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Bohrlochuntersuchungsgerät
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bohrlochuntersuchungsgerät und betrifft im besonderen ein neuartiges Radioaktivitätsuntersuchungssystem zur Aufzeichnung der induzierten Strahlungsenergie, die von den von einem Bohrloch durchteuften, bestrahlten Erdformationen herrührt.
Unter dem Ausdruck "Strahlungsenergie" soll entweder Schwingungs- oder Teilchenenergie verstanden werden. Somit würden Gammastrahlen, Neutronen und geladene Teilchen sämtlich unter den Begriff "Strahlungsenergie" fallen. Unter "induzierte Strahlungsenergie" soll Strahlungsenergie verstanden werden, die von einem Material entsprechend auftreffender Strahlungsenergie ausgeht. Derartige Erscheinungen, wie die Erzeugung von Gammastrahlen durch das Material als Ergebnis des Bombardements durch einfallende Neutronen und das Einfangen derselben und die Erzeugung von verlangsamten Neutronen oder solcher niedriger Energie, verursacht durch das elastische Zusammentreffen von einfallenden Neutronen mit Teilchen des Materials, seien als Beispiel von induzierter Strahlungsenergie aufgeführt.
Ein bekanntes Radioaktivitätsbohrlochuntersuchungsgerät besitzt eine Quelle zum Bestrahlen der Erdformationen mit Neutronen, von denen einige verlangsamt und eingefangen werden, wodurch eine Gammastrahlung induziert wird. Dieses Gerät besitzt auch einen Gammastrahlendetektor. Durch fortlaufendes Aufzeichnen der Zahlen je Zeiteinheit am Detektorausgang, wenn die Ausrüstung das Bohrloch durchquert, wird eine aufschlussreiche Aufzeichnung hinsichtlich gewisser Eigenschaften der Erdformationen, wie z. B. der Porosität, gewonnen.
Die zuvor beschriebene Apparatur arbeitet im allgemeinen zufriedenstellend und ist mit grossem. wirtschaftlichen Erfolg eingesetzt worden. In gewissen Fällen ist jedoch das zu untersuchende Bohrloch mit einer wasserstoffhaltigen BohrlochflUssigkeit, wie z. B. einem wässerigen Schlamm, angefüllt, während es in andern Fällen trocken se. - kann. So können genaue quantitative Daten nicht immer mit einem besonderen Instrument gewonnen werden, da die Neutronen beim Durchwandern des wasserstoffhaltigen Materials, wie des das Bohrloch füllenden Schlammes, verlangsamt werden, durch welchen Durchtritt ihre Zahl merkbar verringert wird. Diese Erscheinung tritt natürlich in einem trockenen Bohrloch nicht auf.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist unter anderem, ein auf der Radioaktivität beruhendes Bohrlochuntersuchungsgerät zu schaffen, das genauere Zahlenwerte hinsichtlich der Erdformationen ergibt, als sie bisher zu erzielen gewesen sind. Zudem sollen die Auswirkungen, die auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Bohrlochspülung in Bohrlöchern zurückgehen, verringert werden.
Die Erfindung betrifft ein Bohrlochuntersuchungsgerät, versehen mit einem Träger zum Durchteufen des Bohrloches, dessen Längsachse im wesentlichen parallel ist zu jener des Bohrloches, welcher Träger sowohl eine Quelle von Strahlungsenergie enthält, um beim Durchteufen die Erdformationen zu bestrahlen und dadurch die Aussendung von induzierter Strahlungsenergie zu bewirken, als auch einen auf letztere ansprechenden Strahlungsenergiedetektor, wobei der in Trägerlängsachsenrichtung verlaufende Abstand zwischen Strahlungsenergiequelle und Detektor veränderbar vorgesehen ist, und besteht im wesentlichen darin, dass zwei verschiedene Abstände zwischen Strahlungsenergiequelle und Detektor einstellbar sind, u. zw.
in Abhängigkeit von der physikalischen Beschaffenheit des das Bohrloch füllenden Stoffes, wie dessen flüssige oder gasförmige Beschaffenheit, bzw. dessen spezifisches Gewicht oder dessen elektrischer Widerstand. Die Erfindung betrifft ferner Einzelheiten an einem solchen Gerät.
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Bei Benutzung des Geräts gemäss der Erfindung kann das Bohrloch mit einer Flüssigkeit angefüllt sein oder auch nicht. Das Gerät besitzt eine Quelle von Strahlungsenergie, die durch das Bohrloch geführt wird, um die Erdschichten zu bestrahlen, um somit das Aussenden induzierter Strahlungsenergie zu bewirken. Ein Strahlungsenergiedetektor, der in Richtung der Bohrlochachse in einer gewissen Entfernung von der Quelle angeordnet ist, fängt die induzierte Strahlungsenergie auf und wandelt sie in ein entsprechendes elektrisches Signal um, das zum Erhalt einer Aufzeichnung über die Formationen benutzt wird. Der Abstand zwischen der Quelle und dem Detektor in der vorerwähnten Achsenrichtung ist entsprechend dem Flüssigkeitsgehalt zu untersuchender Bohrlöcher einstellbar.
Der Gegenstand der Erfindung soll an Hand der Zeichnung in seinen Besonderheiten und seiner Arbeitsweise des näheren erläutert werden.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, teilweise in senkrechtem Schnitt eines Radioaktivitätsuntersuchungsgeräts gemäss der Erfindung, u. zw. unter einer Arbeitsbedingung in einem Bohrloch, Fig. 2 veranschaulicht einen Teil der Apparatur gemäss Fig. l, jedoch unter einer andern Arbeitsbedingung, Fig. 3 veranschaulicht eine typische Aufzeichnung, wie sie mit dem Gerät gemäss den Fig. 1 und 2 erhalten wird, Fig. 4 ist eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, einer abgeänderten Anordnung gemäss der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Radioaktivitätsbohrlochuntersuchungsgerät gemäss der Erfindung dargestellt, dessen Gehäuse 10 im Bohrloch 11 an einem Kabel 12 aufgehängt ist. Durch Auf- oder Abwinden des Kabels kann das Gehäuse 10 in der üblichen Weise heraufgezogen oder hinabgesenkt werden. Das Bohrloch 11 durchdringt Erdformationen 13 und kann unverrohrt oder mit einer Verrohrung 14, wie gezeigt, ausgestattet sein.
Der untere Teil des Gehäuses 10 dient als Führungszylinder 15 für eine in der Längsachse des Gehäuses 10 bewegliche Strahlungsenergiequelle 16. Die Quelle 16 kann beispielsweise aus einem Radium- und Berylliumgemisch bestehen, das die Formationen 13 mit Neutronen bestrahlt. 111 dem einen Arbeitszustand des Geräts, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, sitzt die Quelle 16 mit ihrem eigenen Gewicht auf einem einstellbaren Anschlag 17 auf, der an dem untersten Ende des Gehäuses 10 angeordnet ist.
Die Quelle 16 ist mit dem unteren Ende eines geeigneten Schwimmers 18 mechanisch verbunden, so dass beim Eindringen einer Flüssigkeit durch eine Mehrzahl von Öffnungen 19 der Schwimmer 18 die Quelle 16 nach oben führt, bis die Bewegung durch einen zweiten einstellbaren Anschlag 20, der an dem oberen Ende des Führungszylinders 15 angeordnet ist, gehemmt wird.
Ein Gammastrahlenschirm 21, der aus Blei bestehen kann, trennt den unteren Teil des Gehäuses 10 von einem oberen Detektorabschnitt ab, in dem ein Strahlungsenergiedetektor 22 untergebracht ist. Der Detektor 22 kann beispielsweise ein übliches Geiger-Müller-Zählrohr sein, das in bekannter Weise auf Strahlungsenergie, wie Gammastrahlen, anspricht und ein entsprechendes pulsierendes elektrisches Signal
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trisch isolierte Leitungen 24 im Kabel 12 mit einer üblichen Impulszähler- und Registriereinheit 25 an der Erdoberfläche verbunden ist.
Die Einheit 25 kann beispielsweise einen geeigneten Integrator oder Impulszähler besitzen, der mit einem registrierenden Voltmeter gekoppelt ist, in dem das Aufzeichnungsmittel proportional zur Bewegung des Gehäuses 10 durch das Bohrloch 11 hindurch verschoben wird, so dass eine fortlaufende Aufzeichnung erhalten werden kann.
Für Untersuchungen wird das Gehäuse 10 in das Bohrloch ohne Bohrlochspülung hinabgesenkt. Demgemäss verbleibt die Quelle 16, wie gezeigt, auf dem unteren Anschlag 17. Die Quelle sendet Neutronen aus, die die Formationen 13 bestrahlen. Einige der Neutronen werden vom Material in den Formationen aufgefangen, und jedem solchen Auffangen entsprechend wird ein Gammastrahlen-Quant ausgesandt.
Diese induzierte Strahlungsenergie kehrt zumindest teilweise zum Gehäuse 10 zurück, wovon wiederum ein Teil auf den Strahlungsenergiedetektor 22 trifft. Das sich hieraus ergebende impulsartige elektrische Signal wird im Verstärker 23 verstärkt, bevor es über Leiter 24 zu der Impulszählereinheit und der Registriereinheit 25 übertragen wird. Der Impulszähler leitet eine Spannung ab, die der Impulsanzahl je Zeiteinheit entspricht, so dass hieraus eine Aufzeichnung über die von dem Bohrloch 11 durchteuften Formationen abgeleitet werden kann.
Wenn das Gerät auf einen Abscnj. n... 11'im Bohrloch 11 trifft, der, wie in Fig. 2 gezeigt, eine Bohrlochspülung 26 enthält, oder das Gerät in ein anderes Bohrlochspülung enthaltendes Bohrloch eingeführt wird, erfährt der Schwimmer 18, sobald Flüssigkeit in den Führungszylinder 15 über die Öffnungen 19 eindringt, einen Auftrieb, so dass er entlang dem Führungszylinder aufwärts bewegt wird, bis er am oberen Anschlag 20 auftrifft. Auf diese Weise wird der Abstand zwischen der Quelle und dem Detektor im
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beim Übergang von einem trockenen in einen mit Spülung angefüllten Bohrlochabschnitt zu vergrössern.
In diesem Fall kann die Quelle und ihr Schwimmer über dem Detektor beweglich angeordnet werden.
Obwohl in den Darstellungen der Geräte gemäss der Erfindung die Quelle allein beweglich ist, liegt es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, eine feststehende Quelle und einen beweglichen Detektor vorzusehen oder eine Anordnung zu wählen, bei der beide, nämlich die Quelle und der Detektor, gleichzeitig verschoben werden, um eine gewünschte Änderung im Abstand zu erzielen.
Die Erfindung beschränkt sich somit nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbei- spiele, sondern umfasst auch alle möglichen Änderungen, die im Rahmen des Erfindungsgedankens liegen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bohrlochuntersuchungsgerät, versehen mit einem Träger zum Durchteufen des Bohrloches, dessen Längsachse im wesentlichen parallel ist zu jener des Bohrloches, welcher Träger sowohl eine Quelle von Strahlungsenergie enthält, um beim Durchteufen die Erdformationen zu bestrahlen und dadurch die Aussendung von induzierter Strahlungsenergie zu bewirken, als auch einen auf letztere ansprechenden Strahlungsenergiedetektor, wobei der in Träger) ängsachsenrichtung verlaufende Abstand zwischen Strahlungsenergiequelle und Detektor veränderbar vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwei verschiedene Abstände zwischen Strahlungsenergiequelle (16,16') und Detektor (22) einstellbar sind, u. zw.
in Abhängigkeit von der physikalischen Beschaffenheit des das Bohrloch füllenden Stoffes, wie dessen flüssige oder gasförmige (Fig. l, 2) Beschaffenheit bzw. dessen spezifisches Gewicht oder dessen elektrischer Widerstand (Fig. 4).