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Induktive elektrische Messverfahren
Induktionslog (induction log), aktives Messverfahren
Induktive Einspeisung und Messung von elektromagnetischen Feldern mit Spulen, Induktive Messung der Gesteinsleitfähigkeit in mS/cm.
Widerstandsmessung: Galvanische Einspeisung und Messung elektrischer Felder mit Edelstahlelektroden.
Anwendung Bohrungen mit elektrisch nichtleitender Spülung: Trockene Bohrungen, Bohrungen mit Ölspülung, Bohrungen mit nichtleitendem Ausbau (Plastikliner).
σ
Grundprinzip des Induktionslog (EM - 38)
Sendespule S Wechselstrom in der Sendespule ,
Einspeisung eines elektromagnetisches Primärfeld im Frequenzbereich von 20 kHz in die Formation,
Induktion eines „Ringstrom“ in der elektrisch leitenden Formation und Ausbildung eines magnetischen Sekundärfeldes ,
Überlagerung zum resultierenden elektromagnetischen Wechselfeld
Empfangsspule E Messung des resultierenden elektromagnetischen Feldes, Stromfluss in
der Empfangsspule
f ≈
( )PI t
( )PH t
( ) ( ) ( ),R P SH t H t H t= +
( )SI t( )SH t
( ) ( )P SH t t>> Η
( ) ( )R RH t I t→
L
IP
σ1 > σ0
σ0
HR = HP + HS
InduktionRingstrom
Bohrloch Formation
IS
Logσa in mS/cmRa in ohmm
z
σ0 R0
Zweispulen-Induktionslogsonde
IR
E
HP
S
Ausbau
L - Spacing (Abstand S - E) Laterale Wirkungstiefe
Das elektromagnetische Sekundärfeld enthält Informationen über
die Induktionsverhältnisse, die spezifische Leitfähigkeit bzw. dem spezifischen Widerstand
Nichtleitfähige Formation: keine Induktionsströme in der Formation
Leitfähige Formation: Induktionsströme und elektromagnetisches Sekundärfeld,
Komplexe elektrische Leitfähigkeit.
SH
0 0,SIσ = → =
0S R PH H H= → =
0σ > →
1/R σ=σ
Bestimmung der in-phase Komponente: Realteil Re ( ), Induktionsverhältnisse, Bestimmung der Quadrature-Komponente: Imaginärteil Im ( ),
ohmscher Ladungsträgertransport, scheinbare spezifische Leitfähigkeit:
- magnetische Permeabilität des Vakuums (magnetische Feldkonstante), L - Abstand Sende- und Empfangsspule, f - Frequenz.
/S PH H
20
4Im( / )
2a S PH H
f Lσ
π µ=
0µ
Komplexe elektrische Leitfähigkeit
/S PH H
Korrekturen
Bohrloch-Kaliberkorrektur, Skinneffekt-Korrektur bei gutleitenden Schichten mit spezifischen
Leitfähigkeiten
Dämpfung des Messsignals durch starke magnetische Wechselfelder mit anderer Phasenlage bei starken Induktionsringströmen.
1S/m; 1 mRσ > < Ω⋅
AIT (Schlumberger) Array Induction Imager Tool
AT10" = 25,4cm
AT20"
AT30"
AT60"
AT90" = 228.6cm E5
2 FrequenzenL1
rdi
E4
E3
E2
E1
S
RX0 Rt
InfitrationRX0 < Rt
Radiale Wirkungstiefe abhängig von:
Abstand Sender-Empfängerspule L (Spacing), Spezifische Leitfähigkeit von Spülung, Infiltrationszone und Formation.
Mittlere radiale Wirkungstiefe (median depth of investigation): 50% - Punkt des integralen pseudogeometrischen Faktors G(r)
(integrated radial response function).
Bohrloch mit Infiltration
- scheinbare spezifische Leitfähigkeit, - spezifische Leitfähigkeit der infiltrierten Zone, - spezifische Leitfähigkeit der Formation, - integraler, geometrischer der infiltrierten Zone, - Tiefe der Infiltrationszone.
0( ) 1 ( )a i X i tG d G dσ σ σ= + −
aσ
id( )iG d
Beispiel:
A: Tiefe Infiltration, gutleitende Spülung, schlechtleitende Formation
= 40“ = 1m; = 0.5 mS/cm, = 20 ohmm,
= 0.005 mS/cm, = 2000 ohmm.
B: Flache Infiltration, schlechtleitende Spülung und Formation
= 15“ = 0.38m; = 0.01 mS/cm, = 1000 ohmm,
= 0.005 mS/cm, = 2000 ohmm.
id
tσ
0XR
tR
tσ
0Xσ
0Xσ
tσ
id 0Xσ 0XR
tR
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100r in inch
10
100
1000
10000R
a in
oh
mm
AT90"
Inversion: 3 - Parametermodell
Rt
di
RX0
gutleitende Spülungtiefe Infiltration
Ölspülungflache Infiltration
Variation von di ; RX0 ; Rt
RX0 meist bekannt
Berechnung von Modellkurven Ra (Modell) = f (r)
Messkurven Ra = f (r)
Optimale Übereinstimmung Ra ≅ Ra(Modell)
AT10"
A
B
Vergleich Mess- und Modellkurven
Modell Infiltrationszone Kennwerte di ; RX0 Rt = f (Φ ; SW)
Zusammenfassung Widerstands- und Induktionsverfahren
Faktoren zur Auswahl von Methoden im Rahmen eines Bohrlochmessprogramms Bohrloch: Spülung, Ausbau,
Geologische Situation, Lithologie: Elektrische Eigenschaften der durchteuften Formationen, Infiltrationsverhältnisse, Schichtmächtigkeiten und vertikales Auflösungsvermögen, Einfluss der
hangend- und liegend Schichten (sholder bed),
Aufgabenstellung Qualitative Aussagen: Lithologie (Schichtgrenzen), Quantitative Aussagen: Kennwerte (Porosität, Sättigung),
Verfügbarkeit der Sonden und Kostenrahmen.
Induktionslog (induktive Ankopplung mit Spulen)
Nichtleitender Bohrlochinhalt Ölspülung, Messung oberhalb Grundwasserspiegel, Plastikverrohrung,
Gutleitendes Gebirge.
Widerstandslog (galvanische Ankopplung mit Elektroden)
Gutleitende Spülung Wasser- und Tonspülung,
Schlechtleitendes Gebirge Kalkstein (Laterolog).
Qualitative Aussagen
Lithologische Gliederung mit konventionellen Vierelektroden- Anordnungen (Potential- und Gradientsonden) bzw. Laterolog- Sonden im Sedimentbereich, Detektion klüftiger Bereiche bzw. kleiner Strukturelemente mit
Mikrowiderstandsmessungen und Scannerverfahren.
Quantitative Aussagen
Widerstands- bzw. Induktionslogsonden mit unterschiedlicher radialer Charakteristik G(r), Permeable infiltrierte Bereiche Untersuchung des bohrlochnahen Bereiches (Filterkuchen,
Infiltrationszone), Ermittlung des wahren Formationswiderstandes.
Aktuelle Entwicklung
Kombination von elektrischen und elektromagnetischen Verfahren mit einer gemeinsamen Auswertung der Messdaten,
Joint inversion - Gemeinsame Inversion von Widerstands- und induktiven Verfahren mit variablen Charakteristiken, Wahres Widerstandsmodell mit hoher vertikaler und radialer
Auflösung.