Verfahren zum Analysieren der Strahlungsabnahme in einem Bohrloch
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren der Strahlungsabnahme in einem Bohrloch mit Hilfe einer darin versenkbaren Sonde, wobei diese Neutronen in die die Bohrung umgebende Erdformation während vorbestimmten Zeitintervallen aussendet, anschliessend die von den Erdformationen in Abhängigkeit ihres natürlichen und künstlich angeregten Atomkernzerfalles ausgesendeten Gammaphotonen feststellt und elektrische Impulse erzeugt, deren Amplituden dem Energiegehalt der Gammaphotonen entsprechen und dass diese elektrischen Impulse einer Anzahl Sendekanäle zugeführt werden, sowie eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens, wobei die Sonde eine zum Aussenden von intermittierender Neutronen strahlung befähigte Neutro nenquelle,
Mittel zum Feststellen von Gammaphotonen und Mittel zum Erzeugen von der Anzahl der festgestellten Gammaphotonen entsprechenden elektrischen Impulsen enthält.
Verfahren zur Untersuchung von Erdformationen mittels einer Bohrung benützen oft spektroskopische Gammastrahlungsmessungen zum Bestimmen des Vorhandenseins oder der Dichte von verschiedenen Elementen. Zur Durchführung einer spektrographischen Analyse von die Bohrung umgebenden Gesteins- oder Flüssigkeitsformationen ist es notwendig, die beim Zerfall der Atomkerne der in den Formationen enthaltenen Elemente ausgestrahlten Gammaphotonen festzustellen.
Entsprechend der Anzahl Gammaphotonen pro Zeiteinheit werden elektrische Impulse erzeugt und diese werden über ein Kabel zur Erdoberfläche übertragen.
Es werden schon impulslagemodulierte Zeitmultiplexanlagen für die Untersuchung der Erdformationen benützt. Der Einsatz einer Zeitmultiplex-Mehrkanal Fernmessanlage ist mit folgenden Vorteilen verbunden: Die Informationen gelangen über eine Anzahl Signalkanäle an die IErdoberfläche, wobei diese getrennten Signalkanäle über ein Lefterpaar eines Verbindungskabels geführt werden, dadurch treten keine besonderen Schwierigkeiten bei der Übertragung, wie beispielsweise Laufzeitverzerrungen, auf. Weil jeder unabhängige Signalkanal vom Strahlendetektor bis zur Aufzeichnungsoder Anzeigevorrichtung auf der Erdoberfläche den genau gleichen Bedingungen unterworfen ist.
Ausserdem werden die Amplituden der übertragenen Signale nur ganz wenig von der Länge des Verbindungskabels beeinflusst, so dass die Messwerte nicht verfälscht werden.
Neutronenimpulse, welche eine in einer Sonde untergebrachte gepulste Neutronenquelle impulsmässig verlassen, werden anfänglich mit hoher Geschwindigkeit in die die Bohrung umgebende Erdformation eindringen.
Ihre Geschwindigkeit wird schnell abnehmen und infolge von Zusammenstössen mit den Atomkernen der anwesenden Elemente wird ein Teil der kinetischen Energie in Wärmeenergie umgesetzt und die Neutronen werden bis auf thermische Geschwindigkeit abgebremst.
Von diesen nunmehr langsamen sogenannten thermischen Neutronen werden einige von Atomkernen leingefangen, wodurch diese angeregt werden und die überschüssige Energie in Form einer Gammastrahlung abgeben. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Atomkern eines bestimmten Elementes ein thermisches Neutron einfängt, ist von der Menge des anwesenden Elementes und der Grösse seines Wirkungsquerschnittes abhängig. Die während einzelnen Zeitintervallen festgestellte Anzahl ausgesendeter Gammaphotonen ist eine Angabe über die Anzahl der Neutronen mit thermischer Geschwindigkeit in der Erdformation. Die durchschnittlich benötigte Zeit zum Reduzieren einer gegebenen Anzahl von thermischen Neutronen auf die Hälfte wird als Lebensdauer der Neutronen bezeichnet.
Daher kann durch das Erfassen der festgestellten Gammaphotonen während eines bestimmten Zeitintervalls die Schnelligkeit der Strahlungsabnahme bestimmt werden, woraus wertvolle Angaben über die Zusammensetzung der Erdformation abgeleitet werden können.
Das Bestimmen der Schnelligkeit der Strahlungsabnahme kann durch das Auswerten des Verhältnisses zwischen Ergebnissen von periodischen Zählungen, die während wenigstens mehr als zwei voneinander getrennten Zeitintervallen stattgefunden haben, erfolgen.
Ausgehend von diesen Verhältniszahlen kann der makroskopische Wirkungsquerschnitt der Erdformation bestimmt werden.
Der makroskopische Wirkungsquerschnitt der Erdformation ist im wesentlichen von zwei Faktoren abhängig, es sind dies der makroskopische Querschnitt der festen Teile und jener der flüssigen Teile in der Erdformation. Zuverlässige Bestimmungen von eingeschlossenen Flüssigkeitsmengen können mittels Bohrungsversuche gemacht und daraus kann der makroskopische Wirkungsbereich der festen Erdformationen abgeleitet werden. In gewissen Fällen ist das Resultat allerdings zweideutig und ungenügend, um eine zuverlässige Angabe über das Vorhandensein von bestimmten Elementen in der Erdformation und deren relative Anteile zu erhalten. Aus diesem Grund ist es wünschbar, Angaben über die Energieverteilung oder über das Spektrum der Gammastrahlung zu erhalten.
Mit einer bekannten Einrichtung zum Analysieren des Spektrums einer Gammastrahlung und der erfindungsgemässen Einrichtung zum Analysieren der Strahlungsabnahme können die oben gewünschten Angaben erhalten werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist gekennzeichnet durch zeitlich hintereinander gestaffeltes Öffnen von einzelnen der Sendekanäle während eines bestimmten Zeit intervalls, durch Bilden eines Informationssignals in jedem Sendekanal, welches Signal zu der während des Öffnens des Sendekanals festgestellten Anzahl Gammaphotonen proportional ist, durch lagemässiges Modulieren von Zeitmultipleximpulsen mit den Informationssignalen und durch Übertragen der positionsmodulierten Zeitmultipleximpulse in eine sich an der Erdoberfläche befindliche Empfangs ausrüstung.
Die Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens ist gekennzeichnet durch mehrere während den Zeitintervallen nacheinander durchschalt- bare Sendekanäle, jedem dieser Sendekanäle zugeordnete Mittel zum Bilden der Informationssignale, eine Zeitmultiplexvorrichtung zum Steuern der Sendekanäle, Mittel zum Ausführen der Impuls-Lage-Modulation und Mittel zum Übertragen der modulierten Signale in die Empfangs ausrüstung enthält.
Zum Zwecke des besseren Verständnisses ist nachstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschema einer Einrichtung zum Analysieren einer Strahlungsabnahme,
Fig. 2 ein Blockschema eines bekannten Teiles eines Fernmesssenders der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung zum Darstellen der Wirkungsweise des Zeitmultiplex Verfahrens und
Fig. 3 ein Blockschema, das die Zusammenarbeit der Einrichtung mit einer bekannten Kanalauswahlvorrichtung angibt.
In der Fig. 1 ist im oberen Drittel der in einer Sonde untergebrachte und zum Einführen in eine Bohrung in der Erdoberfläche bestimmte Teil der Einrichtung schematisch dargestellt. Er enthält eine Neutronenquelle NS die Neutronen, welche z. B. eine Energie von 14 MeV aufweisen, in die die Sonde umgebende Erdformation aussenden kann.
Die Neutronenquelle kann die Neutronen impulsmässig, z. B. während 10 Mikrosekunden, aussenden.
Dieses impulsmässige Aussenden wird beispielsweise jede Millisekunde wiederholt. Die Neutronenquelle wird durch Taktimpulse, welche durch einen Taktimpulsgenerator im 24 Kanäle aufweisenden Fernmesssender TT erzeugt werden, gesteuert. Die Taktimpulse werden der Neutronenquelle über die Taktimpulsleitung 2 zugeführt. Ein Strahiendetektor D, der z. B. reinen empfindlichen Kristall aus Natriumjodid, der beim Auftreffen von radioaktiver Strahlung winzige Lichtblitze erzeugt und einen Photoelektronen-Vervielfacher enthält, ist derart mit den Arbeitszeiten der Neutronenquelle NS über die Taktimpulsleitung 2 synchronisiert, dass der Detektor D während der Zeit, zu der die Neutronenquelle NS Neutronen aus sendet, unwirksam und während des Zeitintervalls zwischen zwei Neutronenimpulsen aktiv ist.
Der Kristall und der Photoelektronen-Vervielfacher werden vorzugsweise mit einer nicht dargestellten Kühlvorrichtung auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten. Der Detektor und die restlichen Teile der Sonde, die nicht zur Neutronenquelle gehören, sind gegenüber dieser mit einem Schutzschild abgeschirmt.
Der Photoelektronen-Vervielfacher erzeugt für jedes durch den Detektor festgestellte Gammaphoton einen elektrischen Impuls. Die Amplitude dieses Impulses entspricht der Energie, mit der das festgestellte Gammaphoton behaftet war. Der am Ausgang des Photoelektronen-Vervielfachers abgebene Impulszug wird über die Leitung 4 mehreren Und-Toren E1-E23 zugeführt. Die Anzahl der Und-Tore richtet sich nach der Anzahl der Signalkanäle des verwendeten Übertragungsmittels. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind 23 Signalkanäle vorhanden.
Die Und-Tore E1-E23 werden durch den Taktgeberstromkreis des Fernmesssenders TT über einen jedem Und-Tor einzeln zugeordneten Leiter 6, von denen in der Fig. 1 der Einfachheit halber nur einer dargestellt ist, in der Weise gesteuert, dass die Und-Tore zeitlich eines nach dem andern zum Durchlassen des vom Photoelektronen-Vervielfacher erzeugten Impulszuges während bestimmten Zeitintervallen geöffnet werden. Dadurch wird die ganze, durch den Detektor D festgestellte Strahlung oder das Eintreffen von Gammaphotonen in mehrere einzelne, zeitliche festgeIegte und aufeinander folgende Zählungen aufgeteilt. Jeder Sendekanal enthält einen monostabilen Triggerstromkreis
M1-M23 und einen Integrationskreis I1-I23 sowie ein weiteres Und-Tor A1-A23.
Der Integrationskreis summiert die innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls eintreffenden elektrischen Impulse, während welchem das zugehörige Und-Tor E1-E23 geöffnet ist, und erzeugt einen Ausgangsimpuls, dessen Amplitude proportional zu der Anzahl der empfangenen elektrischen Impulse ist. Diese integrierten Ausgangsimpulse von jedem zweiten Und-Tor A1-A23 werden nacheinander dem 24 Kanäle aufweisenden Fernmesssender TT zugeführt. Der letztere arbeitet nach dem Zeitmultiplex-Verfahren und ist ebenfalls in der Sonde untergebracht. Der 24. Kanal wird für Überwachungszwecke, z. B. die Überwachung des Neutronenflusses der Neutronenquelle NS, benützt.
Der Femmesssender TT erzeugt Tortastimpulse, die über eine Mehrzahl von Anschlüssen 10, von denen nur einer dargestellt ist, den zweiten Und-Toren A1-A23 zugeführt werden. Die Ausgangssignale der Integnerkrelisle I1-I23 sind Gieichstromsignale, deren Amplitude proportional zur Anzahl der während den einzelnen auf einanderfolgenden Zeitintervallen festgestellten Gammaphotonen ist. Die Ausgangssignale werden dem Sender TT in zeitlicher Reihenfolge nacheinander zugeführt.
Die Arbeitsweise des Senders TT ist mit Bezug auf die Fig. 2 nachstehend kurz beschrieben. Der Sender TT setzt die integrierten impulsförmigen und amplituden modulierten Signale in impulslagemodulierte Impulse um. Die Mittel zur Durchführung dieser Umsetzung sind in der Fig. 2 dargestellt.
Der Fernmesssender TT sendet die lagemodulierten Zeitmultiplex-Impulse über ein Verbindungskabel 12 einer Empfangs ausrüstung TR, welche über der Erdoberfläche aufgestellt ist, zu. Die Empfangs ausrüstung TR enthält Mittel für die Demodulation der eintreffenden Impulse und erzeugt einen Impulszug, dessen Amplituden wieder mit dem ursprünglichen des dem Eingang des Fernmesssenders TT zugeführten Impulszuges übereinstimmen. Dieser Impulszug, der am Ausgang der Empfangsausrüstung abgenommen werden kann, wird einer Anzahl Und-Toren B1-B23, entsprechend der Anzahl der Und-Toren A1-A23 in der Sonde, zugeführt.
Die Und-Tore B1-B23 werden synchron mit den Und Toren A1-A23 gesteuert, wobei sie ihre Tortaktimpulse über einzelne, jedem Und-Tor zugeordnete Leiter 14 erhalten. Diese Tortaktimpulse werden in der Empfangsausrüstung TR erzeugt. Auf diese Weise entspricht das Ausgangssignal eines jeden Und-Tores B 1-B23 dem vom korrespondierenden Und-Tor A1-A23 erzeugte Impuls. Demnach entsprechen die Ausgangsimpulse der Und-Tore B1-B23 der Anzahl der von der Sonde festgestellten Gammaphotonen während des entsprechenden Zeitintervalls. Die Ausgänge der Und-Tore B1-B23 sind mit Speicherkreisen ST1-ST23 verbunden, deren Ausgänge an je 5 Kontakte eines aus einzelnen Schaltern SSl-SSl 15 bestehenden Summenauswahlschalters angeschlossen sind.
Die fünf Ausgänge des Summenauswahlschalters sind mit je einem Summenverstärker AMP1-AMP5 verbunden. Durch die Schalter SSl-SS115 kann jeder einzelne Ausgang der Empfangskanäle mit mindestens einem andern beliebigen, nicht unbedingt benachbarten Empfangskanal kombiniert werden. An die Verstärkerausgänge sind geeignete Messinstrumente undloder Aufzeichnungsvorrichtungen IND1-IND5 angeschlossen, was auf einfache Art eine Anzeige der Anzahl Gammaphotonen, die in vorbestimmten Zeitintervallen von der Sonde festgestellt wurden, ermöglicht. Durch die Auswahl von einzelnen Kanälen oder durch die Kombination von Kanälen kann der Aussagewert gesteigert werden.
Die Verstärkerausgänge AMP sind weiter mit einem Verhältnisanzeiger RM verbunden, welcher einen elektrischen Stromkreis zum Erzeugen einer Direktanzeige des Verhältnisses der Amplitudenwerte der Signale in den ausgewählten Empfangskanälen aufweist und welcher das Verhältnis der in verschiedenen Zeftintervalirn festgestellten Gammaphotonen anzeigt. Diese Anzeige ist ein Mass für die Abnahmegeschwindigkeit der aufgespürten Strahlung und kann für die Bestimmung des makroskopischen Wirkungsquerschnittes der Erdformation verwendet werden.
Durch Verändern der Kombinationen, in denen die Schalter SSl-SSl 15 anders eingestellt werden, kann der Verhältnisanzeiger RM in der Weise benützt werden, dass eine Anzeige der Strahlungsabnahmegeschwindigkeit für viele Kombinationsmöglichkeiten und Detektionszeftintervalle erhalten wird.
Öfters ist es wünschbar, eine zusätzliche optische Anzeige auf einer Kathodenstrahlröhre zu haben. In Fig. 1 ist eine solche Kathodenstrahlröhre CRT, welche eine Strahlungsabnahmekurve in sichtbarer analoger Form wiedergeben kann, dargestellt. Die Kathoden strahlröhre erzeugt ein sichtbares Bild von den während verschiedenen Zeitabschnitten festgestellten Gammaphotonen in Funktion der Zeit. Von dieser dargestellten Kurve kann die Steilheit der Strahlungsabnahme an verschiedenen Punkten, die verschiedenen Zeiten entsprechen, bestimmt werden. Diese sichtbare Anzeige ist sehr nützlich und gestattet leiner Bedienungsperson jene Empfangskanalausgänge miteinander zu verbinden und dem Verhältnismesser RM zuzuführen, aus denen Informationen über die Erdformationen ermittelt werden können.
Die Y-Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre CRT sind mit den Ausgängen der Speicher ST1-ST23 über leinen weiteren Satz von Und-Toren C1-C23, die ebenfalls vom Taktimpulsgenerator der Empfangsausrüstung gesteuert werden, über entsprechende Leitungen 16 verbunden. Die zusammengeschalteten Ausgänge dieser Und-Tore werden den Y-Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre CRT über einen Verstärker AY zugeleitet. Die XZ -Signale für die Kathodenstrahlröhre werden beide einem Taktimpulsstromkreis der Empfangsausrüstung TR entnommen. Die Taktimpulse des Empfängers werden über die Leitung 18, über einen Triggerstromkreis TC, einem Sägezahngenerator STG zugeführt, um die Horizontalablenkung für alle 24 Impulse des l Impulszuges zu erhalten.
Der Ausgang des Sägezahngenerators ist zu diesem Zweck mit einem Verstärker AX verbunden und der Ausgang dieses Verstärkers steuert die Horizontalablenkung der Kathodenstrahlröhre. Die Empfangsausrüstung TR liefert auch Impulse auf den Leitungen 20 und 22, welche einem ersten und zweiten monostabilen Triggerstromkreis R1 bzw. R2 zugeführt werden. Die Ausgänge dieser Triggerstromkreise sind parallel geschaltet und an den Eingang eines Verstärkers AZ, dessen Ausgang mit der Kathodenstrahlröhre verbunden ist, angeschlossen.
Die Fig. 2 zeigt schematisch einen Teil eines bekannten Fernmeldemesssenders TT. Es sei bemerkt, dass ein Doppel-Dekatron 53 die Tortastimpulse und die Taktimpulse auf den Leitungen 6 bzw. 2 für die Und Tore E1-E23 und die Neutronenquelle e NS erzeugt Der Sender arbeitet mit dem Zeitmultipiex-Verfahren und die Impulslagemodulation wird durch einen Blumlein Integrator 58 und die zugehörigen Stromkreise erzeugt.
Die Empfangsausrüstung über der Erdoberfläche enthält entsprechende Stromkreise und zugehörige Demodulationsstromkreise sowie ein weiteres Doppel-Dekatron.
Dieses Doppel-Dekatron in der Empfangs ausrüstung ist mit jenem im Fernmesssender TT synchronisiert und erzeugt Steuerimpulse an den Anschlüssen 14, 16, 18, 20 und 22, wie das aus der Fig. 1 ersichtlich ist.
Die Fig. 3 zeigt in schematischer Weise wie die Einrichtung der Fig. 1 in Verbindung mit einer bekannten Kanalauswahlvorrichtung, zum Zwecke einer besseren Information über die Zusammensetzung der Erdformationen, zusammenarbeitet. Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Ausgänge der Und-Tore E1-E23, welche die elektrischen Impulse vom Photoelektronen-Ver- vielfacher erhalten, während bestimmten Zeitperioden über eine Schaltanlage SW mit einem Impulsamplitudendiskriminator DP verbunden sind. Der Ausgang des Amplituden-Diskriminators PD ist an die Kanalauswahlvorrichtung angeschlossen. Deshalb ergeben die festgestellten Gammaphotonen, die zu einem oder mehreren vorbestimmten Zeitabschnitten ausgewertet werden, verfeinerte Ergebnisse, womit ermöglicht wird, dass die Energieverteilung im Spektrum der Gammastrahlung ermittelt werden kann.
Auf Grund der vorerst ermittelten Strahlungs abnahmekurve und des Spektrums der Energieverteilung der Strahlung können wesentlich bessere Schlüsse in bezug auf die Zusammensetzung der Erdformation gezogen werden.
Method of analyzing the decrease in radiation in a borehole
The invention relates to a method for analyzing the decrease in radiation in a borehole with the aid of a probe which can be submerged therein, this emitting neutrons into the earth formation surrounding the borehole during predetermined time intervals, then determining and determining the gamma photons emitted by the earth formations depending on their natural and artificially excited atomic nucleus decay generates electrical pulses, the amplitudes of which correspond to the energy content of the gamma photons and that these electrical pulses are fed to a number of transmission channels, as well as a device for performing the method, the probe being a neutron source capable of emitting intermittent neutron radiation,
Means for detecting gamma photons and means for generating electrical pulses corresponding to the number of gamma photons detected.
Methods of investigating earth formations by means of a borehole often use spectroscopic gamma ray measurements to determine the presence or density of various elements. In order to carry out a spectrographic analysis of the rock or liquid formations surrounding the borehole, it is necessary to determine the gamma photons emitted during the decay of the atomic nuclei of the elements contained in the formations.
Electrical pulses are generated according to the number of gamma photons per unit of time and these are transmitted to the earth's surface via a cable.
Pulse position modulated time division multiplex systems are already used for the investigation of the earth formations. The use of a time-division multiplex multi-channel telemetry system is associated with the following advantages: The information reaches the earth's surface via a number of signal channels, with these separate signal channels being routed via a pair of connectors in a connecting cable, which means that there are no particular difficulties in transmission, such as delay time distortions . Because every independent signal channel from the radiation detector to the recording or display device on the earth's surface is subjected to exactly the same conditions.
In addition, the amplitudes of the transmitted signals are only slightly influenced by the length of the connecting cable, so that the measured values are not falsified.
Neutron pulses, which leave a pulsed neutron source housed in a probe, will initially penetrate the earth formation surrounding the borehole at high speed.
Their speed will quickly decrease and as a result of collisions with the atomic nuclei of the elements present, part of the kinetic energy is converted into thermal energy and the neutrons are slowed down to thermal speed.
Some of these now slow so-called thermal neutrons are captured by atomic nuclei, which stimulate them and release the excess energy in the form of gamma radiation. The probability that an atomic nucleus of a certain element will capture a thermal neutron depends on the amount of the element present and the size of its cross-section. The number of gamma photons emitted during individual time intervals is an indication of the number of neutrons with thermal speed in the earth formation. The average time required to reduce a given number of thermal neutrons to half is called the lifetime of the neutrons.
Therefore, by recording the determined gamma photons during a specific time interval, the speed of the decrease in radiation can be determined, from which valuable information about the composition of the earth formation can be derived.
The rapidity of the decrease in radiation can be determined by evaluating the relationship between the results of periodic counts that have taken place during at least more than two separate time intervals.
The macroscopic effective cross-section of the earth formation can be determined on the basis of these ratios.
The macroscopic effective cross section of the earth formation is essentially dependent on two factors, these are the macroscopic cross section of the solid parts and that of the liquid parts in the earth formation. Reliable determinations of enclosed amounts of liquid can be made by means of borehole tests and from this the macroscopic range of action of the solid earth formations can be derived. In certain cases, however, the result is ambiguous and insufficient to obtain reliable information about the presence of certain elements in the earth formation and their relative proportions. For this reason it is desirable to obtain information about the energy distribution or the spectrum of the gamma radiation.
With a known device for analyzing the spectrum of a gamma radiation and the device according to the invention for analyzing the decrease in radiation, the information desired above can be obtained.
The method according to the invention is characterized by the sequential opening of individual transmission channels during a certain time interval, by forming an information signal in each transmission channel, which signal is proportional to the number of gamma photons determined during the opening of the transmission channel, by modulating time-division multiplex pulses with the Information signals and by transmitting the position-modulated time-division multiplex pulses in a receiving equipment located on the earth's surface.
The device for carrying out the method according to the invention is characterized by several transmission channels that can be switched through one after the other during the time intervals, means for forming the information signals assigned to each of these transmission channels, a time-division multiplex device for controlling the transmission channels, means for performing the pulse position modulation and means for transmission the modulated signals in the receiving equipment.
For the purpose of better understanding, a preferred embodiment is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
1 shows a block diagram of a device for analyzing a decrease in radiation,
FIG. 2 shows a block diagram of a known part of a telemetry transmitter of the device shown in FIG. 1 for illustrating the mode of operation of the time division multiplex method, and FIG
Fig. 3 is a block diagram indicating the cooperation of the device with a known channel selection device.
In the upper third of FIG. 1, the part of the device accommodated in a probe and intended for insertion into a bore in the earth's surface is shown schematically. It contains a neutron source NS the neutrons, which z. B. have an energy of 14 MeV, into which the probe can emit surrounding earth formation.
The neutron source can pulse the neutrons, z. B. for 10 microseconds.
This pulsed transmission is repeated every millisecond, for example. The neutron source is controlled by clock pulses, which are generated by a clock pulse generator in the remote measuring transmitter TT, which has 24 channels. The clock pulses are fed to the neutron source via the clock pulse line 2. A beam detector D, the z. B. pure sensitive crystal made of sodium iodide, which generates tiny flashes of light when radioactive radiation hits it and contains a photoelectron multiplier, is so synchronized with the working times of the neutron source NS via the clock pulse line 2 that the detector D during the time at which the neutron source NS sends neutrons out, is ineffective and active during the time interval between two neutron pulses.
The crystal and the photoelectron multiplier are preferably kept at a predetermined temperature with a cooling device (not shown). The detector and the remaining parts of the probe that do not belong to the neutron source are shielded from it with a protective shield.
The photoelectron multiplier generates an electrical pulse for each gamma photon detected by the detector. The amplitude of this pulse corresponds to the energy with which the determined gamma photon was affected. The pulse train emitted at the output of the photoelectron multiplier is fed via line 4 to several AND gates E1-E23. The number of AND gates depends on the number of signal channels of the transmission medium used. In the illustrated embodiment, there are 23 signal channels.
The AND gates E1-E23 are controlled by the clock circuit of the telemetry transmitter TT via a conductor 6 individually assigned to each AND gate, of which only one is shown in FIG. 1 for the sake of simplicity, in such a way that the AND gates timed one after the other to allow the passage of the pulse train generated by the photoelectron multiplier are opened during certain time intervals. As a result, the entire radiation determined by the detector D or the arrival of gamma photons is divided into several individual, time-fixed and successive counts. Each transmission channel contains a monostable trigger circuit
M1-M23 and an integration circuit I1-I23 and a further AND gate A1-A23.
The integration circuit adds up the electrical pulses arriving within a specified time interval, during which the associated AND gate E1-E23 is open, and generates an output pulse whose amplitude is proportional to the number of electrical pulses received. These integrated output pulses from every second AND gate A1-A23 are successively fed to the telemetry transmitter TT, which has 24 channels. The latter works according to the time division multiplex method and is also housed in the probe. The 24th channel is used for monitoring purposes, e.g. B. used to monitor the neutron flux of the neutron source NS.
The remote measurement transmitter TT generates gate pulses which are fed to the second AND gates A1-A23 via a plurality of connections 10, only one of which is shown. The output signals of the integral circuit I1-I23 are direct current signals, the amplitude of which is proportional to the number of gamma photons detected during the individual successive time intervals. The output signals are fed to the transmitter TT one after the other in chronological order.
The mode of operation of the transmitter TT is briefly described below with reference to FIG. The transmitter TT converts the integrated pulse-shaped and amplitude-modulated signals into pulse position-modulated pulses. The means for carrying out this conversion are shown in FIG.
The telemetry transmitter TT sends the position-modulated time-division multiplex pulses via a connecting cable 12 to a receiving equipment TR, which is set up above the surface of the earth. The receiving equipment TR contains means for demodulating the incoming pulses and generates a pulse train, the amplitudes of which again match the original pulse train supplied to the input of the telemetry transmitter TT. This pulse train, which can be picked up at the output of the receiving equipment, is fed to a number of AND gates B1-B23, corresponding to the number of AND gates A1-A23 in the probe.
The AND gates B1-B23 are controlled synchronously with the AND gates A1-A23, whereby they receive their gate clock pulses via individual conductors 14 assigned to each AND gate. These gate clock pulses are generated in the receiving equipment TR. In this way, the output signal of each AND gate B 1-B23 corresponds to the pulse generated by the corresponding AND gate A1-A23. Accordingly, the output pulses of the AND gates B1-B23 correspond to the number of gamma photons detected by the probe during the corresponding time interval. The outputs of the AND gates B1-B23 are connected to memory circuits ST1-ST23, the outputs of which are each connected to 5 contacts of a sum selection switch consisting of individual switches SS1-SS1 15.
The five outputs of the sum selection switch are each connected to a sum amplifier AMP1-AMP5. The switches SS1-SS115 can be used to combine each individual output of the receiving channels with at least one other, not necessarily adjacent, receiving channel. Suitable measuring instruments and / or recording devices IND1-IND5 are connected to the amplifier outputs, which enables the number of gamma photons that have been detected by the probe at predetermined time intervals to be displayed in a simple manner. The informative value can be increased by selecting individual channels or by combining channels.
The amplifier outputs AMP are further connected to a ratio indicator RM, which has an electrical circuit for generating a direct display of the ratio of the amplitude values of the signals in the selected receiving channels and which shows the ratio of the gamma photons detected in different timing intervals. This display is a measure of the rate of decrease of the detected radiation and can be used to determine the macroscopic cross-section of the earth formation.
By changing the combinations in which the switches SSI-SSI 15 are set differently, the ratio indicator RM can be used in such a way that an indication of the rate of decrease in radiation is obtained for many possible combinations and detection time intervals.
It is often desirable to have an additional visual display on a cathode ray tube. 1 shows such a cathode ray tube CRT which can reproduce a radiation decrease curve in a visible analog form. The cathode ray tube generates a visible image of the gamma photons detected during different time periods as a function of time. From this curve shown, the steepness of the decrease in radiation at different points, which correspond to different times, can be determined. This visual display is very useful and allows an operator to interconnect and feed to the ratio meter RM those receiving channel outputs from which information about the earth formations can be obtained.
The Y-baffles of the cathode ray tube CRT are connected to the outputs of the memories ST1-ST23 via a further set of AND gates C1-C23, which are also controlled by the clock pulse generator of the receiving equipment, via corresponding lines 16. The interconnected outputs of these AND gates are fed to the Y baffles of the cathode ray tube CRT via an amplifier AY. The XZ signals for the cathode ray tube are both taken from a clock pulse circuit of the receiving equipment TR. The clock pulses of the receiver are fed via line 18, via a trigger circuit TC, to a sawtooth generator STG in order to obtain the horizontal deflection for all 24 pulses of the 1 pulse train.
For this purpose the output of the sawtooth generator is connected to an amplifier AX and the output of this amplifier controls the horizontal deflection of the cathode ray tube. The receiving equipment TR also provides pulses on lines 20 and 22 which are fed to first and second monostable trigger circuits R1 and R2, respectively. The outputs of these trigger circuits are connected in parallel and connected to the input of an amplifier AZ, the output of which is connected to the cathode ray tube.
Fig. 2 shows schematically part of a known telecommunications measurement transmitter TT. It should be noted that a double Dekatron 53 generates the gate strobe pulses and the clock pulses on lines 6 and 2 for the And gates E1-E23 and the neutron source e NS. The transmitter works with the time-division method and the pulse position modulation is controlled by a Blumlein Integrator 58 and the associated circuits generated.
The receiving equipment above the earth's surface contains corresponding circuits and associated demodulation circuits as well as another double Dekatron.
This double Dekatron in the receiving equipment is synchronized with that in the remote measurement transmitter TT and generates control pulses at the terminals 14, 16, 18, 20 and 22, as can be seen from FIG.
FIG. 3 shows in a schematic manner how the device of FIG. 1 works together in connection with a known channel selection device for the purpose of better information about the composition of the earth formations. It can be seen from FIG. 3 that the outputs of the AND gates E1-E23, which receive the electrical pulses from the photoelectron multiplier, are connected to a pulse amplitude discriminator DP via a switchgear SW during certain time periods. The output of the amplitude discriminator PD is connected to the channel selection device. Therefore, the determined gamma photons, which are evaluated at one or more predetermined time segments, give refined results, which enables the energy distribution in the spectrum of the gamma radiation to be determined.
On the basis of the radiation decrease curve determined for the time being and the spectrum of the energy distribution of the radiation, much better conclusions can be drawn with regard to the composition of the earth formation.