der Entsprechung besteht, und man trifft wieder keine Entscheidung. Wenn dieser Koeffizient dagegen unter S₂ liegt, wird die Entsprechung beibehalten.

Damit eine der in Betracht kommenden Entsprechungen eines Elementes effektiv als Entsprechung dieses Elementes festgehalten wird, ist es notwendig, daß sein Korrelationskoeffizient nicht nur genügend verschieden von Koeffizienten anderer möglicher Entsprechungen, sondern auch genügend klein ist.

Zum Durchführen des Korrelierens durch Erkennen von Formen verwendet man eine Einrichtung, wie sie schematisch in Fig. 6 dargestellt ist. Hierin sind die beiden Elektroden des gleichen Gleitschuhs schematisch durch die Blöcke 328 und 330 dargestellt. Die Messungen gelangen zu den Eingängen eines Formendetektors 332, der die charakteristischen Formen (Unebenheiten, Täler, Maxima...) der Kurven auswählt, die die Amplitudenänderungen der Meßsignale als Funktion der Tiefe darstellen. Danach werden diese verschiedenen Formen mit Hilfe eines Formenkorrelierkreises 334 derart korreliert, daß die Elemente der beiden Kurven bestimmt werden, die einander entsprechen. Die Ergebnisse dieser Korrelation werden dann einem Ausgangskreis 336 zur Verfügung gestellt, der beispielsweise ein Aufzeichnungsgerät sein kann. Die Ergebnisse können gespeichert werden, indem sie auf einem Magnetband 338 aufgezeichnet werden.

Die von dem Formenkorrelierkreis 334 von Fig. 6 gelieferte Information ist eine Folge von Elementarformen, die einerseits durch zwei Musterzahlen g\ und g2 mit g\ gi, die sich auf eine der Elektroden beziehen, und andererseits durch zwei Musterzahlen d\ und c/₂ mit d\di definiert sind, die sich auf die andere Elektrode beziehen.

Die vier Zahlen g\, gi, d\ und c/₂ bedeuten, daß der Korrelationskreis 334 auf den beiden Kurven Entsprechungen zu den Messungen von beiden Elektroden identifizieren konnte, eine gleiche Erdschicht, begrenzt durch die Muster g\ und gi der von der ersten Elektrode erzeugten Kurve und durch die Muster d\ und efe auf der durch die zweite Elektrode erzeugten Kurve. Dies ist in Fig. 7 dargestellt, in der zwei Kurven für den spezifischen Widerstand Ii und I? entsprechend den Widerstandmessungen mit Hilfe von zwei Elektroden des Gleitschuhs Nr. I dargestellt sind. Ferner ist gleichzeitig eine Widerstandskurve Hi dargestellt, die die Widerstandskurve zeigt, die mit Hilfe der Elektrode 1 des Gleitschuhs Nr. II aufgenommen ist. Durch Anwendung der vorstehend beschriebenen Methode zum Korrelieren durch Erkennen von Formen ermöglicht es der Korrelationskreis 334, die Elemente der Kurve I₂ zu bestimmen, die den Elementen der Kurve Ii entsprechen. Beispielsweise gibt der Korreiationskreis an, daß das Maximum 342 dem Maximum 340 entsprecht, dall das Tal 344 dem Tal 346 entspricht, oder daß die beiden Spitzen A\ und A^ einander entsprechen. Der Winkel c, der durch die Gerade A], Ai, die die beiden Spitzen miteinander verbindet, und durch die Gerade gebildet wird, die die beiden Elektroden des Gleitschuhs I im A\ miteinander verbinden, definiert die punktuelle seitliche Neigung der Schicht im Punkt A\. Es sei daran erinnert, daß die seitliche Neigung in einer Ebene definiert ist, die durch die beiden Elektroden und parallel zur Längsachse der Sonde verläuft (diese Achse entspricht allgemein der Achse des Bohrlochs). Jedes Paar von entsprechenden Elementen von Kurven Ii und I₂ ermöglicht die Bestimmung der punktuellen seitlichen Neigung der Erdschicht im betrachteten Punkt.
Wenn die verwendete Sonde vier Gleitschuhe trägt, wird die Korrelation zwischen zwei Widerstandskurven

vorgenommen, die mit Hilfe jedes der vier Gleitschuhe erhalten werden.

Zusätzlich zu der punktuellen seitlichen Neigung der Erdschichten ermöglicht die Erfindung ferner das Auswählen von Formen auf den aufgenommenen Kurven, die von einer Elektrode zur anderen wiedererkennbar sind und solchen, die dies nicht sind. Diese Möglichkeit ist beispielsweise für die genaue und sichere Berechnung des Gefälles von Schichten wichtig, denn die nicht korrelicbaren Kurvenelemente werden dann nicht in Betracht gezogen und können dahe·· auch nicht zu fehlerhaften Gefällewerten führen. Die nicht korrelierbaren Teile der Kurve werden auch im Falle der Bestimmung der mittleren seitlichen Neigung und des daraus bestimmten Gefälles verworfen.

Die Erfindung ermöglicht es gleichzeitig, den lokalen Homogenitätsgrad von Formationen zu bestimmen, die von dem .Bohrloch durchsetzt werden, wobei dieser Homogenitätsgrad durch den Prozentsatz an Formen charakterisiert äst, die als Entsprechungen von einer Elektrode zur anderen erkannt werden. Diese Information ist in der Geologie wichtig, um die Struktur der Formation zu kennen: Sie ermöglicht es beispielsweise zu erkennen, wenn die betrachtete Schicht ein Kongolomerat (eine chaotische Anhäufung) oder wenn die Stratigraphie mehr oder weniger gut ausgebildet ist Dies ist nur möglich, wenn die beiden Elektroden einerseits auf dem gleichen Gleitschuh angeordnet sind und sich andererseits in einem genügend geringen Abstand zueinander befinden. Die beiden mit Hilfe desselben Gleitschuhs aufgenommenen Kurven können sehr ähnlich für eine gleiche Formation sein, wenn die Unvollkommenheiten, die die Messung beeinträchtigen, praktisch in gleicher Weise auf die beiden Messungen einwirken. Wenn sich beispielsweise der Gleitschuh nicht korrekt auf der Bohrlochwandung abstützt, überträgt sic Ii dies in gleicher Weise auf die beiden Messungen, die von den beiden Elektroden dieses Gleitschuhs vorgenommen werden. Aufgrunddessen stammen die Unterschiedlichkeiten zwisehen den beiden Kurven praktisch mit Sicherheit von einem lokalen Strukturunterschied der Formation. Da des weiteren die beiden Elektroden des gleichen Gleitschuhs relativ nahe zueinander angeordnet sind, kann die Struktur der Formation umso genauer bestimmt werden, je näher die Elektroden sind. Es ist auf diese Weise möglich, das Vorhandensein von Brüchen in den Formationen, die von dem Bohrloch durchsetzt werden, festzustellen.

Beispielsweise können die mittleren oder punktuellen seitlichen geologischen Eigenschaften der Formationen, die mit der vorstehend beschriebenen Methode bestimmt werden, einen ersten Schritt im Hinblick auf die Bestimmung des Gefälles der Schichten darstellen, die von dem Bohrloch durchsetzt werden.

Bestimmung des Gefälles

Zusätzlich zu der Verwendung der geologischen Eigenschaften, die entsprechend den vorstehenden Abschnitten I und II bestimmt wurden, behält man zur Bestimmung des Gefälles nur die Messungen, die von einer einzigen der beiden Elektroden pro Gleitschuh durchgeführt wurden, d. h. eine einzige Kurve bezüglich des spezifischen Widerstandes pro Gleitschuh. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Kurve, die man verwendet, diejenige ist, die bereits zur Bestimmung der seitlichen Neigung und des Homogenitätsgrades gedient hat.

Mit Hilfe der Werte für die mittlere seitliche Neigung u der Schichten, die beispielsweise entsprechend Abschnitt 1 bestimmt oder durch Mittelwertbildung von punktuellen seitlichen Neigungen in einem betrachteten Tiefenintervall erhalten wurden, und die für einen Formationsabschnitt, beispielsweise von 1 m Stärke, charakteristisch sind, bestimmt man in einem ersten Schritt für jeden Abschnitt eine mittlere Gefälleebene, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie parallel zu den jeweils mit Hilfe eines Gleitschuhs bestimmten mittleren seitlichen Neigungen verläuft Die seitliche Neigung, wie sie weiter oben definiert wurde, kann in der Tat in dem Raum durch eine Gerade, etwa die durch A\ und A₂ von Fig. 7 verlaufende Gerade, anstatt durch den Winkel c dargestellt werden. Wenn die verwendete Sonde vier Gleitschuhe aufweist, werden vier mittlere seitliche Neigungen jeweils mit Hilfe eines Gleitschuhs für eine betrachtete Formationsstärke bestimmt. Die beiden mittleren seitlichen Neigungen, die zu zwei diametral gegenüberliegenden Gleitschuhen gehören, verlaufen im Prinzip bis auf die Meßgenauigkeit parallel (nebenbei sei bemerkt, daß man die Meßgenauigkeit durch Vergleich von zwei Neigungen, die im Prinzip parallel sind, etwa abschätzen kann). Man bestimmt den Mittelwert der beiden erhaltenen seitlichen Neigungen für jedes der beiden Paare von diametral gegenüberliegenden Gleitschuhen. Man erhält auf diese Weise zwei mittlere Neigungen entsprechend zwei senkrecht zueinanderstehenden Durchmessern, und man sucht die Ebene, die parallel zu diesen beiden mittleren Neigungen verläuft. Diese Ebene wird als mittlere Gefälleebene genommen.

Wenn eine mittlere seitliche Neigung nicht bestimmt werden kann, weil die beiden mit Hilfe desselben Gleitschuhs aufgenommenen Kurven zu ungleich sind (keine möglichen Korrelationen), oder weil ein Fehler der Meßeinrichtung vorliegt, oder aus irgendeinem anderen Grunde, kann man diesem Gleitschuh und für den betrachteten Formationsabschnitt die mittlere seitliche Neigung zuordnen, die mit Hilfe des gegenüberliegenden Gleitschuhs bestimmt wurde. Auf diese Weise erhält man vier seitliche Neigungen, und die Bestimmung der mittleren Gefälleebene kann wie vorstehend beschrieben vorgenommen werden.

Für einen Formationsabschnitt ist die Kenntnis von zwei mittleren seitlichen Neigungen, die mit Hilfe von zwei mit diametral gegenüberliegenden Gleitschuhen erhalten werden, ausreichend, um die mittlere Gefälleebene zu bestimmen. Letzteres ist die Ebene parallel zu den beiden mittleren seitlichen Neigungen für ein betrachtete tes Formationsintervall. Eine Sonde kann daher erfindungsgemäß nur zwei nicht diametral gegenüberliegende |; Gleitschuhe aufweisen.

iij! Wenn die Elektroden eines gleichen Gleitschuhs relativ aneinandergerückt werden, wird die Genauigkeit, die

;ί·; man bezüglich der mittleren Neigung erhält, nicht sehr erhöht. In der Praxis beträgt sie etwa 10°.

;'; In einem zweiten Schritt sucht man das Gefälle genauer zu bestimmen, indem die vier zurückbehaltenen und

?:: mit Hilfe der vier Gleitschuhe aufgenommenen Widerstandskurven untereinander korreliert werden. Diese P Gefällebestimmung ist an sich bekannt und braucht daher nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Die vier

Kurven werden untereinander jeweils zwei zu zwei korreliert. Drei Widerstandskurven sind ausreichend, da drei Gleitschuhe genügen, denn drei Punkte ermöglichen die Bestimmung einer Ebene, während eine vierte Kurve bessere Resultate ermöglicht. Erfindungsgemäß ist die genaue Bestimmung des Gefälles einerseits erleichtert und andererseits verbessert. Sie ist in dem Sinne erleichtert, daß man bereits die mittlere Gefälleebene kennt, die durch die mittleren seitlichen Neigungen bestimmt wurde. Zum Korrelieren der Kurven von Gleitschuh zu Gleitschuh untereinander ist es daher möglich, sich auf die maximale Verschiebung der Untersuchung während des Korrelationsvorganges (s in Rg. 4) zu beschränken, da man bereits die mittlere Gefälleebene mit einer Genauigkeit von etwa 10° kennt Die Genauigkeit der Gefällemessung von Schichten wird gleichzeitig verbessert, indem die Korrelationsresultate von Gleitschuh zu Gleitschuh eliminiert werden, die mit den mittleren . ίο seitlichen Neigungen, die durch Korrelation von Kurven des gleichen Gleitschuhs erhalten wurden unvereinbar sind. Des weiteren führt die Tatsache, daß man sich auf den Untersuchungswinkel beim Korrelieren beschränken kann, die Korrelationssuche von Gleitschuh zu Gleitschuh um den wahren Wert und begrenzt das Fehlerrisiko.

Im Gegenteil ermöglicht die Korrelation zwischen den Kurven von Gleitschuh zu Gleitschuh das Erhalten eines genaueren Wertes für das Gefälle, da der Abstand zwischen den Gleitschuhen größer als der Abstand zwischen den beiden Elektroden eines gleichen Gleitschuhs ist

Die punktuellen seitlichen Neigungen, die entsprechend der Erfindung bestimmt werden (vgl. den vorstehenden Abschnitt 2) können auch zur Messung des Gefälles der Schichten verwendet werden. Diese Verwendung erfolgt im Rahmen der Berechnung des Gefälles, bei der vorzugsweise eine Korrelationsmethode durch Erkennen von Formen entsprechend der FR-PS 21 85 165 oder eine statistische Methode verwendet wird. Ferner kann auch eine klassische Korrelationsmethode angewendet werden.

Zur Verwendung der Korrelationsmethode durch Erkennen von Formen betrachtet man nur eine einzige Widerstandskurve pro Gleitschuh von den beiden aufgenommenen. Jedoch haben die Korrelationen durch Erkennen von Formen, die für jedes Meßkurvenpaar vorgenommen wurden, das mit Hilfe des Gleitschuhs aufgenommen wurde, es ermöglicht die Teile von Kurven zu eliminieren, die nicht miteinander korrelierbar sind und nur diese Kurventeile in Betracht zu ziehen, die genügend ähnlich sind. Folglich betrachtet man nur diese korrelierbaren Formen, denen man für jede Kurve einen Wert für die punktuelle seitliche Neigung zuordnet. Wie bereits erwähnt, kann die seitliche Neigung, die vorher bestimmt wurde, durch einen Winkel dargestellt werden (c in Fig. 7), jedoch auch in dem Raum durch eine Gerade, die durch die beiden korrelierten Punkte verläuft (Λι und A₂ in Fig. 7).

Die Korrelationsmethode durch Erkennen von Formen wird dann auf ausgewählte Formen der vier Widerstandskurven der vier Gleitschuhe angewendet wobei die Kurven jeweils zwei zu zwei miteinander korreliert werden. Man begrenzt die Korrelationsversuche zwischen zwei Formen f\ und f₂ auf das Paar (Z₁, f₂), das derart ist daß die drei folgenden Richtungen beinahe in einer selben Ebene sind:

— Die punktuelle seitliche Neigung, die der Form /i der von dem Gleitschuh I aufgenommenen Kurve zugeordnet wird,

— die punktuelle seitliche Neigung, die der Forma I₂ der von dem Gleitschuh II aufgenommenen Kurve zugeordnet wird,

— die Richtung, die /i und f₂ in der versuchten Korrelation verbindet. Dann wird diese Operation für die vier Gleitschuhe wiederholt, indem diese jeweils zwei zu zwei zugeordnet werden. Es sei erneut darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Verfahren das Bestimmen des Gefälles nur mit Hilfe von zwei Gleitschuhen ermöglicht von denen jeder mit zwei Meßelektroden ausgerüstet ist die es ermöglichen, die punktuelle seitliche Neigung der Schicht die von den beiden Elektroden gesehen wird, zu bestimmen, und unter der Voraussetzung, daß die beiden Gleitschuhe nicht diametral gegenüberliegend angeordnet sind.

In Fig. 8, die das Verfahren zur Bestimmung des Gefälles unter Verwendung der punktuellen seitlichen Neigungen illustriert, ist schematisch das Bohrloch durch einen Zylinder 350 dargestellt Die vier Gleitschuhe I, II, III und IV bewegen sich jeweils in Berührung mit einer Mantellinie dieses Zylinders, wobei die Gleitschuhe um 90° zueinander versetzt sind. Die beiden Elektroden des Gleitschuhs I ermöglichen die Aufnahme von zwei Meßkurven, die schematisch in Rg. 8 durch die beiden parallelen Mantellinien 352 und 354 angedeutet sind. Entsprechendes gilt für den Gleitschuh II, die beiden aufgenommenen Kurven entsprechen den beiden Mantellinien 356 und 358. Wenn man annimmt, daß das Korrelieren in klassischer Weise oder durch Erkennen von Formen gemäß dem vorstehenden Abschnitt 2 zwischen den beiden Kurven eines gleichen Gleitschuhs zu einer Entsprechung zwischen dem Punkt A und dem Punkt ßfür den Gleitschuh I und den Punkt C\ mit dem Punkt D_x, dem Punkt C₂ mit dem Punkt D₂ und dem Punkt C₃ mit dem Punkt D₃ für den Gleitschuh II geführt hat besteht die Bestimmung des Gefälles darin, das Punktepaar (D, Q zu suchen, die in der gleichen Ebene wie die Punkte A

und B liegen. Wenn beispielsweise das auf diese Weise bestimmte Paar (C₂, D₂) ist bedeutet dies, daß die vier Punkte A, B, C₂ und D₂ in einer gleichen Ebene liegen, die die Gefälleebene ist

Die gleichen Vorgänge werden für zwei andere Kurvenpaare (beispielsweise der Gleitschuhe Il und III, der Gleitschuhe III und IV, der Gleitschuhe IV und I, der Gleitschuhe I und III und schließlich der Gleitschuhe II und IV vorgenommen. Dieses Verfahren zum Bestimmen des Gefälles von Schichten, gemäß dem nur die auf den beiden mit Hilfe von zwei Elektroden des gleichen Gleitschuhs erhaltenen, bereits identifizierbaren Formen verwendet werden und gemäß dem nach den punktuellen seitlichen Neigungen, die von jedem Gleitschuh gesehen werden, die Kohärenz von Korrelationen kontrolliert wird, die von Gleitschuh zu Gleitschuh erhalten werden, ermöglicht das Ausschalten des größten Teils des Fehlerrisikos und das Liefern von Ergebnissen, die mehr oder weniger die stratigraphische Homogenität der Formation wiedergeben.

Es kann interessant sein, ein statistisches Verfahren zur Bestimmung des Gefälles zu verwenden, wie es beispielsweise in der FR-PS 22 59 400 beschrieben ist.

Dieses Verfahren ermöglicht die Bestimmung des Wertes des Gefälles einer Formation in einem vorbestimmten Tiefenintervall. Gemäß diesem Verfahren betrachtet man die Gesamtheit von möglichen Gcfällewcrtcn in

einem Punkt A der Widerstandskurve eines ersten Gleitschuhs, den man mit einem Punkt öder Widerstandskurve eines zweiten Gleitschuhs korreliert hat, wobei diese Gesamtheit von Werten in einer Bezugsebene allgemein senkrecht zur Längsachse des Bohrlochs definiert ist (dies ist gewöhnlich eine Horizontalebene). Die Gesamtheit der möglichen Werte für das Gefälle im Punkt A wird durch eine Gerade dargestellt, die durch den Schnitt der Bezugsebene mit der Ebene gebildet wird, die durch A und senkrecht zu A, B verläuft. Indem das gleiche für alle Paare von korrelierten Punkten von Kurven des ersten und zweiten Gleitschuhs in dem betrachteten Tiefenintervall durchgeführt wird, erhält man eine Reihe von Geraden in der Bezugsebene. Wenn es keinen Fehler in den Korrelationen gibt, und wenn man extrem genaue Messungen und einen einzigen Gefällewert für das betrachtete Tiefenintervall voraussetzt, fallen alle diese Geraden in eine einzige zusammen. In der Tat erhält man eine Art "Band". Der gleiche Vorgang wird erneut wiederholt, jedoch diesesmal mit einem Kurvenpaar, das von anderen Gleitschuhen geliefert wird, etwa vom ersten oder dritten Gleitschuh, jedoch für das gleiche Tiefenintervall.

Man erhält auf diese Weise eine zweite Gruppe von Geraden in der Bezugsebene, die die Gesamtheit der Neigungswerte für die Paare (Λ, Q von korrelierten Punkten darstellt, wobei die Punkte A und C auf den Kurven des ersten bzw. dritten Gleitschuhs liegen. Der Schnitt der ersten und der zweiten Reihe von Geraden in der Bezugsebene liefert den gesuchten Gefällewert Dieser Schnitt wird allgemein durch einen "Fleck" oder einen gemeinsamen Bereich in der Bezugsebene gebildet. Man wählt dann als Gefällewert den wahrscheinlichsten Wert. Es sei bemerkt, daß die korrigierten Werte, die unter sämtlichen Werten enthalten sind, die tatsächlichen Werte für das Gefälle hervorheben, während die fehlerhaften Werte ihre Wirkungen zerstreuen.

Dieses Verfahren kann ebenso wie das weiter oben beschriebene erfindungsgemäß eingesetzt werden, wobei vorzugsweise nur die erfindungsgemäß bestimmten seitlichen Neigungen verwendet werden. Für einen Formationsabschnitt wurden in der Tat zahlreiche Messungen der punktuellen seitlichen Neigung längs der gleichen Mantellinie des Bohrlochs vorgenommen. Man hat daher für eine vorbestimmte Formationsstärke eine große Anzahl von Werten für die punktuelle seitliche Neigung zur Verfugung.

Betrachtet man beispielsweise einen Punkt der Mantellinie des Bohrlochs, der der erste Gleitschuh folgt, und die Gerade, die die seitliche Neigung in diesem Punkt darstellt, dann ist der Schnitt der Bezugsebene mit der Ebene, die durch diesen Punkt und senkrecht zur seitlichen Neigung in diesem Punkt verläuft, eine Gerade, die die Gesamtheit der möglichen Werte für das Gefälle in dem betrachteten Punkt darstellt. Indem man diese Operation in dem betrachteten Tiefenintervall für alle Punkte der Mantellinie wiederholt, der der erste Gleitschuh folgt, für die man die seitliche Neigung bestimmt, erhält man eine erste Reihe von Geraden in der Bezugsebene. Aufgrund der Ungenauigkeit von Messungen erhält man erneut ein Bündel von etwa parallelen Geraden, die eine Art Band bilden. Zum Bestimmen dieser ersten Gruppe von Geraden in der Bezugsebene wurden lediglich die Messungen verwendet, die mit einem einzigen Gleitschuh vorgenommen wurden, d. h. die seitlichen Neigungen, die mit Hilfe von zwei Widerstandskurven, erhalten mit dem gleichen Gleitschuh, bestimmt wurden, während bei der oben erläuterten bekannten Methode zwei Kurven betrachtet werden müssen, die mit H ilfe von zwei Gleitschuhen erhalten werden.

Dann bestimmt man, wie vorstehend, eine zweite Gruppe von Geraden in der Bezugsebene, indem man im selben Tiefenintervall die seitlichen Neigungen verwendet, die längs der Mantellinie erhalten werden, der ein zweiter Gleitschuh folgt, der dem ersten nicht diametral gegenüberliegt Der Schnittbereich der ersten und zweiten Gruppe von Geraden liefert den Wert des gesuchten Gefälles. Dieser Wert kann durch Wiederholen des gleichen Vorganges bezüglich des dritten und vierten Gleitschuhs, wenn insgesamt vier Gleitschuhe vorhanden sind, verbessert werden. Jedoch sind zwei Gleitschuhe ausreichend, um erfindungsgemäß das Gefälle zu bestimmen, während beim Stand der Technik drei Gleitschuhe notwendig sind.

Bestimmte Vorteile der Erfindung zur Bestimmung der Gefälleebene ergeben sich klar aus Fig. 7. Wenn man zwei Widerstandskurven untereinander derart korreliert, daß das Gefälle in bekannter Weise bestimmt wird, ist man auf eine Verschiebung von maximal ± s bezüglich des Aufsuchens der Korrelation (Fig. 4) begrenzt was einem Winkel von ± a entsprechend Fig. 7 entspricht der allgemein etwa 45° beträgt. Diese Begrenzung rechtfertigt sich aus der Tatsache, daß der Punkt A2 der Kurve I₂, der als Entsprechung von A\ auf der Kurve Ii bestimmt wurde, sich nicht um eine Tiefe über einen begrenzten Abstand hinaus verschieben kann. Letzterer entspricht einem Winkel von 2 a und daher einem Intervall von Si auf der Kurve I₂ und einem Intervall Sn auf der Kurve Πι. Wenn die beiden Kurven Ii und I₂ mit Hilfe von zwei Elektroden des Gleitschuhs I, die nahe beieinander angeordnet sind, aufgenommen wurden, sind die Möglichkeiten einer Korrelation der Spitze A\ mit einer der Spitzen der Kurven I₂ im Intervall S\ relativ gering, verglichen mit möglichen Korrelationen im Intervall Sn der Kurve Hi, die von dem Gleitschuh II aufgenommen wurden. Die annehmbaren Korrelationsmöglichkeiten sind daher beschränkt und der Fehler auf diese Weise begrenzt

Wenn des weiteren die Entsprechung A₂ zum A-, bestimmt worden ist bestimmt dies die seitliche Neigung c, so daß die Suche auf der Kurve Hi nach den Entsprechungen für die Spitzen Ai und A₂ auf einen Winkel b um die Gerade A\, A₂ begrenzt werden kann. Der Winkel b überträgt in der Tat die Ungenauigkeit bezüglich der Bestimmung der Entsprechung A₂ zu Ai. Beispielsweise kann diese Ungenauigkeit in der Größenordnung von 10° liegen. Der Winkel b bestimmt ein Intervall Sm das klein ist, verglichen mit dem Intervall Sn. Man reduziert daher die Zahl der möglichen Korrelationen.

Ein weiterer bereits erwähnter Vorteil der Erfindung für die Bestimmung des Gefälles von Schichten besteht darin, daß die beiden Kurven Ii und I₂, die mit Hilfe des gleichen Gleitschuhs aufgenommen wurden, sich viel mehr gleichen, als wenn sie getrennt mit Hilfe von zwei Gleitschuhen aufgenommen worden wären. Dies reduziert das Fehlerrisiko bei der Korrelation von Kurven untereinander, beispielsweise bei der Suche nach identischen Formen durch Eliminierung von Kurventeilen, die als zu wenig ähnlich betrachtet werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

1. Patentansprüche

   I. Verfahren zum Untersuchen von von einem Bohrloch durchteuften Erdformationen mittels einer Untersuchungssonde, die in dem Bohrloch verlagerbar ist und mindestens einen mit der Bohrlochwandung ia Kontakt bringbaren und zwei Meßsensoren tragenden Schuh aufweist, welche Sensoren im wesentlichen identisch und zueinander versetzt sind sowie auf eine physikalische Eigenschaft der Formation in entsprechenden Meßzonen ansprechend ausgebildet sind, bei welchem Verfahren die Sonde durch das Bohrloch bewegt wird und gleichzeitig aus den Ausgangssignalen der Sensoren zwei Serien von Meßsignalen erzeugt, die für die betreffende Eigenschaft präsentativ ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzonen eine im Vergleich zum Radius des Bohrlochs kleine Fläche besitzen und in einer gemeinsamen, im wesentlichen zur Bohrlochachse senkrechten Ebene liegen, und daß einander entsprechende Abschnitte der Aufzeichnungen der Serien von Signalen miteinander verglichen werden zwecks Bestimmung der Tiefendifferenz, bei der maximale Ähnlichkeit zwischen den Abschnitten besteht, welche Tiefendifferenz präsentativ ist für die

   ■ seitliche Neigung der Formationen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzonen einen Durchmesser im wesentlichen gleich 0,5 cm aufweisen und voneinander einen Abstand von etwa 3 cm haben.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich durch Korrelation der entsprechenden Abschnitte erfolgt unter Ermittlung der Tiefendifferenz, die einen Maximalwert der Korrelationsfunktion liefert.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Grad der Homogenität der Formationen von dem Maximalwert der Korrelationsfunktion abgeleitet wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich zwischen charakteristischen Signalelementen ausgeführt wird, welche geologische Merkmale der Formationen repräsentieren, derart, daß aus ihrer Ähnlichkeit die entsprechenden Elemente ermittelt werden, die jeweils zu den beiden Aufzeichnungsabschnitten gehören, wobei die Tiefendifferenz zwischen einander entsprechenden Elementen repräsentativ ist für die seitliche Neigung der Formationen.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozentsatz der korrespondierenden Elemente unter den verglichenen Elementen über ein gegebenes Tiefenintervall ermittelt wird, welcher Prozentsatz präsentativ ist für den lokalen Koeffizienten der Homogenität der Formationen für das betreffende Tiefenintervall.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5 zwecks Bestimmung des Formations-Dips, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Werte der seitlichen Neigung längs entsprechenden Mantellinien der Bohrlochwandung abgeleitet werden, die einen Winkelabstand bezüglich der Bohrlochachse von weniger als 180° haben und die Komponenten der Dip-Ebene von diesen beiden Werten abgeleitet werden.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2,4 und 5 für die Bestimmung des Formations-Dips, gekennzeichnet durch die Schritte der Ableitung von vier Werten für die seitliche Neigung längs entsprechenden Mantellinien, die gleichförmig verteilt um die Achse des Bohrlochs liegen, Ableiten des Mittelwertes jedes Paares von Werten, bezogen auf diametral einander gegenüberliegende Mantellinien und Ableiten von den beiden Mittelwerten, die so erhalten worden sind, der Komponenten der Dip-Ebene der Formationen.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Eigenschaft der elektrische Widerstand der Formationen ist.
10. 10. Sonde für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem langgestreckten Sondenkörper, der mit mindestens einem Schuh versehen ist, der mit der Bohrlochwandung während deren Bewegung längs des Bohrlochs in Kontakt bringbar ist, gekennzeichnet durch zwei seitlich auf der Oberfläche des Schuhs nebeneinander auf der Oberfläche des Schuhs in einer gemeinsamen im wesentlichen zur Achse des Sondenkörpers senkrechten Ebene fest angeordnete Meßsensoren, die entsprechende kleine Meßzonen begrenzen, wenn sie an die Bohrlochwandung angelegt sind.
11. I1. Sonde nach Anspruch 10, zur Verwendung bei der Bestimmung des Formations-Dips, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei Schuhe aufweist, jeweils versehen mit zwei solcher Meßsensoren, weiche

    so beide Schuhe in Winkelrichtung bezüglich der Längsachse des Sondenkörpers um einen Winkel beabstandet sind, der kleiner ist als 180°.
12. 12. Sonde nach Anspruch 10 zur Verwendung bei der Bestimmung des Formations-Dips, dadurch gekennzeichnet, daß sie vier Schuhe umfaßt, jeder von ihnen mit zwei solchen Meßsensoren versehen, welche Schuhe gleichförmig verteilt um die Längsachse des Sondenkörpers angeordnet sind.
13. 13. Sonde nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Sensoren begrenzten Zonen jeweils einen Durchmesser von etwa 0,5 cm besitzen und der Abstand zwischen den Zonen etwa 3 cm beträgt.