DE2302818C3

DE2302818C3 - Geophysikalisches radioaktives Meßverfahren und Schaltungsanordnung zur Korrektur des Einflusses von Baryt im Bohrloch

Info

Publication number: DE2302818C3
Application number: DE19732302818
Authority: DE
Inventors: Bronislav Meudon Seeman (Frankreich)
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1972-01-24
Filing date: 1973-01-20
Publication date: 1975-11-20
Also published as: DE2302818B2; FR2209941A2; NL177253B; NL7300923A; GB1424023A; JPS4885402A; JPS5244842B2; CA971681A; FR2209941B2; DE2302818A1; NL177253C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein geophysikalisches radioaktives Meßverfahren zur Korrektur des Einflusses von Baryt im Bohrloch, siehe Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie auf eine elektrische Schaltungsanordnung zur Verfahrensdurchführung.

Bekanntlich führt man die Messung der Dichte in Bohrlöchern mit Hilfe einer Sonde durch, welche eine Gammastrahlenquelle und einen Strahlendetektor umfaßt, im allgemeinen einen Szintillationsdetektor, der etwa 40 cm von der Quelle entfernt angeordnet ist. Die von der Quelle ausgenende Strahlung verliert ihre Energie in den benachbarten geologischen Formationen hauptsächlich durch Kollision mit den Elektronen, und ein Teil der Strahlung kehrt zum Detektor zurück, der mithin eine um so niedrigere Zählrat:: registriert, je höher die Anzahl der Elektronen je Volumeneinheit in den Formationen ist. Die Dichte derselben, die unmittelbar im Zusammenhang steht mit der Anzahl der Elektronen, kann auf diese Weise aus der Z?hlrate abgeleitet werden. In Fig. 1 sind für drei fallende Werte d_v d., und d₃ der Dichte in halblogarithmischen Koordinaten die Energiespektren von Gammastrahlen aufgezeichnet, die auf den Detektor auftreffen, d. h. die Kurve wiederspiegelt den Logarithmus der Wahrscheinlichkeit N (E), eine Strahlung der Energie E aufzufangen, in Abhängigkeit von dieser Energie. Man erkennt in dieser Figur, daß die Änderungen der Dichte Deformationen des Spektrums hervorrufen in seinem Abschnitt unterhalb einer Energie E₀ (zwischen 180 und 220 keV), nicht jedoch über dieser Energie. Die erfaßten Gammastrahlen mit einer Energie oberhalb E₁, behalten unabhängig von der Dichte die gleiche Spektralverteilung, und ihre Anzahl ist eine fallende Exponentialfunktion der Dichte. Man berücksichtigt demgemäß am Ausgang des Detektors nur Impulse mit einer Amplitude oberhalb einer Schwelle, die nachfolgend als Normalzahlschwelle S bezeichnet werden soll, die aufgefangenen Gammastrahlen mit einer Energie oberhalb von E₀ entsprechen. Die registrierte Zählrate liefert demgemäß ein Maß für die Dichte.

Im allgemeinen verwendet man einen Hilfsdetektor für Strahlung, der zwischen dem Hauptdetektor und der Quelle, etwa 20 cm von dieser entfernt, angeordnet ist, und der dazu dient, die Messung zu korrigieren, dae vom Hauptdetektor geliefert wird. Die Gammastrahlen, die nämlich der weiter von der Quelle entfernten Detektor erreichen, sind im allgemeinen tiefer in die Fonnation eingedrungen als die Gammastrahlen, welche den der Quelle näheren Detektor erreichen, so daß die vom letzteren gelieferte Messung mehr beeinflußt wird durch einen ungenügenden Kontakt zwischen der Sonde und der Formation. Diese Messung wird demgemäß verwendet, um die vom Hauptdetektor gelieferte Messung zu korrigieren. Man weiß darüber hinaus, daß häufig beim Abteufen eines Bohrlochs die Dichte der Bohrspülung eingestellt wird, indem man Baryt zusetzt. Infolge dieser Tatsache kann der Bohrspülungskuchen, der auf den Bohrlochwandungen abgelagert wird, Baryt enthalten, und dies hat zur Folge, daß die Dich'..nessungen, welche von der oben beschriebenen Sonde geliefert werden, merkbar verfälscht werden. Man erkennt nämlich in Fig. 2, daß die Form des Energicspekirums der auf den Hauptdetektor auftreffenden Gammastrahlen beeinflußt wird durch das Vorhandensein von Baryt in dem Bohrspülungskuchen. Genauer gesagt, erkennt man, daß der Baryt infolge seines starken Einfangquerschnitts für die Gammastrahlung niedriger Energie eine Deformation des Spektrums hervorruft, welche auf hochenergetische Strahlung praktisch ohne Einfluß ist, jedoch bei niedrigen Energien sehr merkbar wird; diese Deformation ist um so stärker, wenn det Barytgehalt erhöht ist. Da nur die Ausgangsimpulse des Hauptdetektors verarbeitet werden, die einerGammastrahlung hoher Energie oberhalb £„ entsprechen, erkennt man, daß unter diesen Bedingungen der Baryt die registrierte Zählrate abfallen laß'.. Der Wert der Dichte, der von der Zählrate abgeleitet wird, ist mithin verfälscht. Dieser Fehler kann nun aber nicht durch die Meßwerte korrigiert werden, die vom Hilfsdetektor geliefert werden, weil dieser im wesentlichen in demjenigen Teil des Spektrums arbeitet, der hohen Energien entspricht, die praktisch vom Baryt nicht beeinflußt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit für die Korrektur dieses Fehlers zu schallen.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 definierte Verfahren gelöst: die Erfindung ist dabei im kennzeichnenden Teil angegeben. Verschiedene weiter ausgestaltende Varianten dieses Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 zusammengefaßt.

Nach der ersten Variante bestimmt man die Abwiiehung zwischen der Durchschnittsamplitude A_M der Impulse mit Amplituden oberhalb der Schwellet und einem Bezugswert A_M„, welche deren durchschnittliche Amplitude für ein nichtdeformiertes Spektrum definiert, und man regelt die Schwelle so nach, daß diese Abweichung verschwindet.

Gemäß der zweiten Variante geht man so vor, daß man die Abweichung zwischen der Zählrate N₁ der Impulse mit Amplituden zwischen der Normalzählschwelle S und einer Bezugsgröße A_mo, die die mitt-

4a lere Amplitude dieser Impulse für ein nichtdeformiertes Spektrum repräsentiert, und der Zählrate N.-, der Impulse mit einer oberhalb A_mu liegenden Amplitude bestimmt und daß man die Schwelle im Sinne einer Nullregelung dieser Abweichung verschiebt. Es is!

4ä hier sofort darauf hinzuweisen, daß die Verschiebung der Schwelle S innerhalb eines Bereiches von nur einigen 10 keV erfolgt, und daß demgemäß die Schwelle niemals in den Bereich des Spektrums gelangt, der durch Variationen der Dichte deformiert ist.

Es ist hier des weiteren darauf hinzuweisen, daß

1. die durchschnittliche Amplitude A_M der Impulse mit einer Amplitude oberhalb einer Schwelle S definiert ist durch die klassische Beziehung

^r A-N(A)-dA

N(A)-dA

wobei .V (/1) die Wahrscheinlichkeit ist, daß man einen Impuls der Amplitude A erhält;
2 die mittlere Amplitude A_n, der Impulse mit einer Amplitude oberhalb einer Schwelle S diejenige Amplitude ist, die den Abschnitt ihres Spektrums oberhalb der Schwelle S in zwei gleich große Oberflächenbereiche zerlegt; die Zählrate

der Impulse mit einer Amplitude zwischen der Schwelle S und der mittleren Amplitude ist demgemäß gleich der Zählrate der Impulse mit einer Amplitude oberhalb der mittleren Amplitude.

Um die dritte Verfahrensvariante zu erläutern, braucht nur daran erinnert zu werden, daß das Vorhandensein von Baryt im Bohrspülungskuchen sich, wie F i g. 2 zeigt, bemerkbar macht durch eine Verschiebung des Abschnitts niedriger Energie im Spektrum, daß aber im Gegensatz dazu der Bereich hoher Energie praktisch unbeeinflußt bleibt. Die vorgeschlagene Technik besteht demgemäß darin, daß — wenn der Bohrspülung zugesetztes Baryt das Spektrum verformt hat und demgemäß die Dichtemessung verfälscht hat — die Ursache des Fehlers unterdrückt wird und auf die Berücksichtigung der Impulse in dem deformierten Bereich des Spektrums verzichtet wird, womit als oberer Grenzwert die mittlere Amplitude A_mo der Impulse gewählt wird, deren ao Amplitude oberhalb der Normalschwelle 5 liegt. Diese mittlere Amplitude befindet sich in einem Bereich entsprechend den Energien zwischen 240 und 260 keV für Schwellenenergien zwischen 180 den zugeordneten Szintillationskörper 11, die den Hauptdetektor einer Dichtemeßsonde für bohrlochdurchteuftc geologische Formationen bilden. Die Hochspannungsversorgungsquelle des Fotovervielfachers ist bei 12 angedeutet. Die Impulse am Ausgang des Fotovervielfachers, die aus dem Auffangen der in benachbarten Formationen 13 gestreuten Gammastrahlen resultieren, werden zunächst mittels eines Verstärkers 14 verstärkt, bevor sie in eine Anordnung 15 eingeführt werden, deren Aufgabe beschrieben werden kann wie folgt:

— Die Übertragung der Impulse geht zur Zählstufe 16 für die Berechnung der Dichte, deren Zählrate, wie man weiß, eine exponentiell abklingende Funktion der Formationsdichte ist;

— Die Einflüsse sollen korrigiert werden, welche der im Bohrspülungskuchen 17 — abgelagert auf den Bohrlochwandungen und den Detektor von der Formation trennend — enthaltene Baryt auf diese Zählrate hat.

und 220 keV. Die Auswahl von A_m0 als Schwelle bei as Vorhandensein von Baryt ist durchaus akzeptabel; es hat sich tatsächlich gezeigt, daß für eine durch das Baryt hervorgerufene Absenkung um 10% der Zählrate der Impulse mit einer Amplitude unterhalb A_m0 die Absenkung der Zählrate für Impulse mit einer Amplitude oberhalb A_mo niedriger als 0,5·/· ist. Im Augenblick der Schwellenänderung ist die Zählrate de- berücksichtigten Impulse merkbar um die Hälfte verringert, da gemäß Definition die Zählratc unterhalb A_m0 gleich der Zählrate oberhalb ist. Da aber bei Abwesenheit von Baryt die Zählrate durch zwei dividiert war, und jetzt diese Division nicht mehr wirksam ist, bemerkt man diese Schwellenänderung nicht bei der Zählrate der für die Berechnung der Dichte herangezogenen Impulse.

Schaltungsanordnungen zur Durchführung der drei Verfahrensvarianten sind in den Ansprüchen 5 bis 7 definiert.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen sollen nachstehend verschiedene Anordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt den Einfluß der Dichteänderungen auf das Spektrum der Gammastrahlen, die vom Hauptdetektor einer Dichtemeßsonde aufgefangen werden;

F i g. 2 zeigt den Einfluß des Baryts auf dieses Spektrum (diese beiden Figuren wurden bereits einleitend erläutert);

F i g. 3 zeigt schematisch eine erste Anordnung gemäß der Erfindung;

F i g. 4 dient zur Erläuterung der Funktion der Anordnung nach F i g. 3;

F i g. 5 zeigt schematisch eine zweite Anordnung gemäß der Erfindung;

F i g. 6 dient zur Erläuterung der Funktion der in F i g. 5 gezeigten Anordnung;

F i g. 7 zeigt schematisch eine dritte Anordnung gemäß der Erfindung und

F i g. 8 zeigt eine alternative Ausbildung eines Teils der in F i g. 7 gezeigten Anordnung.

In F i g. 3 erkennt man in schematischer Darstellung bei 10 einen Fotoelektronenvervielfacher und In der Anordnung 15 werden die am Ausgang des Verstärkers 14 abgenommenen Impulse, parallel einerseits dem Eingang eines Verzögerungskreises 18, gefolgt von einem Gatter 19 mit einem Steuereingang 20, und andererseits einem der Eingänge eines Spannungskomparators 21, gefolgt von einem monostabilen Kippkreis 22, zugeführt. Der andere Eingang des Komparatois 21 ist mit einer Spannungsquelle23 verbunden, welche die Normalschwelle S für die Zählung der Impulse definiert; der Pegel dieser Spannung ist einstellbar mittels eines an einen Steuereingang 24 angelegten Signals. Der Ausgang der monostabilen Kippstufe 22 ist verbunden mit dem Eingang der Zählstufe 16, dem Steuereingang 20 des Gatters 19 und dem Eingang eines Schaltkreises 25 für die Erzeugung von standardisierten Impulsen gleicher Ladung, entgegengerichtet der eines Ausgangsimpulses vom Verstärker 14 mit einer Bezugsamplitude A_Mo

gleich der mittleren Amplitude bei Nichtvorhandensein von Baryt der Impulse mit einer Amplitude oberhalb der Normalschwelle S für die Zählung. Der Ausgangsimpuls des monostabilen Kippkreises 22 hat während seines Auftretens die Wirkung, das Gatter

<5 19, welches normalerweise gesperrt ist, zu entsperren, und sobald er verschwindet, den Schaltkreis 25, welcher normalerweise in Ruhe ist, auszulösen. Das Gatter 19 und der Schaltkreis 25 sind mit ihren Ausgängen an den Eingang eines Verstärkers 26 angeschlossen, der als Integrator arbeitet infolge einer Rückkopplungsschleife, bestehend aus einem Kondensator 27 und einem zu ihm parallel liegenden Widerstand 28. Der Ausgang dieses als Integrator arbeitenden Verstärkers ist mit dem Steuereingang 24 der Quelle 23 verbunden.

Die Anordnung arbeitet wie folgt: Die Impulse am Ausgang des Verstärkers 14, deren Amplitude untei der Schwelle S liegt, haben keinen Einfluß auf der Komparator 21. Die monostabile Kippstufe 22 bleib demgemäß in Ruhe, derart, daß die Zählstufe 16 um der Integrator 26 keinerlei Impuls zugeführt erhalten Wenn dagegen der Komparator 21 einen Impuls er hält, dessen Amplitude über der Schwelle 5 liegt, gib er einen Impmls ab, der die monostabile Kippstufe 2 in den aktiven Zustand umschaltet. Sie liefert dem gemäß einen Impuls an die Zählstufe 16, zugleic mit dem öffnen des Gatters 19, welches entsper und damit zum Integrator 26 den Ausgangsimpu

O ι u

Om Verstärker 14 durchläßt, verantwortlich für das kippen des !Comparators und übertragen vom Schaltkreis 18. Die vom letzteren eingeführte Verzögerung iient dazu sicherzustellen, daß die öffnung des Gatters 19 immer erfolgt, bevor der durchzulassende impuls anliegt, unabhängig von der Amplitude des letzteren. Das Zurückkippen des monostabilen Kippkreises 22 in die Ruhelage ruft einerseits das Sperren des Gatters 19 hervor und andererseits die Auslösung des Schaltkreises 25, dessen standardisierter Impuls demgemäß an den Eingang des Integrators 26 gelegt wird, wo er dem Ausgangsimpuls des Verstärkers 14 folgt.

Der Integrator 24 erhält demgemäß jedesmals dann, wenn am Ausgang des Verstärkers 14 ein Impuls mit einer die Quelle 5 übersteigenden Amplitude erscheint, einen ersten Impuls, nämlich diesen auslösenden Impuls, sowie einen zweiten Impuls mit einer gleichen, aber entgegengesetzten Ladung, wie ein Ausgangsimpuls des Verstärkers 14 mit einer Bezugsamplitude A_Ho. Man verfügt demgemäß am Ausgang des Integrators 26 über eine Gleichspannung, welche dauernd die Abweichung zwischen der mittleren Amplitude A_M der Impulse mit einer über der Schwelle S liegenden Amplitude und der mittleren Bezugsamplitude A_Mo repräsentiert. Es ist diese Spannung, welche durch Einwirkung auf den Pegel der Quelle 24 eine Nachregelung der Schwelle bewirkt, um die Gleichheit zwischen A_M und A_Mo aufrechtzuerhalten.

Unter Bezugnahme auf F i g. 4, die das Impulsamplitudenspektrum am Ausgang des Verstärkers 14 darstellt, also die Kurve der WahrscheinlichkeitN (A) für einen Impuls der Amplitude A in Funktion von dieser Amplitude erkennt man, daß bei Nichtvorhandensein der Deformation dieses Spektrums durch den Baryt die mittlere Amplitude A_M ihren Bezugswert A_Mo beibehält, die erfaßte Abweichung null ist, und die Bezugsspannung, die dem Komparator 21 über die Quelle 24 zugeführt ist, unverändert bleibt. Die Zählschwelle S wird demgemäß ebenfalls nicht modifiziert. Falls jedoch der Baryt eine Verschiebung des Bereiches unterer Energie im Spektrum bewirkt, wird die mittlere Amplitude A_M der die Schwelle S übersteigenden Impulsamplituden kleiner als A_Mo. Dies hat zur Folge, daß eine von Null abweichende Spannung am Ausgang des Integrators 26 erscheint, die den Spannungsbezugspegel für den Komparator 21 absenkt, also die Zählschwelle S, um den Unterschied zwischen A_M und A_Mo auszugleichen, womit erreicht wird, daß die in der Zählstufe 16 erfaßte Zählrate unbeeinflußt bleibt von der Deformation des Spektrums.

F i g. 5 zeigt bei 30 eine weitere Ausführungsfonn, welche die Anordnung 15 aus F i g. 5 ersetzen kann. In diesem Falle werden die am Ausgang des Verstärkers 14 auftretenden Impulse parallel den Eingängen zweier Spannungskomparatoren 31 und 32 zugeführt, deren jeweilige Referenzen die Normalzählschwelle S und eine Bezugsamplitude A_mo sind, von denen die letztere die mittlere Amplitude repräsentiert bei Abwesenheit von Baryt für Impulse mit einer unter S liegenden Amplitude. Die Schwelle wird definiert durch die von einer Quelle 33 gelieferte Spannung, deren Pegel einstellbar ist mit Hilfe eines Signals, angelegt an den Steuereingang 34. Die beiden Komparatoren sind mit ihren Ausgängen verbunden mit einer Anti-Koinzidenz-Logikschaltung 35 mit einem Inverterschaltkreis 36, einem Gatter 37 und einer bistabilen Kippstufe 38. Der Ausgang des Komparators 32 ist verbunden mit dem Setzeingang (Umschalten in Zustand L) der Kippstufe 38 und über den Inverterschaltkreis 36 mit einem Eingang des UND-Gatters 37, Der Ausgang des Komparators 31 ist verbunden mit der Zählstufe 16 sowie dem anderen Eingang des UND-Gatters, dessen Ausgang mit dem Rücksetzeingang (Rückstellen auf Null) der Kippstufe verbunden ist. Der Ausgang Q der Kippstufe ist verbunden mit dem Eingang eines Verstärkers 39, der als Integrator arbeitet dank einer Rückkopplungsschleife mit einem Parallelnetzwerk aus Kondensator 40 und Widerstand 41. Der Ausgang dieses Integrators ist verbunden mit dem Steuereingang 34 der Spannungsquelle 33.

Diese Anordnung arbeitet wie folgt. Zunächst erkennt man, daß die Impulse am Ausgang des Verstärkers 14 entweder eine Amplitude unter der

ao Schwelle S haben und damit ohne Einfluß auf die Komparatoren 31 und 32 sind oder eine über der Schwelle S, jedoch unter der mittleren Amplitude A_m0 haben und den Komparator 31 auslösen, den Komparator 32 jedoch nicht beeinflussen oder

as schließlich eine Amplitude oberhalb der mittleren Amplitude A_mo haben und dann beide Kompairatoren auslösen.

Unter diesen Bedingungen wird ein am Ausgang des Verstärkers 14 erscheinender Impuls mit einer Amplitude unterhalb S von dem Logikschaltkreis 35 nicht erfaßt. Wenn jedoch ein Impuls mit einer Amplitude zwischen S und A_mo erscheint, wenden die beiden Eingänge des UND-Gatters 37 bei L liegen, derart, daß die Kippstufe 38 an ihrem Rücksetzeingang einen Impuls erhält, der sie in den Zustand Null schaltet. Falls ein Impuls mit einer Amplitude oberhalb A_mo erscheint, sind die Eingänge des UND-Gatters 37 Eins bzw. Null, und der Komparator 32 legt an den Setzeingang der Kippstufe einen Impuls,

+o der ihn in den Zustand L umschaltet.

Der Kippkreis 38 wird demgemäß in den Zustand Null geschaltet durch Impulse mit einer Amplitude zwischen S und A_mo, jedoch in den Zustand L durch Impulse mit der Amplitude oberhalb A_Mo.

Infolge dieser Tatsache ist die jeweilige Dauer des an seinem Ausgang Q liegenden Signals proportional zu N₁I(N₁ + N₂) und N₂Z(N₁ + N₂), wobei N₁ die Zählrate der Impulse mit einer Amplitude zwischen S und A_mo ist und N₂ die Zählrate für Impulse mit Amplituden oberhalb A_m0. Der Verstärker 39 integriert dieses Signal und liefert eine Gleichspannung, die dauernd die Abweichung zwischen den Zählraten N₁ und N₂ repräsentiert. Es ist nun diese Spannung, welche auf die Schwelle S über die Quelle 33 einwirkt, um N₁ und N₂ gleichzuregeln.

Unter Bezugnahme auf F i g. 6, die wie F i g. 4 da: Amplitudenspektrum der Impulse, geliefert vom Ver stärker 14, repräsentiert, erkennt man, daß be Nichtvorhandensein einer Deformation dieses Spek

trums durch Baryt die mittlere Amplitude ihren Wei bei A„_o hält, die Zählraten AZ₁ und N₂ gleich sin und die Bezugsspannung, die dem Komparator 3 von der Quelle 33 zugeführt wird, unverändert bleib Die Zählschwelle S wird demgemäß ebenfalls nicl modifiziert. Wenn jedoch, sobald der Baryt eir Verschiebung des Bereichs unterer Energie im Spei trum bewirkt, die Zählrate N₁ kleiner wird als d Zählrate N₂, so ergibt sich eine von Null abweichen!

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Spannung am Ausgang des Integrators 39, die den Pegel der Bezugsspannung, welche dem Komparator 31 zugeführt wird, absenkt, also die Zählschwelle S, um den Unterschied zwischen N₁ und /V₂ auszugleichen. Die in der Zählstufe 16 registrierte Zählrate wird demgemäß nicht beeinflußt durch die Deformation des Spektrums.

Fig. 7 zeigt bei 60 eine dritte Ausführungsform. Die am Ausgang des Verstärkers 14 vorliegenden Impulse werden parallel den Eingängen zweier Spannungskomparatoren 62 und 64 zugeführt, an denen als Bezugsgröße jeweils die Normalzählschwelle 5 bzw. die mittlere Amplitude A_mn zugeführt werden, wobei die letztere sich auf Impulse mit einer oberhalb S liegenden Amplitude bei Abwesenheit von Baryt bezieht.

Diese beiden Komparatoren sind mit ihren Ausgängen an einen Anti-Koinzidenz-Logikschaltkreis 68 angeschlossen, der einfach aus einem Inverterkreis 70 und einem UND-Gatter 72 mit zwei Eingängen besteht. Der Ausgang des Komparators 64 ist über den Inverter 70 mit einem der Eingänge des UND-Gatters 72 verbunden, während der Ausgang des Komparators 62 mit dem anderen Eingang dieses Gatters verbunden ist. Die beiden Ausgänge 74 und 76 des Logikschaltkreises, also die Ausgänge des UND-Gatters 72 bzw. des Komparators 64, erzeugen, wie nachstehend noch näher erläutert. Impulsfolgen entsprechend den vom Verstärker gelieferten Impulsen, deren Amplituden zwischen S und A_m0 bzw. oberhalb A_m„ liegen.

Die beiden Ausgänge 74 und 76 des Logikschaltkreises 68 sind mit zwei Eingängen eines ODER-Gatters 78 verbunden, dessen Ausgang über eine Kippstufe 80 mit einer Klemme A verbunden ist. Der Ausgang 76 ist weiter direkt mit einer Klemme B verbunden. Ein Umschalter 82 mit zwei Stellungen gestattet, die eine oder die andere dieser Klemmen mit dem Eingang einer Zählkette 16 zu verbinden. Die beiden Ausgänge 74 und 76 des Logikschaltkreises 68 werden außerdem an den Eingang eines Dividierschaltkreises 84 gelegt, an. dessen Ausgang 86 ein Signal erscheint, das repräsentativ ist für das Verhältnis NJN₂. wobei N_x die Zählrale der Impulse ist, die am Ausgang 74 erscheinen (mit Amplituden zwischen S und A_mn) und N₂ die Zählrate der am Ausgang 76 erscheinenden Impulse (mit Amplituden oberhalb A_m0). Dieses Signal wird an den Eingang eines Komparators 88 gelegt, dessen Ausgang 90 den Umschalter 82 steuert. Sobald das Verhältnis /V, zu /V,. das nahe Eins bleibt, nicht unter eine Schwelle fällt, die beispielsweise bei 0.95 festgesetzt werden kann, wird der Umschalter in der dargestellten Stellung gehalten, falls jedoch dieses Verhältnis unter die genannte Schwelle fällt, wird der Umschalter in die andere Position umgelegt.

Die soeben beschriebene Anordnung arbeitet folgenderweise: Man stellt zunächst fest, daß die Impulse am Ausgang des Verstärkers 14, sofern ihre Amplitude unter der Schwelle S liegt, ohne Einfluß auf die Komparatoren 62 und 64 sind, sobald ihre Amplitude oberhalb der Schwelle S, jedoch unter der mittleren Amplitude A _mo liegt, den Komparator 62 auslösen, ohne Einfluß jedoch auf den Komparator 64 bleiben, oder schließlich, wenn ihre Amplitude über der mittleren Amplitude A_mo liegt, beide Komparatoren auslösen.
Unter diesen Bedingungen erkennt man sofort, daß

der Ausgang 74 des Logikschaltkreises 68 einen Impuls für jeden Ausgangsimpuls des Verstärkers 14 liefern wird, dessen Amplitude zwischen S und A_mo liegt, während der Ausgang 76 einen Impuls für jeden Ausgangsimpuls des Verstärkers 17 liefern wird, dessen Amplitude über A_mo liegt. Wie bereits erwähnt, wird demgemäß die Zählrate/Vj der Impulse am Ausgang 74 den Impulsen entsprechen, welche eine Amplitude zwischen S und A_m„ haben, während die

ίο Zählratc N₂ am Ausgang 76 den Impulsen mit einer Amplitude oberhalb A_m„ entsprechen wird.

Der Dividierschaltkreis 84 berechnet das Verhältnis NJN₂ dieser beiden Zählraten, und der Komparator 88 vergleicht den Wert mit 0,95. Solange dieses Verhältnis über 0,95 bleibt, d. h., solange die beiden Zählraten nahezu identisch sind (was ein Hinweis auf die Tatsache ist, daß das Spektrum keiner merkbaren Verschiebung infolge des Baryts in seinem Abschnitt unterhalb der mittleren Amplitude A_m0 unter-

ao üegt), häit der Komparator 88 den Umschalter 82 in der in Fig. 7 dargestellten Position. Unter diesen Bedingungen ist der Eingang der Zählkette 16 mit dem Ausgang der Kippstufe 76 verbunden, die von dem ODER-Oatter 78 die beiden kombinierten Impulszuge erhält, erzeugt von dem Logikschaltkreis 68, und unter Verwendung der Teilstufe 80, demgemäß einen Impulszug liefert, dessen Zählrate gleich der halben Summe der Zählraten /V₁ und /V₂ ist, mit denen diese beiden Impulszüge auftreten. Da aber /V₁ und /V., im wesenilichen gleich sind, ist die von der Zählkette registrierte Zählrate gleich /V₂. Sobald jedoch das Verhältnis N₁IN₂ kleiner als 0,95 wird (was bedeutet, daß der im Bohrspülungskuchen enthaltene Baryt eine nicht vernachlässigbare Verschiebung des Spektrumsbereichs oberhalb A_m„ bewirkt hat), schaltet der Komparator 88 den Umschalter 82 in die andere Schaltstcllung um, derart, daß nun der Ausgang 76 des Logikschaltkreises 68 mit dem Eingang der Zählkette 16 verbunden ist. Diese erhält nunmehr also nur noch die Impulse mit der Amplitude oberhalb der mittleren Amplitude A_m„ und registriert damit eine Zählrate gleich N... Demgemäß hat die Umschaltung des Umschalters 82 keinen Einfluß auf die von der Kette 16 registrierte Zählratc, die bei N., verbleibt.

Es soll noch einmal auf die Fig. 6 zurückgekommen werden. Man erkennt:

a) Wenn das Spektrum nicht deformiert ist (Ver hältnis /V, zu N., nahe Eins), ist die der Dichteberechnung dienende Impulszählschwelle die Amplitude .">; die Zählrate dieser Impulse wire also durch Zwei dividiert.

b) Wenn das Baryt die Abschnitte niedriger Ener gie im Spektrum deformiert (Verhältnis /V₁ zi N₂ unter Eins), ist die Zählschwelle die mittler! Amplitude A_m„ der Impulse, die eine Amplirud< oberhalb S haben; die Zählrate wird n.dit mehl

durch Zwei dividiert, derart, daß die Verschie

bung der Schwelle die registrierte Zählung nich modifiziert. Man verzichtet also darauf, die Im pulse zu berücksichtigen, deren Amplitude zwi sehen der normalen Schwelle S und der mittle ren Amplitude A_mo liegt, welche dem deformier

ten Teil des Spektrums entsprechen und demge maß die Dichtemessung verfälschen würder Zwar vervielfacht die Teilung durch zwei de

verwendeten Impulse den statistischen Fehler mit Zwei, aber in der Praxis stellt man fest, daß der Fehler infolge Anhebung der Schwelle vernachlässigbar ist gegenüber jenem, der durch den Einfluß des Baryts hervorgerufen werden würde.

Cs ist festzuhalten, daß bei einer vereinfachten Ausführungsform der Anordnung gemäß F i g. 7 man den Teilschaltkreis 84 und den Komparator 88 weglassen könnte, derart, daß der Umschalter 82 von Hand durch eine Bedienungsperson betätigt würde in Abhängigkeit von der Barytmenge, welche in tue Bohrlöcher eingeführt worden ist.

Es ist offensichtlich, daß die drei verschiedenen Anordnungen nur dann eine zuverlässige Korrektur des Baryteinflusses bewirken können, wenn die Verstärkung des Dctcktorsystems perfekt stabilisiert ist. Sobald diese Stabilisierung dadurch realisiert wird, daß dem Detektor eine licht- oder radioaktive Strahlungsquelle zugeordnet wird für die Erzeugung einer Refcrenzspitze in dem Abschnitt hoher Energie des Spektrums, ist es unerläßlich, daß die Impulse infolge dieser Ouellc nicht für die Berechnung der Dichte verwendet werden.

Die Anordnung nach F i g. 3 kann demgemäß dadurch modifiziert werden, daß — wie mit gestrichelten Linien angedeutet —- ein Spannungskomparator 42 zugefügt wird mit einem lnvertcrschaltkrcis 43 und einem UND-tlatter 44. Der Komparator 42 ist wie der Komparator 21 an den Ausgang des Verstärkers 14 angeschlossen und erhält als Bezugsgrößc die Amplitude /1_r„,_t. oberhalb der die gelieferten Impulse nicht mehr gezählt werden dürfen, weil sie aus der Referenzstrahlungsquelle stammen. Das UND-Gatter 44, da·, den monostabilen Kippkreis 22 beaufschlagt, ist mit einem Eingang direkt an den Ausgang des Komparator?; 21 angeschlossen, während der andere Eingang an den Ausgang des Komparators 42 über einen Invertcrschallkreis 43 gelegt ist. Man erkennt, daß auf diese Weise die Impulse mit einer Amplitude unterhalb der Schwelle S rider ober halb A_n(n keinen Einfluß auf den monostabilen Kippkreis 22 haben, der demnach nur dann in seinen aktiven Schaltzustand kippt, wenn Impulse der Amplitude zwischen .S und A_nu,_x erscheinen.

F i g. 8 zeigt die Modifikationen, welche bei der Anordnung nach F i g. 7 vorzunehmen sind, wenn Impulse mit einer Amplitude oberhalb A_m,,_K nicht gezählt werden sollen. Die am Ausgang des Verstärkers 14 erscheinenden Impulse werden demgemäß parallel den Eingängen dreier Spannungskomparatorcn 92, 94 und 96 zugeführt, deren Bezugsgröße die Amplituden S₁ A'_mo bzw. A_ma)i sind, wobei die Amplitude A'_m„ die mittlere Amplitude derjenigen Impulse ist, deren Amplituden zwischen S und A_max liegen. Diese maximale Amplitude wird natürlich so hoch wie nur möglich gewählt, damit die Fläche des Normalspcktrums (herrührend son Strahlung aus der Formation) einer relativ kleinen Verringerung unterliegt und die mittlere Amplitude A'_mn sich nur sehr wenig von der Amplitude /i„„, unterscheidet.

Der Anli-Koinzidenz-Logiksehaltkreis68 aus Fi g. 7 wild demgemäß ersetzt durch einen Logikschaltkreis 98 mit einem Invcrtcrschaltkreis 100, einen UND-Gatter 102 und einem Nl-Schaltkrcis 104. Der Ausgang des Komparators 94 ist über den Inverter 100 mit einem Eingang des UND-Gatters 102 verbunden wie auch mit einem Hingang des Nl-Schaltkrcises 104. Der Ausgang des Komparators 92 ist verbunden mit dem anderen Eingang des UND-Gatters, und jener des Komparators 96 mit dem anderen Eingang des NI-Schaltkreises. Man erkennt leicht, daß unter diesen Bedingungen das UND-Gatter 102 einen Impuls für jeden Impuls am Ausgang des Verstärkers

14 mit einer Amplitude zwischen S und A'_mo liefert, und daß der Ausgang des Nl-Schaltkrcises 104 einen Impuls für alle Impulse am Ausgang des Verstärkers mit einer Amplitude zwischen A'_mo und /I₇₁₁₁₁ liefert.

Der Ausgang des UND-Gatters 102 und der Ausgang des Nl-Schallkreises 104 entsprechen demgemäß den Ausgängen 74 bzw. 76 der Anordnung nach F i g. 7.

Hinsichtlich der Anordnung nach F i g. 5 wäre eine Modifikation durch Zufügen eines dritten Spannungskomparators (nicht dargestellt) vorzunehmen mit einer Amplitude A_max als Referenzgröße, wobei der Komparator 32 aK Referenz die mittlere Amplitude A',„„ der zwischen S und A.,_un liegenden Impulsamplituden erhielte. Die drei Komparatoren sind wie die Komparatoren 92. 94 und 96 in F i g. 8 mit einem F oeikschaltkivis zu verbinden, dessen Ausgänge 74 und 76 verbunden sind mit den Eingängen R bzw. S der Kippstufe 38. In diesem Fall muß die /.ählstefe 16 nicht mehr direkt vom Komparator 31 angesteuert werden, sondern über ein UND-Gatter (nicht dargestellt), dessen einer Eingang verbunden ist mit dem Ausgang des Komparators 31, während der andere Eingang an den Ausgang des dritten Komparator;·

über einen Inverterschaltkrcis (nicht dargestellt) anzuschließen wäre.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Geophysikalisches, radioaktives Meßverfahren zur Korrektur des Einflusses, den im Bohrspülungskuchen enthaltener Baryt auf die vom Hauptdetektor einer Gammastrahlen-Formationsdichtemeßsonde in einem Bohrloch gelieferte Impulszählrate ausübt, bei dem für die Dichtemessung nur die Impulse mit einer oberhalb einer als Normalzählschwelle bezeichneten Schwelle liegenden Amplitude herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine etwaige Deformation des vom Hauptdetektor gelieferten Impulsamplitudenspektrums infolge Vorhandenseins von Baryt im Bohrspülungskuchen bestimmt und die Schwelle derart verschoben wird, daß die berücksichtigte Iinpulszählrate von der Deformation des Spektrums unbeeinflußt bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ao kennzeichnet, daß die Deformation des Amplitudenspektrums derjenigen Impulse, deren Amplitude oberhalb der Normalzählschwelle liegt, bestimmt wird durch die resultierenden Veränderungen ihrer durchschnittlichen Amplitude.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformation des Amplitudenspektrums derjenigen Impulse, deren Amplitude oberhalb der Normalzählschwelle liegt, bestimmt wird durch die resultierenden Veränderungen ihrer mittleren Amplitude.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Deformation des Spektrums der vom Hauptdetektor gelieferten Impulse durch Baryt die Zählschwelle als mittlere Amplitude (A_mo) der bei Abwesenheit von Baryt berücksichtigten Impulse festlegt.

5. Elektrische Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens räch Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen SpannungskompaTstor (21) aufweist, an dessen einen Eingang die von dem Hauptdetektor erzeugten Impulse angelegt sind, und dessen anderer Eingang mit einer Referenzspannungsquelle (23) verbunden ist, zur Definition der Normalzählschwelle (S), daß an den Ausgang des !Comparators (21) ein monostabiler Kippkreis (22) angeschlossen ist, daß ein Gatter (19) mit seinem Eingang über einen Verzögerungskreis (18) an den Ausgang des Hauptdetektors (10) angeschlossen ist und mit seinem Steuereingang (20) an den Ausgang des monostabilen Kippkreises (22), daß ein Schaltkreis (25), angeschlossen an den Ausgang des monostabilen Kippkreises (22), für die Erzeugung von Impulsen ausgebildet ist mit einer Ladung gleich, aber entgegengesetzt der eines Impulses vom Detektor (10) mit einer Bezugs- «mpütude (A_Mo) und daß ein Integrator (26) mit seinem Eingang einerseits an den Ausgang des Gatters (19) und andererseits an den Ausgang des Schaltkreises (25) angeschlossen ist, während sein Ausgang (24), an dem ein Gleichspannungssignal liegt, das repräsentativ ist für die Abweichung zwischen (A _Mo) und der durchschnittlichen berücksichtigten Amplitude der Impulse, verbunden ist mit der Bezugsspannungsquelle (23) für die Einstellung von deren an den Komparator (21) gelieferter Spannung, während die zu zahlenden Impulse für die Berechnung der Dichte am Ausgang des monostabilen Kippkreises (22) abnehmbar sind.

6. Schaltungsanordnung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen ersten Spannungskomparator (31) aufweist, dessen einer Eingang mit den vom Detektor erzeugten Impulsen beaufschlagt ist und dessen anderer Eingang an eine Bezugsspannungsquelle (33) angeschlossen ist, welche einstellbar ist zur Definition der Normalzählschwelle (S), daß ein zweiter Spannungskomparator (32) vorhanden ist, dessen einer Eingang ebenfalls mit den vom Detektor erzeugten Impulsen beaufschlagt ist und dessen anderer Eingang zur Definition der mittleren Bezugsamplitude (A _Ko) dient, daß an die Ausgänge der beiden Komparatoren ein Anti-Koinzidenz-Logikschaltkreis (35) angeschlossen ist zur Erzeugung eines Zweizustandssignals, dessen jeweilige Zustandsdauern proportional sind den Werten NJ(N_x + N₂) bzw. NJ(N₁ + N₁), und daß ein Integrator (39) mit seinem Eingang an den Ausgang des Logikschaltkreises (35) angeschlossen ist und mit seinem Ausgang an den Einstellsteuereingang (34) der Bezugsspannungsqnelle (32), an der mithin ein Gleichspannungssignal liegt, das repräsentativ ist für die Abweichung zwischen der Zählrate N₁ und der Zählrate N₂, während die zu zählenden Impulse für die Berechnung der Dichte am Ausgang des ersten Spannungskomparators (31) abgenommen sind.

7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen ersten Spannungskomparator (62) umfaßt, an den als Bezugsgröße die Normalzählschwelle (S) angelegt ist, und der beaufschlagt ist mit den vom Detektor erzeugten Impulsen, daß ein zweiter Komparator (64) vorhanden ist mit der mittleren Amplitude (A _mo) als Bezugsgröße, der ebenfalls mit den vom Detektor erzeugten Impulsen beaufschlagt ist, daß ein Anti-Koinzidenz-Logikschaltkreis (68) vorhanden ist, der an die Ausgänge der beiden Komparatoren angeschlossen ist und auf einer ersten Leitung (74) einen Ausgangsimpuls für jeden Detektorimpuls erzeugt, dessen Amplitude zwischen der Schwelle und der mittleren Amplitude liegt, sowie auf einer zweiten Ausgangsleitung (67) einen Ausgangsimpuls für jeden Detektorimpuls mit einer Amplitude oberhalb der mittleren Amplitude, daß ein ODER-Schaltkreis (78) mit seinen beiden Eingängen an die beiden Ausgangsleitungen gelegt ist, daß ein Dividierschaltkreis 1:2 (80) an den ODER-Schaltkreisausgang gelegt ist und daß ein Umschalter (82) vorhanden ist, der bei Abwesenheit von Baryt in einer ersten Stellung liegt zur Verbindung des Ausgangs des Dividierschaltkreises (80) mit dem Eingang einer Dichteberechnungsstufe (16) und in eine zweite Stellung gelegt ist bei Vorhandensein von Baryt, in der die zweite Ausgangsleitung mit dem Eingang der Stufe (16) verbunden ist.