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Bohrlochmessung

Beispiel von Bohrlochmessungen mit Auswertung der Lithologien. Quelle: ISOR

Bohrlochmessungen (well logging, borehole logging, wireline logging) sind Messungen physikalischer Größen in einer Tiefbohrung. Erhalten werden die Messwerte als Funktion der Tiefe. Die Messungen werden mit an einem Kabel (wireline) verfahrenen Sensoren durchgeführt. Es werden heute eine Vielzahl von Messungen angeboten. In der Regel sensieren sie nur den Nahbereich der Bohrung (cm bis m). Tiefer ins Gebirge blickende Sensoren werden als 'deep looking' bezeichnet. Erste Messungen (des elektrischen Widerstandes) wurden von Schlumberger Anfang des 19. Jahrhunderts durchgeführt.

Aufgabe der geophysikalischen Bohrlochmessungen ist es, die Bohrlöcher, ihre nächste Umgebung sowie den umgebenden Untergrund zu untersuchen. Bohrlochmessungen gehören zu den wichtigsten Messverfahren bei Tiefbohrungen. In der Bohrlochgeophysik kommen vornehmlich geoelektrische, magnetische und akustische Verfahren sowie Radar und Radioaktivität verwendende Verfahren zum Einsatz. Mit ihrer Hilfe werden in den Bohrlöchern lithologische, petrophysikalische, lagerstättentechnische Eigenschaften sowie gefügekundliche und bohrtechnische Daten aufgenommen.

Zum Teil haben die Bohrlochmessungen das zeit- und kostenintensive Kernen von Bohrstrecken ersetzt bzw. reduziert. Bohrlochmessungen haben auch den entscheidenden Vorteil gegenüber den Untersuchungen im Labor, dass sie unter in-situ Bedingungen in der natürlichen Umgebung durchgeführt werden.

Die Ermittlung hydraulischer und gebirgsmechanischer Charakteristika aus geophysikalischen Bohrlochvermessungen erfordert sensitive Instrumente (Bohrlochmessgeräte), die den hohen Druck- und Temperaturbedingungen in Geothermiebohrungen standhalten.

Diese Messsonden werden in das Bohrloch eingefahren und zeichnen während sie herabgelassen und/oder heraufgezogen werden Messkurven entlang der Bohrachse auf, sog. logs. Die Messsonden sind über ein Kabel mit einer Registrierstation verbunden und können natürlich auch während spezieller Tests oder Untersuchungen in einer bestimmten Tiefe abgehängt werden, um dort die zeitliche Variation der Messwerte aufzunehmen.

Bei den bohrlochphysikalischen Messungen wird zwischen Messungen der physikalischen Größen der Bohrlochumgebung, Messungen zur Bohrlochgeometrie und Messungen der Eigenschaften der Flüssigkeit im Bohrloch (Spülung, Formationswasser) unterschieden. Die physikalischen Größen der Bohrlochumgebung können mit passiven oder aktiven Messsonden auf Einwirkungen von außen, wie z. B. auf das elektrische Eigenpotential, das magnetische Feld oder die natürliche Radioaktivität. Die aktive Messung nutzt künstlich erzeugte Signale, wie z. B. elektrische Ströme, nukleare Teilchen oder seismische Wellen, die in die Gesteine eindringen. Gemessen wird quasi die Wechselwirkung mit dem Gestein.

Zu den Messungen der Bohrlochgeometrie gehören das Bohrlochkaliber, die Bohrlochneigung und der Bohrlochazimut. Zu den wichtigsten messbaren Eigenschaften der Flüssigkeit im Bohrloch gehören die Temperatur, die Salinität oder elektrische Leitfähigkeit, das Redoxpotential und der pH-Wert.

Das Bohrlochmesskabel dient nicht nur der mechanischen Halterung der Sonde, sondern es hat zusätzlich die Aufgabe die Sonde mit Strom zu versorgen, die Messwerte zur übertägigen Registriereinheit zu übertragen und die Tiefenposition der Sonde und damit des Messwertes zu erfassen.

Eine Alternative zu den kabelgeführten Sensoren sind in das Bohrgestänge eingebaute Sensoren (measuring while drilling, borehole shuttle). 

Anwendung in der Geothermie

In der Geothermie werden heute fast alle aus der Erdöl- Erdgasexploration bereitgestellten Messmethoden eingesetzt.

Technologienbaum Bohrlochmessungen

Tabellarische Zusammenfassung

Parameter

Anwendung

Sonden Bezeichnung

Beispiele typischer Sonden-Abkürzungen

Art

Bohrlochwand Abbil-dungen

Bohrlochbedingungen/-stabilität, strukturelle Kennzeichen, Schichtung, Laminierung, Fracs (offen/geschlossen), Bohrlochwandausbrüche, Spannungsfeld Orientierung durch Ausbruchrichtung & induzierte vertikale Brüche

Acoustic Imager (Televiewer)

BHTV, ABI, UBI, CBIL, CAST

d

Wie oben, aber nur Orientierung des Spannungsfeldes durch induzierte vertikale Brüche

Electric Image

FMS, FMI, STAR, EMI

d

wie Acoustic Imager, aber nur ein-setzbar in klarem Wasser, nicht Bohrspülungen

Optical Imager

OPTICAL SCANNER

d

strukturelle Kennzeichen, Schich-tung, Laminierung, Fracs, Span-nungsfeld Orientierung durch Aus-bruchrichtung (Mehrfacheinfahrten)

Dipmeter

DIP, SHDT, HDT

i

Kaliber, Bohrloch Ge-ometrie/ Orientierung

Bohrlochbedingungen: Durchmes-ser, Form, Volumen, Orientierung/Richtung, Verlauf, Spannungsfeld Orientierung durch Ausbruchrichtung (Mehrfachein-fahrten), technische Bohrlochin-spektion

Caliper, Oriented Caliper, Geo-metry Tool, Gyro Survey

BGL, CAL-ORI, DIP

d

Dichte

Lithostratigraphie, Kern-Log Korre-lation, davon abgeleitet:: Porosität, Mineralienerkennung

Density

LDT, DENS, FDC

i

Elektrischer Widerstand

Lithostratigraphie, Art der Leitfähigkeit, metallisch/elektrolytisch, Fluid Invasion, Porosität, berprüfung von magnetotellurischen & elekt-romagnetischen Modellen

Laterolog Re-sistivity

DLL, LL3

d

Induction Re-sistivity

DIL, IND

d

Micro-Resistivity

SFL, MRS

d

Elemente Ti,Ca,Fe,S, Ti,Cl,H

Mineralische Zusammensetzung von einzelnen Gesteinstypen, Lithostratigraphie

Elemental Sonde

ECS, GLT

i

Gassättigung

Lagerstättencharakterisierung

Lagererstätten Pa-rameter

RST

i

Schwerkraft

Groß-maßstäbliches Dichteprofil (auch in verrohrten Bohrlöchern), Bestätigung von gravimetrischen Modellen

Bohrloch Gravimeter

BHG

d

Magnetische Suszeptibilität

Kern-Log Teufenkorrelation, Ablagerungsstratigraphie, inter- & intra Lavafluss Unterscheidung, Bohrlochschrott Metallerkennung, Lithologie

Sus-Log

MSUS, MagSUS

 

Magnetfeld

Profil des magn. Feldvektors

Magnetometer

BHM

d

magnetische Gesamtfeldstärke

Bohrloch Geom-etrie

DIP, BGL, CAL-ORI, Imagers

d

Natürliche Radioaktivität

Lithostratigraphie, Tonvolumen, Kern-Log Teufenkorrelation

Total Gamma Ray

GR

d

U, Th & K Konzentration, Lithostratigraphie, thermische Energieproduktion, Klufterkennung

Natural Gamma Spectrum

 

i

Porosität

Lagerstättencharakterisierung, Kluft/Fließwegerkennung, Litholo-gie, Oberfläche, Verfestigung

Neutron Porosity

NPOR, PORO

i

Nuclear Magnetic Resonance

NMR, CMR

i

Schallgeschwindigkeit

Lithostratigraphie, Verfestigung, Lagerstättencharakterisierung, Kluft/Fießwegerkennung, seismische Schallaufzeiten

Sonic

BS, BCS, DS

d

Spülungsparameter: Temperatur, Druck, Widerstand, Fluß, Fluidproben

Kluft/Fießwegerkennung & Charak-terisierung, Fließverhalten, Zirkula-tionswege tiefer Wässer, Tempera-turgradient Fluidfluß, hydr. Transmissibilität & Permeabilität, Spülungsdichte, Zementkopf- Er-kennung, Gaserkennung, Fluidpro-ben; oftmals kombiniert mit hydr. Testen

Mud Parameter, Temperature, Salinity Flowmeter

TEMP, MP TEMPSAL, MRES FLOW, FM, MPFM, DIGISCOPE

d

Gesteinsproben

Gesteinsanisotropie, Strukturanaly-se, Auffüllen von Kernlücken

Sidewall Coring Tools, Formation Sampler

MSCT, RFT

d

d = direkt gemessen, i = indirekt, d.h. der Wert wird z.B. durch Processing errechnet

Literatur

Stober I., und Bucher, K.P.: Geothermie. Berlin – Heidelberg: Springer Verlag/ Springer Geology, 2012. S. 224ff.

Fricke, S. & Schön, J. : Praktische Bohrlochgeophysik. Stuttgart : Enke Verlag, 1999

Baker Hughes, 2002: Introduction to Wireline Log Analysis

Steingrimsson, 2011: Geothermal Well Logging: Geological Wireline Logs and Fracture Imaging

Glenn et al., 1982: Review of Well Logging in the Basin and Range Known Geothermal Resource Areas

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Dodd, P. H., and Eschliman, D. H.: Borehole logging techniques for uranium exploration and evaluation. in S. H. U. Bowie, M. Davis, and D. Ostle, eds., Uranium prospecting handbook: proceedings of a NATO sponsored advanced study institute on methods of prospecting for uranium minerals, 244-276. Aufl. London : Institution of Mining and Metallurgy, 1971 

Ellis, D., V., Singer, J., M.: Well logging for earth scientists. Dortrecht : Springer, 2008 

George, D. C.: Total count gamma-ray logging: correction factors and logging model grade assignments. in Uranium exploration methods, proceedings symposium Paris, 729-751. Aufl. Nuclear Energy Agency, Organisation for Economic Co-operation and Development, 1982 

Hesshaus, A., Houben, G., & Kringel, R.: Halite clogging in a deep geothermal well – Geochemical and isotopic characterisation of salt origin.. In: Physics and Chemistry of the Earth, Nummer 64 (2013), S. 127-139 

Schlumberger Educational Services: Logging while drilling. 1993 

Scott, J. H.: Pitfalls in determining the dead time of nuclear well-logging probes. In: Society of Professional Well Log Analysts Nummer Twenty-First Annual Logging Symposium Transactions (1980), S. paper H 

Wagner, R., Kühn,M., Meyn, V., Pape, H., Vath, U., Clauser, C.: Numerical simulation of pore space clogging in geothermal reservoirs by precipitation of anhydrite. In: Int. J. of Rock Mech. and Mining Sc. Nummer 42 (2005), S. 1070-1081 

Weitere Literatur unter Literaturdatenbank und/oder Konferenzdatenbank.

Weblinks

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

http://www.spektrum.de/lexikon/geowissenschaften/bohrlochgeophysik/2192 

zuletzt bearbeitet Mai 2020