DE908645C

DE908645C - Method for finding electrically insulating, special drilling layers

Info

Publication number: DE908645C
Application number: DEM785D
Authority: DE
Inventors: Dr Oscar Martienssen
Original assignee: DR OSCAR MARTIENSSEN
Current assignee: DR OSCAR MARTIENSSEN
Priority date: 1939-06-11
Filing date: 1939-06-11
Publication date: 1954-04-08

Description

Verfahren zum Auffinden elektrisch isoleirender, speziell erdölführender Schichten Das seismische Reflexionsverfahren zum Auffinden dichter Gebirgsschichten unter Tage hat sich gut bewährt. Bei diesem Verfahren wird durch eine {Explosion über Tag eine Druckwelle (Schallwelle) in den Boden gesandt welche an dichten Schichten, z. B. an gewachsenem Fels, reflektiert wird. Die an der Oberfläche eintreffende Reflexionswelle wird mit geeigneten Apparaten beobachtet und aus der Laufzeit der Welle die Tiefe der reflektierenden Schicht berechnet. Erdölführende poröse Schichten können nach diesem Verfahren nicht gefunden werden, da sie die Schallwellen nicht reflektieren.Process for finding electrically insulating, especially oil-bearing ones layers The seismic reflection method for finding dense mountain layers underground has proven itself well. In this process, an {explosion During the day a pressure wave (sound wave) is sent into the ground, which occurs in dense layers, z. B. on natural rock, is reflected. The one arriving at the surface Reflection wave is observed with suitable apparatus and from the transit time of the Wave calculates the depth of the reflective layer. Petroleum-bearing porous layers cannot be found by this method as they cannot detect the sound waves reflect.

Mit elektromagnetischen Wellen kann man elektrisch leitende Schichten innerhalb eines nichtleitenden Mediums durch Reflexion dieser Wellen an den Schichten feststellen, nicht aber isolierende Schichten in einem leitenden Medium, wie sie durch erdölführende Schichten unterhalb wasserdurchtränkter Schichten gegeben sind, denn die elektromagnetischen Wellen werden in einem leitenden Medium so stark gedämpft, daß sie tiefer liegende Erdöllager nicht erreichen können, und sie werden von diesen ungehindert hindurchgelassen. Electromagnetic waves can be used to create electrically conductive layers within a non-conductive medium through reflection of these waves on the layers find, but not insulating layers in a conductive medium like them are given by petroleum-bearing layers below water-soaked layers, because the electromagnetic waves are dampened so much in a conductive medium, that they cannot reach deeper-lying oil deposits, and they become of these let through unhindered.

Bekanntgeworden ist ferner ein Verfahren, hei nvelchem ein elektrischer Gleichstrom in den Boden gesandt wird, also nicht eine elektromagnetische Welle, sondern eine elektrische Ladung, und der Anstieg dieses Stromes nach Schluß des Stromkreises beobachtet wird. Die Anstiegkurve ist bei homogenem Untergrund eine gleichmäßig verlaufende logarithmische Kurve, bekommt aber Buckel und Riffel, wenn sich isolierende Schichten auf dem vom Strom durchflossenen Weg befinden, und diese Buckel rücken von dem Nullpunkt der Kurve um so weiter ab, je tiefer die isolierende Schicht liegt. A method has also become known, he nvelchem an electrical one Direct current is sent into the ground, i.e. not an electromagnetic wave, but an electric charge, and the rise of this current after the end of the Circuit is observed. The rise curve is a homogeneous subsurface evenly running logarithmic curve, but gets humps and flutes when there are insulating layers on the path through which the current flows, and These humps move away from the zero point of the curve, the further the deeper the isolating one Layer lies.

Man hat auch Wechselstrom sehr kleiner Frequenz (zwei bis fünf Wechsel pro Sekunde) benutzt und die Buckel auf der Wechselstromkurve beobachtet. One also has alternating current of very low frequency (two to five alternations per second) and observed the humps on the AC curve.

Beide Methoden versagen bei tiefer liegenden isolierenden Schichten. Both methods fail with deeper-lying insulating layers.

Demgegenüber wird bei der vorliegenden Erfindung nicht ein Dauerstrom in den Boden gesandt, sondern ein Stromstoß, und nicht die Anstiegkurve beobachtet, sondern die Abklingkurve. Auf dieser Kurve werden ebenfalls die bei isolierender Schicht im Boden auftretenden Buckel beobachtet und aus der Lage der Buckel an der Kurve auf die Tiefe der isolierenden Schicht geschlossen. In contrast, the present invention does not use a continuous current sent into the ground, but a surge of electricity, and not observed the rise curve, but the decay curve. On this curve are also those with isolating Observed the hump occurring in the soil and from the position of the hump on the layer Curve closed on the depth of the insulating layer.

Diesem neuen Verfahren liegt folgender Gedankengang zugrunde: An der isolierenden Schicht staut sich die durch den Stromstoß dem Boden zugeführte elektrische Ladung; diese ruft eine Potentialerhöhung an der Schicht hervor. Diese wieder bedingt einen Rückstrom von Elektrizität zur Sendestelle, also eine Art Reflexion der Ladung. This new method is based on the following train of thought: An the insulating layer accumulates that which is fed to the floor by the current surge electric charge; this causes an increase in potential on the layer. These again causes a return flow of electricity to the transmission point, so a kind of reflection the cargo.

Kommt diese reflektierte Ladung zur Ladestelle, so verzögert sie die Potentialabnahme an dieser, erzeugt also einen Buckel auf der Abklingkurve.If this reflected charge arrives at the loading point, it delays it Potential decrease at this, so it creates a hump on the decay curve.

Die Methode, nicht Dauerströme, sondern Stromstöße zu verwenden und die Abklinglturve dieser zu beobachten, hat zwei wesentliche Vorteile: Der größte Teil der in den Boden gesandten Elektrizität breitet sich oberhalb der isolierenden Schicht im Boden aus, und diese Schicht wird nur von einem lileinen Teil erreicht. Infolgedessen sind auch die an der Erdoberfläche beobachteten Potentialerhöhungen um so kleiner, je tiefer die Schicht liegt. Bei der alten Methode, die Anstiegl<urve zu beobachten, addiert sich nur ein sehr kleiner Rückstrom zu dem schon fast auf den Maximalwert gekommenen Gleichstrom und wird wegen seiner relativen Kleinheit nicht mehr erkennbar. Bei der Beobachtung der Abklingkurve addiert sich der Rückstrom zu dem bereits auf sehr kleinen Wert abgesunkenen Zustrom und bleibt demnach auch bei tiefer liegenden Schichten durchaus beobachtbar. The method of using not continuous currents but current impulses and Observing the decay curve of these has two main advantages: The greatest Part of the electricity sent into the ground spreads above the insulating one Layer in the soil, and this layer is only reached by a purple part. As a result, the potential increases observed on the earth's surface are also observed the smaller the deeper the layer lies. With the old method, the rise curve observed, only a very small reverse current almost adds up to this the maximum value come direct current and is because of its relative smallness no longer recognizable. When observing the decay curve, the reverse current is added to the influx, which has already fallen to a very small value, and therefore remains quite observable in deeper layers.

Ferner ist der Rückstrom dem Maximalwert des Zustromes proportional, und man muß infolgedessen bei tiefer liegenden Schichten den Zustrom so groß wie möglich nehmen. Nun ist aber die auf einem transportablen Gerät zur Verfügung stehende Energie beschränkt. Man kann eine Stromquelle von einigen Kilowatt mit sich führen, nicht aber von einigen hundert Kilowatt. Die bei einer so kleinen Energiequelle zur Verfügung stehende Stromstärke genügt bei Messungen mit Gleichstrom und Wechselstrom nicht. Arbeitet man dagegen mit Stromeniladungen eines Kondensators, bei welchem der hohe Wert des Entladestromes nur während Viooo Sekunde oder weniger vorhanden ist, und läßt man etwa fünf Entladungen pro Sekunde stattfinden und benutzt die Zwischenzeiten zur Aufladung des Kondensators, so kommt man mit einer Stromquelle aus mit einer rund roomal so kleinen Energie wie beim Arbeiten mit Gleichstrom oder Wechselstrom. Die nur fünfmal pro Sekunde auftretende Entladungskurve erscheint trotzdem dem beobachtenden Auge als Dauerkurve. Furthermore, the return current is proportional to the maximum value of the inflow, and consequently, in the case of deeper layers, the influx must be as great as take possible. But now it is available on a portable device Energy limited. You can carry a power source of a few kilowatts with you, but not from a few hundred kilowatts. The one with such a small source of energy The available current is sufficient for measurements with direct current and alternating current not. If, on the other hand, one works with current charges of a capacitor, in which the high value of the discharge current only exists for a few seconds or less is, and let take place about five discharges per second and use the Intermediate times to charge the capacitor, that's how you get with a power source from with around roomal as little energy as when working with direct current or Alternating current. The discharge curve, which occurs only five times per second, appears nevertheless to the observing eye as a continuous curve.

Kombiniert man dieses neue Verfahren mit dem seismischen Reflexionsverfahren, so kommt man zu einer eindeutigen Bestimmung. Reflexion bei beiden Verfahren deutet auf eine dichte, isolierende Schicht hin, z. B. gewachsenen Fels, Reflexion nur bei der elektrischen Ladung, nicht beim Schall, zeigt an, daß man es mit einer nicht dichten oder festen, aber isolierenden Schicht zu tun hat; derartige Schichten sind aber in erster Linie Schiditen, die Erdöl oder Erdgas führen. If you combine this new method with the seismic reflection method, so one arrives at an unambiguous determination. Reflection in both procedures suggests towards a dense, insulating layer, e.g. B. solid rock, reflection only the electrical charge, not the sound, indicates that you cannot deal with one dense or solid, but insulating layer has to do with; such layers are but primarily Shidites who carry oil or natural gas.

Nachstehend sollen Beispiele zur Ausführung dieses Verfahrens gegeben werden. In Fig. I ist ein Markonisender abgebildet, wie er in der ersten Zeit der drahtlosen Telegrafie benutzt wurde. 4 ist eine Antenne genügend großer Kapazität, F eine FunLenstrecke mit Kugelelelrtroden, R ein Transformator, angeschlossen an eine Wediselstromquelle zur Erregung hoher Spannungen, B eine geerdete Leitung. Sobald die Spannung in der Sekundärwicklung des Transformators einen genügend hohen Wert erreicht hat, schlägt bei F ein Funlte über, die Antenne entlädt sich durch B zur Erde, und die in A aufgespeicherte Elektrizitätsmenge fließt durch B dem Erdboden zu. Der zeitliche Verlauf des Stromes in 1 ? oder auch der Spannung an B gegenüber einem mittleren Nullwert nach jedem Funkenübergang ist in der Fig. 2 dargestellt für den Fall, daß der Widerstand der Leitung B klein ist. Dagegen ist der Stromverlauf asymptotisch gemäß Fig. 3 bei großem Widerstand der Leitung. Wird bei F an Stelle der Kugelfunkenstrecke eine Löschfunkenstrecke nach Wien benutzt, welche einen Rückfluß der Ladung nach der Antenne A verhindert, so wird die Entladung, auch wenn der Widerstand von B klein ist, gemäß Fig. 3 verlaufen. Examples of how this method can be carried out are given below will. In Fig. I an awning sender is shown as it was in the early days of the wireless telegraphy was used. 4 is an antenna of sufficient capacity, F a spark gap with spherical electrodes, R a transformer connected to a Wediselstromquelle for the excitation of high voltages, B an earthed line. As soon as the voltage in the secondary winding of the transformer becomes sufficiently high Has reached a value, a spark flashes over at F, the antenna discharges itself through B to earth, and the amount of electricity stored in A flows through B to the earth to. The time course of the current in 1? or the voltage at B. a mean zero value after each spark transition is shown in FIG in the event that the resistance of the line B is small. In contrast, the course of the current is asymptotically according to FIG. 3 with a high resistance of the line. Used in place of F. the spherical spark gap uses a quenching spark gap to Vienna, which has a return flow the charge after the antenna A is prevented, so will the discharge even if the resistance of B is small, as shown in FIG. 3.

Befindet sich nun unterhalb der Senderanordnung eine erdölführende isolierende Schicht, so wird die Ladung an dieser reflektiert, und die Reflexion macht sich an dem Strom- bzw. Spannungsverlauf in B bemerkbar. Bei einem großen Widerstand der Erdleitung B oder bei Verwendung einer Löschfunkenstrecke erhält man eine Entladungskurve statt nach Fig. 3 nach Fig. 3 a. Die in dieser Figur angegebene Zeit T ist die Zeit. welche gebraucht wird für die Durchlaufung der Ladung von der Erdoberfläche bis zur isolierenden Schicht und für den Rücklauf der reflektierten Ladung zur Erdoberfläche. There is now a petroleum bearing below the transmitter arrangement insulating layer, the charge is reflected on this, and the reflection becomes noticeable in the current or voltage curve in B. With a big one Resistance of the earth line B or when using a quenching spark gap a discharge curve instead of FIG. 3 according to FIG. 3 a. The one indicated in this figure Time T is the time. which is used for the passage of the cargo from the Earth's surface up to the insulating layer and for the return of the reflected Charge to the surface of the earth.

Natürlich kann auch unter Umständen eine mehrmalige Reflexion beobachtet werden, d. h. eine Schwingung, wie in Fig. 3 a angedeutet, entstehen. Of course, multiple reflections can also be observed under certain circumstances be, d. H. a vibration, as indicated in Fig. 3a, arise.

Ist nun die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ladung im Gebirge durch Versuch ermittelt, so liefert die Zeit T die Tiefe der erdölführenden Schicht.Is now the speed of propagation of the charge in the mountains through When the experiment is determined, the time T provides the depth of the oil-bearing layer.

Statt einer Antenne kann auch gemäß Fig. 4 eine Batterie Leydener Flaschen, ein Hochspannungskondensator od. dgl. als Elektrizitätsspeiclaer vorgesehen werden. Vorteilhaft wird datum die Erdverbindung der Rückleitung D des EXondellsators C zur Erde in größerer Entfernung von der Elektrode der Leitung B angebracht. Die beste Reflexionswirkung bekommt man, weim die eine der Elektroden oberhalb der erdölführenden Schicht liegt, die andere außerhalb. Fährt man daher mit der Meßeinrichtung über die erdölführende Schicht hin und beobachtet in festen Abständen, so lassen sich aus dem Auftreten der Reflexion und dem Verschwinden derselhen die Grenzen der erdölführenden Schicht angenähert bestimmen. Instead of an antenna, a Leydener battery can also be used, as shown in FIG Bottles, a high-voltage capacitor or the like. Provided as an electricity storage device will. Date is advantageous Earth connection of the return line D of the EXondellsator C to earth at a greater distance from the electrode of the line B attached. The best reflection effect is obtained when using one of the electrodes above the oil-bearing layer, the other outside. One drives therefore with the measuring device over the oil-bearing layer and observed in solid Intervals, so can be deduced from the appearance of the reflection and the disappearance of these approximate the boundaries of the oil-bearing layer.

Die galvanische Verbindung mit der Erde kann auch durch eine kapazitive Verbindung gemäß Fig. 5 ersetzt werden. In dieser Figur ist A1 wie bisher eine Antenne, A2 das sogenannte Gegengewicht, eine dicht über dem Roden isoliert aufgehängteAntenne. Die Antenne A1 kann auch dargestellt werden durch ein isoliertes Dach des Meßwagens, die Gegenantenne A2 durch einen isoliert unter dem Meßwagen angebrachten Boden aus SIetall, so daß durch diesen isolierten Boden die Ladung auf den Erdboden übertragen wird. Man kann dann während der Fahrt messen und braucht keine Elektrode anzubringen. The galvanic connection with the earth can also be made by a capacitive one Connection according to FIG. 5 can be replaced. In this figure, A1 is an antenna as before, A2 the so-called counterweight, an antenna which is suspended insulated close above the clearing. The antenna A1 can also be represented by an insulated roof of the measuring vehicle, the counter antenna A2 by an insulated floor mounted under the measuring carriage SIetall, so that the charge is transferred to the ground through this isolated ground will. You can then measure while driving and do not need to attach an electrode.

Der Kathodenstrahloszillograph, welcher zur Beobachtung des Spannungsverlaufs an der Erdleitung B dient. muß so eingerichtet sein, daß sein Kippgerät erst durch den Entladungsvorgang selbst zum Ansprechen gebracht wird. Ein derartiger Elektronenstrahloszillograph ist z. B. in der Zeitschrift der AEG-Meß- und Fernmeldetechnik, Bd. 1, Heft 2, S. 105, von a. Bigalke beschrieben worden. Man bekommt dann bei jeder Kondensatorentladung auf den Schirm des Oszillographen die gleiche Kurve, und bei genügend häufigen Entladungen erscheint dem beobachtenden Auge die Kurve als Dauerhild. The cathode ray oscilloscope, which is used to observe the voltage curve on the earth line B. must be set up so that its tilting device only through the discharge process itself is made to respond. Such an electron beam oscilloscope is z. B. in the journal of the AEG measuring and telecommunications technology, vol. 1, issue 2, p. 105, from a. Bigalke has been described. You then get with every capacitor discharge the same curve on the screen of the oscilloscope, and with sufficiently frequent discharges the curve appears to the observing eye as a permanent picture.

Claims

PATENT CLAIMS I. Method for finding electrically insulating, especially oil-bearing layers in the ground through surface measurements, thereby characterized in that a strong electrical charge intermittently aperiodically the earth is supplied and the course full current or voltage of the individual surges by means of Cathode ray oscilloscope od with tilting device. The like. Is observed and the after the steep rise, running in the manner of an exponential curve, sloping branch occurring corrugations the presence of the insulating layers and, by their position on the curve, a measure of the distance between these layers go off.

2. Apparatus for applying the method according to claim 1, characterized by means of a so-called awning transmitter with antenna that feeds the load to the ground and creaking sparks, in which by switching on a relatively high resistance a non-periodic course of the charge transfer is achieved in the earth connection will.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that instead of one Creak spark gap a quenching spark gap to Vienna is used to aperiodic To achieve decay of the charge.

4. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized in that instead A capacitor grounded at one end is used for the antenna.

5. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized in that the earth connection is accomplished capacitively by an antenna or metal plate that insulates is placed close to the ground.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that it is in the form a measuring car is designed, in which the antenna as an insulated roof, the Counterweight is designed as an insulated floor.

Cited publications: German Patent No. 489,434; U.S. Patent No. I 911 137.