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Verfahren zur Untersuchung der von einem Bohrloch durchschlagenen
Schichten Bekanntlich ist es möglich, die von einem Bohrloch durchsetzten Schichten
dadurch voneinander zu unterscheiden, daß man deren scheinbare Wärmeleitungsfähigkeit,
d. h. die Eigenschaft mißt, durch welche die genannten Schichten die Wärme mehr
oder weniger gut leiten. In Wirklichkeit sind es die porösen mit Flüssigkeit gefüllten
Schichten, die die bei weitem höchste scheinbare Wärmeleitungsfähigkeit besitzen.
Dieses ist vor allem auf den Einfluß der Konvektionsströme zùrückzuführen, die dann
in der diese Schichten füllenden Flüssigkeit entstehen, wenn diese Schichten mit
einem Medium in Berührung gebracht werden, dessen Temperatur eine verschiedene ist.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, diese Wärmeleitungsfähigkeit
in verschiedener Weise zu messen; das eine der vorgeschlagenen Verfahren besteht
darin, das Bohrloch mit einer Flüssigkeit zu füllen, deren Temperatur von der natürlichen
Temperatur der Schichten sehr verschieden ist, und nach einziger Zeit die Temperatur
zu messen, die in verschiedenen Höhenlagen im Bohrloch herrscht; die Flüssigkeit
des Bohrloches wird sich nämlich entsprechend der Leitfähigkeit der Schichten, vor
denen sie sich befindet, verschieden stark erwärmen bzw. abkühlen, so daß es dann
durch ein thermometrisches Diagramm möglich sein muß, Angaben über die Wärmeleitfähigkeit
dieser Schichten zu erhalten. In der Praxis weist dieses Verfahren verschiedene
Nachteile auf; zunächst muß das Bohrloch entleert und neu gefüllt werden. Außerdem
wird sich die Flüssigkeit wegen des geringen Querschnittes eines Bohrloches und
infolgedessen auch wegen des geringen Gesamtwärmeinhalts der darin enthaltenen Flüssigkeit
nicht nur in der Höhe der Schichten mit einer großen Wärmeleitfähigkeit, sondern
auch in der Höhe der
Schichten mit geringerer Leitfähigkeit rasch
erwärmen bzw. abkühlen, so daß die Erscheinung, die gemessen werden soll, schnell
vorübergeht und wenig ausgesprochen ist.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, nach welchem
es möglich ist diese Übelstände zu beseitigen und die Wärmeeigenschaften der vom
Bohrloch durchsetzten Schichten und somit auch deren gegenseitige Art in einfacher
und wirlisamer Weise zu bestimmen, ohne daß es nötig ist, das Bohrloch zu leeren,
um es wieder frisch zu füllen.
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Zu diesem Zweck besteht das Verfahren nach der Erfindung im wesentlichen
darin, die das Bohrloch füllende Flüssigkeit auf der ganzen Höhe dieses Bohrlochs
oder mindestens auf der ganzen Höhe eines zu erforschenden Gebietes an Ort und Stelle
zu erwärmen und dann die Temperaturänderungen, die die Flüssigkeit im Bohrloch infolge
dieser Erwärmung erleidet, auf thermometrischem Wege zu ermitteln.
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Wenn angenommen wird, daß die im Bohrloch befindliche Flüssigkeit
vor Beginn des Vorganges die Temperatur der vom Bohrloch durchsetzten Schichten
besitzt, so wird diese Flüssigkeit in dem Maße, wie sie sich erwärmt, ihrerseits
die betreffenden Schichten erwärmen und die Anzahl der Wärmeeinheiten, die sie jeder
Schicht für jede Längeneinheit des Bohrloches mitteilt, hängt dann offenbar von
der scheinbaren Wärmeleitfähigkeit der genannten Schicht ab; die Flüssigkeit, die
gegenüber porösen Schichten liegt, wird insbesondere fast ihre gesamten Wärmeeinheiten
an die genannten Schichten abgeben, so daß sie sich nur verhältnismäßig sdlwach
erwärmt; gegenüber den Schichten, die wenig wärmedurchlässig sind, wird sie sich
dagegen bedeutend rascher erwärmen. Durch ein oder mehrere während und gegebenenfalls
nach der Erwärmung aufgestellte Temperaturdiagramme wird es dann möglich sein, die
Schichten mit der größten Leitfähigkeit (also die porösen Schichten) von den Schichten
zu unterscheiden, deren Wärmeleitfähigkeit geringer ist.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist sowohl bei verrohrten als auch
bei nichtverrohrten Bohrlöchern anwendbar, denn die Wärmeaustausche zwischen der
das Bohrloch füllenden Flüssigkeit und den Schichten, welche bei den nichtverrohrten
Bohrlöchern unmittelbar stattfinden, erfolgen auch in den verrohrten Bohrlöchern
durch das Rohr hindurch, das den Wärmeaustausch in keiner Weise hindert. Die Anwesenheit
des Rohres äußert sich lediglich in einer geringen Änderung im Aussehen der Diagramme,
indem die Ungleichmäßigkeit der letzteren abgerundet werden, weil der geringe Austausch
von Wärmeeinheiten, der für gewöhnlich zwischen den einzelnen Schichten in lotrechter
Richtung stattfindet, durch die Verrohrung in einem gewissen übrigens geringen LIaße
erhöht wird. Desgleichen ist das Verfahren selbstverständlich auch bei nicht nur
verrohrten, sondern auch zementierten Bohrlöchern anwendbar, denn die durch den
Zement gebildete Wand ist für die Kalorien durchaus nicht undurchlässig. In der
Praxis wird übrigens das Verfahren nach der Erfindung oft besonders bei verrohrten
und zementierten, bereits alten Bohrlöchern am znveckmäßigsten sein, weil solche
Bohrungen dam mit den sog. elektrischen Kernentnahmeverfahren schwerer zu erforschen
sind.
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Die Vorwärmung der Flüssigkeit im Bohrloch kann in jeder geeigneten
Weise erfolgen. vorausgesetzt, daß die abgegebene Wärme menge auf der ganzen Länge
des zu untere suchenden Bohrlochteiles durchaus gleichmäßig verteilt wird. Nian
kann z. B. in der Weise verfahren, daß man in das Bohrloch Körper senkt, die man
chemisch aufeinander reagieren läßt und die bei dieser Reaktion Wärme entwickeln,
oder man kann auch vorzugsweise elektrisché Widerstände verrvenden, die in der das
Bohrloch füllenden Flüssigkeit unmittelbar eingetaucht sind.
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Die Erfindung betrifft auch Vorrichtungc für die Durchführung des
oben beschriebenell Verfahrens. Diese Vorrichtungen bestehen einerseits aus einer
Anlage, die zur Vorwärmung der das Bohrloch füllenden Flüssigkeit dient und selbst
aus einem Leitungskabel von gleichbleibendem Ouerschnitt besteht, das auf der ganzen
Höhe des zu untersuchenden Bohrlochteiles angeordnet und vol einem elektrischen
Strom durchflossen werden kann, und andererseits aus einem zweckmäßig registrierenden
Thermometer, das in dem Bohrloch längs des zu untersuchende Teiles desselben verschoben
werden kann.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergehel sich aus der nachstehenden
ausführlichen Beschreibung sowie aus den beiliegenden Zeichnungen, in denen besondere
Ausführungsformen, auf die sich die Erfindung jedoch nicht besdiränkt, schematisch
dargestellt sind.
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Es zeigt Abb. I einen Schnitt durch ein Bohrloch mit der Verwendung
einer Vorrichtung nach der Erfindung in einem nichtverrohrten Bohrloch, Abb. 2 thermometrische
Diagramme, die erfindungsgemäß erhalten wurden und durch welche es insbesondere
möglich ist, die Lage der durch ein Bohrloch durchsetzten porösen Schichten zu bestimmen,
und Abb. 3 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung nach Abb. I für die Verwendung
in
einem verrohrten und zementierten Bohrloch.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Abb. 1 bezeichnet I ein Bohrloch,
das mit einer zweckmäßig etwas dickflüssigen Flüssigkeit, wie z. B. mit dem gewöhnlichen
Bohrschlamm, gefüllt ist, um eine Wärmeübertragung durch Konvektion parallel zur
Mittellinie des Bohrloches selbst zu vermeiden, wobei die genannte Flüssigkeit jedoch
flüssig genug sein soll, um das Ausgleichen der Temperatur in einem und demselben
geraden Ouerschnitt zu ermöglichen. Bei 2 sind undurchlässige vom Bohrloch durchsetzte
Schichten, und bei 3 ist eine durchlässige Schicht 3 von großer scheinbarer Wärmeleitungsfähigkeitldargestellt.
Die Wärmevorrichtung besteht hier aus einem Heizwiderstand, der z.B. durch einen
im unteren Teil umgebogenen Draht 4 gebildet wird, dessen obere Enden 5 und 6 durch
Leiter 7-8 von größerem Querschnitt mit einer über Tage angeordneten Stromquelle
g verbunden sind. Um den Heizwiderstand 5-6 innerhalb des Bohrloches auf die gewünschte
Höhe bringen zu können, sind die Kabel 7-8 von größerem Querschnitt, an denen der
genannte Heizwiderstand hängt. zweckmäßig in bekannter Weise auf einer Winde 10
aufgewickelt, und wenn der Heizwiderstand in die gewünschte Stellung gebracht worden
ist, werden die Kabel am Austritt aus der Winde bei II-I2 blank gemacht und durch
Leiter I3-I4 mit der Stromquelle g unmittelbar verbunden. Durch diese Anordnung
soll die vom Strom durchflossene Kabellänge beschränkt werden, um Wärmeverluste
zu vermeiden.
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Das Heizelement 4 erstreckt sich auf die ganze Länge des zu untersuchenden
Teiles, und aus seiner Ausbildung selbst ist es ersichtlich, daß dieses Heizelement
auf der ganzen Länge des zu untersuchenden Gebietes die gleiche Wärmemenge je Längeneinheit
entwickelt.
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Für die Temperaturmessung kann ein beliebiges zweckmäßig registrierendes
Thermometer und insbesondere z. B. ein solches Thermometer verwendet werden, wie
in den französischen Patentschriften 827 274 vom 7. Januar I937 und 827 862 vom
I8. Januar I937 beschrieben. Dieses in der Abb. I mit 15 bezeichnete Thermometer
hängt an einem getrennten Seil I6, das auf einer Hilfswinde I7 aufgewickelt ist,
damit es im Bohrloch auf der ganzen Höhe des zu untersuchenden Gebietes verschoben
werden kann.
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Die Arbeitsweise ist dann folgende: Angenommen, es handele sich um
ein mit Schlamm gefülltes und bereits seit einiger Zeit ruhendes Bohrloch. Zunächst
wird ein Temperaturdiagramm in Abhängigkeit von der Tiefe auf dem ganzen zu untersuchenden
Gebiet aufgestellt - (Kurve A in der Abt.2), alsdann wird Strom in das Heizelement
4 geschickt, um die das Bohrloch füllende Flüssigkeit in dem genannten Gebiet allmählich
zu erwärmen. Gegeniiber den undurchlässigen Schichten mit einer geringen scheinbaren
Wärmeleitfähigkeit sammelt sich der größte Teil der entwickelten Kalorien in der
das Bohrloch füllenden Flüssigkeit, die sich dann ziemlich rasch erwärmt. Gegenüber
den porösen Schichten oder, allgemeiner gesagt, vor den Schichten mit einer größeren
scheinbaren Wärmeleitfähigkeit dagegen zerstreuen sich die entwickelten Kalorien
fast vollständig in die betreffende Schicht, so daß sich die das Bohrloch in dieser
Höhe füllende Flüssigkeit weit weniger schnell erwärmt. Nach einiger Zeit wird ein
neues Temperaturdiagramm (Kurve B in der Abb. 2) aufgestellt, auf welchem man die
Schichten mit einer großen scheinbaren Wärmeleitfähigkeit deutlich erkennen kann,
da sie durch eine bedeutend geringere Temperaturerhöhung gekennzeichnet sind.
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In der Abb. 3, die eine andere Ausführungsform der Erfindung in ihrer
Anwendung bei einem verrohrten und zementierten Bohrloch zeigt, er folgt die Rückführung
des den Heizwiderstand durchfließenden Stromes durch die aus der Verrohrung selbst
bestehende Masse. Zu diesem Zweck ist das untere Ende des genannten Heizwiderstandes,
der hier aus einem einzigen durch einen Leiteer 13 mit dem einen Pol der Stromquelle
9 verbundenen und sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf die ganze Höhe
des Bohrloches erstreckenden Draht 4 besteht, mit einem rohrförmigen Metallstück
I8 verbunden, an dem schleifbürstenähnliche Metallstifte angebracht sind, die auf
der Wand der Verrohrung 19 schleifen. Der andere Pol der Stromquelle g ist durch
einen Leiter 14 mit dem oberen Ende der genannten Verrohrung verbunden. Das Einsetzen
und die Arbeitsweise der Vorrichtung erfolgen im übrigen genau wie bei dem vorhergehenden
Ausführungsbeispiel.
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Das oben beschriebene Verfahren und die oben beschriebenen Vorrichtungen
bieten den Vorteil, daß sie die gewünschten Angaben mit voller Sicherheit liefern,
was bei dem bekannten obenerwähnten Verfahren nicht der Fall ist; es genügt nämlich,
den Strom hin reichend lange durch das Heizelement zu schicken, um eine auf dem
Diagramm meßbare Temperaturerhöhung sicher zu erhalten.
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Sollte auf dem einige Stunden nach Beginn der Vorwärmung aufgestellten
Temperaturdiagramm keine genügende Temperaturerhöhung zu beobachten sein, so würde
es dann
genügen, die Erwärmung so lange fortzusetzen, bis diese
Temperaturerhöhung später deutlich sichtbar wird. Andererseits ist man auch über
die Art und Weise, wie die in das Bohrloch eingeführten Kalorien längs des zu untersuchenden
Teiles verteilt worden sind, vollkommen genau unterrichtet, was bei den anderen
Verfahren durchaus nicht der Fall ist.