DE2843871A1 - Verfahren und einrichtung zum bestimmen von kenndaten unterirdischer formationen - Google Patents

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Firma Societe de Prospection Electrique Schlumberger Paris / Frankreich

betreffend:

"Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen von Kenndaten unterirdischer Formationen"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen von Kenndaten unterirdischer Formationen und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen eines zusammengesetzten Parameters des Formationswassers in ein Bohrloch umgebenden Formationen, beispielsweise die zusammengesetzte, spezifische,elektrische Leitfähigkeit des Formationswassers. Hierbei kann mit Hilfe des zusammengesetzten Parameters, eine andere brauchbare Information, beispielsweise eine Bestimmung der Wassersättigung selbst in Schieferformationen genau erhalten werden.

Die öl- oder Gasmenge, die in einer Volumeneinheit eines unterirdischen Speichers oder Sammelbeckens enthalten ist, ist ein Produkt dessen Porösität und dessen Kohlenwassersättigung. Die Gesamtporosität einer Formation, die mit 0. bezeichnet wird, ist der Bruchteil der Formationsvolumeneinheit, die von Poren-

909816/0856

AH

Zwischenräumen eingenommen wird. Die mit S, bezeichnete Kohlenwasser stoff satt igung ist der Bruchteil des mit Kohlenwasserstoffen gefüllten Porenvolumens. Außer der Porosität und der Kohlenwasserstoffsättigung sind noch zwei andere Faktoren notwendig, um zu bestimmen, ob ein Speicher oder Sammelbecken ein kommerziell interessantes Potential aufweist, nämlich die Fläche des Speichers und dessen Vorführbarkeit bzw. dessen Nutzungsvermögen. Um die Vorführbarkeit auszuwerten, ist es wichtig, zu wissen, wie leicht ein Fluid durch die Poren strömen kann. Dies hängt von der Art und Weise ab, auf welche die Poren miteinander verbunden sind, und ist eine unter der Bezeichnung Durchlässigkeit bekannte Eigenschaft. Um die Menge an produzierbaren Kohlenwasserstoffen einer Formation zu bestimmen, ist es vorteilhaft, ein Maß des Völumenbruchteils der Kohlenwasserstoffe zu erhalten, die beim Eindringen der Bohrschlamms während des Bohrens verdrängt worden sind. Während des Bohrens wird der Schlamm in dem Bohrloch im allgemeinen aufbereitet, so daß der hydrostatische Druck der Schlammsäule größer ist als der Druck der Formationen. Aufgrund des Druckunterschieds wird Schlammfiltrat in die durchlässigen Formationen gepreßt. Sehr nahe bei dem Bohrloch wird durch Schlammfiltrat tatsächlich das ganze Formationswasser und ein gewisser Teil der Formationskohlenwasserstoffe, wenn sie vorhanden sind, weggespült. Dieser Bereich wird daher als die "Spülzone" bezeichnet. Der Volumenbruchteil an Kohlenwasserstoffen, die durch Eindringen in die Spülzone verdrängt worden sind, ist ein Zeichen für die Menge an "beweglichen" Kohlenwasserstoffen in dem speziellen Teil der Formationen. Dieser Volumenanteil der durch das Eindringen verdrängten Kohlenwasserstoffe kann ausgedrückt werden als 0_t(S-_tl - S_hr) , wobei S, die verbleibende Kohlenwasserstoff Sättigung in der Spülzone ist (d.h. die Sättigung an Kohlenwasserstoffen, welche nicht durch das Schlammfiltrat weggespült wurden und im allgemeinen als unbeweglich betrachtet werden). Die mit S bezeichnete Sättxgung des Schlammfiltrats kann folgendermaßen dargestellt werden:

^Sxo = <¹ - ^Shr> . . "

909816/0866

Die S, bezeichnete Kohlenwasserstoffsättigung in den Formationen, in welche nicht eingedrungen worden ist, kann wie folgt ausgedrückt werden:

S_h= (1 -S_w> (2)

wobei S. die Wassersättigung der Formationen ist; d.h. der Bruchteil der mit Wasser gefüllten Porenräume. Aus den Gl.(1) und (2) kann ersehen werden, daß der vorstehend angeführte Aus druck für den Volumenbruchteil des durch das Eindringen verdrängten Öls, nämlich 0_t(Su ~ ^sv,_r) ' ^wie ^°^^ ausgedrückt werden kann:

Im allgemeinen können verhältnismäßig genaue Bestimmungen von 0 mit Hilfe bekannter Datenerfassungsverfahren erhalten werden, wobei genaue Bestimmungen der Größen S und S unter an-

XO W

derem sehr brauchbar sind, um den Volumenbruchteil an Kohlenwasser stoff en, die durch das Eindringen verdrängt worden sind, und infolgedessen den Bruchteil an produzierbaren Kohlenwasserstoffen für die speziellen, das Bohrloch umgebenden Formationen zu bestimmen.

Bei den üblichen,, herkömmlichen Verfahren werden die Wassersättigung und/oder damit verwandte Parameter bestimmt. Es ist nämlich festgestellt worden, daß der spezifische Widerstand einer sauberen Formation (d.h. einer Formation, die keine nennenswerte Tonmenge enthält), die voll mit Wasser gesättigt ist, proportional dem spezifischen Widerstand des Wassers ist. Die mit F bezeichnete Proportionalitätskonstante wird der Formationsfaktor genannt. Infolgedessen gilt:

■ " * - Jr ' (4)

wobei R der spezifische Widerstand der Formation ist, die 100% mit Wasser mit einem spezifischen Widerstand

R_w gesättigt ist. Der Formationsfaktor ist eine Funktion der Porosität und kann föle endermaßen ausgedrückt werden:

909816/0856

wobei a und m im allgemeinen als 1 bzw. 2 angenommen werden. Mit diesen Werten läßt sich der tatsächliche mit R. bezeichnete, spezifische Widerstand einer sauberen Formation folgendermaßen ausdrücken:

^Rt ⁼ ITT ⁽⁶⁾

^Sw⁰t

wobei n_f der Sättigungsexponent, im allgemeinen mit 2 angenommen wird. Mit Hilfe der angegebenen Gleichung wird bei einem üblichen bekannten Verfahren ein mit R¹ bezeichneter Wert be-

rechnet, welcher ein berechneter "nasser" spezifischer Widerstandswert ist und es wird angenommen, daß die Formation ganz mit Wasser gesättigt ist, d.h. S_TJ = 1 ist. Aus der Gl. (6) ergibt sich dann:

Bei dieser Berechnung kann der Wert 0. aus der Dateninformation erhalten werden, beispielsweise aus Neutronen- und/oder Dichtemeßwerten, und die Größe R kann aufgrund der örtli-

V/

chen Kenntnis des spezifischen Widerstandes von fossilem Grundwasser oder beispielsweise aus der Kenntnis eines spezifischen Widerstandsmeßwerts eines sauberes Wasser führenden Abschnitts erhalten werden. Der berechnete Wert von R' wird mit einem gemessenen Wert R. des spezifischen Widerstandes verglichen, der beispielsweise aus einem spezifischen Widerstand einer Tiefenuntersuchung oder aus einem Induktionsmeßwert erhalten worden ist. In Zonen ohne Kohlenwasserstoffe folgt der Wert R' dem Wert Rw wenn aber der Wert R' kleiner ist als der Wert R, , ist dies ein Anzeichen für das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen. Infolgedessen können bei einem überdecken des berechneten, nassen, spezifischen Widerstands (R¹) und des gemessenen spezifischen Widerstands (R_t) mögliche Kohlenwasserstoff führende Zonen erkannt werden. Aus den Gl.(6) und (7) ist zu ersehen, daß mit Hilfe dieser Information eine weitere Möglichkeit darin besteht, einen berechne-

909816/0856

ten Wert einer vermeintlichen Wassersättigung, die mit S¹

bezeichnet ist, aus der folgenden Beziehung zu erhalten:

/RL

Wesentliche Abweichungen des Werts S' von eins zeigen eben-

Vr

falls mögliche Kohlenwasserstoff führende Zonen an.

Die beschriebenen Verfahren sind bei verhältnismäßig sauberen Formatoinen brauchbar; in Schieferformationen tragen jedoch die Schiefergesteine zu der spezifischen Leitfähigkeit bei, und die übliche,vorstehend angeführte Widerstandsbeziehung ist nicht anwendbar. Folglich können beispielsweise das vorstehend beschriebene Überdecken oder die Werte R' und R. zu falschen Schlußfolgerungen in einem schieferhaltigen Abschnitt der F ormationen führen, und das überdecken in diesen Abschnitten (sowie die Bestimmung einer daraus entnommenen Wassersättigung) wird notgedrungen im allgemeinen nicht beachtet. Außer den Ergebnissen, die weniger brauchbar sind als sie sein könnten, kann diese Konsequenz dazu führen, daß die Glaubwürdigkeit des ganzen gemessenen Datenvergleichs kleiner wirdy und ist von Nachteil, wenn versucht wird, die sich ergebende Information kommerziell auszuwerten. Eine genaue Bestimmung des Werts S kann in schieferhaltigen Abschnitten auch schwie-

Vi

rig sein. Natürlich sind gerade diese Beispiele begrenzt, Wie ein schieferartiger bzw. schieferhaltiger Aufbau die Interpretation und Auslegung von Messungen beeinträchtigen kann, aber ähnliche Schwierigkeiten bei einem schieferartigen bzw. -haltigen Aufbau ergeben sich in anderen Fällen, beispielsweise dann, wenn Kenndaten (ähnlich den Werten S ) von Zonen, in die eingedrungen worden ist, zu bestimmen sind oder wenn Anzeigewerte von die thermische Abklingzeit betreffenden Daten in ausgekleideten Bohrlöchern zu interpretieren sind.

Es gibt eine Anzahl unterschiedlich schwieriger Verfahren zur Unterstützung bei der Interpretation und Auslegung von Ergebnissen, die in Schieferformationen erhalten worden sind. Die Art und Weise, wie ein schieferartiger bzw. -haltiger Aufbau

9 09816/0856

einen Anzeigewert beeinflußt, hängt von dem Schieferanteil und dessen physikalischen Eigenschaften ab. Es kann auch von der Art und Weise abhängen, wie der Schiefer in den Formationen verteilt ist. Im allgemeinen wird angenommen, daß das Schiefermaterial in schieferhaltigem Sand auf drei mögliche Arten verteilt ist, nämlich in Form von "laminarem Schiefer", wobei der Schiefer in Form von dünnen Schichten vorhanden ist, zwischen welchen sich Sandschichten befinden, in Form von "strukturellem Schiefer", wobei der Schiefer in der Formationshülle als Körner oder Knollen vorhanden ist, und in Form von "feinstverteiltem Schiefer", wobei das Schiefermaterial überall in dem Sand feinstverteilt ist, der teilweise die Zwischenräume zwischen den Körnern ausfüllt. Auswertungen von schieferhaltigem Sand werden beispielsweise dadurch vorgenommen, daß eine spezielle Art eines Schieferverteilungsmodells angenommen wird und in die Modellinformation aufgenommen wird, welche das Schiefervolumen u.a. angibt. Beispielsweise wird anhand eines vereinfachten Modells für schichtweise angeordneten Sand-Schiefer eine Gleichung in Form der Gl.(6) erklärt, wobei sie jedoch einen zweiten Ausdruck enthält, welcher eine Funktion des Volumenbruchteils des Schiefers in den dünnen Schichten ist. Dasselbe gilt für ein anderes bekanntes Modell, wobei dann ein Ausdruck erhalten wird, welcher von dem Volumenbruchteil des Schiefers abhängt, der aus einem den gesamten Ton anzeigenden Wert bestimmt wird. Anhand eines vereinfachten Modells fürfeinstverteilten Schiefer werden Werte für eine "Zwischenhüllenporosität" geschaffen, welche den ganzen Raum umfassen, der von Flüssigkeiten und feinverteiltem Schiefer ausgefüllt wird, und es wird ein weiterer Wert geschaffen, der den Bruchteil dieser Porosität wiedergibt, die von dem Schiefer ausgefüllt ist. Eine weitere Lösung gibt die Leitfähigkeitsverteilung des Schiefers im Hinblick auf dessen Kationen-Austauschvermögen wieder, wobei dieses Austauschvermögen unter anderem aus dem Tonvolumen bestimmt wird.

Die vorbeschriebenen Verfahren, welche entweder eine Bestimmung des Schiefer-oder Tonvolumens oder eine ähnliche Inforitation erfordern, haben in verschiedenen Anwendungsfällen durch-

909816/0856

aus den Erwartungen entsprochen. Jedoch außer der Schwierigkeit, genaue Informationen zu erhalten, die das Volumen und die Zusammensetzung des Schiefers oder des Tons und dessen spezifische Leitfähigkeit betreffen, besteht eine weitere . Schwierigkeit bei den herkömmlichen, vereinfachten Modellen darin ,daß verschiedene Schieferformen gleichzeitig in derselben Formation auftreten können. Zuverlässige Verfahren, von denen einige eine umfangreiche statistische Datenverarbeitung erfordern, sind vorhanden und ergeben im allgemeinen gute Ergebnisse, sind jedoch verhältnismäßig kompliziert und können entweder eine leistungsfähige Rechenanlage und/oder eine beträchtliche Verarbeitungszeit erfordern.

Die Erfindung soll daher unter möglichst weitgehender Vermeidung der oben aufgezeigten Schwierigkeiten Verfahren und Einrichtungen schaffen, welche sogar bei Schieferformationen wirksam sind, welche aber nicht übermäßig kompliziert oder schwierig auszuführen sind. Gemäß der Erfindung ist dies durch den Gegenstand des Anspruchs 1 erreicht.

Hierbei hat die Anmelderin herausgefunden, daß eine Bestimmung eines "zusammengesetzten" Parameters des Formationswassers in den ein Bohrloch umgebenden Formationen, beispielsweise die zusammengesetzte spezifische Leitfähigkeit des Formationswassers, eine verhältnismäßig genaue Bestimmung von Formationskenndaten, beispielsweise der Wassersattigung, erlaubt, wobei die bestimmten und festgestellten Werte sogar in Schieferbereichen der Formationen sinnvoll sind. Im Unterschied zu herkömmlichen Lösungs- und Annäherungsverfahren, bei welchen versucht worden ist, das Schiefer- oder Tonvolumen in den Formationen zu bestimmen und dann entsprechende Faktoren einzuführen, welche oft im wesentlichen Mutmaßungen enthalten, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein zusammengesetzter Wasserparameter, beispielsweise eine zusammengesetzte spezifische Wasserleitfähigkeit bestimmt, welche die spezifische Leitfähigkeit der Wassermasse in den Formationen, und<zwar sowohl das sogenannte freie Wasser als auch das gebundene Wasser darstellt. Im Unterschied zu den bisherigen Verfahren wird

909816/0856

auch das im Schiefergestein eingeschlossene, gebundene Wasser bei dieser Bestimmung berücksichtigt, wobei das Schiefergestein als ein Gestein mit einer gewissen Porosität betrachtet werden kann. Wenn die zusammengesetzte Wasserleitfähigkeit bestimmt ist, kann die WasserSättigung unmittelbar aufgrund einer verhältnismäßig direkten Beziehung erhalten werden, welche keine Schätzungen des Schiefervolumens in den Formationen erfordert. Die Auswirkungen des Schiefergesteins sind in der vorliegenden Erfindung durch die verschiedenen spezifischen Leitfähigkeiten (oder andere Parameter, wie beispielsweise die Einfangquerschnitte) der Formationswasserbestandteile (der freien und der gebundenen) berücksichtigt, welche die gesamte Wassermenge bilden. Mit dem hier verwendeten Ausdruck "freies Wasser" ist im allgemeinen Wasser gemeint und bezeichnet, das unter normalen dynamischen Verhältnissen in dem Speicher einigermaßen frei bewegt werden kann, während mit "gebundenem Wasser" im allgemeinen Wasser gemeint und bezeichnet ist, das unter normalen dynamischen Verhältnissen im Speicher nicht einigermaßen frei bewegt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Einrichtung zum Bestimmen eines zusammengesetzten Parameters (wie beispielsweise der zusammengesetzten spezifischen Leitfähigkeit oder des zusammengesetzten EinfangquerSchnitts) des Formationswassers in ein Bohrloch umgebenden Formationen geschaffen. Hierbei sind Einrichtungen vorgesehen, um eine erste Größe abzuleiten und zu schaffen, die den Parameter wiedergibt, der dem freien Wasser in den Formationen entspricht. Auch sind Einrichtungen vorgesehen, um eine zweite Größe abzuleiten und zu schaffen, die den Bruchteil an gebundenem Wasser in den Formationen wiedergibt. (Wie noch im einzelnen ausgeführt wird, könnte die zweite Größe andererseits auch indirekt aus dem Bruchteil des freien Wassers erhalten werden.) Darüber hinaus sind weitere Einrichtungen vorgesehen, um eine dritte Größe abzuleiten und zu schaffen, die den Parameter darstellt, der dem gebundenen Wasser in den Formationen entspricht. Der zusammengesetzte Parameter wird dann als eine Funktion der ersten, zv;eiten und dritten Größe bestimmt und festgelegt.

909816/0856

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine vierte Größe als Differenz zwischen der dritten und ersten Größe abgeleitet. Der zusammengesetzte Parameter wird dann als Summe der ersten Größe und dem Produkt aus der zweiten und der vierten Größe bestimmt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die zusammengesetzte spezifische Wasserleitfähigkeit, die mit σ¹

WC

bezeichnet ist, durch die folgende Beziehung ausgedrückt:

^Gwc - %f ⁺ S^ ^(üwb - *w£> <⁹>

wobei σ _f die spezifische Leitfähigkeit des freien Wassers in denFormationen ,σ , die spezifische Leitfähigkeit des gebundenen Wassers in den Formationen, S die WasserSättigung in den Formationen (welche gleich *w ist) und S , die Sättigung des gebundenen Wassers in den fe Formationen ist (welche gleich

τ*— ist) . In der Gl. (9) ist die zusammengesetzte spezifische Wasserleitfähigkeit gleichmäßig zwischen der Leitfähigkeit des freien Wassers (die vorstehend angeführte erste Größe) und der Leitfähigkeit eines Differenzgliedes verteilt, welches die Dif ferenz zwischen den Leitfähigkeiten des gebundenen Wassers und des freien Wassers (die oben angegebene vierte Größe) wiedergibt. Durch eine mathematische Umformung kann die Gl(9) auch in anderer Form wiedergegeben werden:

^ _Owb

In dieser Form kann dann die zusammengesetzte Wasserleitfähigkeit als die Summe eines ersten Gliedes, das den Bruchteil des freien Wassers mal die Leitfähigkeit des freien Wassers darstellt, plus einem zweiten Glied betrachtet werden, das den Bruchteil an gebundenem Wasser mal der Leitfähigkeit des gebundenen Wassers darstellt. Wie oben angedeutet, könnte andererseits auch der Bruchteil an freiem Wasser, nämlich Sf/S , (welcher die Ergänzung des Bruchteils an gebundenem Wasser auf eins ist, da das Gesamtwasservolumen aus dem Volumen des frei-

909816/0856

en Wassers plus dem des gebundenen Wassers besteht) in den Gl (9) oder (10) verwendet werden. Beispielsweise würde dann die Gl.(10) folgende Form haben:

W W

welche als das Äquivalent zu der Gl.(10) betrachtet werden kann, da S =S _f+S , ist. Wenn folglich der Ausdruck "Bruchteil an freiem Wasser" oder etwas ähnliches in diesem Zusammenhang verwendet wird, könnte hierfür auch dessen Komplement (der Bruchteil an freiem Wasser) in entsprechender Form verwendet werden.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der zusammengesetzte Parameter des Formationswassers der zusammengesetzte Einfangquerschnitt, der mit £' bezeichnet ist. Bekanntlich ist der Einfangquerschnitt ein Maß für den Bruchteil an thermischen Ionen, die pro Zeiteinheit absorbiert worden sind und wird üblicherweise mit Hilfe einer die thermale Neutronenzerfallszeit ("NDT") erfassenden Einrichtung gemessen, wie sie beispielsweise in der ÜS-PS RE 28477 beschrieben ist. Der zusammengesetzte Einfangquerschnitt <£ · läßt sich hierbei folgendermaßen ausdrücken:

welche der Gl.(9) entspricht, in welcher aberΣ _ der Einfangquerschnitt des freien Wassers in den Formationen und S- , der Einfangquerschnitt des gebundenen Wassers in den Formationen ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Wassersättigungswert erzeugt und dadurch eine brauchbare Information sogar in schieferhaltigen Bereichen geschaffen. Hierdurch"ist das bisher angewandte Verfahren überwunden, einen entsprechenden "Zementierungs"-Exponenten für Schieferformationen zu schätzen.

909816/0856

Entsprechend noch weiterer Merkmale der Erfindung kann eine den Gl.(9) oder (10) entsprechende Beziehung in Form eines verallgemeinerten Parameters "P" festgelegt und verwendet werden, um einen freien, einen gebundenen oder einen zusammengesetzten Wasserparameter in Abhängigkeit davon zu erhal ten, ob eine Information gewünscht wird und welche Information meßbar oder ableitbar ist. Insbesondere wenn ein Parameter des freien Wassers gefordert wird, kann die folgende verallgemeinerte Beziehung wiedergegeben werden, welche derForm der vorstehend angeführten Beziehung (9) entspricht bzw. ähnlich ist:

^Pwc - ^Pwf ⁺ if <^pwb - ^Pwf > .

wobei P ein zusammengesetzter Wasserparameter, P , ein Parameter -für gebundenes Wasser und P¹ ψ der zu bestimmende Parameter für freies Wasser ist.Bei einer Ausführungsform der Erfindung liegt der zu bestimmende Parameter für freies Wasser in Form einer Veränderlichen 0.Jt^e vor, die als den Formationen zuzuschreibende Dämpfung festgelegt ist, wenn angenommen wird, daß im wesentlichen das gesamte Wasser freies Wasser ist. Hierbei sind Einrichtungen vorgesehen, um eine Funktion abzuleiten, die den Parameter (im vorliegenden Fall die Dämpfung) in zumindest einem Bereich der Formationen (üblicherweise in einem sauberen Sandbereich) wiedergibt, in welchem im wesentlichen das ganze vorhandene Wa'sser freies Wasser ist. Auch sind Einrichtungen vorgesehen, um eine Größe abzuleiten und zu schaffen, die den Wassergehalt in den Formationen wiedergibt, die eine Stelle in einer bestimmten Tiefe in dem Bohrloch umgeben. Diese Größe kann t , , die Ausbreitungszeit von elektromagnetischer Mikrowellenenergie in den Formationen, welche von dem Wassergehalt abhängt. Der Parameter für freies Wasser ( der im vorliegenden Fall in Form der Veränderlichen 0a - vorliegt) in der bestimmten Tiefe wird dann aus der abgeleiteten Funktion und der den Wassergehalt wiedergebenden Größe bestimmt. Dämpfungsmessungen und die Ausbreitungszeit werden üblicherweise mit Hilfe eine die elektromagnetische Mikrowellenausbreitung ("EMP") erfassenden Ein-

909816/0856

richtung erhalten. Mit Hilfe der Dämpfung α kann die Beziehung (9a) folgendermaßen ausgedrückt werden:

ex = a. ~ + (α. , — ex ,-) (9b)

wc wf S wb wf w

wobei α , das Gegenstück von α _f für gebundenes Wasser und α eine "zusammengesetzte" Dämpfung für das tatsächliche Formationswasser ist.

Wie weiter unten noch ausgeführt wird, führt die "Dämpfungsverteilung" zwischen dem freien und gebundenen Wasser, was durch die Gl. (9b) wiedergegeben ist, zu einem Verfahren, um den Bruchteil an gebundenem Wasser, nämlich ^s _wu/^s _w z^u bestimmen, sobald die Werte von α, α _f und a , festgestellt worden sind. Insbesondere kann der Wert S j/S aus der folgenden Gleichung bestimmt werden:

^Swb ^awc ~ ^awf

welche unmittelbar aus der Beziehung (9b) folgt.

Gemäß der Erfindung wird somit die Bestimmung eines "zusammengesetzten" Parameters des Formationswassers in ein Bohrloch umgebende Formationen, beispielsweise die spezifische zusammengesetzte Leitfähigkeit des Formationswassers verwendet, um eine verhältnismäßig genaue Bestimmung von Fonnationskenndaten, wie der Wasser satt igung zu erhalten. Die bestimmten Werte sind sogar in schieferhaltigen Bereichen der Formationen sinnvoll.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Aus-

führungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig.2 ein Blockschaltbild der Rechenbaueinheit 60

909816/0856

der Fig.1;

Fig.3 ein Blockschaltbild der Rechenbaueinheit 70

der Fig.1;

Fig.4 ein Blockschaltbild der Rechenbaueinheit 80

der Fig.1;

Fig.5 eine Häufigkeits- Darstellung, um unterirdische Kenndaten zu erhalten, die bei der Erfindung verwertet werden können;

Fig.6 eine Darstellung von Werten einschließlich

berechneter Werte über der Tiefe, in welcher gezeigt ist, wie die Erfindung verwendet werden kann;

Fig.7· ein Blockschaltbild einer Schaltung, um ein

Signal zu erhalten, das einen offensichtlich zusammengesetzten Einfangquerschnitt von unterirdischen Formationen darstellt;

Fig.8 ein Blockschaltbild einer Schaltung, um Werte

eines offensichtlichen Wassereinfangquerschnitts von unterirdischen Formationen zu erhalten;

Fig.9 ein Blockschaltbild einer Schaltung, um Signale

zu erhalten, die einen "nassen" Einfangquerschnitt darstellen, der mit gemessenen Einfangquerschnittswerten verglichen werden kann;

Fig.10 ein Blockschaltbild einer Schaltung,um Werte

der Wassersättigung einer Zone zu erhalten, in die eingedrungen worden ist;

Fig.11 ein Blockschaltbild einer Schaltung, um einen

wechselnden Wert der Sättigung von gebundenem

909816/0856

Wasser zu erhalten;

Fig.12 ein Blockschaltbild einer Schaltung, um ein

Signal zu erhalten, das den Bruchteil an gebundenem Wasser wiedergibt;

Fig.13 eine Häufigkeits- Darstellung, um unterirdische Kenndaten zu erhalten, die bei der Erfindung verwertet werden können; und

Fig.14 ein Blockschaltbild einer Schaltung, um Signale zu erhalten, die die Dämpfung von freiem Wasser, die Dämpfung von freiem Grundwasser (bulk free, water) und die aus der elektromagnetischen Mikrowellenausbreitung (EMP) abgeleitete, spezifische Leitfähigkeit darstellen.

In Fig.1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung gemäß der Erfindung zum Untersuchen von unterirdischen Formationen 31 dargestellt, durch die ein Bohrloch 32 hindurchgeht. Das Bohrloch 32 ist beispielsweise mit einer Bohr- oder Spülflüssigkeit oder mit Bohrschlamm gefüllt, welcher ungelöste, feinverteilte, fest Stoffe enthält. Die üntersuchungs- oder Datenerfassungseinrichtung 40 ist an einem bewehrten Kabel 33, dessen Länge im wesentlichen die jeweilige Tiefe derEinrichtung 40 festlegt, in das Bohrloch 32 gehängt. Die Kabellänge wird durch eine entsprechende Einrichtung an der Oberfläche, beispielsweise eine Trommel oder einen Windenmechanismus (die nicht dargestellt sind) gesteuert. Eine Schaltungsanordnung 51, die an der Oberfläche dargestellt ist, obwohl Teile davon sich üblicherweise unten im Bohrloch befinden, stellt die ge samte Verarbeitungsschaltung für die verschiedenen Datenerfassungseinheiten der Einrichtung 40 dar.

Die Untersuchungseinrichtung 40 weist eine entsprechende_r den spezifischen Widerstand bestimmende Einrichtung, beispielsweise eine Induktionsdaten erfassende Einrichtung 41 auf. Wie bekannt, wird der spezifische Widerstand oder die spezifische

909816/0856

Leitfähigkeit einer Formation durch die Induktionsmeßwerte angezeigt, wobei die gemessene, spezifische Leitfähigkeit mit ov bezeichnet ist. Die unten im Bohrloch vorgesehene Untersuchungseinrichtung weist eine Einrichtung 42 zur Untersuchung epithermischer Neutronen an der Seitenwand auf, mit einer Quelle und einem Detektor, die an einer Gleitkuve 42A angebracht sind. Eine Einrichtung dieser Art ist beispielsweise in der US-PS 2 769 918 beschrieben. Jeder Zählwert, der in dem epithermischen Neutronendetektor registriert wird, wird von einer Verarbeitungsschaltung in der Schaltungsanordnung 51 aufgenommen, welche einen Funktionsbildner aufweist, welcher in bekannter Weise arbeitet, um ein Signal 0„ zu erzeugen, welches die Formationsporosität darstellt, die durch die Neutronenerfassungseinrichtung bestimmt und festgelegt wird. Die Untersuchungseinrichtung 40 weist ferner eine die Formationsdichte untersuchende Einrichtung 43 auf, um Bohrlochmeßwerte zu erzeugen, welche verwendet werden können, um die Bodendichte der angrenzenden Formationen in bekannter Weise zu berechnen.

Deswegen weist eine Gleitkufe 43A eine Quelle und zwei Detektoren (die nicht dargestellt sind) auf, die in verschiedenen Abständen von der Quelle angeordnet sind. Durch diese Anordnung einer Quelle und von Detektoren werden Signale erzeugt, welche der Bodendichte der Erdformationen entsprechen, wie beispielsweise in der US-PS 3 321 625 beschrieben ist. Die Schaltungsanordnung 51 weist herkömmliche Schaltungen auf, welche die Signale, die von den in einem kurzen und in einem weiteren Abstand angeordneten Detektoren erhalten worden sind, in eine berechnete Bodendichte umsetzen. Erforderlichenfalls kann, was bekannt ist, ein Tast-(caliper) oder Meßsignal zum Bestimmen der Bodendichte angelegt werden. Die sich ergebende Bodendichte wird an eine die Porosität berechnende Schaltung in der Schaltungsanordnung 51 angelegt, welche in bekannter Weise die Porosität berechnet, die aus der Bodendichte abgeleitet ist. Die erhaltene Porosität ist mit 0_ß bezeichnet. Die Untersuchungseinrichtung weist noch eine weitere Einrichtung 44 auf, welche eine Gammastrahl-Erfassungseinrichtung zum Messen der natürlichen Radioaktivität der Formationen ist. Die an sich

Ö09816/0856

-■4*--

bekannte Einrichtung 44 kann üblicherweise einen Detektor, beispielsweise einen Szintillationszähler aufweisen, welcher die von den Formationen nahe bei dem Detektor ausgehende Gammastrahlung mißt. Der Ausgang der Schaltungsanordnung 51 ist ein mit "GR" bezeichnetes Signal, welches den Gammastrahlenwert darstellt. Ferner können weitere Einrichtungen vorgesehen sein, wenn sie zu Änderungen der Erfindung erforderlich sind, wie unten noch beschrieben wird. Beispielsweise ist eine Einrichtung 45 vorhanden, um eine Messung des spontanen Potentials ("SP") der Formationen zu erhalten. Eine derartige Ein^ richtung ist beispielsweise in der US-PS 3 453 530 beschrieben, in welcher auch eine Einrichtung zum Messen eines tiefen und flachen spezifischen Widerstands beschrieben ist. Ebenso ist eine die elektromagnetische Ausbreitung ("EMP") untersuchende Einrichtung 46 vorhanden, welche ein Dämpfungsteil 46A aufweist, das Sende- und Empfangsantennen hat. Elektromagnetische Mikrowellenenergie wird über die Formationen (üblicherweise über die Zone, in die eingedrungen worden ist) übertragen, und die Formationskenndaten werden durch Messung der Dämpfung und/oder der Phase (oder Geschwindigkeit) der empfangenen Mikrowellenenergie bestimmt. Eine derartige Datenerfassungseinrichtung ist in der US-PS 3 944 910 beschrieben. Mes sungen, welche die mit α bezeichnete Dämpfung und eine mit t bezeichnete Ausbreitungszeit (welche von der Geschwindigkeit abhängt) anzeigen, werden von dieser Einrichtung erhalten. .Ferner sind in den US-Patentanmeldungen S.N. 806 983 und 788 Verfahren beschrieben, um eine von der elektromagnetischen Ausbreitung ("EMP") abgeleitete Leitfähigkeitsmessung, die mit o_EM_ bezeichnet ist, und um eine Messung der mit gebundenem Wasser gefüllten Porosität zu erhalten, die mit 0 . bezeichnet ist. Signale, die diese Meßwerte wiedergeben, stehen als Ausgänge der Schaltungsanordnung 51 zur Verfügung. Eine Neutronennachweiseinrichtung (NDT) 47, wie sie beispielsweise in der US-PS RE 28 477 beschrieben ist, ist ebenfalls vorhanden und schafft am Ausgang der Verarbeitungsschaltung 51 einen Einfangquerschnittswert S~ .

Um die Untersuchungseinrichtung 40 in dem Bohrloch mittig zu

909816/0856

halten_r können gegenüber den Teilen 42A, 43A und 46A ausziehbare, an der Wandung anliegende Teile 42B, 43B und 46B vorgesehen sein. Um den oberen Teil der üntersuchungseinrichtung mittig einzustellen, können Zentralisiereinrichtungen 49 vorgesehen sein. Bekanntlich kann ein Bohrlochkaliber mit den Armen verbunden sein, welche die Gleitkuven verlängern und ein den Bohrlochdurchmesser wiedergebendes Signal an die Schaltungsanordnung 51 abgeben.

Obwohl, um die Erläuterung dieser Ausführungsform zu erleichtern, alle in Verbindung mit der Erfindung verwendbaren Meßwerte dargestellt sind, könnten diese Meßwerte üblicherweise von einer Anzahl Untersuchungseinrichtungen erhalten werden, welche in das Bohrloch zu verschiedenen Zeiten eingebracht werden. In. einem solchen Fall können dann die Daten von jeder Operation beispielsweise auf einem Magnetband für eine anschließende Verarbeitung gemäß der Erfindung gespeichert werden. Die Daten können auch von einer entfernt liegenden Stelle aus, beispielsweise durch Übertragung erhalten werden.

Mehrere der Signalausgänge der Schaltungsanordnung 51 sind in Fig.1 dargestellt und stehen an den Recheneinheiten 60, 70, 80 und 510 zur Verfügung. In der Ausführungsform der Fig.1 gibt die Recheneinheit 60 ein Signal ab, das eine scheinbare zusammengesetzte Wasserleitfähigkeit σ¹ entsprechend der Beziehung (9) wiedergibt. Die Recheneinheit 70 spricht auf das die Leitfähigkeit σ¹ darstellende Signal und auf die Signale von der Schaltungsanordnung 51 (insbesondere auf ein die Porosität anzeigendes Signal) an, um ein Signal σ' für "nasse" Leitfähig keit zu erzeugen. Die Recheneinheit 80 erzeugt einen berechneten Wert der WasserSättigung S entsprechend einer angeführten Beziehung. Die Recheneinheit 510 wird zur Erzeugung von Dämpfungswerten von freiem und gebundenem Wasser und eines Signals verwendet, das den Bruchteil an gebundenem Wasser wiedergibt. Diese Signale werden zusammen mit einigen oder allen Ausgängen der Schaltungsanordnung 51 als Tiefenfunktion auf einem Aufzeichnungsgerät 90 aufgezeichnet.

909816/0856

In Fig.2 und 3 sind Ausführungsformen der Recheneinheiten 60 und 70 der Fig.1 dargestellt. Zuerst werden nunmehr die Bauelemente der Einheiten beschrieben. Dann wird die Quelle verschiedener Signale erläutert. Es sind zwei Differenzschaltungen 601 und 602 vorgesehen. Der positive Eingangsanschluß der Schaltung 601 erhält das Signal GR, d.h. ein Signal,das den Ausgang der Gammastrahlen-Erfassungseinrichtung 44 wiedergibt. Der positive Eingangsanschluß der Schaltung 602 erhält ein Signal GR ,, welches einen Signalpegel aufweist, der ein Gammastrahlen-Signalpegel für das gebundene Wasser der zu untersuchenden Formationen ist. An den negativen Eingangsanschlüssen der beiden Differenzschaltungen 601 und 602 liegt ein Signalpegel GR - an, welches ein Gammastrahlen-Signalpegel für das freie Wasser in den zu untersuchenden Formationen ist. Die Ausgänge der Schaltungen 601 und 602, welche GR - GR _f bzw. GR .j - GR _f sind, werden an eine einen Quotienten bildende Schaltung 603 angelegt, welche ein Signal abgibt, das dem Verhältnis aus dem Ausgang der Schaltung 601 geteilt durch den Ausgang derSchaltung 602 proportional ist. Der Ausgang der Quotientenschaltung 603 ist ein Signal S , , d.h. die Sättigung des gebundenen Wassers der Formationen entsprechend der Beziehung

^GR ~ ^GRwf
^S =

Der Ausgang der Quotientenschaltung 603 wird über eine Begrenzerschaltung 604 an einen Eingang einer Multiplizierschaltung

605 angelegt. Der andere Eingang der Multiplizierschaltung 605 ist der Ausgang einer Differenzschaltung 606. Die Schaltung

606 erhält an ihrem positiven Eingangsanschluß einen Signalpegel σ ,, d.h. die spezifische Leitfähigkeit des gebundenen Wassers in den zu untersuchenden Formationen. An den negativen Eingangsanschluß der Differenzschaltung 606 wird ein Signal °wf' ^d*^h* ^{die s}P^ezifiscne Leitfähigkeit des freien Wassers der Formationen angelegt. Dieses Signal σf ist auch ein Eingang an einer Summierschaltung 607, deren anderer Eingang der Ausgang der Multiplizierschaltung 605 ist. Der Ausgang der Summierschalutng 607 ist ein Signal, das die vermeindliche, zusammengesetzte Wasserleitfähigkeit der zu untersuchenden For-

909816/0856

mationen wiedergibt, d.h.

σ¹ = σ - + S . (σ , - σ -.) (13)

woo wf wb^l wb wf

Diese Gleichung ist dieselbe wie die oben angegebene Gl.(9) für die zusammengesetzte Wassserleitfähigkeit σ , außer daß S als 1 angenommen ist, was bedeutet, daß das Ergebnis eine "scheinbare oder vermeintliche" zusammengesetzte Wasserleitfähigkeit ist.

In Fig.3 ist eine Ausführungsform der Recheneinheit 70 der Fig.1 dargestellt, welche zum Erzeugen einesSignals σ', d.h. der berechneten "nassen" Leitfähigkeit der untersuchten Formationen, verwendet wird. Die Schaltungsanordnung 51 (Fig.1) weist eine die Porosität berechnende Schaltung 511 auf, welche auf die Signale 0_N und 0_D ansprechen. In der Schaltung 511 werden diese Informationen in bekannter Weise verwendet, um im allgemeinen 0 ß· Signal zu erzeugen, das Informationen sowohl der Neutronen- als auch der Dichtemeßwerte enthält, um eine Anzeige der Gesamtformationsporosität zu erhalten, die mit 0. bezeichnet ist. Verfahren, um das Signal 0_N_ zu erhalten, sind bekannt, und eine entsprechende, die Neutronendichte und Porosität berechnende Schaltung ist beispielsweise in der ÜS-PS 3 590 228 beschrieben. Selbstverständlich kann auch irgendein anderes Verfahren angewendet werden, um den Wert 0. zu erhalten, beispielsweise mit Hilfe von Verfahren, die andere Aufzeichnungsinformationen verwenden, beispielsweise von einer Schallmeßeinrichtung. Der Ausgang der Schaltung 511 wird an eine Quadrierschaltung 701 angelegt, deren Ausgang dann proportional 0. ist. Dieses Signal wird wiederum an einen Eingangsanschluß einer Multiplizierschaltung 702 angelegt, an deren anderen Eingang der Wert σ¹ , d.h. die vermeintliche, mittels der Recheneinheit 60 (Fig.1, 2) bestimmte, zusammengesetzte Wasserleitfähigkeit, angelegt ist. Folglich ist der Ausgang der Multiplizierschaltung 702 (welcher auch der Ausgang der Recheneinheit 70 (Fig.1) ist) ein Signal, das σ¹ multipliziert

μ WCO

mit 0 ist, und auf diese Weise die berechnete "nasse" Leitfä-

909816/0856

-■ar- 52/

higkeit σ' der Formationen entsprechend einer der Gl.(7) ana logen Beziehung wiedergibt, nämlich:

Nunmehr wird die Art und Weise beschrieben, auf welche die Eingänge an der Recheneinheit 60 erhalten werden können. Ein bevorzugtes Verfahren, um die Werte S . , σ , und σ _f zu erhalte^ ist insbesondere das folgende: die Meßwerte σ,, GR und 0. werden zuerst von einem interessierenden Tiefenbereich erhalten. Zusammen mit dem gemessenen spezifischen Widerstand σ, (welcher vorzugsweise eine Tiefenmessung des spezifischen Widerstands ist) kann in jeder Tiefe über den interessierenden Bereich ein mit σ¹ bezeichneter Wert folgendermaßen berechnet werden:

Diese Beziehung entspricht in der Form der oben wiedergegebenen Beziehung (7) und aus ihr ist zu ersehen, daß σ¹ eine einfach zu berechnende, vermeitliche Wasserleitfähigkeit ist (die nicht mit der vermeintlichen zusammengesetzten Wasserleitfähigkeit σ' zu verwechseln ist, die entsprechend der Beziehung (13) erhalten worden ist); das heißt, sie ist der berechnete Wert der Wasserleitfähigkeit, wobei zu erwarten wäre, daß sie sich für die erhaltene Widerstandsmessung (cr_t) aus der erhaltenen Gesamtporosxtätsmessung ergeben würde, vorausgesetzt, daß die Gesamtporosität mit Wasser gefüllt ist (d.h. vorausgesetzt, daß S = 1 ist). Entsprechend einer anderen Möglichkeit würde eine Information mit einer Porosität 0. , welche mit Wasser mit einer Leitfähigkeit σ¹ gefüllt ist, (entsprechend der grundlegenden Archie-Beziehung) zu der gemessenen Formationsleitfähigkeit σ. führen. Erforderlichenfalls könnte eine Rechenschaltung, wie sie in Fig.3 verwendet ist, (bei welcher eine analoge Beziehung benützt ist, um aus σ' den Wert σ' zu erhalten) benutzt werden, um σ¹ entsprechend der Beziehung (15) zu erhalten, indem der Wert σ. als der Leitfähigkeitsein-

909816/0856

--24 -33

gang an der Multiplizierschaltung 702 ersetzt würde. Wenn der Wert σ¹ für jede Tiefe über den interessierenden Tiefen-

Wä

bereich erhalten worden ist, kann nunmehr die Umkehrung dieser Werte in Verbindung mit den Gammastrahl (GR) -Meßwerten über demselben Tiefenbereich verwendet werden, um eine Häufigkeitsdarstellung zu schaffen, wie sie in Fig.5 dargestellt ist. Häufigkeitsdarstellungen werden im allgemeinen bei der Datenerfassung in Bohrlöchern verwendet. (Siehe beispielsweise Schlumberger "Log Interpretation", Bd.II, Ausgabe 1974). Von jedem Tiefenniveau ergeben . dann die Werte von 1/σ¹ und GR ι einen Punkt in der Koordinatendarstellung. Wenn alle Punkte aufgetragen worden sind, wird die Anzahl der Punkte, welche jeweils in ein kleines Flächenelement (mit einer ausgewählten Größe) auf der Darstellung fallen, summiert und numerisch dargestellt. Das sich ergebende Diagramm ist in Fig.5 wiedergegeben, wobei die Zahlen die Häufigkeit des Auftretens von Punkten in jedem einzelnen Flächenelement auf dem Diagramm wiedergeben. In dem dargestellten Beispiel enthielt der geschlossene, mit 501 bezeichnete Bereich die höchste Punktkonzentration (d.h. mehr als fünf Punkte in jedem Flächenelement) , so daß die Häufigkeit des Auftretens in diesem Bereich weggelassen wurde, um die Darstellung zu verdeutlichen. Die Stelle ^/V auf der GR-Achse, die mit GR _f bezeichnet ist, ist durch die Linie für die niedrigsten Gammastrahlmeßwerte auf der Darstellung angezeigt, die durch eine gestrichelte Linie wiedergegeben ist. Die Stelle auf der GR-Achse, die mit GR. bezeichnet ist, ist durch den GR-Wert angezeigt, bei welchem ein zunehmender GR-Wert nicht mehr länger zu zunehmenden Werten von 1/σ¹ führt. Dies bedeutet, daß bei dem Wert GR ,_ im wesentlichen alles Wasser in den Formationen gebunden ist (was für einen Schieferanteil kennzeichnend ist). Ein weiterer Schieferanteil würde zu einer Zunahme auf der GR-Achse führen, würde aber nicht den Bruchteil an gebundenem Wasser erhöhen, da im wesentlichen alles vorhandene Wasser bei der GR .-Linie als

wb

gebunden angezeigt wurde. Der Bruchteil an gebundenem Wasser wird dann durch Interpolieren zwischen den Bezugslinien GR _F

und GR . bestimmt, das bedeutet;
wb

909816/08S8

r GR - GR_wf

^Swb ⁼ GR . -GR wb wf

Die Linie auf der 1/σ¹ -Achse, bei welcher 1/σ¹ sich im wesentlichen mit dem GR-Wert (über GR i_ hinaus) nicht mehr ändert, ist mit 1/σ _b bezeichnet, da wie vorstehend ausgeführt, an dieser Stelle auf der Darstellung im wesentlichen alles Formationswasser gebunden ist. Dementsprechend wird der Wert σ . von der gestrichelten, entsprechend bezeichneten Linie an erhalten. Die Anmelderin hat nunmehr herausgefunden, daß der Wert σ , im wesentlichen eine Konstante ist, und einen Wert von etwa 7mhos/m bei 75°C hat. Sie kann jedoch nicht als eine universelle Konstante angesehen werden und kann sich etwas in verschiedenen Bereichen ändern. Auf jeden Fall ist sie beispielsweise aus der Aufzeichnung der Fig.5 bestimmbar. Der Wert der Leitfähigkeit σ ψ von freiem Wasser kann beispielsweise aus der gestrichelten Linie für freies Wasser auf der Darstellung in Fig.5 erhalten werden. Andererseits kann, was bekannt ist, der Wert σ , aus einem sauberen Sandabschnitt mit einem Meßwert für den spezifischen Widerstand oder aufgrund einer Ortskenntnis erhalten werden. Selbstverständlich können auch andere Methoden angewendet werden, um zumindest eine der hier betrachteten Werte zu erhalten.

Wenn die Werte von GR , GR . , σ _ und σ - für den interessierenden Tiefenbereich festgestellt worden sind,können entsprechende Signalpegel an die Recheneinheit 60 (Fig.2) eingegeben werden. Nunmehr können die Meßwerte von GR (als Funktion der Tiefe) in die Recheneinheit 60 eingegeben werden und der Wert

σ¹ kann ausgegeben und erforderlichenfalls auf einer dynamiwco

sehen Basis aufgezeichnet werden. Gleichzeitig gibt die Recheneinheit 60 (Fig.3) das Signal σ' als Ausgang an die Aufzeichnungseinrichtung 90 ab. Dieses Signal kann nunmehr mit dem Wert σ. überlagert werden, was den großen Vorteil hat, mögliche Kohlenwasserstoff führende Zonen zu identifizieren.

In Fig.6 ist die Art derSignale dargestellt, welche durch die

909816/08S6

Aufzeichnungseinrichtung 90 mit der Ausführungsform der Fig.1 aufgezeichnet werden können. Die vertikale Achse gibt die Tiefe wieder. Die mittlere Spur zeigt die· Umkehrwerte von σ' (gestrichelte Linie) und von σ. (ausgezogene Linie) , d.h. den berechneten "nassen" spezifischen Widerstand bzw. den gemessenen spezifischen Widerstand in der jeweiligen Tiefe. Die Divergenzbereiche dieser Kurven, beispielsweise die mit 2 und 3 bezeichneten Bereiche ,zeigen an, daß der in der jeweiligen Tiefe gemessene spezifische Widerstand wesentlich größer ist als der berechnete "nasse" spezifische Widerstand (oder umgekehrt , daß die in der jeweiligen Tiefe gemessene Leitfähigkeit wesentlich kleiner ist als die berechnete "nasse" Leitfähigkeit), wodurch angezeigt ist, daß dies mögliche Kohlenwasserstoff führende Zonen sind. In der linken Spur ist der Ausgang einer das spontane Potential (SP) erfassenden Einrichtung über den gleichen Tiefenbereich dargestellt .Der verhältnismäßig hohe Wert von SP, beispielsweise in den mit 4 und 5 bezeichneten Bereichen beruht auf dem schieferhaltigen Grund und kennzeichnet die schieferhaltigen Bereiche. Auch ist zu sehen, daß die Widerstandskurven im allgemeinen gerade in den schieferhaltigen Zonen jeweils anders verlaufen, wie es bei wasserführenden, schieferhaltigen der Fall sein sollte. Dieser kontinuierliche Spurverlauf der gemessenen und abgeleiteten Widerstandssignale ist ein wichtiger Vorteil der Erfindung, da vergleichsweise herkömmliche Verfahren im allgemeinen in schieferhaltigen Bereichen unzuverlässig sind, wie eingangs in Verbindung mit dem Stand der Technik ausgeführt worden ist.

Die Bestimmung eines berechneten Wertes für die WasserSättigung, nämlich S , wird nunmehr beschrieben. In der eingangs angegebenen Beziehung (9) ist gezeigt, daß die zusammengesetzte Wasserleitfähigkeit σ ausgedrückt werden kann als:

%c - %f ⁺ if «\Λ - ^awf> Gl. (6) kann folgendermaßen geschrieben werden:

909816/0856

wobei σ die (unbekannte) tatsächliche Leitfähigkeit des For-

arationswassers ist. Wenn der Ausdruck für die zusammengesetzte Wasserleitfähigkeit (σ ) für den Wert σ in Gl.(17) eingesetzt wird, ergibt sich:

Die vermeintliche Wasserleitfähigkeit σ¹ ist (wie in Verbin-

VfCL η

dung mit Fig.5 beschrieben ist) gleich σ /CL . Durch Einsetzen in Gl.(18) ergibt sich:

^Sw^Swb ^{%h ' was /wie folgt, umgeschrieben werden kann:

^Wf¹⁵W ⁺ ^⁵Wb«W ^awf^)1Sw- ^awa * ° ⁽²⁰⁾

\
Gl

wofür sich dann ergibt:

Diese quadratische Gleichung kann nach S aufgelöst werden

"wf^{1 ]2} * ^4gwf^p»_a

Aus der Beziehung (21) ist zu ersehen, daß ein Wert für die Wassersättigung, der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der zusammengesetzten (freien und gebundenen) Wasserleitfähigkeit erhalten worden ist, sogar in schieferhaltigen Bereichen eine sinnvolle Information schafft

da die Wirkung des schieferhaltigen Gesteins, nämlich einen Teil des Formationswassers zu binden, in der Beziehung berücksichtigt ist. Folglich braucht das herkömmliche Verfahren, einen entsprechend "Zementierungs"-Exponenten für schieferhaltige Formationen zu schätzen ,nicht mehr angewendet zu werden.

909816/08S6

In Fig.4· ist eine Ausführungsform der Recheneinheit 80 dargestellt, die verwendet wird, um gemäß der Beziehung (21) ein mit S bezeichnetes Signal zu erzeugen, das die berechnete Wassersättigung ergibt. Das Signal, das einen "richtigen" oder gemessenen spezifischen Widerstand σ, (Fig.1) wiedergibt, ist ein Eingang an einer Quotientenschaltung 811♦ Der andere Eingang an der Quotientenschaltung ist der Ausgang einer Quadrierschaltung 812, deren Ausgang ein den Wert 0. wiedergebendes Signal ist. Folglich ist der Ausgang der Quotientenschaltung 811 proportional zu σ,/0. , was gleich der vermeintlichen Formationsleitfähigkeit σ¹ ist. Dieses Signal wird wiederum an einen Eingang einer Multiplizierschaltung 805 angelegt, deren anderer Eingang ein die Größe σ ^ wiedergebendes Signal ist. Der Ausgang der Multiplizierschaltung 805 wird zusammen mit einem Bewertungsfaktor von 4 an einen Eingang einer Summierschaltung 804 angelegt. Das Signal σ _f wird auch an den negativen Eingangsanschluß einer Differenz schaltung 801 angelegt, an deren positiven Eingang ein den Wert σ ^ wiedergebendes Signal anliegt. Der Ausgang der Differenzschaltung 801 ist ein Eingang an einer Multiplizierschaltung 802. Der andere Eingang der MuI¹: tiplizierschaltung 802 ist ein den Wert S . wiedergebendes Signal, welches beispielsweise vom Ausgang des Begrenzers 604 (Fig.2) erhalten werden kann. Folglich ist der Ausgang der Multiplizierschaltung 802 ein Signal, das S , (σ . - σ ^) wiedergibt. Dieses Signal wird.an eine Quadrierschaltung 803 und an den positiven Eingangsanschluß einer Differenzschaltung 807 angelegt. Der Ausgang der Quadrierschaltung 803 wird an den anderen Eingang der Summierschaltung804 angelegt, deren Ausgang wiederum mit einer Quadratwurzel bildenden Schaltung 806 verbunden ist. Der Ausgang der Schaltung 806 ist mit dem negativen Eingang einer Differenzschaltung 807 verbunden. Der Ausgang der Differenzschaltung 807 ist mit einem Eingang einer Quotientenschaltung 808 verbunden, an deren anderen Eingang das Signal σ - anliegt, das mit einem Bewertungsfaktor von 2 eingebracht wird. Der Ausgang der Quotientenschaltung 808 ist entsprechend der Beziehung (21) das gewünschte, den Wert S darstellende Signal. Die rechte Spur der Fig.6 gibt die aufgezeichneten Werte der berechneten Wassersättigung S wieder.

909816/0856

Die Bestimmung einer zusammengesetzten Leitfähigkeit und die Bestimmung der Wassersattigung können gemäß der Erfindung genauso gut bei der Zone der Formationen angewendet werden, in die eingedrungen worden ist. Beispielsweise würde dann in den Beziehungen (9) und (18) die Größe σ _f durch die Größe σ _f (d.h. durch die Leitfähigkeit des eindringenden Schlammfiltrats) ersetzt, und die Wassersättigung S würde durch die Sättigung S in der eingedrungenen Zone ersetzt werden. Die vorstehend angeführte, die elektromagnetische Ausbreitung erfassende Einrichtung mißt dann die Kenndaten der Zone, in die eingedrungen worden ist. In der eingangs erwähnten US-Patentanmeldung S.N. 788 393 ist ein Verfahren beschrieben, um den Wert 0 , mit Hilfe einer die elektromagnetische Ausbreitung (EMP) erfassenden Einrichtung zu messen. Dieses Verfahren kann hier als Alternative angewendet werden, um den Wert S , aus S , =0 , /0. zu erhalten. In der anderen eingangs erwähnten US-Patentanmeldung S.N. 806 983 ist beschrieben, daß eine Leitfähigkeit, die mit Hilfe einer EMP-Einrichtung gemessen und σ_ΕΜρ bezeichnet ist, mit der Leitfähigkeit σ des Formationswassers durch eine lineare Funktion der wassergefüllten Porosität 0 verbunden ist, d.h.

^σΕΜΡ ⁼ %K ⁽²²⁾

Da S =0 /0 und 0 = 0.S ist, kann die Beziehung folgender-

VV Yi Ό VV T- Vr

maßen ausgedrückt werden:

°EMP ■ ⁰t^SW°W ⁽²³⁾

Wenn für den Wert σ in Gl. (23) der Ausdruck (9) für die zusam-

mengesetzte Wasserleitfähigkeit eingesetzt wird, ergibt sich:

S _b
^σΕΜΡ ^{= 0}t^Sw^[owf ⁺ S^ ^(£J- ^G)]

Wenn der Wert σ ~ durch den Wert σ ~ und wenn der Wert S¹ durch den Wert S ersetzt wird, und die Gleichung nach S'

909816/0866

aufgelöst wird, ergibt sich:

_s, °EMP^/0t - ^Swb^(CTwb - mf ₍₂ .

^xo " °mf

In Fig. 10 ist ein Blockschaltbild einer Recheneinheit 80' dargestellt, mit der entsprechend der Beziehung (25) ein Signal erhalten werden kann, das die berechnete Wassersattigung S¹ in der eingedrungenen Zone wiedergibt. Eine Quotientenschaltung

111 erhält als einen Eingang ein den Wert o"_EMp wiedergebendes Signal und als anderen Eingang ein den Wert 0. wiedergebendes Signal. Das Signal σ_ρΜρ kann von der EMP-Einrichtung 46 (Fig.1) mit Hilfe der Verarbeitungsschaltung 51 erhalten werden, wie sie beispielsweise in der bereits erwähnten US-Patentanmeldung S.N. 806 983 beschrieben ist. Eine weitere Quotientenschaltung

112 erhält als einen Eingang ein den Wert 0 . darstellendes Signal und als anderen Eingang das die Gesamtporosität 0. wiedergebende Signal. Wie oben ausgeführt, kann der Wert 0 , aus den Meßwerten erhalten werden, die mit einer die elektromagnetische Ausbreitung (EMP) erfassenden Einrichtung aufgenommen worden sind und er wird in diesem Beispiel in Verbindung mit dem Wert 0. verwendet, um S . (den Ausgang der Quotientenschaltung 112) zu erhalten. Selbstverständlich kann jedoch der Wert

S , auch mit Hilfe eines anderen Verfahrens als dem hier bewb

schriebenen erhalten werden. Eine Differenz schaltung 113 erhält an einem Eingang die Signale, die den Wert σ _fe (welcher, wie oben angegeben, erhalten werden kann und üblicherweise, obwohl nicht notwendigerweise, etwa 7mhos/m ist) und den Wert σ £ wiedergeben. Die Ausgänge der Quotientenschaltung 112 und der Differenzschaltung 113 werden einer Multiplizierschaltung

114 zugeführt, deren Ausgang infolgedessen S ^ (°"_wk ~ ^atnf) ist. Der Ausgang der Quotientenschaltung 111 und der Multiplizierschaltung 114 werden noch einer weiteren Differenzschaltung

115 zugeführt. Der Ausgang der Differenz schaltung 115 gibt infolgedessen den Zähler der Gl.(25) wieder. Dieser Ausgang und das den Wert σ _f darstellende Signal sind dann die Eingänge an einer weiteren Quotientenschaltung 116, deren Ausgang dann entsprechend der Gl.(25) den S^ wiedergibt. Dieses Signal kann

909816/_r0856

dann, wie in Fig.5 dargestellt ist, aufgezeichnet werden.

/der Die Messungen des spontanen Potentials mit Hilfe SP-Einrichtung 45 (Fig.1) können beispielsweise verwendet werden, um die Werte von S , zu erhalten. Die SP-Messung, kann dann, wie folgt, ausgedrückt werden:

S σ¹

SP = K log ^-2%. . (26)

^{10 S}xo^amf

wobei K eine von der absoluten Temperatur abhängende Konstante und a'_f eine zusammengesetzte Leitfähigkeit für das in die Zone eingedrungene Schlammfiltrat ist, die in der Form dem Ausdruck σ¹ entspricht, wie er durch die Beziehung (9) ausge-

WC

drückt ist. Auf der Grundlage der Beziehung (9) ergibt sich:

^Sw^awc ⁼ W ^{+ S}wb^(c7wb - ^awf^{} (27)}

S σ' = S σ _c + S , (σ . - σ ,) (28)

xo mf xo mf wb wb mf ^x

Durch Einsetzen der Gl.'en (27) und (28) in die Gl.(26) und durch ein Umordnen ergibt sich dann:

S ₁₀ ^SP/^K- J^ =S_U 3* (1 - _1O ^SP/^K ₎₊1O^SP/K-^ (29) ^xo °mf ^{b a}mf ^amf

Zn einem wasserführenden Bereich der Formationen, wo S = S ist, läßt sich die Beziehung (29) vereinfachen auf:

S , =
wb

°wb^/amf⁽¹ *
wobei ν = - (30)

^SB/K

Infolgedessen kann die Beziehung (30) (wenn der Wert SP eines wasserführenden Bereichs genommen wird) als weiteres Verfahren angewendet werden, um den Wert S , zu erhalten. In Fig .11 ist eine Schaltung dargestellt, die verwendet werden kann, um entsprechend derBeziehung (30) ein den Wert S , wiedergebendes

909816/0856

Signal zu erhalten. Hierbei sind eine Quotientenschaltung 121, eine sogenannte antilogarithmische Schaltung 122, eine Differenzschaltung 124 und. eine Multiplizierschaltung 126 verwendet, um den Zähler zu erhalten, während eine Quotientenschaltung 123, eine antilogarithmische Schaltung 122 und eine Differenzschaltung 125 verwendet sind, um den Nenner von ν zu erhalten. Die Quotientenschaltung 127 schafft dann den Wert für ν und eine Summierschaltung 128 und Inverter 129 werden verwendetem ein den Wert S , wiedergebendes Signal zu erhalten.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der bestimmte, zusammengesetzte Parameter der Formationen die zusammengesetzte Leitfähigkeit (oder der zusammengesetzte spezifische Widerstand) gewesen. Ein anderer zusammengesetzter Parameter, welcher bestimmt werden kann, ist der zusammengesetzte Einfangquerschnitt der mit Hilfe einer die Neutronenzerfallszeit (NDT) erfassenden Einrichtung plus Eingängen erhalten worden ist, die den oben angegebenen entsprechen. Bekanntlich ist die Neutronenzerfallzeit (NDT) insbesondere bei ausgekleideten bzw. betonummantelten Bohrlöchern vorteilhaft, wo Widerstandsmeßwerte nicht verwendet werden können. In einem solchen Fall gilt die oben angegebene Beziehung (11):

Ka" f

Der vermeintliche zusammengesetzte Einfangquerschnitt

WCO

kann in derselben Weise erhalten werden, wie der Wert σ¹ erhalten wurde, indem die in Fig.7 dargestellte Recheneinheit 60^f verwendet wird. In Fig.7 arbeiten eine Multiplizierschaltung 705, eine Differenz schaltung 706 und eine Summierschaltung 707 genauso wie die entsprechenden Schaltungen 605 bis 607 in Fig.2. Die entsprechenden Werte von ^_wf ^_wk ^un<^ ^s _wv₎ können durch eine Darstellung von^ über GR in der Weise erhalten werden, wie in Verbindung mit Fig.5 beschrieben worden ist. Der einzige Unterschied besteht darin, daß statt die Beziehung (15) zu verwenden, um eine berechnete, vermeintliche Wasserleitfähigkeit zu erhalten, ein vermeintlicher WassereinfangquerschnittΣ.^% ,

der über GR dargestellt ist, aus der bekannten Beziehung erhal-

909816/0856

ten wird:.

5" ma

wa 0. **■ ma

wobei X. der Matrix- bzw. Grundeinfangquerschnitt für die besondere, angetroffene Gesteinskunde ist. Die Schaltungsanordnung der Fig.8, die eine Differenzschaltung 881, eine Quotientenschaltung 882 und eine Summierschaltung 883 aufweist, kann verwendet werden, um entsprechend der Beziehung (31) den Wert £' zu erhalten.

Nach einem Auftragen von «· ' über GR können die Werte &- - und

wa wf

51. bestimmt werden, wie beispielsweise in Verbindung mit Fig.5 angegeben ist. Der Wert S^ kann mit Hilfe der Schaltungen 601 bis 604 der Fig.2 erhalten werden, wie in Verbindung mit dieser Figur beschrieben ist. Nach der Bestimmung des Wertes ί¹ kann

wco

nunmehr ein "nasser" Eingangquerschnitt (analog dem aus der Beziehung (14) erhaltenen Wert σ¹) erhalten werden aus:

(32)

Die Schaltungsanordnung der Fig. 9, die eine Differenz schaltung 901, Multiplizier schaltungen 902 und 903 und eine Summierschaltung 904 aufweist, kann verwendet werden, um ein den Wert 3t¹ wiedergebendes Signal zu erzeugen. Dieses Signal kann dann dem gemessenen Wert Σ in der Weise überlagert werden, wie in der mittleren Spur der Fig.5 dargestellt ist, um mögliche Kohlenwasserstoff führende Zonen aufzuzeigen.

Ein weiterer zusammengesetzter Parameter, der durch die verallgemeinerte Beziehung (9a) ausgedrückt werden kann, ist die Dämpfung α, d.h. die relative Dämpfung (die üblicherweise bezüglich der Temperatur und der Ausbreitungsverluste korrigiert wird), die mittels der die elektromagnetische Mikrowellenausbreitung ("EMP") erfassenden Einrichtung (46 in Fig.1) gemessen worden ist. Die Beziehung für diesen Parameter ist in der Gl.(9b) wiedergegeben und wird nunmehr kurz betrachtet. Zueist kann, wie in der US-PS 4 092 583 ausgeführt ist, die gemessene Dämpfung der Bodenformation (die mit α bezeichnet ist) folgen-

909816/0856

dermaßen ausgedrückt werden:

α = 0 α + (1" - 0 ) α (33)

w wc w m

wobei α die auf das Formationswasser (d.h. auf das zusammengesetzte Wasser entsprechend den oben wiedergegebenen Ausführungen) entfallende Dämpfung und α die auf die Formationshülle entfallende Dämpfung ist. Da α im Vergleich zu α sehr klein ist, kann Gl.(33) umgeschrieben werden in:

α =0 α (34)

^w wc

•-Durch diese Beziehung ist ausgedrückt, daß die Bodenformationsdämpfung durch einen Faktor 0 volumetrisch "eingestellt" ist, um dadurch die Tatsache in Betracht zu ziehen, daß Verluste im wesentlichen nur dadurch auftreten, daß ein Bruchteil der Bodenformation von dem Wasser eingenommen wird. Hierbei lautet die Gl.(9b) folgendermaßen:

+ fl* _(a - a ) (9b)

wc w _w w w

wobei α - die auf das freie Wasser entfallende Dämpfung (d.h. die Dämpfung, welche mit Hilfe einer die elektromagnetische Mikrowellenausbreitung ("EMP") erfassenden Einrichtung in einer theoretischen Umgebung, die ausschließlich aus freiem Forma— tionswasser besteht, gemessen würde) α , die auf das gebundene Wasser entfallende Dämpfung ist (d.h. die Dämpfung, welche mit der "EMP"-Erfassungseinrichtung in einer theoretischen Umgebung gemessen würde, die ausschließlich das gebundene Formationswasser enthält) und α die auf das zusammengesetzte Wasser entfal-

wc

lende Dämpfung ist (d.h. dieDämpfung, welche mit einer "EMP"-Erfassungseinrichtung in einer theoretischen Umgebung gemessen würde, die ausschließlich aus dem tatsächlichen Formationswasser besteht). Wenn die Gl.(9b) für den Bruchteil an gebundenem Wasser ,nämlich S ,/S gelöst wird, ergibt sich die Beziehung (9c) :

wb _ ^awc " ⁰¹Wf

wf wb wf

909816/0856

In dieser Ausführungsform der Erfindung werden α - und α . (oder die Parameter, die mit der mit Wasser gefüllten Porosität 0 multipliziert sind, um "Boden"-Veränderliche 0a ,. und 0a , zu erhalten) mit Hilfe von Dämpfungs- und Laufzeit- (oder Geschwindigkeits-) Messungen bestimmt, die mit einer die elektromagnetische Ausbreitung erfassenden Einrichtung, beispielsweise einer "EMP"-Einrichtung 46 in Fig.1) aufgenommen worden sind. Die Leitfähigkeit (im allgemeinen der Formationszone,in die eingedrungen worden ist), die mittels der "EMP"-Einrichtung erhalten worden ist und mit Q"_EMp bezeichnet wird, kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

ρ1
^σΕΜΡ ⁼ K~ ⁽³⁵⁾

wobei K eine Konstante ist, t , die gemessene Laufzeit durch die Formationen und α die Bodendämpfung ist, die aus der gemessenen Dämpfung bestimmt worden ist, die bezüglich der Ausbreitungsverluste und der Temperatur korrigiert ist, wobei α = 0 α (die oben wiedergegebene Gl.(34)) ist. Obwohl die Be-

W WC

Ziehung (35) für die Leitfähigkeit erwartet wird, um sie im wesentlichen unabhängig von der Salzhaltigkeit der Formation zu halten, ist beobachtet worden, daß der Wert σ «p häufig die mit anderen Einrichtungen gemessene !Leitfähigkeit übersteigt.. Eine Erklärung für die festgestellten Leitfähigkeitsunterschiede ist die, daß nicht alle Verluste, die durch die Bodendämpfungsmessung α wiedergegeben worden sind, auf die Leitfähigkeit oder Salzhaltigkeit des Formationswassers zurückzuführen sind. Es wird angenommen, daß außerordentliche Verluste bei Vorhandensein von gebundenem Wasser vorkommen, wobei diese Verluste mehr dielektrischer als leitender Art sind. Die Anmelderin hat jedoch herausgefunden, daß, wenn die durch gebundenes Wasser bedingten Verluste getrennt von den üblicherweise zu erwartenden, durch freies Wasser bedingten Verluste betrachtet werden, sich das Problem löst und sich viel realistischere Werte -für σ ergeben. Entsprechend einem Merkmal der Erfindung wird eine die Dämpfung wiedergebende Veränderliche bestimmt die unter anderem eher verwendbar ist, um o„._m zu erhalten. In dem unten wiedergegebenen Beispiel ist diese die Dämpfung wiederge-

909816/0856

bende Veränderung die durch das freie Wasser bedingte Veränderliche 0 α £. Die bestimmte Veränderliche ist auch in Verbindung mit anderen Verfahren verwendbar, wo die Dämpfung als Eingangswert oder als Korrekturwert verwendet wird.

In Fig.12 ist eine Ausführungsform der Recheneinheit 510 der Fig.1 dargestellt, welche verwendet wird, um ein Signal zu erzeugen, das den Bruchteil S ,/S an gebundenem Wasser wiedergibt. Hierbei sind zwei Differenzschaltungen 501 und 502 vorgesehen. An den positivenEingangsanschluß der Schaltung 501 wird ein Signal angelegt, das die Größe α darstellt, und an deren negativen Eingangsanschluß wird ein die Größe α - darstellendes Signal angelegt. An den positiven Eingangsanschluß der Schal-., tung 502 wird ein die Größe α , darstellendes Signal und an deren negativenEingangsanschluß wird das die Größe α ~ darstellende Signal angelegt. Die Ausgänge der Differenzschaltungen 501 und 502 werden an eine Quotientenschaltung 503 angelegt, welche ein Signal erzeugt, das dem Quotienten aus dem Ausgang derSchaltung 501 geteilt durch den Ausgang der Schaltung 502 proportional ist. Der Ausgang der Quotientenschaltung 503 ist folglich ein Signal, das entsprechend der Beziehung (9c) den Bruchteil S ,/S an gebundenem Wasser wiedergibt. In Wirklichkeit und wie bereits kurz erläutert, können die Eingänge an der Recheneinheit 510 einen gemeinsamen Multiplikator 0 aufweisen.

Die Art undWeise, auf welche die Eingänge an der Recheneinheit 510 erhalten werden können, wird nunmehr beschrieben. Insbesondere wird ein bevorzugtes Verfahren beschrieben, um Werte von α _f und von α , (oder von damit verwandten Bodendämpfungsveränderlichen 0 α _ und 0 α ,) zu erhalten. Meßwerte von α (Dämp-

W Wl W WD

fung) und von t , (Laufzeit) werden anfangs über einen interessierenden Tiefenbereich erhalten (z.B. mit Hilfe einer EMP-Einrichtung 46 der Fig.1, deren Ausgänge an der Verarbeitungsschaltung 51 zur Verfügung stehen). Die erhaltenen Werte von ei und t , werden wie in der Häufigkeitsdarstellung der Fig.13 dargestellt, aufgezeichnet. Die Werte von α können zuerst bezüglich der Temperatur und der Ausbreitungsverluste korrigiert werden. Die Darstellung der Fig.13 kann zuerst so verstanden

909816/0856

-■**■-

werden, daß eine höhere Porosität im allgemeinen zu höheren Werten sowohl der Dämpfung als auch der Laufzeit führen (zumindest wenn diese Porosität Wasser enthält). Dies kommt daher, daß Wasser mit mehr Verlusten behaftet ist als die Gesteinshülle, (daher die größere Dämpfung) und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Energie durch Wasser ist geringer als die durch die Hülle (daher die größere Laufzeit) ^ Folglich entsprechen zunehmende bzw. größere Werte von t , und α auf der Darstellung im allgemeinen zunehmenden oder größeren Porositätswerten. Der Wert α könnte andererseits auch über einer anderen Nichtleitfähigkeit aufgetragen werden, die sich auf Messungen, welche die Gesamtporosität 0, wiedergeben, wie beispielsweise 0_wn beziehen, wie vorstehend beschrieben ist.

Die mit t bezeichnete Stelle auf der t , -Achse stellt die pm pl

Laufzeit durch die Formationshülle dar. Zwei Linien, die mit "Trendlinie für freies Wasser" und mit "Trendlinie für gebundenes Wasser" bezeichnet sind, beginnen an der Stelle t und verlaufen etwa durch die unteren und oberen Kanten der hauptsächlichen H auf ungsstellen auf der Darstellung. Aus diesen Trendlinien kann folgendes geschlossen werden. In den Teilen der Formationen, die im wesentlichen nur freies Wasser enthalten, nehmen sowohl t , und α mit der Porosität zu, wobei die Zunahme der Laufzeit von dem Wasservolumen und die Dämpfungszunahme sowohl von dem Wasservolumen als auch von dessen Leitfähigkeit abhängt. Folglich hängt die Neigung der Trendlinie für freies Wasser von der Leitfähigkeit oder der dem freien Wasser zugeordneten geringeren Verlusten ab. Dasselbe gilt im allgemeinen für die Teile der Formationen, in welchen im wesentlichen alles Wasser gebunden ist. Jedoch ist in diesem Fall die Dämpfung nicht nur eine Funktion des Was servo lumens und dessen Leitfähigkeit, sondern auch der höheren Verluste einschließlich von dem gebundenen Wasser zugeordneten dipolaren Verlusten. Folglich hat die Trendlinie für gebundenes Wasser eine wesentlich größere Steigung als die für freies Wasser. Selbstverständlich könnten diese Tendenzen, die im wesentlichen die Beziehungen zwischen do.r Dämpfung und der Laufzeit in einem Bereich mit im wesentlichen freien Wasser (beispielsweise in sau-

909816/0856

berem Sand) oder in einem Bereich mit gebundenem Wasser (wie in schieferhaltigem Gestein) anfangs aus Meßdaten bestimmt werden, die in derartigen Formationsbereichen aufgenommen worden sind. Selbstverständlich sind diese Beziehungen auch bestimmbare Funktionen, welche nicht notwendigerweise linear sein müssen, sondern in der Darstellung der Fig.13 als linear dargestellt werden.

Wenn der Linienverlauf (oder die Funktionen) für freies und gebundenes Wasser festgestellt worden sind, kann nunmehr in jeder interessierenden Tiefe ein dem freien Wasser entsprechender Dämpfungswert erhalten werden, der die Dämpfung in den Formationen wiedergibt (die in der interessierenden Tiefe vorhanden sind) wenn im wesentlichen alles Wasser in den Formationen freies Wasser ist. In ähnlicher Weise kann eine dem gebundenen Wasser entsprechende Dämpfungsgröße erhalten werden, .welche die Dämpfung in den Formationen wiedergibt (die in der interessierenden Tiefe vorhanden .sind), wenn im wesentlichen alles Wasser in den Formationen gebundenes Wasser war. Mit diesen Größen kann in Verbindung mit der gemessenen Dämpfung in der interessierenden Tiefe der Bruchteil an gebundenem Wasser in den Formationen in der jeweiligen Tiefe bestimmt werden. Anhand von Fig. 13 können dann die einzelnen dargestellten Punkte (α, t ,) und die durch diese Punkte gezogene senkrechte Linie betrachtet werden. Bei einem bestimmten gemessenen Wert von t , gibt der Schnittpunkt mit der Linie für freies Wasser den Dämpfungswert an, der gemessen werden würde, wenn das Wasser in den Porenräumen dieser speziellen Formation ausschließlich freies Wasser enthielt (d.h. 0 α _f), während der Schnittpunkt mit der Linie für gebundenes

Wasser die Dämpfung wiedergibt, die gemessen worden wäre, wenn die Porenräume dieser Formation ausschließlich gebundenes Wasser enthielten (d.h. 0_w ^a _wv,) · ^In Wirklichkeit ist die gemessene Dämpfung (α = 0 α ) eine Dämpfung, welche einen Wert zwischen

W WC

diesen zwei Extremwerten hat, und das gesamte Wasser in den Porenräumen kann als ein zusammengesetztes Wasser mit einer Dämpfung α betrachtet werden. Folglich stellt die Beziehung (9o) und der Ausgang der Recheneinheit 510 eine lineare Verteilung zwischen den zwei Extremwerten dar und ergibt den Bruchteil

909816/0856

S , /S an gebundenem Wasser. (Der Multiplikator 0 vor jedem

VfJJ Vi ' V/

Glied wird am Ausgang der Recheneinheit 510 gestrichen, wenn 0a, 0_w ^a _wf ^und 0^w als die Eingangsgrößen verwendet werden) .

Außer der Verwendung von 0 α - und 0a,, um den Bruchteil an

w wx w wo

gebundenem Wasser zu erhalten, ist die Bodenformatio.nsdämpfung wenn alles Wasser freies Wasser ist (d.h. 0 α ^) brauchbar, wie

w wx

bereits erwähnt ist, um den Wert σ_ΕΜρ zu bestimmen, da die Dämpfung als Folge davon, daß gebundenes Wasser vorhanden ist, nicht zu einem unzulässig hohen Wert von σführt. Insbesondere kann der Wert cl™ bestimmt werden aus:

0 α .et τ

_ ^PW Wf pl ■

welche eine abgewandelte Form der Beziehung (35) ist, in welcher die Bodendämpfung (0 α -) bei freiem Wasser durch die Bodendämpfung (0 a , welche.:das Äquivalent der gemessenen Dämpfung α entsprechend der oben angeführten Beziehung (34) ist) bei zusammengesetzten Wasser ersetzt ist.

Bei einem anderen Verfahren, um die Bodendämpfung 0 α _f bei freiem Wasser zu erhalten, wird die Schaltungsanordnung der Fig.14 verwendet. Hierbei erhält eine Quotientenschaltung 431 an einen Eingängen Signale^die α und 0 wiedergeben, die beide aus Messungen erhalten worden sind, die mit einer EMP-Einrich— tung 46 (Fig.1) in einem sauberen, keinen Kohlenwasserstoff führenden Bereich der Formationen aufgenommen worden sind, in welchen im wesentlichen alles vorhandene Wasser freies Wasser ist. (Das den Wert 0 darstellende Signal kann beispielsweise

Vr

mit Hilfe des in der US-PS 4 092 583 beschriebenen Verfahrens erhalten werden). Der Quotient a/0 in diesem Bereich gibt den Wert a ^ entsprechend den Beziehungen (34) und (9b) wieder, wobei für diesen Fall S , = 0 ist. Insbesondere gilt dann:

^a = K ^awc^{= 0}w^awf^{+ 0}W JT^ ^(awb- ⁰¹Wf) <³⁷>

^{α = 0}W ^awf ^{(weun S}wb ^{= 0)} - ⁱ³⁸⁾

909816/0856

so daß a_wf = a/0_w ist, wenn S_wb = 0 ist. Wenn der Parameter α _f für die Formationen vorliegt, kann nunmehr die Veränderliche ^w^awf *^d*^h· ^die Bodendämpfung für freies Wasser) in einer bestimmten interessierenden Tiefe dadurch bestimmt werden, daß der Ausgang der Quotientenschaltung 431 mit einem Signal multipliziert wird, der den Wert 0 in dieser Tiefe wiedergibt; dies wird mittels der Multiplizierschaltung 432 durchgeführt. Eine weitere Multiplizierschaltung 433 kann verwendet werden, um ein Signal zu erhalten, das entsprechend der Gl. (36) den Wert σ_ΕΜρ wiedergibt. Eine analoge Schaltungsanordnung könnte verwendet werden, um einen entsprechenden Parameter α - für gebundenes Wasser aus der Information in einem schieferhaltigen Bereich zu erhalten, und dann könnte die Bodendämpfung bei gebundenem Wasser in den speziellen ,interessierenden Tiefen mit Hilfe einer Multiplizierschaltung erhalten werden, um ein den Wert 0a, darstellendes Signal zu schaffen. Die Signale,

W WD

die Werte 0 α _c und a„.._ wiedergeben, können auch erforderli-

W WE hiMir

chenfalls mittels einer Aufzeichnungseinrichtung 90 (Fig.1) aufgenommen werden.

Um die Werte entweder für gebundenes oder für freies Wasser zu erhalten, kann auch erforderlichenfalls eine nichtlineare Interpolation angewendet werden (siehe beispielsweise in Fig.13). Da der Wert t , durch Kohlenwasserstoffreste beeinflußt werden kann, die in der Formation nahe dem Bohrloch zurückgeblieben sind, kann die angegebene Dämpfung, die den Bedingungen bei freiem oder gebundenem Wasser entspricht, etwas ungenau sein. Da jedoch sowohl die Werte für t , und α infolge der Wirkungen des Kohlenwasserstoffs abnehmen,ergibt sich ein gewisser Ausgleich in den angegebenen Sättigungswerten für gebundenes oder freies Wasser. Wenn α ^ oder 0 a.-. bestimmt ist, sind die Koh-

wr w Wi

lenwasserstoffeinflüsse entsprechend den t ,-Werten niedriger und schaffen etwas niedrige α _f-Werte und folglich sind, wenn dies bei Leitfähigkeitsmessungen angewendet wird, die Werte niedriger. Eine 0 -Messung (die verhältnismäßig unabhängig von Kohlenwasserstoffeinflüssen ist) anstelle einer t ,-Messung kann in einigen Fällen bei dem in Fig.13 dargestellten Verfahren vorteilhaft sein.

909816/0856

So

Die Erfindung ist vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Obwohl eine Schaltungsanordnung beschrieben worden ist, um analoge Signale zu erzeugen / die die gewünschten Größen wiedergeben, kann beispielsweise ohne weiteres ein digitaler Universalrechner programmiert werden, um die angegebenen Verfahren auszuführen. Obwohl zur Erläuterung Leitfähigkeitswerte verwendet worden sind, könnten auch Umkehrungen der hier verwendeten Werte in Verbindung mit der Leitfähigkeitsumkehr, d.h. dem Widerstand verwendet werden.

Ende der Beschreibung

909816/0856

Claims (56)

1. P at entans ρ r ü c h e zum Patentgesuch

   der Firma Societe de Prospection Electrique Schlumberger, Paris / Frankreich

   ^ 1 j Verfahren zum Bestimmen von Kenndaten unterirdischer Formationen, insbesondere eines zusammengesetzten Parameters von Formationswasser in ein Bohrloch umgebenden Formationen, wobei eine erste Größe abgeleitet wird, die den Parameter für das freie Wasser in den Formationen wiedergibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Größe abgeleitet wird, die den Bruchteil an gebundenem Wasser in den Formationen wiedergibt, daß. eine dritte Größe abgeleitet wird, die den Parameter für das gebundene Wasser in den Formationen wiedergibt, und daß der zusammengesetzte Parameter als Funktion der ersten, zweiten und dritten Größe bestimmt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t,da.ß eine vierte Größe abgeleitet wird, die die Differenz zwischen der dritten und ersten Größe wiedergibt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter als die Summe der ersten Größe und des Produktes der zweiten und vierten Größen bestimmt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche T bis 3, dadurch gekennzeichnet^ daß der Parameter der Einfangquerschnitt ist. 909816/085 6
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter die Leitfähigkeit ist.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine fünfte Größe abgeleitet wird, die den Bruchteil an freiem Wasser in den Formationen wiedergibt, und daß die zusammengesetzte Wasserleitfähigkeit als Summe eines ersten und eines zweiten Produkts bestimmt wird, wobei das erste Produkt die fünfte Größe mal der ersten Größe und das zweite Produkt die zweite Größe mal der dritten Größe ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennze ic hn e t, daß die zusammengesetzte Leitfähigkeit σ¹ bestimmt wird als _s

   σ* = σ j.+ ■=— (σ . - σ ,-) wc wf S, wb wf

   wobei σ _f die Leitfähigkeit des freien Wassers in den Formationen, σ , die Leitfähigkeit des gebundenen Wassers in den Formationen, S - die Sättigung des gebundenen Wassers in den Formationen und S die Wasser Sättigung in den Formationen ist.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzte Leitfähigkeit eine vermeintliche zusammengesetzte Wasserleitfähigkeit σ' ist und be-» stimmt wird als

   wco wf wb wb wf'

   wobei σ _f die Leitfähigkeit des freien Wassers in den Formationen, σ . die Leitfähigkeit des gebundenen Wassers in den Formationen und S . die Sättigung des gebundenen Wassers in den. Formationen ist.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine berechnete "nasse" Leitfähigkeit der Formationen, nämlich σ¹ bestimmt wird als .

   σ' » σ¹ 0?
   ο wco^t

   909816/0856

   wobei 0. die Gesamtporosität der Formation ist.
10. 10. Einrichtung zum Bestimmen von Kenndaten unterirdischer Formationen/ insbesondere eines zusammengesetzten Parameters von Formationswasser in ein Bohrloch umgebenden Formationen, mit einerEinrichtung, um eine erste Größe zu erhalten, die den Parameter für das freie Wasser in den Formationen wiedergibt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um eine zweite Größe zu erhalten, die den Bruchteil an gebundenem Wasser in den Formationen wiedergibt; durch eine Einrichtung, um eine dritte Größe zu erhalten, die den Parameter für das gebundene Wasser in den Formationen wiedergibt, und durch eine Einrichtung zum Bestimmen des zusammengesetzten Parameters als Funktion der ersten, zweiten und dritten Größen.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzei c:_h net durch eine Einrichtung, um eine fünfte Größe zu erhalten, welche die Differenz, zwischen der dritten und ersten Größe wiedergibt. *
12. 12* Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzei chn e t, daß der Parameter als die Summe der ersten Größe und dem Produkt der zweiten und vierten Größe bestimmt wird.
13. 13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennze ich η et, daß der Parameter der Einfangquerschnitt ist.
14. 14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzei chnet, daß der Parameter die Leitfähigkeit ist.
15. 15. Einrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um eine fünfte Größe zu erhalten,, die den Bruchteil des freien Wassers in den Formationen wiedergibt, wobei die zusammengesetzte Wasserleitfähigkeit als die Summe eines ersten und eines zweiten Produktes bestimmt wire, . wobei das erste Produkt die fünfte Größe mal der ersten Größe und das zweite Produkt die zweite Größe mal der dritten Größe

    909816/0856
16. 16. Einrichtung nach.Anspruch 14, dadurch g e k e η η -

    ζ e ichnet, daß die zusammengesetzte Leitfähigkeit σ' bestimmt wird als _ς

    σ¹ = σ _c + Tr^- (σ , - σ J)

    wc wf S, wb wf

    wobei σ _f die Leitfähigkeit des freien Wassers in den Formationen, σ . die Leitfähigkeit des gebundenen Wassers in den Formationen, S , die Sättigung des gebundenen Wassers in den Formationen und S die Wassersättigung in den Formationen ist.
17. 17. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzte Leitfähigkeit eine vermeintliche zusammengesetzte Wasserleitfähigkeit ,nämlich

    σ¹ ist und bestimmt wird als
    wco

    G¹ -Oj. + S.iO'.+Oj.)

    wco wf wb wb wf

    wobei σ _f die Leitfähigkeit des freien Wassers in den Formationen, σ , die Leitfähigkeit des gebundenen Wassers in·'den Formationen und S , die Sättigung des gebundenen Wassers in den Formationen ist.
18. 18. Einrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bestimmen einer berechneten "nassen" Leitfähigkeit ά¹' der Formationen in Form von

    σ¹ = σ' 07

    O WCO^t

    wobei 0. die Gesamtporosität der Formation ist.
19. 19. Verfahren zum Bestimmen der Wassersättigung von ein Bohrloch umgebenden Formationen, insbesondere nach Anspruch 1, wobei eine erste Größe abgeleitet wird, welche die Leitfähigkeit des freien Wassers in den Formationen wiedergibt, dadurch g e— kennzeichnet, daß eine zweite Größe abgeleitet wird, die den Bruchteil an gebundenem Wasser in denFormationen wiedergibt, daß eine dritte Größe abgeleitet wird; die die Leitfähigkeit des gebundenen Wassers in den Formationen wiedergibt,

    909818/0856

    daß eine Größe abgeleitet wird, die die gemessene Leitfähigkeit der Formationen wiedergibt, und daß die WasserSättigung der Formationen als Funktion der ersten, zweiten und dritten Größen und der gemessenen, die Leitfähigkeit wiedergebenden Größe bestimmt wird.
20. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Größe abgeleitet wird, welche die Porosität der Formationen wiedergibt, und daß die Bestimmung der Wassersättigung ebenfalls eine Funktion der die Porosität wiedergebenden Größe ist.
21. 21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der WasserSättigung eine Größe abgeleitet wird, die die vermeintliche Wasserleitfähigkeit der Formationen entsprechend der gemessenen die Leitfähigkeit wiedergebenden Größe und der die Porosität wiedergebenden Größe darstellt, wobei die Bestimmung der Wassersättigung eine Funktion der ersten, zweiten und dritten Größen und der vermeintlichen, die Wasserleitfähigkeit wiedergebenden Größe ist.
22. 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasser Sättigung bestimmt wird als

    _ 1

    3 , (σ - - σ j.) ] + 4σ ,-σ¹ - S , (σ . - σ -.) wb ^ν wb wf'^J wf wa wb¹ wb wf

    wf

    wobei σ _f die Leitfähigkeit des freien Wassers in den Formationen, σ , die Leitfähigkeit des gebundenen Wassers in den Formationen, S . die Sättigung des gebundenen Wassers in den Formationen und o' die vermeintliche Wasserleitfähigkeit der Formationen ist.
23. 23. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch g e k e η η - ■ zeichnet, daß die bestimmte Wassersättigung die Wassersättigung der Zone der Formation, ist, in die eingedrungen worden ist.

    909316/0856
24. 24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Größe die Leitfähigkeit des
    Schlammfiltrats in der Formationszone wiedergibt, in die eingedrungen worden ist.
25. 25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe, die eine gemessene Leitfähigkeit wiedergibt, eine Leitfähigkeit ist, die mittels einer
    EPT-Erfassungseinrichtung erhalten worden ist.
26. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigung S¹ der Formations zone, in die eingedrungen worden ist, bestimmt wird als

    04. - S . (σ . - σ

    °mf

    wobei σ_- die Leitfähigkeit des in die Formationen eingedrungenen Schlammfiltrats, σ , die Leitfähigkeit des gebundenen
    Wassers in den Formationen, S - die Sättigung des gebundenen
    Wassers in den Formationen, 0. die Gesamtporosität der Formationen und Ogjjp die Leitfähigkeit der Formation ist, in die eingedrungen worden ist, wenn sie mittels einer EMP-Erfassungseinrichtung bestimmt worden ist.
27. 27. Einrichtung zum Bestimmen der Wassersättigung von ein Bohrloch umgebenden Formationen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 19, mit einer Einrichtung, um eine
    erste Größe zu erhalten, die die Leitfähigkeit des freien Wassers in den Formationen wiedergibt, gekennze lehnet durch eine Einrichtung, um eine zweiteGröße zu erhalten, die den Bruchteil an gebundenem Wasser in den Formationen wiedergibt, durch eine Einrichtung, um eine dritte Größe zu erhalten, die die Leitfähigkeit des gebundenen Wassers in der Formation wiedergibt, durch eine Einrichtung, um eine Größe zu erhalten, die die gemessene Leitfähigkeit derFormationen wiedergibt, und durch eine Einrichtung, um dieWassersattigung der Formationen als Funktion der ersten, zweiten und dritten Größen und
    der gemessenen, die Leitfähigkeit darstellenden Größe zu bestim-

    909816/0856
28. 28. Einrichtung nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um eine Größe zu erhalten, diedie Porosität der Formationen wiedergibt, wobei die Bestimmung der Wassersättigung auch eine Funktion der die Porosität wiedergebenden Größe ist.
29. 29. Einrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bestimmen der Wassersättigung eine Einrichtung aufweist, die auf die gemessene, die Leitfähigkeit darstellende Größe und auf die die Porosität wiedergebende Größe anspricht, um eine Größe zu erhalten, die die vermeintliche Wasserleitfähigkeit der Formationen wiedergibt, wobei die Bestimmung der Wassersättigung eine Funktion der ersten, zweiten und dritten Größen und der vermeintliche^ die Wasserleitfähigkeit wiedergebenden Größe ist.
30. 30. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß die Wassersättigung bestimmt wird als /^[s _wb '°wb - ^CTwf"² * ^4ctwf°^ -^s«b <°wb - ^owf'

    wobei σ - die Leitfähigkeit des freien Wassers in den Formationen, σ , die Leitfähigkeit des gebundenen Wassers in den-Formationen, S . die Sättigung des gebundenen Wassers in den Formationen und σ* die vermeintliche Wasserleitfähigkeit der Formation ist,
31. 31. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch g e k e η η -

    ζ e i c h net, daß die bestimmte WasserSättigung die Wassersättigung in der Format ions zone ist, in die eingedrungen worden ist.
32. 32. Einrichtung nach Anspruch 31, dadurch g e k e η η zeichne t, daß die erste Größe die Leitfähigkeit des Schlaitimf iltrats in der Formations zone wiedergibt, in die eingedrungen worden ist.

    909816/0856
33. 33. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe, die eine gemessene Leitfähigkeit wiedergibt, eine Leitfähigkeit ist, die mittels einer EPT-Erfassungseinrichtung erhalten worden ist.
34. 34. Einrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,«
    bestimmt wird als

    zeichnet, daß die Sättigung S¹ in der Formationszone

    ^amf
35. 35. Verfahren zum Bestimmen einer dem freien Wasser entsprechenden Veränderlichen der ein Bohrloch umgebenden Formationen , insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Funktion abgeleitet wird, die den Parameter in zumindest einem Bereich der Formationen darstellt, in welchem im wesentlichen alles vorhandene Wasser freies Was ser ist, daß eine Größe erhalten wird, die den Wassergehalt der Formationen wiedergibt, und daß die dem freien Wasser entsprechende Veränderliche aus der Funktion und der Größe bestimmt wird.
36. 36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe, die den Wassergehalt wiedergibt, aus zumindest einer Messung in den Formationen erhalten wird, die in einer bestimmten Tiefe.das Bohrloch umgeben.
37. 37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die dem freien Wasser entsprechende Veränderliche die Dämpfung einer elektromagnetischen Energie in den eine bestimmte Tiefe umgebenden Formationen ist, wenn im wesentlichen alles Waser in den entsprechenden Formationen freies Wasser war, und daß die Funktion aus Dämpfungsmessungen erhalten wird.
38. 38. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch g ekennzeichnet, daß die Menge, die einen Wassergehalt

    90 9 816/0856

    wiedergibt, aus zumindest einer Laufzeitmessung erhalten wird.
39. 39. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmessungen Messungen sind, die mit Hilfe einer die elektromagnetische Mikrowellenausbreitung erfassenden Einrichtung aufgenommen sind.
40. 40. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch g e k e η η -

    ζ e ichnet, daß die Laufzeitmessungen Messungen sind, die mit einer die elektromagnetische Mikrowellenausbreitung erfassenden Einrichtung aufgenommen sind.
41. 41. Einrichtung zum Bestimmen einer dem freien Wasser entsprechenden Veränderlichen von ein Bohrloch umgebenden Formationen insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 35, gekennze ichnet durch eine Einrichtung, um eine Funktion zu erhalten, die den Parameter in zumindest einem Bereich der Formation wiedergibt, in welchem im wesentlichen alles vorhandene Wasser freies Wasser ist,- durch eine Einrichtung, um eine Größe zu erhalten, die den Wassergehalt in den Formationen wiedergibt, und durch eine Einrichtung, um die dem freien Wasser entsprechende Veränderliche aus der Funktion und derGröße zu bestimmen.
42. 42. Einrichtung nach Anspruch 41, dadurch g e k e η η - . zeichnet, daß die Größe, die den Wassergehalt wiedergibt, aus zumindest einer Messung in den Formationen erhalten wird, die in einer bestimmten Tiefe das Bohrloch umgeben.
43. 43. Einrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet ,daß die dem freien Wasser entsprechende Veränderliche die Dämpfung von elektromagnetischer Energie in den Formationen in einer bestimmten Tiefe ist, wenn im wesentlichen alles Wasser in den umgebenden Formationen freies Wasser war, und daß die Funktion aus Dämpfungsmessungen erhalten wird.
44. 44. Einrichtung nach einem der Ansprüche 41 bis' 43, dadurch ga kenn.ζ e ichnet, daß die Größe, die den Wasserge-

    909816/0856

    halt darstellt,aus zumindest einer Laufzeitmessung erhalten wird.
45. 45. Einrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzei chnet, daß die Dämpfungsmessungen Messungen sind, die mittels einer die elektromagnetische Mikrowellenausbreitung erfassenden Einrichtung aufgenommen sind.
46. 46. Einrichtung nach Anspruch 44, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Dämpf ungs- und Lauf Zeitmessungen Messungen sind, die mit einer die elektromagnetischen Mikrowellenausbreitung erfassenden Einrichtung aufgenommen sind.
47. 47. Verfahren zum Bestimmen des Bruchteils an gebundenem..Wasser von ein Bohrloch umgebenden Formationen, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Größe abgeleitet wird, welche die Dämpfung von elektromagnetischer Energie in den Formationen wiedergibt, wenn im wesentlichen alles Wasser in den Formationen freies Wasser war, daß eine zweite Größe erhalten wird, die die Dämpfung der elektromagnetischen Energie in den Formationen wiedergibt, wenn im wesentlichen alles Wasser den Formationen gebundenes Wasser war, daß eine dritte Größe in Abhängigkeit von der gemessenen Dämpfung der elektromagnetischen Energie durch die Formationen erhalten wird, und daß der Bruchteil an gebundenem Wasser aus der ersten, zweiten und dritten Größe bestimmt wird.
48. 48. Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Größe von eine rDämpf ungsmessung abhängt, die mittels einer die elektromagnetische Mikrowellenausbreitung erfassenden Einrichtung vorgenommen worden ist.
49. 49. Verfahren nach einem der Ansprüche 47 oder 48 ,dadurch gekennze lehnet, daß der Bruchteil an gebundenem Wasser als Differenz zwischen der dritten und ersten Größe, geteilt durch die Differenz zwischen der zweiten und ersten Größe bestimmt wird.

    909816/0856
50. 50. Verfahren nach einem der Ansprüche 47 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß um die erste Größe zu erhalten, eine erste Funktion abgeleitet wird, die die Dämpfung in zumindest einem Formationsbereich wiedergibt, in welchem im wesentlichen alles vorhandene Wasser freies Wasser ist, daß eine den Wassergehalt wiedergebende Größe abgeleitet wird, und daß die erste Größe aus der ersten Funktion und der den Wassergehalt wiedergebenden Größe bestimmt wird.
51. 51. Verfahren"nach Anspruch 50, dadurch g e k e η η -

    ζ ei chnet, daß um die zweite Größe zu erhalten, eine zweite Funktion abgeleitet wird, die die Dämpfung an zumindest einem Formatoinsbereich wiedergibt, in welchem im wesentlichen alles vorhandene Wasser gebundenes Wasser ist, und daß die zweite Größe aus der zweiten Funktion und der den Wassergehalt wiedergebenden Größe bestimmt wird.
52. 52. Einrichtung zum Bestimmen des Bruchteils an gebundenem Wasser von ein Bohrloch umgebenden Formationen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch .47, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um eine erste Größe abzuleiten, diedie Dämpfung von elektromagnetischer Energie in den Formationen wiedergibt, wenn im wesentlichen alles Wasser in den Formationen freies Wasser war, durch eine Einrichtung, um eine zweite Größe zu erhalten, die die Dämpfung von elektromagnetischer Energie in den Formationen wiedergibt, wenn im wesentlichen alles Wasser in den Formationen gebundenes Wasser war, durch eine Einrichtung, um eine dritte Größe in Abhängigkeit von der gemessenen Dämpfung der elektromagnetischen Energie durch die Formationen zu erhalten, und durch eine Einrichtung, um den Bruchteil an gebundenem Wasser aus der ersten, zweiten und dritten Größe zu bestimmen.
53. 53. Einrichtung nach Anspruch 52, dadurch <j e k e η η -

    ζ e i c h η e t, daß die dritte Größe von einer Dämpfungsmessung abhängt, die mit einer die elektromagnetische Mikrowellenausbreitung erfassenden Einrichtung vorgenommen worden ist.

    909816/0858
54. 54. Einrichtung nach einem der Ansprüche 52 oder 53, dadurch gekennze ichnet, daß der Bruchteil an gebundenem Wasser als Differenz zwischen der dritten und ersten Größe, geteilt durch die Differenz zwischen der zweiten und dritten Größe bestimmt wird.
55. 55. Einrichtung nach einem der Ansprüche 52 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ableiten der ersten Größe eine Einrichtung zum Ableiten einer ersten Funktion, welche die Dämpfung an zumindest einem Formationsbereich wiedergibt, in welchen im wesentlichen alles vorhandenes Wasser freies Wasser ist, eine Einrichtung zum Ableiten einer Größe ,die den Wassergehalt wiedergibt, und eine Einrichtung aufweist, um die erste Größe aus der ersten Funktion und der den Wassergehalt wiedergegebenen Größe zu bestimmen.
56. 56. Einrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ableiten der zweiten Größe eine Einrichtung zum Ableiten einer zweiten Funktion , welche die Dämpfung an zumindest einem Formationsbereich wiedergibt, in welchem im wesentlichen alles vorhandene Wasser gebundenes Wasser ist, und eine Einrichtung aufweist, um die zweite Größe aus der zweiten Funktion und die den Wassergehalt wiedergebenden Größe zu bestimmen.

    909816/ 0.8 56