DE4208953A1 - Verfahren zum bestimmen der elektrischen anisotropie einer kernprobe aus einer unterirdischen formation - Google Patents

Verfahren zum bestimmen der elektrischen anisotropie einer kernprobe aus einer unterirdischen formation

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der elektrischen Anisotropie einer Kernprobe aus einer unterirdischen Formation. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Bestimmen des spezifischen Widerstands einer Kernprobe einer unterirdischen Formation.
Die Kohlenwasserstoffsättigung So wird im allgemeinen aus der Wassersättigung Sw nach der folgenden Beziehung bestimmt.
So = 1-Sw (1)
Die in einer unterirdischen Formation vorliegende Wassersättigung wird normalerweise durch die Interpretation üblicher elektrischer Bohrdaten, d. h. aufgrund von Daten des spezifischen Widerstandes, bestimmt, die in bezug auf ein durch die Formation getriebenes Bohrloch aufgezeichnet wurden. Die in dem zur Verfügung stehenden Porenraum der Formation vorliegende Wassersättigung wird aus den Bohrmessungen des spezifischen Widerstands bestimmt, und zwar unter Anwendung der Archie-Gleichung, die von G. E. Archie in der Veröffentlichung "The Electrical Resistivity Log As An Aid in Determining Some Reservoir Characteristics" Trans. AIME, Band 46 (1942), s. 54 bis 62, angegeben wurde. Diese Gleichung lautet wie folgt:
Sw n = Rw/ΦmRt (2)
Darin bedeuten Sw, die anteilige Wassersättigung (d. h. der Anteil an freiem und gebundenem Wasser in der Formation, ausgedrückt als Prozentsatz des in der Formation zur Verfügung stehenden Porenraums), Rw der spezifische Widerstand des Formationswassers, Φ die Formationsporosität, Rt den elektrischen spezifischen Widerstand der Formation, n den Sättigungsexponenten und m den Porositäts- oder Zementierungsexponenten. Die Archie-Gleichung kann auf andere Weisen ausgedrückt werden, und es gibt zahlreiche Methoden auf dem vorliegenden Fachgebiet zum Bestimmen, Messen oder anderweitigen Erhalten der verschiedenen Komponenten, die nötig sind, um die anteilige Wassersättigung Sw aus dem spezifischen Widerstand Rt der Formation unter Verwendung der Gleichung in irgendeiner ihrer Formen vorherzusagen. Archie definierte zwei Größen als Basis für seine Wassersättigungsgleichung (1). Die erste Größe ist der Bildungsfaktor F, der die Wirkung der Gesteinsmatrix auf den spezifischen Widerstand des Wassers gemäß der folgenden Gleichung
F = Ro/Rw (3)
definiert, worin Ro den spezifischen Widerstand des mit Wasser gesättigten Gesteins und Rw den spezifischen Widerstand des Wassers bedeuten.
Archie legt dar, daß für einen gegebenen Wert von Rw der Bildungsfaktor F mit zunehmender Porosität Φ bis zu einem Exponenten m gemäß der folgenden Gleichung
F = 1/Φm (4)
abnimmt. Dieser Porositätsexponent m wurde auch als der "Archie-Zementierungsexponent" bekannt. Somit stellte Archie eine nützliche Charakterisierung eines mit einer leitenden Salzlösung voll gesättigten Gesteins in Form des spezifischen Widerstands Rw des Wassers, der Porosität Φ und eines Gesteinsparameters m zur Verfügung. Es ist wichtig zu beachten, daß Archie annahm, daß die gesamte Leitfähigkeit in der Salzlösung vorliegt.
Die zweite Größe ist der Index I des spezifischen Widerstands, der als Verhältnis des spezifischen Widerstands Rt eines teilweise mit Wasser und Kohlenwasserstoff gesättigten Gesteins zu dem spezifischen Widerstand Ro des gleichen, aber mit Wasser voll gesättigten Gesteins, gemäß der folgenden Gleichung
I = Rt/Ro (5)
definiert ist.
Archie legt dar, daß mit der Abnahme der Wassersättigung (d. h. mit der Zunahme der Kohlenwasserstoffsättigung) der spezifische Widerstand Rt und damit I bis zu einem Exponenten n gemäß der nachfolgenden Gleichung
I = 1/Sw n (6),
zunimmt, worin Sw das Verhältnis des Volumens des Wassers in den Poren zum gesamten Porenvolumen bedeutet.
Dieser Exponent n wurde bekannt als der "Archie-Sät­ tigungsexponent". Es ist wieder wichtig zu beachten, daß Archie angenommen hat, die gesamte Leitfähigkeit liege in der Salzlösung und allen Poren innerhalb des Gesteins sei die gleiche Wassersättigung Sw zuzuschreiben.
Es sind diese zwei Gleichungen (4) und (6) für den Bildungsfaktor F bzw. für den Index I des spezifischen Widerstands, die Archie miteinander kombiniert, um den Ausdruck Sw der Wassersättigung der Gleichung (2) anzugeben. Bestimmte Bohrberichte haben den spezifischen Widerstand Rt der Formation und die Porosität Φ geliefert. Wasserproben geben die besten Werte für Rw. Die Standardpraxis besteht darin, die spezifischen Widerstände Ro und Rt an Gesteinsproben für eine Anzahl von Wassersättigungen zu messen und den Logarithmus von I gegen den Logarithmus von Sw aufzutragen. Die Gleichungen von Archie gehen davon aus, daß eine solche logarithmische Darstellung einer Geraden mit einer Neigung von -n entspricht.
Jedoch sind viele Kernproben nicht homogen und elektrisch isotrop. Bei solchen Kernproben hängt der Archiesättigungsexponent n stark von der Richtung ab, in der die Messung des spezifischen Widerstands vorgenommen wird. Beispielsweise kann ein über Durchlässigkeitssperren hinweg gemessener Sättigungsexponent innerhalb einer Kernprobe eineinhalb mal so groß sein wie in dem Fall, in dem er parallel zu den Durchlässigkeitssperren gemessen wird. Dieser Unterschied kann eine sehr nachteilige Wirkung auf die Bestimmung der Kohlenwasserstoffreserven haben, die aus der berechneten Wassersättigung der Gleichung (2) abgeleitet werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den spezifischen Widerstand einer Kernprobe zu bestimmen, die elektrisch anisotrop ist, und das Ausmaß der Änderungen der Anisotropie aufzuzeigen, wenn sich die Sättigung der Kernprobe mit der Salzlösung ändert, damit aus der Gleichung (2) ein genauer Wert der Wassersättigung berechnet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen der elektrischen Anisotropie einer Kernprobe aus einer unterirdischen Formation angegeben, das die folgenden Verfahrensstufen umfaßt:
  • a) Formen der genannten Kernprobe zu einem Zylinder;
  • b) Ausüben eines begrenzten Drucks auf die Kernprobe;
  • c) Sättigen der Kernprobe mit einem ersten Fluid;
  • d) Hindurchführen eines elektrischen Stroms durch die mit dem Fluid gesättigte Kernprobe;
  • e) Messen von elektrischen Spannungen in einer Mehrzahl von durch die Kernprobe hindurchgehenden radialen Richtungen, welche senkrecht zur Zylinderachse der Kernprobe verlaufen, an jeder der Mehrzahl von voneinander beabstandeten Stellen entlang dieser Achse;
  • f) Bestimmen der elektrischen spezifischen Widerstände in der genannten Mehrzahl von durch die Kernprobe hindurchgehenden radialen Richtungen aufgrund der Mehrzahl der gemessenen elektrischen Spannungen und
  • g) Vergleichen eines jeden der bestimmten elektrischen spezifischen Widerstände, um die radiale Richtung irgendeiner elektrischen Anisotropie in der genannten Kernprobe zu identifizieren.
Die Verfahrensstufe des Messens der elektrischen Spannungen umfaßt vorzugsweise die Stufen:
  • h) Einstellen einer Anfangsfluidsättigung innerhalb der Kernprobe;
  • i) Messen der elektrischen Spannungen in einer Mehrzahl von durch die Kernprobe hindurchgehenden radialen Richtungen, die senkrecht zur Zylinderachse der Kernprobe angeordnet sind, an jeder der Mehrzahl von voneinander beabstandeten Stellen entlang der genannten Achse bei der erwähnten Anfangsfluidsättigung und
  • j) mehrfaches Ändern der erwähnten Fluidsättigung innerhalb der Kernprobe und wiederholtes Bestimmen des elektrischen spezifischen Widerstands für jede unterschiedliche Fluidsättigung.
Vorzugsweise schließt die Stufe des Änderns der Fluidsättigung eine Stufe des Bewegens des Fluids in der Kernprobe in einer Richtung parallel zu der genannten Achse ein.
Es ist bevorzugt, daß die Stufe (i) noch das
  • k) Inkontaktbringen der Außenoberfläche der Kernprobe mit einer Anordnung von Elektroden an jeder einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten Stellen entlang der Länge der Kernprobe, wobei jede dieser Anordnungen sich in einer Ebene senkrecht zu der genannten Achse und die Elektroden in jeder dieser Anordnungen sich an einer gleichen Anzahl von Stellen um die Außenoberfläche der Kernproben herum in gleichen Abständen angeordnet sind;
  • l) Messen der elektrischen Spannungen durch jedes Paar von Elektroden hindurch, die um 180° um die Kernprobe herum voneinander beabstandet sind; und
  • m) Verwenden der Spannungsmessungen zwischen den Elektrodenpaaren zum Bestimmen des elektrischen spezifischen Widerstands der Kernprobe zwischen den Elektrodenpaaren in einer durch die Kernprobe hindurchgehenden radialen Richtung, die senkrecht zu der genannten Achse verläuft,
umfaßt.
Die Verfahrensstufe des Formens der Kernprobe kann durch Schneiden des Kerns derart erfolgen, daß die Zylinderachse der Kernprobe in einem Winkel zur Schichtfläche der genannten unterirdischen Formation angeordnet ist.
Nach der Stufe g kann mindestens ein Teil des genannten ersten Fluids durch ein zweites Fluid mit einer verschiedenen elektrischen Leitfähigkeit verdrängt werden, und die Stufen d bis g werden wiederholt.
Das erste Fluid kann elektrisch leitfähig und das zweite Fluid elektrisch nicht leitfähig sein. Auch ist es möglich, daß das erste Fluid elektrisch nichtleitend und das zweite Fluid elektrisch leitend ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bestimmen des spezifischen Widerstandes einer Kernprobe einer unterirdischen Formation angegeben, gekennzeichnet durch
  • a) eine Hülse, die eine zylindrische Kernprobe einer unterirdischen Formation enthält, wobei diese Kernprobe mit einem Fluid gesättigt werden kann;
  • b) Mittel zum Hindurchführen eines elektrischen Stroms durch die Kernprobe;
  • c) Mittel zum Messen von elektrischen Spannungen in einer Mehrzahl von durch die Kernprobe hindurchgehenden radialen Richtungen und senkrecht zur Zylinderachse der Kernprobe als Antwort auf den Stromfluß durch die Kernprobe; und
  • d) Mittel zum Bestimmen der elektrischen spezifischen Widerstände in der genannten Mehrzahl von durch die Kernprobe hindurchgehenden radialen Richtungen aufgrund der gemessenen elektrischen Spannungen.
Vorzugsweise haben die Mittel zum Messen der elektrischen Spannungen
  • e) mindestens eine Elektrodenanordnung, die sich durch die genannte Hülse hindurch erstreckt und in Berührung mit der Außenoberfläche der Kernprobe steht, wobei sich diese Anordnung in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse der Kernprobe befindet und jeweils eine gleiche Anzahl von Elektroden in gleichem Abstand um die genannte Hülse herum aufweist; und
  • f) mit den erwähnten Elektroden verbundene Mittel zum Messen der elektrischen Spannung zwischen jedem Paar von Elektroden, die jeweils im Abstand von 180° um die erwähnte Hülse herum angeordnet sind, als Antwort auf den Stromfluß durch die Kernprobe.
Jede der genannten Elektroden kann durch die erwähnte Hülse hindurchgeführt sein und sich von der Innenoberfläche der Hülse nach außen erstrecken sowie mit einem abgerundeten Ende zum Herstellen eines Kontakts mit der Außenoberfläche der Kernprobe versehen sein. Das abgerundete Ende ist vorzugsweise kugelförmig oder halbkugelförmig gestaltet.
Vorzugsweise ist jede der Elektroden in die Hülse eingeformt.
Bei einer bevorzugten Konstruktion weist jede der Elektroden
  • g) einen zylindrischen Hauptkörper; und
  • h) ein kugelförmiges Endelement zum Herstellen eines Kontakts mit der Außenoberfläche der Kernprobe auf.
Das Endelement kann im Bereich des Hauptkörpers zurückgesetzt sein. Das Endelement kann eine halbkugelförmige Gestalt mit einem Durchmesser, der größer als jener des Hauptkörpers ist, haben. Der flache Abschnitt des halbkugelförmigen Endelements kann sich in der Nähe des Hauptkörpers befinden und senkrecht zur Zylinderachse des Hauptkörpers angeordnet sein.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung folgendes auf:
  • i) Einen Fluideinlaß an einem ersten Ende der genannten Hülse, durch den ein zweites Fluid unter Druck in das erste Ende der Kernprobe eingedrückt werden kann, um das erwähnte erste Fluid aus einem zweiten Ende der Kernprobe zu verdrängen, wobei das zweite Fluid mit dem ersten Fluid unmischbar ist und eine entgegengesetzte elektrische Leitfähigkeit aufweist;
  • j) ein poröses Element, das im Bereich eines zweiten Endes der genannten Hülse angeordnet ist, durch welches das erwähnte erste Fluid aus dem zweiten Ende der Kernprobe durch das poröse Element hindurch abgeführt werden kann;
  • k) einen Fluidauslaß, der am zweiten Ende der Hülse angeordnet ist, durch den das erste Fluid aus der Hülse abgeführt wird, nachdem es aus dem zweiten Ende der Kernprobe durch das poröse Element hindurch verdrängt worden ist;
  • l) eine Mehrzahl von Elektrodenanordnungen, die sich entlang der Länge der genannten Hülse an voneinander beabstandeten Stellen befinden und an voneinander beabstandeten Stellen mit der Außenoberfläche der Kernprobe in Kontakt stehen, wobei sich jede der genannten Anordnungen in einer Ebene senkrecht zur genannten Zylinderachse befindet; und
  • m) Mittel zum Anwenden eines begrenzten Drucks durch die Hülse hindurch auf die Kernprobe.
Es können Mittel zum Vergleichen der bestimmten spezifischen Widerstände vorgesehen sein, um die radiale Richtung irgendeiner elektrischen Anisotropie innerhalb der Kernprobe in der Ebene jeder der genannten Elektrodenanordnungen und entlang der Länge der Kernprobe zwischen den Elektrodenanordnungen zu identifizieren.
Nachfolgend wird auf die in der Anlage beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen
Fig. 1 eine bekannte Vorrichtung zum Bestimmen des spezifischen Widerstands von Kernproben unterirdischer Formationen;
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Elektrodenanordnungen für Messungen des spezifischen Widerstands an elektrisch anisotropen Kernproben unterirdischer Formationen;
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 2 mit der Detaildarstellung einer der Elektrodenanordnungen; und
Fig. 4 eine der Elektrodenanordnungen gemäß Fig. 2 und 3.
In Fig. 1 ist ein bekanntes System dargestellt, das bei linearen Bestimmungen des spezifischen Widerstands entlang einer Kernprobe aus einer unterirdischen Formation erfolgreich eingesetzt wurde. Eine Druckhülse 10, vorzugsweise aus natürlichem oder synthetischem Gummi, umgibt eine zylindrische Kernprobe 11 eines porösen Gesteins, an dem Messungen des spezifischen Widerstands bei einer Mehrzahl von Fluidsättigungen durchgeführt werden sollen. Zwischen dem Ende 19 der Kernprobe 11 und dem Ende 12 der Druckhülse 10 ist ein poröses Element 13 angeordnet, das für ein erstes Fluid, mit dem die Kernprobe gesättigt ist, durchlässig und gegenüber einem zweiten Fluid, das zur Verdrängung des ersten Fluids aus der Kernprobe verwendet wird, undurchlässig ist. Das zweite oder verdrängende Fluid ist mit dem ersten Fluid unmischbar und weist eine davon verschiedene elektrische Leitfähigkeit auf. Dieses erste Sättigungsfluid ist das Benetzungsfluid für das poröse Element 13, das beispielsweise eine keramische Platte oder eine Membran sein kann. Die Hülse 10 ist innerhalb eines geeigneten, in der Zeichnung nicht dargestellten Druckbehälters angeordnet, der bis zu mehreren Millionen Pa (mehrere Tausend psi) mit Druck beaufschlagt werden kann. Typische Beispiele für solche Druckbehälter sind in den US-Patentschriften 38 39 899, 46 88 238 und 43 79 407 beschrieben. Mittels eines solchen Druckbehälters wird auf die Hülse 10 und damit auf das poröse Gestein 11 ein Druck ausgeübt. Der Druck soll genügend hoch sein, um jeden Fluidring zwischen der Hülse 10 und der Oberfläche der Kernprobe zu beseitigen. Ein Fluideinlaß 14 und ein Fluidauslaß 15 sind an den Enden 16 bzw. 12 der Hülse 10 angeordnet. Sowohl der Einlaß 14 als auch der Auslaß 15 dient als eine den elektrischen Strom leitende Elektrode, um diesen Strom von einer Quelle 20 durch das poröse Gestein 11 hindurchzuführen. Ein Paar Spannungselektroden 17a, 17b durchdringen die Hülse 10 und haben Kontakt mit dem porösen Gestein an im Abstand voneinander befindlichen Stellen entlang der Länge dieses Gesteins. Die Spannung durch das poröse Gestein 11 zwischen den Elektroden 17a, 17b wird mittels der Einheit 21 gemessen.
Die Kernprobe des porösen Gesteins 11 wird zu Beginn mit beispielsweise einem elektrisch leitfähigen Fluid, wie Salzwasser, vollständig gesättigt und unter einen begrenzten Druck gesetzt. Durch das poröse Gestein wird ein elektrischer Strom geführt, und zwischen den Elektroden 17a, 17b wird die Spannung entlang des porösen Gesteins gemessen. Solche Spannungsmessungen können gemäß den US-Patentschriften 44 67 642, 45 46 318 und 46 86 477 durchgeführt werden.
Aus dieser Spannung wird nach dem Ohmschen Gesetz der Widerstand des porösen Gesteins entlang seiner Länge zwischen den Elektroden 17a, 17b bestimmt. Der spezifische Widerstand oder die reziproke Leitfähigkeit des porösen Gesteins wird mittels des bestimmten Widerstands, der Länge und der Querschnittsfläche der Kernprobe ermittelt. Dann kann durch den Einlaß 14 in das Ende 18 des porösen Gesteins 11 ein Verdrängungsfluid, z. B. ein nichtleitendes Öl oder Gas, eingedrückt werden, um vor der nächsten Messung des spezifischen Widerstands die Bedingung der Fluidsättigung zu ändern.
Typische Beispiele für Systeme gemäß Fig. 1 zum Bestimmen des spezifischen Widerstands sind in den US-Patentschriften 49 07 448, 49 26 128 und 49 24 187 beschrieben.
Vorstehend wurde ein typisches Beispiel der Bestimmung des spezifischen Widerstands in einer einzigen Richtung entlang der Achse einer zylindrischen Kernprobe gemäß Fig. 1 beschrieben.
Im Unterschied dazu stellt die vorliegende Erfindung Tensorkomponenten des spezifischen Widerstands oder die Leitfähigkeit zur Verfügung, der bzw. die nötig ist, um elektrische Bohrdaten bezüglich einer unterirdischen Formation mit anisotropen Eigenschaften durch das Messen und Vergleichen des spezifischen Widerstandes in einer Mehrzahl von durch eine zylindrische Kernprobe der Formation hindurch und senkrecht zur Zylinderachse der Kernprobe verlaufenden Richtungen zu interpretieren. Eine in Querrichtung isotrope zylindrische Kernprobe der Formation wird so geschnitten, daß die Formationsschichtebene in einem Winkel zur Zylinderachse der Kernprobe verläuft. Die Kernprobe wird anfänglich mit einem elektrisch leitenden Fluid, wie Salzwasser, gesättigt und innerhalb der Hülse 10 unter einen beschränkten Druck gesetzt, der den in-situ-Druck repräsentiert. Die Kernprobe wird an einer Mehrzahl von im Abstand voneinander befindlichen Stellen entlang der Länge der Kernprobe mit einer Anordnung von Elektroden, die in der Hülse 10 enthalten sind, zum Beispiel mit Elektrodenanordnungen A, B und C gemäß Fig. 2, in Kontakt gebracht. Jede dieser Anordnungen A, B, C liegt in einer Ebene senkrecht zur Achse der Kernprobe, und in jeder dieser Anordnungen sind die Elektroden in gleichem Abstand voneinander und an einer gleichen Anzahl von Stellen um die Hülse 10 herum angeordnet.
Fig. 2 zeigt ein Paar solcher Elektroden Ai und Ai+N, die sich in einem Abstand von 180° um die Hülse 10 herum befinden (mit i = 1 bis N).
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Hülse 10 und die Kernprobe 11 an der axialen Stelle der Anordnung A mit 24 dargestellten Elektroden A1 bis A24 (der Querschnitt der Hülse 10 wurde zum besseren Verständnis weggelassen). Gemäß Fig. 3 gibt es 12 Elektrodenpaare an Stellen, die jeweils einem Abstand von 180° entsprechen, um die Hülse 10 herum, zum Beispiel die Elektrodenpaare A1 und A13, A2 und A14, bis A12 und A24. Durch die Kernprobe 11 wird ein elektrischer Strom hindurchgeschickt, und es wird zwischen jedem der Elektrodenpaare Ai und Ai+N, Bi und Bi+N, sowie Ci und Ci+N, die jeweils im Abstand von 180° in den Anordnungen A, B und C vorliegen, gemessen, wie mittels der Spannungseinheit 22 über dem Elektrodenpaar A1 bis A13 beispielsweise gezeigt wird.
Diese Spannungen sowie eine Spannung, die entlang der axialen Länge der Kernprobe durch die Einheit 21 gemessen wird, wie Fig. 1 zeigt, werden benutzt, um die elektrischen spezifischen Widerstände 23 der Kernprobe sowohl entlang dieser Probe als auch in einer Mehrzahl von durch die Kernprobe hindurch und senkrecht zur Achse der Kernprobe verlaufenden radialen Richtungen zwischen den Elektroden eines jeden entsprechenden Elektrodenpaars zu bestimmen. Nach diesen Messungen kann die Fluidsättigung in der Kernprobe beliebig oft geändert werden, wobei solche Messungen für jede der verschiedenen Fluidsättigungen wiederholt werden.
Aus diesen spezifischen Widerständen, die senkrecht zu der Achse der Kernprobe an einer Mehrzahl von Stellen entlang der Achse der Kernprobe vorliegen, werden die gewünschten Tensorkomponenten des spezifischen Widerstands oder die Leitfähigkeit, welche zur Interpretierung der elektrischen Bohrdaten unterirdischer Formationen mit anisotropen Eigenschaften benötigt werden, bestimmt. Kleine Kernproben, die parallel und senkrecht zu kleinen, aber in engem Abstand voneinander befindlichen Schichten aus verschiedenen Formationssedimenten geschnitten worden sind, zeigen jede elektrische Anisotropie, die existieren könnte. Es kann sein, daß zwei Kernproben, die senkrecht und parallel zu einer Schichtfläche geschnitten worden sind, nicht in jeder Hinsicht identisch sind, ausgenommen die Richtungen der Ebenen bezüglich der Zylinderachse der Kernprobe, und es wäre schwierig, für Vergleichsmessungen in jeder Probe die gleiche Teilsättigung mit Wasser zu erhalten. Um solche Einschränkungen auszuschalten, wird erfindungsgemäß eine einzige zylindrische Kernprobe benutzt, die so geschnitten worden ist, daß die Schichtfläche in einem Winkel zur Achse der Kernprobe liegt, wie oben beschrieben wurde.
In Fig. 4 wird eine bevorzugte Konfiguration der Elektroden jeder der Elektrodenanordnungen A bis C dargestellt. Beispielsweise werden die Elektroden A1 bis A3 in einer Ausführungsform gezeigt, bei der sie in eine Gummihülse 10 eingeformt sind und jeweils einen zylindrischen Hauptkörper 30, 31, 32 sowie kugelförmige Endelemente 33, 34, 35 zur Herstellung eines Kontakts mit der Außenoberfläche einer Kernprobe durch eine Erstreckung nach außen von der Innenoberfläche der Hülse 10 über eine Entfernung P aufweisen. Wie Fig. 4 zeigt, sind die Endelemente 33, 34, 35 halbkugelförmig mit Ausnehmungen oder Lippen 36, 37, 38, die senkrecht zur Außenoberfläche der zylindrischen Hauptkörper 30, 31, 32 verlaufen, ausgebildet. Solche halbkugelförmigen Endelemente bewirken eine verbesserte Haftung an der Gummihülse 10.

Claims (22)

1. Verfahren zum Bestimmen einer elektrischen Anisotropie einer Kernprobe einer unterirdischen Formation, gekennzeichnet durch die Verfahrensstufen
  • a) Überführen der Kernprobe (11) in die Form eines Zylinders,
  • b) Ausüben eines begrenzten Drucks auf die Kernprobe (11),
  • c) Sättigen der Kernprobe (11) mit einem ersten Fluid,
  • d) Hindurchführen eines elektrischen Stroms durch die mit dem Fluid gesättigte Kernprobe (11),
  • e) Messen von elektrischen Spannungen (22) in einer Mehrzahl von durch die Kernprobe (11) hindurchgehenden radialen Richtungen, welche senkrecht zur Zylinderachse der Kernprobe (11) verlaufen, an jeder der Mehrzahl von voneinander beabstandeten Stellen entlang dieser Achse,
  • f) Bestimmen der elektrischen spezifischen Widerstände (23) in der genannten Mehrzahl von durch die Kernprobe (11) hindurchgehenden radialen Richtungen, aufgrund der Mehrzahl der gemessenen elektrischen Spannungen (22) und
  • g) Vergleichen der bestimmten elektrischen spezifischen Widerstände (23), um die radiale Richtung irgendeiner elektrischen Anisotropie in der Kernprobe (11) zu identifizieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensstufe des Messens der elektrischen Spannungen folgende Stufen umfaßt:
  • h) Einstellen einer Anfangsfluidsättigung innerhalb der Kernprobe (11),
  • i) Messen der elektrischen Spannungen (22) in einer Mehrzahl von durch die Kernprobe (11) hindurchgehenden radialen Richtungen, die senkrecht zur Zylinderachse der Kernprobe (11) angeordnet sind, an jeder der Mehrzahl von voneinander beabstandeten Stellen entlang der genannten Achse bei der erwähnten Anfangsfluidsättigung und
  • j) mehrfaches Ändern der erwähnten Fluidsättigung innerhalb der Kernprobe (11) und wiederholtes Bestimmen des elektrischen spezifischen Widerstands (23) für jede unterschiedliche Fluidsättigung.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (j) des Änderns der Fluidsättigung eine Stufe des Bewegens des Fluids in der Kernprobe (11) in einer Richtung parallel zu der genannten Achse umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensstufe (i) die folgenden Stufen umfaßt:
  • k) Inkontaktbringen der Außenoberfläche der Kernprobe (11) mit einer Anordnung (A, B, C) von Elektroden (Ai, Bi, Ci) an einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten Stellen entlang der Länge der Kernprobe (11), wobei sich jede dieser Anordnungen (A, B, C) in einer Ebene senkrecht zu der genannten Achse befindet und die Elektroden (Ai, Bi, Ci) in jeder dieser Anordnungen (A, B, C) an einer gleichen Anzahl von Stellen um die Außenfläche der Kernprobe (11) herum in gleichen Abständen angeordnet sind,
  • l) Messen der elektrischen Spannungen (22) zwischen jedem Paar von Elektroden (Ai, Bi, Ci), die jeweils mit einem Abstand von 180° um die Kernprobe (11) herum angeordnet sind, und
  • m) Verwenden der Spannungsmessungen (22) zwischen den Elektrodenpaaren (Ai, Bi, Ci) zum Bestimmen des elektrischen spezifischen Widerstands (23) der Kernprobe (11) zwischen den Elektrodenpaaren (Ai, Bi, Ci) in einer durch die Kernprobe (11) hindurchgehenden radialen Richtung, die senkrecht zu der genannten Achse verläuft.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensstufe des Überführens der Kernprobe (11) in eine zylindrische Form durch ein Schneiden des Kerns derart erfolgt, daß die Zylinderachse der Kernprobe (11) in einem Winkel zur Schichtfläche der genannten unterirdischen Formation angeordnet ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Stufe (g) mindestens ein Teil des genannten ersten Fluids durch ein zweites Fluid mit einer anderen elektrischen Leitfähigkeit verdrängt wird und die Stufen (d) bis (g) wiederholt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid elektrisch leitfähig und das zweite Fluid elektrisch nicht leitfähig ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid elektrisch nicht leitfähig und das zweite Fluid elektrisch leitfähig ist.
9. Vorrichtung zum Bestimmen des spezifischen Widerstands einer Kernprobe einer unterirdischen Formation, gekennzeichnet durch
  • a) eine Hülse (10), die eine zylindrische Kernprobe (11) einer unterirdischen Formation enthält, wobei diese Kernprobe (11) mit einem Fluid gesättigt werden kann,
  • b) Mittel zum Hindurchführen eines elektrischen Stroms durch die Kernprobe (11),
  • c) Mittel (22) zum Messen von elektrischen Spannungen in einer Mehrzahl von durch die Kernprobe (11) hindurchgehenden radialen Richtungen senkrecht zur Zylinderachse der Kernprobe (11) als Antwort auf den Stromfluß durch die Kernprobe (11) und
  • d) Mittel (23) zum Bestimmen der elektrischen spezifischen Widerstände in der genannten Mehrzahl von durch die Kernprobe (11) hindurchgehenden radialen Richtungen aufgrund der gemessenen elektrischen Spannungen (22).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22) zum Messen der Spannungen
  • e) mindestens eine Elektrodenanordnung (A, B, C), die sich durch die genannte Hülse (10) hindurch erstreckt und in Berührung mit der Außenoberfläche der Kernprobe (11) steht, wobei sich diese Anordnung (A, B, C) in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse der Kernprobe (11) befindet und jeweils eine gleiche Anzahl von Elektroden (Ai, Bi, Ci) in gleichem Abstand um die Hülse (10) herum aufweist, und
  • f) mit den erwähnten Elektroden (Ai, Bi, Ci) verbundene Mittel (22) zum Messen der elektrischen Spannung zwischen jedem Paar von Elektroden (Ai, Bi, Ci), die jeweils im Abstand von 180° um die Hülse (10) herum angeordnet sind, als Antwort auf den Stromfluß durch die Kernprobe (11)
umfassen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden (Ai, Bi, Ci) durch die Hülse (10) hindurchführt und sich von der Innenoberfläche der Hülse (10) nach außen erstreckt sowie abgerundete Enden (33, 34, 35) für die Herstellung eines Kontakts mit der Außenoberfläche der Kernprobe (11) aufweisen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden (Ai, Bi, Ci) in die Hülse (10) eingeformt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die abgerundeten Enden (33, 34, 35) kugelförmig ausgebildet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die abgerundeten Enden (33, 34, 35) halbkugelförmig ausgebildet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden (Ai, Bi, Ci)
  • g) einen zylindrischen Hauptkörper (30, 31, 32) und
  • h) ein kugelförmiges Endelement (33, 34, 35) zum Herstellen eines Kontakts mit der Außenoberfläche der Kernprobe (11)
aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Endelement (33, 34, 35) im Bereich des Hauptkörpers (30, 31, 32) mit einer Ausnehmung (36, 37, 38) versehen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Endelement (33, 34, 35) halbkugelförmig mit einem Durchmesser, der größer als jener des Hauptkörpers (30, 31, 32) ist, ausgebildet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein flacher Abschnitt (36, 37, 38) des halbkugelförmigen Endelements (33, 34, 35) im Bereich des Hauptkörpers (30, 31, 32) befindet und senkrecht zur Zylinderachse des Hauptkörpers (30, 31, 32) angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:
  • i) einen Fluideinlaß (14) an einem ersten Ende (16) der Hülse (10), durch den ein zweites Fluid unter Druck in das erste Ende (16) der Kernprobe (11) eingedrückt werden kann, um das erste Fluid aus einem zweiten Ende (12) der Kernprobe (11) zu verdrängen, wobei das zweite Fluid mit dem ersten Fluid unmischbar ist und eine entgegengesetzte elektrische Leitfähigkeit aufweist,
  • j) ein poröses Element (13), das im Bereich des zweiten Endes (12) der Hülse (10) angeordnet ist, durch welches das erwähnte erste Fluid aus dem zweiten Ende (12) der Kernprobe (11) durch das poröse Element (13) hindurch abgeführt werden kann,
  • k) einen Fluidauslaß (15), der am zweiten Ende (12) der Hülse (10) angeordnet ist, durch den das erste Fluid aus der Hülse (10) abgeführt wird, nachdem es aus dem zweiten Ende (19) der Kernprobe (11) durch das poröse Element (13) hindurch verdrängt worden ist,
  • l) eine Mehrzahl von Elektrodenanordnungen (A, B, C), die sich entlang der Länge der Hülse (10) an voneinander beabstandeten Stellen befinden und dort mit der Außenoberfläche der Kernprobe (11) einen Kontakt herstellen, wobei sich jede der genannten Anordnungen (A, B, C) in einer Ebene senkrecht zur genannten Zylinderachse befindet, und
  • m) Mittel zum Anwenden eines begrenzten Drucks durch die Hülse (10) hindurch auf die Kernprobe (11).
20. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,daß sie weiterhin mit Mitteln zum Vergleichen der bestimmten spezifischen Widerstände ausgerüstet ist, um die radiale Richtung einer elektrischen Anisotropie innerhalb der Kernprobe (11) in der Ebene jeder der Elektrodenanordnungen (A, B, C) und entlang der Länge der Kernprobe (11) zwischen den Elektrodenanordnungen (A, B, C) zu identifizieren.
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