DE3729628A1 - Bohrloch-hysteresemeter fuer gesteinsmagnetische "in situ"-untersuchungen in prospektions- und geologischen forschungsbohrungen - Google Patents
Bohrloch-hysteresemeter fuer gesteinsmagnetische "in situ"-untersuchungen in prospektions- und geologischen forschungsbohrungenInfo
- Publication number
- DE3729628A1 DE3729628A1 DE19873729628 DE3729628A DE3729628A1 DE 3729628 A1 DE3729628 A1 DE 3729628A1 DE 19873729628 DE19873729628 DE 19873729628 DE 3729628 A DE3729628 A DE 3729628A DE 3729628 A1 DE3729628 A1 DE 3729628A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- borehole
- field
- coil
- magnetic
- hysteresis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
- G01V3/26—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device
- G01V3/28—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device using induction coils
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
Gattung des
Anmeldungsgegenstandes:
Hochempfindliche Apparatur zur gesteinsmagnetischen "in situ"-Magnetisierung und -Magnetisierungsmessung des Umgebungsgesteins geologischer und gesteinsphysikalischer Forschungs- und Prospektionsbohrungen - insbesondere zur quantitativen Ermittlung der Radius-, Azimut- und Tiefenabhängigkeit der magnetischen Hysterese und der Hysteresekenngrößen der durchbohrten Gesteinslagen.
Hochempfindliche Apparatur zur gesteinsmagnetischen "in situ"-Magnetisierung und -Magnetisierungsmessung des Umgebungsgesteins geologischer und gesteinsphysikalischer Forschungs- und Prospektionsbohrungen - insbesondere zur quantitativen Ermittlung der Radius-, Azimut- und Tiefenabhängigkeit der magnetischen Hysterese und der Hysteresekenngrößen der durchbohrten Gesteinslagen.
Angaben zur
Gattung:
Das Bohrloch-Hysteresemeter soll die Messung und
gesteinsmagnetische Analyse der magnetischen Eigenschaften
und Kenngrößen der durchbohrten Gesteinslagen
unter "in situ"-Bedingungen, also
vor allem bei den jeweils herrschenden Drucken
und Temperaturen ermöglichen. Insbesondere soll
die Schichtung und Veränderung der magnetischen
Eigenschaften mit der Bohrtiefe einer quantitativen
Erfassung zugängig gemacht werden. Darüber
hinaus gestattet die Messung radialer und azimutaler
Abhängigkeiten in bezug auf die Bohrlochachse
die Feststellung eventueller magnetischer Anisotropien,
die dann geologisch bedingt sind und je
nach der Zielsetzung der Bohrung von großer Bedeutung
sein können.
Stand der
Technik mit
Fundstellen:
Frühere Konzepte oder technische Realisierungen
von Apparaten mit den Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten
des hier vorgestellten Bohrloch-Hysteresemeters
(vgl. den obigen Anspruch
und Unteranspruch samt kennzeichnenden Teilen)
sind nicht bekannt. Es handelt sich nicht um die
partielle Verbesserung einer verfügbaren Technik,
sondern um eine Neuentwicklung.
In Teilen wird jedoch auf den Einsatz bekannter Methoden zurückgegriffen, nämlich auf die Anwendung von Rotationsmagnetometern bzw. Hall-Sonden als Magnetfeld-Meßsonden. Das Prinzip des Rotationsmagnetometers wird bei F. Kohlrausch "Praktische Physik", 22. Auflage, B. G. Teubner, Stuttgart 1968, Bd. 2, Seite 272 beschrieben, nicht jedoch die im kennzeichnenden Teil aus Anspruch I unter Punkt 2. dargelegte Anordnung, Anwendung und Zielsetzung! Entsprechendes gilt für die kommerziell erhältlichen Hall-Sonden, deren spezieller, die Anwendung der Lock-in-Technik ermöglichender Einsatz gemäß Punkt 2. des kennzeichnenden Teiles aus dem Unteranspruch II. bisher ebenfalls nirgendwo publiziert worden zu sein scheint.
In Teilen wird jedoch auf den Einsatz bekannter Methoden zurückgegriffen, nämlich auf die Anwendung von Rotationsmagnetometern bzw. Hall-Sonden als Magnetfeld-Meßsonden. Das Prinzip des Rotationsmagnetometers wird bei F. Kohlrausch "Praktische Physik", 22. Auflage, B. G. Teubner, Stuttgart 1968, Bd. 2, Seite 272 beschrieben, nicht jedoch die im kennzeichnenden Teil aus Anspruch I unter Punkt 2. dargelegte Anordnung, Anwendung und Zielsetzung! Entsprechendes gilt für die kommerziell erhältlichen Hall-Sonden, deren spezieller, die Anwendung der Lock-in-Technik ermöglichender Einsatz gemäß Punkt 2. des kennzeichnenden Teiles aus dem Unteranspruch II. bisher ebenfalls nirgendwo publiziert worden zu sein scheint.
Kritik des
Standes der
Technik:
Entfällt, da Apparaturen zur magnetischen "in situ"-Hysteresemessung in Bohrlöchern bisher nicht existieren.
Entfällt, da Apparaturen zur magnetischen "in situ"-Hysteresemessung in Bohrlöchern bisher nicht existieren.
Aufgabe:
Siehe die obigen "Angaben zur Gattung".
Siehe die obigen "Angaben zur Gattung".
Lösung:
Die Aufgabe wird bei gattungsgemäßer Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche I. und II. gelöst.
Die Aufgabe wird bei gattungsgemäßer Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche I. und II. gelöst.
Erzielbare
Vorteile:
Die erzielbaren Vorteile bestehen in der anderweitig nicht möglichen Gewinnung quantitativer Meßdaten und Kenntnisse über die magnetischen "in situ"-Hysterese-Eigenschaften und -Hysteresestrukturen der durchbohrten Gesteinslagen.
Neben grundsätzlichen Fragen des Gesteins- und Festkörpermagnetismus wird der Magnetostratigraphie ein völlig neuer Zugang eröffnet.
Die Methode erscheint geeignet, eine neue Spezialdisziplin innerhalb der Geowissenschaften zu begründen.
Die erzielbaren Vorteile bestehen in der anderweitig nicht möglichen Gewinnung quantitativer Meßdaten und Kenntnisse über die magnetischen "in situ"-Hysterese-Eigenschaften und -Hysteresestrukturen der durchbohrten Gesteinslagen.
Neben grundsätzlichen Fragen des Gesteins- und Festkörpermagnetismus wird der Magnetostratigraphie ein völlig neuer Zugang eröffnet.
Die Methode erscheint geeignet, eine neue Spezialdisziplin innerhalb der Geowissenschaften zu begründen.
Ausführungsbeispiele:
Die prinzipielle Anordnung ist in Fig. 1 dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
Der Bohrlochdurchmesser betrage 2 · R=30 cm.
Typische Maße könnten sein:
Spulenlänge l=10 cm;
lichte Wickelweite: 20 mm;
maximaler Wickeldurchmesser: 200 mm;
Drahtstärke: 2 mm (Kupferdraht);
Bewicklung: 45 Lagen.
Dann erzeugt ein Strom von i max =15 Amp. ein Magnetfeld von H max =3375 A/cm, =337 500 A/m.
Spulenlänge l=10 cm;
lichte Wickelweite: 20 mm;
maximaler Wickeldurchmesser: 200 mm;
Drahtstärke: 2 mm (Kupferdraht);
Bewicklung: 45 Lagen.
Dann erzeugt ein Strom von i max =15 Amp. ein Magnetfeld von H max =3375 A/cm, =337 500 A/m.
Der Widerstand der Spule beträgt ca. 5
Ohm. Die erforderliche Gleichspannung liegt
bei U max ≈75 Volt.
Typische Maße der Induktionsspulen sind:
mittlerer Wickelradius =8,5 mm;
Windungszahl: n=10 000;
die Rotationsfrequenz kann beispielsweise ν=100 sec-1 betragen.
mittlerer Wickelradius =8,5 mm;
Windungszahl: n=10 000;
die Rotationsfrequenz kann beispielsweise ν=100 sec-1 betragen.
Dann wird in einem magnetischen Gleichfeld
von H₀=100 Oersted=7957,75 A/m eine Wechselspannung
von U₀=14,256 Volt Amplitude
induziert.
Beide Rotationsmagnetometer werden über
Zahnriemen von einer gemeinsamen Welle aus
angetrieben, die ihrerseis mit der Achse
eines Getriebe-Synchronmotors verbunden ist.
Alle rotierenden Teile sind in unmagnetischen
Glaskugel-Kugellagern gelagert.
Die induzierten Wechselspannungen werden über
die auf den oberen Rotationsschaft-Enden
mitrotierenden Spulen auf die darüber
ruhend angebrachten Spulen gleicher Dimension
induktiv ausgekoppelt. Dadurch wird das
zusätzliche Spannungsrauschen von Schleifkontakten
vermieden.
Die ausgekoppelten synchronen und phasengleichen
Wechselspannungen der beiden Magnetometer
werden dem Differenzeingang eines Lock-
in-Verstärkers zugeführt.
Jeder Rotationsschaft ist an seinem oberen
Teil einmal radial durchbohrt. Diese Bohrung
verläuft parallel zur Achse der Induktionsspule
und rotiert zwischen diametral angebrachter
Lichtquelle und Photodiode. Die
Rechteck-Referenzsignale beider Magnetometer
werden über Oszillographenkontrolle phasengleich
abgestimmt, d. h. die Induktionsspulen
exakt parallel ausgerichtet. Das resultierende
addierte Referenzsignal wird dem Referenzeingang
des Lock-in-Verstärkers zugeleitet.
Die gesamte Apparatur befindet sich in einem
gemeinsamen Gehäuse, welches von einem
Kühlmedium durchströmt wird.
Der zu einem bestimmten Spulenstrom i gehörende
Potential- und Feldverlauf kann mit
Hilfe der Maxwell-Gleichungen berechnet werden.
Ein einfacher Spezialfall soll die weiteren
Erläuterungen veranschaulichen und Größenordnungen
abzuschätzen erlauben.
Eine unendliche Anzahl magnetischer Dipole
bilde entlang der Bohrlochachse eine unendlich
lange Kette transversaler Dipole, wie
in Fig. 3 skizziert.
Es gelte h»R und ψ=0, p=0. Die
Maxwell-Gleichungen lauten
Für punktförmige Dipole folgt
Diese Gleichungen lassen sich in Polarkoordinaten
mit einem Separationsansatz
und unter Berücksichtigung der Randbedingungen
analytisch geschlossen lösen, da
alle z-Terme des Laplace-Operators verschwinden:
mit
f = 4 f im cgs-System
= im Giorgi-System,
m:magnetisches Moment des Dipolsμ:Permeabilität der Bohrlochumgebung
Index i:Innenraum
Index a:Außenraum.
Durch Gradientenbildung ergibt sich die
Feldstärke
Im Bohrlochinnenraum erhält man also für
das resultierende Magnetfeld in einem Aufpunkt
mit Radius ρ und Winkel ψ=0,
d. h. auf der verlängerten Dipolachse, den
Betrag
wobei die magnetische Suszeptibilität
der Bohrlochumgebung bezeichnet.
Die Änderung gegenüber der Vakuum-Feldverteilung
ist proportional zur Suszeptibilität
des permeablen Mediums
In diesem allgemeineren Falle geht man
grundsätzlich wieder so vor wie unter 8.1.,
jedoch darf der z-Term des Laplace-Operators
nicht länger gleich Null gesetzt werden.
Die Lösung kann mit Hilfe modifizierter
Besselfunktionen beschrieben und durch
Rechenprogramme quantitativ dargestellt werden.
Die obigen Modelle 8.1. und 8.2. unterstellen
eine konstante Permeabilität μ bzw.
Suszeptibilität des umgebenden ferrimagnetischen
Gesteins. Tatsächlich sind
und μ jedoch feldstärkeabhängig! Den
Verlauf der sogenannten differentiellen
Suszeptibilität erhält man durch Differentiation
der Magnetisierung M(H) nach
H. Das Ergebnis ist in Fig. 4 schematisch
veranschaulicht.
Bezogen auf die Bohrlochproblematik bedeutet
das: da das Magnetfeld H a im permeablen
Außenraum für jeden festen Spulenstrom
bzw. für jedes feste magnetische
Dipolmoment m im dreidimensionalen Falle
wie 1/p³ radial abnimmt, ist auch die
Suszeptibilität eine Funktion des Radius.
Am einfachsten sind die Verhältnisse bei
hinreichend hohem magnetischen Moment m
bzw. Spulenstrom i zu übersehen. Sind nämlich
i und m so groß, daß die innerste zylindrische
Schicht der Bohrlochumgebung
bereits magnetisch gesättigt ist, so
herrscht dort wieder näherungsweise die
Permeabilität μ≳1 vor, die Suszeptibilität
ist klein: 0< «1.
Mit zunehmendem Radius - und abnehmender
Feldstärke - gelangt man dann aber zunächst,
die Neukurve gewissermaßen rückwärts
durchlaufend, in zylindrische Umgebungsschichten
immer größer werdender Suszeptibilität
, mit Maximalwerten bei jedem
Radius ρ, an dem gilt H(ρ)=H c
(wenn H c die Koerzitivkraft des Mediums bezeichnet).
Für noch größere Radien ρ wird
H a dann schnell klein und fällt auf den
Wert der Anfangssuszeptibilität a ab,
vgl. Fig. 5.
Das magnetische Dipolmoment m bzw. der äquivalente
Spulenstrom i vermag also in der
Bohrlochumgebung je nach seiner eigenen
Stärke eine zylindrische Schicht erhöhter
Suszeptibilität ganz oder teilweise aufzubauen
und mehr oder weniger weit in das
Medium hineinzutreiben! Diese Schicht erhöhter
Permeabilität wirkt ihrerseits auf
den Bohrlochinnenraum zurück und verändert
dort die resultierende Feldverteilung gegenüber
dem reinen Vakuum-Dipolfeld.
Wenn die Magnetisierung M(H) der ferrimagnetischen
Bohrlochumgebung Hysterese zeigt,
muß sich die differentielle Suszeptibilität
(H) per definitionem ebenso verhalten.
Schematisch ist dieser Sachverhalt in der
Skizze der Fig. 4 bereits dargestellt.
Wenn also das magnetische Moment m - oder
der Spulenstrom i - oszilliert, müssen in
jedem festen Aufpunkt des Außenraumes mit
Radius ρ a sowohl Magnetisierung M(ρ a )
wie Suszeptibilität (p a ) mehr oder weniger
weit ausgesteuerte Hysteresezyklen
durchlaufen. Daher muß auch die Abweichung
des Innenfeldes Δ | H i | von der reinen Dipolfeldverteilung
Hysterese zeigen.
Zur Erläuterung des Meßprinzips sei der
Einfachheit halber wieder auf den Spezialfall
unter Punkt 8.1. zurückgegriffen.
Es genügt der Betrieb eines einzigen
Magnetometers
zwischen Dipol (Spulen-Stirnfläche)
und Bohrlochwand an der Stelle mit
dem Radius ρ und ψ=0. Die Feldspule muß
in diesem Falle nicht exzentrisch zur Bohrlochachse
positioniert sein. Erforderlich
ist eine Vergleichsmessung außerhalb des
Bohrloches. Für diesen Vakuumfall muß die
lineare Abhängigkeit des am Aufpunkt mit
Radius ρ und ψ=0 gemessenen Dipolfeldes
von der Stärke des Spulenstromes als Eichgerade
sehr genau festgestellt und möglichst
in einem Rechner gespeichert werden.
Der gesuchte Streufeld-Rückwirkungsanteil
Δ | H i (ρ) | ergibt sich dann aus der Absolutmessung
des totalen Innenfeldes | H i (ρ) |
durch Differenzbildung mit dem Vakuumanteil.
Die Anfangssuszeptibilität a der Basalte
liegt üblicherweise bei 10-3 Gauß/Oersted.
Die maximale Suszeptibilität max kann
die nächste Größenordnung erreichen: max ≈
10-2 Gauß/Oe. Demnach wird der relative Umgebungsbeitrag
im zweidimensionalen Modell
aus Punkt 8.1. gemäß
zwischen
und
also in der Größenordnung einiger Promille
bis Prozente des Vakuumfeldes liegen!
Solche kleinen Signalanteile auf hohem Untergrund
lassen sich nicht allzu genau messen.
Es ist daher zweckmäßig, nach einer
Verfahrensvariante Ausschau zu halten, welche
diesen Untergrundanteil zu eliminieren
gestattet. Davon handelt der folgende Punkt:
Eine derartige Anordnung ist in der obigen
Fig. 1 veranschaulicht. Ihr liegt die Annahme
zugrunde, daß bei exzentrischer Dipol-
bzw. Feldspulenposition der radiale Umgebungsanteil
am Innenfeld
seine Unabhängigkeit von ρ verlieren und
selbst eine zur Bohrlochachse unsymmetrische
Funktion von ρ werden muß.
Das bedeutet dann aber, daß beide Rotationsmagnetometer
das gleiche Vakuum-Dipolfeld,
jedoch unterschiedliche Umgebungsbeiträge
zum resultierenden Innenfeld erfassen. Es
ist somit möglich, beide Signale nach dem
Auskoppeln dem Differenzeingang eines Lock-
in-Verstärkers zuzuführen und den informationsfreien
hohen Untergrundbeitrag der
reinen Vakuum-Feldverteilung vor der eigentlichen
Verstärkung abzuspalten und zu kompensieren.
Dadurch erhöht sich das Signal-
Rausch-Verhältnis um zwei bis drei Größenordnungen
und bewirkt eine entsprechend gesteigerte
Meßempfindlichkeit.
Geht man dazu über, die Bohrlochumgebung
mit magnetischen Wechselfeldern hinreichender
Amplitude und Frequenz periodisch
umzumagnetisieren, so treten wegen der die
Hysterese der Magnetisierung und der Suszeptibilität
bewirkenden magnetischen Relaxationsprozesse
im Innenraum Phasenverschiebungen
zwischen dem erregenden Primärfeldanteil
der Feldspule und dem rückwirkenden
Umgebungsbeitrag auf. Mit anderen
Worten: die Umgebungsmagnetisierung und
-Suszeptibilität sowie ihr Streufeldbeitrag
zum resultierenden Innenraumfeld müssen
als komplexe Größen aufgefaßt und dargestellt
werden.
Daraus ergeben sich zwei weitere Meßverfahren:
Die Magnetometerrotation ist überflüssig,
da die Induktion auch durch das Wechselfeld
alleine besorgt wird. Stellt man den
Phasenabgleich des Lock-in-Verstärkers in
einem Vorversuch bei der Umgebungspermeabilität
μ=1, d. h. unter "Vakuumbedingungen",
so ein, daß das Gerät exakt
Null anzeigt, so wird es, wieder im Bohrloch,
alleine den phasenverschobenen Imaginäranteil
des Streufeldbeitrages der Umgebung
messen.
Man erzielt auf diese Weise wieder ein
sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis, da
der hohe Primärfeldbeitrag eliminiert
wird.
Aus dem nämlichen Grunde wie unter Punkt
9.2. kann auch hier wieder mit zwei -
diesmal jedoch ruhenden - Magnetometern
und exzentrisch gelagerter Feldspule gearbeitet
werden. Die durch das primäre
Wechselfeld induzierten Spannungen kompensieren
sich dann wieder nach dem Auskoppeln
und es gelangen nur die von der
magnetischen Bohrloch-Umgebung herrührenden
Signalanteile zum Lock-in-Verstärker.
Dort können sie je nach Phasenlage getrennt,
verstärkt und als Real- bzw. Imaginärteil
dargestellt werden.
Wieder hat man infolge des hohen Signal-
Rausch-Verhältnisses eine sehr gute Empfindlichkeit
zu erwarten.
Die Potential- und Feldverteilung der realen
Meßanordnung mit exzentrisch positionierter
Feldspule endlicher Dimensionen kann mathematisch
selbstverständlich nicht in Form eines
analytisch geschlossenen Ausdruckes dargestellt
werden. Wohl aber läßt sie sich mit
Hilfe der Maxwell-Gleichungen prinzipiell berechnen,
durch Reihenentwicklung genau annähern
und mittels geeignter Rechenprogramme
quantitativ auswerten. Das gilt auch noch
dann, wenn man die Feldstärkeabhängigkeit
und die Hysterese der Suszeptibilität in die
Rechnung einbezieht.
Ist ein derartiges Programm erst einmal erstellt,
so lassen sich die verschiedensten
Geometrien, Frequenz-, Feldstärke- und Hystereseabhängigkeiten
sehr schnell modellieren.
Man kann dann, ähnlich wie etwa bei
seismischen Untersuchungen, die konkreten
Messungen durch begleitende quantitative Modellrechnungen
ergänzen und interpretieren.
Auf diese Weise wird es möglich sein, in
situ quantitative Aussagen über alle wichtigen
magnetischen Kenngrößen und Hystereseparameter
wie Anfangssuszeptibilität, Koerzitivkraft,
Remanenz, maximale Suszeptibilität,
Rayleighverhalten, magnetische Verluste
und manche anderen zu erhalten und ihre
Abhängigkeit von Bohrradius, Azimut und
Bohrtiefe zu studieren.
Die prinzipielle Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
Der Bohrlochdurchmesser betrage wie im Beispiel
I. wieder 2 · R=30 cm.
Sämtliche Abmessungen und Daten seien die
gleichen wie unter Punkt I.1.1. beschrieben.
Zwei identische transversale Hallsonden
seien symmetrisch und äquidistant zur
Spulenmitte in vertikal beweglichen Haltern
angebracht, die ihrerseits starr miteinander
verbunden sind. Der effektive
Querschnitt komerzieller Sonden liegt in
der Größenordnung einiger zehn Quadratmillimeter.
Mit Hallsonden könnte, anders als mit Induktionsspulen,
grundsätzlich auch in magnetischen
Gleichfeldern in ruhender Anordnung gemessen
werden. Um dennoch die Vorzüge der
Lock-in-Technik in Anspruch nehmen zu können,
werden die beiden Sonden in vertikaler
Richtung synchron und phasenfest periodisch
bewegt. Der Hubweg liegt in der Größenordnung
von 1 cm, die Frequenz bei etwa 20 Hz.
Der Antrieb erfolgt über Elektromotor und
unmagnetischen Kreuzschlitten, welcher die
Rotationsbewegung in eine longitudinale
Schwingung übersetzt. Der Motor selbst befindet
sich außer- und oberhalb des geschlossenen
Kühl- und Halterungsgehäusees und treibt
die Welle, deren exzentrischer Zapfen den
Kreuzschlitten bewegt, über Zahnriemen an.
Alle beweglichen Teile laufen in unmagnetischen
Glaskugel-Gleitlagern.
Sie erfolgt durch elastische Aufhängung der
Sondenzuleitungen.
Es wird die analoge Lock-in-Technik wie unter
Punkt I.5. angewandt.
Sie werden mittels Lichtquelle, Photodiode
und durchbohrtem Sondenschaft wie unter
Punkt I.6. erzeugt.
Wie unter Punkt I.7. wird die gesamte Anordnung
in einem gemeinsamen Gehäuse von einem
Kühlmedium durchströmt.
Die Ausführungen unter Punkt I.8. bis I.10.
gelten sinngemäß.
Claims (2)
- Oberbegriff:
I. Hochempfindliches Bohrloch-Hysteresemeter zur gesteinsmagnetischen "in situ"-Magnetisierung und -Magnetisierungsmessung des Umgebungsgesteins geologischer und geophysikalischer Tiefenbohrungen - insbesondere zur quantitativen Ermittlung der Radius-, Azimut- und Tiefenabhängigkeit der magnetischen Hysterese und der Hysteresekenngrößen der durchbohrten Gesteinsschichten,
Kennzeichnender Teil:
gekennzeichnet durch:- 1. eine magnetisierende Feldspule, deren Achse zur vertikalen Bohrlochachse senkrecht steht und die in ihrer eigenen Achsenrichtung und parallel zum Bohrlochradius aus der Bohrlochmitte exzentrisch versetzt ist;
- 2. zwei gleiche Rotationsmagnetometer, die äquidistant vor den beiden Stirnflächen der Feldspule angebracht und elektrisch gegeneinander geschaltet sind, so daß die in ihnen befindlichen identisch dimensionierten Induktionsspulen mit ihren eigenen Spulenachsen synchron und phasenfest um vertikale, zur Bohrlochachse parallele Achsen rotieren und dabei im ungestörten Feldspulenfeld - d. h. bei einer Umgebungspermeabilität von μ=1 - entgegengesetzt gleiche Wechselspannungen induzieren, die sich exakt zu Null kompensieren;
- 3. induktive Signalauskopplungen an den oberen Enden der etwa 150 cm langen rotierenden Schäfte der Rotationsmagnetometer, die an ihren unteren Enden die Induktionsspulen tragen und oben jeweils mit einer zur rotierenden Schaftachse achsenparallelen Spule gleicher Dimensionierung wie die Induktionsspule abschließen, so daß in darüber parallel und ruhend angeordneten Spulen ebensolcher Dimensionierung die Wechselspannungs-Meßsignale induziert, dadurch ausgekoppelt und dann gegengeschaltet und einem Lock-in-Verstärker zugeführt werden können;
- 4. elektrische Referenz-Signalgeber an den oberen Teilen der beiden Rotationsschäfte, bestehend aus je einem Paar diametral einander gegenüber befestigter Lichtquellen und Photodioden, zwischen denen die radial durchbohrten Schäfte rotieren und so in bezug auf das Meßsignal frequenz- und phasenfeste Referenzsignale erzeugen;
- 5. einen weitestgehend metallfreien Aufbau der Spulen-Wickelkörper, der Magnetometerschäfte und -Wandungen sowie des gesamten gemeinsamen Halterungs- und Kühlungsgehäuses zum Zwecke der Vermeidung von Wirbelströmen und störenden Streufeldern im Falle einer höherfrequenten Aussteuerung der Feldspule;
- 6. die ausschließliche Verwendung von unmagnetischen Glas-Kugellagern für alle rotierenden Teile.
- Oberbegriff des Unteranspruches:
II. Bohrloch-Hysteresemeter nach Anspruch I.,
Kennzeichnender Teil des Unteranspruches:
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotationsmagnetometer aus Anspruch I., Punkt 2. des dortigen kennzeichnenden Teiles grundsätzlich auch durch anders arbeitende Magnetfeldsonden hinreichend hoher Auflösung ersetzt werden können, insbesondere durch Hall- Sonden, die- 1. ebenfalls äquidistant zur Feldspulenmitte vor den Feldspulen-Stirnflächen angebracht sind, vgl. Fig. 2 aus dem Ausführungsbeispiel Nr. II.;
- 2. zur Ermöglichung des Einsatzes von Lock-in- Technik und wegen der dadurch erzielbaren wesentlichen Verbesserung des Signal- Rausch-Verhältnisses über einen Kreuzschlitten - vgl. Fig. 2 - und über eine gemeinsame Halterung zu synchronen und phasengleichen vertikalen, d. h. zur Bohrlochachse parallelen Schwingungen von ca. 1 cm Hub und etwa 0,1 bis 0,03 sec Schwingungsdauer angetrieben werden, so daß sie an ihrem einen Umkehrpunkt in das Maximalfeld vor den Feldspulen-Stirnflächen eintauchen;
- 3. mittels Lichtquelle, Photodiode und dazwischen schwingender durchbohrter Sondenhalterung Referenzsignale erzeugen, welche sich durch Frequenzgleichheit und Phasenkonstanz zu den Meßsignalen auszeichnen;
- 4. zusammen mit der Feldspule in einem gemeinsam gekühlten Gehäuse aus unmagnetischem Material untergebracht sind, vgl. Fig. 2 aus dem Ausführungsbeispiel II.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873729628 DE3729628A1 (de) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | Bohrloch-hysteresemeter fuer gesteinsmagnetische "in situ"-untersuchungen in prospektions- und geologischen forschungsbohrungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873729628 DE3729628A1 (de) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | Bohrloch-hysteresemeter fuer gesteinsmagnetische "in situ"-untersuchungen in prospektions- und geologischen forschungsbohrungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3729628A1 true DE3729628A1 (de) | 1988-01-07 |
Family
ID=6335240
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873729628 Withdrawn DE3729628A1 (de) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | Bohrloch-hysteresemeter fuer gesteinsmagnetische "in situ"-untersuchungen in prospektions- und geologischen forschungsbohrungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3729628A1 (de) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2158950A (en) * | 1984-05-15 | 1985-11-20 | Petroles Cie Francaise | Magnetic exploration apparatus for a well hole |
-
1987
- 1987-09-04 DE DE19873729628 patent/DE3729628A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2158950A (en) * | 1984-05-15 | 1985-11-20 | Petroles Cie Francaise | Magnetic exploration apparatus for a well hole |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3785949T2 (de) | Apparat und technik zur messung der magnetischen kernresonanz. | |
DE19952788B4 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen einer Kernresonanz-Eigenschaft | |
DE69018626T2 (de) | Bohrlochmessung von NMR-Charakteristika von Erdformationen und Interpretation davon. | |
DE69511276T2 (de) | Vorrichtung zur messung von schwerefeldern | |
DE60111188T2 (de) | Magnetische kernresonanzmessungen in bohrlochuntersuchungen unter verwendung von bewegungs-ausgelösten pulsen | |
DE3884615T2 (de) | Eine vom schlingern unabhängige magnetometeranordnung. | |
DE19952786A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Kernresonanz-Eigenschaft | |
DE112014003910T5 (de) | Untertage-Kernmagnetresonanz (NMR)-Werkzeug mit Querdipolantennenkonfiguration | |
DE19952787A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Kernresonanz-Eigenschaft | |
DE112018002703T5 (de) | Schnelle Messung und Interpretation von mehrdimensionalen Messungen im Bohrloch | |
EP3074725B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur erfassung einer position eines positionsgebers | |
DE102011112002A1 (de) | Verfahren und Systeme zum Messen von NMR-Charakteristiken bei der Förderbohrlochmessung | |
DE4113952C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Vorhersagen von Erdbeben | |
EP3039418A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur analyse eines magnetische partikel umfassenden probenvolumens | |
DE60127558T2 (de) | Unterdrückung mechanischer oszillationen in einer rf-antenne | |
DD239632A5 (de) | Verfahren zur azimutmessung bei einer schraegbohrung | |
DE4126707A1 (de) | Wirbelstromsensor | |
WO1990010880A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum orten von unterseeboote | |
DE4215454C1 (de) | ||
DE1573837C3 (de) | Prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung magnetisierbarer Materialien | |
DE3729628A1 (de) | Bohrloch-hysteresemeter fuer gesteinsmagnetische "in situ"-untersuchungen in prospektions- und geologischen forschungsbohrungen | |
DE2344508A1 (de) | Verfahren und magnetometer zum messen von magnetfeldkomponenten | |
DE19510114A1 (de) | Einrichtung zum Messen magnetischer Remanenz | |
DE102019108764A1 (de) | Mineraliendetektionsanordnung und Verfahren zur Detektion und Charakterisierung von Mineralien in einem Bohrloch | |
DE1498973A1 (de) | Verfahren zum Analysieren einer Mischung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OR8 | Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8105 | Search report available | ||
8141 | Disposal/no request for examination |