DE906834C

DE906834C - Verfahren und Vorrichtungen zur Untersuchung der von einem Bohrloch durchschlagenen Benschichten

Info

Publication number: DE906834C
Application number: DESCH6541A
Authority: DE
Inventors: Henri-Georges Doll
Original assignee: Schlumberger Overseas SA
Current assignee: Schlumberger Overseas SA
Priority date: 1950-05-12
Filing date: 1951-05-06
Publication date: 1954-03-18

Description

Verfahren und Vorrichtungen zur Untersuchung der von einem Bohrloch durchschlagenen Bodenschichten Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung des spezifischen elektrischen Widerstandes der von einem Bohrloch durchschlagenen Bodenschichten. Sie bezweckt im besonderen, verhältnismäßig feindetaillierte Aufzeichnungen zu erhalten, die ein genauerer Bild über die tatsächlichen Widerstände insbesondere von verhältnismäßig dünnen Schichten ergeben.
In der ölerzeugenden Industrie ist es übliche Praxis, Aufzeichnungen über den spezifischen elektrischen Widerstand der von einem Bohrloch durchschlagenen Bodenschichten in Funktion der Tiefen in dem Bohrloch zu machen. Üblicherweise werden solche Aufzeichnungen dadurch gewonnen, daß von einer Elektrode, die entlang dem Bohrloch bewegt wird, Strom ausgesandt wird und die Änderungen entweder des ausgesandten Stromes oder der Potentialdifferenz zwischen einer in der Nähe der Stromelektrode angeordneten Spannungselektrode und einem Bezugspunkt registriert werden. Die Erfindung läßt im Rahmen dieser allgemeinen Methode Vorteile erzielen, die die bisher üblichen Verfahren nicht aufwiesen.
Gegenstand der Erfindung sind neue und verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung des spezifischen elektrischen Widerstandes der von einem Bohrloch durchschlagenen Bodenschichten, bei denen die Art der Verteilung des von einer in das Bohrloch hinabgelassenen Elektrode ausgesandten Stromes während einer Zeitspanne im wesentlichen unverändert gehalten wird, und zwar ungeachtet der relativen Widerstände der angrenzenden Schichten oder der Schichten und der Bohrlochspülung.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, neue und verbesserte Verfahren und Vorrichtungen der zuvor angegebenen Art zu schaffen, die dünne Schichten mit größerer Genauigkeit, als dies bisher möglich gewesen ist, zu erforschen gestatten und somit genauere Aufschlüsse über die tatsächlichen Widerstandsverhältnisse ergeben. Mit anderen Worten, es werden die Änderungen in den Widerständen der Schichten längs des Bohrlochs genauer aufskizziert. gemäß der Erfindung ist zumindest eine Hauptstromelektrode in dem Bohrloch angeordnet, und zusätzliche Mittel werden angewendet, um zumindest in der Nachbarschaft eine Abschirmung gegen elektrische Ströme zu schaffen. Dies wird dadurch erreicht, daß man von einer Hilfsstromelektrode, die nahe jener Stelle angeordnet ist, Strom in das Bohrloch schickt und die Stärke des durch die Hilfselektrode ausgesandten Stromes so einstellt, daß das sich ergebende elektrische Feld (d. h. das Feld, das sich aus der Unterstromsetzung der Haupt- und Hilfselektroden ergibt) an jener Stelle im wesentlichen auf 0 gebracht wind.
Vorzugsweise wird das Bohrloch in dieser Weise an Stellen oberhalb und unterhalb der Hauptelektrode elektrisch abgeschirmt. Unter diesen Bedingungen kann kein nennenswerter Stromfluß von der Hauptstromelektrode in der Längsrichtung längs dem Bohrloch stattfinden. Statt dessen wird der Strom veranlaßt, durch die umgebenden Schichten in einer im wesentlichen senkrechten Richtung zur Achse des Bohrlochs über eine größere seitliche Entfernung von ihm zu strömen.
Vorzugsweise sind ein oder mehrere Paare von Elektroden im Abstand voneinander an Stellen im Bohrloch angeordnet, wo ein Feld, etwa gleich 0, erwünscht ist, und die Potentialdifferenz zwischen einem Paar oder Paaren von Elektroden wird dazu ausgenutzt, um automatisch die Stärke des durch eine Hilfsstromelektrode oder Elektroden ausgesandten Stromes zu kontrollieren, um die erwähnte Potentialdifferenz im wesentlichen auf 0 zu halten.
Als ein Ergebnis bleibt die Verteilung des durch die Hauptstromelektrode ausgesandten Stromes während einer Zeitspanne, tungeachtet von Änderungen in den relativen Widerständen benachbarter Schichten oder der Schichten und der leitenden Flüssigkeit, die üblicherweise in neugebohrten Löchern vorhanden ist, im wesentlichen konstant.
Anzeigen über die elektrischen Widerstände der ein Bohrloch in verschiedenen Tiefen umgebenden Schichten werden dadurch erhalten, daß man die Potentialdifferenz zwischen einem Punkt nahe oder an einer Stelle in dem Bohrloch, wo das Feld im wesentlichen auf 0 gehalten wird, und einem Bezugspunkt ermittelt Solche Anzeigen entsprechen tatsächlich dem Materialwiderstand in einem dünnen Querschnitt einer Schicht, die durchschnittlich sich über eine ziemliche seitliche Entfernung von der Hauptstromelektrode erstreckt. Die Erfindung ermöglicht so eine im wesentlichen seitliche Untersuchungstiefe, die über die von der Bohrlochspülung durchdrungene Zone hinausreichen kann.
Das Verfahren und die Vorrichtungen gemäß der Erfindung suchen also den Einfluß des leitenden Bohrschlamms in dem Bohrloch und anderer benachbarter leitender Schichten auf die Widerstandswerte auf das Ger,ingstmaß zu beschränken.
Demzufolge nähern sich die erhaltenen Widerstandswerte den tatsächlichen Werten der Schichten. Dadurch, daß man den Abstand zwischen den Stellen in dem Bohrloch, wo das Feld im wesentlichen auf dem Wert 0 gehalten wird, genügend kurz wählt, können dünne Schichten mit demselben Grad an Genauigkeit wie dicke Schichten erforscht werden.
Die Erfindung soll an Hand der Beschreibung einiger in der Zeichnung dargestellter Ansführungsbeispiele weiter erläutert werden.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm einer typischen elektrischen Meßanordnung gemäß der Erfindung; Fig. ru zeigt schematisch eine abgeänderte Elektrodenanordnung, um nicht nachteilig die Verteilung von spontanen Potentialen in einem Bohrloch zu beeinflussen; Fig. 2 veranschaulicht allgemein die Richtungen der Stromlinien und äquipotentialer Flächen, die die Elektroden im System der Fig. I umgeben; Fig. 3 zeigt eine typische Aufzeichnung mit dem Apparat gemäß Fig. I in einem Bohrloch; Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm eines abgeänderten Elektrodensystems, das Mittel aufweist, um wahlweise Zonen mit einem Feld vom Wert etwa gleich 0 an verschiedenen Stellen auf gegenüberliegenden Seiten der Hauptstromelektrode zu erzeugen; Fig. 5 zeigt schematisch eine andere Form der Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung; Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform, bei der eine Hilfskraftquelle und ein zusätzliches Paar von Stromelektroden in dem Bohrloch benutzt werden, um die Herstellung der Zonen mit einem Feld vom Wert 0 in dem Bohrloch zu unterstützen; Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform, die dazu geeignet ist, gleichzeitig spontane Potentiale und den elektrischen Widerstand der Schichten gemäß der Erfindung zu messen; Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform, bei der getrennte Kraftquellen für die Elektroden zur Strombelieferung der Haupt- und Hilfsstromelektroden vorgesehen sind.
Bei der in Fig. I dargestellten Ausffihrungsform besitzt das Bohrlochmeßsystem eine Hauptstromelektrode S0, die sich in einem Bohrloch 10 befindet, welches eine Säule von mehr oder weniger leitender Flüssigkeit II, wie Bohrschlamm beispielsweise, enthält. Die Elekftode A0 ist durch einen Leiter I2 in einem nicht gezeigten Tragkabel mit einer elek- trischen Energiequelle I3 an der Erdoberfläche verbunden, wobei der Kreis durch einen Leiter I7 vervollständigt ist, der bei I8 geerdet ist.
Die elektrische Energiequelle 13 kann beispielsweise eine Batterie 14 besitzen, die in Serie mit einem Stromanzeigegerät 15 und einem Rheostaten I6 verbunden ist. Zwischen die Stromquelle I3 und die Leiter 12 und I7 ist ein üblicher Umschalter 19 eingeschaltet, der dazu dient, die Verbindungen zwischen der Stromquelle 13 und den Leitern 12 und I7 periodisch umzupolen, wie dies in der Bohrlochmeßpraxis üblich ist.
Das Bohrloch 10 kann an Stellen oberhalb und unterhalb der ElektrodeA0, die durch Paare von Potentialelektroden M1,, M1 und M2,, M2 entsprechend festgelegt sind, wirksam elektrisch abgeschirmt werden. Die Potentialelektroden M1 und M2 sind miteinander durch einen isolierten Leiter 20 verbunden und werden vorzugsweise in gleich kurzen Entfernungen auf gegenüberliegenden Seiten der Hauptstromelektrode A0 angeordnet. In ähnlicher Weise sind die Potentialelektroden M1, und M2' miteinander durch einen isolierten Leiter 21 verbunden und in gleich größeren Entfernungen auf gegenüberliegenden Seiten der Hauptstromelektrode A0 angeordnet.
Die Potentialdifferenzen zwischen den Elektroden M1' und M1 sowie M2' und M2 werden gemäß der Erfindung im wesentlichen auf 0 gehalten, indem von einem Paar von Hilfsstromelektroden A1 und A2 Strom ausgeht. Die letzteren Elektroden sind durch einen isolierten Leiter 22 miteinander verbunden und in gleichen Entfernungen auf gegenüberliegenden Seiten der Hauptstromelektrode A0 außerhalb der Spannungselektroden M1, und M2, angeordnet. Die Potentialelektroden M1, und M sind über Blockkondensatoren 25 und 26 entsprechend und einen üblichen Umschalter 27 durch die Leiter 23 und 24 in dem nicht dargestellten Tragkabel mit den Eingangsklemmen 28 und 29 eines Gleichstromkraftverstärkers 30 verbunden, der später noch im einzelnen beschrieben wird. Die Kondensatoren,25 und 26 hindern irgendwelche Gleichströme, die von den Elektroden M1,, M1, M2 oder M2, aufgenommen werden können, daran, an die Eingangsklemmen des Verstärkers 30 zu gelangen.
Der Umschalter 27 wird in Synchronismus mit dem Umschalter 19 angetrieben und ist so phasenreguliert, daß die periodisch sich ändernden, zwischen jedem Paar von Elektroden M1', M1 und M2', M2 aufgenommenen Potentiale in Gleichströme umgewandelt werden, die zu den Eingangsklemmen 28 und 29 des Verstärkers 30 gespeist werden. Ein übliches Millivoltmeter 3I kann über die Eingangsklemmen 28 und 29 des Verstärkers angeschlossen sein, um Anzeigen der Potentialdifferenz, die zum Verstärker 30 gespeist wird, zu ergeben.
Die Ausgangsklemmen 32 und 33 des Verstärkers 30 sind über einen anderen passenden Umschalter 34 mit den Leitern 35 und 36 verbunden, die durch das nicht dargestellte Tragkabel entsprechend zu den Elektroden A1 und B hinführen, wobei die Elektrode B in einem beträchtlichen Abstand über den anderen Elektroden der Anordnung in dem Bohrloch liegt. Der Schalter 34 wird gleichfalls in Synchronismus mit dem Umschalter 19 angetrieben und ist so einzustellen, daß die durch die Hilfsstromelektroden A1 und A2 ausgesandten Ströme phasenrichtig zu dem von der Hauptelektrode 240 ausgesandten Strom liegen.
Der Verstärker 30 ist mit großem Durchleitvermögen gebaut, um genügend Strom zu den Elektroden A1 und A2 zurückzuspeisen; um den Durchschnitt der Potentialdifferenzen zwischen jedem Paar von Elektroden M1,, M1 und M2', M2 im wesentlichen auf 0 zu halten. Wenn das Elektrodensystem mitten zwischen den Grenzen einer Schicht liegt, wird jede jener Potentialdifferenzen tatsächlich vernachlässigbar, und das Bohrloch ist elektrisch abgeschirmt. Ein übliches Stromanzeigegerät 37' kann in Reihe mit der Verstärkerausgangsklemme 32 verbunden sein, um Kontrollanzeigen über den zu den Hilfsstromelektroden A1 und A2 in dem Bohrloch gelieferten Strom zu erhalten.
Die elektrischen Widerstände der das Bohrloch 10 umgebenden Bodenschichten können dadurch genau ermittelt werden, daß man Anzeigen über Potentialdifferenzen zwischen einem Punkt in der Nähe von einem der Paare von Potentialelektroden M1, M1' oder M2, M2, und einem Bezugspunkt erhält. In Fig. I wird eine Aufzeichnung des mittleren Potentials der Elektroden M1, und M1 gegenüber dem Potential einer Elektrode N gemacht, welche ein ziemliches Stück entfernt von den anderen Elektroden in dem Bohrloch angeordnet ist.
Anstatt daß eine Potentialelektrode zwischen den Elektroden M1, und M1 zu diesem Zweck angeordnet ist, ist ein Paar gleicher Widerstände 37 und 38 in Reihe über die Leiter 23 und 241 mit Punkten zwischen den Kondensatoren 25 und 26 und dem Umschalter 27 verbunden, und die Potentialwerte werden an der Verbindungsstelle 39 zwischen den Widerständen 37 und 38 abgenommen. Zu diesem Zweck sind die Verbindungsstelle 39 und die Elektrode N durch die Leiter L und 41 entsprechend und durch einen anderen geeigneten Umschalter 42 mit einem Anzeigegerät 43 verbunden, das vorzugsweise ein Registriergalvanometer der bei Bohrlochmeßvorgängen üblichen Art ist. Der Umschalter 42 wird in Synchronismus mit dem Umschalter 19 angetrieben und ist entsprechend phasenreguliert, um die periodisch sich ändernden Potentialdifferenzen, die aufgenommen werden auf im wesentlichen fortlaufende Werte, umzuwandeln.
Wenn gleichzeitige Messungen der spontanen Potentiale gewünscht werden, so können diese dadurch erhalten werden, daß man ein zweites Registriergalvanometer 44 durch die Leiter 45 und 46 mit dem Leiter 4:I und mit der Erde bei 1317' verbindet, so daß das Registriergalvanometer 44 spontane Potential differenzen zwischen der Elektrode N in dem Bohrloch und der Erdung 47 anzeigen wird.
Wenn erwünscht, kann das Registriergalvanometer 44 mit einem geeigneten Durchlaßfiltersystem aus- gerüstet werden, um es in erster Linie auf direkte Stromwerte ansprechen zu lassen. Alternativ kann der Leiter 45 mit dem Leiter 24 verbunden werden, um Anzeigen über die in der Nachbarschaft der Potentialelektroden M1 und M2 im Bohrloch aufgenommenen spontanen Potentiale zu erhalten. In einem solchen Fall sollten indessen geeignete Filtermittel zwischen dem Leiter 45 und der Erdung 47 eingeschaltet werden, um periodisch sich ändernde Potentiale, die von den Elektroden M1 und M2 aufgefangen werden, vom Regis triergalvanometer 44 fernzuhalten. Es sei bemerkt, daß die Stromwege, d. h. die Leiter 20, 21 und 22 und die damit verbundenen Elektroden, das Bestreben haben, die spontanen Potentiale in dem Bohrloch zu stören.
Dies kann dadurch vermieden werden, daß Kapazitanzelemente in Reihe mit den Leitern 20, 2I und 22 geschaltet werden, um den Durchtritt von Gleichstrom durch einen niedrigen Impedanzweg für den kommutierten Strom zu blockieren. So können bei einer symmetrischen Anordnung in Fig. 1 A Paare von Kondensatoren 150, 151 und I52 in Reihe mit den Leitern 20, 21 und 22 verbunden sein, wobei die isolierten Leiter 24, 23 und 35 zwischen den beiden Kondensatoren eines jeden Paares angelegt sind.
In einem praktischen Fall können die Entfernungen von der Hauptstromelektrode Ao zu Punkten, die halbwegs zwischen jedem Paar von Elektroden M1, M1' und M2, M2' gelegen sind, die gleichen und nahezu gleich dem Durchmesser des Bohrlochs 10 sein. Die Entfernungen zwischen der Hauptstromelektrode Ao und den Hilfsstromelektroden a1 und A2 können ebenfalls gleich und etwa das Zweiundeinhalbfache des Bohrlochdurchmessers sein. Diese Elektrodenentfernungen sind als günstig für die Messung der Widerstände von Abschnitten der Schichten befunden worden, die größer sind als das etwa Zweifache des Durchmessers des Bohrlochs in der Dicke.
Die Elektroden in dem Bohrloch, insbesondere diejenigen, die zum Auffangen der Potentiale dienen, d. h. die Elektroden M1', M1, M2, M2', sollen in der leitenden Bohrlochspülung 11 elektrochemisch stabil sein, um das Auftreten von unechten Potentialen von einigen Millivolts in der Größe zu verhindern. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die in Tiefbohrlöchern üblich verwendeten Bleielektroden zu diesem Zweck ausreichen.
In der Praxis wird der von der elektrischen Energiequelle 13 zur Hauptstromelektrode A0 gelieferte Strom auf einen gewünschten Wert eingestellt und vorzugsweise während des Untersuchungsvorgangs, obwohl dies nicht notwendig ist, konstant gehalten. Das Elektrodensystem wird dann mit Hilfe der üblichen Winde und des gewöhnlich für diesen Zweck verwendeten Kabels in das Bohrloch hinabgelassen. Potentialdifferenzen, die zwischen den Elektroden M1, und M1 oder M2, und M2 auftreten, werden den Verstärker 30 veranlassen, genügend Strom zu den Hilfsstromelektroden A1 und A2 zu liefern, um solche Potentialdifferenzen im wesentlichen auf 0 zu reduzieren.
Ungeachtet der relativen elektrischen Widerstände der umgebenden Schichten oder der Schichten im Verhältnis zur leitenden Bohrlochspülung wird praktisch kein Strom von der Hauptstromelektrode 240 längs dem Bohrloch fließen. Statt dessen wird der durch die Elektrode Ao ausgesandte Strom veranlaßt, von dem Bohrloch im wesentlichen senkrecht zur Achse des Bohrlochs über eine Entfernung nahezu gleich dem Zweifachen des Abstandes zwischen den Elektroden A0 und einem halbwegs zwischen den Elektroden M1' und M1 liegenden Punkt in die Schicht zu strömen. Weiter werden die Stromlinein über jene Entfernung für ein beträchtliches seitliches Stück in die Schicht hinein im wesentlichen parallel zueinander bleiben.
Als ein Ergebnis können sehr dünne Schichten genau erforscht werden, und die für dünne Schichten erhaltenen elektrischen Widerstandswerte sind genauer als die bisher erhältlichen. Außerdem wird der Einfluß einer leitenden Scblammsäule auf die Widerstandsmessungen praktisch vernachlässigbar.
Bei einer Analyse in der bekannten Art ergibt sich, daß der Scheinwiderstand der Schicht Staa der durch ein Meßsystem von der in Fig. I dargestellten Art bestimmt wird, durch die Gleichung gegeben ist: VD #a = K , (I) i0 worin ist. Vp ist die Potentialdifferenz zwischen einem halbwegs zwischen den Elektroden M1', M1 oder M2, AS gelegenen Punkt und der Elektrode N; ; ist der durch die Elektrode A0 ausgesandte Strom; a ist der Abstand zwischen der Elektrnde A0 und einem Punkt halbwegs zwischen den Elektroden M1', M1 oder M2, M2'; na ist die Entfernung oder Weite zwischen der Elektrode A0 und einer der Elektroden A1 oder A2 und (n² - 1)² m = .
4n Wenn mit i1 und i2 die Ströme bezeichnet werden, die durch die Elektroden A1 und A2 ausgesandt werden müssen, um die Potentialdifferenzen zwischen jedem Paar von Elektroden Mj', M1 und M2, M2' im wesentlichen auf 0 zu halten, dann ist i1 i1 = = m, io to wenn das Elektrodensystem in einem homogenen und isotropen Medium liegt.
Aus der Gleichung (I) geht hervor, daß, wenn ein bekannter Strom in von der Hauptstromelektrode A0 ausgesandt wird, die durch das Registriergalvanometer 43 gemachte Aufzeichnung in elektrischen Widerständen ausgedrückt wenden kann.
Das Potential braucht nicht an dem Mittelpunkt zwischen den Elektroden M1, M1' oder M2, M gemessen zu werden, sondern kann an anderen Punk- ten, wie z. B. an irgendeiner der Elektroden M1 M1', M2, M2', gemessen werden. Eine Potential meßelektrode kann in der Nähe einer Elektrode M1' oder M2' oder in dem Zwischenraum zwischen diesen Elektroden nach Belieben angeordnet werden. Ein entsprechendes JC für die Gleichung (I) kann für die gewählte Lage bestimmt werden.
Die Analyse der Ergebnisse mit Systemen gemäll. der Erfindung und ein Vergleich mit unter erschiedenen Weiten in dem Bohrloch clurchgefiihrten Messungen ergeben, daß es ein optimales Weitenverhältnis n gibt, das zwischen 2 und 3 liegt.
In Fig. 2 ist ein typischer Verlauf der Äquipotential- und Stromlinien in einer Ebene gezeigt, die die Achse des Bohrlochs enthält, und zwar für den Fall, wo das Weitenverhältnis n 2,43 ist. Dieses Weitenverhältnis ergibt das optimale Feld für eine Elektrodenanordnung gemäß Fig. I in einem homogenen und isotropen Medium. Die für die Äquipotentiallinien in Fig. 2 gegebenen Werte werden i0 in Einheiten von # ausgedrückt. Die Stärke 4#a des zwischen benachbarten Flächen fließenden Stromes ist durch die Pfeile angezeigt und in Anteilen des Gesamtstromes i0, der von der Hauptstromelektrode A0 ausgeht, ausgedrückt. Der Gesamtstrom vom Verstärker 30 (Fig. I) durch die Hilfsstromelektroden A1 und A2 ist 4,95 t0.
Es ist festzustellen, daß die Stromlinien von der Elektrode A0 zwischen den Grenzen 48 und 49 im Verhältnis zu dem Abstand a für ein beträchtliches Stück in einer im wesentlichen seitlichen Richtung verlaufen, bevor sie aus der seitlichen Richtung auseinanderzulaufen beginnen. Weiterhin ist festzustellen, daß Punkte in der Nähe der Elektroden M1,, M1 oder M.2, iM2', wo die Potentialdifferenz, von der die Wilderstandsaufzeichnung hergeleitet wird, aufgefangen wird, auf äquipotentialen Flächen liegen, die die Hauptstromelektrode A0 umgeben und im allgemeinen ovale Form besitzen.
Für ein Bohrloch vom Durchmesser a ist es augenscheinlich, daß die Äquipotentialfläche, die durch die Mittelpunkte zwischen M1', M1 und M2, M2' in Übereinstimmung mit den Bedingungen entsprechend Fig. 2 geht, zumindest über die der Elektrode A0 gegenüberliegende Bohrlochwand hinausreicht. Daher wird ein; elektrisches Meßsystem der Art gemäß Fig. I im wesentlichen den Widerstand der Schicht messen und praktisch den Einfluß des Widerstandes der Schlammsäule auf die Messungen ausschalten.
Da der größere Teil des durch die Elektrode 43 ausgesandten Stromes im wesentlichen senkrecht zur Achse des Bohrlochs fließt, wird das Potential an Punkten in der Nähe der Elektroden 1i" Mt und M2, M2' wenig durch den Wert der Leitfähigkeit der Bohrlochspülung beeinflußt. Die gemäß der Erfindung erhaltenen Widerstandswerte werden daher mit einem verhältnismäßig hohen Genauigkeitsgrad Werten der tatsächlichen Schichtwiderstände entsprechen.
Mit entsprechenden Weitenverhältnissen kann die Stärke des seitlich sich erstreckenden Strombandes so geändert werden, daß sie in einiger Entfernung von dem Bohrloch sogar geringer wird als der Abstand a; mit einem Weitenverhältnis nahe dem optimalen Wert indessen behält das Stromband bis zu einem großen Radius eine ziemlich gleichmäßige Stärke bei, bevor eine nennenswerte Divergenz eintritt. wie es aus Fig. 2 hervorgeht. Wenii der Ahstand a etwa halb so stark wie die dünnste zu unter suchende Schicht gewählt und ein bevorzugtes Weitenverhältnis zwischen 2 und 3 zugrunde gelegt ist, wird der Widerstand einer solchen Schicht durch Messung oder Aufzeichnung der Potentialänderungen in einer Gegend innerhalb eines Bereichs von einer Entfernung a von der Elektrode Ao eindeutig festgestellt.
Obwohl die bevorzugte Lage der Potentialmeßelektrode an einer Stelle ist, wo das Feld in dem Bohrloch im wesentlichen auf den Nullwert gebracht ist, kann die Elektrode auch nahe an einer solchen Lage angeordnet sein und noch eine verbesserte Widerstandsaufzeichnung nach den neuen Verfahren der Erfindung erhalten lassen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, haben die Aquipotentialflächen in der Gegend der Lagen der Elektrodenpaare M1, M1' und 17112,M2' Sättel. Die Potentialmeßelektrode kann um ein Stück in dieser Gegend entweder zu Ao oder A1 oder A2 hin verlegt werden, ohne daß eine nennenswerte Abweichung von dem durch die Gleichung (2) gegebenen Wert K stattfindet.
Weiter sei noch bemerkt, daß, auch wenn die Verbindungen zu den Hilfs- und Stromelektroden vertauscht werden, die Form der Äquipotentialflächen. wie in Fig. 2 für den Fall eines homogenen und isotropischen elektrisch leitenden Mediums, erhalten bleibt. Ein solches alternatives System kann beispielsweise in Fig. 1 dadurch erhalten werden, daß man die Leiter 12 und 35 mit den Elektroden A1 und Ao entsprechend an Stelle der Elektroden A0 und A1 verbindet. In diesem Fall wird der durch die Elektrode Ao fließende Strom der Hilfskontrollstrom sein. Dies wird auch eine Änderung in der Potentialdifferenz zwischen einer Meßelektrode im Bereich um Ao und einer Bezugselektrode zur Folge haben. Indes wird die Widerstandsmessung proportional dem Verhältnis zwischen dieser Potentialdifferenz und dem Kontro.llstrom sein, welches Verhältnis fortlaufend durch einen geeigneten Apparat gemessen werden kann.
Ähnliche Vertauschungen vieler Elektrodenanordnungen sind so möglich, wodurch die Vorteile der neuen Verfahren gemäß der Erfindung ausgenutzt werden können, um sehr verbesserte Widerstandsmessungen zu erhalten.
Einen Überblick über die Genauigkeit, mit der die Widerstände der Erdschichten gemäß der Erfindung ermittelt werden können, gibt die folgende Tabelle. Die Werte in der Spalte I entsprechen den verschiedenen Verhältnissen des tatsächlichen Widerstandes Rt der Schicht zu. dem Widerstand Rm der Bohrlochspülung in denselben Tiefen.
Die Werte in der mittleren und rechten Spalte sind die Verhältnisse zwischen errechneten Schein- widerständen Ra der Schichten und den Widerständen Rm der Bohrlochspülung in denselben Tiefen. In der mittleren Spalte gehen die Scheinwiderstände Ra, die zur Berechnung der Verhältnisse dienten, auf Werte zurück, die mit einem üblichen Meßsystem in einem Bohrloch gegenüber der Schicht zu erhalten wären, während die Scheinwiderstände, die zur Berechnung der Werte in der rechten Spalte dienten, denen entsprechen, die mit einem Meßsystem gemäß der Erfindung zu erhalten sind, das den gleichen Abstand wie das bisher übliche System und ein Weitenverhältnis von 2,kl3 besitzt und im Bohrloch gegenüber der Schicht angeordnet ist. Die linke Spalte gibt die Verhältnisse zwischen den tatsächlichen Widerständen, Rt der unbeeinflußten Schichten und den Widerständen Rm der Bohrlochspülung unter den Temperaturen vor den entsprechenden Schichten an. Alle errechneten Scheinwiderstandswerte gelten für dicke Schichten, die vom Filtrat aus der Bohrlochspülung im wesentlichen nicht durchdrungen sind. und für einen Abstand gleich dem Bohrlochdurchmes"ser.
Tabelle

Rm

Rt

Rm

bekanntes Verfahren gemäß

Verfahren der Erfindung

5 4,6 4,5

10 8,4 8,9

50 29,0 45,0

500 130,0 480,0

Aus der Tabelle geht hervor, daß die mit Vorrichtungen gemäß der Erfindung erhaltenen Scheinwiderstandswerte außergewöhnlich dicht an den tatsächlichen Scheinwiderständen liegen, selbst wenn das Verhältnis zwischen dem Schichtwiderstand und dem Widerstand der Bohrlochspülung sehr hoch ist.
In Fig. 3 ist eine übliche Aufzeichnung gezeigt, in der die Ordinaten die Tiefen längs des Bohrlochs und Idie Abszisse auf der linken Seite die Messungen der spontanen Potentiale in den entsprechenden Tiefen und die Abszisse auf der rechten Seite die Widerstandsmessungen in Ohm/m in den entsprechenden Tiefen Idarstellen. In dieser Aufzeichnung ist ein typisches Meßergebnis L1 gezeigt, das mit einer Meßapparatur gemäß Fig. I bei einem durchschnittlichen Abstand von I2 Zoll und einem iWeitenverhältnis n = 2 erhalten wurde. Ein Meßergebnis L2, das durch ein bekanntes Meßsystem mit einem Abstand von I6 Zoll zwischen der Strom- und den Potentialelektroden erhalten wurde, ist zu Vergleichszwecken dargestellt. Jedes Tiefenintervall in Fig. 3 beträgt 20 Fuß. Es ist festzustellen, daß das Meßergebnis L1 in den Abschnitt A> B und C größere Differenzierungen aufweist als dasMeßergebnisL2.
Dieverschiedenen angewendetenElektrodenabstände haben keinen nennenswerten Einfluß auf die Größen der aufgezeichneten Widerstände und die Ausprägung der Grenzen der Widerstandsänderungen, Aus dem Abschnitt C der Aufzeichnung L1 geht besonders klar hervor, wie sich Widerstandsstreifen von solchen, die leitend sind, klar abzeichnen.
Wenn erwünscht, können gemäß der Erfindung Mittel vorgesehen sein, um das Feld an Stellenpaaren auf gegenüberliegenden Seiten von der Hauptstromelektrode A0, wie in Fig. 4 gezeigt, im wesentlichen auf einen Wert O zu bringen. Bei dieser Ausführungsform ist ein drittes Paar von Potentialelektroden P und P', verbunden durch einen isolierten Zweiter I53 von vernachlässigbarem Widerstand, in gleichen Abständen auf gegenüberliegenden Seiten der Hauptstromelektrode Ao angeordnet, wobei die Elektrode P zwischen den Elektroden A1 und M1' und die Elektrode £ zwischen den Elektroden 2 und M2, liegt. Die Elektroden M und P können durch die Leiter I54 und 50 mit den Klemmen 52 und 51 eines Schaltsolenoids 53 verbunden sein, dessen beweglicher Kontakt 54 mit dem Leiter 24 in dem Tragkabel verbunden ist.
Der bewegliche Kontakt 54 des Relais 53 kann normal im Eingriff mit dem Kontakt 52 sein, so daß die Elektrode M1 mit Idem Kabelleiter 24 verbunden ist. Wenn das Relais 53 erregt wird, kommt der bewegliche Kontakt 54 außer Eingriff mit dem Kontakt 52 und in Eingriff mit dem Kontakt 5I, um die Elektrode P mit dem Kabelleiter 24 zu verbinden.
Das Relais 53 kann von der Erdoberfläche aus in irgendeiner geeigneten Weise erregt werden, beispielsweise durch einen Kreis 55, der an seinen Enden an den Kabelleiter 24 auf der Bohrlochseite des Kondensators 26 angeschlossen und bei 56 geerdet ist und in Serienschaltung eine elektrische Stromquelle 57 und einen Schalter 58 enthält. Diese Ausführungsform der Erfindung arbeitet genau so wie diejenige in Fig. I, mit Ausnahme davon, daß ein Feld vom Wert 0 etwa entweder zwischen den Elektroden M1, 1V11, und 1112, M2, oder zwischen den Elektroden M1', P, M P' durch Betätigung des Schalters 58 an der Erdoberfläche hergestellt werden kann. Auf diese Weise können Aufzeichnungen erhalten werden, wobei zwei verschiedene Abstände bei der gleichen Weite Anwendung finden.
Durch geeignete Anordnungen kann ein dem Relais 53 ähnliches Relais bewirken, daß die Weite durch die Verwendung von zusätzlichen Paaren von Hilfsstromelektroden geändert wird.
Durch Vorsehen zusätzlicher Elektroden, Leiter usw. kann ein Widerstandsmeßsystem gebaut werden, bei dem ein Feld vom Wert 0 gleichzeitig an mehr als zwei Stellen in dem Bohrloch hergestellt wird. Auf diese Weise können viele seitlicheStrombänder erzeugt werden, wodurch ein paralleler Stromfluß über eine große Untersuchungstiefe erhalten wird.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind zwei Hauptelektroden A0, und 20", die durch einen isolierten Leiter 59 von vernachlässigbarem Wilderstand verbunden sind, in gleichen Abständen auf gegenüberliegenden Seiten einer Potentialelektrode M angeordnet. Die Elektrode M ist mit dem Leiter 24 verbunden, während die Elektrode A0, mit dem 'Leiter 12 verbunden ist. Zwei andere Elektroden M1' und M2, sind jenseits der Elektroden, A0, und A," auf gegenüberliegenden Seiten der ElektrodeM angeordnet. Die ElektrodenM,' und M2' sind hier gleichfalls durch einen isolierten Leiter 21 verbunden.
In der Praxis wird der Strom durch die Hauptelektroden Ao' und A0,, im wesentlichen konstant gehalten, wohingegen die Potentialdifferenz zwischen der Elektrode M und den Elektroden M,' und M2' durch einen von den Elektroden A1 und A2 ausgesandten und vom Verstärker 30 (Fig. I) gelieferten Strom auf einem vernachlässigbaren Wert gehalten wird. Es ist festgestellt worden, daß diese Anordnung drei Stellen vorsehen läßt, wo das Feld in dem Bohrloch vernachlässigbar ist. Durch Anwendung entsprechender Abstände können diese Stellen so gewählt werden, daß sie im wesentlichen auf die Lagen der Elektroden M1', M und M2' fallen. Wenn auch in diesem Fall die Einzelheiten der Stromverteilung verschieden sind von jener der Fig. 2, so wird der Hauptstrom, der jetzt von den beiden Elektroden A0, und A," ausgeht, doch im wesentlichen in einer seitlichen Richtung von der Achse des Bohrlochs verlaufen.
Der Abstand zwischen der Elektrode M und jeder der HauptstromelektrodenAO' und A," sollte vorzugsweise das Anderthalbfache des Abstandes zwischen der Potentialelektrode M und jeder der Potentialelektroden M1, und M2' sein. Bei dieser Ausführungsform ist die Entfernung zwischen der Potentialelektrode M und beiden Elektroden Aot und A," wiederum als Abstand bezeichnet. Als Weite kann die Entfernung zwischen der Elektrode M und der außen liegenden Hilfselektrode A1 oder A2 bezeichnet werden. Bei dieser Elektrodenanordnung und der zuvor erwähnten bevorzugten Abstandsanordnung würde die Weite vorzugsweise zwischen dem drei- oder viermaligen Abstand liegen. Die Konstante K in der Gleichung (I), die von Ider geometrischen Anordnung der Elektroden abhängt, kann für Fig. 5 in derselben Weise berechnet werden, wie es für Fig. I geschehen ist.
Die Erfahrungen haben gezeigt, daß die Widerstandsmessungen, die mit Vorrichtungen der in Fig. I dargestellten Art erhalten werden, für Schichten, die elektrische Leitfähigkeiten geringer als etwa 5 Ohm/m haben, einer relativen Abweichung unterliegen, die einige Prozent erreichen kann, und zwar auf Grund der begrenzten Durchleitfähigkeit des Verstärkers 30. Ein Weg, um diese Abweichung praktisch auszuschließen, besteht darin, ein zusätzliches Paar von Hilfsstromelektroden A3 und A4 in dem Bohrloch in der Nähe der Elektroden A1 und A2 anzuordnen und ihnen Ströme von im wesentlichen der gleichen Polarität und Phase zuzuführen wie diejenigen, die durch die Elektroden A1 und A2 fließen (Fig. 6). Das zweite Paar von Hilfsstromelektroden As und A4 ist durch einen isolierten ILeiter60 von vernachlässigbarem Widerstand miteinander verbunden.
Die Elektrode A3 und eine verhältnismäßig entfernt liegende Elektrode B' sind durch die Leiter 6I und 62 in dem Tragkabel über einen passenden Umschalter 63 mit einer Stromquelle 64 an der Erdoberfläche verbunden. Die Stromquelle 64 kann eine Batterie 65 aufweisen, die in Reihe mit einem Stromanzeigegerät 66 und einem Rheostaten 67 gelegt ist. eDer Umschalter 63 sollte ,in Synchronismus mit dem Umschalter 19 (Fig. I) angetrieben werden und so phasenreguliert werden, daß der periodisch sich ändernde Strom, den er zu den Elektroden A3 und A4 liefert, von der gleichen Polarität und Phase ist wie der zu den Hilfselektroden A und A2 geleitete.
Die Stärke des durch die Stromquelle 64 gelieferten Stromes kann auf einen konstanten Wert eingestellt werden, um die Potentialdifferenzen zwischen den Elektroden M1 und M,' und M2 und M2' im wesentlichen auf 0 zu bringen, wenn die Elektrodenanordnung sich gegenüber einer starken und hochleitenden Schicht befindet. Unter diesen Bedingungen wird die Potentialdifferenz, die an den Eingangsklemmen des Verstärkers 30 erscheint, gleichfalls im wesentlichen 0 sein. Wenn erwünscht, kann der Strom von der Stromquelle 64 unmittelbar zu den Elektroden A1 und A2 gespeist werden, in welchem Fall die Hilfselektroden A3 und A4 und das Leitkabel 6I in Fortfall kommen können.
Die Zahl der für die Widerstandsmessungen benötigten Leiter kann wesentlich dadurch reduziert werden, daß bestimmte der Apparate zusammen mit der Elektrodenanordnung in das Bohrloch verlegt werden, wie es Fig. 7 zeigt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Wechselstromquelle I52 an der Erdoberfläche angeordnet, die Wechselstrom von ihren Klemmen 68 und 69 durch die Kabelleiter 70 und 7I zu den Klemmen 72 und 73 eines Verstärkers 74 speist, der mit großem Durchleitvermögen und vernachlässigbarer Phasenverschiebung für die Arbeitsfrequenz gebaut ist, wobei die üblichen Vorkehrungen zu treffen sind, damit er den hohen Drücken der Bohrlochspülung 11 standhält.
Ein im wesentlichen konstanter Wechselstrom kann zu der Hauptstromelektrode Ao aus dem Leiter 7I über eine zwischen die Klemmen 73 und 75 eingeschaltete geeignete Stromkonstanthalteeinrichtung, einen Kondensator 100 und einen Leiter 76 mit einer Rückkehr durch den Boden und die Endung I55 zur Klemme 68 gespeist werden. Die Spannungselektroden M1 und M1, sind durch einen Leiter 77 und durch den Leiter 78 sowie einen Kondensator Io8 mit den Eingangsklemmen 79 und 8o des Verstärkers 74 verbunden. Die Ausgangsklemmen und 82 des Verstärkers 74 sind durch die Leiter 83 und 84 mit der entfernt liegenden Elektrode B und der Elektrode=41 verbunden. Die Elektroden 21) M1', M1, 20, M2, M2' und A2 sind in der gleichen Weise wie bei der Anordnung gemäß Fig. I verbunden.
Die Potentialmessungen werden durch ein Paar Potentialelektroden M und M' durchgeführt, die durch einen isolierten Leiter 85 verbunden und in gleichen Abständen auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrode Ao zwischen den entsprechenden Elektroden der anderen beiden Paare von Potentialelektroden angeordnet sind. Die Elektrode M ist durch einen Leiter 86 und einen Kondensator 113 mit einer Klemme 87 eines üblichen Wechselstromregistriergalvanometers 88 verbunden, dessen andere Klemme 89 durch einen Leiter 90 bei 91 geerdet ist.
Durch entsprechende Einrichtung des Registriergalvanometers 88 kann der elektrische Widerstand der Schichten in verschiedenen Tiefen im Bohrloch als eine Funktion der Tiefe relgistriert werden.
Wenn erwünscht, kann der in Fig. 7 dargestellte Apparat auch zur gleichzeitigen Messung der elektrischen Widerstände der Schichten und der statischen spontanen Potentiale dienen. So können diese spontanen Potentiale dadurch gemessen werden, daß die Hauptelektrode Ao über den Leiter 76, die Drosselspule 99 und die Leiter 92 und 93 mit einer Klemme 94 eines anderen Registriergalvanometers 95 verbunden wird, dessen andere Klemme 96 durch den Leiter 97 bei 98 geerdet ist. Die Drosselspule 99 und der Nebenschlußkondensator 100 bilden Filterungsmittel, um Wechselstrom aus dem Kreis des Registriergalvanometers 95 herauszuhalten.
Die ElektrodeMi' ist durch den Leiter 78 über eine Drosselspule 107 und einen Leiter IOI mit einer Ausgangsklemme 102 eines üblichen Kraftverstärkers 103 verbunden, dessen andere Ausgangsklemme 104 durch einen Leiter 105 bei 106 geerdet ist. Die Drosselspule 107 und der Nebenschlußkondensator 108 sind Filterungsmittel, um Gleichstrom vom Verstärker 103 vom Eingangskreis des Verstärkers 74 fernzuhalten. Eine Eingangsklemme IO9 des Verstärkers 103 ist durch die Leiter 93' und 92, die Drosselspule 99 und den Leiter 76 mit der Elektrode Ao verbunden, und die andere Eingangsklemme 110 ist durch den Leiter 111 über die Drosselspule 112 und den Leiter 86 mit der Elektrode M verbunden. Die Drosselspule 112 und der Nebenschlußkondensator 113 bilden Mittel, um Wechselstromsignale, die von den Elektroden M und M' aufgenommen sind, aus dem Eingangskreis des Verstärkers 103 herauszuhalten. Die Kraft für die Verstärkermittel 103 kann aus nicht gezeigten Batterien oder in irgendeiner geeigneten Weise aus einem Wechselstromerzeuger, wie der Quelle I52, gewonnen werden.
In der Praxis ergibt das Registriergalvanometer 88 Anzeigen über den elektrischen Widerstand der Erdschichten, wie es vorher beschrieben worden ist. Gleichzeitig wird das statische spontane Potential zwischen der Elektrode A5 und der Erdung 98 durch das Registriergalvanometer 95 registriert. Der Verstärker 103 sieht einen Ausgang zu den Elektroden M1' und M2' vor, der die Gleichspannungspotentialdifferenzen zwischen jeder der Elektroden M und M' und der Elektrode Ao im wesentlichen auf 0 zu reduzieren sucht. Da die Widerstands- und statischen spontanen Potentialmessungen gleichzeitig durchgeführt werden, wird das Problem der Beziehung der Tiefen beseitigt und eine verbesserte gleichzeitige elektrische Aufzeichnung verwirklicht.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform werden zwei getrennte Verstärker dazu benutzt, um Ströme zu den beiden Hilfsstromelektroden zu speisen. Ein Oszillator 114 ist in einem druckfesten Behälter 115 angeordnet, der mit der Elektrodenanordnung in ein Bohrloch 10 hinabgelassen wird.
Der Oszillator und die Verstärker können durch nicht gezeigte Batterien in dem Behälter 115 oder von einer geeigneten Kraftquelle an der Erdoberfläche aus über Leiter in dem Tragkabel gespeist werden. Der Oszillator 114 liefert Wechselstrom über die Leiter 116 und 117 zu einer entfernt liegenden Elektrode B2 und der Hauptstromelektrode A0.
Die Potentialdifferenz zwischen den Potentialelektroden M1 und M,' wird durch die Leiter 119 und 118 zu der Primärwicklung 120 eines Transformators 121 geleitet, dessen Sekundärwicklung I22 mit den Eingangsklemmen eines üblichen Verstärkers I23 verbunden ist, der ähnlich wie der Verstärker 74 in Fig. 7 ausgeführt sein kann. Die Ausgangsklemmen des Verstärkers 123 sind durch die Leiter 124 und I25 mit der entfernt liegenden Elektrode B und der Hilfsstromelektrode A1 verbunden.
In ähnlicher Weise sind die Potentialelektroden 2 und M2' durch die Leiter I26 und I27 mit der Primärwicklung 128 eines Transformators I29 verbunden, dessen Sekundärwicklung I30 mit den Eingangs'klemmen eines zweiten Verstärkers 131 verbunden ist. Die Ausgangsklemmen des Verstärlers 131 sind durch die Leiter 132 und 133 mit der Elektrode B und der anderen Hilfsstromelektrode Ao verbunden.
Die Primärwicklungen I20 und I28 sind mit Anzapfungen I34 und I35 ausgerüstet, zwischen die ein Kondensator 145 gelegt ist. Die Anzapfung 135 ist an einen Leiter 136 angeschlossen, der zur Erdoberfläche führt und mit einer Klemme 137 eines üblichen Wechselstromregistriergalvanometers 138 verbunden rist, dessen andere Klemme I39 durch einen Leiter I40 bei 141 geerdet ist. Infolgedessen zeigt das Galvanometer den Durchschnitt der Potentialdifferenz zwischen Punkten, die im wesentlichen halbwegs zwischen jedem Paar von Elektroden M1', 11, und M2, M2' gelegen sind, und der Erdung 141 an der Oberfläche an.
Spontane Potentiale können gleichfalls dadurch registriert werden, daß man den Leiter I36 mit einer Klemme eines zwieten Registriergalvanometers 142 verbindet, dessen andere Klemme bei I43 geerdet ist. Geeignete Filterungsmittel mit einer Drosselspule I44 und einem Kondensator I46 können vorgesehen sein, um Gleichstrom aus dem Galvanometer 138 und Wechselstrom aus dem Galvanometer 142 herauszuhalten.
Die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform arbeitet im wesentlichen ebenso wie der Apparat nach der Fig. 1, jedoch mit der Ausnahme, daß die Verstärker I23 und I3I getrennt die zu den Hilfs- stromelektroden A1 und A2 gespeisten Ströme kontrollieren.
Das Galvanometer I38 registriert die elektrischen Widerstandswerte, wohingegen das Galvanometer I42 gleichzeitig spontane Potentiale in dem Bofhrloch in der Lage der nahe beieinanderliegenden Elektroden M2 und M2, registriert.
Jeder der Verstärker I3I und I23 kann in der Kapazität wesentlich kleiner sein als der Verstärker74 in Fig. 7. Diese Änderung bietet auch ein gewisses Maß an Elastizität, insofern, als jeder Verstärker in einem begrenzten Ausmaß frei ist. um seine Ausgangsleistung wie erforderlich einzustellen, um in der Gegend in dem Bohrloch, wo seine Eingangselektroden liegen, ein Feld etwa vom Wert 0 aufrechtzuerhalten.
Die vorliegende Erfindung bringt somit ein neues und sehr wirkungsvolles Verfahren und Vorrichtungen zur Untersuchung der von einem Bohrloch durchschlagenen Bodenschichten in Vorschlag. Dadurch, daß das Bohrloch an benachbarten Stellen oberhalb und unterhalb einer Stromaussendeelektrode elektrisch neutralisiert wird, wird der Strom veranlaßt, im wesentlichen senkrecht zur Achse des Bohrlochs über einen erwünschten Bereich zu fließen, dessen Stärke durch einen entsprechenden Abstand der Elektroden kontrolliert werden kann.
Als Ergebnis werden detaillierte Aufzeichnungen erhalten, in denen relativ dünne leitende und einen Widerstand aufweisende Schichten leicht voneinander unterschieden werden können und aus denen sehr genaue Anzeigen über den elektrischenl Widerstand sowohl dünner wie auch dicker Schichten zu gewinnen sind.
Die vorstehenden Richtlinien für die Bestimmung von Widerständen schließen auch Messungen der Potentialdifferenzen zwischen einem Bezugspunkt und einem Punkt in dem Bohrloch ein, der in weiter Entfernung von einer Hauptstromelektrode liegt. Es ist also auch möglich, Änderungen in dem Widerstand von Schichten dadurch festzustellen, daß die Potential differenzen zwischen einer Hauptstromelektrode und einem Bezugspunkt gemessen werden. In diesem letzteren Fall ergeben die Apparate und Verfahren gemäß der Erfindung, bei denen das Feld in zwei in der Längsrichtung liegenden Punkten in dem Bohrloch im wesentlichen auf 0 gehalten wird, in deren Trennungsstück die Stromelektrode liegt, Widerstandsaufzeichnungen, die im einzelnen den Widerstand der Schichten erbrennen lassen, selbst wenn die letzteren aus einer Folge von dünnen Schichten bestehen. Die Genauigkeit der Widerstandsbestimmung bleibt auch dann'hoch, wenn das Bohrloch mit einer Spülung angefüllt ist, deren Widerstand beträchtlich geringer ist als jener der Schichten.
Wie bereits ausgeführt, wird der durch die Hauptelektrode ausgesandte Strom io vorzugsweise konstant gehalten, so daß das Registriergalvanometer unmittelbar auf Angabe der Scheinwiderstände eingerichtet werden kann. Dies ist nicht notwendig, da die Widerstandswerte mit einem sich ändernden Strom dadurch bestimmt werden können, daß man das Verhältnis zwischen dem Potential, das aufgezeichnet wird, und dem Strom feststellt.
Die verschiedenen beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen können im Rahmen der vorliegenden Erfindung wesentliche Abänderungen erfahren. Zum Beispiel können die entfernt liegenden Potentialelektroden B und N in Fig. I und 6, die Elektrode B in Fig. 7 und 8. die Elektrode B' in Fig. 6 und die Elektrode B2 in Fig. 8 an der Erdoberfläche angeordnet sein. In ähnlicher Weise können die Erdungselektroden in irgendeiner der Figuren in dem Bohrloch in einer heträchtlichen Entfernung von der Elektrodenanordnung ohne nennenswerte Änderung der erhaltenen Ergebnisse angeordnet werden. Auch die Potentialmeßelektrode kann irgendwo in der Nähe einer Zone angeordnet werden, in der gemäß der Erfindung ein Nullfeld aufrechterhalten wird. Die Stelle, an der die Potentialmessung gemacht wird, kann, wenn gewünscht, auch in das stück zwischen zwei Zonen gelegt werden, in denen das Feld im wesentlichen vernachlässigbar ist. Die näher erläuterten speziellen Ausführungsformen der Erfindung sind deshalb lediglich als Ausführungsbeispiele zu bewerten und sollen die Erfindung nicht nach dieser Richtung hin beschränken.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Ermittlung des spezifischen elektrischen Widerstandes der von einem Bohrloch durchschlagenen Bodenschichten, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle im Bohrloch Strom ausgesandt wird, dessen elektrisches Feld von einer anderen Stelle im Bohrloch aus beeinflußt wird, um das Bohrloch in Richtung der anderen Stelle elektrisch abzuschirmen, und die Werte der Potentialdifferenz zwischen einem Punkt nahe der erstgenannten Stelle und einem Bezugspunkt gemessen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld an der anderen Stelle solchen Änderungen unterworfen wird, daß es sich um den Nullwert bewegt.
3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrloch oberhalb und unterhalb der erstgenannten Stelle elektrisch abgeschirmt wird.
4. Vorrichtungen zur Untersuchung der von einem Bohrloch durchschlagenen Bodenschichten nach Anspruch I, 2 oder 3 mit einer Elektrode, die in das mit einer leitenden Bohrlochspülung angefüllte Bohrloch hinabgelassen wird, und einer elektrischen Stromquelle, die mit der Elektrode verbunden ist, um einen Strom in die umgebenden Schichten zu senden, gekennzeichnet durch elektrische Mittel, um die Potentialdifferenz zwischen einem Paar von in der Längsrichtung entfernten Punkten in der Nachbarschaft der Elektrode auf einen gewünschten Wert zu verringern, und Mittel zur Anzeige der Potentialdifferenz zwischen einem Punkt nahe dieser Elektrode und einem Bezugspunkt.
5. Vorrichtungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Mittel zur Verringerung der Potentialdifferenz zwei in der Längsrichtung entfernte Elektroden einschlie-Ben, die in einer feststehenden Beziehung zu der genannten Elektrode angeordnet sind, und daß eine zweite elektrische Stromquelle mit den beiden entfernt voneinander angeordneten Elektroden verbunden ist, um von ihnen einen Strom auszusenden.
6. Vorrichtungen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Mittel die Potentialdifferenz zwischen einem Paar von in der Längsrichtung entfernten Punkten oberhalb und unterhalbtder erwähnten Elektrode verringern.
7. Vorrichtungen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Mittel zwei andere Elektroden in der Nachbarschaft der erwähnten Elektrode einschließen, wobei die zweite elektrische Stromquelle Potentialdifferenzen zwischen den beiden anderen Elektroden entspricht.
8. Vorrichtungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Mittel ein erstes, ein zweites und ein drittes Paar von Elektroden einschließen, die in einer festen Beziehung zu der erwähnten ersten Elektrode angeordnet sind, wobei die Elektroden jedes Paares in der Längsrichtung entfernt voneinander auf gegenüberliegenden Seiten der genannten Elektrode angeordnet sind und der Abstand zwischen den Elektroden jedes Paares größer ist als der Abstand zwischen den Elektroden des vorhergehenden Paares, weiterhin elektrische Verbindungen zwischen den Elektroden jedes Paares und Verstärkereinrichtungen mit Eingangsklemmen, die mit einer Elektrode jedes der beiden Zwischenpaare von Elektroden verbunden sind, und Ausgangsklemmen, die mit einer Elektrode des äußersten Paares und einem Bezugspunkt verbunden sind.
9. Vorrichtungen nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein viertes Paar von Elektroden, wobei jede Elektrode dieses Paares auf gegenüberliegenden Seiten der ersterwähnten Elektrode angeordnet und zwischen dem zweiten und dritten Paar von Elektroden entsprechend gelegen ist, sowie eine elektrische Verbindung, die dieses vierte Paar von Elektroden miteinander verbindet, wobei die Verstärkereingangsklemmen Mittel für die wahlweise Verbindung einer Klemme mit dem ersten oder vierten Paar von Elektroden aufweisen.
10. Vorrichtungen nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Elektrode, die mit der zuerst erwähnten Elektrode verbunden und in der Längsrichtung entfernt von dieser angeordnet ist, wobei die erwähnten elektrischen Mittel eine einzige Elektrode, die zwischen der ersterwähnten Elektrode und der zusätzlichen Elektrode angeordnet ist, und ein zweites und drittes - - Paar von Elektroden einschließen, die in einer feststehenden Beziehung zu der ersterwähnten Elektrode und der zusätzlichen Elektrode angeordnet sind, wobei die Elektroden jedes Paares in der Längsrichtung voneinander entfernt auf gegenüberliegenden Seiten der ersterwähnten Elektrode und der zusätzlichen Elektrode angeordnet sind und der Abstand zwischen den Elektroden des dritten Paares größer ist als der Abstand zwischen den Elektroden des zweiten Paares, sowie elektrische Verbindungen zwischen den Elektroden jedes Paares und Verstärkereinrichtungen mit Eingangsklemmen, die mit einer Elektrode des zweiten Paares und der einzigen Elektrode verbunden sind, und mit Ausgangsklemmen, die mit einer Elektrode des dritten Paares und einem Bezugspunkt entsprechend verbunden sind.
II. Vorrichtungen nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein viertes Paar von Elektroden, von dem jede Elektrode außerhalb des dritten Paares von Elektroden gelegen ist, und zusätzliche damit verbundene Stromquellen, um Ströme zu dem vierten Paar von Elektroden zu speisen, um unerwünschte Abweichungen des Stromes von Iden Ausgangsklenrnen der Verstärkereinrichtungen auszugleichen.
12. Vorrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zur Anzeige der Potentialdifferenz zwischen der ersterwähnten Elektrode und dem Bezugspunkt.
13. Vorrichtungen nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein viertes Paar von Elektroden, von dem jede Elektrode auf gegenüberliegenden Seiten der ersterwähnten Elektrode zwischen den Elektroden des ersten und zweiten Paares angeordnet ist, wobei die Anzeigemittel zwischen das erwähnte vierte Paar von Elektroden und einen Bezugspunkt eingeschaltet sind.
14. Vorrichtungen nach Anspruch I3, gekennzeichnet durch Anzeigemittel für spontane Potentiale, die zwischen einen weiteren Bezugspunkt und jene ersterwähnte Elektrode eingeschaltet sind.
15. Vorrichtungen nach Anspruch I4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkereinrichtung in einem flüssigkeitsdichten Behälter angeordnet ist und mit den Elektroden in das Bohrloch hinabgelassen wird.
I6. Vorrichtungen nach Anspruch I5, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Verstärker mit Eingangsklemmen, die mit der erwähnten Stromquelle verbunden sind und mit dem vierten Paar von Elektroden, und Ausgangsklemmen, die mit dem zweiten Paar von Elektroden und einem entfernten Bezugspunkt verbunden sind, um das Potential zwischen benachbarten Elektroden des ersten und zweiten Paares lim wesentlichen auf 0 zu verringern.
17. Vorrichtungen nach Anspruch I3 bis I6, gekennzeichnet durch einen ersten Filter, um fortlaufende Potentialdifferenzen von den Anzeigeeinrichtungen fernzuhalten, einen zweiten Filter, um jenen zusätzlichen Verstärkerausgang außerhalb der Eingangsklemmen des Verstärkers zu halten, und einen dritten Filter zwischen den erwähnten Elektroden und dem Eingang des zusätzlichen Verstärkers, um elektrische Energie von letzterem und den Anzeigemitteln der spontanen Potentiale fernzuhalten.
I8. Vorrichtungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Mittel ein erstes, zweites und drittes Paar von Elektroden einschließen, die in einer festen Beziehung zu der ersterwähnten Elektrode angeordnet sind, wobei die Elektroden jedes Paares in der Längsrichtung im Abstand voneinander oberhalb und unterhalb der erwähnten Elektrode angeordnet sind und der Abstand zwischen den Elektroden jedes Paares größer ist als der Abstand zwischen den Elektroden des vorhergehenden Paares, weiterhin einen ersten Verstärker, dessen Eingang mit den oberen Elektroden des ersten und zweiten Paares und dessen Ausgang mit der oberen Elektrode des dritten Paares und einem Bezugspunkt verbunden ist, einen zweiten Verstärker, dessen Eingang mit den unteren Elektroden des ersten und zweiten Paares und dessen Ausgang mit der unteren Elektrode des dritten Paares und jenem Bezugspunkt verbunden list, wobei Anzeigemittel mit dem ersten und zweiten Paar von Elektroden und einem entferat liegenden Bezugspunkt und eine Anzeigeeinrichtung für die spontanen Potentiale mit einem weiteren Bezugspunkt und jenem ersten und zweiten Paar von Elektroden verbunden sind.
19. Vorrichtungen nach Anspruch I8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker in einem flüssigkeitsdichten Behälter eingeschlossen sind, der mit Iden Elektroden in das Bohrloch hinabgelassen wird.
20. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 4 bis I5, I8 oder I9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Mittel das Potential auf nahezu 0 verringern.