DE722548C - Verfahren zur Untersuchung der von einem Bohrloch durchschlagenen Schichten - Google Patents

Verfahren zur Untersuchung der von einem Bohrloch durchschlagenen Schichten

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DE722548C
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DES136620D
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Henri Emile Marce Schlumberger
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Services Petroliers Schlumberger SA
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Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01V9/00Prospecting or detecting by methods not provided for in groups G01V1/00 - G01V8/00
    • G01V9/005Prospecting or detecting by methods not provided for in groups G01V1/00 - G01V8/00 by thermal methods, e.g. after generation of heat by chemical reactions

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Untersuchung der von einem Bohrloch durchschlagenen Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß der das Bohrloch füllenden Flüssigkeit eine bestimmte Wärmemenge zugeführt und untersucht wird, wie der Ubergang dieser Wärme auf die angrenzenden Schichten vor sich geht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch. gekennzeichnet, daß die Wärmemengen, die zur Erwärmung der Flüssigkeit dienen, so gleichmäßig wie möglich und gleichzeitig iiber die ganze Höhe des Bohrloches oder nur über die Höhe des zu untersuchenden Bereichs zugeführt werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang der Wärme auf die angrenzenden Schichten mittels Diagramme untersucht wird, die die Temperaturentwicklung der Bohrlochflüssigkeit anzeigen, wobei eines der Diagramme vor Beginn der Erwärmung und eines oder mehrere andere Diagramme im Verlauf oder nach Beendigung der Erwärmung aufgenommen werden.
  4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, bestehend einerseits aus einer Anlage, die eine gleichzeitige und gleichmäßige Verteilung der zur Erwärmung der Flüssigkeit auf der ganzen Höhe des Bohrloches oder nur in dem zu untersuchenden Teil des Bohrloches dienenden Wärmemengen gestattet, und andererseits aus einem vorzugsweise registrierenden Thermometer, das innerhalb des Bohrloches längs des zu untersuchenden Teiles desselben verschoben werden kann.
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen I und 2 und nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur gleichzeitigen und gleichmäßigen Erwärmung der Bohrlochflüssigkeit auf der gewollten ganzen Höhe einen Heizungswiderstand konstanten Querschnitts, der sich über die gewollte ganze Höhe erstreckt, sowie Mittel, um diesen Heizungswiderstand in das Bohrloch hinabzusenken, und Mittel besitzt, um in das Heizungselement im Bohrloch elektrische Energie zu senden.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizung widerstand aus einem isolierten Draht besteht, dessen unteres Ende umgebogen ist und dessen obere Enden mit der Stromquelle durch zwei isolierte Leiter mit großem Querschnitt verbunden sind, wobei die Leiter auf eine Winde aufgewickelt sind und zur Verbindung mit einer Stromquelle nur an einer in der Nähe der Stelle, wo sie die Winde verlassen, liegenden Stelle blank gemacht werden, wenn der den Heizungswiderstand bildende Draht in das Bohrloch bis zur gewünschten Tiefe hinabgesenkt worden ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 zur Verwendung in einem verrohrten Bohrloch, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizungswiderstand aus einem einfachen isolierten Draht besteht, der durch einen einzigen isolierten Leiter mit einem der Pole der Stromquelle verbunden ist, wobei die Rückführung des Stroms zur Stromquelle über die Verrohrung erfolgt.
DES136620D 1938-04-08 1939-04-02 Verfahren zur Untersuchung der von einem Bohrloch durchschlagenen Schichten Expired DE722548C (de)

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