DE2736181A1

DE2736181A1 - Einrichtung zum kernmagnetischen bohrlochmessen

Info

Publication number: DE2736181A1
Application number: DE19772736181
Authority: DE
Inventors: Richard N Chandler
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1976-08-23
Filing date: 1977-08-11
Publication date: 1978-03-09
Also published as: OA05743A; AR216769A1; NO145591C; EG13179A; GB1586812A; FR2363120B1; CA1058704A; NO145591B; US4035718A; NL7709066A; FR2363120A1; NO772522L

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Societe de Prospection Electrique Schlumberger Paris / Frankreich, 42, rue Saint-Dominique

betreffend:
"Einrichtung zum kernmagnetischen Bohrlochmessen¹¹

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum kernmagnetischen Bohrlochmessen bzw. Logging gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wie beispielsweise in der US-PS 3 538 429 beschrieben, v/ird eine Ausführungsform «iner Bohrlochmeßeinrichtung, welche bisher berücksichtigt worden ist, verwendet, um magnetisch polarisierbare, wasserstoffhaltige Fluide zu fühlen, die in Erdformation nahe bei der Einrichtung enthalten sind. Üblicherweise weisen diese sogenannten Einrichtungen zum "kernmagnetischen Bohrlochmessen" oder die sogenannten "NML-'-O'Nuclear-magnetism logging"-)Einrichtungen entweder eine oder zwei Polarisierungsspulen beträchtlicher Größe sowie eine zugeordnete Schaltungsanordnung auf. Obwohl besondere Fühlspulen verwendet werden können, ist es üblich, Schaltanordnungen vorzusehen, so daß die Polarisierungsspule selbst für diesen Zweck verwendet werden kann. Eine NML-Einrichtung d.h. eine Einrichtung zum kernmagnetischen Bohrlochmessen wird im allgemeinen so betrieben, um

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starke, kurzzeitig wirkende Magnetfelder an die Umgebungsformationen periodisch anzulegen. Bei dem anschließenden Zusammenbrechen dieser Felder v/erden dann eine oder mehrere Messungen erhalten, welche die anschließende freie Präzision von irgendwelchen polarisierten Wasserstoffkernen oder Portonen wiedergeben, die in den in der Iiähe befindlichen Formationsfluida enthalten sind. Diese Messungen weisen üblicherweise auf die Geschwindigkeit hin, mit welcher das gefühlte Signal schnell abfällt, sobald das Polarisierungsfeld entfernt wird.

Fachleute haben erkannt, daß die Polarisierungs- und Fühlspulen weitgehend von Materialien isoliert werden müssen, die magnetisierbar Bestandteile aufweisen oder eine makroskopisch magnetische oder paramagnetische Beschaffenheit haben. Darüber hinaus sollte als weitere Einschränkung die Spule auch so weit wie möglich von Stoffen mit gyromagnetisehen Eigenschaften getrennt sein, welche die Verwendung der Spule zum Fühlen der geforderten Formatioraeignale beeinflussen. Aufgrund dieser Einschränkungen sind infolgedessen bisher diese Polarisierungs- und Fühlspulen nicht in einem Gehäuse der Bohrlochmesseinrichtung untergebracht und eingeschlossen worden, das ein geeignetes Kohlenwasserstofföl enthält, wie es üblicherweise bei den meisten, aber nicht allen, anderen Arten von Ölfeld-Bohrlochmeßeinrichtungen benötigt wird, um das Innere des Gehäuses auf einem höheren Druck zu halten, der mit dem Bohrlochdruck vergleichbar ist.Gewöhnlich sind derartige öle sonst bei ungünstigen Voraussetzungen im Bohrloch gut geeignet; es ist jedoch allgemein bekannt, daß aufgrund deren Wasserstoffgehaltes eine Einrichtung zum kernmagnetischen Bohrlochmessen vollständig unwirksam gemacht wird. Kunststoffe, wie öle auf Fluorkohlenstoffbasis, und andere nichtwasserstoffhaltige Flüssigkeiten sind aus dem einen oder anderen Grund im allgemeinen nicht geeignet.

Um diese Schwierigkeit zu umgehen, ist es bisher bei der Anordnung von Einrichtungen zum kernmagnetischen Bohrlochmessen üblich gewesen, nur die zugeordnete elektronische Schaltungs-

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anordnung in einem entsprechenden druckfesten Gehäuse unterzubringen und die Polarisierungs- und Fühlspule oder die -spulen einfach ungeschützt in der Umgebung außerhalb des Gehäuses zu belassen. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß, obwohl Bohrlochfluida außerhalb der Polarisierungs- und Fühlspule üblicherweise nur wenige oder überhaupt keine Schwierigkeiten mit sich bringen, das Vorhandensein derartiger Fluida in den Grenzbereichen der Spule selbst ausgesprochen nachteilig und schädlich ist. Infolgedessen ist bei anderen Anordnungen die Polarisierungs- und Fühlspule oft in einem festen stabilen Körper aus Epoxi-Fiberglas oder einem ähnlichen, nichtmagnetischen Kunstharzmaterial untergebracht und verkapselt worden. Die Unterbringung und Verkapselung der Spule ist ,-jedoch im allgemeinen bei höheren Bohrlochtemperaturen nicht zufriedenstellend, da nur in begrenztem Umfang Energie sicher verbraucht und vernichtet werden kann, ohne daß bei der Verkapselung verwendetesKunstharzmaterial stark zu verschlechtern. Andererseits sind andere herkömmliche Einrichtungen versucht worden, um die Spule in einem sonst leeren Gehäuse entweder axis einem nichtmagnetischen, rostfreien Stahl oder aus einem Nichteisenmetall, wie Aluminium, zu umschließen. Diese Anordnung ist jedoch im Hinblick auf eine praktische Anwendung sehr begrenzt, da extrem dicke Gehäuse erforderlich sind, damit sie selbst mittelmäßigen Bohrlochdrucken widerstehen.

In der US-PS 5 042 855 ist beispielsweise noch eine weitere Methode vorgeschlagen worden, die Polarisierungs- und Fühlspule in einem hohlen Kunstharzkörper oder einem nachgebenden bzw. dehnbaren Beutel oder Sack unterzubringen und die Zwischenräume um die Spule herum mit einem fließfähigen, nichtmagnetischen Material zu füllen, das unter Druck gehalten wird. Um eine Beeinflussung beim Fühlen der Formationsssignale zu vermeiden, werden die Materialien für den Kunstharzkörper oder den Beutel sowie das fließfähige nichtmagnatische Material besonders ausgewählt, damit sie sehr viel längere Polarisationsperioden erfordern als die, die üblicherweise bei Bohrloch- und

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gleichartigen Fluida aufgetreten sind. In der vorerwähnten Patentschrift sind Materialien (wie Benzol oder mit Schwefelkohlenstoff verdünntes Benzol) mit außergewöhnlich langen Relaxationsperioden oder nichtwasserstoffhaltige Materialien (wie Tetrachlorkohlenstoff), die kein spinmagnetisches Induktionssignal ergeben, die einzigen Stoffe, bei welchen angegeben sind, daß sie sich als ein fließfähiges Material zum Isolieren der Spule eignen.

Fachleute haben natürlich erkannt, daß, wenn vermischte Materialien oder benachbarte Stoffe mit unterschiedlichen Reiaxationseigenschaften einem gemeinsamen Polarisierungsfeld ausgesetzt werden, es zu entsprechenden Präzessionssignalen kommt, die von ,jedem der Stoffe ausgehen, die jeweils zu dem mittels der Einrichtung gefühlten Gesamtsignal beitragen.Selbst wenn infolgedessen der Beitrag zu dem Gesamtsignal von den vorerwähnten Spulen isoliermaterialien allein durchaus kleiner sein kann, stellt dieser Beitrag trotzdem ein nicht erwünschtes Rauschsignal dar. Darüber hinaus hat auch keines der vorerwähnten Spulenisolierfluida thermische oder hydraulische Eigenschaften, welche selbst unter normalen Bedingungen in einem Bohrloch geeignet sind für eine Verwendung als ein v/irksames, druckkompensierendes Fluid in dem Gehäuse der Einrichtung. Das Verhalten derartiger Fluida bei erhöhten Druck- und Temperaturwerten in einem Bohrloch ist natürlich für kommerziell durchgeführte Bohrlochmessungen nicht annehmbar.

Gemäß der Erfindung soll daher eine umschbssene bzw. verkapeselte Einrichtung zum kernmagnetischen Bohrlochmessen mit einem Spulenisoliersystem geschaffen werden, welche sich gut für einen Betrieb bei ungünstigen Druck- und Temperaturwerten in einem Bohrloch eignet und entsprechend richtig ausgeglichen ist, ohne daß die Arbeitsweise der Einrichtung unzulässig beeinflußt v.'ird.

Gemäß der Erfindung ist dies mit Hilfe einer Einrichtung zum kernmagnetischen Bohrlcchmessen erreicht, v/elche in ein Bohr-

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loch heruntergelassen werden kann, das durch Erdformationen hindurchgeht, urd. welche folgende Einrichtungen aufweist: eine Einrichtung mit einer elektrischen Spule, die betätigbar ist, um vorübergehend ein elektromagnetisches Feld an derartige Erdformationen anzulegen, um die Kerne von wasserstoffhaltigen, gleichartigen Fluida kurzzeitig und vorübergehend zu polarisieren und um danach zu einem ausgewählten Zeitpunkt zumindest ein Meßssignal zu fühlen, das in der Spule entsprechend der freien Präzession derartiger Kerne nach dem Entfernen des Polarisierungsfeldes induziert wird; eine Einrichtung, welche die elektrische Spule isoliert und einen nichtmagnetischen Körper auf v/eist, der einen iluiddichten Raum festlegt, welcher die elektrische Spule umgibt und ein wasserstoffhaltiges öl mit einer homogenen Suspension vontolloidalen, ferromagnetischen Teilchen enthält, die in einer ausgewählten Konzentration darin verteilt sind, die ausreicht, um ein gesteuertes Abklingen von Rauschsignalen zu bewirken, die in der Spule entsprechend der freien Präzession von Wasserstoffkernen in dem wasserstoffhaltigen öl nach Entfernen des Polarisierungsfeldes induziert werden, wobei das gesteuerte Abklingen mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die ausreicht, um die Rauschsignale während des ausgewählten Zeitpunkts auf eine Amplitude zu dämpfen, die nicht größer ist als die des Meßsignale.

Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung ist somit eine Einrichtung zum kernmagnetischen Bohrlochmessen vorgesehen, wobei zumindest deren Polarisierungs- und Fühlspule in einer geschlossenen Kammer isoliert angeordnet ist, die ein besonders tehandeltes wasserstoffhaltiges öl enthält und vorzugsweise an ein entsprechendes Kompensationssystem angekoppelt ist, das betriebsmäßig vorgesehen ist, um auf Druck- und Temperaturbedingungen in einem Bohrloch anzusprechen. Insbesondere ist eine ausgewählte kleinere Menge eines ferrom agnetischen Kolloids in dem öl in einer ausreichenden Konzentration feinst verteilt, um eindeutig ein gesteuertes Abklingen von kernmagnetischen Rauschsignalen aus dem Spulenisolieröl zu bewirken, wobei dies Abklingen mit einer aus-

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gewählten Geschwindigkeit erfolgt, die ausreicht, um ein störendes Beeinflussen der Messung von kerrimagnetischen Keßsignalen von iird formt ionen zu vermeiden.

liachfolpend v/ird die Erfindung anliand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung gemäß dar Erfindung zum kermnagnetischen Bohrlochmescen; und

Fig. 2 grafisch einen Vergleich der Betriebsdaten einer Einrichtung gemäß der Erfindung zum kernmagnetischen Bohrlochmessen mit den Kenndaten herkömmlicher Einrichtungen.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung zum kernmagnetischen Bohrlochmessen dargestellt, wobei die Einrichtung durch ein bohrloch 11 bewegt wird, das durch eine oder mehrere Erdformationen, v/ie beispielsweise 12, hindurchgeht, welche gleichartige Fluida enthalten. Wie üblich, hängt die Einrichtung 10 zum Bohrlochmessen an einem üblicherweise armierten, elektrischen Kabel 13t das auf eine nicht dargestellte, mittels eines Motors angetriebenen Winde gewickelt ist, die an der Oberfläche angeordnet ist und vorgesehen ist, um erforderlichenfalls die Einrichtung in dem Bohrloch 11 anzuheben und abzusenken.

In der bevorzugten Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung 10 zum Bohrlochmessen ist die Einrichtung mit oberen und unteren Gehäuseteilen oder geschlossenen Metallgehäusen, wie beispielweise 14 und 15 versehen, wobei der obere Gehäuseteil die Teile des nicht dargestellten elektrischen Systems oder einer entsprechenden Schaltungsanordnung für die Einrichtung aufweist, und der untere Gehäuse-teil vorgesehen ist, um ein Druckausgleichssystem 16 gemäß der Erfindung aufzunehmen. Die Einrichtung 10 zum Bohrlochmessen ist auch mit Einrichtungen versehen, wie beispielsweise einem Paar in

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einem vorgegebenen seitlichen 'ibsüand voneinander angeordneter Metalls täbe odor langes treckcer Trageeile, beispielsweise 17, niit einem minimalen Querschnitt, welche die oberan und unteren Gehäuse teile 14 und 15 miteinandei' verbinden.

Wie bei kernmagnetischen Einrichtungen üblich, ist die Einrichtung IO mit Polarisierungs- und Fühleinrichtunken versehen, die zumindest eine mehrgängige bzw. mehrlagige Spule 18 aufweist, die mit der elektronischen Schaltungsanordnung der Einrichtung verbunden ist und vorgesehen ist, um periodisch ein starkes Ma^ietfeld an benachbarte ErdFormationen, •.vie beispielsweise an die- I¹Or;...ation 12_; anzulegen. Um die Spule 18 zu tragen, ist sie auf einen Kern 19 aus einem geeigneten nichtir.agnetischen Material, wie beispielsweise auf einen Keramikkörper, gewickelt, der zwischen den

im Abstand voneinander angeordneten Tragstäben 17 gehalten ist. Die Polarisierungs- und Fühlspule 18 ist vorzugsweise rechteckig ausgebildet, wobei die längere Seite der opulenwiniiangen parallel zu der Längsachse der Einrichtung 10 verlaufe, um so das maximal mögliche Polarisierungsfeld an die Erdf-orraationen, beispielsweise 12, anzulegen. Infolgedessen ist der Kern 19 vorzugsweise ein langgestrecktes Teil mit abgerundeten Enden, dessen Hauptachse im allgemeinen entlang der Längsachse der Einrichtung 10 verläuft und mit dieser zusammenfällt.

Bei der bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der dazwischenliegende Teil der Einrichtung 10 ferner mit einem langen dünnwaridigen Rohr 20 aus einem nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise Epoxy-Fiberglas, versehen, das sich für eine Verwendung in Bohrlöchern, wie dem Bohrloch 11, eignet. Wie dargestellt, ist das nichtmagnetische Gehäuse um den Polarisierungskern 19 und die Tragstäbe 17 herum angeordnet und seine oberen und unteren Enden sind beispielsweise an der Stelle 21 bezüglich dar oberen und unteren Gehäuseteile 14 und 15 der Einrichtung abgedichtet, um einen geschlossenen, fluiddichten Raum oder Hohlraum 22 festzulegen, der die Spule 18 vollkommen umgibt.

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Das neue DruclcausgloichsG.ystem 16 ist vorzugsweise in dem unteren Gehäuseteil 15 nn::c:> :\kio t, damit die elektrischen Elemente der Einrichtung 10 in den oberen Teilen angeordnet werden können. ^!./ie bei anderen Ausführungsiorrnen von Einrichtungen zum Bohrlochir.eGsen üblich, weist dar. Druckausgleichssysten 16 VOi^zupjsweise einen Kolben 23 auf, der in einer 1 Einiges treckten oder in Längsrichtung verlaufenden Bohrung 24 in dem unteren Gehäuseteil 15 beweglich angeordnet ist und normalerweise durch eine Feder 25 nach unten au einer Schulter 26 hin vorgespannt ist, die vorgesehen und festgelegt ist, um erforderlichenfalls das maximale oder volle Ausdshnungsvolunen einer geschlossenen Fluidkanraer 27 zu schaffen, die in diesem Teil der Bohrung über dem Kolben festgelegt, ist. Damit der Kolben 23 auf den Druck der Bohrlochfluida, wie beispielsweise 28 anspricht, steht der untere Teil der in Längsrichtung verlaufenden Bohrung 2'\- mit der Außenseite der Einrichtung 10 beispielsweise durch eine oder mehrere seitliche Öffnungen 29 in Verbindung, die im

unteren Ende des Gehäuseteils 15 vorgesehen sind. Der obere Teil dor Fluidkammer 27 ist beispielsweise durch einen Verbindungsdurchlaü 30 rdc der·. Kaum oder Hohlraum 22 verbunden. Diese übliche Anordnung schafft natürlich auch eine entsprechende Anpassung für Volumenänderungen in der Kammer 27» zu welchen es aufgrund von Druck- und Temperaturänderungen in dem Bohrloch 10 kommen kann.

Gemäß der Erfindung sind der geschlossene Raum 20, der Ver— bindungsdurchlaß 30 und die Fluidkammer 27 über dem Kolben 23 mit einem einzigen hydraulischen Fluid oder einem Ül 31 auf Kohlenwasserstoffbasis mit entsprechenden dielektrischen Eigenschaften sowie speziellen Kenndaten oder physikalischen Eigenschäften, die insbesondere geeignet sind, um eine Störung von kernmagnetischen Signalen von benachbarten Erdformationen, wie 12 zu vermeiden. In diesem Zusammenhang wird an die vorausgehenden Ausführungen erinnert, daß irgendein hydraulisches Fluid auf Kohlenwasserstoffbasis (wie beispielsv/eise Univis (eingetragenes Warenzeichen) J-58, das zur Zeit von der Exxon Corporation in Houston, Texas entsprechend deren Formel Nr. 3131 ^x gefühlt

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hergestellt wird, und welches üblicherweise überall in der Industrie als ein herkömmliches druckausgleichendes oder dielektrisches Fluid bei anderen Auaführungsfornen von Bohrlochneßeinrichtungen verwendet wird) im allgemeinen als vollkommen unannehmbar und ungeeignet angesehen wird, um die Polarisierunrjs- und Fühlspulen in Einrichtungen zum kernmagnctischcn Eohrlochrnecsen au isolieren. Es ist jedoch festgestellt worden, daß derartige v;asserstoffhaltige Flüssigkeiten Tür eine Verwendung in der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 wirksam aufbereitet werden können, indem das Öl 31 allein mit kleineren Mengen eines Additivs oder Zusatzstoffes behandelt wird, das bzw. der wichtige makroskopische, magnetische Eigenschaften hat.

Insbesondere ist herausgefunden worden, daß durch Zusätzen von gemessenen kleineren Kenger: voni^lloidalen magnetischen Teilchen (welche mittels entsprechender Oberflächenaktivierungsmittel u.a. in einer homogenen Suspension in einen: verträglichen Träger auf Clbasis gehalten sind) zu dem Druckausgleichsöl 31» die Gesamtheit der we.sserstoffhaltigen Flüssigkeit oder der Ölmischung wirksam behandelt oder in einem solchen Maße eindeutig abgeändert ist, daß_/wenn überhaupt, nur wenige störende oder nicht erwünschte kernmagnetische Signale aus der Öimischung vorhanden sind, welche den Empfang von kernmagnetischen Signalen aus gleichartigen Fluida in benachbartenErdformationen stören. Demgemäß ist von den Fachleuten erkannt worden, daß bei Anlegen eines Stroms an die Polarisierungsspule 18 ein charakteristische Anstieg in der reinen Kerninagnetisierung irgendeines wasserstoff haltigen Druckausgleichsfluids, wie beispielsweise des Öls 31 vorliegt, welcher verwendet v/erden kann, da er die Spule umgibt. Wie grafisch durch eine Kurve 32 in Fig. 2 dargestellt ist, hängt die Anstiegsgeschwindigkeit, wenn sie über der Zeit aufgetragen wird, natürlich von den genau festgelegten gyromagnetischen Eigenschaften des besonderen, speziellen Druckausgleichsfluid ab.

Beispielsweise stellt die Kurve 33 schematisch den üblichen Kernmagnetisierungsverlauf dar, welcher für der;u?tige nicht

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erwünschte Fluida erwartet v/erden kann, wie sie in der vorerwähnten US-FS 3042 855 beschrieben sind; in ähnlicher V/eise ist die Kurve 34 ein Beispiel für den Verlauf entweder bei üblichen gleichartigen Fluida oder bei nichtbehandelten, wasserstoffhaltigen Druckausgleichsölen mit einer lang anhaltenden Longitudinalrela:.ationszeit, welche gleich der von üblichen gleichartigen Fluida ist. Andererseits hat sich, wie grafisch durch die Kurve 32 gezeigt ist, bei Verwendung von Druckausgleichsöl 31 auf Wasserstoffbasis, das ausschließlich gemäß der Erfindung behandelt worden ist, herausgestellt, daß das einzigartige Öl einen charakteristischen Anstieg aufweist, welcher, wie dargestellt viel schneller ist als die Magnetisierungsanstiege der anderen zwei Pluida. Natürlich ist auch erkannt worden, daß ein bestimmtes, zu polarisierendes Fluid eine maximale Kemmagnetisierung in einer gewissen endlichen Zeit hat, welche unmittelbar zu dessen besonderen, speziellen gyromagnetischen Eigenschaften in Beziehung steht, wie dem Abstand von der Polarisierungsspule 18 und der Stärke des Polarisierungsfeldes. Wie anschließend erläutert wird, sollte jedoch beachtet werden, daß die besonders schnelle Anstiegszeit des Druckausgleichsöl 31 allein keine wesentliche Bedeutung für den Erfolg der Erfindung hat.

Stattdessen ist, wie am besten durch die grafischen Dar stellungen in Fig. 2 für verschiedene Signale gezeigt ist, welche beispielsweise mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 gefühlt werden können, aus der Kurve 35 zu ersehen, daß die Bedeutung der Erfindung hauptsächlich darin liegt, sicherzustellen, daß das kernmagnetische Signal, das mit Hilfe des Druckausgleichsöls 31 erzeugt wird, schnell auf einen unbedeutenden Pegel abgefallen ist, bevor Messungen von dem abfallendem Signal, wie beispielsweise bei 36, gemacht werden, das durch irgendwelche in der Nähe befindliche, gleichartige Fluida erzeugt wird. Infolgedessen ist im Hinblick auf einen guten Betriebsablauf vorzugsweise sichergestellt, daß das kernmagnetische Signal oder Rauschen von dem Druckausgleichsöl 31 auf einen Wert abgefallen ist, der nicht größer ist als der Rauschpegel des Systems ( siehe

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beispielsweise die gestrichelte Linie 37)» was beispielsweise mit Einrichtungen, wie der Einrichtung 10 ohnehin erreicht ist. Umgekehrt ist aus dem Kurvenverlauf bei $6 in Fig. 2 zu ersehen, daß eine übliche Verzögerung für kernmagnetische Signale , die von normalen gleichartigen Fluida (oder auch von üblichen, nicht behandelten Druckausgleichsfluida) stammen, so verläuft, daß diese Signale im allgemeinen für eine beachtliche Zeitdauer weit über dem Pegel des Systeiarauschens 37 liögeia, nachdem mit Messungen begonnen worden ist. Aus einem Vergleich mit dem Kurvenveriauf bei 38 ist zu ersehen, daß ein übliches wasserstoffhaltiges Fluid, wie beispielsweise in der US-PS 3 042 855 beschrieben, ein feststellbares, unerwünschtes oder störendes Signal aufweist, lange nachdem mit Signalmessungen begonnen worden ist.

Infolgedessen ist zu beachten, daß das spezielle Druckausgleichsfluid 31» in einer vorgegebenen Einrichtung, wie beispielsweise 10, zum kernmagnetischen Bohrlochmessen erforderlichenfalls besonders behandelt werden muß, um unter bestimmten Bedingungen im Bohrloch und bei genau festgelegten Betriebsverhältnissen der Einrichtung ein gewünschtes Verhalten bzw. einen entsprechenden Kurvenverlauf zu erreichen. Beispielsweise sollte der Fachmann auch beachten, daß der genau festgelegte Pegel des Systemrauschens, wie beispielsweise durch die Linie 37 angezeigt ist, ganz von bestimmten Umständen, wie dem Aufbau, der Ausführung sowie der Güte und Beschaffenheit der elektronischen Schaltungsanordnung in der Einrichtung 10 sowie von der besonderen Anordnung unidem Aufbau der Polarisierungs- und Fühlspule 18 abhängt. Infolgedessen bedingen beim Aufbau einer vorgegebenen Einrichtung, wie beispielsweise 10, zum kernmagnetischen Bohrlochmessen die besonderen Beziehungen zwischen den Amplituden des Anfangssignals und den Abfallraten bzw. -geschwindigkeiten des speziellen Spulenisolierfluids 31 sowie der gleichartigen bzw. verwandten Fluide, auf die üblicherweise beim Betrieb gestoßen wird, viele Faktoren, welche besonders durch Benutzung der üblichen Gleichungen sowie von empirischen Baten bestimmt werden müssen, wie beispielsweise in "The

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Principles of Nuclear Magnetism" von Abragam (Clarendon Press 1961) erläutert ist.

Folglich können, obwohl keine besonderen oder absoluten Grenzwerte gesetzt werden können, bestimmte Kriterien zumindest allgemeiner Art für einen auf diesem Gebiet tätigen Fachmann aufgestellt werden, damit die Erfindung ganz verstanden wird. Vor allem kann bzw. darf die Menge oder der Konzentrationswert ankolLoidalen magnetischen Teilchen, die in dem besonderen Spulenisolieröl 31 schweben, nicht einen Wert übersteigen, welcher die mittels der Spule 18 vorgenommenen Messungen der Präzessionssignale von den benachbarten oder umgebenden Erdformationen nennenswert stört. Aus einer mathematischen Analyse hat sich ergeben, daß Mischungen eines ferromagnetischen Fluids auf Ölbasis oder von Ferrofluid (eingetragenes Warenzeichen) (das in konzentrierter Form unter dar Katalognummer 4-HO3 von der Ferrofluidics Corporation of Burlington, Massachusetts hergestellt wirdj bei Konzentrationen von etwa 10 Volumenprozent in Univis J-58 öl (eingetragenes Warenzeichen) zu einer unzulässigen oder übermäßigen Signalstörung bzw. -interferrenz führen.Eine Mischung bei diesem maximalen Konzentrationswert hat eine Dichte bzw. ein spezifisches Gewicht von etv/a 0,90g/ml bei Raumbedingungen, was gleich den Eisenteilchen ist, die bei etwa 4 Gewichtsprozent der ganzen Mischung liegen.

Als Beispiel für einen entsprechenden Konzentrationswert hat sich herausgestellt, daß hervorragende Betriebsergebnisse mit der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 zum kernmagnetischen Bohrlochmessen bei Konzentrationen in der Größenordnung von nur 1 Volumenprozent des vorbeschriebenen Ferrofluids (eingetragenes Warenzeichen) in einem Univis J-58-Ö1 (eingetragenes Warenzeichen). Das spezifische Gewicht des vorerwähnten 4H03-Ferrofluids (eingetragenes Warenzeichen) beträgt bei 25° C

1,25g/ml, und seine magnetische Sättigung beträgf 400 Gauß. Infolgedessen liegt das entsprechende spezifische Gewicht dieser 1^-igen Lösung oder Mischung bei Raumtemperatur in der Grö£enoi*dnung von 0,87g/ml. Andererseits ist hieraus χ erhalten werden

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zu ersehen, daß eine Mischung von einem (1) Teil des 4H05 i'errofluids (eingetragenes Warenzeichen) in 99 Teilen des Univis J-58ÜIS (eingetragenes Warenzeichen) ungefähr 0,58g ferromagnetische Teilchen, die in etwa 87g des Öls feinst verteilt sind, uder etwa 0,4 Gewichtsprozent an derartigen Teilchen hat.

Ferner nuß zum anderen beachtet werden, daß die Menge oder der Konzentrationswert des ferromagnetischen Fluids,wie beispielsweise des vorerwähnten Ferrofluids (eingetragenes Warenzeichen), ausreichend hoch sein muß, um sicher zu sein, daß das unerwünschte freie Präzessionssignal in dem besonderen Druckausgleichsöl 31 niit einer ausreichenden Schnelligkeit auf einen annehmbaren Wert abfällt, welcher, wenn er nicht etwas darunter liegt, zumindest nicht größer ist, als der erwartete Wert der gesuchten Formationssignale zu dem Zeitpunkt, zu welchem derartige Messungen erhalten werden. Diese Differenz wird infolgedessen am besten dadurch erreicht, daß der Konzentrationswert des 4H03-ferromagnetischen Fluids in dem besonderen DruckausglaLchsöl 31 nicht kleiner ist als-etwa 0,1 Volumenprozent, wenn die Empfangsperiode beispielsweise so bemessen ist, daß sie 10 msek nach dem Ende der Polarisierungsperiode begonnen wird. Dieser untere Grenzwert ist eine Mischung der Größenordnung von etwa 0,04 Gewichtsprozent derartiger Teilchen in dem öl 31.

Folglich ist die Einrichtung zum kernmagnetischen Bohrlochmessen gemäß der Erfindung in der Weise außergewöhnlich gut angeordnet, daß sie vor ungünstigen Bedingungen und Verhältnissen im Bohrloch vollständig geschützt ist, aber noch wirksam kernmagnetische Signale aufnehmen kann. Dadurch, daß die Einrichtung mit einem wasserstoffhaltigen Ol umgeben ist, das ohne weiteres bei den Bedingungen und Verhältnissen im Bohrloch erhalten wird, werden die verschiedenen Teile der Einrichtung in ausreichender Weise geschützt. Andererseits ist eine Störung der wirksamen Feststellung bzw. Bestimmung von unerwünschten kernmagnetischen Signalen aus gleichartigen

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bzw. verwandten Fluida, welche das Schutzöl sonst zur Folge haben würde, eindeutig auf ein Minimum herabgesetzt, indem das öl mit kleineren Mengen von feinst verteilten ferromagnetischen ,kolloidalen Stoffen behandelt wird.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

.'1J Einrichtung sum kernmagnet j sehen Eohrlochmessen, die in ein Bohrloch absenkbar ist, das durchErdformationen hindurchgeht, gekennzeichnet durch eine Einrichtung mit einer elektrischen Spule (18), um kurzzeitig ein elektromagnetisches Feld an derartige Erdformationen (12) anzulegen, um vorübergehen! die Kerne von wasserstoffhaltigen, gleichartigen Plui'ia zu polarisieren, und um zu einem ausgewählten Zeitpunkt; danach zumindest ein Meßsignal zu fühlen und festzustellen, aas in der Spule (18) entsprechend der freien Präzessior. derartiger Kerne induziert wird, nachdem das Polarisationsfeld entfernt worden ist, und durch eine Einrichtung, welche die elektrische Spule (18) isoliert und einen nichtmagnetischen Teil (23) aufweist, der einen fluiddichten Raum (22) festlegt, welcher dieelektrische Spule (18) umgibt und ein wasserstoffhaltiges Öl (31) hat mit einer homogenen Suspension vonkolloidalen, ferromagnetischen Partikeln, die mit einer ausgewählten Konzentration darin feinst verteilt sind, die für ein gesteuertes Abfallen der in der Spule (18) induzierten iiauschsignale entsprechend der freien Präzession von V/asserstoffkernen in dem wasserstoffhaltigen Öl nach dem Entfernen des Polarisationsfeldes ausreicht, wobei das gesteuerte Abfallen mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die ausreicht, um die Rauschsignale zu dem ausgewählten Zeitpunkt auf eine Amplitude zu dämpfen ., die nicht größer ist als die des Meßsignals.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewählte Konzentration der ferromagnetischen Teilchen etwa 0,04 Gewichtsprozent des wasserstoffhaltigen Öls (31) beträgt.
3· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewählte Konzentration der ferromagnetischen Partikel etwa 0,4 Gewichtsprozent des wasserstoffhaltigen Öls (31) beträgt.

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ORIGINAL INSPECTED
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennz ei cn neb, daß die gewählte Konzentration der ferromagnetischen Teilchen nicht größer als etwa 4 Gewichtsprozent des wasserstoffhaitigan Öls (31) ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Druckausgleichseinrichfcung, um das wasserstoffhaltig öl (31) in dem fluiddichten Raum

(22) auf erhöhten Druckwerten au halten, die den äußeren Druckv/erten im Bohrloch (11) entsprechen.

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