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Verfahren zur Untersuchung von Stoffen, insbesondere der durch ein
Bohrloch durchteuften Erdformationen
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Impulse gekoppelt ist. Die Multivibratoren 33 und 34 sind mit entsprechenden Steuerungen verbunden, die schematisch durch gestrichelte Linien 35 und 36 dargestellt sind und zur Einstellung der Dauer der dem Verstärker 32 zugefUhrten Impulse und zum Einstellen der. Zeit dienen, in der diese einzelnen Impulse im Verhältnis zu dem Synchronisierungsimpuls erzeugt werden. Die Einstellung der Steuerungen 35 und 36 ergibt sich aus der späteren Beschreibung des Verfahrens.
Der Verstärker 32 ist mit einer Integrier- und Registriereinheit 37 gekoppelt, die beispielsweise aus einer Kapazität zur Ableitung einer Spannung bestehen kann, die die Zahl der in der Zeiteinheit zege- führten Impulse darstellt, und aus einem Registrier-Voltmeter, dem diese Spannung zugeführt wird. Der Aufzeichnungsträger des Voltmeters wird in üblicher Weise im Verhältnis zu der Bewegung des Gehäuses 10 durch das Bohrloch verschoben, so dass ein ununterbrochenes Ergebnis von Zählgrössen im Verhältnis zur Tiefe in dem Bohrloch erhalten werden kann.
Gegebenenfalls kann die Einheit 37 einen Impulsformer enthalten, in dem Impulse bestimmter Breite und Höhe abgeleitet werden, und der mit einem üblichen Zählgeschwindigkeitsmesser gekoppelt ist.
Die von letzterem entwickelte Abgabe ist eine Funktion der mittleren Impulszahl in der Zeiteinheit.
Bei der Arbeit wird das Gehäuse 10 in das Bohrloch 11 gesenkt und der Schalter 21 geschlossen. Dadurch werden die Stromquellen 22 und 23 erregt, und sie führen der Ionenquelle 26 des Neutronen-Generators 25 bzw. dem Impulserzeuger 24 elektrische Energie zu. In der Ionenquelle 26 werden DeuteriumIonen abgeleitet, und einige von diesen treten in die Beschleunigungselektrode 27 ein. Jedesmal, wenn ein Impuls aus dem Generator 28 den Impulserreger 24 in Tätigkeit setzt, wird der Beschleunigungselektrode 27 eine hohe Spannung zugeführt, und die hoch beschleunigten Deuterium-Ionen reagieren mit dem Tritium in dem Prallkörper der Elektrode und erzeugen Neutronen einer Energiehöhe von 14 MeV.
Dementsprechend werden die Erdformationen 12 während sich wiederholender, verhältnismässig kurzer Zeitspannen, mit Neutronen impulsartig beschossen, so dass aufeinanderfolgende Arbeitszeiträume festgelegt werden, von denen jeder einen von einer Ruhepause gefolgten Bestrahlungszeitraum aufweist.
Wie später ausführlich beschrieben wird, besteht jede Ruhepause aus einer ersten Periode, in der die Neutronen verlangsamt werden, diffundieren und durch Einfangen mit den Kernen in den Atomen der Formationen reagieren, und aus einer zweiten Periode, in der durch die Zusammenwirkung der Neutronen gebildete radioaktive Elemente ein Produkt radioaktiven Zerfalls bilden. Bei gewissen früheren Anordnungen wurden Angaben über eine Kernerscheinung erhalten, die in dem genannten zweiten Zeitraum auftrat. Gemäss der Erfindung jedoch werden die Steuerungen 35 und 36 so eingestellt, dass die von dem Multivibrator 33 entwickelten Impulse den Schaltverstärker 32 während Beobachtungs-Zeiträumen in Tätigkeit setzen, die jeweils innerhalb eines Teiles eines einen Bestrahlungszeitraum einschliessenden Arbeitszeitraumes und der genannten ersten Periode auftreten.
Auf diese Weise wird von der sich ergebenden, auf den Strahlungsdetektor 29 auftreffenden Gammastrahlung, die in dem Verstärker 31 verstärkte Impulse erzeugt, nur dieser Teil innerhalb der einzelnen Beobachtungszeiträume auf die Einheit 37 übertragen und als Funktion der Tiefe des Gehäuses 10 in dem Bohrloch festgestellt.
Wie vorher auseinandergesetzt, werden, wenn Deuterium-Deuterium-oder Deuterium-Tritium-Reaktionen in dem Neutronen-Erzeuger auftreten, monoenergetische Neutronen von 3,5 MeV bzw. 14 MeV abgeleitet. Diese Neutronen sollen als schnelle Neutronen bezeichnet werden, d. h. als solche, die eine Energie von mehr als 1 MeV haben.
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EMI3.2
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lich, V für jede Energie zu berechnen, indem man den Wert 1, 7 X 10-24 g für die Masse des Neutrons, und einen Umwandlungsfaktor von 1, 6 x 10-12 Erg/eV verwendet.
Demgemäss können folgende Werte erhalten werden :
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<tb>
<tb> Energie <SEP> in <SEP> Elektronenvolt <SEP> Geschwindigkeit <SEP> in <SEP> cm/sec
<tb> 10 <SEP> MeV <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 109 <SEP>
<tb> 1 <SEP> MeV <SEP> 1, <SEP> 4X <SEP> 109 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 1 <SEP> MeV <SEP> 4,4X <SEP> 108
<tb> 10 <SEP> eV <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> X <SEP> 106 <SEP>
<tb> 1 <SEP> eV <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> X <SEP> 106 <SEP>
<tb> O, <SEP> 1 <SEP> eV <SEP> 4, <SEP> 4x <SEP> 105 <SEP>
<tb>
Da der "mittlere freie Weg", d. h. die Durchschnittsentfernung, die vor dem Zusammenprall durch- laufen wird, bei schnellen Neutronen in dem Bereich von 0, 1 bis 10 MeV in Erdformationen nur ungefähr
10 cm ist, tritt der erste oder zwei Zusammenpralle innerhalb 10-8 - 10-9 sec nach der Aussendung des schnellen Neutrons statt.
Wenn dies elastische Zusammenpralle sind, ergibt sich keine nachweisbare
Kernerscheinung. Indessen ist eine erhebliche Zahl der wenigen ersten Zusammenpralle unelastisch, so dass innerhalb 10-12. sec Gammastrahlen ausgesandt werden. Bei diesem Verfahren trifft ein Neutron von einer gegebenen Energie gegen den Kern eines Atoms des Atomgewichtes A und erzeugt einen zusammengesetzten Kern, es wird also ein Atom des Atomgewichtes A + 1 in einem erregten Zustand gebildet. Fast augenblicklich wird ein Neutron von einer niedrigeren Energie als die gegebene abgeschleudert, und es wird eine Gammastrahlung ausgesandt, wenn das Atom zu seinem Grundzustand mit dem Atomgewicht A zurückkehrt.
Wie noch deutlicher aus der folgenden Erläuterung hervorgeht, benutzt die Erfindung diese Gammastrahlung zur Ableitung von Untersuchungsergebnissen über die von einem Bohrloch durchteuften Erdformationen.
Von den verschiedenen Elementen in den Formationen, die solche unelastische Zusammenpralle verursachen könnten, sind zwei von grossem Interesse, nämlich Kohlenstoff (in Öl und Kalkstein) und Sauerstoff (in Wasser und in dem meisten Gestein). Eine Gammastrahlung, die sich aus der unelastischen Streuung von Neutronen ergibt, kann Anfangsenergien haben, die den Übergängen zwischen niedrigen Energiequanten eines Kerns entsprechen, der getroffen wird. Kohlenstoff mit dem Atomgewicht 12 hat z. B. Quanten von 4, 43, 7, 5 und 9, 61 MeV über dem Grundzustand, und es hat sich gezeigt, dass von diesen die vorherrschende unelastische Gammastrahlung, die von einem Energiequantum von 4,43 MeV ist. Anderseits hat Sauerstoff vom Atomgewicht 16 Energiequanten von 6, 06, 6,13, 6, 9 und 7,1 MeV über dem Grundzustand.
So hat sich gezeigt, dass die vorherrschende unelastische Gammastrahlung von diesem Element bei Energiequanten von 6, 9 und 7, 1 MeV liegt.
Natürlich kann die vorherrschende unelastische Gammastrahlung, die dem Kohlenstoff und dem Sauerstoff zugeschrieben wird, nicht als Ergebnis einer Bestrahlung mit mässig schnellen Neutronen unter 4, 4 MeV hervorgerufen werden. Infolgedessen können von Deuterium-Tritium-Wirkungen abgeleitete Neutronen sowohl Kohlenstoff 12 als auch Sauerstoff 16 erzeugen, und die sich ergebende unelastische Gammastrahlung könnte durch die üblichen Streuungsspektrometer in später noch zu beschreibender Weise festgestellt werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung bestrahlt also der Neutronen-Generator 25 die Erdformationen 12 während verhältnismässig kurzer, in einem zeitlichen Abstand voneinander liegender Zeiträume mit Neutronen einer gewählten Energie. Diese Zeiträume können etwa 1 mikrosec dauern und voneinander durch eine Ruhepause in der Grössenordnung von 1250 mikrosec getrennt sein. Der Schaltverstärker 32 wird im wesentlichen nur während eines kurzen Zeitraumes in Tätigkeit gesetzt, der mit dem Zeitpunkt der Neutronenstrahlung zusammenfällt oder in einer sehr kurzen Entfernung von ihm liegt. Der Strahlendetektor kann z. B. so gebaut sein, dass er nur während der Neutronenstrahlung und wenige Mikrosekunden danach anspricht.
Auf diese Weise wird eine unelastische Gammastrahlung, die bei der Bildung von zu- sammengesetzten Kernen rasch eintritt und die etwa gleichzeitig mit der Neutronenaussendung erscheint, unter Ausschluss einer Kernerscheinung festgestellt, die in der folgenden Periode auftritt, in der die Neutronen verlangsamt werden und in der Formation diffundieren.
Die sich ergebenden Impulse zeigen unelastische Gammastrahlung an, und auf diese Weise ergibt sich an der Registriervorrichtung 27 eine Anzeige der Gammastrahlung infolge der unelastischen Streuung als Funktion der Tiefe in dem Bohrloch.
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die mittlere Verlangsamungszeit é von Neutronen von einer Energie Eo auf eine Energie Et (Thermalenergie) folgende ist :
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wobei AS der mittlere freie Steuerweg ist oder der reziproke Wert der Menge Ns os (der makroskopische i elastische Streuquerschnitt eines Mediums für Neutronen der Energie E zwischen Eo und Et), 9 ist der mittlere logarithmische Energieverlust eines Neutrons bei einem elastischen Zusammenstoss, und Vt ist die Geschwindigkeit eines Neutrons bei der Energie Et, die aus der obigen Gleichung (1) errechnet wer- den kann.
Unter Verwendung veröffentlichter Daten für die Menge g und für den "mittleren freien Streuweg" ) As für die verschiedenen Elemente Wasser, Sand und Kalkstein, können die folgenden Werte für ë in
Mikrosekunden aus der Gleichung (2) für verschiedene Prozentsätze an Wasser und auf Grund eines Wertes
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<tb>
<tb> :
0/0 <SEP> H20
<tb> 0 <SEP> 2 <SEP> 20-25 <SEP> 38,8 <SEP> 100
<tb> Sand <SEP> 48 <SEP> 23 <SEP> 3. <SEP> 5 <SEP> 2,3 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP>
<tb> Kalkstein <SEP> 45 <SEP> 21 <SEP> 4, <SEP> 4--0, <SEP> 9 <SEP>
<tb>
(Alle Werte stellen Verlangsamungszeiten in Mikrosekunden dar)
Wie aus der Tabelle II zu ersehen ist, ist die mittlere Verzögerungszeit für Sand und Kalkstein
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halt abhängig, der seinerseits von der Porosität des Mediums abhängig ist.
An die Verlangsamungszeit schliesst sich die Neutron-Diffusion an, d. h. ein Neutron kann einem oder mehreren Zusammenstössen mit den Kernen von Atomen unterworfen sein und erfährt durchschnittlich keine Energieänderung. Zu einer gewissen Zeit tritt während solcher Diffusion ein Zusammenstoss ein, bei dem das Neutron in dem Kern eines Atoms gefangen wird, einen zusammengesetzten Kern bildet und damit seine Bewegung beendet. Das sich ergebende Atom ist in einem erregten Zustand und kehrt im wesentlichen plötzlich zu einem Grundzustand zurück, in dem eine rasche Aussendung einer Gammastrahlung erfolgt, die dann ein Mittel für die Anzeige des Vorhandenseins dieses Falles bildet.
Das Einfangen eines Neutrons kann auch ein verhältnismässig unstetiges radioaktives Element erzeugen, von dem während eines Zerfalls zu einem stetigen Element Gammastrahlung ausgesandt wird. Die letztere Art von Gammastrahlung hat eine charakteristische Verringerung der Intensität mit der Zeit, die für den Zerfallprozess kennzeichnend ist, und sie zeichnet sich weiter dadurch aus, dass sie im Anschluss an die Aussendung von durch Einfangen erzeugter Gammastrahlung auftritt.
Um die Zeitfolge der durch Einfangen erzeugten Gammastrahlung zu bestimmen, sei darauf hingewiesen, dass die durchschnittliche Zeit Tc'die ein Neutron vom Beginn der Diffusionsperiode an lebt, folgende ist :
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wobei Nc die Konzentration der einfangenden Kerne in Atom/cm3, oc der Einfangquerschnitt in Barn und V die Neutronen-Geschwindigkeit ist, die nach der Gleichung (1) berechnet werden kann.
Die folgende Tabelle gibt Werte von Tc in Mikrosekunden für den ganzen Bereich der Konzentrationen (Ne in Atom/eros X 10-24) und der Querschnitte (in Barn), die für die Bohrlochuntersuchung von Interesse sind :
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Tabelle III
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<tb>
<tb> Nc
<tb> Oc <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 01 <SEP> 4, <SEP> 5x10 <SEP> 4, <SEP> 5X10 <SEP>
<tb> 1, <SEP> 0 <SEP> 4500 <SEP> 4, <SEP> 5X <SEP> 104 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> X105 <SEP>
<tb> 10 <SEP> 450 <SEP> 4500 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> X <SEP> 104 <SEP>
<tb> 100 <SEP> 45 <SEP> 450 <SEP> 4500
<tb> 1000 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 45 <SEP> 450
<tb>
(Alle Werte stellen Tc in Mikrosekunden dar)
Aus Tabelle III ist ersichtlich, dass, abgesehen von üblichen Formationsbedingungen,
die Diffusions- zeit Tc erheblich länger ist als die Verlangsamungszeit (Tabelle II). Infolgedessen bestimmt bei den meisten Formationen die Diffusionszeit in erster Linie die Zeit des Neutroneneinfangs. Aus Tabellen U und III ist ersichtlich, dass die Gesamtzeit, also Verlangsamungs- und Diffusionszeit, im allgemeinen als in der Grössenordnung von 50 bis 500 mikrosec nach der Einführung eines Neutrons in eine Erdforma- tion liegend erwartet werden kann.
Die vorstehend angegebenen zeitlichen Beziehungen in dem Auftreten eines Neutrons können am besten aus dem Zeitdiagramm gemäss Fig. 3 gewürdigt werden. Wie dort gezeigt, werden Neutronen während der kurzen sich wiederholenden, als Impulse p dargestellten Zeiträume, zeitlich etwa
1250 mikrosec voneinander entfernt, ausgesandt. Während der Strahlungszeiten p können unelastische
Zusammenstösse eintreten, und es erfolgt eine Verlangsamung der Neutronen in den Teil"a"von etwa
50 mikrosec Dauer, d. h. während der ersten Periode in einer Ruhepause zwischen den Impulsen p. In dem folgenden Teil b der ersten Periode, der sich von 50 bis 500 mikrosec auf der Zeitskala erstreckt, findet eine Diffusion statt, und es kann ein Neutron eingefangen werden.
Schliesslich können sich in der zweiten Periode c Zerfallsprodukte von radioaktiven Elementen zeigen, die durch den Neutronen-Einfang gebildet werden.
Zwar sind für die verschiedenen Zeitperioden a, b und c besondere Grenzen angegeben. Diese dienen jedoch nur zur Veranschaulichung eines angenommenen Durchschnitts. In Wirklichkeit können diese Zeitperioden auch nicht scharfe Grenzen aufweisen.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann in der in Fig. 4 gezeigten Art abgeändert werden, so dass andere zeitliche Beziehungen in dem Auftreten des Neutrons angezeigt werden können. Der Ausgang des Schaltverstärkers 32 ist mit einem Integrator 60 mit einer verhältnismässig kurzen Zeitkonstanten gekoppelt, und letzterer ist seinerseits mit senkrechten Ablenkplatten 61 eines üblichen Kathodenstrählrohres 62 mit waagrechten Ablenkungsplatten 63 gekoppelt. Die Platten 61 und 63 steuern die Lage des Elektronenstrahles, der von einer Elektronenschleuder 64 nach einem fluoreszierenden Beobachtungsschirm 65 in bekannter Weise geworfen wird. Ein Kipp- oder Sägezahn-Generator 66 ist mit den waagrechten Ablenkplatten 63 gekoppelt, und es werden ihm durch einen Multivibrator 33 erzeugte Impulse zugeführt.
Auf diese Weise beginnt jeder Sägezahn mit dem vorderen Ende der einzelnen Impulse, die durch den Multivibrator 33 abgeleitet werden, und endet an dem hinteren Ende. Gegebenenfalls kann ein bekannter Löschkreis (blanking circuit) angewendet werden, so dass eine sichtbare Spur auf dem Schirm 65 nur in Anwesenheit einer Kippspannung von dem Generator 66 entwickelt wird.
Um die Vorrichtung gemäss Fig. l in der Abänderung gemäss Fig. 4 zur Messung der Verlangsamungzeiten von Neutronen zu verwenden, kann der Strahlungsdetektor 29 von einem absorbierenden Element umschlossen sein, z. B. kann Indium verwendet werden, das mit auffallenden Neutronen von einer besonderen Energie von 1, 44 eV reagiert, um durch Einfangen Gammastrahlen zu erzeugen, die den Strahlungsdetektor aktivieren. Auf Neutronen anderer Energie erfolgt im wesentlichen kein Ansprechen.
Natürlich können mit andern Umhüllungen auch andere Energien erreicht werden. So hat z. B. Silber eine Resonanz bei 5, 3 eV, Kadmium bei 0, 17 eV, Uran bei 7 eV und Jod bei 35 eV.
Die Art und Weise, in der der Kreis nach Fig. 4 bei der Arbeit eingestellt wird, kann am besten an Hand des zweiten Diagramms nach Fig. 5 erklärt werden. Wie aus Fig. 5 (A) ersichtlich, werden sich
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wiederholende Synchronisier-Impulse s durch den Generator 28 entwickelt und die entsprechenden Neu- tronen-Impulse p werden mit den Impulsen s synchronisiert, wie in Fig. 5 (B) gezeigt ist. Auch die Flan- ken u der rechteckigen Wellen, die in Fig. 5 (C) dargestellt und durch den Multivibrator 34 entwickelt sind, liegen gleichzeitig mit den Impulsen s. Die Flanken v treten zu einer Zeit auf, die durch die ! Steuerung 36 so eingestellt werden kann, dass sie ungefähr dem Beginn des Zeitraumes a (Fig. 3) ent- spricht.
Die Flanken w der durch den Multivibrator 33 entwickelten rechteckigen Wellen, die in Fig. 5 (D) dargestellt sind, liegen gleichzeitig mit den Flanken v der in Fig. 5 (C) dargestellten Impulse, und ihre
Flanken x können durch die Steuerung 35 so eingestellt werden, dass die einzelnen Schaltimpulse an dem Ende eines Zeitraumes a enden (Fig. 3). Wie in Fig. 5 (E) gezeigt, entspricht die zeitliche Anordnung der
Sägezahnwelle, die durch den Kipp-Generator 66 entwickelt wird, der Rechteck-Welle des Multivibra- tors 33.
Bei der Arbeit bestrahlen von dem Generator 25 ausgesandte Neutronen-Impulse die Formationen 12 und einige dieser Impulse werden etwa auf thermale Energie verlangsamt. Diese Impulse, die eine Ener- gie von 1, 44 eV haben und durch die Indium-Abdeckung des Strahlungsdetektors eingefangen werden, er- zeugen Impulse, die über Verstärker 32 dem Integrator 60 zugeführt werden.
Ungefähr bei der Beendigung eines Bestrahlungszeitraumes beginnt eine waagrechte Aufzeichnung an dem Beobachtungsschirm 65, und durch den Strahlungsdetektor 29 abgeleitete Impulse, die während der
Vorbeistreichzeit auftreten, werden integriert und als senkrechte Ablenkung des Lichtpunktes auf dem
Schirm sichtbar gemacht. Das Bild zeigt eine Kurve d, die die zeitliche Verteilung der auf die gewählte
Energiehöhe verlangsamten Impulse darstellt. Durch Einzeichnen einer senkrechten gestrichelten Linie e durch den höchsten Punkt der Kurve d wird die Zeit t dieses höchsten Punktes bestimmt.
Durch ständiges Messen der Zeit t beim Durchführen des Gehäuses 10 durch das Bohrloch 11 kann die
Verlangsamungs-Charakteristik der Formation bestimmt werden.
Diese Art der Messung kann durch Verwendung einer abgeänderten Schaltungsanordnung gemäss Fig. 6 selbsttätig erreicht werden. Der Integrator 60 und der Kipp-Generator 66 sind mit einem üblichen, von
Ortungsgeräten her bekannten Kreis 70 gekoppelt, der eine Spannung entwickelt, die die zeitliche An- ordnung der Impulse gegenüber einem Bezugspunkt darstellt. Die Vorrichtung 70 kann z. B. einen Zeit- wählkreis bekannter Art aufweisen. Die abgeleitete Spannung wird einer Registriervorrichtung 71 zuge- führt, wo sie als Funktion der Tiefe des Gehäuses im Bohrloch aufgezeichnet wird.
Mit der Vorrichtung nach Fig. 1 kann man Angaben über verlangsamte Neutronen erhalten, ohne dass
Zeitmessungen gemacht werden. Die Steuerungen 35 und 36 der Multivibratoren 33 und 34 können z. B. so eingestellt werden, dass der Verstärker 32 kurz vor dem Ende des Zeitraumes a (Fig. 3) für eine kurze
Zeit, z. B. für wenige Mikrosekunden, in Arbeitsstellung gebracht wird. Neutronen, die auf den in Indium eingeschlossenen Strahlungsdetektor fallen, erzeugen Impulse, die in Abhängigkeit von der Verlangsa- mung der Neutronen in der Formation in gegenüber dem gewählten Beobachtungszeitraum verschiedenen
Zeitabständen auftreten. So wird eine Spannung entwickelt und als Angabe solcher Verlangsamungen re- gistriert. Natürlich können die Beobachtungszeiträume in jedem gewünschten Teil des Zeitraumes a lie- gen.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann auch zum Messen der durch Einfangen erzeugten Gammastrahlung verwendet werden, die nach der Neutronendiffusion und zu einer Zeit innerhalb des Zeitraumes b eintritt (Fig. 3). Nach einer andern Ausführungsform der Erfindung kann also der Neutronen-Generator 25 so ein- gestellt werden, dass er während Zeiträumen in der Grössenordnung von 50 mikrosec mit einem Abstand von ungefähr 1200 mikrosec Erdformationen mit Neutronen bestrahlt. Durch Einstellung der Multivibrato- ren 35 und 36 wird der Schaltverstärker 32 zu einer gewählten Zeit zwischen 50 und 500 mikrosec nach der Erzeugung eines Neutronenimpulses für wenige Mikrosekunden leitend gemacht.
Vorzugsweise werden die Beobachtungszeiträume in dem Zeitraum b so angeordnet, dass sie auf einer Seite einer Häufung der
Impulse liegen, die in diesem Zeitraum erwartet wird. Mit Hilfe dieser Einstellung spricht das Anzeige- system im wesentlichen nur auf Gammastrahlung an, die durch Einfangen von Neutronen bei Bildung zu- sammengesetzter Kerne rasch ausgesandt wird. Es spricht nicht auf verzögerte Gammastrahlung an, die sich aus dem Zerfall eines radioaktiven Elementes ergibt.
Um z. B. zwischen Öl und Salzwasser in einem Kalksteinbett von etwa 20% Porosität zu unterschei- den, sei zuerst angenommen, dass die besten Bedingungen vorhanden sind, d. h. es sei keine Bohrflüssigkeit in dem Bohrloch oder Gehäuse vorhanden, und es sei ein hoher Salzgehalt gleichmässig über die Formationen verteilt (10 Vol.-% NaCl). Die Verlangsamungszeit für Öle oder Salzwasser ist nahezu die gleiche, d. h. sie kann in der Nähe von 5 mikrosec liegen. Die Diffusionszeit ist in einem ölhaltigen
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Kalkstein um etwas mehr als das Doppelte grösser als in einem die Lake enthaltenden Kalkstein, d. h.
425 bzw. 185 mikrosec.
Durch geeignete zeitliche Einstellung des Strahlungsdetektors kann es möglich sein, zwischen diesen beiden Formationen zu unterscheiden. Es können z. B. eine Ansprechzeit von 20 bis 40 mikrosec und Verzögerungszeiten von 200 und 400 mikrosec für den Strahlungsdetektor angewendet werden, wobei der Strahlungsdetektor nach jeder Zeitverzögerung für einen Zeitraum von etwa wenigen
Mikrosekunden in Tätigkeit gesetzt wird.
Die Anordnung nach Fig. 4 oder Fig. 6 zur Messung der Zeiteinteilung einer Impulsverteilung kann dazu benutzt werden, um die Zeitfolge von durch Einfangen erhaltener Gammastrahlung gegenüber den
Neutronenstrahlungszeiten zu bestimmen. Die Art, in der dies erfolgen kann, ergibt sich aus der vorher- gehenden Erläuterung, anstatt jedoch in dem Zeitraum a gemäss Fig. 3 zu arbeiten, werden die in Be- tracht kommenden Teile des Kreises so angeordnet, dass sie in dem Zeitraum b wirksam sind.
Zusätzlich kann die Spektral-Analyse zusammen mit dem eben beschriebenen Verfahren der Fest- stellung von Gammastrahlung verwendet werden, die rasch beim Einfangen von Neutronen erfolgt.
Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Strahlungsdetektor 29 empfindlich gegen ther- male Neutronen, z. B. kann der Strahlungsdetektor eine Ionisationskammer sein, die mit Bortrifluorid ge- füllt ist. Die verschiedenen Verfahren, die vorher auseinandergesetzt sind, können zum Messen einer
Charakteristik der sich ergebenden thermalen Neutronen verwendet werden. So kann die Zeit in der Dif- fusionsperiode gemessen werden, in der eine grösste Häufung in der Impulsverteilung durch die thermalen
Neutronen als Anzeige von Erdformationscharakteristiken gemessen werden kann.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass der Neutronen-Generator 25 so betätigt werden kann, dass sich während einer verhältnismässig kurzen Zeitspanne, in der er arbeitet, bei der Durchführung des Verfah- rens gemäss der Erfindung sehr hohe Ausbeuten an Neutronen ergeben. Zum Beispiel kann ein Spitzen- impulsstrom von 1 bis 10 Milliampere in der Beschleunigungselektrode27 des Generators erreicht werden, wenn Neutronen-Impulse von 1 mikrosec in einer Entfernung von 1250 mikrosec voneinander liegen.
Wenn längere Impulse und/oder kürzere Zwischenräume erwünscht sind, müsste der Spitzenstrom und die sich ergebende Neutronenausbeute proportional verringert werden, um ein Überhitzen und ein Entleeren des Prallkörpers zu vermeiden.
Im allgemeinen kann bei unelastischen Gammastrahluntersuchungen in- folge der Möglichkeit der Anwendung von kurz dauernden Impulsen eine viel höhere Neutronenausbeute erreicht werden als bei andern Verfahren.
Gegebenenfalls kann die Ionenquelle 26 des Neutronen-Generators so moduliert werden, dass sie nur während der Erzeugung von Neutronen-Impulsen wirksam ist, um die durch den Generator durchschnittlich verbrauchte Kraft zu verringern. Es kann auch eine natürlich aktive Neutronenquelle in bekannter Weise zur Lieferung einer Neutronenabgabe während der sich wiederholenden Zeiträume verwendet werden. Wie z. B. in Fig. 7 gezeigt, kann eine Quelle von Alphateilchen, z. B. ein Kügelchen 80 aus Radium, und ein Prallkörper 81, z. B. Beryllium, nebeneinander zu beiden Seiten einer Schirmscheibe 82 aus Aluminium angeordnet werden. Der Schirm ist mit einem schmalen Schlitz 83 versehen und wird durch einen Synchron-Antriebsmotorin Umdrehung versetzt, der durch eine Wechselstromquelle 20 gespeist wird.
Infolgedessen werden keine Neutronen abgeleitet, solange der Prallkörper 81 gegen die Alphaquelle 80 durch die Scheibe 82 abgeschirmt ist, wenn jedoch Alphateilchen durch den Schlitz 83 hindurchgehen und mit dem Beryllium an dem Prallschirm reagieren, werden Neutronen abgeleitet, solche Neutronen haben Energien in einem Bereich, der sich über 5 MeV erstreckt, und können mit Kernen in der Formation in etwa der gleichen Weise zusammenwirken wie vorher beschrieben.
Die Breite des Schlitzes 83 in der Schirmscheibe 82 und die Geschwindigkeit des Antriebsmotors 84, der synchron mit dem Stromwechsel der Quelle 20 läuft, werden so gewählt, dass Zwischenräume in der Neutronenbestrahlung entstehen, die die gewünschte Dauer und den gewünschten Zeitabstand haben. Das Strahlungsdetektorsystem kann mit der Drehung der Schirmscheibe synchronisiert werden, indem die Abgabe der Quelle 20 über einen Phasenverschieber 84 oder einen Verzögerungskreis mit einer Einstellung 85 mit einem Synchronisier-Impulsgenerator 28 gekoppelt wird. Dementsprechend kann die Zeiteinteilung für die Abstände zwischen den Feststellungen entsprechend den Lehren der Erfindung gewählt werden.
Bei Verfahren, bei denen die Beobachtungszeiten in einem gewissen Abstand von den Bestrahlungszeiten liegen, kann der Strahlungsdetektor selbst während der Bestrahlungszeiten enterregt werden. Zum Beispiel kann die Speisespannung zum Geigerrohr 29 in Fig. 1 unterbrochen werden, so dass sie bei einem von dem Generator 25 ausgesandten Neutronenfluss von hoher Intensität weniger beeinflusst wird.
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Procedure for the investigation of substances, in particular those by a
Borehole intersected earth formations
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Impulse is coupled. The multivibrators 33 and 34 are connected to corresponding controls, which are shown schematically by dashed lines 35 and 36 and for setting the duration of the pulses supplied to the amplifier 32 and for setting the. Serve the time in which these individual pulses are generated in relation to the synchronization pulse. The setting of the controls 35 and 36 results from the later description of the method.
The amplifier 32 is coupled to an integrating and registering unit 37, which can consist, for example, of a capacitance for deriving a voltage which represents the number of pulses generated in the time unit, and of a registering voltmeter to which this voltage is fed . The recording medium of the voltmeter is displaced in a conventional manner in relation to the movement of the housing 10 through the borehole so that a continuous result of counts in relation to the depth in the borehole can be obtained.
If necessary, the unit 37 can contain a pulse shaper, in which pulses of a certain width and height are derived, and which is coupled to a conventional counting speedometer.
The output developed by the latter is a function of the mean number of pulses in the unit of time.
During work, the housing 10 is lowered into the borehole 11 and the switch 21 is closed. The current sources 22 and 23 are thereby excited and they supply electrical energy to the ion source 26 of the neutron generator 25 and the pulse generator 24, respectively. Deuterium ions are derived in the ion source 26, and some of them enter the accelerating electrode 27. Every time a pulse from the generator 28 activates the pulse exciter 24, a high voltage is applied to the acceleration electrode 27, and the highly accelerated deuterium ions react with the tritium in the impact body of the electrode and generate neutrons with an energy level of 14 MeV.
Accordingly, the earth formations 12 are bombarded with neutrons in pulsed fashion during repetitive, relatively short periods of time, so that successive working periods are established, each of which has an irradiation period followed by a rest period.
As will be described in detail later, each rest period consists of a first period in which the neutrons are slowed down, diffuse and react by trapping with the nuclei in the atoms of the formations, and a second period in which the radioactive ones formed by the interaction of the neutrons Elements form a product of radioactive decay. In certain previous arrangements, information was obtained about a core phenomenon which occurred during the said second period. According to the invention, however, the controls 35 and 36 are set so that the pulses developed by the multivibrator 33 activate the switching amplifier 32 during observation periods which each occur within part of a working period including an irradiation period and the aforementioned first period.
In this way, only this part of the resulting gamma radiation impinging on the radiation detector 29, which generates amplified pulses in the amplifier 31, is transmitted to the unit 37 within the individual observation periods and is determined as a function of the depth of the casing 10 in the borehole.
As previously discussed, when deuterium-deuterium or deuterium-tritium reactions occur in the neutron generator, monoenergetic neutrons of 3.5 MeV and 14 MeV, respectively, are derived. These neutrons shall be referred to as fast neutrons, i.e. H. than those that have an energy of more than 1 MeV.
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Lich to calculate V for each energy using the value 1.7 X 10-24 g for the mass of the neutron, and a conversion factor of 1.6 x 10-12 Erg / eV.
Accordingly, the following values can be obtained:
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EMI4.1
EMI4.2
<tb>
<tb> energy <SEP> in <SEP> electron volt <SEP> speed <SEP> in <SEP> cm / sec
<tb> 10 <SEP> MeV <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 109 <SEP>
<tb> 1 <SEP> MeV <SEP> 1, <SEP> 4X <SEP> 109 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 1 <SEP> MeV <SEP> 4,4X <SEP> 108
<tb> 10 <SEP> eV <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> X <SEP> 106 <SEP>
<tb> 1 <SEP> eV <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> X <SEP> 106 <SEP>
<tb> O, <SEP> 1 <SEP> eV <SEP> 4, <SEP> 4x <SEP> 105 <SEP>
<tb>
Since the "mean free path" i.e. H. the average distance traveled before the collision is only approximate for fast neutrons in the range from 0.1 to 10 MeV in earth formations
10 cm, the first or two collisions will occur within 10-8-10-9 seconds of the emission of the fast neutron.
If these are elastic collisions, there is no detectable one
Core phenomenon. However, a significant number of the first few collisions are inelastic, so that within 10-12. sec gamma rays are emitted. In this process, a neutron of a given energy hits the nucleus of an atom of atomic weight A and creates a composite nucleus, i.e. an atom of atomic weight A + 1 is formed in an excited state. Almost instantly a neutron is thrown off with an energy lower than the given one, and a gamma ray is emitted when the atom returns to its ground state with atomic weight A.
As can be seen even more clearly from the following explanation, the invention uses this gamma radiation to derive test results about the earth formations through which a borehole has drilled.
Of the various elements in the formations that could cause such inelastic collisions, two are of great interest, namely carbon (in oil and limestone) and oxygen (in water and in most rocks). Gamma rays resulting from the inelastic scattering of neutrons can have initial energies that correspond to the transitions between low energy quanta of a nucleus that is hit. Carbon with atomic weight 12 has e.g. B. Quanta of 4, 43, 7, 5 and 9, 61 MeV above the ground state, and it has been shown that of these the predominant inelastic gamma radiation, which is of an energy quantum of 4.43 MeV. On the other hand, oxygen of atomic weight has 16 energy quanta of 6, 06, 6.13, 6, 9 and 7.1 MeV above the ground state.
It has been shown that the predominant inelastic gamma radiation from this element is at energy quanta of 6, 9 and 7, 1 MeV.
Of course, the predominant inelastic gamma radiation attributed to carbon and oxygen cannot be produced as a result of exposure to moderately fast neutrons below 4.4 MeV. As a result, neutrons derived from deuterium-tritium effects can produce both carbon 12 and oxygen 16, and the resulting inelastic gamma radiation could be detected by conventional scattering spectrometers in a manner to be described later.
According to one embodiment of the invention, the neutron generator 25 irradiates the earth formations 12 with neutrons of a selected energy for relatively short periods of time spaced from one another. These periods of time can last about 1 microsecond and be separated from one another by a rest period of the order of 1250 microseconds. The switching amplifier 32 is essentially only put into operation for a short period of time which coincides with the point in time of the neutron radiation or is at a very short distance from it. The radiation detector can, for. B. be built so that it only responds during the neutron radiation and a few microseconds afterwards.
In this way, inelastic gamma radiation, which occurs rapidly during the formation of compound nuclei and which appears approximately simultaneously with the emission of neutrons, is determined to the exclusion of a nuclear phenomenon that occurs in the following period in which the neutrons are slowed down and in the Diffuse formation.
The resulting pulses indicate inelastic gamma radiation, and in this way there is an indication on the registration device 27 of the gamma radiation due to the inelastic scattering as a function of the depth in the borehole.
<Desc / Clms Page number 5>
EMI5.1
<Desc / Clms Page number 6>
the mean deceleration time é of neutrons from an energy Eo to an energy Et (thermal energy) is:
EMI6.1
where AS is the mean free control path or the reciprocal value of the quantity Ns os (the macroscopic elastic cross-section of a medium for neutrons of energy E between Eo and Et), 9 is the mean logarithmic energy loss of a neutron in an elastic collision, and Vt is the speed of a neutron at the energy Et, which can be calculated from the above equation (1).
Using published data for the amount g and for the "mean free path") As for the various elements water, sand and limestone, the following values for ë in
Microseconds from equation (2) for various percentages of water and based on a value
EMI6.2
EMI6.3
<tb>
<tb>:
0/0 <SEP> H20
<tb> 0 <SEP> 2 <SEP> 20-25 <SEP> 38.8 <SEP> 100
<tb> sand <SEP> 48 <SEP> 23 <SEP> 3rd <SEP> 5 <SEP> 2,3 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP>
<tb> Limestone <SEP> 45 <SEP> 21 <SEP> 4, <SEP> 4--0, <SEP> 9 <SEP>
<tb>
(All values represent slowdown times in microseconds)
As can be seen from Table II, the mean lag time is for sand and limestone
EMI6.4
halt dependent, which in turn depends on the porosity of the medium.
Neutron diffusion follows the deceleration time, i.e. H. a neutron can be subject to one or more collisions with the nuclei of atoms and on average experiences no change in energy. At some point during such diffusion, a collision occurs in which the neutron becomes trapped in the nucleus of an atom, forms a composite nucleus, and thus stops moving. The resulting atom is in an excited state and essentially suddenly returns to a ground state in which there is rapid emission of gamma rays which then provide a means of indicating the presence of this case.
The capture of a neutron can also create a relatively discontinuous radioactive element that emits gamma radiation during decay to a steady element. The latter type of gamma radiation has a characteristic decrease in intensity with time which is indicative of the decay process and is further distinguished by the fact that it occurs following the emission of capture-generated gamma radiation.
In order to determine the time sequence of the gamma radiation generated by capture, it should be noted that the average time Tc'that a neutron lives from the beginning of the diffusion period is:
EMI6.5
where Nc is the concentration of the capturing nuclei in atoms / cm3, oc is the capture cross-section in barns and V is the neutron velocity, which can be calculated using equation (1).
The following table gives values of Tc in microseconds for the whole range of concentrations (Ne in Atom / eros X 10-24) and cross-sections (in Barn) that are of interest for the borehole survey:
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Table III
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<tb>
<tb> Nc
<tb> Oc <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 01 <SEP> 4, <SEP> 5x10 <SEP> 4, <SEP> 5X10 <SEP>
<tb> 1, <SEP> 0 <SEP> 4500 <SEP> 4, <SEP> 5X <SEP> 104 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> X105 <SEP>
<tb> 10 <SEP> 450 <SEP> 4500 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> X <SEP> 104 <SEP>
<tb> 100 <SEP> 45 <SEP> 450 <SEP> 4500
<tb> 1000 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 45 <SEP> 450
<tb>
(All values represent Tc in microseconds)
From Table III it can be seen that, apart from usual formation conditions,
the diffusion time Tc is considerably longer than the deceleration time (Table II). As a result, for most formations, the diffusion time primarily determines the time of neutron capture. From Tables U and III it can be seen that the total time, ie the slowing down and diffusion time, can generally be expected to be in the order of magnitude of 50 to 500 microseconds after the introduction of a neutron into an earth formation.
The above-mentioned time relationships in the occurrence of a neutron can best be appreciated from the time diagram according to FIG. 3. As shown there, during the short repeating periods of time represented as pulses p, neutrons are approximately in time
1250 microseconds apart, sent out. During the radiation times p can be inelastic
Collisions occur, and there is a slowing down of the neutrons in the part "a" of about
50 microsec duration, i.e. H. during the first period in a rest between the pulses p. In the following part b of the first period, which extends from 50 to 500 microseconds on the time scale, diffusion takes place and a neutron can be captured.
Finally, in the second period c, decay products of radioactive elements can appear, which are formed by the neutron capture.
It is true that special limits are specified for the various time periods a, b and c. However, these are only intended to illustrate an assumed average. In reality, these time periods cannot have sharp boundaries.
The apparatus of Fig. 1 can be modified in the manner shown in Fig. 4 so that other temporal relationships in the occurrence of the neutron can be indicated. The output of the switching amplifier 32 is coupled to an integrator 60 with a relatively short time constant, and the latter is in turn coupled to vertical baffles 61 of a conventional cathode baffle tube 62 with horizontal baffles 63. The plates 61 and 63 control the position of the electron beam which is thrown by an electron gun 64 after a fluorescent observation screen 65 in a known manner. A toggle or sawtooth generator 66 is coupled to the horizontal deflector plates 63 and pulses generated by a multivibrator 33 are supplied to it.
In this way, each saw tooth starts with the leading end of the individual pulses derived by the multivibrator 33 and ends at the trailing end. If desired, a known blanking circuit can be used so that a visible trace is developed on screen 65 only in the presence of a breakover voltage from generator 66.
In order to use the device according to FIG. 1 in the modification according to FIG. 4 for measuring the deceleration times of neutrons, the radiation detector 29 can be enclosed by an absorbing element, e.g. B. Indium can be used, which reacts with incident neutrons of a particular energy of 1.44 eV to generate gamma rays by capture, which activate the radiation detector. There is essentially no response to neutrons of other energies.
Of course, other energies can also be reached with other envelopes. So has z. B. silver resonates at 5.3 eV, cadmium at 0.17 eV, uranium at 7 eV and iodine at 35 eV.
The manner in which the circle of FIG. 4 is set at work can best be explained with reference to the second diagram of FIG. As can be seen from Fig. 5 (A),
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repetitive synchronizing pulses s are developed by the generator 28 and the corresponding neutron pulses p are synchronized with the pulses s as shown in Fig. 5 (B). The flanks u of the rectangular waves, which are shown in FIG. 5 (C) and developed by the multivibrator 34, also lie simultaneously with the pulses s. The edges v occur at a time that is determined by the! Control 36 can be set so that it corresponds approximately to the beginning of time period a (FIG. 3).
The edges w of the rectangular waves developed by the multivibrator 33 shown in Fig. 5 (D) coincide with the edges v of the pulses shown in Fig. 5 (C) and theirs
Edges x can be set by the controller 35 so that the individual switching pulses end at the end of a time period a (FIG. 3). As shown in Fig. 5 (E), the timing is the same as that of
The sawtooth wave developed by the tilt generator 66, the square wave of the multivibrator 33.
In operation, neutron pulses emitted by the generator 25 irradiate the formations 12 and some of these pulses are slowed down to about thermal energy. These pulses, which have an energy of 1.44 eV and are captured by the indium cover of the radiation detector, generate pulses which are fed to the integrator 60 via amplifier 32.
Approximately at the end of an irradiation period, a horizontal recording begins on the observation screen 65, and pulses derived by the radiation detector 29, which during the
Times occur, are integrated and as a vertical deflection of the point of light on the
Screen made visible. The picture shows a curve d showing the temporal distribution of the selected
Energy level represents decelerated impulses. By drawing a vertical dashed line e through the highest point of curve d, the time t of this highest point is determined.
By constantly measuring the time t when passing the housing 10 through the borehole 11, the
The slowdown characteristic of the formation can be determined.
This type of measurement can be achieved automatically by using a modified circuit arrangement according to FIG. The integrator 60 and the tilt generator 66 are with a conventional, of
Locating devices coupled to the known circuit 70, which develops a voltage which represents the temporal arrangement of the pulses with respect to a reference point. The device 70 can e.g. B. have a timing circuit of a known type. The derived voltage is fed to a recorder 71 where it is recorded as a function of the depth of the casing in the borehole.
With the device according to FIG. 1, information about decelerated neutrons can be obtained without
Time measurements are made. The controls 35 and 36 of the multivibrators 33 and 34 can, for. B. be set so that the amplifier 32 shortly before the end of the period a (Fig. 3) for a short
Time, e.g. B. for a few microseconds, is brought into working position. Neutrons, which fall on the radiation detector enclosed in indium, generate impulses which, depending on the deceleration of the neutrons in the formation, differ in relation to the selected observation period
Time intervals occur. A tension is thus developed and registered as an indication of such slowdowns. Of course, the observation periods can be in any desired part of the period a.
The apparatus of FIG. 1 can also be used to measure the capture-generated gamma radiation that occurs after neutron diffusion and at a time within time period b (FIG. 3). According to another embodiment of the invention, the neutron generator 25 can therefore be set such that it irradiates earth formations with neutrons during periods of the order of magnitude of 50 microseconds at a distance of approximately 1200 microseconds. By setting the multivibrators 35 and 36, the switching amplifier 32 is made conductive for a few microseconds at a selected time between 50 and 500 microseconds after the generation of a neutron pulse.
The observation periods are preferably arranged in the period b so that they are on one side of an accumulation of
Impulses that are expected in this period. With the help of this setting, the display system essentially only responds to gamma radiation, which is quickly emitted by capturing neutrons when composite nuclei are formed. It does not respond to delayed gamma radiation that results from the decay of a radioactive element.
To z. To differentiate, for example, between oil and salt water in a limestone bed of around 20% porosity, it is first assumed that the best conditions are present, i. H. there is no drilling fluid in the borehole or casing and there is a high salinity evenly distributed over the formations (10% by volume NaCl). The slowdown time for oils or salt water is almost the same; H. it can be close to 5 microseconds. The diffusion time is in an oily one
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Limestone is slightly more than twice as large as in a limestone containing the brine, i.e. H.
425 or 185 microsec.
By setting the time of the radiation detector appropriately, it may be possible to distinguish between these two formations. It can e.g. B. a response time of 20 to 40 microseconds and delay times of 200 and 400 microseconds can be used for the radiation detector, the radiation detector after each time delay for a period of about a few
Microseconds is put into action.
The arrangement according to FIG. 4 or FIG. 6 for measuring the timing of a pulse distribution can be used to compare the time sequence of gamma radiation obtained by capture with respect to the
Determine neutron radiation times. The way in which this can be done results from the preceding explanation, but instead of working in the period a according to FIG. 3, the parts of the circle that are considered are arranged in such a way that they are in the period b are effective.
In addition, the spectral analysis can be used together with the method just described for the detection of gamma radiation, which occurs rapidly when neutrons are captured.
According to a further embodiment of the invention, the radiation detector 29 is sensitive to thermal neutrons, e.g. B. the radiation detector can be an ionization chamber that is filled with boron trifluoride. The various methods discussed above can be used to measure a
Characteristic of the resulting thermal neutrons can be used. In this way, the time can be measured in the diffusion period in which the greatest accumulation in the impulse distribution is caused by the thermal
Neutrons can be measured as an indication of earth formation characteristics.
It should also be pointed out that the neutron generator 25 can be actuated in such a way that very high yields of neutrons result during a relatively short period of time in which it is working when the method according to the invention is carried out. For example, a peak pulse current of 1 to 10 milliamps can be achieved in the acceleration electrode27 of the generator if neutron pulses of 1 microsecond are at a distance of 1250 microseconds from one another.
If longer pulses and / or shorter intervals are desired, the peak current and the resulting neutron yield would have to be proportionally reduced in order to avoid overheating and deflating of the impact body.
In general, with inelastic gamma ray examinations, a much higher neutron yield can be achieved than with other methods because of the possibility of using short pulses.
If necessary, the ion source 26 of the neutron generator can be modulated in such a way that it is only effective during the generation of neutron pulses in order to reduce the average power consumed by the generator. A naturally active neutron source can also be used in a known manner to provide a neutron output during the repeating periods of time. Such as As shown in Figure 7, a source of alpha particles, e.g. B. a bead 80 made of radium, and an impact body 81, e.g. B. beryllium, are arranged side by side on both sides of a screen 82 made of aluminum. The screen is provided with a narrow slot 83 and is rotated by a synchronous drive motor fed by an alternating current source 20.
As a result, no neutrons are diverted as long as the impact body 81 is shielded from the alpha source 80 by the disc 82, but if alpha particles pass through the slot 83 and react with the beryllium on the impact screen, neutrons are diverted, such neutrons have energies in a range which extends over 5 MeV and can interact with cores in the formation in much the same way as previously described.
The width of the slot 83 in the screen disc 82 and the speed of the drive motor 84, which runs synchronously with the current change of the source 20, are selected so that gaps arise in the neutron irradiation, which have the desired duration and the desired time interval. The radiation detection system can be synchronized with the rotation of the faceplate by coupling the output of the source 20 to a synchronizing pulse generator 28 via a phase shifter 84 or a delay circuit having an adjustment 85. Accordingly, the timing of the intervals between the determinations can be selected in accordance with the teachings of the invention.
In processes in which the observation times are at a certain distance from the irradiation times, the radiation detector can be de-excited even during the irradiation times. For example, the supply voltage to the Geiger tube 29 in FIG. 1 can be interrupted, so that it is less influenced by a high intensity neutron flux emitted by the generator 25.