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Verfahren zum Ermitteln des Durchlässig-
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keitskoeffizienten poröser Formationen Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Ermitteln des Durchlässigkeitskoeffizienten poröser Formationen im
Untergrund.
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Es ist bekannt, im Rahmen der Exploration unterirdischer poröser Formationen
deren Durchlässigkeitskoeffizienten (bzw. deren Permeabilität) zu ermitteln. Dies
ist beispielsweise bei beabsichtigter Förderung von Erdöl und/oder Erdgas erforderlich,
beispielsweise um eine Abschätzung der Ergiebigkeit zu ermöglichen.
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Zu diesem Zweck werden bisher bei oberflächennahen zu
explorierenden
Format ionen eine Vielzahl von Bohrungen in den Boden eingebracht und der geförderte
Bohrkern analysiert. Es ist weiter bekannt, in einer der Bohrungen eine willkürliche
Porendruckstörung zu erzeugen und im Bereich der anderen Bohrungen die dorthin übertragene
Porendruckstörung zu messen.
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Weiterhin ist es bekannt, im Bereich einer einzelnen Bohrung Rückschlüsse
auf den Durchlässigkeitskoeffizienten einer Formation zu ziehen, in dem das freie
Einschwinghalten des Porendrucks nach Aufheben einer gezielten Porendruckstörung
beobachtet wird. Bei diesem Verfahren sind die Erkenntnisse auf den Nahbereich der
Bohrung beschränkt.
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Bei einem anderen Verfahren wird der Druckabfall in einer ersten Bohrung
bei gleichbleibender Fördermenge über die Zeit gemessen. Aus Abweichungen der Druckabfallkurve
gegenüber dem Verlauf von Vergleichskurven kann dabei auf laterale Änderungen des
Durchlässigkeitskoeffizienten geschlossen werden, ohne daß die Richtung einer Variation
des Durchlässigkeitskoeffizienten angegeben werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues, verbessertes
Verfahren zum Ermitteln des Durchlässigkeitskoeffizienten (und dessen lateraler
Variation unter Angabe der örtlichen Lage der Variation) poröser Formationen im
Untergrund zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch Einbringen einer ersten
Bohrung bis in die Tiefe der zu explorierenden Formation, Installieren wenigstens
eines Bodendeformationsmeßgerätes im Abstand von der ersten
Bohrung,
Verändern des Porendrucks der zu explorierenden Formation im Bereich der ersten
Bohrung und Messen der Deformation des Bodens am Ort des bzw. der Bodendeformationsmeßgeräte
über die Zeit.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das bzw. die Bodendeformationsmeßgeräte
in einer bzw. jeweils einer zweiten Bohrung installiert werden. Dabei braucht die
zweite Bohrung nicht die Tiefe der ersten Bohrung zu erreichen.
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Es kann vorgesehen sein, daß der Porendruck durch Ausbringen von Porenflüssigkeit
oder Porengas aus der ersten Bohrung verändert wird, alternativ kann jedoch auch
Wasser oder ein anderes Fluid in die erste Bohrung eingebracht werden. Eine bevorzugte
Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich aus durch zyklisches Verändern des Porendrucks.
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Zum Messen der Deformation des Bodens am Ort des bzw.
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der Bodendeformationsmeßgeräte wird vorzugsweise ein Neigungsmesser
oder ein Dehnungsmeßgerät verwendet.
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Zum Auswerten der Meßergebnisse werden - insbesondere wenn die laterale
Variation des Bodenkoeffizienten ermittelt werden soll - die Meßergebnisse der verschiedenen
Bodendeformationsmeßgeräte vorzugsweise miteinander verglichen. Das bzw. die Meßergebnisse
können weiter mit errechneten oder empirisch ermittelten Vergleichskurven verglichen
werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung,
in der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer
Zeichnung
erläutert wird. Dabei zeigt: Fig. 1 eine Schnittdarstellung des zu explorierenden
Bereichs mit erster und zweiter Bohrung, Fig. 2 eine Darstellung der radialen Verschiebung
von Bodenpartikeln für verschiedene Bodenbeschaffenheiten zu verschiedenen Zeitpunkten,
Fig. 3 eine Darstellung der ermittelten Neigung über die Zeit für verschiedene Bodenbeschaffenheiten,
und Fig. 4 eine Darstellung der Bodendruckstörungen in Abhängigkeit von dem Abstand
zwischen erster Bohrung und Meßgerät für zwei Durchlässigkeitskoeffizienten jeweils
zu verschiedenen Zeitpunkten.
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Fig. 1 verdeutlicht in einer schematischen Schnittdarstellung den
zu explorierenden Bereich, in den eine erste, tiefe Bohrung und eine zweite oberflächennahe
Bohrung eingebracht sind.
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Die erste Bohrung ist mit einer Erdölförderpumpe abgeschlossen, während
in die zweite Bohrung ein Bodendeformationsmeßgerät, etwa ein Neigungsmesser eingebracht
ist, wobei die durch das Ausbringen von Erdöl aus der ersten Bohrung verursachte
Bodendeformation von dem Neigungsmesser über die Zeit ermittelt wird.
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Fig. 2 verdeutlicht schematisch die horizontale Verschiebung von Bodenpartikeln
über die Tiefe zu verschiedenen
Zeitpunkten. Dabei geben die durchgezogenen
und die gestrichelten Linien die Bodenverschiebungen für zwei verschiedene Bodenbeschaffenheiten
wieder.
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Fig. 3 zeigt die gemessene Neigung über die Zeit für Bodenbeschaffenheiten
A, B, C und D bei einer Pumpdauer von 300 sek. Dabei ergibt sich für die Bodenbeschaffenheiten
B, C und D während der Pumpdauer eine negative Neigung während für die Bodenbeschaffenheit
A die negative Neigung zunächst zunimmt, sodann abnimmt und in eine positive Neigung
übergeht. Zum Zeitpunkt des Endes des Pumpens ergeben sich entsprechend gespiegelte
Zeitverläufe.
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Fig. 4 schließlich zeigt eine Darstellung der Porendruckstörung an
Orten mit zunehmendem Abstand von der ersten Bohrung für zwei Bodenbeschaffenheiten
zu verschiedenen Zeitpunkten. Es ergibt sich daraus, daß bei den gestrichelt dargestellen
Kurvenverläufen, die der Bodenbeschaffenheit A von Fig. 3 entsprechen, die Porendruckänderungen
über die Zeit des Pumpens zunehmen, mit der Vergrößerung des Abstandes von der ersten
Bohrung jedoch abnehmen. Die mit durchgezogenen Linien dargestellten Bodenbeschaffenheiten
entsprechen den Bodenbeschaffenheiten B, C von Fig. 3. Die Porendruckänderungen
treten hierbei im Vergleich zu Bodenbeschaffenheit A verzögert auf.
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Die Meßergebnisse werden dabei nicht nur durch den Durchlässigkeitskoeffizienten
der zu explorierenden Formation beeinflußt sondern auch durch weitere Bodenparameter.
Über sie und ihre laterale Variation lassen sich jedoch mit Hilfe anderer Verfahren
oft genauere Annahmen machen als über den Durchlässigkeitskoeffizienten.
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Zeichnerisch nicht dargestellt ist die bevorzugte Anordnung mit einer
zentralen angeordneten ersten Bohrung und einer Mehrzahl von diese urngebenden zweiten
Bohrungen, in denen jeweils ein Bodendeformationsmeßgerät installiert ist. Bei einer
derartigen Ausgestaltung ist es möglich, die Meßergebnisse der verschiedenen, mit
Abstand voneinander angeordneten Bodendeformationsmeßgeräte miteinander zu vergleichen
und damit die laterale Variation des Durchlässigkeitskoeffizienten der porösen Formation
und/oder die geometrische Struktur der Formation zu ermitteln.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es also, bei
Vorhandensein lediglich einer bis in den Bereich der zu explorierenden Formation
reichenden ersten Bohrung eine Aussage über den Durchlässigkeitskoeffizienten und/oder
die geometrische Struktur der diese erste Bohrung umgebenden Formation zu erhalten,
da sich die durch Verändern des Porendrucks im Bereich der ersten Bohrung ergebende
Bodendeformation auch in vertikaler Richtung auswirkt.
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Bei dem hier vorgestellten Verfahren wird der Durchlässigkeitskoeffizient
anders als bei bekannten Verfahren nicht direkt aus der verursachten Porendruckstörung
ermittelt sondern aus der durch die Porendruckänderung verursachten Bodendeformation.
Erfindungsgemäß wird also erstmalig vorgeschlagen, aus der durch die willkürliche
Veränderung des Porendrucks in dem zu explorierenden Bereich sich an entfernter
Stelle ergebenden Bodendeformation den Durchlässigkeitskoeffizienten zu ermitteln.
Dabei ist die sich im Bereich des Meßgerätes
ergebende Deformation
repräsentativ für den Bereich, in dem eine Porendruckänderung stattgefunden hat.
Über die Zeitdauer der willkürlich ausgeübten Porendruckänderung kann daher auf
die laterale Eindringtiefe des Verfahrens Einfluß genommen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei begründeter Annahme der lateralen
Konstanz des Durchlässigkeitskoeffizienten einer Formation dazu verwendet werden,
aus den an mehreren Stellen beobachteten Bodendeformationen auf die geometrische
Struktur der Formation zu schließen. Auch hierbei können die Meßergebnisse mit errechneten
oder empirisch ermittelten Vergleichskurven verglichen werden.
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