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Bohrkleinuntersuchung

Bohrklein, zugeordnet zu den einzelnen Bohrmetern. Quelle: GFZ.

Bohrklein (cuttings) ist das beim Bohren durch den Bohrvorgang im Bohrlochtiefsten anfallende kleinstückige Gestein, das durch die Bohrspülung zutage gefördert wird. Es wird dem Spülungskreislauf teufenabhängig entnommen (ausgesiebt) und ist schon auf der Bohrstelle ein erster Informationsträger.

Bohrkleinuntersuchungen (cutting analyse) enthalten neben der Makro-Ansprache umfangreiche Laboruntersuchungen. Die Arbeiten an der Bohrung erledigt üblicherweise ein 'mudlogger', der ein 'mudlog' anfertigt. Dies enthält zumindest Angaben zur Lithologie, zur Stratigrafie zur Porosität und zu Fluidinhalten.

Im Zuge des Abteufens von konventionellen Bohrungen können in regelmäßigen Abständen Bohrspülproben gewonnen werden, welche aus Bohrklein (den so genannten Cuttings) und der eigentlichen Bohrspülung bestehen. Bei den Cuttings selbst handelt es sich um eine Mischung aus frisch erbohrtem Gestein und dem Nachfall von Gesteinsfragmenten aus dem höher gelegenen, offenen Bohrlochbereich. Die Probe wird üblicherweise vom so genannten Mudsampler (Probenehmer) gewonnen, gewaschen, gesiebt (Fraktionen 0,1 – 1,0 mm und >1,0 mm) und getrocknet und anschließend vom Mudlogger/-analyst (Probenanalyst) einer Kurzansprache unterzogen.

Die schnelle Gesteinsbestimmung von 1 – 5 Proben pro Stunde ist dabei nur eine der vielfältigen Aufgaben des Mudloggers, so dass das resultierende Litholog nur als erste grobe Gesteinsansprache gewertet werden kann. Der Wellsite Geologist (Objektgeologe) hat nun die Aufgabe die entsprechenden Proben intensiv zu bearbeiten, neben der Erstellung eines Cuttinglogs sind zusätzlich z. B. mikropaläontologische Bearbeitungen der Proben relevant.

Makroskopische Cuttinganalyse

Folgende Arbeiten sind im Rahmen einer Cuttinganalyse notwendig / möglich:

  • Farbanalyse (Gesamtprobe),
  • HCl-Test (Gesamtprobe, Einzelkörner),
  • Beschreibung Cuttings (Einzelkörner inkl. Internstrukturen). 

Farbanalyse

Die in durchsichtigen Plastiktütchen archivierten Proben (Feinfraktion) werden auf einen Kopierer / Scanner gelegt und gescannt. Je nach Auflagefläche und Größe der Tütchen können so 20 – 50 Proben gleichzeitig gescannt werden. Die entsprechenden Files dienen einerseits der Dokumentation und andererseits kann je Probe der Farbcode eines repräsentativen Ausschnittes gewonnen werden. Mittels Software lassen sich so der RGB-Code (Rot- Gelb und
Blauanteil) als auch der HSV-Code bestimmen (H – Farbwert, S – Farbsättigung, V – Helligkeit). Somit lassen sich Farblogs erstellen, welche die Schichtgrenzen widerspiegeln. Auch subjektiv kaum wahrnehmbare Farbunterschiede werden so erfasst. Für solche „Farblogs“ ist von entscheidender Bedeutung, dass das Umgebungslicht bei der Aufnahme der Bilder / Fotos immer gleich ist, was bei Verwendung eines Scanners / Kopieres (Deckel schließen) gegeben ist. 

HCl-Test

Für den HCl-Test wird ein definierter Teil der Probe in eine Petrischale, Uhrenglas oder ähnliches Gefäß gegeben und mit 7,5 – 10,0%iger HCl beträufelt. Dabei wird ermittelt, welcher Anteil der Probe mittels Säure gelöst wurde, wie schnell die Reaktion ablief, ob ein charakteristischer Geruch (H2S, stechend) wahrnehmbar war und welche Restite (Farbe, Form) übrig geblieben sind. Gelöst werden dabei Karbonate (Calcit, Dolomit) und Sulfide (unter der Bildung von H2S, charakteristischer Geruch). Auch hiermit lässt sich ein Log (Anteil an gelösten
Partikeln vs. Teufe) erstellen. Der HCl-Test wird zusätzlich auch an Einzelkörner der zu unterscheidenden Cuttingtypen durchgeführt und dokumentiert. 

Cuttinganalyse, Lithotypen

Die wie oben beschriebenen Cuttingproben (Feinfraktion), welche
gewaschen, gesiebt und getrocknet wurden, werden in einer Lage in eine flache Schale (z. B. Ausleseschale) gekippt. Die Analyse erfolgt anschließend optisch mittels Binokular oder vergleichbarem. Schnell wird ersichtlich, dass sich die Probe aus Partikeln zusammensetzt, die sich entsprechend Form, Struktur (Oberfläche, intern), Glanz, Durchsichtigkeit, Rundung, Idiomorphie, Kristallgröße, Nebenbestandteilen (Art, Form) unterscheiden lassen. Zu Beginn einer Cuttinganalyse empfiehlt es sich Cuttings gleichen Typs mittels Nadel oder Pinzette in eine zweite Auszähschale zu picken, um sich einen Überblick über das Cuttingtypen-Inventar zu verschaffen.
Es empfiehlt sich hier mit Klassen und Unterklassen zu arbeiten, da am Ende eine Unterscheidung in „zu viele“ Klassen ebenso wenig hilfreich ist, wie in „zu wenig“ Klassen. Die so nach optischen Gesichtspunkten ausgesammelten Cuttings werden nun zusätzlich mittels HCl-Test bearbeitet. Sind die Cuttingklassen der Probe aufgestellt und beschrieben beginnt die eigentliche Cuttinganalyse.

Mittels Point-Counting wird die Zusammensetzung der Probe erfasst. Dazu wird das Cuttingkorn unter dem Fadenkreuz bestimmt und gezählt, die Schale weiterbewegt und das nächste Korn bestimmt und gezählt. Die Lithotypen / Cuttingtypen der so gezählten 50 – 300 Einzelkörner (je nach Variabilität der Cuttingzusammensetzung) werden dann jeweils in Prozent umgerechnet und in einer Datenbank abgespeichert.

Eine Cuttinganalyse ist für die Bohrspülproben fast aller Gesteine möglich.

Anwendung in der Geothermie

Zusätzlich zu den üblichen Analysen der Öl-/ Gasindustrie werden hydrothermale Minerale gesucht, die auf ein geothermische System in der Tiefe hinweisen können.

Die im einzelnen angewandten Analysemethoden entsprechen den bei der Analyse von Bohrkernen angewandten Methoden, soweit sie nicht größere Proben voraussetzen.

Literatur

Markus Wolfgramm, Christian Buse, Elena Mraz, Stefan Thiem: Analyse von Bohrklein: Methode sowie Cuttingatlas für Karbonate des Oberjura im Molassebecken, DGK, 2017

Meller, C., Kontny, A. & Kohl, T.: Identification and characterization of hydrothermally altered zones in granite by combining synthetic clay content logs with magnetic mineralogical investigations of drilled rock cuttings. In: Geophysical Journal International Nummer 199 (1) (2014), S. 465-479 

Reyer, D., Bauer, J. F., and Philipp, S. L.: Fracture systems in normal fault zones crosscutting sedimentary rocks, Northwest German Basin,. In: J. Struct. Geol., Nummer 45 (2012), S. 38-51 

Frydda Sandoval, J.B. Randle : Case Study: Biological Treatment of Geothermal Drilling Cuttings , World Geothermal Congress , 2010

Kratt, Chris; Calvin, Wendy; Lutz, Susan Juch : Spectral Analyses of Well Cuttings from Drillhole DP23-1, Desert Peak EGS Area, Nevada -- Preliminary Study of Minerals and Lithologies by Infrared Spectrometry , Geothermal Resources Council Transactions, 2004

Richard Gunderson, William Cumming, Doddy Astra and Colin Harvey : Analysis of Smectite Clays in Geothermal Drill Cuttings by the Methylene Blue Method: For Well Site Geothermometry and Resistivity Sounding Correlation , World Geothermal Congress , 2000

Werner Leu, Ladislaus Rybach, Ulrich Scharli , Thomas Megel & Beat Keller : New Thermal Property Data Base of the Swiss Molasse Basin Sediments: Integrating Wireline Logs, Cores and Cuttings , European Geothermal Conference 1999

Muraoka, Hirofumi : Petrochemical Profiling of The Aureole of The Kakkonda Granite Using Cuttings Samples Along The Well Wd-Ia, Northeast Japan , Geothermal Resources Council Transactions , 1997

S. Tanaka and C. Yoshida : Well Temperature Distribution During Drilling, and Thermal Conductivity of Cuttings by Needle Probe Method , New Zealand Geothermal Workshop , 1979

Weitere Literatur unter Literaturdatenbank und/oder Konferenzdatenbank

Weblink

http://en.openei.org/wiki/Cuttings_Analysis

zuletzt bearbeitet Mai 2020