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Bohrschachtuntersuchungsgerät zur Messung des elektrischen Widerstandes
von Erdformationen Die Erfindung betrifft ein Boh.rschachtuntersuchungsgerät mit
einer durch den Bohrschacht bewegbaren Elektrode, einer Stromquelle mit gleichbleibender
Intensität, die zwischen die Elektrode und einen von ihr entfernt liegenden Punkt
eingeschaltet ist, um der Elektrode Strom zuzuführen, und länglichen Elektroden,
die symmetrisch oberhalb und unterhalb der ersterwähnten Elektrode in gleichbleibendem
Abstand davon angeordnet sind.
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Die Besonderheit der Erfindung besteht in einem Verstärker, der auf
die Potentialdifferenz zwischen der ersterwähnten Elektrode und den beiden länglichen
Elektroden anspricht und letzteren Strom zuführt, um die Potentialdifferenz etwa
bei Null zu halten, und einer Meßvorrichtung für die Potentialdifferenz zwischen
einem Bezugspunkt und der Elektrode oder den länglichen Elektroden. Dadurch, daß
zum Unterschied von den bekannten Geräten dieser Art die Potentialdifferenz zwischen
den vorerwähnten Elektroden selbsttätig etwa bei Null gehalten wird, ist es möglich,
den elektrischen Widerstand von Erdformationen wesentlich genauer zu bestimmen,
als man bisher dazu in der Lage gewesen ist.
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Einzelheiten der Erfindung geben aus der nachfolgenden Erläuterung
der Zeichnung hervor, in der zwei charakteristische Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt sind.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Untersuchungsgerätes
gemäß der Erfindung, und Fig. 2 zeigt eine Abänderung von Fig. I, bei der die langen
Elektroden durch eine Anzahl elektrisch verbundener Elektroden ersetzt sind.
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In Fig. I ist das Bohrschachtuntersuchungsgerät 10 gemäß der Erfindung
in einem Bohrloch 11 angeordnet, daß eine Säule einer leitenden Flüssigkeit I2 enthält.
Das Gerät 10 weist zwei verhältnismäßig lange Elektroden 13 und 14 auf, die symmetrisch
zu beiden Seiten einer mittleren Strom aussendenden MitteLelektrode 15 liegt. Die
Elektroden I3, 14 und I5 werden in geeigneter Weise in einem festen Abstandsverhältnis
einander gegenüber gehalten, und die gesamte Elektrodeneinheit kann in dem Bohrloch
mittels eines nicht dargestellten Tragseiles in der üblichen Weise gehoben und gesenkt
werden.
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Die mittlere Elektrode 15 ist mittels eines isolierten Leiters I6
mit einem Pol einer elektrischen Energiequelle 17 verbunden, die an der Erdoberfläche
angeordnet ist und deren anderer Pol bei 19 geerdet ist. Die Qu,elle I7 kann Wechsel-oder
Gleichstrom führen, obwohl Wechselstrom mit verhältnismäßig niedriger Frequenz bevorzugt
wird, und dient zur Versorgung der Elektrode I5 mit elektrischem Strom von etwa
gleichbleibender Intensität.
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-'Uber und unter der Elektrode 15 werden elektrische Felder in dem
Bohrloch erzeugt und so gesteuert, daß der Spannungsunterschied zwischen den Elektroden
I3 und 14 und der Mittelelektrode I5 etwa bei Null bleibt. Die langen Elektroden
I3 und I4 sind mittels eines isolierten Leiters 20 miteinander verbunden, mit dem
auch ein isolierter Leiter 21 in Verbindung ist, dessen oberes Ende mit einem Pol
22 eines Verstärkers 23 verbunden ist, der auf der Erdoberfläche liegt. Der andere
Pol 24 des Verstärkers 23 ist bei 25 mit der Erde verbunden. Ein Eingangsanschluß
26 des -Verstärkers 23 ist mittels eines isolierten Leiters 27 mit der langen Elektrode
13 und der andere Eingangsanschluß 28 mittels eines isolierten Leiters 29 mit der
Strom aussendenden Mittelelektrode I5 verhunden. Der Leiter 29 ist auch mit einem
Anschluß einer üblichen Anzeigevorrichtung 30 mit hoher Impedanz verbunden, deren
anderer Anschluß bei 3I geerdet ist. Das Instrument 30 ist vorzugsweise eine Registriervorrichtung,
wie sie fiir gewöhnliche elektrische Untersuchungen verwendet wird.
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Der Verstärker 23 kann beliebiger Art sein, die geeignet ist, eine
Spannung aufzunehmen und an die Anschlüsse 22 und 24 einen Strom abzugeben.
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Beim Betrieb wird ein elektrischer Strom von etwa gleichbleibender
Intensität von der Elektrode 15 in das Bohrloch II und die umgebenden Formationen
ausgesendet. Wenn zwischen den Elektroden 13 und I4 und der Elektrode 15 irgendein
Spannungsunterschied besteht, wie es z. B. der Fall ist, wenn das Gerät zuerst erregt
wird, wird dieser Spannungsunterschied awf die Aufnahmeanschlüsse 26 und 28 des
Verstärkers 23 übertragen und bewirkt die Zufuhr von elektrischem Strom zu den Abgabeanschlüssen
22 und --24. Der Leistungsstrom des Verstärkers wird durch den Leiter 21 zu den
langen Elektroden I3 und 14 geleitet, bis der Spannungsunterschied zwischen diesen
Elektroden und der Mittelelektrode 15etwa auf Null vermindert ist. Unter diesen
Umständen kann kein Strom von der Elektrode 15 in der Längsrichtung des Bohrloches
fließen, und der Hauptteil des Stromes muß nach den Seiten und im wesentlichen senkrecht
zur Wand des Bohrlochs 11 fließen. Solange dieser Zustand andauert, ist, wie sich
gezeigt hat, der Spannurigsunterschied zwischen der Mittelelektrode I5 und der-Erde
31 an der Oberfläche ein genaues Spiegelbild der tatsächlichen elektri-schen Widerstandsfähigkeit
der Erdformation, die das Bohrloch II in der ungefähren Höhe der Elektrode 15 umgibt.
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Eine Untersuchung auf elektrische Widerstandsfähigkeit kann durch
Verschieben des in der beschriebenen Weise erregten Gerätes ro an dem Bohrloch entlang
und durch Registrierung des Spannungsunterschieds zwischen der Elektrode I5 und
dem Boden 3I als Funktion -der Tiefen in dem Bohrloch mittels des Registrierinstrumentes
30 vorgenommen werden.
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Die langen Elektroden 13 und 14 können, falls erwünscht, wie in Fig.
2 gezeigt, durch eine Anzahl -von in der Längsrichtung in einem Abstand voneinanderliegenden
elektrisch verbundenen Elektroden ersetzt werden. Hier nehmen eine Anzahl etwa punktartiger
Elektroden 13', die in der Längsrichtung des Schachtes innerhalb einer Entfernung,
die annähernd der Länge der Elektrode 13 entspricht, in einem gewissen Abstand voneinander
entfernt liegen, die Stelle der langen Elektrode I3 ein. In ähnlicher Weise treten
eine Anzahl etwa punktartiger Elektroden 14', die in der Längsrichtung des Schachtes
innerhalb einer Entfernung, die annahernd der Länge der langen Elektrode 14 gleicht,
in einem gewissen Abstand voneinander entfernt liegen, an Stelle der Elektrode 14.
Die Elektroden I3' und I4' sind mittels eines isolierten Leiters 20' elektrisch
verbunden, der seinerseits mit dem isolierten Leiter 21 verbunden ist; der nach
dem Gerät an der Erdoberfläche führt. Diese abgeänderte Form des Geräts arbeitet
im wesentlichen in der gleichen Weise, wie das Gerät nach Fig. I.
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Bei einem typischen Bohrschachtuntersuchungsgerät der in Fig. I gezeigten
Art zur Verwendung im Feld kann die Elektrode 13 und 14 ungefähr I,22 m lang sein
und etwa 7,6 cm im Durchmesser betragen. Die Elektrode I5 ist kürzer als die Elektroden
I3 und I4, sie kann jedoch ungefähr den gleichen Durchmesser haben. Der Zwischenraum
zwischen den Elektroden 13 und 14 und der Elektrode I5 kann zwischen 2,5 und 5 cm
liegen.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform kann die ElektrodeIs
im wesentlichen die gleiche sein wie in Fig. I, während der Abstand zwischen den
äußersten Elektroden 13' ungefähr der Länge der langen Elektrode I3 und der Zwischenraum
zwischenden äußersten Elektroden I4 ungefähr der Länge der Elektrode I4 entsprechen
soll. Die Zwischen-
raume zwischen den Elektroden I3' und I4' und
der Mittelelektrode I5 können etwa die gleichen sein wie zwischen den Elektroden
13 und 14 und der Elektrode 15 in Fig. I.
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Die Erfindung stellt so ein neuartiges Bohrschachtuntersuchungsgerät
dar, das einfach in der Bauart und Arbeitsweise ist und außerdem Untersuchungen
der elektrischen Widerstandsfähigl;eit der von dem Bohrloch durchlaufenen Erdformationen
mit verhältnismäßig großer Feinheit ermöglicht.
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Gegebenenfalls kann auch ein anderes geophysikalisches Untersuchungsgerät,
z. B. ein die Radioaktivität feststellender Apparat mit oder ohne zugehöriger Radioaktivitätsquelle
im Innern der in Fig. I gezeigten Elektrodenreihe angeordnet sein, um irgendeine
übliche Radioaktivitätsuntersuchung gleichzeitig mit der Untersuchung der Widerstandsfähigkeit
zu ermöglichen. Ähnliche Zusammenstellungen dieser Art ergeben sich für den Fachmann
von selbst.
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Die beschriebenen besonderen Ausführungsformen können natürlich im
Rahmen der Erfindung abgeändert werden. So kann z. B. an Stelle des Verstärkers
23 auch jede andere ähnliche Vorrichtung verwendet werden, z. B. ein Servoverstärkersteuersystem.
An Stelle der in Fig. 2 gezeigten, punktartigen Elektroden I3' und I4' können natürlich
auch Elektroden von anderer Form, z. B. hesondere ringartige Elektroden oder isolierte
Segmente von langen Elektroden, verwendet werden; auch kann jede beliebige Anzahl
von Elektroden I3' und I4' Verwendung finden. Da die Elektroden I3 und I4 oder I3'
und I4' im wesentlichen bei der gleichen Spannung wie die Elektrode I5 gehalten
werden, können Untersuchungen der Widerstandsfähigkeit gemäß der Erfindung auch
durch Messen des Spannungsunterschiedes zwischen dem Leiter 27 und einem Bezugspunkt
vorgenommen werden.
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PATENTANSPliÜCHE: I. Bohrschachtuntersuchungsgerät zur Messung des
elektrischen Widerstandes von Erdformationen mit einer durch den Bohrschacht bewegbaren
Elektrode, einer Stromquelle mit gleichbleibender Intensität, die zwischen die Elektrode
und einen von ihr entfernt liegenden Punkt eingeschaltet ist, um der Elektrode Strom
zuzuführen, und länglichen Elektroden, die symmetrisch oberhalb und unterhalb der
ersterwähnten Elektrode in gleichbleibendem Abstand davon angeordnet sind, gekennzeichnet
durch einen Verstärker, der auf die Potentialdifferenz zwischen der ersterwähnten
Elektrode (I5) und den beiden länglichen Elektroden (13, I4) anspricht und letzteren
Strom zuführt, um die Potentialdifferenz etwa bei Null zu halten, und durch eine
Meßvorrichtung für die Potentialdifferenz zwischen einem Bezugspunkt und der Elektrode
(15) oder den länglichen Elektroden (I3, I4) 2. Bohrschachtuntersuchungsgerät nach
Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der länglichen Elektroden (I3,
I4) mehrere elektrisch miteinander verbundene Elektroden (I3' hzw I4') vorgesehen
sind.
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3. Bohrschachtuntersuchungsgerät nach Anaspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrisch miteinander verbundenen Elektroden (13', I4') symmetrisch oherhalb
und unterhalb der ersterwähnten Elektrode (15) angeordnet sind.