DE1922458C3 - Verfahren zur Bestimmung von Charakterisüka einer Erdformation - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung von Charakterisüka einer ErdformationInfo
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Description
25
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Charakteristika einer ein Bohrloch umgebenden
Erdformation durch Bestrahlung einer Bohrlochflüssigkeit und der Formation mit aufeinanderfolgenden
Stößen schneller Neutronen und Messen der durch die Bestrahlung der Formation verursachten Ausstrahlung
während wenigstens zweier getrennter Zeitintervalle nach jedem Neutronenstoß, wobei der Bohrlochflüssigkeit ein radioaktiver Indikator zugesetzt oder der
Indikator im Bohrloch radioaktiviert wird.
Zur Bestimmung der Charakteristika der Erdformation ist es bekannt, disse mit Neutronenstößen zu
bombardieren (GB-PS 9 48 310, US-PS 3379 884, US-PS 31 02 956), oder aber es werden Flüssigkeiten
durch das Bohrloch in die dieses umgebende Erdfonnation eingebracht (US-PS 24 80 674, 30 70 696) und
anschließend radioaktiviert.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist schließlich aus der US-PS 30 19 341 bekannt
Durch diese Flüssigkeiten lassen sich dann poröse oder permeable Formationen charakterisieren, weil sich
das radioaktive Tracermaterial auf der Oberfläche der porösen Zone absetzt, während die restliche Flüssigkeit
eindringt. Wird aber das Tracermaterial so ausgewählt, daß es nicht selbst in die poröse Zone eindringt, so ist
mit diesem Verfahren keine Angabe möglich, wie weit der Rest der Flüssigkeit sich in der porösen Zone
verteilt hat.
Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs genannte Verfahren so auszubilden, daß sowohl die Bestimmung
der Konzentration des Tracermaterials bezüglich der Flüssigkeit wie auch des Porenvolumens ermöglicht
wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst.
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Neutronenabsorber führt dazu, daÖ der Neutroneneinfangquerschnitt der Flüssigkeit vergrößert wird.
So kann z. B. eine vorherbestimmte Menge eines
derartigen Materials der Bohrlochflüssigkeit dergestalt
zugesetzt werden, daß dessen Einfangquerschnitt groß im Vergleich zu demjenigen der Erdformationsflüssigkeiten ist, die in den hier interessierenden Tiefen
vorliegen. Im Anschluß an das Eindrücken der Flüssigkeit wird durch das Bohrloch ein Meßinstrument
mit einer pulsierenden Neutronenquelle sowie einem oder mehreren Strahlungsdetektoren geführt, die in
Kombination zu einer Anzeige der Konzentration des Tracermaterials und ebenfalls einer Anzeige des
Ausmaßes führen, in dem die eingedrückte Flüssigkeit in die Formation eindiffundiert ist, wobei das Ausmaß
durch Messen des thermischen Neutroneneinfang-Querschnitts der Erdformation bestimmt wird.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert:
Fig. 1 ist eine teilweise im Querschnitt ausgeführte
bildliche Darstellung, wobei ein typisches Bohrloch gezeigt ist, das ein Bohrrohr mit Bohrer enthält, und es
ist der Fluß des Bohrschlamms in und aus dem Bohrloch und in eine poröse Erdformation gezeigt, durch die das
Bohrloch hindurchtritt
Fig.2 ist eine teilweise im Querschnitt ausgeführte
bildliche Darstellung des in der F i g. 1 wiedergegebenen Bohrlochs, wobei das Bohrrohr und Bohrer entfernt sind
sowie zwecks Vermessen der benachbarten Erdfonnationen eine in das Bohrloch eingeführte Meßvorrichtung
mit einem Schaltkreis gezeigt ist
Fig. 3 ist eine schematische und funktioneile
Wiedergabe von Einzelheiten der für das Messen der Erdfonnationen geeigneten Vorrichtung.
Insbesondere unter Bezugnahme auf die Fig. 1 ist dort eine bildliche Darstellung eines typischen Bohrlochs 2 wiedergegeben, das ein herkömmliches Bohrrohr 4 mit Drehbohrer 6 an dem unteren Ende
angeordnet aufweist Wie allgemein bekannt, verfährt man üblicherweise dergestalt, daß während des
Bohrvorganges kontinuierlich Bohrschlamm nach unten durch das Rohr 4 zu dem Boden des Bohrlochs 3
gepumpt wird. Wie durch die Pfeile wiedergegeben, tritt
der Strom des Bohrschlamms von dem Bohrer 6 aus durch darin vorliegende öffnungen und fließt über die
Zähne der Schneidräder 8, wobei hierdurch für den Bohrer 6 eine Kühl- und Schmierfunktion gegeben ist.
Von dem Boden des Bohrlochs 2 aus, fließt der Bohrschlamm in dem Bohrloch 2 nach oben durch den
Ring IQi zu der Oberfläche und trägt Gesteinsstückchen
und weitere Schnittteile weg von dem Bohrer 6.
In der F i g. 1 ist ebenfalls eine poröse (und somit eine möglicherweise flüssigkeitsführende) Erdformation 12
gezeigt, durch die das Bohrloch und der Bohrer 6 hindurchgetreten sind, von der angenommen werden
kann, daß sie öl und entweder Süß- oder Salzwasser in
einem unbekannten Ausmaß enthält Obgleich diese Erdformationsflüssigkeiten in der Erdformation 12
unter einem Druck eingeschlossen sein können, vermögen dieselben doch nicht in das Bohrloch
austreten, solange der Druck in dem Bohrloch über dem Druck in der Erdformation 12 liegt. Wie weiter unten
erläutert, wird eine zusätzliche Flüssigkeit in das Bohrloch zusammen mit dem Bohrschlamm eingedrückt
und die zusätzliche Flüssigkeit enthält ein radioaktives Tracerinaterial, wie z. B. Cadmium 109. Ein System für
den Zusatz der zusätzlichen Flüssigkeit zu dem Bohrschlamm ist in der US-Patentschrift 24 80 674
offenbart Die zusätzliche Flüssigkeit enthält ebenfalls einen Neutronenabsorber, wie z.B. Cadmium. Da
Cadmium und Cadmium 109 chemisch identisch sind,
erfolgt keine Trennung der zwei Komponenten, d. h. des
Tracers und des Absorbers aufgrund physikalischer oder chemischer Effekte. In Abhängigkeit von der
engestrebten Wirkung könnten jedoch der Tracer und der Absorber in das Bohrloch in verschiedenen
chemischen Formen eingedrückt werden. So könnte
z.B. der Tracer in Form von unlöslichen Teilchen vorliegen, während der Neutronenabsorber in Lösung
vorliegt Als weiteres Beispiel kann der Tracer in öl löslich sein, während der Absorber in Wasser leslich sein
kann.
Weiterhin ergibt sich für den Fachmann, daß der Tracer bei dem Eindrücken in das Bohrloch nicht
radioaktiv zu sein braucht, sondern derselbe vielmehr während des Vorliegens in dem Bohrloch durch
Neutronenbombardierung aktiviert werden kann. Ein derartiges Verfahren ist in der oben angegebenen
US-Patentschrift offenbart
Oer Fachmann weiß, daß es noch weitere Verfahren
für das Eindrücken des Tracermaterials in das Bohrloch gibt wie z. B. die US-Patentschrift 23 20 643, wonach
der Tracer selektiv aus einem Instrument abgegeben wird, das in das Bohrloch abgesenkt wurde.
Sobald der Bohrschlamm gegen die Oberfläche der porösen Endformation 12 nach F i g. I, die als ein Filter
wirkt getrieben wird, werden die festen, nicht aufgelösten Teilchen in dem Bohrschlamm dazu neigen,
unter Ausbilden eines Schlammkuchens 14 auf der Oberfläche der Erdfonnation 12 herausfiltriert zu
werden, und der hydraulische Druck in dem Bohrloch und der Andruck des umlaufenden Bohrgestänges 4
gegen die Wand des Bohrloches 2 tragen dazu bei, daß dieser Schlammkuchen 14 in eine wirksame Dichtung
bezüglich der natürlichen Flüssigkeiten in der Erdformation 12 überführt wird. Bevor eine ausreichende
Menge des Feststoffes in dem Bohrschlamm jedoch auf der Oberfläche der Erdformation 12 herausfiltriert
worden ist und bevor der Schlammkuchen 14 zu einer Dichtung auf der Oberfläche der Erdformation zusammengedrückt worden ist wird ein erhebliches Volumen
des Flüssigkeitsanteils des Bohrschlamms in die poröse Zone oder Erdformation 12 als ein Schlammfiltrat
eintreten.
Wie weiter oben angegeben, wird ebenfalls in das Bohrloch ein Neutronenabsorber eingedrückt, der dazu
dient den thermischen Neutroneneinfang-Querschnitt des Schlammfiltrats so zu verändern, daß derselbe
demjenigen der Bohrlochflüssigkeit entspricht In dieser Hinsicht ist zu berücksichtigen, daß die Bestandteile der
handelsüblichen Bohrschlämme im Hinblick auf viele spezifische Zwecke ausgewählt werden, nicht zuletzt
geht es hierbei darum, daß der Bohrschlamm nicht wesentlich den Charakter der Erdformation bezüglich
Widerstands- und Induktionsmessungen verändert. Wenn somit derartige Charakteristika berücKsichtigt
werden müssen, sollten derartige Zusatzmittel vorzugsweise auf lösliche Verbindungen des Bors, Lithiums,
Cadmiums, Gadoliniums u. dgl. beschränkt werden, da diese Elemente einen extrem hohen thermischen
Neutroneneinfang-Querschnitt besitzen, und da nur eine relativ winzige Menge zu einer wesentlichen Veränderung in dem thermischen Neutroneneinfang-Querschnitt des Schlammfiltrates führen kann.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die Menge des dem Schlamm
zugesetzten Neutronenabsorbers dergestalt ist daß der
thermische Neutroneneinfang-Querschnitt des Schlammfiltrats sodann demjenigen der Bohrlochflüssigkeit entspricht In diesem Fall muß eine Probe der
Bohrlochflüssigkeit gemessen oder in anderer Weise analysiert werden, um so deren anfänglichen thermischen Neutroneneinfang-Querschnitt festzustellen. Sodann wird eine derartige Menge an Absorbermaterial
zugesetzt daß die sich ergebende Schlammfiltrat-FIüssigkeit einen makroskopischen Einfallquerschnitt pro
Kubikzentimeter gleich demjenigen der Erdformationsflfissigkeiten aufweist, die man aufzufinden erwartet
ίο Dieses Gemisch wird sodann in das Bohrloch zusammen
mit dem radioaktiven Tracermaterial eingedrückt so wie es hier bezüglich der verschiedenen Ausführungsformen beschrieben ist
In dem Fall der Anwendung des Erfindungsgegen-
Standes bei mit Schlamm gefüllten Bohrlöchern kann
das Schlammfiltrat in der oben beschriebenen Weise vor dem Bohren des Bohrloches behandelt werden. In einem
derartigen Fall tritt das Schlammfiltrat in die durch den Bohrer freigelegte Erdformation ein und die Diffusion
der Flüssigkeit in die Gesteinsporen setzt sich foil, bis
sich ein Schlammkuchen ausbildet Wenn der radioaktive Tracer in Teilchenform vorliegt wird derselbe im
wesentlichen in dem Schlammkuchen vorliegen, während das dem Schlammfiltrat zugesetzte, neutronenab-
sorbierende Material in die Poren des Gesteins benachbart zu dem Bohrloch diffundiert Im allgemeinen hängt das Gesamtvolumen des eintretenden Fütrats
von den Dichumgseigenschaften des Schlamms und nicht so sehr von der Porosität des Gesteins ab. Somit
wird bei Gestein geringer Porosität der Eintritt tiefer sein als bei Gestein hoher Porosität Das Messen des
Neutroneneinfang-Querschnitts nach dem Eintritt führt zu einem Maß für das durch das Bohrschlammfiltrat
eingenommene Porenvolumen nach der folgenden
Beziehung:
£ί». = σαι-φ) +
wobei Zmas der gemessene thermische Neutronenainfang-Querschnitt ist ·Ση Σ Flüssigkeit und Σηΐιηι sind die
entsprechenden Werte des Einfang-Querschnittes für Gestein, native Flüssigkeit und Schlammfiltrat und Φ,
Φ Flüssigkeit und Φπΐιηι geben in entsprechender Weise die
Porosität, die durch die native Flüssigkeit und die durch
das Schlammfiltrat eingenommene Porosität wieder. Natürlich gilt
$FUssigkeit + Φ FiHnI = Φ.
Die Porosität Φ kann anhand allgemein bekannter
Meßverfahren oder vermittels Kerndaten bestimmt werden. ΣΓ kann vermittels chemischer Analyse von
Gesteinsproben oder durch empirische Messungen in
Zonen mit bekanntem Flüssigkeitsgehalt bestimmt
werden. Bei der Durchführung der Erfindung wird .2mMi
durch Messung bestimmt Σηα^^ι, ist bekannt anhand
chemischer Analyse der Flüssigkeitsproben und Σηΐιη<
wird vorgewählt durch Zusatz eines bekannten Anteils
bo an neutronenabsorbierendem Material zu dem
Schlamm. Somit ist Φηΐιηι die einzige Unbekannte in der
Gleichung (1), wodurch es möglich wird, das Porenvolumen festzustellen, in das das Schlammfiltrat diffundiert
ist.
b5 Die Funktion des radioaktiven Tracers besteht darin,
ein Feststellen der örtlichkeit derjenigen Zonen zu ermöglichen, wo Flüssigkeit in die Erdformation
eingetreten ist und somit die Messung zu erleichtern.
Weiterhin führt das Vorliegen des Tracers zu einer wertvollen zusätzlichen Information. Wenn z. B. die
Flüssigkeit in die Erdformation durch Bruchstellen oder Kanäle eintritt, kann dieselbe nicht in den Gesteinsporenraum
diffundieren unter Ausbilden einer Wirkung auf den gemessenen Neutroneneinfangquerschnitt.
Trotzdem wird dies allgemein feststellbar sein, aufgrund des Vorliegens des Tracers. Somit werden diejenigen
Zonen, die Flüssigkeit aufnehmen, ohne einen merklichen Anteil der nativen Flüssigkeit aus dem Porenraum ι ο
zu schwämmen, durch das Vorliegen des Tracers festgestellt werden, während der Neutroneneinfang-Querschnitt
praktisch unbeeinflußt bleibt
Man sieht, daß der Tracer und der Neutronenabsorber
in einer speziellen Weise zusammenwirken: Der Tracer zeigt, wenn er in unlöslicher Form vorliegt, die
Gesamtmenge der den Tracer enthaltenden Flüssigkeit an, die in die Erdformation in einer speziellen Tiefe
eingetreten ist, der Neutronenabsorber zeigt den volumetrischen Anteil des durch die eintretende
Flüssigkeit eingenommenen Porenraums an. Somit zeigt der Tracer das Gesamtvolumen der eintretenden
Flüssigkeit an, und der Neutronenabsorber zeigt den Ausspülwirkungsgrad des Eintritts an.
Eine spezielle Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens ist von ungewöhnlichem Interesse. Bei
dieser Variante wird der Einfangquerschnitt des Schlammfiltrates durch Zusatz eines Neutronenabsorbers,
wie z. B. Borax, so verändert, daß der gleiche Wert wie derjenige für das native Wasser der Erdformation
vorliegt Man sieht, daß in diesem Falle der Eintritt des Schlammfiltrates in eine wasserführende Erdformation
nicht zu irgendeiner Veränderung in den gemessenen thermischen Neutroneneinfang-Querschnitt führt, jedoch
wird ein Tracer-Niederschlag auf der Oberfläche des Bohrlochs niedergeschlagen, wodurch angezeigt
wird, daß Flüssigkeit in die Erdformation eingetreten ist Der Tracer wird somit anzeigen, daß die Erdfonnatior.
permeabel ist und die Tatsache, daß keine Veränderung in dem Einfangquerschnitt eintritt zeigt daß die
Erdformation lediglich Wasser enthält Wenn andererseits die Erdformation teilweise mit öl gesättigt ist wird
das eintretende Filtrat einen Teil, jedoch nicht die Gesamtmenge des Öls wegspülen. In einem derartigen
Fall wird der Tracer zeigen, daß die Erdformation permeabel ist und der Einfangquerschnitt wird zeigen,
daß nicht eine vollständige Sättigung mit Wasser vorliegt Somit läßt sich die Schlußfolgerung ziehen, daß
die betreffende Zone eine permeable, ölführende Erdformation ist Es ergibt sich, daß ohne den Tracer es
nicht möglich wäre, zu beurteilen, ob die Zone permeabel ist und zwar wenn man lediglich eine
Messung des Einfangquerschnitts durchführt
Die obige Erläuterung betrifft beispielsweise diejenige Ausführungsform der Erfindung, bei der der Tracer
und die Neutroneneinfangmaterialien in den Bohrschlamm vor dem Bohren wenigstens eines Teiles des
Bohrloches eingeführt werden. Eine weitere Ausführungsform betrifft den Fall, wo das Bohrloch bereits
fertig gebohrt ist und man bestimmte der durchbohrten Erdformationen messen wilL In einem derartigen Fall
wird sich ein Schlammkuchen auf der Oberfläche der permeablen Erdformationen dergestalt gebildet haben,
daß ein weiterer Eintritt der Flüssigkeit nicht leicht vonstatten geht In einem derartigen Fall läßt man den
Bohrschlamm unter Füllen des Loches benachbart zu den zu messenden Zonen umlaufen, wobei eine
einheitlich vermischte Flüssigkeit in der oben beschriebenen Weise den Tracer und Neutronenabsorber
enthält. Im Inneren des Bohrrohrs (oder Verrohrung) wird das Meßinstrument angeordnet Ein Kratzer an der
Außenseite des Rohrs dient dazu, Schlammkuchen von der Gesteinsoberfläche bei Drehen oder hin- und
hergehender Bewegung des Rohrs zu entfernen. In dieser Weise kann Schlammkuchen entfernt werden, so
daß die Flüssigkeit in die Erdformation eintreten kann. Nachdem die interessierenden Zonen in dieser Weise
gesäubert worden sind, um ein Eintreten der Flüssigkeit zu ermöglichen, wird der markierte Schlamm aus dem
Bohrloch vermittels Spülen entfernt Sodann wird das Meßinstrument an den interessierenden Zonen vorbeigeführt,
wobei eine Messung der Radioaktivität und des Neutroneneinfang-Querschnitts ausgeführt wird. Immer
dort, wo der Tracer festgestellt wird, läßt sich der Schluß
ziehen, daß ein Eintritt erfolgt ist Immer dort wo Veränderungen in dem Einfangquerschnitt eintreten,
kann eine Messung der Porensättigung des Hydrats ausgeführt werden.
Es kann praktisch die gleiche Arbeitsweise bei Wassereindrück-Bohrlöchern ausgeführt werden. In
diesem Fall liegt gegebenenfalls kein Schlammkuchen vor. Der Tracer dient dann dazu, sicherzustellen, daß
markierte Flüssigkeit gegenüberliegend zu den interessierenden Zonen vorliegt Nach dem Anbringen des
Instruments im Inneren der Verrohrung kann eine Messung des Einfang-Querschnittes ausgeführt werden,
während die Flüssigkeit eintritt, wodurch es möglich wird, die Geschwindigkeit festzustellen, mit der eine
Gleichgewichtssättigung des eintretenden Filtrats erhalten wird.
Unter Bezugnahme auf die Fig.3 ist dort im
einzelnen das Meßinstrument 20, allgemein siehe F i g. 2 wiedergegeben, das für die erfindungsgemäßen Zwecke
geeignet ist Ein längliches Gehäuse 22 ist an einem Ende eines herkömmlichen Meßkabels 25 aufgehängt
das durch das Bohrloch 2 hindurch für eine progressive Untersuchung der benachbarten Erdformationen bewegt
werden kann. Das Kabel 25 kann in jedei geeigneten Weise, wie vermittels eines Haspelrades 26
getragen werden, das umläuft und eine Anzeige bezüglich der Tiefe des Bohrlochs ergibt, während das
Kabel 25 entweder in oder aus dem Bohrloch ί herausbewegt wird. Das Haspelrad 26 kann in jedei
geeigneten Weise getragen sein, z. B. vermittels eine!
Turms (nicht gezeigt), der über der Mündung de: Bohrloches errichtet ist
In dem Gehäuse 22 kann eine Quelle 24 hochenergeti scher Neutronen und ein geeigneter Strahlungsdetekto
40 vorliegen. Vorzugsweise wird ein Strahlungsschild 2) zwischen der Quelle 24 und dem Detektor Φ
angeordnet um so eine direkte Bestrahlung de Detektors zu verhindern.
Die Neutronenquelle 24, die -z. B. der mit statische
Atmosphäre arbeitende Teilchenbeschleuniger unte Anwenden der D-T-Reaktion ist, wie in der US-Patent
schrift 26 89 918 offenbart, kann irgendeine Vorrichtuni sein, die für das Ausbilden einzelner Impulse ode
kurzzeitiger Ströme schneller Neutronen mit eine vorgewählten Geschwindigkeit geeignet ist Der Strah
lungsdetektor 40 kann entweder auf thermisch Neutronen oder Gammastrahlen ansprechen, un
könnte z. B. einen Szintillationszähler, einen Bortrifluc ridzähler oder irgendeine andere geeignete Festste!)
vorrichtung sein. Da es zweckmäßig ist, das Tasten de
Detektors 40 mit den Pulsierungen der Quelle 24 ζ synchronisieren, ist ein Tastschaltkreis 29, wie in de
US-Patentschrift 33 58 142 gezeigt, für das Pulsieren der Neutronenquelle 24 mit einer vorgewählten Frequenz
und für das synchrone Betätigen des Detektors 40 während wenigstens zweier Zeitintervalle zwischen den
Impulsen der von der Quelle 24 kommenden schnellen Neutronen vorgesehen. So kann z. B. eine beispielsweise
Tastsequenz zu 1000 schnellen Neutronenimpulsen pro Sekunde führen, wobei jeder Impuls eine Dauer von
etwa 10 MikroSekunden besitzt, sowie zu zwei Feststellintervallen von 200 MikroSekunden jeweils ι ο
führen, wobei das erste Feststellintervall 400 Mikrosekunden nach jeder Betätigung der Quelle beginnt, sowie
das zweite Feststellintervall 700 MikroSekunden nach einer derartigen Betätigung beginnt.
Wie weiterhin in der F i g. 3 wiedergegeben, können andere herkömmliche Schaltkreiselemente in dem
Instrumentengehäuse 22 vorgesehen sein. So kann z. B. der Auslaß des Detektors 40 mit einem geeigneten
Verstärker und Diskriminator 30 verbunden sein, dessen Ausgangssignal einem Impulsformer- und Kabelantreib-Schaltkreis 32 herkömmlicher Bauart zugeführt wird.
Das von dem Kabelantreiber-Schaltkreis abgegebene Signal wird vorzugsweise einem oder mehreren Leitern
in dem Meßkabel 25 für die Übertragung zur Erdoberfläche verbunden. An der Erdoberfläche können die Meßsignale einem herkömmlichen Impuls-Diskriminator-Schaltkreis 34 und einem oder mehreren
Fehlgeschwindigkeits-Messern 36 zugeführt werden, wobei die Auslässe derselben mit einer herkömmlichen
Aufzeichnungsvorrichtung 38 geeigneter Bauart verbunden sind.
In der F i g. 3 ist ebenfalls ein zweiter Strahlungsdetektor 27 pezeigt der z. B. ein Geiger-Müller-Zähler,
eine Ionisierungskammer oder ein Szintillationskristall ist der zusammen mit einem Photomultiplier angewandt
wird, und der Detektor 27 dient dazu, Gammastrahlung festzustellen, die von dem in das Bohrloch eingedrückten radioaktiven Tracermaterial ausgeht Da der
Detektor 27 nicht von der Strahlung abhängt die von der Neutronenquelle ausgeht sondern vielmehr von
dem radioaktiven Tracermaterial herrührt, erfolgt die Betätigung des Detektors 27 unabhängig von dem
Tastkreis 29. Der Fachmann weiß jedoch, daß das Betätigen des Detektors 27 gegebenenfalls mit dem
Tastkreis in dieser Weise synchronisiert werden kann. Über den Leiter 31 ist der Auslaßdetektor 27 mit dem
Verstärker und Diskriminatorabschnitt 30 verbunden, dessen Auslaß über den Kabelantriebabschnitt 32 mit
einem oder mehreren Leitern in dem Meßkabel 25 für die Übertragung an die Erdoberfläche verbunden ist An
der Erdoberfläche sind die Signale, die kennzeichnend für die durch den Detektor 27 festgestellte Strahlung
sind, über einen oder mehrere Diskriminatoren 35 und einen oder mehrere Zählgeschwindigkeitsmesser 37 mit
dem Aufzeichnungsgerät 38 verbunden.
Wie weiter oben angegeben, können beide Detektoren 40 und 27 so ausgewählt werden, daß dieselben auf
Gammastrahlen ansprechen, während der Detektor 40 wahlweise so ausgewählt werden kann, daß derselbe auf
thermische Neutronen anspricht Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Detektor 40
auf thermische Neutronen ansprechend gemacht wodurch die Probleme verringert werden, die sich durch
die Wechselwirkung zwischen den zwei Detektoren 40 und 27 ergeben. Bei der wahlweisen Alisführungsform
wird der Detektor 40 auf Gammastrahlen ansprechend gemacht wie dies der Fall bezüglich des Detektors 27
ist Um zu vermeiden, daß der Detektor 27 auf
Gammastrahlen anspricht, die sich durch Neutronenein-'
fang ergeben, sowie auf Gammastrahlen, die sich von dem radioaktiven Tracermaterial ergeben, wird der
Detektor 27 in einer Entfernung von wenigstens 1,5 m weg von der Neutronenquelle 24 angeordnet.
Die Gammastrahlen, die durch den Detektor 40 aufgezeichnet werden sollen, welche von dem Neutroneneinfang herrühren, sind diejenigen die die Energien
größer als diejenigen der zur Verfügung stehenden radioaktiven Tracermaterialien besitzen. Somit wird der
Diskriminator des Detektors 40 so eingestellt, daß alle Impulse ausgeschlossen werden, die auf eine Gammastrahlung mit Energien unter etwa 2 bis 2,5 meV
hinweisen.
Wenn man den Detektor 27 näher als etwa 1,5 m bezüglich der Neutronenquelle 24 anordnen will, kann
der Detektor 27 nur für das Feststellen von Tracermaterialien und anderen Gammastrahlen niedriger Energie
angewandt werden, wenn die Neutronenquelle abgeschaltet ist
Bei dem Betrieb des hier beschriebenen Bohrloch-Meßsystems läßt man, nachdem die Neutronenabsorber
und Tracermaterialien ausgewählt und in das Bohrloch eingedrückt worden sind, das Meßinstrument 20 durch
das Bohrloch 2 hindurchtreten. Während des Hindurchtritts werden die Quelle 24 und der Detektor 40 getastet
vermittels des Schaltkreises 29, um so die Abnahme der thermischen Neutronenpopulation in der das Bohrloch
umgebenden Erdformation, z. B. der porösen Erdformation 12, zu messen.
Wie in der US-Patentschrift 33 79 884 angegeben, wird der thermische Neutroneneinfang-Querschnitt als
eine Funktion der Abnahme der thermischen Neutronenpopulation bestimmt Wie in der F i g. 1 wiedergegeben, weist die poröse 12 eine »Eindring-Zone« 16 und
eine »Nichteindring-Zone« 18 auf, wobei das Eindringen sich auf das Schlammfiltrat bezieht das in die Zone 12
eingedrungen ist Da der thermische Neutroneneinfang-Querschnitt des Schlammfiltrats durch Zusatz der
thermischen Neutroneneinfang-Materialien vergrößert worden ist wird sich der thermische Neutroneneinfang
Querschnitt der Erdformationen proportional zu dem Porenvolumen vergrößern, das durch das Eindringen
des Filtrats eingenommen wird.
Während das Instrument zu einem Hinweis auf das volumetrische Ausmaß der Diffusion des Neutronenabsorbers in die poröse Zone 12 hineinführt führt der
Detektor 27 ebenfalls zu einer Möglichkeit für das Lokalisieren und Identifizieren der porösen Zone 12,
wobei die Oberfläche der peimeablen Zone aufgrund des Eindrückens der Flüssigkeit in die poröse Zone
markiert ist während die Radioaktivität aus der Flüssigkeit auf der Oberfläche ausgefällt wird. Somit
führt das Ausfällen zu einer Konzentration der Strahlung an der Oberfläche der Zone.
Man sieht somit daß erfindungsgemäß ein Verfahren geschaffen wird, bei dem eine Flüssigkeit mit einem
radioaktiven Tracermaterial und einem Neutronenabsorber in ein Bohrloch eingedrückt wird, und daß das
zusammen mit einem derartigen Verfahren angewandte Meßinstrument eine Anordnung für das Feststellen der
porösen Zonen, in die die Flüssigkeit eingedrungen ist sowie eine Anordnung für das Feststellen des
volumetrischen Ausmaßes der Diffusion der Flüssigkeit in die poröse Zone oder Erdformation, die das Bohrloch
umgibt aufweist
Es lassen sich Modifizierungen der Erfindung durchführen, z. B. kann der der Flüssigkeit zugesetzte
Tracer so ausgewählt werden, daß es sich hierbei um sehr kleine oder sogar kolloidale Teilchen handelt, oder
die Teilchen können große sein, um sicherzustellen, daß dieselben auf der Oberfläche des Gesteins niedergeschlagen
werden. Es kann sich weiterhin als zweckmä-Big erweisen, daß der Tracer in einer löslichen Form
vorliegt, um so in die Gesteinsporen zusammen mit der eingedrückten Flüssigkeit einzudringen. Weiterhin kann
der Tracer so ausgewählt werden, daß derselbe Gammastrahlen lediglich niedriger Energie aussendet,
wodurch das Anwenden des Detektors 27 mit zwei Informationskanälen ermöglicht wird, von denen der
eine mit einer relativ hohen Diskriminatoreinstellung
arbeitet, um so eine Aufzeichnung der natürlichen
to
Gammastrahlung zu bewirken, die nicht durch den Tracer beeinflußt ist, und der andere weist eine niedrige
Diskriminatoreinstellung auf, wodurch der Tracer sowie die natürliche Gammastrahlung in empfindlicher Weise
festgestellt werden.
Nach der bevorzugten Ausführungsform wird die Messung des thermischen Neutroneneinfang-Querschnitts
gleichzeitig mit der Messung der Traoeraktivität durchgeführt. Der Fachmann weiß jedoch, daß die
zwei Messungen auch zu getrennten Zeitpunkten ausgeführt werden können. Derartige Modifizierungen
oder Abänderungen liegen also somit im Rahmen der Erfindung.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zur Bestimmung von Charakteristika einer ein Bohrloch umgebenden Erdformation durch
Bestrahlung einer Bohrlochflüssigkeit und der Formation mit aufeinanderfolgenden Stößen schneller Neutronen und Messen der durch die Bestrahlung der Formation verursachten Ausstrahlung
während wenigstens zweier getrennter Zeitinterval-Ie nach jedem Neutronenstoß, wobei der Bohrlochflüssigkeit ein radioaktiver Indikator zugesetzt oder
der Indikator im Bohrloch radioaktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrlochflüssigkeit zusätzlich ein Neutronenabsorber
zugegeben und der Neutronen-Einfangsquerschnitt der Formation gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neutronenabsorber und der
radioaktive Indikator chemisch äquivalent sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neutronenabsorber Cadmium und
der radioaktive Indikator Cadmium 109 sind.
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| DE1922458A1 (de) | 1970-01-02 |
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