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Technical Report NTB 87-20
Interpretation of hydraulic testing at the Weiach borehole
Der vorliegende Bericht enthält die Resultate der hydrogeologischen Auswertung aller auswertbaren, in der Bohrung Weiach ausgeführten Einfachpacker- und Doppelpackerversuche und der H-Log-Tests (Hydrogeological Reconnaissance Tests). Zehn der 37 technisch erfolgreichen Versuche wurden mit einer Einfachpacker-Ausführung ausgeführt. Im Oberen Muschelkalk wurde im temporären Casing ein External Casing Packer (ECP) gesetzt und ein Pumpversuch durchgeführt. 26 Abschnitte wurden mit einer Doppelpacker-Konfiguration getestet. 3 davon wurden nacheinander mit konstantem Packerabstand durchgeführt; sie stellen somit eine systematische Testserie (H-Log) dar. In 28 Abschnitten wurde ein HTT-Gerät (Hydraulic Test Tool) verwendet. In 7 Abschnitten wurde ein DST-Gerät verwendet und die Versuche als Drill-Stem-Test ausgeführt. In einem der Versuche wurde ein DST-Gerät benutzt, um den Testabschnitt für die Durchführung eines Pumpversuches zu isolieren. Alle Tests wurden mit einem oder mehreren der folgenden Testtypen durchgeführt: Slug-Tests, Pulse-Tests, Drill-Stem-Tests (DST) und Pumpversuche.
Die im vorliegenden Bericht besprochenen Versuche decken den Bohrlochabschnitt zwischen 188 m und dem Bohrlochende bei 2482.2 m ab (Tiefenangaben als scheinbare Tiefe, d. h. als Bohrtiefe). Die Versuche erfolgten im Malm, Dogger, Lias, Keuper, Muschelkalk, Buntsandstein, Perm, Karbon und im Kristallin. Die Versuchs- und Interpretationsmethoden werden dargestellt. Die Daten wurden mit dem Graph Theoretic Field Model (GTFM) von INTERA ausgewertet, das die Berücksichtigung der Bohrlochgeschichte und der thermisch induzierten Druckeffekte bei der Simulation der Versuche erlaubt. Weiter wurden zur Auswertung der Versuche graphische Interpretationstechniken nach HORNER angewandt.
Der Formationswasserdruck (und die ihm entsprechende SüsswasserDruckspiegelhöhe) wurde für zwei Testabschnitte, die eine verhältnismässig hohe Durchlässigkeit aufweisen, bestimmt. Die ermittelten äquivalenten Süsswasser-Druckspiegelhöhen in der Sedimentstrecke des Bohrlochs in Bohrtiefen von 984.2 und 1117.5 m betragen 412.6 bzw. 452.6 m ü.M. Die Ackersohle befindet sich 368.66 m ü.M. Die Bohrlochgeschichte, thermische Effekte oder unzulängliche Versuchsdaten verunmöglichten es, für die übrigen Versuchsabschnitte den Formationswasserdruck (und die entsprechende Druckspiegelhöhe) zu ermitteln.
Die hydraulische Durchlässigkeit wurde für 36 von 37 im Bericht beschriebene Intervalle abgeschätzt, und für 30 Intervalle mit einem empfohlenen Wert näher bezeichnet. Diese 30 Intervalle decken den gesamten kristallinen Bereich der Bohrung Weiach ab, und kennzeichnen jede der obengenannten sedimentären Formationen. Die ermittelten hydraulischen Durchlässigkeitsbeiwerte liegen in einem Bereich von 1.0 × 10-6 bis 3.0 × 10-13 m/s. Hohe hydraulische Durchlässigkeitsbeiwerte (grösser als 1.0 × 10-8 m/s) wurden für vier Zonen bestimmt: 188 – 267 m (Malm), 822 – 896 m (Muschelkalk), 981 – 990 m (Muschelkalk – Buntsandstein) und 1109 – 1247 m (Perm).
Für jede Versuchszone, für die ein Durchlässigkeitsbeiwert empfohlen wurde, wurde eine Schätzung der Unsicherheit für diesen Wert angegeben. Sie beruht auf einer Sensitivitätsstudie über den Einfluss des spezifischen Speicherkoeffizienten auf die Durchlässigkeitsbeiwerte. Dazu wurden die Simulationsrechnungen ergänzt durch Berechnungen unter Verwendung von zwei spezifischen Speicherkoeffizienten, die je eine Grössenordnung höher bzw. niedriger liegen als der angenommene Basiswert. Der Durchlässigkeitsbeiwert wurde für alle Simulationsrechnungen ermittelt, die erhaltenen Werte werden zusammen mit dem besten Schätzwert wiedergegeben, um die mögliche Variationsbreite des Durchlässigkeitsbeiwertes für jede Zone anzugeben. Die Simulationen der gemessenen Drücke lieferten für alle Versuchsabschnitte einen Schätzwert des spezifischen Speicherkoeffizienten. Dieser variiert in einem Bereich von 6.2 × 10-5 bis 2.1 × 10-7m-1.
Die im Bohrloch während den Versuchen gemessenen Temperaturen lagen im Sedimentabschnitt zwischen ungefähr 27°C und 88°C, in der Kristallinstrecke zwischen 96°C und 114°C. Ein genaueres Temperaturprofil der in der Bohrung Weiach durchquerten Formationen wurde bis in eine Bohrlochtiefe von etwa 2400 m aus den Logs der Messfahrten mit dem High Resolution Thermometer (HRT) und dem Auxiliary Mud Resistivity (AMS) und dem Vergleich dieser Temperaturmessungen mit den in den hydraulischen Tests bestimmten Temperaturen erhalten. Die in den HRT- und AMS-Logs zu Beginn des Jahres 1985 gemessenen Temperaturen dürften die ungestörten Formationstemperaturen darstellen. Der aus diesen Messungen ermittelte thermische Gradient beträgt 4.7°C/100 m.
Die Auswertung der hydraulischen Versuche der Bohrung Weiach wurde erschwert durch verschiedene Probleme, darunter als wichtigste die hohen Bohrlochtemperaturen in der Tiefe, schlechter Packersitz und eine oft ungenügend bekannte Bohrlochgeschichte. Die mit den hohen Temperaturen zusammenhängenden Probleme äusserten sich meist als Versagen der Packer oder der Transducer. In den Fällen, wo diese Effekte die Unsicherheit der Auswertung signifikant erhöhten, wurde versucht, den Unsicherheitsfaktor abzuschätzen.