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Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung von Gebirgssdhichten bzw.
von Salzwasser-, Gas- oder Olhorizonten beim Abteufen von Tiefbohrungen
In Tiefhohrungen
sind zur Gebirgsschichtenbestimmung Meßmethoden nach Schlumberger und M a r t i
e n s s e n ühlich, welche nach Beendigung der Bohrung bzw. nach Aufholung des gesamten
Bohrgestänges durchgeführt werden. Trotzdem diese bekannten Verfahren immer mehr
verfeinert wurden. setzten sie eine große Erfahrung der damit l>etrauten >ersonen
voraus und hahen sich noch immer nicht als vollkommen zuverlässig erwiesen, insbesondere,
wenn es sich um die Bestimmung von Gashorizouten handelte. Darüber hinaus lieferten
die bekannten Verfahren ein vollständiges Bohrlochdiagramm erst nach Beendigung
der Bohrung bzw. eines bestimmten Bohrahschnittes, während es von großer Wichtigkeit
ist, bereits beim Niederbringen einer Bohrung ohne Unterbrechung des Bohrbetriehes
über das Vorhandensein bzw. die Teufe bestimmter Schichten genaue Angaben zu erhalten.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Gebirgsschichten
bzw. von Salzwasser-, Gas- oder OIhorizonten bei Tiefbohrungen, welches es ermöglicht,
diese Aufgabe in zufriedenstellender Weise zu lösen und ohne eine Unterbrechung
des Bohrvorganges während des Bohrens ausreichend genaue Angaben über das Vorhandensein
bzw. die Teufe bestimmter Schichten zu erhalten. Die Erfindung besteht im wesentlichen
darin, daß während des Bohrens der elektrische Widerstand der Dickspülung und/oder
des Spülkleins gemessen wird.
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Beispielsweise kann die Erfindung in der Weise verwirklicht werden,
daß während des Bohrens der elektrische Widerstand der Dickspülung fortlaufend
gemessen
und registriert wird. In manchen ällen kann es sich auch als ausreichend erweisen,
während des Bohrens nur den elektrischen Widerstand des Spülkleins in absatzweise
entnommetien Einzelproben zu messen. Schließlich ist es auch möglich, beide Verfahren
nach der Erfundung nebeneinander zur Anwendung zu bringen.
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Gegenstand der Erfindung sind ferner die verschiedensten Einrichtungen
zur Durchführung der ihr zugrunde 1 liegenden Verfahren. Eine derartige Einrichtung
kann vorzugsweise aus einer nach dem Prinzip der Wheatstoneschen Brücke ausgebildeten
Meßeinrichtung bestehen. an die eine in die Spiilrinne cingeschaltete Meßröhre bzw.
ein Meßgefäß für das Spülklein in elektrischer Leitungsverbinding angeschlossen
ist. Die Meßeinrichtung selbst kann nach der Erfindung zu einer leicht transporttablen
Einheit. beispelsweise in einem Koffer. zusammengefaßt sein.
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I)urch die Erfindung wird es im gesamten ermögficht. ohne Störung
des Bohrbetriebes bereits während des Bohrens zu erkennen, welchen Horizont der
Meißel durchteuft. Darüber hinaus wird durch die Erfindung ein geeignetes Hilfsmittel
beim Spülungswechsel geschaffen.
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Die durch die Erfindung geschaffene fortlaufende Spulungskontrolle
ermölgicht Feststellung von Salzwasser führenden Schichten, Erfassung von Gashorizonten
bzw. von gasführenden Klüften, Feststellung voll öli mprägn ierten Schichten, Feststellung
der Grenzfläche bzw. der Vermischungszone verschiedener Spülungssäulen beim Spülungswechsel.
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Weitere vorteilhafte Ei uzelbeiten der Erfindung sind aus nachstehend
beschriebenen Beispielen ersichtlich. durch die die Erfintlung an Hand zeichnetischer
Darstellungen näher erläutert wird. Es zeigt Abb. 1 eine Mcßeinrichtung nach der
Erfindung liii angeschlossenem Meßgefäß fiir das Spülklein, Abb. 2 a bis 2 d die
Anordnung und den Einbau einer Meäröhre in die Spülrinne im Querschnitt (2 a), Seitenansicht
(2b), Draufsicht (2c) und perspektivischer Darstellung (2d) und die Abb. 3 bis 8
einige nach der Erfindung aufgenommene Diagrammè.
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Die in Abb. 1 dargestellte Meßeinrichtung besteht im wesentlichen
aus der Wechselstrommeßbrücke 1 mit 12-V-Motor, dem Kurbelrheostat 2 bis 11, 111
Ohm, den beiden Elytkondensatoren 3 und dem (ralvanometer 4 mit vorgeschaltetem
Potentiometer 5. Mit 6 ist ein einpoliger und mit 7 ein zweipoliger Schalter bezeichnet,
während bei 8 und 9 zwei Steckbuchsen für Bananenstecker zum Anschluß eiiies 12-V-Akku
angeordnet sind. Bei 10 und 11 sind die Anschlüsse des zweiadrigen Kabels zur Meßröhre
und bei 12 und 13 die Anschlüsse für das Meßgefäß 14 für Spülung und Spülklein vorgesehen.
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J )ie gesamte Meßeinrichtung ist vorteilhaft in einem i lolzkoffer
zusammengefaßt. Das Meßgefäß 14 besteht beispielsweise aus einem 100 cm3 fassenden
Kästchen aus Isoliermaterial von etwa 10 cm Länge, 5 cm Höhe und 2 cm Breite (Innenmasse),
an dessen Schmalseiten die Elektrodenflächen angebracth, die mit dem zur Aufnahme
von Bananensteckern durchbohrten Anschlußstück fkr den Anschluß an die Kontakte
I2 und 13 nach außen verschraubt sind.
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Die Größe des Meßkästchens wurde nicht nur nach der Menge des vor
dem Schiittelsieh anfallenden Spülkleins ausgewählt. sondern auch unter dem Gesichtspunkt,
daß die Widerstandskapazitat des Gefäßes C = 1/100 ist. Demzufolge ist der spezifische
Widerstand gleich dem ain Kurbelrheostanten abgelesenen widerstand in Ohm x = 1/100.
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Beim Nachweis von ölimprägnierten Schichten kann die Messung wie
folgt durchgeführt werden: In Abständen volt 50 ciii wird das Kästchen 14 am Schüttelsieb
mit Spülklein gefüllt und am Meßkoffer aiigeschlossen. Aus Aufstiegszeit der Spülung
und Bohrfortschritt ist die wahre Teufe zu errechnen.
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Die abgelesenen Ohmwerte werden sofort auf Millimeterpapier eingetragen.
Das so erhaltene Diagramm einer gemessenen bohrung zeigt Abb. 3.
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Eine andere Bohrung sollte bei etwa goo m den Ölträger erreichen.
Der erste Ölkern wurde jedoch bereits bei 859 gezogen. Das nach Fertigstellung der
Bohrung aufgenommene Schlumbergerdiagramm zeigte den Kopf des Trägers bei 845 m
an. Daraufhin wurden die während des Bohrens in 5-m-Abständen am Schüttelsieb entnommenen
Spülkleinproben getrocknet, im Mörser zerkleinert, mit Wasser aufgeschlämmt und
im Meßgefäß der elektrische Widerstand bestimmt (vg. Abb. 4). Der höhere Widerstand
bei 850 und 85 m weist auf den Ö1-träger hin. Damit wurde der Beweis erbracht, daß
man auch aus entsprechend aufhereiteten älteren Spülkleinproben wichtige Schlüsse
auf die durchteuften Schichten ziehen kann. Wenn die frischen Proben@ bereits während
des Bohrens gemessen worden wären, wäre der Kopf des Trägers sofort beim Anbohren
bekannt gewesen.
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Nachweis von salinaren Einschaltungen.
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Bei einer weiteren Bohrung konnte infolge besonderer Schwierigkeiten
unterhalb 1516 m keine Schlumbergermessung durchgeführt werden. Das während des
Bohrens entnommene Spülklein wurde wie vorstehend zubereitet und der Widerstand
ge-@ messen. Die abgelesen Ohmwerte zeigt das Diagramm Abb. 5. Es war festzustellen,
von welcher Teufe ab mit salinaren Einschaltungen zu rechnen sei. Obwohl die Proben
nur in 5-m-Abständen genommen worden Waren, ist die Kurve doch sehr charakteristisch.
Unterhalb 1515 m ist ein deutlicher Abfall der Widerstandskurve ZU erkennen, was
nur auf salinare Einschaltungen zurückzuführen ist. Ein bei etwa I520 m gezogener
Kern zeigt die ersten Erscheinungen geringer Salzauslaugung.
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Die Abb. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine
fortlaufende. Spiilungskontrolle durchgeführt wird.
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In einer etwa 15 cm langen, 10 cm breiten und 3 cm hohen Röhre aus
Isoliermaterial sind in der SIitte unten und oben etwa 1 mm breite Elektroden angebracht,
denen zwei etwa so cm lange Gummikabel 16 und 17 angelötet sind, die zum Anschluß
des
Kabels an die Kontakte 10, 11 des Meßkoffers (Abb. 1) am Ende Bananenstecker tragen.
Um der Meßröhre in der Umlaufrinne die notwendige Standfestigkeit zu gebell, ist
sie mit einem kleinen Holzkasten 18 verkleidet und gegen eine quer über die Umlaufrinne
gelegte un seitlich mit Flügelschrauben festgeschraubte Eisenstange 19 gelehnt.
Zwei seitlich alt der Holzverkleidung drehbar befestigte Brettehen 20 uiid 21 sorgen
durch Aufstauen der Spülung dafur, daß der Eingang der Meßröhre stest unter Spülung
steht, Der elektrische Widerstand der Dickspülung zwischen den beiden Elektro9den
in der Meßröhre wird laufend gemessen. Dieser Widerstand ist abhängig von der Zusammensetzung
der Spülung.
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Fuhrt die Dickspulung Gas mit, ist ihr elektrischer Widerstand größer.
Hei Salzgehalt ist er kleiner. Der Kurbelrheostat wird stets so reguliert, daß das
Galvanometer Null anzeigt. Die am Rheostaten abzulesellele Ohmzahl ist dann gleich
dem elektrischen Widerstand der Spülung in der Meröhre. Etwa alle 2 Minuten wird
der Batteriestrom eingeschaltet, tler itheostat einreguliert und seiiie Ohmzahl
al>gelesen. Danach kann sofort eine charakteristische Widerstandskurve auf Millimeterpapier
gezeichnet werden. Die Uhrzeiten werden auf der Senkrechten (z. B. 1 Stunde = 12
mm) eingetragen, die Ohmwerte auf der Waagerechten.
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Um die so erhaltenen Widerstandskurven mehrerer Bohrungen auch bei
Anwendung verschieden großer Meßröhren vergleichen zu können, ist es zweckmäßig,
aus diesen abgelesenen Ohmzahlen den jeweiligen spezifischen elektrischen Widerstand
der Spulung zu berechnen und die Zeitskala durch die feufenangabe zu ersetzen (ygl.
Abb. 6).
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1» e i s p i e Der mit einem käuflichen Meßgefäß bestimmte spezifische
Widerstand der Dickspülung sei 3,25 Ohm. Zur selben Zeit wurder der Widerstand der
Spulung in der Meßröhre am Rheostaten mit 81,6 Ohm Abgelesen.
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3.25 : 81.6 = rd. 0,04.
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Wenn die am Rheostaten eingestellten Ohmzahlen ittit (leni Faktor
0.04 multipliziert werden, erhält man jeweils den spezifischen Widerstand. ES empfiehlt
sich. diese \inerte als Kurve darzustellen.
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Teufenmaßstab 1 @ 200, 0,02 Ohm = 1 mm.
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Zur richtigen Auswertung der Meßergebnisse ist eille Umrcchnung auf
die tatsächliche Teufe un-@rläßlich. Aus Bohrlochtiefe, Bohrlochdurchmesser, Pumpendlcitung
und Gestänge lassen sich Umlaufzeit @nd Aufstiegszeit berechnen. Wie Versuche ergeben
@aben. ist die Umlaufzeit durch einen Farbversuch bzw. am genauesten durch deringe
Salzzugabe zu bestimmen. N ach den ermittelten \ufstiegszeiten und den vom Bohrbetrieb
aufgezeichneten 10-Minuten-Bohrfortschritten läßt sich die wahre Teufe crreclmen.
Die Ergebnisse der Messungen bei einer Bohrung zeigt Abb. 6. Die einzelnen meßergebnisse
sind als Punkte eingetragen, deren Verbindungslinien das Diagramm ergeben. Be 767
m und 775 m sind zwei geringmächtige Gashorizonte, die aus der Schlumbergerwiderstandskurve
nicht ersichtlich sind. Je größer die Zahl der Messungen. desto genauer ist das
Diagramm. Deshalb ist es zweckmäßig ein Selbstschreibgerät anzuschließen, das in
der Minute mehrmals registriert.
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Bei Einstellung einer anderen Bohrung war die benutzte Dickspülung
stark versalzen, weshalb zur Durchführung der Schlumbergermessung ein Spülungswechsel
vorgenommen werden mußte. Weder ein evtl. zu erwartender Farb- bzw. Dichteumschlag
noch das Al>schmecken des Salzgehaltes der Spülung in der Umlaufrinne oder eine
zeitraubende Titration auf Na Cl oder eine lirhaltsiterechnung des Bohrloches konnten
Gewähr dafür hieten, daß das Austreten der neuen bzw. salzigen Spülung rechtzeitig
erkannt werden konnte. Außerdem war unbekannt. wie ic sich die Grenzfläche der verschiedenen
Spülungssäulen verhalten würde bzw. oh sich eine lange Vermischungszone einstellen
würde. Nur eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit konnte von Erfolg sei ii.
Entnahme der Spülung aus der Umlaufrinne und Messung in einem Gefäß würde alter,
abgesehen vott verschiedenen Fehlerquellen, nicht schnell geitug Ergebnisse liefern.
Deshalb wurde vorliegens des Verfahren zur laufenden Spülungskontrolle benutzt,
um sofortige und exakte Werte zu erhalten.
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Zunächst wurde der Spülungswechsel bis zum llohrschuh vorgenommen
weshalb das Gestänge his 1 137 m eingelassen wurde. Ab 15 Uhr neue Dickspülung ins
Bohrloch gepumpt. Nach 41 Minuten zeigt der ansteigende Widerstand die ersten Einflüsse
der neuen Spülung. Die Grenzfläche ist unscharf. Eine Vermischungszone ist vorhanden
(vgl. hierzu Abb. 7).
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Anschließend erfolgte der Spülungswechsel bis 1500 m. Ab 18.50 Uhr
wurde die neue Spülung eingepumpt. Die austretende Spülung wurde in Tanks gelassen
um nach Ablassen der salzigen Spülung wieder in den Umlauf eingeschaltet zu werden.
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Bis 19.35 UThr macht sich der Salzgehalt der alten Spülung noch etwas
bemerkbar (vgl. das Diagramm der. Abb. 8). Um 19.58 Uhr erste Anzeichen der alten
salzigen Spülung aus 1137 bis 1500 m Teufe.
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Etwa ah 20.42 Uhr zeigt der allmählich ansteigende Widerstand den
Einfluß der neuen Spülung.