DE753761C - Verfahren zur Bestimmung des Gebirgsschichtenwechsels in Tiefbohrloechern - Google Patents

Description

• Verfahren zur Bestimmung des Gebirgsschichtenwechsels in Tiefbohrlöchern Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, um durch elektrische Messungen den Gebirgsschichtenwechsel zu erkennen, welcher bei Tiefbohrungen angetroffen wird. Die Messung braucht die durchteufte Formation nicht eindeutig zu bestimmen, sondern es genügt für den praktischen Gebrauch, wenn die Teufe, in welcher ein Schichtenwechsel vorhanden ist, bestimmt wird und wenn die Indikation bei gleichem Wechsel stets die gleiche ist; denn wenn in einem Gebiete, in welchem viele Bohrungen niedergebracht werden, durch Bohrkerngewinnung einmal die Schichtenfolge festgelegt ist, ergibt die elektrische Messung durch Korrelation einen vollständigen Aufschluß über das Gebirge.
• Das neue Verfahren besteht darin, daß eine Sonde an einem isolierten Kabel in das mit Flüssigkeit gefüllte Bohrloch hinabgelassen und dieses Kabel mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle konstanter Spannung in Höhe von etwa 2 Volt oder weniger verbunden wird, während der positive Pol der Stromquelle geerdet ist.
• Mit Hilfe einer Kabelwinde wird die Sonde hinabgelassen und wieder hochgezogen. Während dieses Vorganges werden mit einem Amperemeter die in dem Stromkreis der Sonde fließenden Stromstärken gemessen bzw. die Änderungen dieser Stromstärken mit der Teufe der Sonde registriert. Die in dieser Weise registrierten Stromstärkeänderungen geben, wie die praktischen Erfahrungen bewiesen haben, ein zuverlässiges Bild der Gebirgsschichtenänderungen.
• Die bei dem Verfahren angewandte Meßanordnung ist in der Abbildung schematisch dargestellt. An dem über eine Trommel laufenden Kabel 7 ist die Elektrode 8 mit blanker Oberfläche befestigt. In das Kabel wird aus einem galvanischen Element oder Akliumulator 10 ein Strom geschickt. Der Widerstand I2 erlaubt, zur Erzielung eines geeigneten Amperemeterausschlages eine passende Teilspannung von der Stromquelle abzugreifen. Der Pluspol der Stromquelle ist bei II geerdet, am besten durch Anschluß an das Standrohr der Bohrung. Ein Amperemeter g ist zwischen Stromquelle und Kabel geschaltet und läßt die Stromstärke während des Absenkens der Elektrode laufend messen. Vorteilhaft wird das Amperemeter als ein Registrierapparat ausgebildet, in welchem der Registrierstreifen proportional mit der Teufe der Sonde vorrückt.
• Beim Ablassen der Sonde in das Bohrloch oder auch beim Hochwinden derselben aus dem Bohrloch erhält man am Registrierapparat eine Stromkurve, welche die Änderungen des Stromes mit der Teufe angibt.
• Die praktischen Ergebnisse zeigen, daß jeder Stromstärkenänderung eine Gebirgsschichtenänderung entspricht und daß auch eine gleiche Stromstärkenänderung einer gleichen Gebirgsschichtenänderung entspricht. Der Grund, weshalb ein Wechsel in den Gebirgsschichten eine Stromstärkenänderung hervorruft, ergibt sich aus folgender Überlegung.
• Der von der Stromquelle 10 der Elektrode 8 zugeführte Elektronenstrom gelangt einmal durch die Dickspülung der Bohrung und zweitens durch das anstehende Gebirge zur Erdelektrode II und von hier aus zur Stromquelle Io zurück. Die Stromstärke ist veränderlich, weil der Widerstand des Stromkreises sich mit der Teufe ändert und weil ferner im Gebirge Spannungen auftreten, welche die Stromstärke je nach ihrer Richtung bald schwächen und bald stärken, solange sie von gleicher Größenordnung sind wie die über Tage angelegte Spannung.
• Für die Widerstandsänderung ist nur die unmittelbare Nachbarschaft der Elektrode 8 maßgebend, also der spezifische Widerstand der Dickspülung im Bohrloch und der spezifische Widerstand des Gebirges, an welchem sich die Elektrode befindet.
• Die Spannungen, welche die Stromstärke beeinflussen, sind von sehr verschiedener Natur. Zunächst schwächen diejenigen Polarisationsspannungen den Strom, wlche der zugeführte Strom selbst durch Zersetzung des Elektrolyts im Gebirge erzeugt. Diese Spannungen sind besonders groß, wenn nicht elektrolytisch leitende Bestandteile im Gebirge vorhanden sind.
• Besonders in porösen Schichten veranlaßt der in den Boden geschickte Strom das *Nuftreten einer weiteren Spannung durch die Wirkung der Elektroosmose. Der elektrische Strom erzeugt nämlich in der porösen Schicht einen Flüssigkeitsstrom gleicher Richtung.
• Dieser Flüssigkeitsstrom hatrim Gebirge einen Widerstand zu überwinden, und es ist infolgedessen zur Erhaltung der Strömung ein Energieaufwand notwendig, welcher von der Stromquelle geliefert werden muß. Durch die Flüssigkeitsströmung entsteht eine Gegenspannung, das sogenannte Strömungspotential, und die zur Erhaltung der Flüssigkeitsströmung je Sekunde benötigte Energie ist gleich dieser elektrischen Gegenspannung multipliziert mit der Stromstärke. Der Vorgang ist in seiner Wirkungsweise mit einem Elektromotor vergleichbar. Wenn dieser durch den -elektrischen Strom in Bewegung gesetzt wird, so wird durch die Bewegung eine Gegenspan nung erzeugt, welche mit der Stromstärke multipliziert die Energie je Sekunde ergibt, die zur Bewegung des Motors notwendig ist.
• Die Elektroosmose veranlaßt also in porösen Schichten eine merkliche Stromstärkenerniedrigung.
• Von größerer Bedeutung sind schließlich noch die sogenannten Konzentrationsspannungen, die sich zwischen zwei leitend verbundenen Schichten verschiedener Ionenkonzentration zeigen, also verschiedener elektrolytischer Leitfähigkeit. Der Unterschied rührt entweder von verschieden starkem Salzgehalt des Wassers im Gebirge oder von verschiedener Natur dieser Salze her. Die eine oder andere Erscheinung ändert sich mit der Natur der Gebirgsschichten, ausgenommen sind völlig trockene Schichten kristallinischen Gesteins, und veranlaßt bei jedem Schiehtwechsel eine Stromzunahme oder -abnahme.
• Auch die Flüssigkeit im Bohrloch und die Flüssigkeit im Gebirge haben im allgemeinen verschiedene Konzentration, und dieser Konzentrationsunterschied veranlaßt das Auftreten von elektrischen Spannungen. Diese Spannungen ändern sich, wenn durch Wasserzufluß aus Spalten o. dgl. sich die Konzentration der Flüssigkeit im Bohrloch ändert.
• Dann ändert sich aber auch im gleichen Sinne der Übergangswiderstand der Elektrode gegenüber der Bohrflüssigkeit. Die Folge davon ist, daß die Stromstärke im Kabel durch eine derartige Änderung der Bohrlochflüssigkeit keine wesentliche Änderung erleidet und demnach Konzentrationsänderungen der Bohrlochflüssigkeit keine Gebirgsveränderungen vortäuschen.
• Weitere im Gebirge auftretende Spannungen, die die Stromstärke ändern könnten, sind die Phasengrenzpotentiale, Membranpotentiale, Adsorptionspotentiale, Filtrationspotentiale usw. Diese Stromquellen dürften aber nur von geringer Bedeutung sein. Die zuletzt genannten Potentiale können durch Einströw men der Bohrlochflüssigkeit in das Gebirge verursacht werden, wenn nicht, wie es meistens der Fall ist, der Bohrschlamm die Bohrlochwand vollständig abdichtet. Diese Spannungen sind außerdem sehr gering wegen der guten Leitfähigkeit der Flüssigkeiten.
• Der ganze Vorgang der Stromänderung ist demnach recht verwickelt. Die Praxis hat indessen gezeigt, daß sie ein sicheres Erkennungsmittel für jeden Schichtwechsel ist und gegenüber einer Messung der natürlichen Spannungen in der Erde nach der Kompensationsmethode, bei der kein Strom in den Boden geschickt wird, erhebliche Vorteile hat.
• Als Nachteil der reinen Spannungsmessungen ohne Entsendung von Strom in den Boden sei folgendes angeführt: Gerade die Spannungen, welche für die Erkenntnis des Gebirgsschichtenwechsels von wesentlicher Bedeutung sind, werden erst durch den in den Boden geschickten Strom erzeugt und sind bei einer reinen Spannungsmessung nicht vorhanden.
• Bei der letzteren täuscht eine Änderung der Leitfähigkeit der Flüssigkeit im Bohrloch einen nicht vorhandenen Gebirgsschichtenwechsel vor.
• Die Praxis ergibt, daß in konzentrierten Salzlösungen im Bohrloch die Spannungsmessung unmöglich wird, nicht aber die Strommessung; schließlich erlaubt die Strommessung eine unmittelbare Registrierung, eine Spannungsmessung nach dem Kompensationsverfahren dagegen nicht. Die Strommessung ist in gewissem Sinne eine kombinierte Spannungs- und Widerstandsmessung, verbunden mit einer gesonderten Spannungserzeugung im Boden, wobei durch passende Wahl aller Dimensionen der Einfluß aller drei Größen in ein günstiges Verhältnis zueinander gebracht werden kann.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Bestimmung des Gebirgsschichtenwechsels in Tiefbohrlöchern, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Sonde, die in das mit Dickspülung oder Klarwasser gefüllte Bohrloch hinabgelassen wird, dem Bohrloch aus einer Stromquelle konstanter Gleichstromspannung von etwa 2 Volt oder weniger ein elektrischer Strom zugeleitet wird und die Anderung des zugeführten Stromes mit der Teufe registriert wird.

   Zur Abgrenzung des ErEn,dungsgegenstands vom Stande der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 534 563, 59235I, 269928, 272603; französische Patentschriften Nr. 723 592, 762 ob6, 788352, 8I9 428; USA.-Patentschriften Nr. I 536 007, 2 o72950 ; Beiträge zur angewandten Physik, Band 5, I935; S. 53 ff.; Wiedemanns Annalen, Band 7, I879, S.337ff.; H e 1 mh 0 lt z, Ges. Abhandlungen, Band 2, S.855; Frauncllich, Lehrbuch der Kapillar physik, Band I, S. 336; Zentralblatt f. Mineralogie, I924, S. 66 ff.; Zeitschrift Revue Pétrolifère, Nr. 660, I935, S. I574; Zeitschrift f. praktische Geologie, 1928, S. 103 ff.