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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
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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→
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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
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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
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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
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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⋅
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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
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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).
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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
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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)
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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.
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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).
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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.
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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.