DE731397C

DE731397C - Device for the electrical determination of the layers penetrated by a borehole

Info

Publication number: DE731397C
Application number: DESCH107644D
Authority: DE
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1935-04-05
Filing date: 1935-08-01
Publication date: 1943-02-09

Description

Vorrichtung zur elektrischen Bestimmung der von einem Bohrloch durchschlagenen Schichten Bekannt ist eine Vorrichtung zur elektrischen Bestimmung der von einem Bohrloch durchschlagenen Schichten in seinem noch nicht verrohrten, vorher mit Spülung gefüllten Teil mittels dreier in das Bohrloch versenkbarer Elektroden, von denen zwei mit einer elektrischen Stromquelle verbunden sind und eine als Meßsonde dient, und einer mit der Meßsonde über eine Meßvorrichtung verbundenen Elektrode. Bei dieser Vorrichtung haben sich der verhältnismäßig groBe Umfang einer Mehrzahl von absenkbaren isolierten Leitern, das dadurch bedingte erhebliche abzusenkende Gewicht und der hohe Herstellungspreis der Kabel und der hierfür benötigten schweren Abseniungseinrichtung als nachteilig erwiesen. Die Erfindung sucht deshalb die bekannte Vorrichtung dadurch zu vereinfachen, daß die elektrische Stromquelle in der Nähe der Meßsonde an dem absenkbaren Kabel angeordnet wird. Die Erfindung bietet den Vorteil, daß nur noch ein Kabel mit einem einzigen isolierten Leiter benötigt wird und trotzdem drei Elektroden zur Erzielung genauer Meßergebnisse selbst bei den größten Tiefen der vorhandenen Bohrlöcher zur Verfügung stehen.Device for the electrical determination of the penetration of a borehole Layers is known a device for the electrical determination of one Borehole penetrated layers in its not yet cased, previously with flushing filled part by means of three electrodes which can be lowered into the borehole, of which two are connected to an electrical power source and one is used as a measuring probe, and an electrode connected to the measuring probe via a measuring device. At this Device have the relatively large scope of a plurality of lowerable insulated ladders, the resulting considerable weight to be lowered and the high production price of the cables and the heavy absencing equipment required for this proved disadvantageous. The invention therefore seeks the known device thereby to simplify that the electrical power source in the vicinity of the measuring probe on the retractable cable is arranged. The invention offers the advantage that only a cable with a single insulated conductor is needed and still three electrodes to achieve accurate measurement results even at the greatest depths of the existing ones Drill holes are available.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung können Mittel vorgesehen sein, die den von den in festem Abstand voneinander befindlichen Elektroden ausgesandten Strom in allen Teilen des Bohrloches praktisch konstant halten. Der von den Elektroden ausgesandte Strom kann dabei derart stark sein, daß in den mit der Meßsonde abgenommenen Potenfialwerten die von spontanen Potentialen herrührenden Beträge gegenüber den durch den Stromfluß erzeugten Potentialwerten vernachlässigbar klein sind. In the device according to the invention means can be provided those sent by the electrodes that are at a fixed distance from one another Keep the current practically constant in all parts of the borehole. The one from the electrodes The current emitted can be so strong that in the measured with the measuring probe Potential values the amounts resulting from spontaneous potentials compared to the potential values generated by the flow of current are negligibly small.

Wird als Stromquelle eine ÄVechselstroniquelle verwendet, so kann die mit den Meßsonden verbundene Meßvorrichtung derart ausgebildet sein daß sie die gesonderte und gleichzeitige Messung einerseits der Potenti aldifferenz der Wechselstromspannungeu und andererseits der von den spontanen Potentialen herrührenden Gleichspannungen an den verschiedenen Meßpunkten des Bohrloches ermöglicht. Es kann aber auch in dem Sondenmeßkreis ein nur auf Gleichstrom ansprechendes Meßgerät, das vorzugsweise durch einen Kondensator überbrückt ist, in Reihe mit der Primärwicklung eines Transformators angeordnet sein, an dessen Seliundärwicklung das die Potentialdifferenz der Wechselspannungen messende Gerät angeschlossen ist. If an alternating electronic source is used as the power source, then the measuring device connected to the measuring probes be designed in such a way that they the separate and simultaneous measurement of the potential difference on the one hand Alternating current voltages and, on the other hand, those resulting from the spontaneous potentials Allows DC voltages at the various measuring points of the borehole. It can but also in the probe measuring circuit a measuring device that only responds to direct current, which is preferably bridged by a capacitor, in series with the primary winding a transformer be arranged on its Seliundärwickung the The device measuring the potential difference of the alternating voltages is connected.

Zwei beispielsweise Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung sind auf der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen: Fig. I eine Ausführungsform einer Anordnung gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Anordnung mit einer Zusatzeinrichtung zur Messung der spontanen Potentiale infolge der porösen Schichten. Two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated on the drawing. They show: FIG. 1 an embodiment of a Arrangement according to the invention, Fig. 2 shows an arrangement with an additional device for measuring the spontaneous potentials due to the porous layers.

Die in Fig. I veranschaulichte Anordnung enthält ein Kabel 1 mit einem einzigen isolierten Leiter, der an seinem unteren Ende mit der Elektrode 31 zur Aufnahme der Potentiale im Tiefbohrloch und andererseits an seinem oberen Ende mit einer der Klemmen eines Potentialmeßgerätes 2, beispielsweise eines Millivoltmeters oder vorzugsweise eines Potentiometers, verbunden ist, dessen andere Klemme bei .R beispielsweise vermittels eines metallischen Stabes geerdet ist. 3 ist die beispielsweise in einem dichten, am Kabel mittels einer dichten Befestigung 5 aufgehängten Behälter 4 eingeschlossene Stromquelle. Die Stromaussendeelektroden sind mit A und B bezeichnet. Bei dieser Ausführung nach Fig. I sind sie mit der Stromquelle 3 durch isolierte Leiter 6 und 7 verhunden, die in den dichten Behälter durch dichte Einführungen 8 und g eingeführt sind. The arrangement illustrated in FIG. I includes a cable 1 with a single insulated conductor, which at its lower end with the electrode 31 for recording the potentials in the deep borehole and on the other hand at its upper end with one of the terminals of a potential measuring device 2, for example a millivoltmeter or preferably a potentiometer, the other terminal of which is connected .R is grounded for example by means of a metallic rod. 3 is the example in a tight container suspended from the cable by means of a tight fastening 5 4 included power source. The current emitting electrodes are labeled A and B. In this embodiment according to FIG. I, they are isolated with the power source 3 through Conductors 6 and 7 are connected to the tight container through tight inlets 8 and g are introduced.

Die Stromquelle besteht beispielsweise aus einer Batterie von Trockenelementen oder aus einer Sammlerbatterie. In den sie mit den StromzuführungselelitrodenXI und B verbindenden Kreis ist in die Reihe ein Widerstand 10 eingeschaltet, der groß gegenüber den Widerständen der Elektroden 4 und B gewählt ist, so daß. die Stärke i des durch diese Elektroden ausgesandten Stromes pralitisch konstant und bekannt ist, wie groß auch der immer beschränkte elektrische ÄViderstand des diese Elektroden umgebenden Erdreiches sei. The power source consists, for example, of a battery of dry elements or from a collector battery. In which they are connected to the power supply elelitrodenXI and B connecting circuit is connected in series with a resistor 10, which is large with respect to the resistances of the electrodes 4 and B is chosen so that. the strenght i of the current emitted by these electrodes is pralitically constant and known is, however great the always limited electrical resistance of these electrodes surrounding soil.

Um das Absenken der Vorrichtung in die Bohrlöcher zu erleichtern, kann man am unteren Teil ein in der Figur nicht dargestelltes Senkblei anbringen, welches am Kabel vermittels einer gleichfalls nidlt dargestellten isolierenden Verbindung unterhalb der Elektrode 31 befestigt ist. To make it easier to lower the device into the boreholes, you can attach a plumb line (not shown in the figure) to the lower part, which on the cable by means of an insulating connection, which is also not shown is attached below the electrode 31.

Die Abstände AM=r und BM=r' sind groß gegenüber dem Durchmesser des Bohrloches gewählt, um den Einfluß des das Bohrloch füllenden Wassers auf die Verteilung der Potentiale soweit wie möglich auszuschalten. The distances AM = r and BM = r 'are large compared to the diameter of the Borehole chosen in order to reduce the influence of the water filling the borehole on the distribution to switch off the potentials as much as possible.

Wenn man die Abstände r und r', die Stromstärke i des zugeführten Stromes und die zwischen der Elektrode M und der Erdoberfläche mittels des Meßgerätes 2 gemessene Potentialdifferenz #V kennt, so kann man den spezifischen Widerstand ,) des Erdreiches, abgesehen von der geringen durch die Anwesenheit von Wasser im Bohrloch erzeugten Störung, in der Umgebung der Meßvorrichtung B, 4, 31 berechnen Dieser spezifische Widerstand ist durch die Formel 4# rr' # = #V i r'-r gegeben. If you consider the distances r and r ', the amperage i of the supplied Current and that between the electrode M and the earth's surface by means of the measuring device 2 knows the measured potential difference #V, one can determine the specific resistance ,) of the soil, apart from the small amount due to the presence of water in the Disturbance generated by the borehole in the vicinity of the measuring device B, 4, 31 This specific resistance is given by the formula 4 # rr '# = #V i r'-r.

Aus vorstehender Formel ergibt sich auch. daß die Konstanthaltung des Stromes keine notwendige Voraussetzung für ein gutes Arbeiten der Einrichtung ist. Wenn man hei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Zeichnung statt des Elementenstromkreises mit besonderem Widerstand einen Stromkreis wählt, der nur geringen Widerstand hat, dann wird der in die Bohrung gesandte Strom von dem Widerstand zwischen den beiden StromsendeelektrodeI abhängen, der selbst wieder fast ausschließlich von dem spezifischen Widerstand des Bodens abhängt, der die Bohrung umgibt. The above formula also results. that keeping constant the electricity is not a necessary prerequisite for the establishment to work properly is. If one is called the embodiment of FIG. 1 of the drawing instead of the element circuit selects a circuit with particular resistance that has only low resistance, then the current sent into the bore is from the resistor between the two Current sending electrode I depend, again almost exclusively on the specific Resistance of the soil that surrounds the hole depends.

Hat dieser Boden nur einen geringen spezifischen Widerstand. so ergibt sich ein liräitigerer Stromfluß als bei Boden mit gröderem spezifischem Widerstand.This soil has only a low specific resistance. so results A more volatile current flow results than in the case of soil with a greater specific resistance.

Die gemessenen Potentialdifferenzen, die nach der für das elektrische Kernen maßgebenden Formel sowohl dem spezifischen Bodenwiderstand als auch der Stromstärke proportional sind, werden also eine Funlition des Bodenwiderstandes an sich bleiben. diesem Widerstand aber nicht mehr proportional sein. Die beim Verschieben der Meßvorrichtung längs der Bohrung aufgezeichneten Diagramme werden infolgedessen zwar von den Diagrammen des eigentlichen spezifischen Widerstandes abweichen, aber auch weiterhin den gleichen charakteristischen Verlauf haben und in ihren Erhebungen und Absenkungen die Bodenstellen mit erhöhten spezifischem Widerstand von denjenigen mit geringem spezifischem Widlerstand unterscheiden. Diese Diagramme können also in gleich guter Weise wie diejenligell mit von stantem Strom zur Auswertung der Bodenuntersuchung verwendet werden und ergeben die gleichen genauen Aufschlüsse. The measured potential differences, which after that for the electrical Kern's decisive formula, both the specific soil resistance and the current strength are proportional, will therefore remain a foundation of the soil resistance itself. but no longer be proportional to this resistance. The one when moving the measuring device Diagrams recorded along the bore are as a result of the diagrams of the actual specific resistance differ, but still remain the same characteristic course and in their elevations and depressions the ground locations with increased resistivity from those with low resistivity differentiate. These diagrams can therefore be used in the same good way as the ones can be used with constant current to evaluate the soil investigation and give the same exact information.

In der obigen Beschreibung sind zwecks Vereinfachung der Erläuterung die im Wasser des Bohrloches infolge der porösen Schichten selbst hei Abwesenheit jedes künstlichen Stromes vorhandenen spontanen Potentialdifferenzen vernachlässigt. In the above description, for the sake of simplicity of explanation those in the water of the borehole due to the porous layers themselves are absent any artificial current existing spontaneous potential differences are neglected.

Zu der zwischen 31 und Ä durch den Durchgang des Stromes im Erdreich bestimmten Potentialdifferenz 4 T tritt folglich eine Potentialdifferenz #V' (Störpotential) infolge der porösen Schichten hinzu, so daß die gemessene Potentialdifferenz gleich (#V + #V') ist. To the one between 31 and Ä through the passage of the current in the ground certain potential difference 4 T consequently occurs a potential difference #V '(interference potential) due to the porous layers added, so that the measured potential difference equals (#V + #V ').

Um #V' zu berücksichtigen, braucht man nur die Anordnung an die Erdoberfläche zu bringen, die Stromquelle abzuschalten und dann die Anordnung wieder in das Bohrloch einzusenken, um die Messungen ohne Stromaussendung zu wiederholen. Man mißt so für jede Tiefe die Potentialdifferenz #V', und man erhält, wenn man diesen Wert von der vorher in der gleichen Tiefe gemessenen Potentialdifferenz (d V+dV') abzieht, schließlich die lediglich auf den Stromdurchgang zurückzuführende Differenz d V. In order to take #V 'into account, one only needs the arrangement on the earth's surface to bring the power source off and then the assembly back into the borehole in order to repeat the measurements without emitting current. One measures so for every depth is the potential difference #V ', and if one obtains this value of subtract the potential difference (d V + dV ') previously measured at the same depth, Finally, the difference d V, which can only be traced back to the passage of the current.

In bestimmten Fällen ist es gleichfalls möglich, den Einfluß von #V' (Störpotentiale) zu beseitigen, indem man einen Strom von solcher Stärke wählt, daß 4 V' gegenüber 4 T praktisch vernachlässigbar ist. In certain cases it is also possible to reduce the influence of #V '(interference potentials) to be eliminated by choosing a current of such strength, that 4 V 'compared to 4 T is practically negligible.

Schließlich kann man, und dies ist im allgemeinen die beste Methode, eine einen Wechselstrom liefernde Stromquelle verwenden. Man braucht dann nur an der Erdoberfläche ein lediglich auf Wechselstrom ansprechendes Potentialmeßgerät zu verwenden, welches beispielsweise aus einem Transformator bestehen kann, dessen Sekundärwicklung an die Klemmen eines Wechselstrommeßgerätes angeschlossen ist und dessen Primärwicklung an die Stelle des Meßgerätes 2 gesetzt ist. Die Potentialdifferenz d 7-infolge des Stromdurchganges ist dann eine Wechselspannung. Sie wird an die Primärwicklung des Transformators angelegt und erzeugt in dessen Sekundärwicklung eine Potentialdifferenz k # #V, welche man am Meßgerät abliest, wobei k eine den Transformator kennzeichnende Konstante ist. Die spontane Spannungsdifferenz #V' ist dagegen eine Gleichspannung und erzeugt lediglich in der Primärwicklung des Transformators das Fließen eines Gleichstromes, ohne die Sekundärwicklung und folglich das Meßgerät zu beeinflussen. Finally, and this is generally the best method, use an AC power source. Then you just need to the earth's surface a potential measuring device that responds only to alternating current to use, which can for example consist of a transformer whose Secondary winding is connected to the terminals of an alternating current meter and the primary winding of which takes the place of the measuring device 2. The potential difference d 7 - as a result of the passage of current, there is then an alternating voltage. She is going to the Primary winding of the transformer applied and generated in its secondary winding a potential difference k # #V, which can be read on the measuring device, where k is den Transformer is a characteristic constant. The spontaneous voltage difference #V ' on the other hand is a direct voltage and is only generated in the primary winding of the Transformer allows a direct current to flow without the secondary winding and consequently To influence the measuring device.

In diesem letzten Falle ist es übrigens möglich, gleichzeitig mit #V auch #V' zu messen, indem man in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators ein lediglich auf Gleichstrom ansprechendes Potentialmeßgerät legt, welches beispielsweise aus einem Millivoltmeter mit beweglicher Spule und permanentem Magneten gebildet ist und vorteilhaft durch einen Kondensator überl>nid:t ist, um in gewissem Maße die Schwankungen des Zeigers um seine Gleichgewichtslage zu. vermeiden, welche der Durchgang des durch die Potentialdifferenz #V verursachten Wechselstroms verursachen würde. In this latter case, it is possible to use at the same time #V also measure #V 'by going in series with the primary winding of the transformer a potential measuring device that responds only to direct current, which for example formed from a millivoltmeter with a movable coil and permanent magnet is and advantageous by a capacitor overl> nid: t is to some extent the fluctuations of the pointer around its equilibrium position. avoid which of the Cause the passage of the alternating current caused by the potential difference #V would.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform dieser letztgenannten Anordnung. Fig. 2 of the drawing shows an embodiment of the latter Arrangement.

Die NVechselstrom liefernde Stromquelle 3 kann beispielsweise aus einem kleinen Wechselstromerzeuger bestehen, der von einem seinerseits durch eine Sammlerbatterie gespeisten Gleichstrommotor angetrieben wird. Der Wechselstromerzeuger, der Motor und die Batterie können in diesem Fall in dem dichten Behälter 4 enthalten sein. Der Rechselstromerzeuger ist sp ausgebildet, daß er einen Strom bekannter Stärke liefert. Zu diesem Zweck ist seine Ausbildung beispielsweise derart getroffen, daß sein Eigenwiderstand groß gegenüber demjenigen der Elektroden 4 und B ist. The power source 3 supplying AC alternating current can for example be switched off consist of a small alternator, which is in turn powered by a Collector battery powered DC motor is driven. The alternator, the motor and the battery can be contained in the sealed container 4 in this case be. The Rechselstromgenerator is designed sp that it has a current known Strength supplies. For this purpose, his training is designed, for example, in such a way that that its intrinsic resistance compared to that of the electrodes 4 and B is large.

11 bezeichnet den Transformator, dessen Primärwicklung in Reihe mit dem mit der Elektrode M verbundenen Leiter 1 liegt und dessen Sekundärwicklung an die Klemmen eines Wechselstrommeßgerätes 12 angeschlossen ist. Durch I3 ist ein lediglich für Gleich ströme empfindliches Meßgerät veranschanlicht, welches hier durch einen Kondensator I: überbrückt ist, der den größten Teil der Wechselströme ableiten soll, um zu starke Schwingungen des Zeigers des Gerätes I3 ZU vermeiden. 11 denotes the transformer, the primary winding of which is in series with the conductor 1 connected to the electrode M and its secondary winding is applied the terminals of an alternating current meter 12 is connected. Through I3 is a measuring device sensitive only for direct currents, which is shown here is bridged by a capacitor I: which carries most of the alternating currents to avoid excessive oscillations of the pointer of the device I3 ZU.

ÄVeun man für die Messung von #V sowie für die Messung von #V' schreibende Geräte verwendet und die Meßanordnung stetig im Bohrloch verschiebt, so kann man unmittelhar Diagramme aufzeichnen, von denen das eine in Funktion der Tiefe die Änderungen von #V und das andere ebenfalls in Funktion der Tiefe die Änderungen von #V' angibt, wobei das erste dieser Diagramme den spezifischen elektrischen Widerstand des Erdreiches in den verschiedenen Tiefen angibt, während das andere in den gleichen Tiefen Aufschlüsse über die Porosität der Schichten, über die Art der sie imprägnierenden Flüssigkeiten und über den Druck in diesen Schichten gibt. ÄVeun one for the measurement of #V as well as for the measurement of #V 'writing Devices used and the measuring arrangement moves steadily in the borehole, so you can Immediately record diagrams, one of which as a function of the depth Changes of #V and the other also in function of the depth the changes of #V ', the first of these diagrams being the electrical resistivity of the earth at different depths, while the other at the same In-depth information about the porosity of the layers and the type of impregnation they are made of Fluids and about the pressure in these layers there.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for the electrical determination of a borehole pierced layers in its not yet cased, previously part filled with mud by means of three electrodes that can be lowered into the borehole, two of which are connected to an electrical power source and one as a measuring probe serves, and an electrode connected to the measuring probe via a measuring device. characterized in that the electrical power source is in the vicinity of the measuring probe is arranged on the lowerable cable.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that means are provided by the electrodes, which are at a fixed distance from one another Keep the emitted current practically constant in all parts of the borehole.

3. Vojrrichtung according to claim I or 2, characterized in that the current emitted by the electrodes is so strong that in the with the measuring probe taken potential values the amounts resulting from spontaneous potentials negligibly small compared to the potential values generated by the current flow are.

4. Apparatus according to claim I or 2 using one in the Borehole submersible alternating current source, characterized in that the with the Sießsonden connected measuring device is designed such that it is the separate and simultaneous measurement on the one hand of the potential difference of the alternating current voltages and on the other hand the direct voltages resulting from spontaneous potentials allows the different measuring points of the borehole.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that in the Probe measuring circuit a measuring device that responds only to direct current, preferably the is bridged by a capacitor, in series with the primary winding of a transformer is arranged, at whose secondary winding the the potential difference of the alternating voltages measuring device is connected.