DE592351C

DE592351C - Electrical method and arrangement for the determination of porous layers penetrated by a borehole

Info

Publication number: DE592351C
Application number: DES102071D
Authority: DE
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1931-09-02
Filing date: 1931-11-25
Publication date: 1934-02-07

Description

Elektrisches Verfahren und Anordnung zur Bestimmung von porösen, durch ein Bohrloch durchschlagenen Schichten Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Verfahren, um durch Potentialmessungen innerhalb eines Bohrloches die durch letzteres durchschlagenen Schichten, insbesondere die porösen Schichten, hinsichtlich ihrer Tiefe, ihrer Breite und des in ihnen herrschenden Druckes zu untersuchen.Electrical method and arrangement for the determination of porous, by Layers pierced through a borehole The invention relates to an electrical Method of measuring the potential within a borehole through the latter penetrated layers, in particular the porous layers, with regard to their To examine their depth, their breadth and the pressure within them.

Die porösen Schichten, wie Sandschichten, Sandsteinschichten oder rissige Kalksteinschichten spielen bei dem Betrieb der Öllagerstätten eine Hauptrolle, da das Gas und das Öl sich immer in diesen porösen Gesteinen ansammeln. Auch bei Erforschung von Wasser spielen diese Schichten eine Rolle, da die wasserführenden Schichten stets eine starke Porosität besitzen.The porous layers, such as sand layers, or sandstone layers cracked limestone layers play a major role in the operation of the oil deposits, since the gas and oil always accumulate in these porous rocks. Also at Exploring water, these layers play a role as the aquifer Layers always have a high porosity.

Bisher erfolgte die Untersuchung der Porosität eines von einem Bohrloch durchschlagenen Gesteins durch Prüfung eines während der Bohrung aus dem Gestein ausgeschnittenen und alsdann zutage geförderten Kerns. Dieses mechanische Verfahren ist jedoch sehr kostspielig und schwierig durchzuführen, insbesondere wenn es sich um schlecht zusammenhaltenden Sand und tiefe Bohrungen handelt. Die Messung des Druckes der in einer porösen Schicht vorhandenen Flüssigkeit geschieht, indem man die Gas-, Erdöl- oder Wasserquelle in das Bohrloch ausströmen läßt und mit einem Manometer den Druck mißt, wenn die Quelle springt. Wenn der Druck zu schwach ist, um ein Hervorquellen zu erzeugen, wird die Wasserstandshöhe in dem Bohrloch beobachtet. Alle diese Verfahren bieten zuweilen große technische Schwierigkeiten, insbesondere bei Erdölfeldern, in welchen außerordentlich hohe Drücke herrschen können.So far, the investigation of the porosity of one of a borehole has been carried out penetrated rock by examining one during drilling from the rock cut out and then unearthed core. This mechanical process however, it is very costly and difficult to perform, especially if it is badly cohesive sand and deep holes. The measurement of the The pressure of the liquid present in a porous layer happens by the gas, petroleum or water source can flow into the borehole and with a Manometer measures the pressure when the source jumps. If the pressure is too weak, to create a swell, the water level in the borehole is observed. All of these methods present great technical difficulties at times, in particular in oil fields, in which extraordinarily high pressures can prevail.

Das Verfahren nach der Erfindung zur Bestimmung von porösen, durch ein Bohrloch durchschlagenen Schichten mittels elektrischer Sondenmessungen in verschiedenen Tiefen des mit Wasser gefüllten, umverrohrten Bohrloches besteht in der Messung der Potentialdifferenzen, welche ohne Mitwirkung irgendeines künstlichen, dem Untergrund zugeführten elektrischen Stromes durch das Ein- oder Ausdringen des Wassers in oder aus den porösen Schichten erzeugt werden. Man vermeidet auf diese Weise die mechanische Bohrkernbestimmung der Gesteinschichten, und die Quellen brauchen nicht zum Fließen gebracht zu werden. Das neue Verfahren beruht auf dem mit dem Namen Filtrationselektrizität zu bezeichnenden bekannten Phänomen, nämlich dem Auftreten einer elektromotorischen Kraft, wenn eine elektrolytische Flüssigkeit . durch eine dielektrische poröse Schicht, beispielsweise durch eine Sandschicht, fließt. Bekanntlich hängt eine solche elektromotorische Kraft von der chemischen Beschaffenheit der Flüssigkeit und des Dielektrikums ab. halten. In solchem Falle erzeugen die ungleichen Diffusionsgeschwindigkeiten der verschiedenen Ionen eine elektromotorische Kraft an der Berührungsfläche zwischen dem Salzwasser der Schicht und dem Süßwasser des Bohrloches. Diese osmotisch-elektromotorische Kraft hat dieselbe Richtung wie die durch das Eindringen in die Schicht verursachte filtrationselektromotorische Kraft, so daß beide Kräfte sich addieren.The method according to the invention for the determination of porous layers penetrated through a borehole by means of electrical probe measurements at different depths of the water-filled, cased borehole consists in measuring the potential differences which, without the cooperation of any artificial electrical current supplied to the subsurface, through the or the water can penetrate into or out of the porous layers. In this way, the mechanical drilling core determination of the rock layers is avoided and the springs do not have to be made to flow. The new method is based on the well-known phenomenon known as filtration electricity, namely the occurrence of an electromotive force when an electrolytic liquid is present. flows through a dielectric porous layer, for example through a layer of sand. It is known that such an electromotive force depends on the chemical nature of the liquid and the dielectric. keep. In such a case, the unequal diffusion speeds of the various ions generate an electromotive force at the interface between the salt water of the bed and the fresh water of the borehole. This osmotic electromotive force has the same direction as the filtration electromotive force caused by the penetration into the layer, so that the two forces add up.

Die Erfahrung hat gelehrt, daß die in den Bohrlöchern aufgenommenen Diagramme, außer den großen, durch Schichten hoher Porosität erzeugten Anomalien, zahlreiche kleine Potentialunregelmäßigkeiten erkennen lassen. Letztere sind entweder geringen filtrationselektrischen Erscheinungen oder anderen 'Ursachen, wie elektrochemischen Reaktionen zwischen Gesteinen verschiedener Beschaffenheit, zuzuschreiben. Diese kleineren Potentialunregelmäßigkeiten finden sich in den gleichen Schichten benachbarter Bohrungen derart, daß die Potentialdiagramme häufig außerordentlich gute geologische Korrelationen zwischen zwei nahestehenden Bohrlöchern ermöglichen. Bemerkt sei noch, daß Spalten im Gestein und Risse, welche Wasserläufe enthalten, ebenfalls in den Diagrammen hervortreten.Experience has taught that those taken up in the boreholes Diagrams, in addition to the large anomalies created by layers of high porosity, reveal numerous small potential irregularities. The latter are either minor filtration-electrical phenomena or other causes, such as electrochemical Reactions between rocks of different nature, to be attributed. These smaller potential irregularities are found in the same layers of neighboring ones Boreholes in such a way that the potential diagrams are often extremely good geological Enable correlations between two closely spaced wells. It should also be noted that crevices in the rock and cracks containing watercourses are also in the Charts stand out.

Durch das Verfahren nach der Erfindung kann auch der in einer porösen Schicht herrschende Druck gemessen werden, wenigstens wenn die obenerwähnten osmotischen oder chemischen elektromotorischen Kräfte keinen überwiegenden Einfluß haben. Zu diesem Zweck stützt man sich auf die Tatsache, daß eine auf Filtration beruhende elektromotorische Kraft bei sonst gleichen Umständen stets dem die Filtration verursachenden Druck proportional bleibt. Dieser Druck ist im vorliegenden Falle der Unterschied zwischen dem in dem Bohrloch in Höhe der porösen Schicht herrschenden Druck P und dem Druck P im Innein der Schicht. Das Verfahren wird in der Praxis für gewöhnlich so durchgeführt, daß der Druck P um einen bestimmten Betrag, beispielsweise durch Abnehmen einer gewissen Menge schlammhaltigen Wassers, verringert wird und die hieraus sich ergebende Verringerung des Elektrofiltrationspotentials gemessen wird. Alsdann wird die theoretische Formel angewendet, in welcher a die relative Druckverringerung in dem Bohrloch und ß die entsprechende Relativverringerung des Potentiales bedeuten. Der Wert von P läßt sich aus der Höhe der Wassersäule in dem Bohrloch und der Dichte dieses Wassers errechnen, während a aus einer Messung der Senkung der Wasserstandshöhe in dem Bohrloch und ß durch eine potentiometrische Messung ermittelt werden. Alle Koeffizienten in der Formel sind mithin bekannt, so daß der Viert p erhalten werden kann. Der Druck in dem Bohrloch kann verringext werden, bis jede filtrationselektromotorische Kraft verschwindet, was dann geschieht, wenn der Druck in dem Bohrloch dem in der Schicht herrschenden Druck gleich wird. Dieses Verfahren bietet jedoch praktisch große Schwierigkeiten, insbesondere in sehr gasreichen Erdölfeldern, in welchen eine übermäßige Druckverringerung in dem Bohrloch einen gefährlichen Ausbruch des Erdöls und des Gases verursachen kann.The method according to the invention can also be used to measure the pressure prevailing in a porous layer, at least if the above-mentioned osmotic or chemical electromotive forces do not have a predominant influence. For this purpose one relies on the fact that an electromotive force based on filtration always remains proportional to the pressure causing the filtration, all other things being equal. In the present case, this pressure is the difference between the pressure P prevailing in the borehole at the level of the porous layer and the pressure P inside the layer. In practice, the method is usually carried out in such a way that the pressure P is reduced by a certain amount, for example by removing a certain amount of sludge-containing water, and the resultant reduction in the electrofiltration potential is measured. Then the theoretical formula applied, in which a is the relative pressure reduction in the borehole and ß the corresponding relative reduction in potential. The value of P can be calculated from the height of the water column in the borehole and the density of this water, while a can be determined from a measurement of the lowering of the water level in the borehole and β from a potentiometric measurement. All the coefficients in the formula are therefore known so that the fourth p can be obtained. The pressure in the borehole can be reduced until all filtration electromotive force disappears, which happens when the pressure in the borehole becomes equal to the pressure in the bed. However, this method presents great practical difficulties, particularly in very gas-rich petroleum fields where excessive pressure reduction in the wellbore can cause a dangerous outbreak of the petroleum and gas.

Für die Potentialmessungen kann nachstehend beschriebene Anordnung Verwendung finden. Eine an einem isolierten Kabel aufgehängte Metallelektrode kann mit Hilfe einer Winde verschieden tief in das Bohrloch eingesenkt werden. Das obere Ende des Kabels ist mit einer der Klemmen eines Potentiometers verbunden, dessen andere Klemme durch einen isolierten Draht mit einer zweiten Elektrode in Verbindung steht. Letztere steht mit einem festen Punkt der Erde in Berührung, dessen Potential willkürlich gleich o angenommen wird. Durch Ablesung des Potentiometers ergibt sich alsdann für jede Lage der beweglichen Elektrode in dem Bohrloch der Potentialwert an der betreffenden Stelle.The arrangement described below can be used for the potential measurements Find use. A metal electrode suspended from an insulated cable can be sunk into the borehole at different depths with the help of a winch. The top The end of the cable is connected to one of the terminals of a potentiometer, whose the other terminal connected to a second electrode by an insulated wire stands. The latter is in contact with a fixed point on earth, its potential is arbitrarily assumed to be equal to o. Reading the potentiometer shows then the potential value for each position of the movable electrode in the borehole at the relevant point.

Man benutzt zweckmäßig unpolarisierbare Elektroden, um alle auf elektrochemische Wirkungen, die bei der Berührung eines Metalls mit, dem Wasser des Bohrloches oder mit der feuchten Erde entstehen können, zurückzuführende Fehler zu vermeiden. Für gewöhnlich werden die Metallelektroden mit einem porösen Behälter umgeben, der mit einer konzentrierten Lösung eines Salzes des gleichen Metalls gefüllt ist.It is advisable to use non-polarizable electrodes in order to have all electrochemical Effects that occur when a metal comes into contact with, the water of the borehole or can arise with the damp earth to avoid attributable errors. For usually the metal electrodes are surrounded by a porous container that is covered with a concentrated solution of a salt of the same metal.

Wenn in der Zone starke Erdströme (magnetische Gewitter, in der Nähe befindliche Straßenbahnlinien usw.) herrschen, und wenn die Bohrung tief ist, sind die beiden Elektroden, die in einem Abstand von mehreren ioo m voneinander liegen, Störpotentialdifferenzen ausgesetzt, die die Beobachtung der filtrationselektrischen Erscheinungen beeinträchtigen können. In einem solchen Falle ist es zweckmäßig, die beiden Elektroden in das Bohrloch gleichzeitig einzusenken, indem man sie mit einem konstanten und geringen Abstand (beispielsweise i m) voneinander an zwei isolierten Kabeln aufhängt. Durch die Nähe der beiden Elektroden werden die Störpotentialdifferenzen beseitigt, und es können genaue Messungen erzielt werden. Es ist nur zu berücksichtigen, daß die Messung alsdann den Potentialgradienten ergibt und eine Berechnung erforderlich wird, um das eigentliche Potentialdiagramm entlang dem Bohrloch zu erhalten. 1n der Praxis werden die Diagramme unmittelbar mit Hilfe einer selbsttätig und stetig arbeitenden Vorrichtung ermittelt, die den Potentialwert auf ein Papier aufträgt, welches sich in dem Maße abrollt, wie sich die Elektrode oder die Elektroden in das Bohrloch einsenken. Das Verfahren kann alsdann sehr schnell durchgeführt werden.If there are strong earth currents in the zone (magnetic thunderstorms, nearby tram lines, etc.) prevail, and if the hole is deep, are the two electrodes, which are several thousand feet apart, Interfering potential differences exposed to the observation of the filtration electrical Can affect appearances. In such a case it is advisable to Countersink the two electrodes into the borehole at the same time by using them a constant and small distance (for example i m) from each other on two isolated Cables. The interference potential differences are due to the proximity of the two electrodes is eliminated and accurate measurements can be obtained. It just needs to be taken into account that the measurement then gives the potential gradient and a calculation is required to get the actual potential diagram along the borehole. 1n in practice, the diagrams are immediately automatic and continuous with the help of a working device is determined, which plots the potential value on a paper, which unrolls as the electrode or electrodes are in countersink the borehole. The procedure can then be carried out very quickly.

Auf der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des neuen Verfahrens dargestellt.The drawing shows, for example, an embodiment of an arrangement for the implementation of the new procedure.

In dieser einen senkrechten Schnitt durch das Bohrloch veranschaulichenden Figur sind A und B die beiden unpolarisierbaren Elektroden. C ist das Kabel, welches die Elektrode A mit der einen Klemme eines Potentiometers E verbindet, dessen andere Klemme mit der ortsfesten Elektrode B in Verbindung steht. D ist die Winde, welche die in das Wasser G des Bohrloches eintauchende Elektrode ab und auf bewegt. F ist eine poröse Schicht, in welche das Wasser durch Filtration eindringt.In this figure illustrating a vertical section through the borehole, A and B are the two non-polarizable electrodes. C is the cable which connects the electrode A to one terminal of a potentiometer E, the other terminal of which is connected to the stationary electrode B. D is the winch that moves the electrode, which is immersed in the water G of the borehole, up and down. F is a porous layer into which the water penetrates through filtration.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for the determination of porous, by a Borehole penetrated layers by means of electrical probe measurements in different Depths of the uncased borehole filled with water, characterized by the Measurement of the potential differences, which without the involvement of any artificial, Electric current supplied to the subsurface by the penetration or penetration of the Water can be generated in or from the porous layers.

2. Procedure for determination the pressure prevailing in a porous layer, characterized by the measurement the potential differences according to claim i in the amount of this layer with different Pressure of the water column filling the borehole.

3. Order to carry out the procedure according to claim 1 or 2, characterized in that a potentiometer arranged above ground is connected by two insulated cables to two non-polarizable electrodes, one of which touches the surface of the earth near the borehole and the other electrode can be lowered to different depths in the water of the borehole is. q .. modification of the arrangement according to claim 3, characterized in that both Electrodes with a constant distance from each other into the borehole at the same time are retractable.