DE2225033C2 - Vorrichtung zur Lieferung eines Bohrlochzustandsberichts - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lieferung eines Bohrlochzustandsberichts der das Bohrloch umgebenden Formation, die von einer gepulsten Neutronenquelle mit einer Vielzahl diskreter Impulse aus schnellen Neutronen bestrahlt wird, und mit einem Radioaktivitätsdetektor zur Feststellung der in der Formation durch die nichtelastische Zerstreuung der schnellen Neutronen erzeugten Gammastrahlen und zur Erzeugung von den Gammastrahlen entsprechenden elektrischen Impulsen, die zu einem Auswertsystem übertragen werden.

Auf dem Gebiet der radioaktiven Bohrlochuntersuchung kann die Feststellung von bei der unelastischen Streuung schneller Neutronen entstehender Gammastrahlen im allgemeinen durch Pulsen eines mit einer Neutronenquelle zusammenwirkenden Szintillationsdetektors durchgeführt werden. Zahlreiche Schwierigkeiten treten bei dieser Messung auf, wobei nicht zuletzt auch die langsame Geschwindigkeit der sich ansammelnden Daten stört

Normalerweise werden Jodnatrium-Detektoren bei den unter der Erdoberfläche sich befindenden Spektralmeßanlagen verwendet, weil sie den besten Kompromiß hinsichtlich der physikalischen und elektrischen Charakteristika bieten. Mit einer Breite der Detektorausgangsimpulse von etwa 1,2 Mikrosekunden kann eine gute Linearität und Auflösung erhalten werden. Wenn jedoch die Impulse über ein Bohrlochkabel übertragen werden, so werden die an die Oberfläche für die Analyse gelangenden Impulse zeitlich auf etwa 10 Mikrosekunden durch ihre Übertragung über sechs Kilometer Kabellänge, die gewöhnlich zwischen der Erdoberfläche und der unter der Oberfläche liegenden Anlage liegt, gedehnt

Die schnellen Mehrkanalanalysatoren, die jetzt zur Verfügung stehen, besitzen eine Impulspaarauflösezeit von etwa 15 Mikrosekunden für Impulse dieser Breite. Die maximale Impulsfolgegeschwindigkeit sollte daher geringer sein als die Impulsfrequenz des Detektors, wenn eine gute Auflösung eingehalten werden soll. Dies ist zurückzuführen auf die statistische Art der Daten. Wenn die Durchschnittsdatengeschwindigkeit der Impulsfrequenz nahe kommt, wird die Wahrscheinlichkeit eines zweiten, während des Detektorsteuerintervalls auftretenden Impulses groß und das Impulsspektrum wird wegen der Impulsanhäufung auf der Leitung gestört.

Auf dem Gebiet der radioaktiven Bohrlochuntersuchung gibt es bereits zahlreiche Vorrichtungen, die sich auf die Weiterverarbeitung der durch einen Detektor ermittelten, durch Neutronen hervorgerufenen impulse beziehen. Beispielsweise ist in der DE-AS 12 57 703 eine Bohrlochuntersuchungsvorrichtung gezeigt, die eine abgeschirmte Neutronenquelle sowie einen Szintillationsdetektor verwendet. Bei dieser bekannten Vorrichtung sollen die ermittelten Meßwerte nicht durch unmittelbare Gammaeinstrahlung seitens der Neutronenquelle verfälscht werden, weshalb der Szintillationsdetektor mit einer thermische Neutronen stark absorbierenden Abschirmung versehen wird. Darüber hinaus ist es beispielsweise auf dem Gebiet der Uhrentechnik bekannt, störfeste Zähler vorzusehen. Zur Vermeidung von Fehltriggerungen wird dabei die Ansprechschwelle genügend hoch gewählt, und es wird ein sogenanntes Fenster gebildet, welches nur während des kurzen Zeitbereiches geöffnet ist, in dem das Ereignis zu erwarten ist.

Demgegenüber liegt, ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art der Erfindung, die Aufgabe zugrunde, Vorsorge dafür zu treffen, daß eine Impulsanhäufung auf der zu einem Auswertsystem führenden Leitung nicht auftritt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich dabei aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen
F i g. 1 ein Blockschaltbild;
Fig. 2 eine graphische Darstellung verschiedener

Schwingungsformen in der Schaltung der F i g. 1.

Das Blockschaltbild der F i g. 1 zeigt einen Detektor 10, der in einem (nicht dargestellten) Bohrlochuntersuchungsinstrument verwendet werden kann; es handelt sich dabei um einen Szintillationszähler, der für die Gammastrahlen-Spektralanalyse bekannter Art eingerichtet ist Im beschriebenen Beispiel ist der Szintillationszähler ein NaI (Tl)-Kristall mit etwa 50 mm Durchmesser und 75 mm Länge. Dieser Kristall wird mit einer Photovervielfacherröhre gekoppelt Diese Kombination kann eine Auflösung von 7,5 bis 3,5% bei 660 keV Cäsium 137 Spitze besitzen. Der Ausgang des Detektors 10 liegt an einem Verstärker 11, dessen Ausgang über einen Diskriminator 12 an einem der drei Eingänge eines UND-Tores 20 liegt Der Diskriminator 12 dient zum Unterdrücken der Impulse mit einer unter einem wählbaren Schwellwert liegenden Amplitude. Allgemein ist eine Einstellung auf 400 keV hierfür geeignet

Die Ausgangsgröße des Diskriminators 12 wird im UND-Tor 20 mit einem auf dessen zweiten Eingang gegebenen Spannungsimpuls von einer Nennbreite von zehn Mikrosekunden aus einer Taktgeber- und Folgeschaltung 17 verarbeitet. Der dritte Eingang des UND-Tores 20 ist mit dem (^-Ausgang einer //C-Flip-Flop-Schaltung 21 verbunden. Der Ausgang des UND-Tores 20 löst eine monostabile Kippstufe (Monoflop) 14 aus, die auf eine Impulsbreite von 1,6 Mikrosekunden zum Öffnen eines Linear-Tores (Zähltor) 15 eingestellt ist. Der Taktgeber 17 synchronisiert ferner eine Neutronenquelle 18. Der Impuls aus dem Taktgeber 17 betätigt hierzu einen Hochspap· nungsimpulserzeuger (nicht dargestellt), der den Neutronenausgang der Quelle 18 mit der Taktgeberfrequenz synchronisiert.

Die verstärkten Impulse des Verstärkers 11 sind außerdem in eine nominal um 0,4 Mikrosekunden verzögernde Verzögerungsleitung 16 eingekoppelt, deren Ausgang am Tor 15 liegt.

Die Arbeitsweise der bisher beschriebenen Schaltung nach Fig. 1 wird in Verbindung mit Fig. 2 erläutert, wo abhängig von der Zeit verschiedene Zustände der Schaltung nach Fig. 1 graphisch dargestellt sind. In Fig.2 stellt der am Punkt A erscheinende Impuls mit einer Dauer von 1,2 Mikrosekunden die Ausgangsgröße des Verstärkers 11 dar. Der an Punkt B erscheinende Impuls ist repräsentativ für den Ausgang der Verzögerungsleitung 16. Bei Punkt C ist der Ausgang des Monoflops 14 dargestellt, und bei Punkt D der vom Taktgeber 17 übertragene Mikrosekunden-Impuls, der in Verbindungjriit einem Impuls des Diskriminators 12 sowie dem (^-Ausgang des //C-Flip-Flops 21 das UND-Tor 20 betätigt Es ist aus F i g. 2 zu erkennen, daß das Tor 15 etwa 200 Nanosekunden vor der Ankunft des Detektorimpulses offen ist und sich etwa 200 Nanosekunden nach dem Durchgang des Detektorimpulses schließt. Die 200 Nanosekunden sind jeweils durch die schraffierten Flächen an der Kurve bei Punkt C in F i g. 2 dargestellt Ein den Schwellwert des Diskriminators 12 überschreitender und im zeiliichen Intervall des Taktgeberimpulses beginnender Impuls kann damit das Tor 15 hin zum Ausgangspunkt 19 passieren. Dieser Punkt entspricht einem Punkt wo normalerweise die Verstärkung für die Übertragung der Impulse zur Erdoberfläche bei einem Bohrloch erfolgt Die beschriebene Steuerung des Tors 20 in Verbindung mit dem Auslösen des Monoflops 14, welches seinerseits das Öffnen des Tores 15 steuert bewirkt daß auch ein nahe dem Ende des Taktgeberimpulsintervalls auftretender Detektorimpuls als Impuls mit voller Breite durchgelassen wird, anstatt abgeschnitten zu werden.

Die /K-Flip-Flop-Schaltung ist von üblicher Bauart Die Steuerklemme K liegt ferner an der Q-Ausgangsklemme. Der Ausgang des Taktgebers 17 ist an den asynchronen Setz-Eingang 22 der Schaltung 21 gelegt Die Taktgeberimpuls-Eingangsklemme 23 der //C-FHp-Flop-Schaltung 21 (nicht zu verwechseln mit dem Taktgeber 17) liegt am Ausgang des Monoflops 14. _ Das //i-Flip-FIop 21 hat »L« an seinem Ausgang Q, wenn der Taktgeberimpuis des Taktgebers 17 auf seinen positiven Wert ansteigt Danach erzeugt der erste innerhalb des Zehnmikrosekunden-Taktgeberintervalls die Auslöseschwelle des Diskriminators überschreitende Detektorimpuls am Monoflop 14 einen Steuerimpuls, der das Tor 15 öffnet. Die Schaltung 21 ändert ihren Zustand an der vorderen Kante des Impulses des Monoflops 14 und macht das Tor 20 unwirksam. Der erste, und nur der erste Detektorimpuls, der im Intervall des Taktgeberimpulses auftritt, wird durch das Tor 15 hindurchgelassen

Der Diskriminator kann unmittelbar über dem

Störpegel eingestellt sein, wenn alle Impulse analysiert werden sollen, oder aber nicht benötigte Impulse können durch geeignete Einstellung des Diskriminatorschwellwertes eliminiert werden.

Bei der Schaltung nach F i g. 1 wird die Neutronenquelle 18 so synchronisiert, daß sie mit dem Impuls des Taktgebers 17 läuft. Es ist jedoch auch möglich vorzusehen, daß die Vorderkante des Taktgeberimpulses auftritt, kurz bevor die Neutronenquelle zu emittieren beginnt, z. B. eine Mikrosekunde früher. Die Ausgangsgröße der Neutronenquelle kann dann so eingestellt werden, daß die durchschnittliche Zahl der an der Erdoberfläche empfangenen Impulse sich der Impulsfrequenz nähert, so daß sich eine Wahrscheinlichkeit von nahezu Null für das Anhäufen von Impulsen auf der Leitung und eine geringe Wahrscheinlichkeit für das Anhäufen im Detektorkristall ergibt.

Das beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung eliminiert somit die Wirkung der Impulsanhäufung in der Detektor- und Übertragungsanlage oder verringert sie erheblich.

Wenn gewünscht, kann in ähnlicher Weise auch eine andere Einrichtung als das /K-Flip-Flop zum Unwirksammachen des UND-Tores 20 dienen, z. B. verschiedene Kombinationen anderer logischer Tore.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Lieferung eines Bohrlochzustandsberichts der das Bohrloch umgebenden Formation, die von einer gepulsten Neutronenquelle mit einer Vielzahl diskreter Impulse aus schnellen Neutronen bestrahlt wird, und mit einem Radioaktivitäts-Detektor zur Feststellung der in der Formation durch die nichtelastische Zerstreuung der schnellen Neutronen erzeugten Gammastrahlen und zur Erzeugung von den Gammastrahlen entsprechenden elektrischen Impulsen, die zu einem Auswertsystem übertragen werden, gekennzeichnet durch eine Torschaltung (14, 15, 20, 21) zur Übertragung von nur einem einzigen elektrischen Impuls pro Neutronenimpuls.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine drei Eingänge besitzende UND-Schaltung (20), deren erster Eingang von den Impulsen des Detektors, deren zweiter Eingang von den Impulsen eines Taktgebers und deren dritter Eingang von dem einen Ausgangssignal einer bistabilen Kippschaltung (21) beaufschlagt wird, in ihrem durchgeschalteten Zustand ein Monoflop (14), zum Kippen bringt und dieses für die Dauer seiner Kippzeit, ein am Anfang (19) des Kabels zum Auswertesystem angeordnetes Lineartor (15) für den Durchlaß der, mittels einer Verzögerungsleitung (16), auch auf dessen Eingang gegebenen Detektorimpulse öffnet

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der detektorseitige Eingang der Torschaltung (20) über einen nur Impulse mit einer bestimmten Mindestamplitude durchlassenden Diskriminator^) angesteuert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltung nur den ersten elektrischen Impuls durchläßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Kippschaltung ein <to /K-Flip-FIop (21) ist, dessen asynchroner Setzeingang (22) mit dem Taktgeber (17), dessen Setzeingang (23) mit dem Ausgang des Monoflops (14) und dessen K-Vorbereitungseingang zusammen mit dem ζ)-Ausgang auf dem dritien Eingang des UN D-Tors (20) geführt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (17) die Torschaltung (20), das /K-FIip-Flop (21) und die Neutronenquelle (18) synchronisiert.