Bohrlochgeophysikalische Messverfahren
Nachfolgende Tabelle zeigt eine Übersicht der von der BBi GmbH angebotenen geophysikalischen Bohrlochmessverfahren. (Zur Zeit einsetzbare Bohrlochgeophysikalische Messverfahren)
| Messverfahren (Abkürzung) | Interpretationsergebnis |
|---|---|
| Gamma Ray (GR) |
Messung der natürlichen Gammastrahlung des Gesteins, lithologische Gesteinsansprache, z. B. Sand-Ton-Schluff Charakterisierung
MESSUNG DER NATÜRLICHEN GAMMASTRAHLUNGDie mit der Gammasonde gemessene natürliche Gammastrahlung rührt vom Isotop Kalium 40 und von den radioaktiven Isotopen der Uran- und Thorium-Zerfallsreihen her. Diese Isotope sind Bestandteile von Tonmineralien, wobei sie normalerweise in einem festen Mengenverhä ltnis stehen. Die Gammamessung gestattet also im Regelfall, Ton- und Sandschichten zu unterscheiden und bei mehr oder weniger tonigen Sedimenten den Tongehalt abzuschätzen. Andere strahlungsaktive Mineralien, wie z. B. Glaukonit und Glimmer, die häufig auch in Sand- und Sandsteinschichten vorkommen, machen sich in gleicher Weise wie Tone bemerkbar. Sie können daher nur mit Hilfe zusätzlicher geophysikalischer Bohrlochmessungen (ES und FEL) und geologischer bzw. mineralogischer Informationen von den tonigen Sedimenten unterschieden werden. Der Zweck der Messung ist die Ermittlung von Schichtgrenzen, Unterscheidung von tonigen und nichttonigen Gesteinen sowie die Bestimmung des Tongehaltes bei tonigen Sedimenten. Die Auswertung erfolgt vorwiegend qualitativ, in Verbindung mit der Bohrprobenansprachen aber auch quantitativ. Bei einer deutlichen Ton-Sand-Wechsellagerung, d. h. einer Schichtenfolge, bei der sich eine Ton- und eine Sandlinie eindeutig festlegen lässt, kann für Schichten mit Mächtigkeiten > 1 m der Tongehalt bzw. der Ton-Schluff-Gehalt (Korngrößenanteil < 0,002 mm bzw. < 0,02 mm nach DIN 4022) überschlägig aus der GR-Kurve bestimmt werden. Dafür ist zunächst der Gamma-Ray-Index GRI zu ermitteln: GRI= (GR- GRsand)/(GRton-GRsand) Der Tongehalt oder der Ton-Schluff-Gehalt kann dann über eine Umsetzungsfunktion aus dem Gamma-Ray-Index ermittelt werden, deren Form vom Verfestigungsgrad des Gesteins und lokalen Gegebenheiten abhängen kann. Eine erste Näherung ist, den Gamma-Ray-Index mit dem Ton-Schluff-Gehalt (Korngrößenanteil < 0,02 mm) gleichzusetzen. |
| Kaliber (CAL) |
Bestimmung des Bohrlochkalibers, Bestimmung des Volumens des Verfüllmaterials beim Einbau der Pegelrohre, Hinweise auf Gerölle, grobkörnige Schichten und drückende Tone
MESSUNG DES BOHRLOCHKALIBERS (CAL)Die kontinuierliche Aufzeichnung des Bohrlochdurchmessers gibt Auskunft über die Abweichung des Kalibers vom Sollwert (Meißeldurchmesser). Auskesselungen deuten auf Lockermaterial oder Nachfallzonen, Bohrlochverengungen beobachtet man häufig bei quellenden Tonen sowie starker Filterkuchenbildung. Das Kalibermessgerät besitzt drei oder mehr Arme die je nach Durchmesser der Bohrung eine Spreizung erfahren, die in linearem Maßstab teufenabhängig dargestellt werden. Zweck der Messung ist die Bestimmung der Bohrlochgeometrie, sowie zu Korrek turzwecken bei nahezu allen radiometrischen Verfahren wie Gamma-Ray, Gamma-Gamma-Dichte aber auch bei Flowmetermessungen. Weitere Anwendungen sind Messungen zur Zustandskontrolle (Korrosion, Defekte) der Rohrinnenwand in ausgebauten Brunnen und Pegelrohren, Feststellen von Schweißnähten oder Schraubverbindungen sowie Bestimmung der teufenmäßigen Lage von Rohrschuhen. |
| Fokussiertes Elektrolog (FEL, BFEL) |
hochauflösendes Widerstandsverfahren zur Ermittlung geringmächtiger Schichten, lithologische Gliederung, Porositätsverfahren, Ausbaukontrollmessung MESSUNG DES SPEZIFISCHEN ELEKTRISCHEN GESTEINSWIDERSTANDES IN FOKUSSIERTER ANORDNUNG (FEL)Bei diesem Messverfahren wird der Stromfluss einer einzelnen Bohrlochelektrode durch oberhalb und unterhalb angeordnete Zusatzelektroden zu einer schmalen horizontalen Scheibe fokussiert. Mit dem FEL-Log können feine Wechsellagerungen detailliert aufgelöst werden. Bei extremen Widerstandskontrasten können Schichten im Dezimeterbereich noch angezeigt werden. Nachteilig ist, dass Widerstände im Bereich über 1000 Ohmmeter nicht mehr quantitativ erfasst werden können. Das FEL-Log verliert an Schichtauflösungsvermögen bei größeren Bohrlochdurchmessern und bei Vorhandensein von Spülungsinfiltration. Zweck der Messung ist die Auflösung feiner Schichtungen und Wechsellagerungen, Bestimmung des wahren Gebirgswiderstandes im Falle Rt/Rm>1. Ebenfalls eingesetzt werden kann das Verfahren in einer spezifizierten Variante (BFEL) zur Kontrolle des Ausbaus von Pegelrohren mit Kunststoffausbaumaterialien (HDPE, NORIP, PVC) zur Feststellung von Undichtheiten an den Schraubverbindungen und Defekten in den Rohrwänden sowie zur Kontrolle der Durchlässigkeit der Filterstrecken. |
| Widerstandsnormalen (ES 16/64") |
tiefeindringendes Widerstandsverfahren zur Bestimmung des Gesteinswiderstandes, Wasserspiegelanschnitt, Porositätsverfahren, Ausbaukontrollmessung MESSUNG DES SPEZIFISCHEN ELEKTRISCHEN GESTEINSWIDERSTANDES IN MEHRPUNKTANORDNUNG (ES)Über zwei auf der Bohrlochsonde angeordnete Stromelektroden wird ein automatisch konstant gehaltener Strom ins Gebirge geleitet. Das dabei zwischen zwei Spannungselektroden anfallende Signal ist dem spezifischen elektrischen Widerstand proportional. Die gemessenen Widerstände sind keine wahren Gesteinswiderstände, sondern sogenannte scheinbare Widerstände, weil die Messung immer in einem mit Spülung oder Wasser gefüllten Bohrloch stattfindet, dessen Einfluss nicht vernachlässigt werden darf. Standardmäßig wird mit zwei verschiedenen Elektrodenentfernungen gemessen: Die 16"-Normale hat eine geringe seitliche Aufschlusstiefe und ist daher relativ stark durch die Spülung und evtl. vorhandene Spülungsinfiltration beeinflusst, besitzt aber wegen ihres geringen Elektrodenabstandes eine relativ gute Schichtauflösung (bis etwa 0,75 m). Die 64"-Normale hat eine größere seitliche Aufschlusstiefe und kommt so mit ihrem Messwert dem wahren spezifischen Gesteinswiderstand näher. Die Schichtauflösung ist jedoch merklich geringer ( etwa 3,0 m ). Bei günstigen Schichtmächtigkeitsverhältnissen und Widerstandskontrasten können aus den scheinbaren Widerständen der beiden Kurven mit Hilfe von Korrekturdiagrammen die wahren spezifischen Widerstände des Gesteins ermittelt werden. Zweck der Messung ist die Aufnahme des Widerstandsverlaufs in der durchteuften Schichtenfolge, Bestimmung des wahren Gebirgswiderstandes, Ermittlung des Grundwasserspiegels. |
| Gamma-Gamma-Dichte (GG, RRK) |
MESSUNG DER GESTEINSDICHTEMit einer linearen Anordnung Gammaquelle-Bleiabschirmung-Detektoren lässt sich in einer Bohrung nach entsprechender Kalibrierung die Dichte des umgebenden Gesteins ermitteln. Am unteren Ende der Sonde befindet sich das gammastrahlende Präparat (Cäsium 137) und darüber mit unterschiedlichem Abstand zwei Szintillationskristalle als Detektoren. Die von der Quelle ausgehenden Gammastrahlen werden an den Elektronenhüllen der Gesteinsatome gestreut und je nach deren Dichte mehr oder weniger absorbiert (Compton-Effekt). Ein Teil der Streustrahlung gelangt zum Detektor und wird dort als Gamma-Gamma-Signal registriert. Das bei der Messung erfasste Volumen (Eindringtiefe) ist im wesentlichen von der Entfernung Quelle-Detektor und der Dichte des Gesteins abhängig. Seine horizontale Maximalausdehnung beträgt für eine Anordnung Quelle-Detektor 50 cm und einer Gesteinsdichte von 2,0 g/cm3 ungefähr Die Auswertung erfolgt computergestützt durch die Umrechnung der Impulsraten der beiden Kanäle unter Berücksichtigung der Kalibrierwerte und Korrekturtafeln in die Gesteinsdichte. |
| Flüssigkeitsdichte (FD) |
Messung der Dichte der Bohrlochflüssigkeit MESSUNG DER FLÜSSIGKEITSDICHTE (FD)Die Bestimmung der Dichte der Bohrlochflüssigkeit erfolgt mittels einer Kombisonde die Flüssigkeitsdichte und Temperatur registriert. Der Flüssigkeitsdichtesensor arbeitet nach dem Prinzip des schwingenden Stabes. Die Eigenfrequenz eines schwingenden Stabes wird durch seine Länge, Masse und die elastischen Eigenschaften des Materials bestimmt. Ersetzt man den Stab durch ein Rohr, so verändert das Medium, das sich im Rohr befindet, die Masse des schwingenden Systems und somit seine Resonanzfrequenz. Für die Dichte ergibt sich folgende grundlegende Beziehung: d = A * T2 - B wobei die Konstanten A und B durch das mechanische System bestimmt sind. T ist die Periode der Schwingung im Resonanzfall. Da die o. a. Gleichung aufgrund der Parameter A und B eine sehr flache Parabel darstellt, kann man auch bei eingeschränktem Dichtebereich mit einer linearen Annäherung arbeiten. Der Flüssigkeitsdichtesensor wird in zwei Medien unterschiedlicher, bekannter Dichte kalibriert und gestattet so die Bestimmung der Flüssikeitsdichte kontinuierlich im Bohrloch ohne Einsatz von Gammastrahlungsquellen. Unterschiedliche Temperaturen beeinflussen in der Regel das Verhalten des schwingenden Systems, der Schwingungsanregung, des Empfängers und der elektronischen Schaltung. Durch geeignete Maßnahmen wird der Einfluss der Temperatur auf die elektronische Schaltung beseitigt und der Einfluss auf die Schwingungsanregung und -abnahme minimiert. Der Einfluss der Temperatur auf die Elastizitätskonstante des Schwingrohrmaterials und die Wärmeausdehnung des Gesamtsystems wurde ermittelt und wird rechentechnisch kompensiert. Mit steigendem Druck nimmt die Dämpfung der Schwingung des Rohres zu. Durch eine geeignete Anregungsmethode wird erreicht, dass im gesamten Einsatzbereich (bis 1500 m) immer eine zur Auswertung ausreichend große Amplitude zur Verfügung steht. Kurzzeitige, große Druckänderungen führen zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenz. Langsame Druckänderungen, wie sie beim Befahren eines Bohrlochs auftreten, sind ohne nachweisbaren Einfluss auf das Messergebnis. |
| Impulsneutronenlog (INN) |
zweikanaliges Neutronenmessverfahren zu Bestimmung der Porosität, der lithologischen Schichtgliederung sowie der Wassersättigung IMPULSNEUTRONENVERFAHREN (INN)Das hier eingesetzte Impulsneutronenverfahren (aus dem englischen als Neutron-Lifetime-Log bekannt) unterscheidet sich zu den herkömmlichen Neutronenverfahren zuerst durch den Einsatz von Neutronenröhren anstatt stationärer Neutronenquellen. Diese Neutronenröhren sind im stromlosen Zustand nicht radioaktiv. Durch Anlegen einer Spannung senden diese Röhren einen gepulsten Neutronenstrom konstanter Energie ab. Zwei Detektoren unterschiedlichen Spacings (380 mm und 630 mm) empfangen die mit dem umgebenden Gestein wechselwirkenden thermischen Neutronen und messen deren Abklingzeit normiert auf den Anfangsimpuls. Eine sehr hohe Pulsfrequenz gestattet bei einer relativ geringen Messgeschwindigkeit (ca. 1 - 2 m/min.) einen sogenannten, aus der Seismik bekannten, Stapeleffekt so dass die erhaltenen Messwerte einen sehr geringen statistischen Messfehler beinhalten. Pro Neutronenstoß wird ein zeitliches Spektrum (aufgeteilt in mehrere sogenannte Zeitfenster) der wiederkehrenden thermischen Neutronen aufgezeichnet, welches durch nachfolgende computergestützte Bearbeitungen eine variable Eindringtiefe des Verfahrens gestattet. Somit kann die bohrlochnahe und bohrlochferne Zone (infiltrierter und nichtinfiltrierter Bereich) je nach Aufgabenstellung untersucht werden. Bei Messungen im offenen Bohrloch ist der nichtinfiltrierte Bereich interessant und somit Abklingzeiten im Bereich über 200 Mikrosekunden (mks). Zur Porositätsbestimmung werden die gemessenen Rohdaten nochmals mit dem zur Verfügung stehenden Porositätsprogramm bearbeitet, und Korrekturen zum Bohrlochkaliber und zum Spülungswiderstand angebracht. Aus den korrigierten Impulskurven wird dann ein neues TAU berechnet und aus diesem wiederum die Porosität. Bei der Porositätsberechnung geht man von einer Wassersättigung des umgebenden Gesteins von 100 % aus, sodass die Porositätsangaben im Profil über dem Grundwasseranschnitt verfälscht sind, wie auch bei allen anderen Neutronenverfahren. Eine Bestimmung der Porositäten im trockenen Bereich ist unter Einbeziehung der Widerstandsverfahren und der Gamma-Gamma-Dichtemessung möglich. Zweck der Messung ist die Bestimmung der Gesteinsporosität, die Ermittlung des Grundwasserspiegels und die lithologische Unterscheidung bindiger Horizonte. |
| Salinitätslog (SAL) |
Bestimmung des Spülungswiderstandes, Aussagen zur Grundwasserdynamik, Bestimmung von Zu- und Abflusshorizonten SALINITÄTSMESSUNGEN (SAL)Die Messausrüstung zur Messung des spezifischen Widerstandes in Normalanordnung gestattet auch die Messung des spezifischen Widerstandes der Bohrlochflüssigkeit. Hierfür wird an das Bohrlochmesskabel jedoch eine andere Sonde, die Salinitätssonde, angeschlossen. Die Elektrodenabstände auf dieser Sonde sind sehr klein (wenige cm), außerdem ist die gesamte Elektrodenanordnung an einem innen isolierten metallischen Rohr angebracht, durch das die Bohrlochflüssigkeit hindurchströmen kann. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Gesteinswiderstände die Messung nicht beeinflussen. Die Messung erfolgt während der Einfahrt der Sonde in das Bohrloch (sogenannte Ab-Messung), um den Spülungswiderstand in ungestörten Bedingungen zu messen. Zweck der Messung ist die Bestimmung des spezifischen Widerstandes der Bohrlochflüssigkeit und die Erkennung von Zu- und Abflüssen. |
| Temperaturlog (TMP) |
Bestimmung der Temperatur der Spülung zur Korrektur des Spülungswiderstandes, Aussagen zur Grundwasserdynamik MESSUNG DER TEMPERATUR DER BOHRLOCHFLÜSSIGKEIT (TMP)Es wird ein elektrisches Widerstandsthermometer verwendet, das die Temperatur im Bohrloch kontinuierlich in Abhängigkeit von der Teufe registriert. Die Messung erfolgt während des Einfahrens der Sonde in das Bohrloch. Die Sonde wird meist in Kombination mit dem Salinitätslog gefahren, da die Temperaturwerte zur Korrektur der Widerstandsmessung benötigt werden. Falls der örtliche Gebirgstemperaturverlauf unverfälscht gemessen werden soll, müssen allerdings die durch den Bohrvorgang hervorgerufenen Temperaturstörungen abgeklungen sein. Hierfür nimmt man als Minimalwert die gleiche Zeit an die das Bohren selbst beansprucht hat. Zweck der Messung ist die Ermittlung der Gesteinstemperatur, die Bestimmung der Spülungstemperatur zur Korrektur des Salinitätslogs und die Ermittlung von Zu- und Abflüssen. |
| Muffenlokator (CCL) |
Bestimmung der teufenmäßigen Lage von Rohrverbindungen bei stahlverrohrtem Ausbau ANZEIGE VON ROHRVERBINDUNGEN IN STAHLVERROHRUNGEN (CCL)Der Rohrverbindungsanzeiger ist ein offener Elektromagnet, dessen Magnetfluss durch Änderung der Wandstärke von Verrohrungen (Muffen und Gewinde) aber auch bei Schadstellen auftreten, verändert wird, sodass in der Spule eine Spannung induziert wird. Der Spannungsimpuls wird direkt als Messeffekt wiedergegeben. Zweck der Messung ist die Anzeige der teufenmäßigen Lage von Rohrverbindungen in Stahlverrohrungen sowie das Auffinden von Schadstellen. |
| Flowmeter (FLOW) |
Bestimmung der Fließraten von Bohrlochfluiden in verrohrten und unverrohrten Bohrungen MESSUNG DER FLÜSSIGKEITSSTRÖMUNG (FLOW)Bevor ein Brunnen oder ein Pegel in Betrieb genommen wird, wird in der Regel geprüft, aus welchen der durchteuften Schichten das Wasser zufließt. Infolge unterschiedlicher hydraulischer Durchlässigkeiten erfolgt dies gewöhnlich nicht auf der gesamten durchbohrten Profillänge. Zum Erhalt eines Strömungsprofils bedient man sich eines Flowmeters, welches kontinuierlich die vertikale Fließgeschwindigkeit des Wassers in der Bohrung registriert. Immer dann wenn das Flowmeter an einer fördernden Schicht vorbei abwärts fährt, geht die Umdrehungszahl des Messflügels um einen gewissen Betrag zurück, weil die dem Brunnen aus dieser Schicht zufließende, nach oben strömende, Wassermenge vom Flowmeter entsprechend erfasst wird. Es ergibt sich somit eine Art Treppenkurve, welche Zuflüsse, Abflüsse und Stillstand des Wassers in der Bohrung anzeigt. Zweck der Messung ist die Ermittlung des Anteils jeder fördernden Schicht an der Gesamtförderung einer durchteuften Schichtenfolge. |
| Packerflowmeter (PFLOW) |
Bestimmung des Verockerungsgrades von Filterbereichen in Grundwassermessstellen und Brunnen |
| Probenehmer (PROB) |
Entnahme von flüssigen und gasförmigen Proben aus definierten Bohrlochteufen |
| Suszeptibilitätsmessung (SUZ) |
Messung der Magnetisierbarkeit des umgebenden Gesteins, bestimmten Tonsperrenmaterials oder metallischen Gegenständen im Bohrloch. SUSZEPTIBILITÄTSMESSUNGDas Messverfahren gestattet die Bestimmung der Magnetisierbarkeit der Gesteine und Materialien zu bestimmen. In der Sonde befindet sich eine Spule mit einem Eisenkern, die von Wechselstrom mit einer Frequenz von 400 Hz durchflossen wird. Bei einer Änderung der magnetischen Suszeptibilität des umgebenden Gesteins oder Materials ändert sich auch die Induktivität und damit der Wechselstromwiderstand der Spule, der mit einer Brückenschaltung gemessen wird. Suszeptibilitätsmessungen werden in erster Linie zum Nachweis von ferromagnetischen Eisenerzen und anderen Erzen, die Magnetit und Magnetkies als Komponenten enthalten, eingesetzt. Daneben dienen sie zur Gliederung der Profile von Eruptiv- und metamorphen Gesteinen, die sich in ihrer magnetischen Suszeptibilität oft recht erheblich unterscheiden. Durch den Einsatz magnetithaltiger Tonsperrenmaterialien, wie z. B. Quellon HD, kann man das Suszeptibilitätsmessverfahren auch sinnvoll zur Bestimmung der Lage der Tonsperren in ausgebauten Grundwassermessstellen einsetzen. Da das Messverfahren eine hohe Messgenauigkeit besitzt, können bereits geringste Mengen nachgewiesen werden. |
| Endteufenbestimmung (ETB) |
Bestimmung der Endteufe mittels Geophon zur eindeutigen Abtastung von Endteufen in größeren Tiefen |
| Bohrlochabweichung (BA) |
Kontinuierliche Bestimmung des Bohrlochverlaufs nach Azimut und Neigung, Errechnung von Horizontal- und Vertikalprojektionen sowie der Endabweichung in x- und y- Richtung. |