DE718002C - Verfahren zur Bestimmung der Natur des von einem Bohrloch durchschlagenen Gesteins, insbesondere des Schichtwechsels, mittels elektrischer Sondenmessungen - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der Natur des von einem Bohrloch durchschlagenen Gesteins, insbesondere des Schichtwechsels, mittels elektrischer Sondenmessungen

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DE718002C DEH142308D DEH0142308D DE718002C DE 718002 C DE718002 C DE 718002C DE H142308 D DEH142308 D DE H142308D DE H0142308 D DEH0142308 D DE H0142308D DE 718002 C DE718002 C DE 718002C
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Description

  • Verfahren zur Bestimmung der Natur des von einem Bohrloch durchschlagenen Gesteins, insbesondere des Schichtwechsels, mittels elektrischer Sondenmessungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Natur des von einem Bohrloch durchschlagenen Gesteins mittels elektrischer Sondenmessungen in verschiedenen Tiefen des mit Wasser gefüllten unverrohrten Bohrloches durch die Ermittlung der Stärke und Richtung natürlicher elektrochemischer Ströme. Die Erfindung besteht darin, daß in das Bohrloch zwei Sonden in so geringem Abstand voneinander eingelassen werden, daß sie derselben Schicht des Gesteins gegenüberstehen, daß über die eine Sonde aus einer besonderen Stromquelle ein Strom solcher Stärke in den Boden gesandt wird, daß er die natürlichen Ströme im Gestein vollständig oder teilweise kompensiert, daß die Kompensation der Ströme durch Bestimmung der Spannung zwischen der anderen eingelassenen Sonde und einer weiteren an der Erdoberfläche angeordneten oder in das Bohrloch in einer größeren Entfernung von der zweiten Sonde eingelassenen Sonde festgestellt und die zur Kompensation erforderliche Richtung und Stärke des Kompensationsstromes gemessen wird.
  • In unverrohrten Bohrlöchern kann es bekenntlich aus verschiedenen Gründen zu natürlichen elektrochemischen Strömen und Potentialdifferenzen im Bohrschlamm und dem durchschlagenen Gestein kommen. Zur Charakterisierung der Natur solcher Ströme und Spannungen seien hier nur die Diffusionspotentiale, die Phasengrenzpotentiale und die Strömungspotentiale erwähnt. Von diesen sind Diffusionspotentiale auf verschiedene Natur und Konzentration des gelösten Elektrolyten im Bohrschlamm, Phasengrenzpotentiale auf verschiedene Natur des Lösungsmitteis zurückzuführen. Die Strömungspotentiale beruhen auf einer Verbindung des unverrohrten Bohrloches mit den angrenzenden porösen Gesteinsschichten. In solchen Bohrlöchern kann es nämlich zu einem Austausch zwischen der Flüssigkeit des Bohrloches und der Boden- und Gesteinsflüssigkeit kommen, indem in manchen Schichten die Flüssigkeit aus dem Gestein in das Bohrloch eintritt und in anderen wieder Flüssigkeit aus dem Bohrloch in den Untergrund hineingedrückt wird.
  • Es entstehen hierbei nach der für Kapillaren gültigen Beziehung s.P.# V= 4#.#.# die sogenannten Strömungspotentiale V, die ihrerseits wieder mit Strömungsströmen gekoppelt sind. In dieser Gleichung bedeuten( das Adsorptionspotential, P den hydrostatischen Überdruck zwischen den Enden der Kapillare, s die Dielektrizitätskonstante, 6 die spezifische elektrische Leitfähigkeit und 9 die Viskosität der Flüssigkeit.
  • Durch die Erzeugung eines künstlichen Stromes, der durch den Untergrund gesandt wird, können nun die natürlichen Ströme, die als Folge der durch das Bohrloch geschaffenen elektrochemischen Verhältnisse in der Bohrflüssigkeit und im angrenzenden Gestein fließen, ganz oder teilweise kompensiert werden. Beispielsweise können Strömungsströme und Strömungspotentiale durch Endosmose aufgehoben werden. Der zur Abkompensation erforderliche künstlich erzeugte Strom ist ein Maß für die im Untergrund fließenden natürlichen elektrochemischen Ströme. Der Grad der Kompensation ergibt sich aus Potentialmessungen, beispielsweise aus dem dann im Bohrloche mittels einer Sonde gemessenen Potentiale oder des mittels zweier Sonden gemessenen Potentialgradienten. Aus den so ermittelten natürlichenS trömuugsverhältnissen könnenSchlüsse auf den elektrochemischen Zustand im Untergrunde und damit auf die Natur des durchbohren Gesteins, insbesondere aber auf den Schichtwechsel gezogen werden.
  • Grundsätzlich können bei der Untersuchung des elektrischen Zustandes im Untergrunde die Spannungen, die Stromstärken oder die Widerstände bestimmt werden. Wenn diese Größen auch nicht unabhängig voneinander sind, so sind andererseits Strömungsfetd und Potentialfel d doch keineswegs wechselseitig durcheinander eindeutig bedingt, schon weil zum mindesten die Leitfähigkeit des Bohrschlammes und des durchschlagenen Gesteins in die verbindende Beziehung eingeht. Die Strömung nach Stärke und Richtung ist also eine besondere charakteristische Größe, die auch besondere Aufschlüsse über die Untergrundverhältnisse zu geben vermag.
  • DerVorzug der Abkompensation der natüreichen elektrochemischen Erdströme und Spannungen im Bohrloch durch einen künstlichen Strom ist gegenüber der bei ähnlichen Verfahren bekannten Messung des natürlichen Potentials oder des Potentialgefälles ein doppelter, wie an dem Beispiel der Strömungsströme und des Strömungspotentials näher erläutert sei. Zunächst kann unter Umständen die Empfindlichkeit bzw. Genauigkeit der Messung gesteigert werden, indem der bei Potentialmessungen störende Einfluß der Leitfãhigkeit auf die Stärke der Indikationen durch die Kompensation bis zu einem gewissen Grade ausgeschaltet wird. Es beruht dies darauf, daß Strömungspotentiale bemerkenswerterweise nur in elektrolytarmen Lösungen zu erhalten sind. Dies hat seinen Grund wieder darin, daß durch Vermehrung der Salzkonzentration in der Regel schon das Adsorptionspotential s stark vermindert und dann vor allem das durch ein gegebenes Adsorptionspotential bei gegebenem Überdruck erzeugte Strömungspotential T7 erheblich herabgesetzt wird, da in der obigen Formel die Leitfähigkeit , unter dem Bruchstrich steht. Es kann also trotz der Porosität des Gesteins und trotz großen i,berdruclis wegel zu großer Leitfähigkeit der Flüssigkeit zu einem nur minimalen Strömungspotential kommen, das in der Praxis schwierig he stimmbar ist. Anders bei den Strömungsstromen, die trotz geringen Strömungspotentials mit Rücksicht auf eine etwa vorhandene große Leitfähigkeit der Flüssigkeit doch beträchtlich und vergleichsweise genau bestimmbar sein können. Sie werden durch Abkompellsation und Registrierung der hierzu erforder lichen- künstlich erzeugten Ströme ermittelt.
  • Die Leitfähigkeit des Bohrschlammes ist aber ein Faktor, der nicht nur das Strömungspotential in unerwünschter Weise herabsetzt, sondern auch dessen Deutung erschwert, da er in die Formel als ein unter kannter Faktor eingeht. Wird nun das Strömungspotential am Orte der Messung gleich Null, indem ein entsprechendes Potential y mit umgekehrtem Vorzeichen, also W- -V auf Ohmschen Wege künstlich erzeugt wird, so kann der Stromfluß stellenweise unterbunden werden, womit auch die Leitfähigkeit in der Formel herausfällt und dementsprechend keinen Einfluß mehr auf den elektriscllen Zu stand besitzt. Es besteht daher die Möglichkeit, durch Messung des zur Kompensation erforderlichen Stromes nicht nur zu einer empfindlicheren Meßmethode, sondern auch zu weniger vieldeutigen Ergebnissen zu gelangen, als dies durch unmittelbare Messung der natürlichen Potentialverteilung selbst möglich ist.
  • Eine spezielle Vorrichtung zur Stromkompensation ist beispielsweise in der beistehenden Fig. I a schematisch aufgezeichnet. Ob erhalb oder unterhalb der unpolarisierbaren Meßsonde S, wird eine Elektrode E in das Bohrloch mittels einer isolierten Stromzuführung eingelassen und durch diese dem Boden ein Strom zugeführt, der nach Stärke und Richtung reguliert werden kann. Die Entfernung der Elektroden St und E voneinander muß so klein sein, daß beide Elektroden derselben Schicht des Gesteins gegenüberstehen. Die andere Elektrode dieses Stromkreises stehe mit der Erdoberfläche in unmittelbarem Kontakt. In diesem Stromkreise I liege ein Amperemeter=4, eine Stromquelle B und ein Regulierwiderstand R. Der Meßkreis II mit den Meßsonden 51 und S2, der dazu dient, den Grad der Kompensation zu kontrollieren, führt durch ein Potentiometer, das die Potentialdifferenz zwischen den Sonden zu bestimmen gestattet. Hierbei kann die Meßsonde ebenfalls an der Erdoberfläche liegen, wodurch man das Potential im Punkte Sg gegen Erde hält. Man kann dann den in den Untergrund gesandten, künstlich erzeugten Strom so einregulieren, daß das Potential im Meßpunkte St gerade verschwindet, und mißt die hierzu erforderliche Stromstärke. Bei völliger Abkompensation der Potentialdifferenz kann man auf die quantitative Spannungsmessung im Sondenkreise verzichten. Es genügt in diesem Falle, in den I(reis ein empfindliches Galvanometer als Nullinstrument einzulegen (Fig. Ib), das die gewünschte Strom- und Spannungslosigkeit anzeigt.
  • Vorteilhaft ordnet man die Elektrode E seitlich der Meßsonde S1 in Form eines zylinderförmigen Siebes oder eines durchlöcherten Zylinders, der die Meßsonde konzentrisch umgibt, an (Fig. 2). In diesem Falle ist anzunehmen, daß der künstlich erzeugte, durch die Elektrode gesandte Strom und. etwa vorhandene horizontale Strömungsströme bei passender Polung gerade einander entgegengesetzte Richtungen besitzen.
  • Der Sondenmeßkreis kann gemäß Fig. 3 auch so ausgebildet werden, daß die bei den Anordnungen gemäß der Fig. I an der Erdoberfläche befindliche Sonde ebenfalls in das Bohrloch ober- oder unterhalb der Meßsonde set hineinverlegt wird, wodurch praktisch der Potentialgradient der natürlichen Erdströme in Richtung der Bohrlochachse gemessen wird. Durch passende Wahl der Stärke des in den Boden gesandten Kompensationsstromes wird der resultierende Potentialgradient gleich Null. Gemessen wird die hierzu erforderliche Stromstärke, deren Größe Aufschluß über den durch das Bohrloch geschaffenen natürlichen elektrochemischen Zustand und damit auch über die Beschaffenheit des Untergrundes zu liefern gestattet.
  • Die Untersuchung des Bohrloches verläuft nun im allgemeinen so, daß die gesamte Einrichtung, d. h. die nicht mit der Erdoberfläche in unmittelbarem Kontakt stehenden Elektroden und Sonden gleichmäßig und in gleichbleibendem Abstande in das Bohrloch hineingelassen bzw. aus diesem herausgezogen und hierbei die Meßgrößen kontinuierlich und nach Möglichkeit selbsttätig auf eine geeignete Registriereinrichtung graphisch aufgezeichnet werden. Man erhält dann die Meß größen als Funktion der Tiefe in Kurvenform.
  • Würde eine solche Kurve den natürlichen Potentialverlauf liefern, so wäre aus ihren Verlaufe noch nicht zu erkennen, wie stark die elektrochemischen Ströme eigentlich sind.
  • Erst die Abkompensation dieser Ströme unter Zuhilfenahme künstlicher Ströme vermagAufschluß über die durch ein Bohrloch geschaffenen natürlichen Strömungsverhältnisse in der Tiefe zu geben.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Bestimmung der Natur des von einem Bohrloch durchschlagenen Gesteins, insbesondere des Schichtwechsels, mittels elektrischer Sondenmessungen in verschiedenen Tiefen des mit Wasser gefüllten unverrohrten Bohrloches durch die Ermittlung der Stärke und Richtung.natürlicher elektrochemischer Ströme, dadurch gekennzeichnet, daß in das Bohrloch zwei Sonden (E) und (S) in so geringem Abstand voneinander eingelassen werden, daß sie derselben Schicht des Gesteins gegenüberstehen, daß über die eine Sonde (E) aus einer besonderen Stromquelle ein Strom solcher Stärke in den Boden gesandt wird, daß er die natürlichen Ströme im Gestein vollständig oder teilweise kompensiert, daß die Kompensation der Ströme durch Bestimmung der Spannung zwischen der anderen eingelassenen Sonde (S) und einer weiteren an der Erdoberfläche angeordneten oder in das Bohrloch in einer größeren Entfernung von der Sonde (S) eingelassenen Sonde (52) festgestellt und die zur Kompensation erforderliche Richtung und Stärke des Kompensationsstromes gemessen wird.
DEH142308D 1935-01-03 1935-01-03 Verfahren zur Bestimmung der Natur des von einem Bohrloch durchschlagenen Gesteins, insbesondere des Schichtwechsels, mittels elektrischer Sondenmessungen Expired DE718002C (de)

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