DE1623111C3 - Geophysikalische Vorrichtung zur Vermessung von unterirdischen Kavernen - Google Patents
Geophysikalische Vorrichtung zur Vermessung von unterirdischen KavernenInfo
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Description
50
Die Erfindung betrifft, eine geophysikalische Vorrichtung
zur Vermessung von unterirdischen Kavernen durch Strahlungen mit einer in die Kaverne absenkbaren
Meßsonde, deren Meßkopf durch einen Motor in Schritten oder kontinuierlich um ihre .Vertikalachse
drehbar und mit einer oder mehreren Sendeeinrichtungen zum Aussenden von Strahlungen sowie
einer oder mehreren Empfangseinrichtungen für die rückkehrenden Strahlungen versehen ist und deren
Meßkopf gegen die Vertikalachse der Meßsonde geneigt werden kann.
Bei der Gewinnung von Salz und anderen wasserlöslichen
Mineralien nach dem Aussolungsverfahren wird über ein doppelt verrohrtes Bohrloch oder über
zwei Bohrlöcher ein Spülungskreislauf eingerichtet, der an den Bohrlochsohlen ständig wachsende Hohlräume
entstehen läßt. Die Einlagerungen von schlechter löslichen oder wasserunlöslichen geologischen
Schichten bewirken, daß die ausgesolten Hohlräume eine sehr unregelmäßige Form annehmen. Oft
bilden sich hinter,der Verrohrung weit nach oben reichende Kamine, die sogar die Gefahr eines Einbruches
der Erdoberfläche herbeiführen können. Da auch eine zu große horizontale Ausdehnung eines
Hohlraumes einen Einbruch verursachen kann, sind bei der Aussolung bergbauliche Sicherheitsvorschriften
zu beachten. Durch das genaue Ausinessen einer Kaverne, insbesondere einschließlich des Kavernenhimmels,
könnte eine Einsturzgefahr frühzeitig erkannt werden.
Nachdem sich ergeben hat, daß in salzartigen Gesteinen ausgesolte Kavernen einen sehr wirtschaftlichen
Speicher für gasförmige oder flüssige Stoffe, z. B. leichte Kohlenwasserstoffe, darstellen, ist die
Kenntnis der genauen Raumform unterirdischer Hohlräume noch wichtiger geworden.
Für die Berechnung der Speicherkapazität sowie zur Kontrolle von Verlusten muß der Rauminhalt
bekannt sein. Es sind Verfahren bekannt, mit denen die Hohlräume mittels Ultraschallimpulsen echometrisch
vermessen werden. Die hierzu in den Hohlraum abgesenkten Meßsonden besitzen vorzugsweise
Schallwandler zum Senden und Empfangen mit horizontaler
Richtcharakteristik. Zur Aufnahme eines Rundsicht-Echogramms wird der Hohlraum unter
bestimmten horizontalen Winkelschritten abgetastet. Die verwendeten Sondenmeßköpfe haben eine größere
Anzahl gleichmäßig auf dem Umfang des Meßkopfes verteilte Schallwandler, die nacheinander
durch einen fernbetätigten Umschalter zum Einsatz gebracht werden; die weitere Entwicklung führte zu
einem um die Vertikalachse der Sonde drehbaren Sondenmeßkopf mit nur einer Sende- und Empfangseinrichtung
(USA.-Patentschrift 2 825 044).
Bei diesen bekannten Sondenausführungen liefert die horizontale Echomessung gute Ergebnisse, wenn
die reflektierende Fläche nicht zu stark von der Senkrechten abweicht. Ist die Fläche dagegen stark
geneigt oder liegt sie sogar parallel zur Horizontalen, wie es beispielsweise bei der Decke oder dem Boden
einer Salzkaverne der Fall sein kann, so entstehen entweder Echos mit unterschiedlicher Größe, Form
und Laufzeit oder lange zusammenhängende Schwingungszüge. Die Auswertung solcher Echos ist sehr
schwierig, und oft kann dadurch über die Begrenzung solcher Hohlräume keine sichere Angabe gemacht
werden. Eine weitere Schwierigkeit beim horizontalen Messen tritt auf, wenn von der Decke
herabhängende oder auf dem Boden liegende größere Gesteinsteile den Schalldurchgang zu der im
Schallschatten liegenden Hohlraumwand verhindern.
Um die genannten Nachteile zu vermeiden, sind bereits zum Stand der Technik gehörende absenkbare
Sonden mit drehbarem Meßkopf eingesetzt worden, der außer oder statt einem Horizontalwandler
zwei Wandler enthält, die jeweils unter 45° auf- bzw. abwärts gerichtet sind. Mit dieser Anordnung
ist es ebenfalls nur teilweise möglich, die Mangel der horizontalen Messung im Bereich von Decke und
Boden des Hohlraumes auszugleichen. Insbesondere für eine Kontrolle, ob und wieweit hinter der zu der
Kaverne führenden Verrohrung eine z. B. kaminartige Fortsetzung des Hohlraumes besteht, ist diese
Sondenkonstruktion nicht geeignet (USA.-Patentschrift 2 825 044).
Weiterhin wird die Technik zur Vermessung von Bohrlöchern durch die nachfolgend aufgeführten
druckschriftlichen Veröffentlichungen beschrieben:
(1) deutsche Auslegeschrift 1 085 978;
(2) deutsche Auslegeschrift 1 082 994;
(3) schweizerische Patentschrift 422181;
(4) französische Patentschrift 1189 903;
(5) Erdöl-Zeitschrift, 78. Jahrgang, Oktober 1962,
S. 587;
S. 587;
(6) VDI-Nachrichten, Nr. 15, 20. 7.1957, S. 4;
(7) The Oil and Gas Journal, Sept. 16, 1968, S. 76 bis 78 (nicht vorveröffentlicht);
(8) USA.-Patentschrift 2 908 863;
(9) deutsches Gebrauchsmuster 1 786 877;
(10) deutsche Patentschrift 169 154;
(11) deutsche Patentschrift 723 764;
(12) schweizerische Patentschrift 183 782;
(13) deutsche Auslegeschrift 1130 089;
(14) USA.-Patentschrift 3 286 163;
(15) USA.-Patentschrift 3 227 804;
(16) USA.-Patentschrift 2 942 111;
(17) USA.-Patentschrift 2 909 661;
(18) USA.-Patentschrift 2 688 095;
(19) USA.-Patentschrift 3 100 259;
(20) hobby, 3/1961, S. 152 bis 157;
(21) USA.-Patentschrift 2 825 044;
(22) deutsche Auslegeschrift 1102 306.
Die große Anzahl von Vorschlägen zur Durchführung von Verfahren bzw. für den Einsatz von Vorrichtungen
läßt jedoch keine technische Lehre erkennen, unterirdische Kavernen gemäß dem erfindungsgemäßen
Vorschlag zu vermessen.
Die Druckschriften (1), (2), (4) und (5) betreffen Einrichtungen zum Anpressen von Sonden oder Sondenteilen
an Bohrlochwandungen, um den Einfluß der Bohrlochflüssigkeit auf das Meßergebnis auszuschalten
bzw. um Verfälschungen, die sich durch Eindringen von Spülung in die anstehenden Formationen
ergeben, gering zu halten.
In der Veröffentlichung (3) ist ein starrer Sondenkörper beschrieben. Die nur in einem engen Winkelbereich
mögliche Änderung der Strahlungs- bzw. Empfangsrichtung der in dem starren Sondenkörper
befindlichen Sende- und Empfangseinrichtung dient dem alleinigen Zweck, die unterschiedlichen Diffraktionswinkel
der zu untersuchenden Materialien auszugleichen.
In den weiteren Veröffentlichungen (9) bis (12) und (22) sind drehbare Sende- und/oder Empfangsvorrichtungen für elektromagnetische Wellen oder
radioaktive Strahlungen (13) aufgeführt. Die Drehbewegung dieser Elemente (unter anderem Rahmenantennen)
dienen vorzugsweise entweder der Entkopplung dieser Vorrichtungen voneinander oder zur optimalen
Einstellung derselben auf die Richtung des zu empfangenden elektromagnetischen oder radioaktiven
Feldes.
In (14) wird ein Gerät beschrieben, das zu einer Gruppe von Bohrlochmeßgeräten gehört, die ebenfalls
mit starren Sondenkörpern ausgerüstet sind. Die Sende- und/oder Empfangseinrichtungen sind nur
begrenzt schwenkbar angeordnet, jedoch kann hiermit keinesfalls z.B. die kaminartige Hohlraumfortsetzung
hinter einer Verrohrung oberhalb des Rohrschuhes vermessen werden.
Die exakte Bestimmung der Hohlraumgrenzen unter Ausschluß der angeführten Nachteile des Standes
der Technik läßt sich erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung erreichen, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß der Meßkopf während des Meßvorganges mittels eines impulsgesteuerten Schrittschaltwerks im
Steuerteil der Sonde kontinuierlich oder in Schritten eine Kippbewegung bis zur Erreichung der horizontalen
Lage durchführt.
Ein Meßkopf gemäß der Erfindung enthält vorzugsweise einen horizontal- und einen vertikalgerichteten
Schallwandler und führt außer einer Drehbewegung um die vertikale Sondenachse mittels einer zusätzlichen
Antriebseinrichtung eine Kippbewegung bis zu 90° gegen die vertikale Sondenachse durch.
Mit dem Vertikalwandler wird dabei der Winkelbereich von der Vertikalen bis zur Horizontalen und
mit dem Horizontalwandler der Winkelbereich oberhalb der Horizontalen erfaßt. Durch ein impulsgesteuertes
Schrittschaltwerk im Steuerteil der Sonde kann wahlweise die Dreh- oder Kippbewegung des
die Wandler enthaltenden Meßkopfes bewirkt werden.
Durch die Verbindung von Drehbewegung und Kippbewegung des Meßkopfes ergeben sich zwei
Durchführungsarten für die Vermessung von Kavernen mittels der Vorrichtung nach der Erfindung.
Nach Absenken der Meßsonde in den zu vermessenden Hohlraum wird der Meßkopf in eine bestimmte
azimutale Winkelstellung gedreht, beispielsweise in Nordrichtung, und anschließend schrittweise oder
kontinuierlich von der Vertikalen bis zur Horizontalen gekippt. Das mittels Ultraschallimpulsen registrierte
Echogramm entspricht einer Hälfte eines Vertikalschnittes durch den Hohlraum. Danach wird
der Meßkopf in horizontaler Stellung in die folgende azimutale Winkelstellung geschwenkt und dann bis
zur Vertikalen zurückgekippt. Bei Anwendung dieser Verfahrensart erhält man eine der Zahl der azimutalen
Winkelstellungen entsprechende Anzahl von Vertikal-Echogrammen, die als Grundlage zur Herstellung
von Vertikalschnitten durch den Hohlraum dienen.
Bei einer anderen Durchführung des Verfahrens wird der Meßkopf in eine bestimmte Winkelstellung
zwischen der Vertikalen und der Horizontalen gekippt und anschließend schrittweise um 360° um die
vertikale Sondenachse gedreht. Aus den mittels Ultraschallimpulsen registrierten Echogrammen werden
die einzelnen Entfernungswerte der gleichen Drehwinkelstellung entnommen und in den dazugehörigen
Vertikalschnitt übertragen. Bei einer Meßkopfdrehung in 24 Winkelschritten können also bis zu 12
Vertikalschnitte dargestellt werden.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Meßkopfes stellt der Einbau eines optischen
Senders und einer fotografischen Kamera anstatt der akustischen Wandler dar. Wird bei jeder möglichen
Dreh- und Kippwinkelstellung des Meßkopfes eine fotografische Aufnahme gemacht, so ergibt sich eine
lückenlose Abbildung der Hohlraumbegrenzung.
Eine andere Ausführung kann vorteilhaft zum Nachweis einer kaminartigen Hohlraumfortsetzung
hinter einer Verrohrung oberhalb des Rohrschuhes verwendet werden. In dem erfindungsgemäßen kippbaren
Meßkopf ist statt einer akustischen oder optischen Sendeeinrichtung eine radioaktive Strahlenquelle
in Form kleiner radioaktiver Schwimmkörper vorgesehen. Ist der Meßkopf der in den Hohlraum
abgesenkten Meßsonde aus der Verrohrung ausgetreten, so wird er in die horizontale Lage gekippt.
5 6
Durch eine geeignete fernbetätigte Einrichtung wird chenden Schallwandlern wieder empfangen. Durch
nun eine kleine Anzahl der radioaktiven Schwimm- schrittweises Kippen des Meßkopfes 8 in F i g. 2 ta-
körper freigegeben, die in der im Hohlraum befindli- stet der Schallwandler 11 die Hohlraumbegrenzung
chen Flüssigkeit aufsteigen und sich am höchsten im Winkelbereich von der Vertikalen bis zu der Ho-
Punkt der Hohlbegrenzung an der äußeren Verroh- 5 rizontalen, der Schallwandler 12 die Hohlraumbe-
rung festsetzen. Durch zusätzliches gleichzeitiges grenzung im Winkelbereich oberhalb der Horizonta-
Drehen des Meßkopfes können die Schwimmkörper len ab.
allseitig im Ringraum um die Verrohrung herum ver- F i g. 3 zeigt einen Meßkopf mit einer optischen
teilt werden. Durch einen in der Meßsonde befindli- Sende- und Empfangseinrichtung. In dem Meßkopf 8
chen Detektor kann anschließend beim Auffahren io befinden sich eine Blitzlampe 14 und eine fotografi-
der Meßsonde mit zurückgekipptem Meßkopf die sehe Kamera 15. Mit dieser Einrichtung kann vor-
Teufenlage der radioaktiven Schwimmkörper festge- zugsweise die Wand und der Deckenbereich der
stellt werden. Hohlraumbegrenzung abgebildet werden.
Für die echten Unteransprüche 2 bis 5 wird Pa- In F i g. 4 wird der erfindungsgemäße Meßkopf 8
tentschutz nur in Verbindung mit dem Hauptan- 15 zum Aussenden radioaktiver Schwimmkörper zum
spruch begehrt. Nachweis einer Hohlraumfortsetzung 16 hinter einer
Mehrere Ausführungsbeispiele nach der Erfindung Verrohrung 2 oberhalb des Rohrschuhes 17 einge-
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im fol- setzt. Bei diesem Meßvorgang wird die Sonde 1
genden näher beschrieben. Es zeigt durch die innere Rohrtour 1 in den Hohlraum abge-
F i g. 1 eine vollständige Meßsonde während eines 20 senkt. Befindet sich der Meßkopf 8 unterhalb des
Meßvorganges, Rohrschuhes 17, so wird der Meßkopf 8 in die hori-
F i g. 2 einen ausgekippten Sondenmeßkopf mit zontale Lage gekippt. Durch eine fernbetätigte
zwei Schallwandlern, Sperre 18 werden kleine Schwimmkörper 19, die ein
F i g. 3 einen ausgekippten Meßkopf mit einer op- geeignetes radioaktives Material enthalten, freigege-
tischen Sende- und Empfangseinrichtung und 25 ben. Gleichzeitig wird die Sonde um ihre Vertikal-
Fig.4 eine Meßsonde mit einem ausgekippten an achse gedreht, und die aufsteigenden Schwimmköreine
radioaktive Sendeeinrichtung enthaltenden Meß- per sammeln sich in der ringförmigen Hohlraumfortkopf,
setzung 21 hinter der Verrohrung. Der Meßkopf 8
In F i g. 1 ist eine Meßsonde 1 durch eine Verroh- wird nun wieder in die vertikale Lage zurückgekippt
rung 2 in einen mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum 3, 30 und anschließend die Sonde aufgefahren. Mit einem
der durch Auslaugung des Salzgesteins 5 entstanden in der Sonde eingebauten Detektor 22, beispielsweise
ist, abgesenkt dargestellt. Die Sonde 1 besteht aus einem Szintillometer, kann nun die Teufenlage der
dem Kabelkopf 6, einem elektronischen Teil 7, und radioaktiven Schwimmkörper bestimmt werden,
einer Kippeinrichtung 10, die mittels eines impulsge- Die Vorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich
steuerten Schrittschaltwerks schrittweise oder konti- 35 somit durch eine sehr vielseitige Anwendungsmög-
nuierlich bewegt werden kann. In dem Meßkopf 8 lichkeit aus. Bereits durch eine Sondierung kann
befinden sich ein in axialer Richtung abstrahlender weitgehendst die Form der Hohlraumbegrenzung,
und empfangender Schallwandler 11 und ein in ra- insbesondere im Bereich des Bodens und der Decke,
dialer Richtung strahlender und empfangender ermittelt werden. Auch oft Schwierigkeiten hervorru-
Schallwandler 12. Die ausgesandten Ultraschallim- 40 fende Hohlraumfortsetzungen hinter einer in den
pulse 13 werden an dem den Hohlraum begrenzen- Hohlraum führenden Verrohrung können mit hoher
den Salzgestein 5 reflektiert und von den entspre- Genauigkeit festgestellt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Geophysikalische Vorrichtung zur Vermessung von unterirdischen Kavernen durch Strahlungen
mit einer in die Kaverne absenkbaren Meßsonde, deren Meßkopf durch einen Motor in
Schritten oder kontinuierlich um ihre Vertikalachse drehbar und mit einer oder mehreren Sen- ίο
deeinrichtungen zum Aussenden von Strahlungen sowie einer oder mehreren Empfangseinrichtungen
für die rückkehrenden Strahlungen versehen ist und deren Meßkopf gegen die Vertikalachse
der Meßsonde geneigt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (8) während des Meßvorgangs mittels eines impulsgesteuerten
Schrittschaltwerks im Steuerteil der Sonde kontinuierlich oder in Schritten eine Kippbewegung
bis zur Erreichung der horizontalen Lage durchführt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Kippbewegung ausführenden
Meßkopf (8) als Sende- und Empfangseinrichtung ein oder mehrere akustische Schallwandler (11,12) eingebaut sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Kippbewegung ausführenden
Meßkopf (8) ein akustischer Schallwandler (11) mit axialorientierter Richtcharakteristik
und ein akustischer Schallwandler (12) mit radialorientierter Richtcharakteristik eingebaut
sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Kippbewegung ausführenden
Meßkopf (8) ein optischer Sender (14) und als Empfänger eine fotografische Kamera
(15) eingebaut sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Kippbewegung ausführenden
Meßkopf (8) als .Sendeeinrichtung ausstoßbare radioaktive Schwimmkörper angeordnet
sind und als Empfangseinrichtung ein Strahlungsmeßgerät (22) in der Sonde eingebaut ist.
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| DE1623111A1 DE1623111A1 (de) | 1971-06-09 |
| DE1623111B2 DE1623111B2 (de) | 1973-03-01 |
| DE1623111C3 true DE1623111C3 (de) | 1973-09-13 |
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Family Applications (1)
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| DE1623111A Expired DE1623111C3 (de) | 1967-09-02 | 1967-09-02 | Geophysikalische Vorrichtung zur Vermessung von unterirdischen Kavernen |
Country Status (1)
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| Publication number | Publication date |
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| DE1623111B2 (de) | 1973-03-01 |
| DE1623111A1 (de) | 1971-06-09 |
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Legal Events
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