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werden dann zahlreiche andere Bohrlöcher in der Nachbarschaft des ersten Bohrloches gegraben, um die Struktur und Konfiguration der ölführenden Schichte oder Schichten je nach dem vorliegenden Fall zu bestimmen ; es wird dann versucht, die Lage des Domes der Schichte festzustellen, so dass ein Bohrloch an dieser Stelle gegraben werden kann, um das Öl wirksamer zu erschliessen. Das Problem der Ölgeologie ist besonders von Bedeutung, da diese direkte Methode der Bestimmung der örtlichen Lage und des Umrisses einer Schichte häufig schwierig und kostspielig ist. Aber keine geeignete Methode zur Bestimmung der Struktur und Konfiguration von unterirdischen Schichten ist bis jetzt entwickelt worden.
Einige wesentlich verschiedene geoelektrische Methoden sind für die Ölschürfung vorgeschlagen worden. Eine direkte Methode ist erdacht worden, um die örtliche Lage einer ölführenden Schichte fest- zustellen. Häufig ist diese Methode wegen der Anwesenheit von elektrisch leitenden Lagen (Schichten), wie Salzwasser, oberhalb und unterhalb der Ölschichte unpraktisch. Es wird dabei gar nicht angestrebt, den Umriss der Schichte zu bestimmen. Letzteres kann nur durch das Bohren zahlreicher Löcher, wie oben erwähnt, erreicht werden. Eine indirekte, sogenannte Potentialmethode ist für die Bestimmung der Neigung von ölführenden Schichten, die bis zur Erdoberfläche reichen, vorgeschlagen worden.
Diese
Methode gewährt bestenfalls bloss eine rohe Schätzung der Richtung, da die ölführende Schichte für gewöhnlich auf eine beträchtliche Länge hin keinen geraden Verlauf nimmt. Es ist daher klar, dass diese geoelektrischen Methoden nicht zur Bestimmung der Struktur und Konfiguration einer ölführenden
Schicht verwendet werden können.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, nicht nur die Tiefe unterirdiseher Schichten, sondern auch die Struktur und Konfiguration solcher leitender Schichten zu bestimmen.
Die Erfindung gehört zu jenen elektromagnetischen Schürfverfahren, bei welchem mittels einer an oder nahe der Erdoberfläche aufgestellten Einrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Wechsel- felder ein Primärfeld aufgebaut wird, das in jeder seinem Einfluss unterworfenen leitenden Schichte
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wird nun die Frequenz des Stromes bis zu einem kritischen Wert verändert, bei welchem das Primärfeld die betreffende leitende Schichte nicht mehr nach unten durchdringt und kein Sekundärfeld von einer tiefer gelegenen leitenden Schicht aufgebaut wird. Der kritische Frequenzwert bestimmt sich dabei als jener Wert, bei welchem die Messergebnisse an den verschiedenen Messstellen bei weiterer Erhöhung der Frequenz konstant bleiben.
Es wird sodann das bei dieser kritischen Frequenz von der leitenden Schichte
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aufgebaute Sekundärfeld bestimmt. Wie weiter unten näher ausgeführt werden soll, dient der so erhaltenc Wert des Sekundärfeldes seinerseits zur Bestimmung der Tiefe, Struktur und Konfiguration der leitenden
Schichte.
Die Erfindung ermöglicht auch eine Bestimmung der Tiefe, Struktur und Konfiguration einer tiefer gelegenen bzw. der nächst tieferen leitenden Schichte. In diesem Fall wird die Frequenz des Stromes von dem einer leitenden Schichte zugeordneten Wert ausgehend allmählich bis zu einem zweiten Wert verringert, der sich gleichfalls durch das Konstantbleiben der Messergebnisse bei Frequenzerhöhung auszeichnet und den der nächst tieferen leitenden Schichte zugeordneten kritischen Frequenzwert bildet ; sodann wird das von dieser tieferen Schichte stammende Sekundärfeld für diese zweite kritische Frequenz bestimmt.
Zur Ermittlung der Struktur und Konfiguration einer leitenden Schichte wird eine solche Bestimmung des Sekundärfeldes an verschiedenen Stellen der Erdoberfläche oberhalb des zu erforschenden Gebietes vorgenommen.
Das erfindungsgemässe Verfahren beruht auf der Bestimmung der Konfiguration verschiedener unterirdischer leitender Lagen oder Schichten. Solehe leitende Lagen kommen in allen bekannten Ölfeldern vor, meistens in der Form von Salzwasser führenden Schichten, und sie liefern ein im Wesen genaues Kriterium für die örtliche Lage der benachbarten Ölablagerungen. Die Bestimmung der Struktur dieser leitenden Schichten wird nun so durchgeführt, dass an irgendeiner bestimmten Stelle des zu untersuchenden Ölfeldes ein elektromagnetisches Weehselfeld in einem elektrischen Kreis, welcher sich für
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Primärfeld genannt wird, induziert innerhalb seines Wirkungsbereiches in jeder leitenden Schichte Ströme, welche ihrerseits ein elektromagnetisches Feld hervorrufen, das sogenannte Sekundärfeld.
Die Richtung, Stärke und Phase dieses Sekundärfeldes wird an den verschiedenen Punkten der Oberfläche gemessen und liefert, wenn die Bestimmung sorgfältig durchgeführt wird, eine genaue Angabe der Tiefe der leitenden Schichte in diesen Punkten.
Dort, wo nur eine leitende Schichte vorkommt, kann die Tiefe in einer Anzahl von willkürlich gewählten Punkten bestimmt werden, und es können die Umrisslinien gezeichnet werden, welche die tatsächliche örtliche Lage und Konfiguration der Antiklinen, Dome und Verwerfungen (Gangspalten) zeigen ; auf diese Weise können die Flächen oder Gebiete, wo das Öl mit grösster Wahrscheinlichkeit zu finden ist, bestimmt werden, da das Öl dort, wo es vorkommt, in der höchsten Fläche der Öl-und Salzwasser führenden Schichten wegen der geringeren Dichte des Öls angesammelt sein wird.
Diese einfache Methode, die ölführenden Flächen zu bestimmen, ist jedoch selten zufriedenstellend, da für gewöhnlich nicht nur eine, sondern eine Reihevonleitenden Schichten vorhanden sind, so dass das sekundäre Feld, welches an verschiedenen Stellen des Erdbodens gemessen wird, nicht das Feld einer Schichte. sondern das kombinierte Feld aller innerhalb des Wirkungsbereiches des primären elektromagnetischen Feldes gelegenen Schichten ist.
Es werden daher die Tiefenbestimmungen den Mittelwert der Tiefen der verschiedenen Schichten in verschiedenen Punkten wiedergeben, und die Umrisslinien, welche auf
Grund dieser Tiefenberechnungen gezogen werden, stellen infolgedessen nicht die wahre Konfiguration der in dem zu erforschenden Gebiet gelegenen leitenden Schichten dar.
Um diese Nachteile zu beseitigen, wird gemäss der Erfindung ein Verfahren angegeben, mittels dessen die Tiefe bis zu jeder von mehreren leitenden Schichten bestimmt werden kann und die Umriss- linien, welche die tatsächliche Konfiguration jeder Schichte zeigten, gezeichnet werden können. Das Vorhandensein einer Antikline oder eines Domes in einer Schichte, welche sich unterhalb einer Anzahl anderer Schichten verschiedener Konfiguration befindet, kann demnach bestimmt und die wahrscheinlich Fläche der ölführenden Schichte festgelegt werden,
wogegen nach den bisher verwendeten geoelektrischen Methoden die von dem gemessenen Mittelwert der Tiefen ableitenden Bestimmungen die Anwesenheit eines solchen Domes oder einer Antikline überhaupt nicht andeuten. Im allgemeinen besteht die verbesserte Methode in der Erzeugung von aufeinanderfolgenden primärenFeldern verschiedenerFrequenzen und in der Messung des sekundären Feldes in verschiedenen Punkten für jede dieser verschiedenen Frequenzen. Das heisst, dort, wo mehr als eine leitende Schichte vorkommt, wird ein primäres Feld gegebener Frequenz erzeugt und das sekundäre Feld an verschiedenen Punkten gemessen.
Wird der Wert der Frequenz passend gewählt, u. zw. in einer später näher erläuterten Weise, so werden die erhaltenen Messergebnisse die Tiefe bis zu der seichtetsten Schichte an verschiedenen Stellen liefern.
Wenn sodann die Frequenz des primären Feldes verringert wird und genaue Messungen vorgenommen werden, so wird diese zweite Reihe von Bestimmungen die Tiefe bis zur zweiten leitenden Schichte darstellen. Indem in ähnlicher Weise die Frequenz weiter verringert wird und die Messungen bei jedem der Frequenz-
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Eigenschaft besitzt, als Schirm für alle oberhalb eines bestimmten Wertes gelegenen Frequenzen zu wirken, wobei dieser bestimmte Grenzwert durch die physikalischen Charakteristiken der Schiehte bestimmt ist. Das heisst, die Schirmwirkung einer Schichte, welche einen bestimmten spezifischen Wider-
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Schirmwirkung einer bestimmten Schichte, um so kleiner wird das sekundäre Feld unterhalb dieser Schichte sein.
Mit andern Worten : Wenn die Stärke des sekundären Feldes unterhalb einer bestimmten Schichte mit dem Faktor J bezeichnet wird, so ist
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im Wesen bis 0 vermindert werden. Bei diesem kritischen Wert der Frequenz wird die Schichte das elektromagnetische Feld vollkommen abschirmen, so dass keine sekundären Ströme in den leitenden Schichten unterhalb der abschirmenden Schichte induziert werden und keine sekundären Felder durch diese unteren Schichten erzeugt werden.
Wenn infolgedessen die Frequenz des primären Feldes so lange vergrössert wird, bis der in jedem der zahlreichen Messpunkte bestimmte Wert der Tiefen konstant bleibt, auch wenn die Frequenz weiter
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aufweisen, der Wert der kritischen Frequenz der am nächsten zur Erdoberfläche gelegenen Schichte sein, und die in verschiedenen Punkten bestimmte Tiefe wird die Tiefe der seichtesten Schichte in diesen Punkten sein. Es wird das an verschiedenen Stellen gemessene sekundäre Feld das sekundäre Feld nur dieser Schichte sein, da diese seichteste Schichte in diesem Fall eine vollkommene Abschirmung erzielen wird.
Mit den so bestimmten Werten kann das sekundäre Feld, welches von der seichtesten leitenden Schichte stammt, für jede Frequenz berechnet werden. Sodann kann durch stufenweise Verringerung der Frequenz ein zweiter Punkt erreicht werden, bei welchem die berechnete Tiefe wieder konstant bleibt und welcher die kritische Frequenz für die nächst tiefere Schichte anzeigt ; das sekundäre Feld, welches von letzterer Schichte stammt, wird durch Subtraktion des bekannten Wertes des sekundären Feldes der seichtesten Schichte von dem tatsächlich gemessenen sekundären Feld bei dieser Frequenz bestimmt.
In ähnlicher Weise kann das sekundäre Feld, welches von einer dritten Schichte stammt, dadurch bestimmt werden, dass die bekannten Werte des sekundären Feldes der ersten beiden Schichten berücksichtigt werden, und so kann fortgefahren werden für eine beliebige Anzahl von aufeinanderfolgenden leitenden Schichten.
Um die Erfindung besser verständlich zu machen, sei auf die Zeichnung Bezug genommen,
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übereinandergelagerter, leitender Schichten von ähnlicher Gestalt zeigt, Fig. 2 ein ebensolcher Schnitt. welcher eine Anzahl übereinandergelagerter, leitender Schichten zeigt, die eine ähnliche Gestalt haben, jedoch gegeneinander seitlich verschoben sind, Fig. 3 ein ebensolcher Schnitt, welcher eine Anzahl
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welches die Beziehung zwischen der Schichttiefe und Frequenz des Primärfeldes zeigt, wenn das Vor- handensein nur einer Schichte angenommen wird, Fig. 5 ein solches Diagramm unter der Annahme des Vorhandenseins zweier Schichten.
Fig. 4 stellt graphisch das Ergebnis von Tiefenberechnungen bei verschiedenen Frequenzen dar, unter der Annahme, dass nur eine leitende Schichte vorhanden ist. Mit zunehmender Frequenz werden die Werte der Tiefe immer kleiner, bis ein konstanter Tiefenwert, mit Tl in dieser Figur bezeichnet, erreicht wird. Die Frequenz, bei welcher der Wert der Tiefe konstant wird, bedeutet die kritische Frequenz der leitenden Schichte und ist in Fig. 4 mit Z bezeichnet. Über diesen Wert hinaus wird die Tiefe konstant bleiben, während sie bei Frequenzen, die niederer als dieser Wert Z sind, grösser wird, was der Wirkung der tiefer gelegenen leitenden Schichten zuzusehreiben ist, die unterhalb der Schichte liegen, die als einzig vorhanden angenommen ist.
Nachdem die Bestimmungen für die seichteste leitende Schichte vorgenommen worden sind und ein Tiefenwert 1'1 erhalten worden ist, werden entsprechende Berechnungen für Frequenzen, die unter der kritischen Frequenz Z der Fig. 4 liegen, ausgeführt, und es wird ein zweiter Punkt erreicht, bei welchem
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leitenden Schichte, und der Frequenzwert X, bei welchem dieser konstante Tiefenwert erreicht wird, ist der Wert der kritisehen Frequenz. Bei Frequenzen unterhalb dieses Wertes wird die Tiefe wegen der Wirkung jener Schichten, die gegebenenfalls unter der zweiten Schichte liegen, grösser. In ähnlicher Weise können die Berechnungen für leitende Schichten, die noch tiefer liegen, ausgeführt und die ent- sprechenden Tiefenwerte bestimmt werden.
Wenn dem entsprechend in Wirklichkeit ein Ölfeld von der in Fig. 1 angedeuteten Art angetroffen wird, in welchem das Öl in einem Dom unterhalb einer tiefen Schichte oder Lage (3 in Fig. 1) einge- schlossen ist und in welchem eine Anzahl von ähnlich aufgebauten Schichten 1 und 2 zwischen dieser Schichte,) und der Erdoberfläche angeordnet sind, so können die Berechnungen bei mehreren verschiedenen Frequenzen ausgeführt werden, die Tiefen der Schichten 1,,'2 und J aufeinanderfolgend bestimmt und die örtliche Lage des Punktes Pa bestimmt werden. Die Projektion dieses Punktes an die Oberfläche
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Werden die Tiefenberechnungen auf Grund von Messungen mit einer einzigen fixen Frequenz vorgenommen, so wird eine Reihe von Messergebnissen der mittleren Tiefe erhalten, welche eine hypothetische Linie A-B und einen Scheitelpunkt P bestimmen. Dort, wo alle Schichten in gleicher Weise gestaltet
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dieselbe Konfiguration wie die Schichten aufweisen wird, obwohl die Tiefe des Punktes P nicht die tatsächliche Tiefe des Öls bei Punkt P3 angeben wird.
Wird ein komplizierteres Ölfeld angetroffen, beispielsweise ein solches wie in Fig. 2, so wird der Vorteil der Verwendung verschiedener Frequenzen offenkundiger, Mittels des erfindungsgemässen Ver- fahrens kann die Lage der einzelnen Schichten 1, 2 und : ; und des Punktes P3 bestimmt und damit jener Punkt P6 an der Erdoberfläche festgelegt werden, in welchem vorzugsweise eine Bohrung zu machen wäre, um das Öl unter der Schichte. 3 zu erreichen. Mittels des Verfahrens mit einer einzigen bestimmten Frequenz wird dagegen die örtliche Lage der hypothetischen Schichte J.-B und des Punktes P bestimmt und letzterer bei P'an die Erdoberfläche projiziert.
Wegen der verschobenen Lage der Schichten wird die Linie A-B kein getreues Bild der Konfiguration dieser Schichten liefern, und infolgedessen wird eine bei pi vorgenommene Bohrung das unterhalb Pg befindliche Öl vollkommen verfehlen.
Für gewöhnlich wird in einem Ölfeld die in Fig. 3 angedeutete komplizierte Formation der Öl- schichten weit häufiger angetroffen als die Formationen nach Fig. 1 und 2. Anstatt dass alle Schichten dieselbe ungefähre Gestalt haben, sind die über der Trennungslinie L-M befindlichen Schichten J und 2 nicht parallel zu der unter der Trennungslinie gelegenen Schichte J. Dies wird besonders dort der Fall sein, wo eine Anzahl von unregelmässigen leitenden Schichten sehr nahe an der Erdoberfläche gelegen
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Ergebnisse zusammensgetellt, so kann ein Profil erhalten werden, welche die Konfiguration einer jeden getrennten Schichte und deren Lage übereinander anzeigt.
Daher kann die Anwesenheit und Gestalt der Schichte 3 und die Lage des Scheitels P3 des Domes bestimmt werden und dessen Projektion an die Erdoberfläche bei Po festgelegt werden.
Wenn auch das Ausführungsbeispiel sich hauptsächlich mit der Bestimmung ölführender Schichten
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Diese Massnahmen der Erfindung sind ebenso auch auf die Bestimmung der Struktur und Konfiguration andersgearteter Schichten anwendbar, beispielsweise auf Erzlager, Schwefellager u. dgl.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Bestimmung der Struktur und Konfiguration von unterirdischen Schichten, bei welchen mittels einer an oder nahe der Erdoberfläche oberhalb des zu erforschenden Gebietes aufgestellten Einrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Wechselfeder ein Primärfeld aufgebaut wird, das in
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aufgebaut werden kann und dass für diese kritische Frequenz das von der leitenden Schichte stammende Schundärfeldbestimmtwird.