DE842034C

DE842034C - Bestimmung des Einfallens der von einem Bohrloch durchteuften Schichten

Info

Publication number: DE842034C
Application number: DES17708A
Authority: DE
Inventors: Henri Georges Doll
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1943-01-01
Filing date: 1950-07-16
Publication date: 1952-06-23
Also published as: US2427950A

Description

Bestimmung des Einfallens der von einem Bohrloch durchteuften Schichten Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bestimmung des Winkels und der Richtung (Azimut) des Einfallens der von einem Bohrloch durchteuften Schichten. Sie beruht auf der Beobachtung von Änderungen der Charakteristika der Schichten in Funktion der Tiefe an verschiedenen Punkten, die im Innern des Bohrlochs seitlich entfernt und vorzugsweise in der Nähe der Trennlinie zwischen der betrachteten Schicht und den benachbarten Schichten liegen.
In der französischen Patentschrift 804 1 1 1 sind ein Verfahren und eine elektrische Einrichtung beschriel>en. die gestatten, das Einfallen der Schichten in Winkel und Richtung durch Messung der längs des 13ehrlochs auftretenden spontanen Potentialdifterenzen zu bestimmen. Dieses Verfahren gestattet, sehr interessante Ergebnisse zu erhalten, da die Notwendigkeit der Entnahme von Proben in den Schichten in Fortfall gekommen ist, welche bis dahin notwendig war, um Aufschlüsse huber die Neigung erhalten zu können.
Obwohl das in Rede stehende Verfahren im allgemeinen gute Ergebnisse zeitigt, ergeben sich bei bestimmten Arten von Schichtbildungen Schwierigkeiten, um genaue Aufschlüsse zu erhalten, es sei denn, es werden spezielle Vorsichtsmaßnahmen getroffen. So z. B. trifft man in Amerika in dem Mid Continent auf starke Schichten, die dicht und nicht porös sind, wie Kalkstein, Gips undAnhydrit, in denen die spontanen Potentialänderungen längs desBohrloches verhältnismäßig gering sein können.
Es ist dann notwendig, Instrumente mit hoher Empfindlichkeit zu verwenden und umfangreiche Maßnahmen zu treffen, um das Verfahren zur Gewinnung der gewünschten Ergebnisse in der Praxis anwenden zu können. Solche Erfordernisse sind jedoch mitunter schwer zu erfüllen.
Durch die Erfindung werden ein Verfahren und eine Einrichtung geschaffen zur Messung des Einfallens unterirdischer Schichten, die die erwünschten Ergebnisse mit Hilfe von Instrumenten mittlerer Empfindlichkeit zu erhalten gestatten, ohne daß es notwendig ist, außergewöhnliche Vorkehrungen zu treffen.
Verfahren und Einrichtung gemäß der Erfindung gestatten außerdem Funktionen eines Charakteristikums jeder durchteuften Schicht an drei oder mehr seitlich in Abständen liiegen, den Punkten im Innern des Bohrlochs festzustellen, was gestattet, das Einfallen der in Frage kommenden Schicht zu bestimmen.
Außerdem wird gemäß der Erfindung der so ermittelte Wert des Einfallens nicht von Änderungen des Durchmessers dieses Bohrloches beeinträchtigt.
Um diese verschiedenen Ergebnisse zu erhalten, registriert man gemäß der Erfindung zu gleicher Zeit eine oder mehrere Funktionen eines Charakteristikums der durchteuften Schichten an Punkten, die im Innern des Bohrloches seitlich in Abständen voneinander und vorzugsweise in der Nähe der Trennlinie zwischen der betrachteten und einer benachbarten Schicht liegen. Man wählt zumindest drei Punkte, um eine Ebene festzulegen, die das Bohrloch quer durchschneidet. Um die Berechnungen zu vereinfachen, werden diese Punkte vorzugsweise in einer zur Achse des Bohrloches senkrechten Ebene gewählt.
Das Charakteristikum der Schicht, das man bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zu messen sucht, kann ein beliebiges sein, das sich an der betreffenden Stelle messen läßt. Von den Charakteristika dieser Art seien die Härte, die akustischen Eigenschaften, die Permeabilität und der elektrischeWiderstand (Impedanz) genannt. Wenn auch irgendeins dieser Charakteristika in gevissen-besonderen Fällen brauchbar ist, so ist es doch der elektrische Widerstand oder die elektrische Impedanz, die man in der großen Mehrzahl der Fälle benutzen wird, da sie bei weitem das interessanteste Charakteristikum ist. Aus diesem Grunde befaßt sich die nachfolgende Beschreibung ganz besonders mit der Bestimmung des elektrische Widerstandes.
Da die Bohrlöcher äußerst enge Löcher im Verhältnis zur seitlichen Ausdehnung der Schichten sind, wird jede Schicht dem ganzen Umkreis des Bohrloches folgend ausgeschnitten und d kann dabei gegenitl) er diesem geneigt liegen. Das Charakteristikum jeder Schicht wird demnach genau identisch an den drei Meßpunkten in Erscheinung treten, wenn nur die entsprechenden Punkte jeder Registrierung in der Längsrichtung um ein Stück versetzt liegen, das von dem Einfallen der betreffenden Schicht abhängt. Aus den drei Registrierungen, die auf diese Weise erhalten sind, kann man dann das Einfallen der entsprechenden Schicht ableiten.
Die Richtung des Einfallens bestimmt man, indem man auf irgendeine geeignete Art die Lage der drei Meßpunkte gegenül>er einer Bezugsrichtung registriert.
Bestimmte, von einem Bohrloch durchteufte Schichten erfahren durch die Bohrlochspülung eine gewisse Erosion. Trotzdem kann das Einfallen dieser Schichten gemäß der Erfindung mittels Messungen des Durchmessers des Bohrloches in der Nähe der Trennfläche zwischen der Schicht und einer harten und dichten Schicht bestimmt werden.
In den Zeichnungen sind verschiedene besondere Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.
Fig. I ist eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausrüstung, die im Innern eines Bohrloches zur Bestimmung des Winkels und der Richtung des Einfallens der Schichten gemäß der Erfindung verschoben werden kann; Fig. 1 a ist ein Schnitt in vergrößertem Maßstab nach der Schnittlinie I-I der Fig. I, der gewisse Konstruktionseinzelheiten der Elektroden zeigt; Fig. 2 veranschaulicht die Registrierungsart des Winkels und der Abweichungsrichtung des Bohrloches gegenüber der Vertikalen, indem diese Registrierung ebenfalls den Azimut einer der Elektroden ergibt; Fig. 3 ist ein Beispiel von gleichzeitig registrierten Widerstandskurven, deren entsprechende senkrechte Verschiebung zur Bestimmung des Einfallens ausgenutzt wird; Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform einer Ausrüstung, die gestattet, außerdem den Durchmesser des Bohrloches zu bestimmen; Fig. 5, 6 und 7 sind Schaltschemen von elektischen Verbindungen der in dem Bohrloch und an der Erdoberfläche befindlichen Apparaturen; Fig. 8 und 9 sind entsprechende Schaltschemen anderer Ausführungsformen, die für Meßeinrichtungen des Durchmessers des Bohrloches verwendbar sind.
In der Fig. I besitzt die Ausrüstung, die in das Bohrloch hinabgesenkt wird, ein Führungsorgan lO, eine Anordnung I I, die dazu dient, den Winkel und die Richtung der Abweichung der Achse des Bohrloches gegenüber der Vertikalen anzuzeigen, und einen Elektrodenhalter 12, der genau das Bohrloch ausfüllt und eine bestimmte Anzahl von kleinen Elektroden in der unmittelbaren Nachbarschaft der Schichten hält. Der Apparat wird in das Innere des Bohrloches mittels eines Haltekabels 13 hinabgesenkt, das eine bestimmte Anzahl von isolierten Leitern 14, 14' und 14"besitzt, die gestatten, die im Innern des Bohrloches befindliche Anordnung mit den Instrumenten an der Erdoberfläche zu verbinden, die nicht dargestellt sind. Das Kabel .I3 ist mit einem Kopf 15 verbunden, der seinerseits durch eine Kupplungsvorrichtung I6 mit dem Führungsorgan IO verbunden ist. Dieses Führungs- organ kann von beliebiger, geeigneter Art sein und beispielsweise drei biegsame Organe 17 besitzen, welche regelmäßig um die Achse dieses Organs 10 verteilt sind. wie es auf der Zeichnung dargestellt ist. Silan gibt dem Führungsorgan 10 einen solchen Durchmesser, daß seine Achse ständig mit der wachse des nicht dargestellten Bohrloches zusammenfällt. Unterhalb des Führungsorgans 10 ist die Anordnung 11 montiert. die die Durchführung der Abweichungsmessungen gestattet. Diese Anordnung 11 kann aus einem Instrument der jetzt üblichen l>ekannten Art bestehen. Sie besitzt beispielsweise eine Hülle 18 die nicht magnetisch und wasserdicht ist. In dieser ist ein Filmmagazin 19 untergebracht, von dem eiii Film 20 abläuft, der dann ülier zwei Rollen 21 und 22 läuft, um sich dann iii einem anderen Nlagazin 23 wieder aufzuwickeln. Unterhalb des Films 20 ist eine Blind 24 angeordnet, die in ihrer Mitte eine kleine Offnung 25 Besitzt. Eine Reihe von elektrischen Lampen 26 ist unterhalli der Blende 24 angeordnet, um den Film 20 im Augenblich, wo man eine Registrierung zu machen hat, zu belichten.
Unterhalb der Blende 24 ist der Meßapparat für die Abweichung angeordnet, der ein durchsichtiges konkaves organ 27, eine kleine undurchsichtige Kugel 28, die auf diesem konkaven Organ 27 rollt, und eine magnetische Kompaßnadel 29 besitzt.
Diese Nadel 29 ist mit Drehzapfen so gelagert, daß sie sich in einer tniversall>ewegung in allen Richtungen in einem Gehäuse 30 verschieben kann, welches durch die Zapfen 3I getragen wird. Ein Pendel 32. clas unterhalb der Nadel 29 aufgehängt ist. dient dazu, die Nadel in einer horizontalen Ebene zu halten. welches auch immer die Neigung der Achse des Instruments gegenüber der Vertikalen ist. Ein kleines Äfarkierungsorgan 33 ist im Innern der Hülle IX angel>racht, in bekannter Beziehung zu der einen der Elektroden der Anordnung 12. l) ie Meßeinrichtung für die Abweichung ii ist starr mit der Anordnung 12 durch eine Standardkupplung 34 verbunden.
Das Tragsystem 12 für die Elektroden weist ein Isoliergehäuse 35 auf, an dem eine bestimmte Anzahl von Führungsorganen 36 angebracht ist, die vorzugsweise aus Neopren hergestellt sind, obwohl man zu diesem Zweck jeden anderen elastischen, mit einem Isoliermaterial überzogenen Stoff verwenden kann. in der Zeichnung sind drei Fünrungsorgane 36 dargestellt, die um 1200 gegeneinander versetzt sind. In diese Führungsorgane 36 ist eine bestimmte Anzahl von kleinen Elektroden 37, 37 und 37" eingesetzt, die in sehr geringem Abstand von den Schichten, die das nicht dargestellte Bohrloch begrenzen, zu halten sind.
Wie iii der Fig. l a in größerem Nfaßstab dargestellt ist, hlieii die Elektroden 37, 37' und 37" vorzugsweise die Form von Scheiben und befinden sich in sehr geringen. Abständen von den Schichten. die das Bohrloch begrenzen, wobei eine einzige ihrer Seiteii frei ist. Diese Elektroden werden in die Isoliermasse 36 eingelassen und sind durch die isolierten Leiter 38l 38'. 38" mit Anzeigeapparaten verbunden, die noch beschrieben werden. Alle Elektroden 37, 37' und 37" sind gleich und werden vorzugsweise an Ort und Stelle eingegossen oder einvulkanisiert, so daß keine Flüssigkeit, wie die das Bohrloch anfüllende Flüssigkeit, in Berührung mit einer Elektrode an einer anderen Stelle wie die freie Vorderseite dieser Elektrode kommen kann.
Mit dieser Konstruktionsart wird die Wirkung der Flüssigkeit, die das Bohrloch anfüllt, auf die Messungen auf das Minimum verringert.
Dig Elektroden 37, 37' und 37" könen aus irgendeinem geeigneten Stoff, beispielsweise aus Blei, hergestellt sein. Wenn man in einer üblichen Weise Wechselstrom oder periodisch umgekehrten Strom in diese Elektroden eintreten läßt, wird während der Messungen keine Polarisation dieser Elektroden hervorgerufen. Wenn man jedoch Gleichstrom verwenden würde, so würde vorzuziehen sein, wenn die Elektroden 37, 37' und 37" von der nicht polarisierbaren Art wären. Man könnte dieses Ergebnis auf eine an sich bekannte Art erreichen, indem man beispielsweise jede Elektrode mit einem Salz des Metalls umgibt, aus dem die Elektrode hergestellt ist.
Die Elektroden 37, 37' und 37" and insbesondere die Teile dieser Elektroden, die vor den Schichten liegen, haben verhältnismäßig kleine Abmessungen, beispielsweise zwischen 6 und 25 mm, so daß man sie in der Praxis als Punktelektroden ansprechen kann.
Da der Strom, der in den Kreisen fließt, in die diese Elektroden eingeschaltet sind, verhältnismäßig schwach ist, können diese verhältnismäßig geringe Abmessungen haben, ohne daß sich dadurch eine übermäßige Stromdichte ergibt. Die Verwendung von kleinen, in der unmittelbaren Nachbarschaft der Schichten liegenden Elektroden gestattet sehr viel unbedeutendere und schwächere Änderungen zu beobachten, als man dies bei großen Elektroden könnte oder wenn diese@ Elektroden sich in einem größeren Abstand von den Schichten befänden.
Man kann insbesondere ein Kabel schema verwenden, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist, wo irgendeins der beiden an der Erdoberfläche sich befindenden Instrumente wahlweise mit dem im Innern des Bohrloches sich befindenden Apparat verbunden werden kann. Die an der Erdoberfläche aufgestellte Meß- und Registrierungseinrichtung kann eine Gleichstromquelle 116 besitzen, deren einer Pol durch ein Amperemeter 39 und einen Unterl>recher 40 mit einer Klemme eines dreipoligen Doppelunterbrechers 42 verbunden ist, dnd deren anderer Pol 116 mit einer zweiten Klemme 43 des gleichen Unterbrechers 42 verbunden ist.
Die elektrische Energiequelle 116 ist durch zwei Widerstände in Serie 44 und 45 in Nebeschluß gelegt, die als Spannungsteiler benutzt werden und deren einstellbarer Kontakt 46 über eine Kontrolllampe 47 und den Unterbrecher 40 mit der dritten Klemme 48 des Unterbrechers 42 verbunden ist.
Der Unterbrecher 42 besitzt gleichfalls Kontakte 49. 50 und 51, die entsprechend durch die Zwi- schenschaltung der Registrierungsvorrichtungen 52, 53 und 54 mit Energiequellen 55, 56 und 57 verbunden sind. Diese sind alle an die Masse bei 58 angelegt, indem sie beispielsweise mit der Metallhülle des Kabels 13 (Fig. 1) verbunden sind, wenn dieses eine besitzt. Die Lamellen 59, 60 und 61 des Unterbrechers 42 sind mit den drei Leitern 14, 14' und 14" des Haltekabeis 13 (Fig. I) verbunden, die durch den Apparat für die Abweichungsmessungen 1 1 hindurchgehen und in den drei Elektroden 37, 37' und 37" enden.
Der Apparat, aufgebaut wie dies in Fig. I dargestellt ist, wird dann in das Bohrloch mittels des Haltekabels I3 hinal>gesenkt, wobei die Führungsorgane 17 und 36 dazu dienen, die Achse der Ausrüstung in Ubereinstimmung mit der Achse des Bohrloches zu halten. Wenn der in das Bohrloch hillabgesenkte Apparat die Tiefe der Zone erreicht hat, die man untersuchen will, nimmt man eine Registrierung der Abweichung der Achse des Bohrloches gegenüber der Vertikalen vor, indem man den Unterbrecher 42 (Fig. 5) nach links legt, was zur Wirkung hat, daß die Klemmen 4I, 48 und 43 entsprechend mit den Leitern I4", 14 und 14 verbunden werden. Man betätigt dann den Unterbrecher 40, die Lampen 26 schalten sich ein und man erhält danach eine photographische Registrierung der Lage der Kugel 28, der Kompaßnadel 29 und des Markierungsorgans 33 auf dem Film 20.
Eine solche Registrierung ist in Fig. 2 dargestellt.
Man führt darauf den Unterbrecher 40 in seine obere Lage zurück, was die Einschaltung des Motors 62 bewirkt, der im Apparat 1 1 angeordnet ist und seinerseits den Film 20 betätigt. Außerdem wird dann der Leiter in der Mitte 14' gleichfalls mit der Elektrode in der Mitte 37' (Fig. 5) verhunden, was durch die Kontrollampe 47 angezeigt wird.
Die Fig. 2 veranschaulicht eine Registrierung, wie sie mit Hilfe der Meßeinrichtung 1 1 für die Abweichungen der Fig. I erhalten ist. Diese Registrierung weist eine Reihe von konzentrischen Kreisen 63, 63' auf, die den Abweichungswinkel der Achse des Apparats 1 1 gegenüber der Vertikalen für die verschiedenen Lagen der Kugel 28 ergeben. Der Pfeil 29' ist eine Photographie des Endes der Magnetnadel 29 und er zeigt infolgedessen die Richtung des magnetischen Nordpols an.
Der dunkle und runde Fleck 28' ist eine Photographie der Kugel 28, und die Lage des Mittelpunkts des Fleckes 28'gegenüber den Teilkreisen 63, 63' zeigt die Winkelabweichung des Bohrloches gegenüber der Vertikalen an.
Die Anzeigemarke 33' zeigt die Azimutlage der einen der Elektroden, beispielsweise der Elektroden 37 gegenüber dem magnetischen Nordpol an.
Man legt darauf denUnterbrecher42 nach rechts, was zur Folge hat, daß die drei Leiter 14", I4 und 14' entsprechend mit den Kontakten 49, 50 und 51 verbunden werden. Die Stromquellen 56, 57 und 55 senden dann elektrische Ströme bekannter Charakteristika und Werte zu den Elektroden 37, 37' und 37"entsprechend. Wenn die durch die Stromquellen 55, 56 und 57 gelieferten Spannungen konstant gehalten werden, werden sich die Ströme, die durch die Elektroden 37, 37' und 37" entsprechend fließen, in Funktion des elektrischen Widerstandes der Schichten in der unmittelharen Nachbarschaft der Elektroden ändern. Man wird infolgedessen drei getrennte Widerstandskurven 64, 64' und 64" erhalten, wie sie in der Fig. 3 dargestellt sind, die zu gleicher Zeit registriert werden können, je nachdem wie man die Ausrüstung im Innern des Bohrloches anheben wird.
Bezugnehmend auf die Fig. 3 sind die Kurven 64, 64' und 64" drei Widerstandskurven, die zu gleicher Zeit durch den zuvor beschriebenen Apparat registriert worden sind. Diese Kurven 64, 64' und 64" sind in der Form identisch, jedoch vertikal um die Entfernungen 65, 66 und 67 auf Grund der Niveauunterschiede der Schicht an den Kreuzungspunkten der drei Erzeugenden des Bohrloches verschoben, denen folgend sich die Elektroden 37, 37 und 37"verschieben. Die Registrierungen werden vorzugsweise eine Kennmarke 68 in Funktion der Tiefe oder der Zeit aufweisen. Diese Anzeigemarke kann durch Verbindung der Lampen, die zur Beleuchtung der drei Galvanometer dienen, mit einer einzigen elektrischen Energiequelle mittels eines einzigen Unterbrechers erhalten werden. Dadurch, daß man diesen Unterbrecher für einen Augenblick öffnet, wird auf allen Registrierungen ein nicht belichteter Teil 68 in Erscheinung treten, der als Kennmarke dient. Wenn man eine Registrierungseinrichtung benutzt, in der die drei Kurven gleichzeitig auf ein und demselben Film registriert werden, ist die Marke 68 nicht mehr notwendig, vorausgesetzt, daß die Tiefen auf eine andere Art an den Registrierungen bestimmt werden können, wie dies beispielsweise in üblicher Weise bei der elektrischen Kernung vor sich geht.
Der Film, auf dem die drei Widerstandskurven 64, 64' und 64" registriert sind, muß sich ziemlich rasch und sehr viel schneller verschieben, als dies bei den Vorgängen der elektrischen Kernung der Fall ist. Die Verschiebung des Films und die Verschiebung der Ausrüstung im Innern des Bohrloches können im Verhältnis von 1 : 4 beispielsweise stehen. Diese Einrichtung ist vorteilhaft, damit man mit Genauigkeit die Abstände, wie die Entfernungen 65, 66 und 67 der Fig. 3, messen kann. In irgendeinem Augenblick während der Registrierung der Widerstandskurve kann man auf dem Film Kennmarken, vie die Marke 68 der Fig. 3, anbringen, wie dies vorher beschrieben worden ist.
Da man genau die Tiefen kennt, in denen diese Marken oder alle anderen Zeichen auf den Film gesetzt worden sind, kann man mit Genauigkeit die vertikalen Entfernungen zwischen den entsprechenden Punkten auf den Kurven 64, 64' und 64" messen.
Eine andere Abweicbungsregistrierung, ähnlich der in der Fig. 2 dargestellten, wird durchgefül@rt werden müssen, nachdem man die Schicht, die, man untersuchen will, durchquert haben wird. Durch Vergleichen der bei den Abweichungsregistrierun- gen ist es möglich, festzustellen, oh sich die in das ISohrlocll hinabgesenkte Ausrüstung während der Registrierung der \V iderstandskurven gedreht hat oder nicht. Normal wird diese Drehung in den kurzen Zonen, wo man die Messungen macht, nicht auftreten. Ebenso kann man den Meßapparat der .tbweicbungen in der Gegend der zu untersuchenden Zone arbeiten lassen und dann die vertikalen Abstände der drei Kurven an einem der Marke 68 sehr lnachbarten Punkt messen.
Durch Auswertung der beiden erhaltenen Registrierungen, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, kann man mit Genauigkeit die Neigung der Schichten und die Richtung dieser Neigung bestimmen, welches auch immer die Abweichung von der Achse des Bohrloches sei. Wenn der Durchmesser der Anordnung 12 d. h. der seitliche Abstand der Elektroden 37, 37' und 37" bekannt ist, umreißen die drei entsprechenden Punkte a, b, c der Kurven 64. 64'und 64" eine Ebene, die die Ebene der Neigung der Schichten im Verhältnis zur Achse des Bohrloches ist. Die Richtung dieser Neigung kanu aus der Azimut-Richtung des Zeichens 33' erkannt werden, da man beispielsweise weiß, daß dieses Zeichen unmittelbar oberhalb der Elektrode : 37 sitzt.
Demzufolge liegt. wenn das Zeichen 33' sich im Osten befindet. der Punkt a der Ebene der neigung dann gleichfalls im Osten, wobei die Kurve 64 durch den die Elektrode 37 enthaltenden Kreis (Fig. 5) registriert wird.
Der Winkel und die Richtung der Neigung der Schicht sind dann mit Genauigkeit gegenüber der Achse des Bohrloches bestimmt. Auf Grund der Lage des Fleckes 28' der Fig. 2 und seiner Winkelentfernung gegenüber dem magnetischen Nordpol kann man die Neigung und die Richtung der Neligung der Achse des Bohrloches in der üblichen Weise errechnen und das Ergebnis dieser Berechnung gestattet dann, die Neigung gegenüber der wirklichen Vertikalen zu korrigieren.
Damit die Neigungsbestimmungen auch ganz genau sind, müssen die Elektroden 37, 37' und 37" in der Nähe oder in einem bestimmten Abstand von den Schichten gehalten werden, die das Bohrloch begrenzen, und der Durchmesser des Bohrloches muß selbst bekannt sein. Man erhält dieses Ergebnis im Falle des Apparats gemäß Fig. I dadurch, daß man die Einrichtung 12 derart ausbildet, daß die Elektroden 37, 37' und 37" stets in der Nähe der die Wand des Bohrloches bildenden Schichten gehalten werden, und zwar annähernd in dem gleichen Abstand von der Achse. Jedoch kann es vorkommen, daß die Erosionswirkung der Spülung zur Folge gehabt hat, daß sich der Durchmesser des Bohrloches angesichts bestimmter Schichten vergrößert hat. Es ist mögljch, diese Wirkung vorteilhaft auszunutzen, um die Emptindlichkeit und die Genauigkeit des Instruments zu erhöhen. Alaun benutzt dann den in Fig. 4 dargestellten abgeänderten Apparat, wo die Elektroden an dehnbaren Armen angebracht sind und ständig in der Nähe der Bohrlochwand gehalten werden, welches auch der Durchmesser des Bohrloches sei, wobei dieser Durchmesser ebenfalls entweder gleichzeitig oder später registriert werden kann.
Die in der Fig. 4 dargestellte Vorrichtung ist ähnlich derjenigen der Fig. I, nur ist die Elektrodenhalteanordnung 12 durch eine Apparatur 69 ersetzt, die dehnbare Arme besitzt. Bei dieser Ausführungsform wird die Achse der in das Bohrloch hinabgesenkten Ausrüstung durch die Führungsvorrichtung 10 in Übereinstimmung mit der Achse des Bohrloches gehalten, und die Abweichung des Bohrloches sowie die Richtung der einen der Elektroden werden wie zuvor beschrieben registriert.
Die Vorrichtung 69 besitzt ein Gehäuse 70, in dessen Innerm eine bestimmte Anzahl von Organen 7I angeordnet ist, die jedes eine einen Widerstand bildende bewegliche Wicklung 72 tragen. Die Wicklungen 72 sind dazu bestimmt, mit feststehenden Pflöcken 73 in Kontakt gebracht zu werden, die ihrerseits mit an die Erdoberfläche führenden Leiter verbunden sind. Die Organe 7I sind durch Gelenke 74 mit den dehnbaren Armen 75 verbunden. Man kann eine beliebige Anzahl von ausdehnbaren Armen 75 vorsehen, jedoch werden zumindest drei benötigt. Die Arme 75 sind so ausgebildet, daß eine Veränderung des Durchmessers des Bohrloches eine senkrechte Verschiebung der Organe 7I und der Wicklungen 72 hervorruft, wodurch der elektrische Widerstand in einem Kreis geändert wird, der so geeicht ist, daß er den Durchmesser des Bohrloches anzeigt. Die dehnbaren Arme 75 bestehen jeder aus einem metallischen Arm 76, der von einem geeigneten Isolierstoff 76' überzogen ist.
Man kann eine beliebige geeignete Anzahl von Elektroden, wie z. B. Elektroden 77 und 78 vorsehen, die in dem unteren Teil jedes Armes 75 eingelassen und gegenüber diesen isoliert sind. Jede dieser Elektroden 77, 78 ist durch einen gesonderten nicht dargestellten isolierten Leiter mit dem Widerstandsmeßapparat verbunden, der an der Erdoberfläche aufgestellt und in den Fig. 5,6 und 7 schematisch dargestellt ist.
Ein zweiter Satz von Armen 79 ist an den Armen 75 sowlie an einem Kragen 80 angelenkt, der gleitend auf einer Isolierstange 8I angeordnet ist, die selbst mit dem unteren Ende des Gehäuses 70 verbunden ist. Eine auf der Tragstange 81 zwischen dem Kragen 80 und einem unteren Anschlag 82'angeordnete Druckfeder 82 hat zur Wirkung, daß die Arme 75 fortlaufend nach außen gedrängt werden, um die Elektroden 77, 78 ständig in die Nachbarschaft der die Wandungen des Bohrloches bildenden Schichten zu bringen, welches auch immer der Durchmesser des Bohrloches sei. Die Abmessungen und Konstruktionsarten der Elektroden 77 und 78 entsprechen denjenigen der Fig. 1a. Die Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. 4 ist praktisch gleich derjenjen der Fig. 1.
Wenn das Haltekabel I3 genügend Leiter besitzt, kann der Durchmesser des Bohrloches fortlaufend gleichzeitig registriert werden, wie man die Widerstandskurven aufnimmt. Beispielsweise können die unteren Enden der Wicklungen 72, die als Widerstand dienen, mit einem Leiter 106 erbunden werden. der im Innern des Haltekal>els 13 untergebracht ist, und die Kontakte 73 können entsprecbend mit den Leitern 107, io8 und 109 verbunden sein, wie dies in der Fig. 8 dargestellt ist. Meß. vorrichtungen der üblichen Art llo, III und 1 12 können entsprechend mit den Leitern 107, 108 und log auf der einen Seite und mit dem gemeinsamen Leiter 106 auf der anderen Seite verbunden sein.
Bei anderen Ausführungsformen können die Wicklungen 72 in Serie mit Leitern 113 und 114 im Innern des Kabels 13 verbunden sein, wobei die Widerstandsänderungen durch die Meßvorrichtung 115 gemessen werden, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist.
In dem Schema der Fig. 5 sind Kurven dargestellt, wie sie mit der unter dem Namen N1onoelektrodeneinrichtung bekannten Einrichtung erhalten worden sind, d. h. daß die gelieferte Spannung konstant gehalten wird und daß man die Stromänderungen mißt oder umgekehrt.
Die Fig. 6 zeigt ein geändertes Kabelschema, das entweder mit der Vorrichtung der Fig. I oder mit derjenigen der Fig. 4 verwandt werden könnte.
Diese Fig. 6 veranschaulicht das bei der elektischen Kernung für die Messung der Widerstände gut bekannte Blelektrodenverfahren. Bei dieser Anordnung hat eine elektrische Energiequelle 83 die eine ihrer Klemmen bei 84 geerdet, während ihre andere Klemme durch ein Amperemeter 85 mit einer Elektrode verhältnismäßig großer Abmessungen 86 verbunden ist, die in das Bohrloch in einem bestimmten Abstand oberhalb der drei Meßelektroden 37, 37' und 37" hinabgesenkt wird. Die Elektroden 37, 37' und 37" sind entsprechend mit Potentialregistrierungsapparaten 87, 88 und 89 verbunden, die sämtlich bei go geerdet sind. Die Meßkreise sowie auch die Speisekreise besitzen einen Rücklauf durch die Erde.
Ein beliebiges WIeßinstrument für die Abweichung 1 1 ist durch einen Leiter des Haltekabels mit einer Steuervorrichtung 91 verbunden, die sich an der Erdoberfläche befindet und deren andere Klemme bei 92 gegebenenfalls geerdet ist.
Die Arbeitsweise dieser Vorrichtungen ist an sich bekannt. Ein elektrischer Strom wird in den Schichten durch den Strom, der von der Elektrode 86 fließt und Potentialdifferezen zwischen den Elektroden 37, 37, und 37" und der Erde go hervorruft, erzeugt. Dies sind diese Potentialdifferenzen, die man registriert. Durch Änderung des vertikalen Abstandes zwischen der Stromdurchtrittselektrode 86 und den Meßelektroden 37, 37' und 37", kann man der Untersuchungstiefe den gewünschten Wert geben.
In der Fig. 7 ist das Schema der dritten Kreisart dargestellt, das im Meßapparat der Neigung benutzt werden kann. In diesem Fall benutzt man eine Meßeinrichtuing der Widerstände und Impewanzen, die bei der elektrischen Kernung unter dem Namen Dreielektrodeneinrichtung oder Vorrichtung mit umgekehrter Sonde bekannt ist. Bei dieser Vorrichtung ist die eine Klemme einer elektrischen Energiequelle 93 bei 94 geerdet, während die andere Klemme über ein Aml) eremeter und die eine der isolierten Leiter mit einer Elektrode 96 verhältnismäßig großer Al>messungeii verbunden ist, die in das Bohrloch hinabgesenkt wird. Kleine Elektroden, wie 97, 98, 99, 100, IOI und 102, sind entsprechend zu Paaren durch die Zwischenschaltung von isolierten Leitern in dem Haltekabel mit drei Meßinstrumenten der Ioteiitialdifferenzen 103, 104 und I05 verbunden, die an der Oberfläche des Erdbodens angeordnet sind. Das Instrument 103 mißt die Potentialdifferenzen zwischen den Elektroden 97 und 98, das Instrument 104 die Potential differenzen zwischen den Elektroden 99 und 100 und das Instrument 105 die Potentialdifferenzen zwischen den Elektroden 101 und 102.
Obwohl verschiedene besondere Ausführungsformen der Meßvorrichtung für die Neigungen dargestellt sind und Schemata liekannterMethoden zur Messung des Widerstandes und der Innpedlanz angegeben sind, sei hervorgehoben, daß sich die vorliegende Erfindung nicht auf diese besonderen Meßverfahren beschränkt.
Im Gegenteil, man kann gemäß der Erfindung irgendeine Art von Ausrüstung. Meßinstrumenten usw., die bekannt ist, verwenden. Jedoch muß jeder benutzte Apparat so konstruiert oder abgeändert werden, daß er lokale Älessungen zu erhalten gestattet, d. h. Messungeii. die vor allen Dingen durch den kleinen Teil der Gesteinsbildung oder der Schicht, die sich in der unmittelbaren Nähe der Elektrode befindet, beeinflußt werden. Infolgedessen ist es notwendig, anomal kleine Elektroden zu benutzen, die so dicht wie möglich an die Wand des Bohrloches, d. h. an die zu untersuchende Schicht zu bringen sind. Außerdem müssen die in das Bohrloch hinabgesenkten Elektroden annähernd die gleiche exponierte Fläche haben. Jedes der Führungsorgane, wie die Organe 36 der Fig. I oder 75 der Fig. 4, kann eine beliebige Anzahl von Elektroden besitzen. Wenn die Führungsorgane jedes eine Elektrode tragen kann man die Kreise der Fig. 5 oder 6 benutzen. Wenn sie jedes zwei Elektroden tragen, wie die Elektroden 77 und 78 der Fig. 4, kann man den Kreis der Fig. 7 benutzen.
Wohlgemerkt kann jedes Führungsorgan die gewünschte Anzahl von Elektroden tragen, und diese Elektroden können in irgendeinem geeigneten elektrischen Kreis benutzt werden.
Man kann bei der Meßeinrichtung für die Neigung nach dem Vorherbeschriebenen jeden Abweichungsmeßapparat bekannter Art benutzen, vorausgesetzt daß man außerdem eine Apparatur vorsieht, die es gestattet, die Azimutlage der einen der Elektroden aufzuzeigen. Wenn man es wünscht, können der Winkel und die Abweichungsrichtung des Bohrloches nach dem in der französischen Patentschrift 742 430 beschriebenen Verfahren gemessen werden. Wenn man diese Art von Apparat verwendet, wird die Abweichung des Bohrloches fortlaufend auf einem Instrument an der Erdober- fläche angezeigt. was gestattel, die Bestimmungen <1er Neiguiig durchzuführen. ohne daß man die Ausrüstung aus dem Bohrloch herauszuziehen braucht. Außerdem ist es möglich, die Messungen mit Hilfe eines Kabels durchzuführen. das eine kleinere Anzahl von isolierten Leitern aufweist, indem man Organe von Relais benutzt, die in der Ausrüstung. die man im Innern des Bohrloches verschiebt. angeordnet sind und gestatten, die elektrischen Verbindungen abzuändern.
Die vorliegende Erfindung ergibt also ein Verfahrne. das gestattet. den genauen Wert des Winkiels und zur Richtung der Neigung der Schichten in beliebiger Tiefe im Innern eines nicht verrohrten Bohrloches zu bestimmen. und man kann dieses-Verfahren anwenden. nachdem das Bohrloch vollständig gebohrt worden ist. Es erfordert nicht die mechauische Entnahnme eines Kerns. Außerdem ist es verhältnismäßig günstig in den Verfahrens-Itosteii und liQl3t sich sehr leicht anwenden.
Selbstverständlich können an dem Verfahren und den beschriebenen Vorrichtungen zahlreiche Änderungen vorgenommen werden, ohne daß man sich vom Grundgedanken der Erfindung entfernt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Bestimmung des Einfallens <1er von einem Bohrloch durchteuften Schichtell. in denen man fortlaufend elektrische Messungen mit Hilfe von Elektroden durchführt, die. zumindest in der Anzahl von drei angeordilet. gegenüber <kr Achse des Bohrloches versetzt sind und in verschiedenen Richtungen liegen, dadurch dgekennzeichnet, daß die Elektroden ständig gegen die Wände des Bohrlockes gedrückt werden.
2. Verfahren nach dem Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in verschiedenen Kreisen angeordnet werden, um nach verschiedenen Azimuten den spezifischen Widerstand der Wandung des Bohrloches, an der die Elektroden anliegen, messen zu können.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand durch die Messung des Widerstandes der durch diese Elektroden gehenden Kreise ermittelt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand durch Messung des an jeder Elektrode durch die Sendung von Strom in das Innere des Bohrloches mit Hilfe zumindest einer anderen Elektrode erzeugten Potentials bestimmt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die so gemessenen spezifischen Widerstände an der Erdoberfläche in Form von Diagrammen registriert werden, die miteinander verglichen werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Bohrloches durch eine Abstandsmessung der an der Bohrlochwand anliegenden Elektroden oder deren Träger gemessen wird.
7. Herfahren nach den Ansprüchen I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel und die Richtung der Abweichung des Bohrloches gegenüber der Senkrechten gemessen werden.
8. Einrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden von aus-Weitbaren Armen getragen werden, die sie gegen die Wände des Bohrloches andrücken.
9. Einrichtung nach dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in ihre Träger eingelassen sind, um nur eine freie Seite, die gegen die Wand des Bohrloches gedrückt wird, darzubieten.
10. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden kleine Abmessungen haben.
11. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden paarweise angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Elektrodén jedes Paares sehr gering ist und man die Potentialdifferenz mißt, die zwischen den Elektroden jedes Paares durch ein im Bohrloch künstlich erzeugtes elektrisches Feld hervorgerufen ist.