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Vorrichtung zur Untersuchung der von einem Bohrloch durditeuften Schichten
Die
Erfindung hat eine Vorrichtung für die Untersuchung der von einem Bohrloch durchschlagenen
Erdschichten, insbesondere für die Untersuchung der Erdschichten von hohem elektrischen
Widerstand, wie Kalksteinschichten, zum Gegenstand, um so genau wie möglich die
Höhe der Schichten zu bestimmen, die unter Umständen Erdöl enthalten können.
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Wenn man für die Untersuchung eines Bohrloches nach den bekannten
Verfahren der Widerstandsmessung im Innern dieses Bohrloches verfährt, registriert
man im allgemeinen in Funktion der Tiefe zwei Messungen des sogenannten Scheinwiderstandes
mittels zweier getrennter Vorrichtungen, von denen die eine die sogenannte normale
Vorrichtung und die andere die umgekehrte Vorrichtung genannt werden. Die erstere
dieser Vorrichtungen besitzt ein Paar von Stromsendeelektroden, die in einem ziemlich
großen Abstand voneinander angeordnet sind, und eine Meßelektrode, die nahe bei
der einen der Stromsendeelektroden angeordnet ist, wobei diese Apparatur im allgemeinen
dazu benutzt wird, um detaillierte Diagramme von Schichten mittlerer und großer
Stärken zu ergeben.
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Die sogenannte umgekehrte Vorrichtung ergibt dagegen Diagramme verhältnismäßig
dünner Schichten und gestattet eine größere, seitliche Untersuchungstiefe zu erhalten.
Dieses Ergebnis kann mittels einer Elektrodenanordnung erzielt werden, die ein Paar
von Stromsendeelektroden aufweist,
die in einem verhältnismäßig
geringen Abstand voneinander angeordnet sind, sowie eine Meßelektrode. <lie dagegen
in einem relativ großen Abstand von der einen der Stromsendeelektroden angeordnet
ist.
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Man hat beobachtet, daß die in Bohrlöchern, die sehr widerstandsfähige
Schichten durchsetzen, erlialtenen norntalen und umgekehrten Kurven entweder in
der oberen oder unteren Gegend der Schichten Spitzen aufweisen und dagegen zu fallen
pflegen, wenn man sich der anderen Trennfläche der Schichten nähert. Fernerhin sind
die Werte der widerstände, die die Spitzen dieser Kurven angeben, beachtlich gesteigert.
Außerdem wenn das Bohrloch auf seinem Grunde im Innern einer sehr widerstandsfähigen
Schicht endet, steigen die Widerstandskurven je nach der Anordnung der Elektroden
oder fallen, wenn das Elektrodensystem mehr oder weniger tief in das Innere der
Schicht eindringt. Da diese Kurven äußerst nützliche Aufschlüsse hinsichtlich der
Schichten ergeben, müssen sie sorgfältig ausgewertet werden, wenn die Grenzeit der
interessierenden Widerstandsschichten ge-) nan lokalisiert werden sollen, und man
muß deshall, genügend getlaue Scheinwiderstandswerte erhalten.
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Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. mitte elektrische
Untersuchungsvorrichtung zu schaffen, mittels der man die von einem Bohrloch durchschlagenen
widerstandsfähigsten Schichten mit einer größeren Genauigkeit, also man sie bisher
erzielen konnte. bestimmen kann.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet außerdem. symmetrischere
Diagramme der von einem bohrloch durchschlagenen widerstandsfähigsteil Schichten
zu erhalten.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht aus einer Anordnung,
die zwei Paare von Elektro-(len besitzt. die symmetrisch zu einer Bezugselektrode
angeordnet sind. Die beiden Elektroden des einem der Paare sind etwa in gleichem
Abstand zu beiden Seiten der Bezugselektrode und die Elektroden des anderen Paares
ebenfalls etwa symmetrisch zu der Bezugselektrode, jedoch in größeren Entfernungen
von dieser angeordnet als die Elektroden des ersten Paares. Die Elektroden jeden
Paares sind elektrisch und die beiden Elektrodenpaare entsprechend mit jeder der
Klemmen einer Stromquelle verbunden. Die Bezugselektrode ist mit einer Klemme eines
Kreises verbunden. der Meß- oder Registrierungsinstrumente enthält, desseit andere
Klemme an der Erdoberfläche geerdet ist. Man könnte ührigens dieselben Ergebnisse
gemäß der Erfindung erzielen, indem man die Lage der Stromquelle einerseits und
der Meßinstrumente andererseits in deti zu den Elektroden führenden Kreisen umkehrt.
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NIan hat feststellen können, daß man mit der \'orrichtung. die noch
beschrieben wird, detaillierterme und symmetrischere Registrierungen der von einem
Bohrloch durchteuften, widerstandsfähigen Schichtett erhält als mit den hisher verwandten
Apparaten.
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Andere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung der Zeichnungen hervor, die schematisch an Nusführungsbeispielen eine
besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
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Fig. 1 ist eine Schema eines elektrischen Untersuchungsapparates
mit einer umgekehrten Elektrodenanordnung; Fig. 2 zeigt das Diagramm, das diese
Vorrichtung bzw. Anordnung in der Sähe einer sehr widerstandsfähigen Schicht zu
erhalten gestattet; Fig. 3 ist ein Schema einer Apparatur, die eine normale Elektrodenanordnung
benutzt; Fig. 4 zeigt das Diagramm, das man mit dem Apparat der Fig. 3 in der Nähe
der widerstandsfähigen Schicht, wie im Fall der Fig. I und 2, erhalten würde; Fig.
5 ist ein Schema einer elektrischen Untersuchungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 6 zeigt das Diagramm, das man mit dem Apparat der Fig. 5 in der Nähe der gleichen
widerstandsfähigen Schicht erhalten würde, auf die sich auch die vorhergehenden
Figuren beziehen; Fig. 7 ist ein Schema einer anderen symmetrischen, elektrischen
Untersuchungsvorrichtung getnäß der Erfindung; Fig. 8 ist ein Schema einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, die gestattet, Diagramme des Scheinwiderstandes itt
zwei verschiedenen Untersuchungstiefen zu erhalten.
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Die umgekehrten Elektrodenanordnungen für die Messung des Scheinwiderstandes
der von einem Bohrloch durchschlagenen Schichten sind insbesondere in dem französischen
Patent 788 352 beschrie-Iten. Eine Vorrichtung dieser Art ist in Fig. 1 dargestellt.
Sie besitzt beispielsweise ein Paar Stromsendeelektroden 1 utid ß und eine andere
Meßelektrode M., wobei diese drei Elektroden an einem geeigneten Träger angebracht
sind. um sie zusammen im Innern eines Bohrloches lo verschieben zu können. Dieses
Bohrloch enthält in allgemeinen eine Säule leitender Flüssigkeit L.
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Die Stromsendeelektroden S und B können durch die Leiter 11 und 12,
die im Innern eines nicht dargestellten Tragkabels angeordnet sind, mit einer elektrischen
Energiequelle 13 verbunden sein, die an der Erdoberfläche angeordnet ist.
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Obwohl man eine Gleichstromquelle verwenden kann, zieht man es vor.
eine Wechselstromquelle zu benutzen, damit die Meßelektrode M dazu dienen kann,
die Potentialdifferenzen, die spontan im Innern des Bohrloches auftreten, neben
den Potentialdifferenzen, die sich auf den sl>ezifisehen Widerstand der Schichten
1-teziehen. zu messen.
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Die Meßelektrode M kann durch einen anderen Leiter 14. der in dem
Tragkabel untergebracht ist, mit einer der Klemmen eines Nfeß- oder Registr.ierungsinstrumentes
15 verbunden sein, dessen andere Klemme bei 16 an der Erdoberfläche geerdet ist.
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Wie dies im zuvor erwähnten Patent angegeben jst, muß die Elektrode
ß in einem verhältnismäßig geringen Abstand von der Elektrode S liegen, während
die Elektrode M in einem verhältnismäßig
größeren Abstand von den
Elektroden A und B angeordnet ist, damit man das umgekehrte Diagramm erhalten kann.
Insbesondere kann man Entfernungen von ungefähr 20 cm zwischen den Elektroden A
und B und von 140 cm zwischen den Elektroden A und M wählen, wenn man detaillierte
Diagramme voll sehr dünnen Schichten registrieren will und ebenso, um eine elektrische
Untersuchung von Schichten in einer großen seitlichen Untersuchungstiefe durchzuführen.
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Wenn die in der Fig. 1 dargestellte Untersuchungsvorrichtung siFh
im Innern des Bohrloches 10, im Innern einer sehr widerstandsfähigen Schicht 17,
die beispielsweise durch Kalksteine gebilet wird, deren Stärke größer ist als die
Gesamtlänge der Elektrodenanordnung, verschiebt, so wird das durch den Al>l)arat
15 registrierte Diagramm etwa die itt der Fig. 2 dargestellte allgemeine Form besitzen.
An diesem Diagramm ist zu bemerken, daß die Kur\e nicht die .Nlerkmale der Schicht
17 in einer sehr detaillierten Weise zeigt. So ist die registrierte Amplitude in
der oberen Gegend der Schicht 17 verhältnismäßig gering und vergrößert sich, um
am Grunde dieser Schicht eine Spitze zu l)il(lCtl. l)ie Spitze der Kurve zeigt für
die Schicht 17 einen ziemlich hohen Widerstandswert an.
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Die Fig. 3, die, wie zuvor erwähnt, eine normale Meßvorrichtung zeigt,
wie sie insbesondere in dem französischen Patent 854 155 beschrieben ist, veranschaulicht
eine Anordnung, bei der die Meßelektrode M in einem verhältnismäßig geringen Abstand
von der Stromsendeelektrode A und die Stromsendeelektroden A und B in einem verhältnismäßig
großen Abstand voneinander angeordnet sind. Für die Untersuchung von Schichten mittlerer
und großer Stärke kann eine Anordnung dieser Art. die gute Ergebnisse zeitigt, beispielsweise
eine ntfernung von ungefähr 20 cm zwischen den Elektroden M und A und eine Entfernung
von ungefähr 140 cm zwischen den Elektroden A und B aufweisen.
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Wenn eine solche Vorrichtung sich im Innern eines Bohrloches im Innern
einer widerstandsfähigen Schicht 17 verschiebt, erhält man ein Diagramm. wie es
itt Fig. 4 dargestellt ist. In diesem Diagramm sieht ntatt. daß die Kurve eine Spitze
in der oberen Gegend der Schicht 17 besitzt, und bis zum Grund fällt. In diesem
Fall ist ebenfalls der bestimmte Scheinwiderstand nach dem Wert der Spitze ziemlich
überhöht. lu der Fig. 5. die. wie erwähnt. eine symmetrische Anordnung gemäß der
Erfindung zeigt, sind die Stromsendeelektroden auf irgendeine Art zu zwei Paaren
A'-A. B'-B verdoppelt. Die Elektrode A' ist elektrisch titit der Elektrode 4 verbunden,
und die beiden Elektroden A und A' sind vorzugsweise symmetrisch zu der Elektrode
M, die eine oberhalb, die andere unterhalb angeordnet.
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Ebenso sind die Elektroden B und B' elektrisch verbunden und vorzugsweise
symmetrische gegenüber der Elektrode M, die eine oberhalb und die andere unterhalb
angeordnet. Man erhält gute Ergehnisse, insbesondere dann, wenn man die Elektroden
A und A' in einem Abstand von 150 cm von der Elektrode M und die Elektroden B und
B' in einem Abstand von 170 cm von eben dieser Elektrode M anordnet. Man kann übrigens
diese Entfernungen variieren, ohne sich aus dem Bereich der Erfindung zu zu begeben.
Die Leiter 11 und I2 müssen elektrisch isoliert sein. damit der Strom nur zwischen
den Elektroden A' und B' und den Elektrodett 4 und B fließt.
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Wenn man die in der Fig. 5 dargestellte symmetrische elektrische
Vorrichtung längs eines Bohrloches im Innern der widerstandsfähigen Schicht 17 verschiebt,
erhält man ein Diagramm, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. die aus diesem Diagramm
ersichtlich ist, sind die obere und untere Gegend der Schicht 17 deutlich abgeszeichnet,
und man erhält eine sehr detaillierte Darstellung der Schicht in den verschiedenen
Höhen zwischen der oberen und unteren Grenze. Auf der anderen Seite list das Diagramm
ziemlich symmetrisch, und die oben und unten registierten Scheinwiderstände sind
nicht überhöht. Es ist klar, daß ein Diagramm der in der Fig. () dargestellten Art
leichter ausgewertet verden kanit als irgendeins der in den Fig. 2 und 4 dargestellten
Diagramme, die mit Vorrichtungen erhalten worden sind. die bis heute benützt wurden.
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Man kann theoretisch die so erhaltenen Ergebnisse erklären. Sie sind
darauf zurückzuführen, daß, sowohl wenn man die normale als auch die umgekehrte
Vorrichtung benutzt, die im Falle sehr \\-i derstattdsfähiger Schichten erhaltene
nicht symmetrische Kurve durch die Anordnung der Elektroden selbstbedingt ist. Wenn
die beiden mit dem gleichen Kreis verbundenen Elektroden (Stromdurchtrittskreis
oder Meßkreis) unterhalb der Bezugselektrode (Meßkreis oder Stromdurchtrittskreis
entsprechend) angeordnet sind, wie dies in Fig. x dargestellt ist. so besitzt das
Diagramm eine Spitze am Grund der Schicht, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Andererseits,
wenn die Bezugselektrode (Meß- oder Stromsendeelektrode) unterhalb der beiden mit
dem gleichen Kreis verbundenen elektroden (Stromsende- oder Meßelektrode entsprechend)
wie im Falle der Fig. 3 angeordnet ist, besitzt das Diagramm eine Spitze an der
oberen Grenze der Selticht 17, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.
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I)adurch, daß man die Elektroden A', B' mit den Elektroden A undd
B der Fig. 5 verbindet, erheilt man eine ziemlich symmetrisch zusammengesetzte Kurve,
die praktisch das Mittel der beiden Kurven mit entgegengesetzten Spitzen ergibt,
das man durch gesonderte Diagramme erhalten würde. die mit Elektrodenanordnungen
registriert würden, bei denen die Meßelektrode entsprechend den Stromsendeelektroden
vorausgehen oder nachfolgen würde, oder mit einer umgekehrten Anordnung, bei der
die Stromsendeelektrode entsprechend den Meßelektroden folg, en oder vorausgehen
würde.
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Es ist klar, daß die Stromquelle 13 und die Registrierungseinrichtungen
15 vertauscht werden können. wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, ohne daß sich dadurch
das registrierte Diagramm ändert.
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Wenn man Diagramme des Scheinwiderstandes von verschiedenen Untersuchungstiefen
zu erhalten wünscht, kann man die in Fig. 8 dargestellte Anordnung anwenden. Diese
Anordnung ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige der Fig. 7, nur besitzt
sie zusätzliche Paare von Meßelektroden M2, M2' und N2, N2', die symmetrisch gegenüber
der Stromsendeelektrode A und in größeren Abständen von dieser Elektrode als die
Elektroden M1, M1' und N1, N1' angeordnet sind. Die Elektroden M2, N2 und N2', N2'
sind parallel elektrisch, wie dies dargestellt ist, durch die Leiter 11' und 12'
mit einem Meßinstrument 15' verbunden, das an der Erdoberfläche angeordnet ist.
So ergeben die beiden Instrumente 15 und 15' Diagramme des Scheinwiderstandes der
Schichten in zwei verschiedenen Untersuchungstiefen. Die Erfindung bezieht sich
somit auf eine verbesserte elektrische Untersuchungsvorrichtung, die insbesondere
für die Untersuchung der sehr widerstandsfähigen Schichten, so z. B. in erster Linie
der Kalksteinschichten, interessant ist.
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Selbstverständlich können noch zahlreiche Änderungen getoffen werden,
ohne daß man sich von dem Grundgedanken der Erfindung entfernt.