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Verfahren und Vorrichtung für die Untersuchung der von einem Bohrloch
durchschlagenen Schichten Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren und Vorrichtungen
zum Erkennen der von einem Bohrloch durchschlagenen Schichten an Ort und Stelle,
insbesondere zum Erkennen der petroleumhaltigen Schichten durch die Untersuchung
der -durch die Wirkung von sichtbaren oder unsichtbaren Strahlungen auf diese Schichten
hervorgerufenen Effekte zum Gegenstand. Zu diesem Zweck werden gemäß der Erfindung
verschiedene Eigenheiten der Gesteine ausgenutzt, die man analysiert, insbesondere
ihre Fähigkeit, die sichtbaren oder unsichtbaren Strahlungen zu absorbieren, zurückzustrahlen
oder umzubilden (Fotolumineszenz). Außerdem sucht man gemäß der Erfindung, die Eigenheit
des Petroleums, bestimmte Strahlungen kurzer Wellenlänge, wie ultraviolette, in
Strahlungen größerer Zellen länge (Fluoreszenzerscheinungen) umzubilden, das auszuwerten,
um das Vorhandensein und die genaue Lage von durch ein Bohrloch durchschlagenen,
petroleumhaltigen Schichten zu bestimmen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Untersuchung der von einem
Bohrloch durchschlagenen Schichten an Ort und Stelle besteht allgemein darin, Idaß
im Innern des Bohrlochs eine Apparatur verschoben wird, durch die auf die Wand des
Bohrlochs ein Strahlenbündel von bekannter spektraler Zusammensetzung (das z. B.
ein@ oder mehrere Frequenzbänder aufweist) geworfen wird, und dieidurch die Wirkung
dieses auf die Schicht treffenden Bündels hervorgerufenen Effekte (Diffusion, Reflexion,
Fotolumineszenz usw.) untersucht werden. Zu diesem Zweck kann man entweder an Ort
und. Stelle oder an der Erdoberflächemittelsgeeigneter Übertragungsapparate
die
in Frage kommenden Effekte registrieren.
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Der Apparat gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus I. einer
Sendeeinrichtung, die Lichtstrahlungen, die zu ganz bestimmten Spektralbändern gehören,
gegen die Bohrlochwand wirft, 2. einer Einrichtung, um die durch die Wirkung des
auf die Wand treffenden Bündels erzeugten Lichteffekte aufzunehmen und zu messen
oder zu registrieren.
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Die Sendeeinrichtung kann eine Lichtquelle sein, jedoch kann sie
in gewissen Fällen auch Strahlungen aussenden, deren Wlellenlänge sich vom Infrarot
bis auf dile y-Strahlen erstrecken kann. Zum nachfolgenden sei bemerkt, daß alle
erörterten und als leuchtend bezeichneten Phänomene und Effekte auch für nichtleuchtende-
Strahlungen zutreffen, deren Wellenlänge in den vorher angegebenen Grenzen liegt.
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Die Aufnahmeeinrichtung kann entweder eine oder mehrere fotoelefl;trische
Zellen oder einen fotografischen Apparat hesitzen oder auch eine Kombination dieser
versch.ieldellen Älittel sein. Sie kann auch so ausgebildet sein, daß sie die Spektralanalyse
der aufgenommenen Strahlen durchführt. Im allgemeinen sind die Bohrlöcher mit Spülung
angefüllt, und ihre Wandung ist mit einer Schlammkruste bedeckt, die durch die Ablagerung
der in der Spülung in Suspension befindlichen Stoffe (im allgemeinen Ton) gebildet
wird. Um die Absorptionsphänomene der einfallenden und Sekundärstrahlungen durch
die Spülung und !die Schlammkruste zu beseitigen, durchqueren das einfallende Bündel
sowie die durch die Wand ausgesandten Strahlungen ein Fenster aus !durchsichtigem
Material (Glas oder Quarz z. B.), das gemäß der Erfindung durch geeignete Mittel
(Federn z. B.) kräftig gegen {die Bohrlochwan,d gedrückt wird, so daß das Fenster,
indem es die Schlammkruste durchschneidet, in unmittelbare Reibungsberührunig mit
den nicht gänzlich von der Spülung verunre!inigten Gesteinen kommt.
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Der Apparat besitzt vorzugsweise außerdem eine Spezialvorrichtung,
um die Bohrlochwan.d abzukratzen und zu säubern, bevor das Fenster zur Anlage gegen
die zu untersuchende Schicht kommt.
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D.ie Erfindung kann auf verschiedene Arten in die Praxis umgesetzt
werden.
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Was zunächst das einfallende Bündel angeht, so wird in allen Fällen
mittels eines in das Bohrloch in die gewollte Tiefe hinabgesenkten Apparats, wider
eine geeignete Lichtquelle besitzt, ein einfallendes Bündel ausgesandt, dessen Frequenzband
oder Frequenzbänder in dein sich vom Infrarot bis zu den y-Strahlen erstreckenden
Spektrum enthalten sind. Vor dem Erreichen der betreffenden Schicht durchquert das
einfallenlde Bündel geeignete Filter, die alle anderen Strahlungen außer denjenigen,
die den für d.ie Art vol Untersuchungen, die man durchführen will ausgewählten speziellen
Bändern entsprechen festhalten. Das Bündel durchquert darauf ein Fenster aus einen
für das betreffende Licht durchsichtigen Material (Glas. Quarz oder ein anderer
geeigneter Stoffj, das, wie schon erwähnt, vorzugsweise durch die Schlammkruste
hindurch gegen die zu untersuchende Schicht gepreßt wird Indem die Schicht dann
durch das einfallende Bündel beleuchtet wird, treten verschiedene Phänomene auf,
die beobachtet werden, um daraus die Natur der Schichten zu erkennen.
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I. Reflexions- uad Diffusionsphänomene.
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Das einfallende Bündel wird teilweise durch die Gesteine absorbiert
und teilweise zurückgestrahlt oder zerstreut.
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Wenn die einfallenden Strahlen sichtbare Strahlen sind, so ergibt
die Untersuchung der Stärke des zurückgestrahlten oder zerstreuten Lichts, ob die
Schichten mehr oder weniger liell- oder dunkelfarbig sind. Es ist einleuchtrend,
daß z. B. Saudschichten, die von weißen Quarzkörnern gebildet werden, intensiver
das Licht zurückstrahlen oder zerstreuen werde als grauer Ton oder petroleumdurchtränkter
schwarzer Sand. Wird dann die Stärke des zurückgestrahlten oder zerstreuten Lichts
registriert, so ist es möglich, daraus die Natur der Schicht zu bestimmen. Zumindest
ist es durch Aufzeichnen der Diagramme der Stärke des zurückgestrahlten oder zerstreuten
Lichts in Funktion der Tiefe in verschiedenen Bohrlöchern möglich, durch Vergleich
dieser Diagramme die entsprechenden Höhenlagen zu bestimmen, in denen die verschiedenen
Bohrlöcher Dieselbe geologische Struktur besitzen.
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Zur Durchführung des Verfahrens in der Praxis benutzt man ein einfallendes
Licht bekannter oder gleichbleibender Farbe und Stärke und registriert, z. B. mit
Hilfe einer fotoelektrischen Zelle, die Stärke des zurück geworfenen oder zerstreuten
Lichts.
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Man kann auch gesondert die selektiven Absorptionseigenschaften der
Gesteine für die verschiedenen Strahlungen untersuchen, die das einfallende Licht
bilden, selektive Absorptionseigenschaften, welche übrigens die Farbe selbst dieser
Schichten beeinflussen, wenn sie von einem Lichtbündel getroffen werden. In diesem
Fall richtet man z. B. ein Bündel weißen Lichts auf die zu untersuchende Schicht
und analysiert das zurückgeworfene Licht, z. B. mittels eines Spektrographen.
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Man kann diese Analyse aber auch so durchführen,
daß
man das zurückgeworfene Licht in mehrere Bündel unterteilt, die man durch verschiedene
Filter mit geeigneten Farbtönungen (drei z. B., die, drei Komponenten des weißen
Lichts bil.dend9 vorzugsweise so ausgewählt werden, daß die Addition dieser drei
Farben das weiße Licht wieder hervorbringt) hindurchgehen läßt und diese so filtrierten
Bündel entweder gleichzeitig auf verschiedene fotoelektrische Zellen oder nacheinander
auf dieselbe Zelle richtet, wobei diese Zelle oder Zellen mit einem oder entsprechend
mehreren elektrischen Meßinstrumenten zu verbinden sind, die entweder im Innern
des Bohrlochs oder an duer Erdoberfläche ihren Platz haben können. Das Ganze ist
dabei so einzurichten, daß die Stärken der verschiedenen Komponenten des zuriickgestrahlten
oder zerstreuten Lichts getrennt registriert werden.
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2. Fluoreszenzphänomene.
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Gewisse Schichten besitzen die Fähigkeit, die Strahlungen, die sie
aufnehmen, in Strahlungen umzuwandeln, welche eine andere, im allgemeinen größere
Wellenlänge haben und z. B. sichtbares. Licht zu erzeugen, wenn sie von einer ultravioletten
Strahlung getroffen werden. Dies ist eine ganz bekannte Fluoreszenzerscheinung,
die insbesondere für Petroleum charakteristisch ist. Gemäß der Erfindung wird diese
Erscheinung in der Weise ausgenutzt, daß man auf die z.u untersuchenden Schichten
ein Bündel von beispielsweise ultravioletten Strahlen wirft und das erhaltene fluoreszierende
Licht mittels -einer fotoelektrischen Zelle beispielsweise beobachtet.
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Dieses Ergebnis erhält man, indem man ein Lichtbündel aussendet,
das beispielsweise von einer Quecksilberdampfröhre geliefert und in passender Weist
filtriert wird, derart, daß nur die ultravioletten Strahlen durchtreten und das
erzeugte fluoreszierende Licht auf einer fotoelektrischen Zelle aufnimmt, nachdem
dieses Licht vorzugsweise filtriert worden ist, um es von den ultravioletten Strahlungen
zu befreien, die hätten zerstreut werden können.
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Man hat so ein sehr einfaches und empfindliches Mittel, das Vorhandensein
von Peter letim in den Schichten festzustellen, selbst wenn die Petroleummenge in
den Poren sehr gering ist. Es ist nur notwendig, das Fenster aus einem für das sichtbare
Licht und das ultraviolette Licht durchlässigen Material (Quarz z. B.) herzustellen.
übrigens weiß man, daß das fluoreszierende Licht eine Farbe hat, die von der Beschaffenheit
des Petroleum oder des Öls, das es erzeugt, abhängig ist. Z. B. kann das r;affinierte
Öl, wie es zur Schmierung benutzt wird, ein blaBblaues Licht ergeben, während das
Rohpetroleum (Rohöl) in bestimmten Fäl len eine hellgelbe Färbung ergibt. Fernerhin
bilden auch bestimmte mineralische Bestandteile der Gesteine und natürliche Stoffe,
wie Schwefel, die in den Schichten vorhanden sein können, selbst den Ursprung für
gewisse Fluoreszenzphänomene. Es kann also auch in gewissen Fällen gemäß der Erfindung
interessant sein, anstatt einfach nur die Gesamtstärke des erzeugten fluoreszierenden
Lichts festzustellen, seine Farbe zu analysieren, um die verschiedenen Stoffe auszusondern,
die es erzeugt haben können. Diese Analyse kann, wie vorher beispielsweise mittels
verschiedener Filter oder durch unmittelbare Reigistnierung des Lichtspektrums des
finoreszierenden Lichts, durchgeführt werden. Dieses Verfahren ist besonders interessant,
um verschiedene petroleumhaltige Schichten auf Grund der erzeugten verschiedenen
Fluoreszenzfarben voneinander zu unterscheiden.
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Man kann auch gemäß der Erfindung, um das Petroleum von anderen ebenfalls,
jedoch anders farbig fluoreszierenden Stoffen zu unterscheiden (die petroleumhaltigen
Schichten sind im allgemeinen dunkel farbig), nacheinander oder gleichzeitig mittels.
eines die beiden Ausführungsarten des Verfahrens kombinierenden Apparats die Abs
orptions eigenschaften und die fluoreszierenden Eigenschaften der Wände nach den
vorher angegebenen Verfahren untersuchen.
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Schließlich besitzen verschiedene Stoffe mehr oder weniger die Eigenheit,
wenn sie von einem bestimmten Licht getroffen werden, den Ursprung für ein Sekundärlicht
zu bilden, das noch eine gewisse Zeit erhalten bleibt, nachdem das einfallende Licht
aufgehört hat, auf sie zu treffen (Phosphoreszenzphänomene). Dieses Phänomen kann
gemäß der Erfindung selbst auch dazu ausgenutzt werden, um optisch die durch ein
Bohrloch durchschlagenen Schichten zu unterscheiden.
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Eine geeignete Erforschungsmethode für Gesteinsschichten besteht
dann darin, periodisch das einfallende Strahlenbündel (ultraviolette Strahlen z.
B.) zu unterbrechen und das durch die Schichten während der Sendeunterbrechungen
des einfallenden Lichts erzeugte phosphoreszierende Licht zu registriert ren, wobei
diese Registrierung beispielsweise mittels einer fotoelektrischen Zelle geschehen
kann. Man kann auch diese Messung der phosphoreszierenden Eigenschaften mit der
Messung der fluoreszierenden Eigenschaften kombinieren, die durch eine andere fotoelektische
Zelle beispielsweise in dem Augenblick registriert werden, wo die einfallenden Strahlen
die zu untersuchende Schicht treffen.
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Andere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
der Zeichnungsfiguren hervor, die verschiedene Ausführungsbeispiele
der
Erfindung erläutern sollen.
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Fig. 1 ist ein allgemeines Schema eines Apparats für die Analyse
des durch eine zuvor beleuchtete Wand zerstreuten Lichts.
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Fig. 2 ist das Schema einer anderen Ausführungsform desselben Apparats.
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Fig. 2 a veranschaulicht eine Einzelheit des Apparats.
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Fig. 3 ist das Schema einer Einrichtung, die für die gleichzeitige
Analyse der fluoreszierenden und phosphoreszierenden Eigenschaften der Bohrlochwände
geeignet ist.
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Fig. 3a veranschaulicht eine Einzelheit der in Fig. 3 dargestellten
Einrichtung.
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Fig. 4 ist ein Schema, das eine Einrichtung für die Spektralanalyse
des durch die Bohrlochwände zerstreuten Lichts veranschaulicht.
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Fig. 5 zeigt schematisch den elektrischen Kreis, der der Verwendung
einer fotoelektrischen Zelle entspricht.
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In der Fig. 1 ist mit I ein Bohrloch bezeichnet, das mit Spülung2
angefüllt ist. 3 ist eine Metallhülle, die zur Unterbringung der optischen und gegebenenfalls
elektrischen Apparate dient, die für den jeweiligen Zweck erforderlich sind. Ein
Teil der Hülle wird von einem Fenster aus das benutzte Licht durchlassendem Material,
z. B. aus Glas oder Quarz, gebildet. Dieses Fenster erstreckt sich über den ganzen
Umfang der Hülle, so daß das einfallende Licht in allen Richtungen gegen die Bohrlochwände
im Augenblick der Beobachtungen gesandt werden kann.
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Eine sichtbare oder unsichtbare Lichtquelle 5 ist derart angeordnet,
daß sie ein Bündel von durch einen Reflektor 7 gegen die Bohrlochwand gerichteten
Strahlen durch das Fenster 4 aussetidet. Das einfallende Licht, indem es auf die
Wände des Bohrlochs fällt, wird teilweise zerstreut, und ein Teil des nach Durchtritt
durch das Fenster 4 zerstreuten Lichts wird von einer fotoelektrischen Zelle 6 aufgenommen.
Die Lampe 5 un4 die Zelle 6 sind durch einen undurchsichtigen Schirm 8 getrennt.
Weiterhin sind innen am Fenster 4 Filter 9, 10 aus geeignetem Glas angeordnet, wobei
der Filter 9 dazu bestimmt ist, nur das oder die Bänder von Wellenlängen durchzulassen,
die man auf de Bohrlochwand zu senden wünscht, und der Filter 10 dazu, nur das oder
die Bänder von Wellenlängen durchzulassen, die man aus dem zerstreuten Licht analysieren
will. Die Quelle 5, die z. B. eine Quecksilberdampfröhre sein kann, wird vorzugsweise
elektrisch mittels einer Elektrizitätsquelle gespeist, die sich an der Erdoberfläche
befindet. Die Zelle 6 ist in' Serie in einen elektrischen Kreis geschaltet, der
die Meßapparate enthält. Die elektrischen kreise sind nicht .in dem vorliegenden
Schema dargestellt, jedoch sind sie gesondert in Fig. 5 gezeigt. Mit 11 ist das
Kabel bezeichnet, das aus mehreren Leitern besteht, die dazu Bestimmt sind, die
am Boden des Bohrloch befindlichen Apparate mit denen an der Erdoberfläche elektrisch
zu verbinden und gleichzeitig die Einrichtung zu halten und längs des Bohrlochs
zu verschieben.
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Der Apparat arbeit in folgender Weise: Der Apparat wird in gleichförmiger
ÄVeise längs des Bohrlochs verschoben,- und während dieser Bewegung werden im allgemeinen
die Messungen registriert. Die Messungen können jedoch auch in ungle'ichförmiger
Weise durchgeführt werden, indem der Apparat in Abständen an verschiedenen Punkten
im Innern des Bohrlochs während der Dauer der Messung angehalten wird.
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Verschiedene Registrierungsarten können durchgeführt werden.
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Wenn die Quelle Strahlen aussendet, für die die Zelle empfindlich
ist, ist es möglich. die Wände des Bohrlochs mit einer bestimmten Farbe, sei es
durch spezielle Auswahl der Ouelle, sei es mittels eines geeigneten Filters. zu
beleuchten. Das durch die Wände zerstreute Licht belichtet mehr oder weniger die
Zelle, je nachdem die Bodenschichten mehr oder, weniger hell sind, d. h. eine mehr
oder weniger große Lichtmenge zerstreuen. In dem sich der elektrische Widerstand
der Zelle mit seiner Belichtung ändert, ist es möglich, in fortlaufender Weise ein
Diagramm elektrisch aufzuzeichnen, das der Stärke des durch die Bodenschichten zerstreuten
Lichts proportionale Größen ergibt und infolgedessen ein Bild über die absorbierenden
Eigenschaften der Bodenschichten für das betreffende Licht ergibt.
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.Guch ist es möglich, auf die Wände des Bohrlochs ein nur aus ultraviolettem
Licht bestehendes einfallendes Bündel zu senden und die Fluoreszenz der Bodenschichten
zu registrieren. Zu diesem Zweck ist der Filter 9 passend auszuwählen, um alle anderen
Strahlungen, wie ultraviolette, zurückzuhalten, un:l der Filter 10, um die ultravioleüen
Strahlungen zurückzuhalten und das sichtbare Licht durchtreten zu lassen. Auf diese
Weise beseitigt man die Wirkung des durch die Wände einfach zerstreuten Lichts auf
die Zelle. Wenn die Bodenschicht, auf die das Licht fällt, die Eigenschaft hat,
fluoreszierendes Licht zu ergeben (wenn man es z. B. mit einer petroleumhaltigen
Schicht zu tun hat), so belichtet dieses Licht die Zelle. und es ist möglich. vorher,
nach den Widerstandsänderungen des elektrischen Kreises, in den die Zelle eingeschaltet
ist, das Vorhandensein von petroleumhaltigen Schichten festzustellen. Wie schon
vorher
angegeben ist; besteht das Fenster in diesem Fall aus einem Stoff, der sowohl die
sichtbaren wie Idie ultravioletten Strahlungen durchläßt, z. B. aus Quarz.
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Fig. 2 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Wie vorher gestattet der Apparat, die Wand zu beleuchten und das durch die letztere
ausgesandte Licht zu analysieren. Die Einrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich
von Ender vorher beschriel"enen nur darin, daß ein Mittel vorgesehen ist, um die
Absorption des Lichts durch die Spülung und die Schlammkruste zu beseitigen, die
beide im allgemeinen ziemlich undurchsichtig sind.
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In der Fig. 2 bezeichnet I das Bohrloch, 2 die Spülung, I2 die entstandene
Schlammkruste. Diese Schlammkru-ste ist hauptsäch-I.ich längs der Wand der durchlässigen
Schichten, wie Idien Sandschichten, vorhanden. Bei diesen letzteren kann ihre Dicke
einige Millimeter erreichen. - 3 ist das MetalIgehäuse, Idas die optische und elektrische
Apparatur enthält, und .das Fenster, das durch eine Linse aus durchsichtigem Material
gebildet wird, deren Außenfläche kräftig gegen die Bohrlochwand mit Hilfe einer
Feder I3 mit einer Kraft gedrückt wird, die sich von einigen Kilogramm bis auf einige
zehn Kilogramm ändern kann.
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Fig. 2a zeigt im Seitenriß die Form der Fläche des Gehäuses, die
gegen Idie Wände angedrückt wird. Diese Fläche verläuft kielförmig, um auf die Wand
des Bohrlochs im Laufe der Bewegung des Apparats eine schabende Wirkung auszuüben.
In der Fig. 2a bezeichnen 14 und 15 die Schneidenden des Kiels, und 4 ist die Linse.
Wenn der Apparat in dem Bohrloch z. B. von unten nach oben verschoben wird, durchschneidet
der Kiel 14 die Schlammkruste, so daß die Linse 4 leichter in unmittelbare Berührung
mit dem Teil der nicht durch die Spülung verunreinigten Bodenschichten gebracht
wird.
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Im Innern des Apparats befinden sich die Lichtquelle 5 und die fotoelektrische
Zelle 6, die durch den Schirm 8 voneinander getrennt sind. Zwei optische Filter
g und 10 sind auf dem entsprechenden Weg des einfallenden und des zerstreuten Lichts
angeordnet.
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Die Linse besteht aus einem Material, wie Quarz, das genügend widerstandsfähig
ist,um die Reibung der Wände zumindest während der ganzen Vorgangsdauer auszuhalten.
Die Linse ist mittels nicht dargestellter Vorrichtungen im Innern des Gehäuses herauszunehmen,
so daß sie leicht ausgewechselt werden kann, wenn sie benutzt worden ist. Indem
das Quarz sehr viel härter als der Stahl ist, aus dem der Kiel besteht, nutzt es
sich sehr viel weniger schnell durch Reibung ab, so daß die Linse stets vorstehend
und in unmittelbarer Berührung mit den nicht von der Spülung .durchfdrungenen Schichten
bleibt.
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Dabei ist das Abschleifen der Oberfläche der Linse, das durch die
durch die Reibung der harten Körner, die die Gesteinsschichten bilden (insbesondere
Kieselerdekörner) -entstehenden zahllosen Kratzer verursacht wird, unter dem optischen
Gesichtspunkt ohne Bedeutung, da die Oberfläche der Linse in unmittelbarer Berührung
mit der Bodenschicht steht und gegen die zu untersuchende Oberfläche anliegt.
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Die Lampe 5 ist im Innern einer Kammer I6 untergebracht, die durch
eine dichte Querwand I7 -vom übrigen Apparat getrennt ist.
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Die Kammer I6 kann mit einer geeigneten Flüssigkeit angefüllt sein,
die dazu bestimmt ist, die durch die Lampe erzeugten überschüssigen Kalorien aktiv
an die Stahlwände des Apparats abzuführen.
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Die Feder 13 ist vorzugsweise mit einer Vorrichtung ausgerüstet,
um sie nach Belieben spannen und entspannen zu können, damit Idie Linse nur im Augenblick
der Untersuchung in Reibungsberührung mit den Wänden kommt. Zu diesem Zweck ist
das Gehäuse mit einem Zapfen versehen, ,der in das Innere eines Kragens 18 an dem
einen Ende der Feder I3 eingreift und in einem Anschlag 19 endet, gegen den sich
der Kragen I8 abstützt.
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Der Zapfen besitzt eine Längsrille, in die ein entsprechender Zahn
im Innern des Kragens eingreift, um jede Relativverdrehung der beiden in Berührung
stehenden Teile zu verhinderen. Der Kragen 20 am anderen Ende der Feder ist mit
Innengewinde versehen, in das sich eine Gewindestange 2I einschraubt, deren Drehbewegung
durch eine Vorrichtung 22 gesteuert wird, die einen Elektromotor und einen Geschwindigkeitsreduktor
aufweist. Der Kragen 20 wird durch den vom Körper des Apparats getragenen Teil 23
im Längssinn geführt und an der Drehung verhindert. Hieraus ergibt sich, daß, wenn
die Gewindestange 21 um um ihre Achse dreht, der Kragen 20 zwangsläufig längs bewegt
wird, wodurch die Feder gespannt oder entspannt wird, da der Kragen I8 durch den
Anschlag 19 festgehalten wird. Der im Innern der Vorrichtung 22 gelegene Motor wird
elektrisch durch ein Kabel gesteuert, das ihn mit der Erdoberfläche verbindet, wo
sich ein Stromgenerator befindet.
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Um die Feder nach Belieben spannen oder entspannen zu können, ist
eine Vorrichtung vorgesehen, um den Drehsinn des Motors umkehren zu können. Zu diesem
Zweck besteht das Kabel, das ihn speist, aus drei Litzen, zwei Litzen für die Speisung
des Induktors des Motors und eine Litze für den Anker, wobei sich der Kreis des
letzteren durch die
klasse schließt. Es ist so möglich, den Drehsinn
des Motors zu ändern, indem man die Speisung des Induktors umpolt, wobei an Idem
Anker nichts geändert wird.
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Bei einer Ausführungsform ist die Vorrichtung 22 mit einem geeigneten
Relais, z. B. mit elelitrischer Steuerung, ausgerüstet, das den Durchgangssinn des
Stroms in dem Induktor umkehrt, wenn man es in Betrieb setzt.
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In dem Schema der Fig. 2 sind die elektischen Kreise nicht dargestellt,
jedoch sind sie aus der Fig. 5 ersichtlich.
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Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 arbeitet in ganz ähnlicher Weise wie
die Vorrichtung nach Fig. I. Man kann sich ihrer bedienen, um Helligkeitsänderungen
der Wand oder die Fluoreszenz dieser zu registrieren. Man kann auch mittels dieses
Apparats die Farbe der Wände der Schichten untersuchen. Zu diesem Zweck wird 10
durch drei Filter entsprechend den drei Grundfarben, z. B. Blau, Rot und Gelb, gebildetes
und auf dem Weg der drei hierdurch entstehenden Bündel sind drei Zellen, ähnlich
6, angeordnet, die alle drei elektrisch mit den Meßapparaten an der Erdoberfläche
verbunden sind. Im voraufgegangenen ist angenommen worden, daß die Meßapparate an
der Erdoberfläche gelegen und durch Kabel mit den Zellen verbunden sind, die sich
am Grunde des Bohrlochs befinden. Man kann aber auch die Registrierung mittelsRegistrierapparate
vornehmen, die selbst auch auf den Grund des Bohrlochs hinabgesenkt sind.
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Die Fig. 3 ist ein Schema der für die Untersucbung der Phosphoreszenz
der Bodenschichtee oder auch der Phosphoreszenz und der Fluoreszenz gleichzeitig
geeigneten optischen Vorrichtung. In dieser Figur sind weder das Bohrloch noch die
Bodenschichten, noch der vollständige @ Umriß des Gehäuses und der Feder dargestellt,
die genau die gleichen sein können wie in der Fig. 2. Einzig sind hier die optischen
Vorrichtungen veranschaulicht, die sich von {denen der Fig. 2 unterscheiden.
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In dieser Fig. 3 ist mit 4 das Fenster bezeichnet; 3 ist der Körper
ides Apparats; g ist ein Filter, der nur ultraviolette Strahlen durchläßt; 10 und
I0' sind Filter, die die ultravioletten Strahlungen festhalten und das sich bare
Licht durchtreten lassen; 5 ist eine Licht quelle; 6 und 6' sind fotoelektriscbe
Zellen, die entsprechend in Serie in die Kreise eingeschaltet sind, die die Meßapparate
enthalten; 24 ist ein kreisförmiger Schirm, der sich um eine Achse 25 drehen kann,
die mit einem Elektromotor 26 fest verbunden ist, welcher mittels eines Kabels und
einer an der Erdoberfläche gelegenen Energiequelle gespeist wird.
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Die Fig. 3 a veranschaulicht im Aufriß den Schirm 24. Dieser Schirm,
der aus einem für die benutzten Strahlungen undurchsichtigen Material besteht, besitzt
eine gewisse Anzahl von Öffnungen. wie a, b, c, die im Verhältnis zur Drehachse
gleichmäßig verteilt und so gelegen sind, daß die einer Öffnung diametral gegenüberliegende
Zone ein voller Teil ist. Auf diese Weise wird. da die Lampe, 5 und die Zelle 6
kanstruktionsgemäß in derselben senkrechten Ebene liegen, im Augenblick, wo das
von 5 ausgehende Lichtbündel durch eine Öffnung des Schirms tritt, das in Richtung
auf die Zelle zerstreuteBündel durch denselben Schirm festgehalten. Umgekehrt. wenn
das einfallende Bündel festgehalten wird, befindet sich eine Öffnung des Schirms
vor der Zelle 6.
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Der Motor 26 ist im Innern eines Gehäuses 27 eingeschlossen. XVeiterhin
sind die Kammern, in deren Innerm sich die Quelle 5 und die Zelle 6 befinden, durch
eine lichtdichte Trennwand getrennt, deren Projektion auf die Ebene der Zeichnung
mit der Achse 25 zusammenfällt.
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Diese Vorrichtung arbeitet in folgender Weise: Angenommen, es herrschen
die Bedingungen der Fig. 3, d. h. daß eine Öffnung des umlaufenden Schirms 24 sich
vor der Quelle 5 befindet, so durchquert das einfalleude Bündel den Filter 9 und
die Linse 4 und fällt auf die Bodenschicht. Ein Bündel sichtbaren Lichts wird durch
letztere zerstreut, jedoch kann es wegen des auf seinem Weg zwischengeschalteten
Schirms nicht zur Zelle 6 gelangen.
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Nichtsdestoweniger hören die Schichten nicht augenblicklich auf zu
leuchten, wenn das Lichtbündel sie nicht mehr erreicht. Während einer gewissen Zeit
bleiben die Wände noch phosphoreszierend. Bei der Weiter drehung des Schirms 24,
wenn das einfallende Bündel durch einen vollen Teil des Schirms festgehalten wird,
wird also noch phosphoreszierendes Licht durch die Bodenschichten ausgestrahlt und
fällt auf die Zelle 6. indem es durch eine Öffnung indes Schirms 24 tritt, die in
(diesem Augenblick vor die Zelle gelangt ist. Auf diese Weise empfängt man, indem
sich der Schirm 24 um seine Achse dreht. periodisch auf der Zelle 6 ein Bündel phosphoreszierendes
Licht, dessen Stärke dadurch registriert werden kann, idaß man m.ittels geeigneter
elektrischer Apparate den Widerstand des Kreises registriert, in den die Zelle 6
eingeschaltet ist, und dies fortlaufend nach Maßgabe, wie der Apparat in dem Bohrloch
verschoben wird.
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Man kann zugleich die Stärke der Flu oreszenz der Wände registrieren.
Das durch die Bodenschichten erzeugte Licht wird nämlich in alle Richtungen zerstreut,
und es ist leicht, daraus ein Bündel auf einer zweiten
fotoelektrischen
Zelle, wie 6', aufzufangen, wobei man keinen Schirm auf dem Weg zwischenschaltet.
Auf diese Weise wird die Zelle 6' durch fluoreszierendes Licht in regelmäßigen Abständen
belichtet, sooft eine Öffnung des Schirms 24 vor die Quelle 5 gelangt.
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Wie vorher kann man elektrisch die so er zeugte mittlere Lichtstärke
registrieren.
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Dieses Verfahren gestattet also mittels zweier Zellen und zweier
elektrischer Registrierapparate die gleichzeitige Registrierung der Fluoreszenz
und der Phosphoreszenz der Bodenschichten.
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Die Fig. 4 ist auch ein Schema des Aufbaus der im Innern des in der
Fig. 2 beschriebenen Apparats untergebrachten optischen Vorrichtung für den Fall,
wo man eine Spektralanalyse des Lichts und fotografische Registrierung des erhaltenen
Spektrums vornehmen will.
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In dieser Figur bezeichnet 4 die Linse; 3 ist das Gehäuse des Apparats;
g ist ein optischer Filter; 5 ist eine Lichtquelle, 28 ein Kollimatoraggregat, d.
h. eine derartige optische Einrichtung, daß das daraus kommende Bündel ein paralleles
Bündel ist; 29 ist ein Prisma, das so ausgebitdet ist, daß das heraustretende Bündel
eine etwa senkrechte Richtung zu derjenigen des einfallenden Bündels hat. In der
Figur ist mit 30 der Weg eines mittleren Strahls des Bündels vom Austritt aus dem
Kollimator an bis zu seinem Austritt aus dem Prisma gezeigt; 3I ist ein Linsensystem;
32 eine fotografische Registriervorrichtung.
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Das von der Lampe 5 ausgehende Lichtbündel wird durch den Filterg
gefiltert, um durch die Linse 4 auf die Bodenschichten zu fallen. Ein Teil des zerstreuten
Lichts durchquert den Kollimator 28 und wird- in ein paralleles Bündel umgebildet,
das durch das Prisma 29 analysiert wird. Das zerteilte Licht belichtet, nachdem
es durch das Linsensystem 3I hindurchgegangen ist, den im fotografischen Apparat
32 untergebrachten Film.
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Dieser fotografische Film ist so angeordnet, daß er sich mittels einer
geeigneten Antrielbsvorrichtung, beispielsweise eines Uhrwerks, um oder Verschiebung
des Apparats im Bohrloch proportionale Stücke fortlaufend abwickelt. Auf diese Weise
registriert man, währenddem der Apparat längs des Bohrlochs verschoben wird, ein
ununterbrochenes und vollständiges Diagramm von den Änderungen des Spektrums des
durch ,die Wände zerstreuten Lichts. Um auf dem Film die entsprechenden Tiefen des
Apparats zu kennzeichnen, besteht ein einfaches Verfahren, um deutliche Markierungen
auf dem Film anzubringen, beispielsweise darin, daß der Speisekreis der Quelle 5
im Augenblick, wo der Apparat in regelmäßigen Abständen ausgewählte bekannte Tiefen
durchläuft, sehr rasch unterbrochen und geschlossen wird.
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Diese Spektralanalysiereinrichtung kann für den Fall gewählt werden,
wo die Quelle 5 eine einem breiten Frequenzband entsprechenlde Lichtquelle, z. B.
mit weißem Licht, ist. In diesem Fall wird die Spektroskopie die A.naly;se,der Farbe
der Wände des Bohrlochs ergeben. Man kann durch Benutzung eines Systems von Filtern,
wie m der Fig. 1, ebenso auch die Analyse des durch die Wand ausgesandten fluoreszierenden
Lichts regisanieren. Wenn Idie mit dem Filter g vereinigte Quelle 5 ein Ban'd ultravioletten
Lichts ergibt, wird die Einrichtung die spektroskopische Analyse Ides durch die
Wänlde ge'lieferten fluoreszierenden Lichts ergeben.
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Die Fig. 5 zeigt das Schema des elektrischen Kreises, das im Falle
der Verwendung einer oder mehrerer fotoelektrischer Zellen angewandt wird. In diesem
Schema bezeichnet I das mit Spülung 2 angefüllte Bohrloch; 3 veranschaulicht schematisch
die Hülle des in Idas Bohrloch hinahgesenkten Apparats; 33, 34, 35 sind die drei
isolierten Litzen, die das Kabel bilden, durch das der Apparat getragen und längs
des Bohrlochs verschoben wird, sowie die elektrischen Kreise im Apparat mit den
Instrumenten an der Erdoberfläche verbunden werden. 5 ist die Lichtquelle, z. B.
eine Quecksilberdampfröhre. Der Speisekreis der Röhre wird durch die Litze 33 unld.
einen Wechselstromgenerator 36 an der Erdoberfläche gebildet und schließt sich durch
die Erde 37 und Idie Masse 38. 39 ist ein Transformator, dessen Primärwicklung in
Nebenschluß an die Lampe 5 gelegt ist unid dessen Sekundärwicklung an die Eingangsklemmen
eines Gleichrichters 40 gelegt ist, dessen Ausgangsklemmen 41, 42 zwischen sich
einen potentiometrischen Widerstand 43 haben. 6 ist die fotoelektriscbe Zelle, 44
die dieser Zelle entsprechende Verstärkerröhre. 45 ist ein Vergleichswiderstand
und 46 der Schutzwiderstand der Zelle. Die Zelle und die Verstärkerröhre sinid,
wie es das elektrische Schema der Figur zeigt, verbunden. Die Einrichtung arbeitet
wie folgt: Der Generator 36 speist die Lampe 5 und erzeugt gleichzeitig durch die
Zwischenschaltung des Transformators 39 und des Gleichrichters 40 im Kreis der Zelle
einen Gleichstrom und infolgedessen zwischen Iden Enden der Zelle eine Gleichstrompotentialdifferenz,
deren Wert sich nach den Widerstandsänderungen der Zelle ändert, d. 11. nach der
Belichtung der letzteren. Diese Potential differenzänderungen, jeweils durch die
Lampe 44 verstärkt, werden auf den Registrierapparat 47 an der Erdoberfläche übertragen.
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Ein ganz ähnliches Schema käme auch für den Fall in Frage, wo man
mehrere Zellen verwendet, die mit mehreren elektrischen Kreisen und mehreren verschiedenen
Registriergeräten verbunden sind, wenn man z. X. die Analyse Ides zerstreuten Lichts
vornehmen will.
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Selbstverständlich könnte man auch die Lampe 5 mit Gleichstrom speisen.
In diesem Fall würden der Gleichrichter 40 und der Transformator 39 überflüssig
werden.
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Die beschriebenen Vorrichtungen und Einrichtungen sind nur mögliche
Ausführungsformen der Erfindung. Man kann auch andere Anordnungen wählen, z. B.
kann man die Stärke der durch die Bodenschichten aussigesanden Strahlungen dadurch
registrieren, daß man sie unmittelbar auf einer fotografischen Registriervorrichtung
auffängt. Man kann auch die Stärke der von einer oder mehreren Zellen aufgenommenen
Strahlungen analysieren, indem man die Widerstandsänderungen dieser letzteren mit
geeigneten elektrischen Apparaten, die im Innern des Körpers der Vorrichtung untergebracht
sind und in das Bohrloch hinabgesenkt werden, registriert.
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Man kann auch die Strahlenquelle durch einen mit dem Apparat auf
den Grund des Bohrlochs hinabigesenkten Stromgenerator speisen. Derartige verschiedene
Kombinationen sind möglich, jedoch auch nur als Beispiele anzusehen.