1  

WWA A 

11

Thfluseanorparoimbe

Anonaqaqhyunth

Thhyseex

W

P

A

P

A

A

C

T

 

WWIIRREEBIMONTHND MINER

Groundw

The imp

Blocking

.. OOvveerrvviiehe  formatiouid.  The  fluedimentary fnd vugs. It mr  bound  waarticles.  Its ocks,  is  oftmpermeable earing forma

n intersectinn the surrouquifer  or  anquifer, it canydraulic presnder hydraule surface wh

his  terminoloydrology, theeen more as xplorer and t

Term

Water table 

Pressure head

Aquifer 

Perched water

Aquitard 

Aquiclude 

Confining bed 

Transmissivity

EELLIINNHLY BULLETRAL EXPLO

water 

peller flow

g coal sea

eeww  ‐‐  ggrroo

n  compriseuid  is  presormations aay be free water,  adsorbfreedom,  e

ten  restricterocks.  A 

ation is referr

g borehole wnding matrixn  open  fra fundamentassure regimeic pressure chen intersect

ogy  has  deve distinction a  threat  th

the geotechn

m 

A

  A

Ato

r table  T

Ap

A

Aro

y  A

NNEE WWTIN FOR WRATION 

wmeter 

ms 

uunnddwwaattee

es  rock  matent  interstis well as in f

water, in porebed  onto  teven  in  peed  by  surrpermeable 

red to as an 

will have littx but, if it picture  linkedally change t. A confinedcaused by itsted by a bore

veloped  in  tis blurred) ban as a blesnical enginee

A variable surf

A hydraulic pre

A permeable (po the surface 

The surface of 

A  rock  layer wpumping wells

A rock layer wi

An aquitard oroof or floor.  

A measure of t

WWOORRWIRELINE L

eerr

trix  and tially  in fractures e spaces, iny  clay ermeable rounding water‐

aquifer. 

tle effect erces an d  to  an the local  aquifer, s connectionehole, in wh

the  groundwbut it appliesssing. Beforeer, it is worth

face below wh

essure imbala

primary or secwhen a press

a confined aq

with  low  perms and it can co

ith zero perm

r aquiclude, ab

the rate at wh

RRKKSSHHOGGERS A

n to an elevatich case the 

water  explors very much te consideringh looking furt

B

hich all rocks a

nce or gradie

condary) formure gradient i

quifer that is l

meability.  It onfine an aqui

eability, usua

bove or below

hich water can

HHOOPP AND GEOSC

ted groundwregime is re

ration  and  pto geotechnig how  the  lother at the re

Basic meaning

are submerge

nt causing po

mation that allis applied. 

ocated above

might  containfer. Clay‐rich 

lly unfracture

w an aquifer, t

n flow through

CIENTISTS 

water reservoferred to as 

production  iical studies aogger can heelevant term

g 

d. 

otential for gro

lows water to

e the local wat

n water  it  burock like shale

ed igneous roc

that forms an 

h an aquifer.  

Issue 11 –

ENGAGED

oir, might reartesian.  

ndustry  (hydas well, wherelp both  thems. 

oundwater flo

o migrate to a 

ter table. 

ut  does  not  ye for instance

ck. 

impermeable

– May 2015 

D IN MININ

lease water 

drogeologyre aquifers ae groundwat

ow. 

borehole or 

yield water  t. 

e confining 

NG 

to 

or are ter 

o 

2  

Hydrology  is all about porosity, permeability, confinement and pressure. Taking a simple example of a vertical borehole drilled  into horizontal beds with only minor  confinement,  there  is no pressure  imbalance. We  can cause one by pumping out some water. The water level in the borehole and surrounding rock falls, resulting in a local  "drawdown"  and  "cone  of depression"...a  pressure  reduction  that draws  water  into  the  borehole  through permeable  formations.  The  deeper  the drawdown,  the  greater  the  pressure imbalance. This  is known as the hydraulic "head" and is measured in metres or feet. 

 

Drawdown and water ingress 

 

In this scenario, without the pump, there is  no  pressure  imbalance  and  no  water flow up and down  the borehole.  In order to  detect  any  inflow  points, whether  for groundwater or geotechnical studies,  it  is necessary  to  pump water  into  or  out  of the borehole. The pressure applied to the borehole column depends on the change in water level with respect to the ambient water table. If, for instance, the water table was located at 50 metres depth, the water level in the borehole could be raised to 0 metres by topping up and holding  the  level at  the  surface. 50 metres of water pressure  (approximately and practically referred  to  as  50 decibars or  5 bars)  is  applied  to  the borehole  column  below  the water  table.  The  rate of reverse  (positive)  flow  could be measured at  the  surface and  recorded  in  litres per hour at 5 bars pressure. Conversely, if water is pumped out, the pressure imbalance is determined by measuring the depth of drawdown below the natural water table. 

Where  there  is groundwater movement up and down a borehole column, there has to be a pressure imbalance, natural or induced. Natural flows within a borehole column are common and are the subject of study by hydrologists. These flows result, again, from a pressure imbalance caused by varying connected aquifer elevations. Natural is perhaps the 

wrong word, because the flows would not exist if the borehole were not there. It is the pressure imbalance (the  hydraulic  head),  in  this  case,  that  is  natural, rather than induced. 

Where  the  hydraulic  head  is  not  great  enough  to bring borehole water to the surface, there could still be  small  flows up and down  the borehole between discrete  aquifer  intersections.  Movements  of  fluid can be logged using some type of flowmeter. 

Subtle  flows  might  require  a  very  sensitive flowmeter device  to measure  them. They are often not detected by the mechanical  impeller flowmeter. In  this  scenario,  some  form  of  stationary measurement tool will be the best option.  

The  stationary  or  point  measurement  systems include,  for  flows  exceeding  2  centimetres  per minute, heat‐pulse and electro‐magnetic sondes. The most  popular  is  the  heat‐pulse  flowmeter.  This device  is  designed  to  log  natural  flows  between 

3  

ingress and egress points  in  the borehole. For very  slow  flows, where  these  tools cannot operate effectively, some form of tracer method must be tried.  Regardless,  if  a  fluid  flow exists, it can usually be measured. 

 

An artesian basin with hydraulic head caused by topographic elevation 

 

Flow  rates  may  be  restricted  by limited  permeability  of  the  rock mass, the type of fracturing or by the vacuum  effect  caused  by  an aquitard. Major  flooding will require more  than  one  intersection  of  a confined aquifer, natural or drilled. If the  aquitard  in  the  diagram  on  the right were pierced a second time half way up the hill, the rate of flow  into the basin will increase.  

Measuring aquifers is a complex business.  

The volume of the aquifer depends on porosity, the fraction (0 to 1) or percentage (0 to 100%) of air or water‐filled pore spaces in a volume of rock. It is denoted by the symbol Φ and is usually measured, in mineral logging, as a percentage of the total volume of a particular rock (for instance SST%). Refer to the January 2015 bulletin. 

The  flow  potential  of  an  aquifer  depends  on  its  hydraulic  conductivity,  denoted  as  K.  It  is  the  effective 

permeability of the formation. This is the intrinsic permeability, a constant measured in darcys and millidarcys, (mostly in the millidarcys, sand has a permeability of about 1 darcy) modified by the density and viscosity of the fluid in the pores. It is length per time, feet per day, for instance, under a hydraulic gradient of 1 ft per 1ft.  

This  can  be  confusing  because,  although  it  is  referred  to  as  feet  per  day,  it  is  not  just  length,  it  is  also  a volume...feet of fluid per square foot per day. It is feet per day of a cross sectional area of aquifer measuring 1 ft 

by 1 ft. Note that a cubic foot is equivalent to 7.48 US gallons or 28.3 litres of water, approximately. 

K = κγ/μ where   κ  is the  intrinsic permeability of the formation, γ  is  the density of  the water and μ  is  its viscosity.  The  modification  is  often  small  because fresh water has a density of 1  (gm/cc) and, at 20 °C, has a viscosity of 1.002 (mPa.second).  

The  estimated  rate  of  flow  of  an  aquifer  is  called transmissivity.  It  represents  the  volume  of  water flowing through a cross sectional area of an aquifer. It  is denoted  as T  and equals hydraulic  conductivity multiplied by  the aquifer  thickness, B. The  thickness is the aquifer's vertical thickness. So ... T = KB. 

For  example,  using  the  metric  SI  system,  if  the 

horizontal  hydraulic  conductivity  of  an  aquifer  (K) was  10  metres  per  day  (through  a  cross  sectional area of 1 square metre) and  its thickness  (B) was 20 metres,  the  transmissivity  of  the  aquifer  would  be 200 metres per day or 10 x 1 x 20 = 200 cubic metres or 200,000 litres of water per day. 

4  

This is interesting but not much to do with the daily work of the wireline logger. It is included to allow the logger to  converse  in  a meaningful way with  his  hydrological  client. Wireline  loggers  can  assist  the  hydrologist  by logging  the  borehole  caliper  (varying  cross‐sectional  area),  the  natural  gamma  ray  count  (lithology  and  clay fraction of the formation), the porosity (from neutron, density and sonic  logs) and the rate of flow at a known pressure head. The logger cannot measure permeability directly. His tools include: 

Three or four arm caliper sonde 

Fluid temperature and conductivity sonde (usually combined) 

Fluid sampler 

Water quality (including Ph, oxygen, nitrate, pressure, redox) 

Flowmeter (spinner, heat‐pulse or electromagnetic) 

Acoustic televiewer (fracture orientation and aperture) 

The most  popular  stationary  (point) measuring  device  for  flow  up  and  down  a  borehole  is  the  heat‐pulse flowmeter. The reference, in this case, is a pulse of warmed borehole fluid created by an element in the sonde then  detected  and  timed  as  it  passes upwards or downwards, from the source of heat, past a thermistor. The sonde must be stationary during measurement.  

 

A heat‐pulse flowmeter (RG) 

 

It  is  very  sensitive, being  able  to measure flows  of  as  little  as  2cm  per  minute.  At slower flows, the heat pulse dissipates and warms  to ambient  temperature.  Logging a borehole  takes  a  lot  of  time  and,  in  very slow flows, ambiguous results are common and require multiple recordings to assure veracity of the data. This is, however, a proven and effective tool for groundwater study. 

The  electromagnetic  flowmeter  provides  both  sensitivity  and  the  ability  to move,  albeit  slowly,  along  the borehole column while capturing data. It operates according to Faraday's law of induction, which states that the 

voltage  induced  across  an  electrical  conductor moving  at  right  angles  through  a magnetic  field  is directly  proportional  to  the  velocity  of  the conductor.  The  electromagnet  creates  a  strong magnetic  field  across  the  flow  passage.  As  water (the conductor)  flows  through  the magnetic  field, a voltage  is  generated  which  is  proportional  to  the average  water  velocity  across  the  magnetic  field. The  induced  voltage  across  the  electrodes  is measured  by  the  tool's  electronics.  The  polarity  of the generated voltage  is dependent on direction of flow  (this  description was modified  from  the USGS website). 

For  very  sensitive  (ultra  slow  flow  rate)  logging applications,  tracer  flowmeter  techniques may  be employed.  These  are  chemical  (usually  brine), optical  (food  dye)  or  radioactive  (short  half‐life) tracers  that  are  injected  into  the  borehole  and detected  later  after  being  moved  upwards  or downwards by water flow. The chemical tracer may 

5  

be detected using a  fluid  conductivity  sonde and  the  food dye by a borehole camera or by  the  (rather more costly) optical  televiewer. Radioactive  tracer depths will be  logged by a simple gamma sonde. These methods detect very small rates of flow. Fluid flow may be monitored after several hours, or even days.  

The radioactive tracer, usually an injected isotope of iodine with a half‐life of 8.1 days, is very sensitive (it can be detected through casing or pipe) but is not used in groundwater studies. These methods are expensive and not ideally suited to routine logging.  

For faster flows of fluid, gas and even air, the impeller flowmeter or “spinner” is recommended. It is the most common logging probe used for measuring vertical fluid movement in boreholes and is a relatively inexpensive and reliable instrument.   

Where flow is induced for groundwater production or geotechnical analyses, the spinner is essential because it may be trolled quickly along the borehole, thus identifying the exact water ingress or egress depth. 

In recent times, the use of the acoustic or optical televiewer for groundwater studies has become very popular, particularly where open fractures are the main conduit for water flow into the borehole. 

22.. MMeeaassuurreemmeenntt  FFooccuuss  

A review of one wireline log measurement 

The Spinner Flowmeter Log 

The spinner is a mechanical device designed to measure flow up or down  the borehole column while stationary or, more commonly, trolling along the bore at about ten metres  per  minute..  It  may  be  employed  effectively where flow rates exceed 50 centimetres per minute.  

A spinner flowmeter (Geovista) 

 

The  impeller will not kick off at  such a  small  flow  rate but  a  change  in  flow  of  that  magnitude  should  be noticed by a good  tool design  if  the  impeller  is already spinning (due to the sonde's movement along the bore). It  is  not  always  necessary  but  centralisation  is  a  good idea.  In  some  circumstances,  the  centralisation  can  be  fitted  to  a  sinker  bar  to make  sure  the  tool  runs downwards smoothly through a borehole against strong upward flow. If flow is too fast for the impeller to cope (count rate plateaued out), the  tool should be run  in the same direction as  flow at high speed. True  flow per minute can then be calculated after allowance for tool movement and direction. If that fails, and it sometimes will  in gas flows or when the  logger only has a  large  impeller, the practical option,  if no smaller cage/impeller size is available, is to restrict the cage aperture with plastic tape. 

Unlike the more sensitive point‐measurement systems, the spinner gives us what we  really  like  to have; a wiggly  line...a continuous, objective,  high  resolution  measurement  plotted  against  depth which can be juxtaposed with other log curves or images. 

The  spinner  flowmeter comprises a  three or  four blade helical  impeller mounted on a  shaft held by  two  low friction and very hard jewelled bearings. The bearing assembly, which might include a tensioning spring, can be adjusted by the logger. The friction of the shaft with lightweight plastic impeller mounted on these bearings and the effect of  the  tensioning   spring must be overcome before any movement may be noticed by  the sonde's 

6  

electronics. Optical  and magnetic  counting  systems  are employed  although  the  latter, based on Hall  voltage detection, is the most common option.  

The  logger  should  hold  the  sonde  and  shake  it gently.  If  the  shaft  rattles,  it  is  not  tensioned sufficiently. He should tighten the adjustment screw just until  the  shaft  stops  rattling, no more. Correct tensioning  makes  a  big  difference  to  sonde performance. 

Tool  designs  vary  so  sensitivity,  minimum detectable  flow  rate,  counts  per  revolution  and maximum  recordable  rotation  rate depends on  the tool employed. The  stated minimum  flow of 50cm per  minute  is  probably  the  best  that  can  be achieved with a spinner.  

A  conservative  flow  threshold,  for operational planning purposes, is better set  at  1 metre  (3  feet)  per minute  for continuous (trolling) measurements. 

The spinner flowmeter may be used to measure gas flows but, in mineral logging, it is most often employed to log groundwater.  In  this scenario,  the minimum data set would  include  flowmeter  (revs or CPS), winch speed (metres or feet per minute) and borehole caliper (centimetres or inches diameter). Applications include: 

Identifying ingress points for artesian flow 

Identifying permeable zones and measuring flow rates in production wells during pumping 

Measuring flow rates from perforated casing sections during pumping (long term monitoring) 

Identifying far field open fractures with flow potential for geotechnical studies 

In groundwater production, it is important to locate the ingress points in a borehole. In major, large diameter, groundwater wells, steel or PVC casing must be set  in place with perforated or screened sections aligned with 

the main aquifer  inflows. The wireline  logger can assist  in this  by  running  a  spinner  flowmeter  sonde  downwards during pumping.  

The  process  is  complicated  by  the  need  to  lower  the delicate  flowmeter  first  followed  by  the  submersible pump. The pump  is  then activated, making  sure  that  it  is deep enough  to avoid drying out but not  so deep  that  it limits  the  logged metreage  excessively. Good  judgement here is important. 

 

Pumping out and running in 

 

Flow direction  is upwards  (negative  flow)  so  the greatest measurement sensitivity  is achieved by running the sonde downwards.  Inflow points are described by a drop  in flow rate as the sonde descends. 

What we need to measure is flow rate, in litres per minute or  gallons  per  minute,  passing  the  sonde.  If  we  can measure  that,  we  can  deduct  the  effect  of  the  sonde's movement  up  the  borehole  column,  determine  rate  of flow in the borehole and quantify each ingress flow rate. 

7  

Measurement calibration  is very  important and,  in practical  terms, very easy  to perform.  Impeller  revolution rate (the count rate) versus winch speed is normally very close to a linear relationship. 

In the field, only one flow direction is required to be calibrated, relative (to the sonde) upward flow or relative downward flow.  In the diagram on the previous page, the sonde  is running  in against  induced flow so relative upward flow is essential. It is better, however, to calibrate both directions and run downwards then upwards. 

For the upward flow calibration: before pumping commences, the  logger would  lower his sonde to 30 metres above the bottom of the borehole or a place where he expects no natural flows (in the casing). He would then log downwards, starting at just 1 metre per minute and gradually increasing to 30 metres per minute. Assuming no significant natural flows are present (confirmed by a stationary check) the logger has recorded a calibration. 

Tool count rate versus winch speed (for cross‐plotting) 

Movement of  the  sonde  downwards will  induce rotation of  the  impeller which  is proportional  to winch speed. We need to convert tool CPS to flow speed and deduct  the winch‐induced  flow speed from the total flow speed.  

 

Flowmeter speed versus count rate 

 

Some systems convert CPS to REVS first but there is little need to know revolutions per minute. The log  below  describes  the  process  from  left  to  right. Winch  speed  (SPED)  is  plotted with  the  flowmeter  log converted  to  total  flow  speed  (SPEF)  and  three‐arm  caliper  log  (CALI).  SPED  is deducted  from  SPEF  to  leave actual borehole flow speed (FLOR). A  log of cross‐sectional area  in square centimetres  (AREA)  is created from CALI. Borehole flow speed is converted to flow volume per hour (FLOW) by multiplying SPEF*100 with AREA and converting to litres per hour. The differential of FLOW is calculated  for presentation purposes (far right). 

Winch speed, flow rate and derived logs 

This example describes water flows through open fractures rather than primary permeability. The total flow rate (the fastest flow near the top of the log) should equate to the pumping out rate. Flow rates are dependent on pressure imbalance (head) so draw down depth, below the water table, should be measured if possible. 

8  

Increases  in  borehole  diameter  will  slow  the  actual borehole  flow  (FLOR)  but  the  log  of  volume  per  time (FLOW) will straighten out this effect. 

The  flowmeter  works  well  in  groundwater  logging  if flows are sufficient to activate the impeller. If this is the case, both down and up‐logs  should be  calibrated,  run and  plotted  together.  Some  interesting  flow  patterns can result. 

 

Natural upward flow 

 

If  the effect of  the movement of  the sonde  is  removed from both  logs and assuming  flow  rates do not exceed that deduction, the logs will mirror each other. 

In  the  log example below a group of  inflows at around 140 metres are  "stolen"  from  the upward  flow by  a permeable  layer at 80 metres. Log responses  like these are often very subtle and shading between the curves enhances the presentation. 

Ingress low down then a thief zone identified at 80 metres 

For geotechnical  logging  the  same procedure  is applied  in  reverse. Geotechnical boreholes, even mine  shaft pilot holes,  tend  to be  cored at  small diameter  (HQ or  smaller). A  submersible pump does not  fit easily  into these boreholes and the draw down is usually so deep that much of the borehole cannot be logged. In order to overcome this problem, water is injected into the borehole at surface. 

The first and simplest option is to top up and hold the water level at zero depth while logging upwards from TD.  

If the water table is at 50 metres then approximately 5 bars of pressure will be applied to the column below 50 metres. At 40 metres, only 4 bars will be applied, at 30 metres, 3 bars and so on. The top 50 metres will not be logged under same pressure as the zone below 50 metres, which could be a disadvantage in shallow boreholes. The unconsolidated layer represents a problem. 

9  

The unconsolidated layer must be cased off and the casing sealed at its base (ground in tight) as well as possible. For important jobs, the casing should be grouted in place. 

Loss of water at the base of the casing is a big problem because water supply is usually limited, the site can be flooded and there will be a loss of pressure if a pump is used. Any manageable water loss at the base of casing will be measured by the sonde. 

If the water table is high up in the borehole  or  if  a  constant  high pressure  is  required,  it  is necessary  to  seal  the  borehole column  and  inject  water,  under pressure. 

 

Pressured flow profile logging (Weatherford) 

 

The wireline is run in via a stuffing box.  Even  at  small  borehole diameters,  a  significant  upward force  will  result  from  the pressurisation.  For  instance,  10 bar pressure  in an NQ hole results  in an upward force equivalent to about 480 kilograms. At HQ diameter the same  pressure would  need  to  be  contained  by  a weight  of  about  720  kilograms.  The  picture  above  shows weights (500Kg) attached to a framework which is, in turn, bolted to the riser. 

Operational safety warning: It  is essential to calculate the forces  involved, especially in large diameter boreholes where pressure should be reduced. Any pumped pressure  can be added  to  the depth of water  table  in order  to establish  the effective pressure imbalance or head that is applied to the borehole column below that depth. The sonde is positioned near to TD first, to save water usage. The pump is started and, after operating pressure is reached, the logger should wait for ten minutes in order to activate the reverse flow regime before logging upwards. 

Slowly speeding up over the bottom 10 metres (extra calibration) to a constant logging speed of ten metres per minute is normally about right. The object is to provide the geotechnical engineer with a quantitative measure of fracture flow potential for the whole borehole.  

The log is plotted with other hydrological data and, if available, the acoustic televiewer image. 

 

 

 

One type of caged impeller flowmeter (Mount Sopris 

Instruments) 

 

 

 

 The  log below (page   10)  is a typical presentation from a hard rock environment where fractures are the main conduit  for  water  inflow  (outflow  in  this  case).  In  the  author's  experience,  this  reverse  flow method  has previously described hydraulically conductive events at depths down to 1200 metres. The effect of friction from the borehole wall does not seem to compromise the measurements.  

10  

The  flow  profile  log  is  different  to  the standard wireline  logs because,  in a sense, the  measurement  looks  well  beyond  the borehole's normal frame of reference. 

 

A typical presentation of flowmeter data plotted with other relevant logs 

 

Overall,  the  challenges  in  the  reverse flowmeter method  lie  in  the pumping and sealing  of  the  borehole  (as  well  as  the irritation of having to remake a cable head in order to work through the stuffing box).  

Some careful planning might be required to avoid  losing  water  pressure  near  the surface.  A  10,000  litre  water  bowser  is normally  sufficient  to  log  hard  rock  holes where  fractures  are  the  target.  Multiple tanker trips might be needed for boreholes drilled through very permeable formations. 

Running  the  flowmeter  sonde  is  fairly straightforward  if  water  conditions  are good. Oily deposits in the borehole column are  always  problematic  and  will  seriously affect the smooth running of the impeller. 

As a general rule, it is best to calibrate in the borehole rather than in some surface jig. Borehole fluid viscosity might  vary which will  impact  on  tool  response.  Calibration  in  the  actual  borehole,  in  terms  of  viscosity  and diameter is likely to be more accurate than in a jig. 

Calibration  near  to  the  bottom  of  the  borehole  is sensible,  as  this  zone  does  not  normally  exhibit natural  flows. However,  the  logger must  always  be careful not to go too close to the mud lying at TD as this  will  jam  and  possibly  damage  his  delicate impeller mechanism. 

33.. TThhee  llooggggeerr  oonn  ssiittee  The  geologist  trusts  the  logger's  depth...don't let him down 

Take a tape measure 

It  should  always  be  remembered  that  the wireline log  is a graph with two axes. The Y axis  is depth and depth  is  important.  The  logger  can  spend  hours calibrating his sonde and running  it carefully only to neglect  to  check  the  Y  axis.  Geologists  tend  to question the X axis, the  log measurement, but, for some reason, believe  implicitly  in the depth measurement. Any failure, then, to calibrate one's depth system would be a breach of trust. 

Depth measurement tolerance is usually +/‐ 1 metre per 1,000 metres. 

11  

That's 1mm per metre or 0.1%, which sounds a bit tight but equates to 3 cm per 30 metres...a practical length to use for calibration purposes. It is best performed in a borehole, not horizontally on the ground. A 50 metre tape measure should be part of the logger's standard equipment and his client is advised to establish early on what depth tolerance applies to his particular logging system. 

Checking depth on  site  is normally  straightforward.  The  logging  technician  attaches  the  tape  securely  to his sonde (with the logger's friend ‐ electrical insulation tape) while it is suspended in the casing and, with the help of a colleague in the truck, lines up a depth with a surface reference, the top of the casing, for instance.  

 

 

A 50 metre tape measure should be kept in the truck 

 

The man  in  the  truck sets  the same depth on his control panel. The sonde is run into the casing while the tape runs between  the  fingers of  the  logger who keeps  it  tight. 30 metres  down  the  hole  the winch  is  stopped  and  depths are compared. 

This method has been  tested using different  loggers and different  tape  measures  and  results  were  always consistent, well within 1 centimetre in 30 metres. 

In  the  BC  era  (before  computers),  depth  accuracy depended mainly  on  the  rate  of  depth wheel wear.  The 

calibrated wheel was case hardened but continuous use would eventually wear through the hardened surface and it would lose circumference; the system would then overstate depth. Worn out wheels were thrown away and replaced by new ones ‐ about once every five years on average. 

The  advent  of  computers  has  introduced  the  possibility  of  setting  wheel  circumference  and  pulses  per revolution in the logging program. This saves throwing away the wheel but introduces a source of human error. A miss‐key or use of  the wrong PC‐ winch combination will cause significant error, perhaps over several  jobs. This commentator is not sure whether that represents progress or not. Proper procedures are important. 

The  best  way  to  quality  assure  depth measurement  is  against  a  borehole standard.  The  test  well  should  be  logged two or three times, with a density tool for instance,  very  carefully  with  calibrated depth  systems,  if  possible  from  different trucks.  The  average  of  these  runs  can  be used as "true depth". 

 

Test well depth check 

 

It  is  important  to use a well defined near‐surface  reference  on  the  log,  not  ground level.  Logs  are  depth  shifted  to  overlay perfectly  at  this  upper  reference.  A comparison  of  the  distance  between  two reference points, roughly  100 metres apart if possible, provides a very good check on depth wheel wear over time. 

If the logger changes the logging program settings, he should relog the test well for confirmation and keep the file  on  record.  On  intensive  logging  contracts,  this  QA  check  should  be  performed  on  a monthly  basis  or whenever the winch/computer combination is changed. 

12  

44.. WWiirreelliinnee  ddaattaa  pprroocceessssiinngg  aanndd  aannaallyyssiiss  

How to get the best from the logs 

Blocking coal seams 

The highest  resolution density measurement  for a Caesium‐based  logging  sonde  is 15 centimetres. The  log  is referred  to  as  BRD  (bed  resolution  density).  Higher  resolution  can  be  achieved,  about  8  centimetres,  if  an Americium source is used, but this arrangement often suffers excessively from borehole wall effects.  

The BRD  log below  (centre) has depth  column  ticks  at  15  centimetre  intervals. A high  resolution  televiewer image is used to reliably block thin coal seams and the BRD curve is depth matched for comparison. 

 

Overstatement of thin beds by a density log 

In  this  case,  coal  beds with  a  thickness  of  less  than  15  centimetres  are  overstated.  The  problem  is  not  too serious because coal beds of less than 15cm in thickness are not normally of economic significance. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Overstatement of coal partings by a density log 1 

The same effect occurs at coal seam partings where overstatement does represent a problem. In some sections of the log above, the shoulder effect, rather than fully resolved coal or parting,  dominates the density log. This limitation  of  the  log  is  not  always  important,  it  depends  on  the  thickness  of  coal  beds. Note  the  verticality orientated drilling‐induced fractures intersecting the coal on the amplitude image AMPM. 

13  

 

 

 

 

Explanation of thin bed thickness overstatement 

 

 

 

 

Where bed or parting thickness  is  less than resolution (source‐detector spacing),  its thickness  is overstated.  In the example above, a 2cm thick parting has an apparent thickness of 12cm when described by an SSD log with 22cm resolution. It is important to under‐pick this type of event. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Overstatement of coal partings by a density log 2 

The  log  above  shows  good  definition  of  thicker partings but  a disproportionate  effect  from  smaller dense partings within, what appears to be (from the ATV image), quite homogenous coal.  

If  the  thin  partings  are  carefully  under‐picked (estimated based on experience) or  can be defined more accurately using a  televiewer  image or micro‐resistance  log,  the  use  of  blocking  and  block averaging,  with  appropriate  tool  resolution,  works well (see issue 2, November 2013, page 6). 

There  is  no  doubt  that  juxtaposition  of  televiewer and density data adds value to the process and that the  two  logs  are  complementary  for  detailed  coal seam analysis. 

Acoustic  and  optical  televiewer  images  look  quite different to each other in coal measures.  

14  

The ATV image is not infallible. Some partings in coal exhibit very similar acoustic properties to the coal itself. In the example below, an acoustic  image  (middle‐left) and an optical one  (far  right), captured  in  the  same coal seam, illustrate, in this particular case, the inability of the ATV log to effectively define a parting. 

ATV versus OTV images in a coal seam 

The optical televiewer image defines the parting particularly well but offers less contrast at the roof boundary. It looks, from the optical image, like all the small drilling‐induced fractures are packed with drilling fines. 

It is worth noting the effect of small lenses of higher density formation, visible in the ATV image, on the density log. They are reflected in the SSD density measurement just above the main parting, at 243.4 metres and lower down at 244.80 metres. 

Log  analysis  is  often more  complex  than  expected and it can take a lot of effort to get it just right. 

  

NNeexxtt  IIssssuuee::  

Navigation logs and the dipmeter 

  

  

MMaarrccuuss  CChhaattffiieelldd  ––  MMaayy  22001155  

CCooppyyrriigghhttss  aappppllyy  ((wwwwww..wwiirreelliinneewwoorrkksshhoopp..ccoomm))  

AAccttiinngg  eeddiittoorr//ccoonnttaacctt::  

wwiillnnaa@@wwiirreelliinneewwoorrkksshhoopp..ccoomm  

FFoorr  bbaacckk  ccooppiieess,,  ggoo  ttoo::  

wwwwww..wwiirreelliinneewwoorrkksshhoopp..ccoomm//bbuulllleettiinn  aanndd    cclliicckk  oonn  

""PPrreevviioouuss  IIssssuueess""..