DE2324446A1

DE2324446A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der porositaet der ein bohrloch umgebenden erdformationen unter verwendung gepulster neutronen

Info

Publication number: DE2324446A1
Application number: DE19732324446
Authority: DE
Inventors: Dan Mccay Arnold
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1972-05-17
Filing date: 1973-05-15
Publication date: 1973-11-29
Also published as: FR2184988B1; FR2184988A1; HU170520B; GB1384357A

Description

Patentassessor Hamburg, den 10. Mai 1973

Dr. G. Schupfner T 73ü12 - ? ^ ? / A / ß

Deutsche Texaco AG 770/HH

2000 Hamburg 76
Sechslingspforte 2

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION 135 East 42nd Street New York, N.Y. 10017 U. S. A.

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Porosität der ein Bohrloch umgebenden Erdformationen unter Verwendung gepulster Neutronen. ₄

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur radiologischen Untersuchung tiefergelegener Erdformationen, die von einem Bohrloch durchdrungen sind, insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Messung der Porosität der Erdformationen unter Verwendung von gepulsten Neutronen.

Es ist bekannt, daß sich Öl- und Gasvorkommen wirtschaftlicher aus solchen Erdformationen fördern lassen, die relativ porös und durchlässig sind, als aus konsolidierteren Erdformationen. Somit erlangen Verfahren und Vorrichtungen zur genauen Bestimmung der Pormationsporosität eine wesentliche Bedeutung.

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_ 2 —

Von den oft in der Erdrinde vorkommenden Elementen ist Chlor

der stärkste Absorber für thermische Neutronen. Es ist bek.annt, daß die Messung der theriEiachen Zerfallsaeit hochenergetischer Neutronen, die in einem Bohrloch von einer gepulsten Neutronenquelle emittiert werden, primär einen Meßwert darstellen, der die Menge des Chlors oder von Salz (NaCl) im Formationswasser kennzeichnet. Die Interpretation des Meßwertes der .vorgefundenen Chlormenge kann zur Unterscheidung einer ölführenden von einer wasserführenden Formation benutzt werden, wenn die Porosität der Formation bekannt ist. Darüberhinaus kann die Wassersättigung der Erdformation berechnet werden, wenn die Porosität,, die Art der vorhandenen Kohlenwasserstoffe, die Salzhaltigkeit und die GesamtIithologie der in. Frage stehenden Erdfonnation bekannt ist. Die Verblendung von Untersuchungstechniken mittels Neutronen hat den weiteren Vorteil, daß diese Techniken es ermöglichen, Aufzeichnungen der durchbohrten Schichten in einer fertig verrohrten Bohrung vorzunehmen, da die Bohrlochverrohrung für die emittierten Neutronen "transparent" ist..

Es wurde vorgeschlagen, Aufzeichnungstechniken mit gepulsten Neutronen zur Messung der thermischen Zerfallszeit oder Neutronen-Lebensdauer von Formationen, die das Bohrloch umgeben, zu verwenden. So ist in der US-PS 3 256 438 eine Vorrichtung offenbart, mit der die Aufzeichnungen unter Verwendung gepulster Neutronen und Verzögerung der Detektoraktivierung, um Bohrlocheffekte auszuschalten, durchgeführt werden. Ähnliche Verfahren und Vorrichtungen, bei denen die Zerfallszeit oder

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Lebensdauer der Neutronen gemessen vrirü, sind i\\ den IiS-PS 3 566 116 und 3 609 366 beschrieben. In den beiden letztgenannten Patentschriften sind Schaltungen vorgesehen, mit denen zwei oder mehr Detektor-Aktivierungs-Zeittore zu Zeitpunkten geöffnet werden, die der Emission eines Impulses hochenergetischer Neutronen folgen und mit denen Zählvorgänge von Gammastrahlen durchgeführt werden, die vom Auffangen thermisierter Neutronen durch die das Bohrloch umgebende Erdformation resultieren. Die Schaltung adjustiert dann die "Zeitspanne" des Tores und die relative Öffnungszeit des Tores nach den Neutronenimpulsen, um ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen der Öffnungszeit und der "Zeitspanne" des Tores, des eine Funktion der thermischen Zerfallszeit der das Bohrloch umgebenden Neutronenpopulation darstellt,, zu erhalten. Diese Technik kann als "thermische Zerfallszeit-Aufzeichnung¹¹ bezeichnet werden. In dem vorgenannten System der letztgenannten beiden Patentschriften wird noch ein drittes Tor verwendet. Das dritte Tor wird zur Bestimmung der Größe der Hintergrund-Gammastrahlung benötigt, die im Bohrloch vorhanden ist, so daß Korrekturen für diese Hintergrundstrahlung bei der Errechnung der Lebensdauer oder thermischen Zerfallszeit der hochenergetischen Neutronen gemacht werden können.

Nachdem früher die Neutronen-Messungen gemäß der beiden letztgenannten US-Patentschriften ausgewertet waren, mußten zur Be-Stimmung der Porosität der Formation weitere Untersuchixngen durchgeführt werden, um zur Interpretation der Formation beizu tragen. So wurden z.B. Schall-Untersuchungsgeräte für diesen

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Zweck verwendet. Ebenso können Neutronen-Gammastrahlen (N-1*")— Aufzeichnungen mittels separater Sonden, die für diesen Zweck gebräuchlich sind, durchgeführt werd.en.

Bei Verwendung der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, unter angemessenen Bedingungen eine Messung der Pormationsporosität gleichzeitig mit der Messung der thermischen Neutronen-Zerfallszeit im gleichen Arbeitsgang mit einer Bohr-■ lochsonde zu erhalten,die gepulste Netronen aufweist. Ebenfalls ist es mittels der vorliegenden Erfindung möglich, die Pormationsporosität aus den Aufzeichnungen der Neutronen-Lebensdauer oder Z-erfallszeit mit anderen Bohrlochsonden-Typen, als es der adjustierbare Schiebe-Tor-Typ (sliding gate type) darstellt, durchzuführen. So kann z.B. ein System zusammen mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden, wie es in' der US-PS 3 256 438 offenbart ist.

Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der direkt und simultan während der Messungen thermischer Zerfallszeiten von Neutronen in der Formation die Porosität derselben gemessen werden kann.

V/eiterhin ist es Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhaltung der Porositätsmessungen zum Zwecke der Interpretierung der thermischen Zerfallszeitmessungen der Neutronen zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, daß eine Messung

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der Pormationsporosität ermöglicht wird, die leicht mit einer Zerfallszeit-Messeinrichtung für Neutronen vom Schiebe-Tor-Typ durchgeführt werden kann.

Gemäfi einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung, wird die Zerfallszeitmessung thermischer Neutronen mit einer Bohrlochmeßsonde vom Schiebe-Tor-Typ durchgeführt, die mindestens zwei, der vorgenannten Tore aufweist. Bei Verwendung dieser Vorrichtung wird die Impuls-Zeitdauer der Neutronen, die Öffnungs-Zeitspanne der Tore und die Öffnungszeiten der Tore in Be- ' Ziehung zu einander adjustiert, um eine Messung der thermischen Zerfallszeit der Neutronen in der das Bohrloch umgebenden Erdformation durchzuführen. Die Impulsdauer der Neutronen und die Öffnungsdauer des ersten Tores nach erfolgtem Neutronenimpuls wird ungefähr· gleich der thermischen Zerfallszeit *]" gehalten, wobei unter dieser Bedingung die Anzahl der auftretenden Zählungen im ersten Tor, wenn sie in der vorbeschriebenen Art und Weise durch eine vorbestimmte Beziehung zusammengefaßt werden, zur Errechnung der Porosität der Erdformation benutzt werden kann. Zusätzlich werden durch das Bohrloch bedingte,

auf die

von der Norm abweichende Effekte *^v*""'"Porositätsmessungen durch diese Adjustierung der Neutronen-Impuls-Parameter des Systems minimisiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt, Es zeigen:

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α* Q ■·"

.Figur 1 eine seiiematisierte !Darstellung der erfindungsgemä8en Vorrichtung,

Figur 2 ein Zeitdiagramiu, das die relative Regelung der Yorrichtung nach Figur 1 darstellt,

Figur 3 eine graphische Darstellung, die die relativen Zeitpunkte für die Zählung der Neutronenpopulation in der das Bohrloch umgebenden Erdformation gemäß dem Konzept der Erfindung aufzeigt und

Figur 4 ein Fließ-Diagramm für ein Rechnerprogramm zur Errechnung der Porosität gemäß der Erfindung im Rechnerteil der Vorrichtung nach Figur 1.

In Figur 1 ist eine simplifizierte Funktionsdarstellung in Fcrm eines Block-Diagramms gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung offenbart. Die Erdformatiön 3 ist von einem mit einer Stahlverrohrung 4 ausgekleidete Bohrloch 2 durchdrungen, wobei innerhalb des Bohrloches 2 eine Flüssigkeit 5 steht. Die Stahlverrohrung 4 ist mittels einer Zementschicht 6 ausgefuttert, was einer Flüssigkeitskommunikation zwischen den benachbarten Produktionsformationen vorbeugt.

Das Teil, das in das Bohrloch während der Messungen herabgelassen wird, besteht im wesentlichen aus einer langgestreckten, flüssigkeitsdichten hohlen Sonde 7. Die nachfolgend noch näher beschriebenen übertage angeordneten Instrumente sind für die Verarbeitung und Aufzeichnung der durch die Sonde 7 erzeugten elektrischen Messungen vorgesehen. Ein Sondenkabel 8, das über eine Rolle 9 geführt ist, hält die Sonde 7 im Bohrloch und

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dient gleichzeitig zur Übermittlung der elektrischen Signale zur und von der übertägig angeordneten Ausrüstung und der Sonde 7. Als Sondenkabel 8 kann ein an sich bekanntes, bewehrtes Kabel mit einem oder mehreren Leitungen Verwendung finden.

Die Sonde 7 enthält eine Quelle 11 für hochenergetische Neutronen. Die hier verwendete Quelle ist eine gepulste Neutronen-Quelle, die nach dem Prinzip der Deuterium-Tritium-Reaktion Neutronen-Impulse von 14 MeV emittiert. Jedoch ist es für den Durchschnittsfachmann verständlich, daß die Erfindung nicht auf die vorbeschriebene Neutronen-Quelle beschränkt ist. Es können durchaus auch andere gepulste Neutronen-Quellen anstelle der Quelle 11 Verwendung finden. Ein gebräuchlicher Strahlungsdetektor, der eine Fotovervielfacherröhre 10 und einen Detektor-Kristall 12 aufweist, ist in der Sonde 7 zur Ermittlung der von der Absorbtion thermischer Neutronen durch die das Bohrloch 2 umgebenden Erdformationen 3 herrührenden Gammastrahlen vorgesehen. Ein Strahlurigsschutzschild 13 aus Eisen, Blei oder einem anderen z\sreckmäßigen Material ist zwischen der Neutronen-Quelle 11 und dem Detektor-Kristall 12 angeordnet.

Die Neutronen von der Neutronen-Quelle 11 können, wenn sie thermisiert sind, von Kernen eines oder mehrerer das Bohrloch umgebenden Erdformationmaterialien absorbiert werden. Das eingefangene Neutron hebt gewöhnlich das Atom auf einen angeregteren Zustand. Beim Zurückkehren in den Grund-Zustand werden Gammastrahlen abgegeben, die charakteristisch für das eingefallene Hetitron sind, v/obei die Strahlung mit einem den Detek-

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tor-Kristall 12 und die Fotovervielfacherrohre 10 aufweisenden Szintillationsdetektor ermittelt werden kann. Der Detektor-Kristall 12 kann ein mit Thallium überzogenes Jodnatrium-Cäsiumnatrium- oder ähnlich aktiviertes Material aufweisen, das optisch mit der Fotovervielfacherrohre 10 gekoppelt ist.

Das Strahlungsschutzschild 13 reduziert die Wahrscheinlichkeit einer direkten Bestrahlung des Detektor-Kristalles durch von der gepulsten Neutronen-Q\ielle 11 emittierte Neutronen. Wie an sich bekannt erzeugt der Detektor-Kristall 12 jjedesmal,*tfenn ein Gammastrahl durch ihn hindurchgeht, einen Blitz oder ein Licht und tauscht die Energie in seinem Kristallgitter aus. Die Fotovervielfacherrohre erzeugt einen Spannungs-Impuls, der proportional zur Größe der Intensität einer solchen inrDetektor-Kristall 12 auftretenden Szintillation ist. Die Impulshöhe der Spannungs-Impulse, die durch die vorgenannte Szintillation erzeugt wird, weist eine funktioneile Beziehung zur Energie der Gammastrahlen, die den Lichtblitz bewirken, auf. Diese proportionalen Spannungs-Impulse, die von der Fotovervielfacherrohre 10 erzeugt werden, beinhalten ein Detektor-Signal, das an einen Verstärker 17 über einen Diskriminator 18 angelegt wird. Der Diskriminator kann, falls es gewünscht wird,' benutzt werden, um z.B. niedrigenergetische Hintergrundstrahlung, die von der thermischen Aktivierung des Detektor-Kristalles bei der Reaktion von I (N, O)I herrührt, zu diskriminieren. Eine voreingestellte Vorspannung

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kann verwendet werden, um ausschließlich Impulse von der Potovervielfacherröhre 10 durchzulassen, die über einen vorbestimmten Schwellwert liegen. Auf diese Weise kann die niedrigenergetische Gamma-Strahlung eliminiert werden. Diese Eliminierung reduziert die Zählrate der dem Sondenkabel zugeführten Impulse und verbessert die Möglichkeit, daß keine Impuls-Schichtung auftritt. Das Phänomen der Impuls-Schichtung besteht in der Überlastung der Bandbreiten-Leistungsfähigkeit des Kabels, indem das Kabel momentan einer Zählrate ausgesetzt ist, die seine Bandbreite überschreitet. Dadurch treten Impulsverzerrungen und Vermischungen auf, die die Zählrate fehlerhaft machen.

Die Neutronen-Quelle 11 wird vorzugsweise durch einen Impulsgeber-Schaltkreis 14, der von bekannter Bauart sein kann, gesteuert. Der Impulsgeber-Schaltkreis 14 spricht auf Signale eines übertägig angeordneten Torsteuerungs-Schaltkreises 25, dessen Wirkungsweise nachfolgend noch näher beschrieben wird, an. Diese Steuer-Impulse werden von dem Steuerungs-Schaltkreis 25 über das Sondenkabel 8 geleitet und können, falls es erforderlich oder gewünscht ist, über einen in der Sonde befindlichen Vergleichs- bzw. Eich-Impulsgeber-Schaltkreis 20 geleitet werden. Der Steuerungs-Schaltkreis 25 könnte z.B. durch seinen Logik-Schaltkreis zur Emittierung eines Steuer-Impulses angeregt werden, der zum Impulsgeber-Schaltkreis 14 übermittelt wird, so daß dieser wiederum Neutronenentladungen über eine Zeitspanne J oder der thermischen Halbwert zeit

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emittiert. In der vorliegenden Erfindung kann die Neutronen-Impulsdauer mit J variieren oder konstant aufrechterhalten werden. Es ist von Bedeutung für die Arbeitsweise der Erfindung, daß die Neutronen-Impulsdauer von vergleichbarer Größe wie das t/ von allgemein anzutreffenden Formationen ist. Das bedeutet, daß eine konstante Neutronen-Impulsdauer von etwa 250 MikroSekunden verwendet werden, kann.

Übertägig sind in Pig. 1 die Schaltkreise zur Verarbeitung der Impulse, die die Anzahl der Zählungen darstellen, die während der verschiedenen. Tor-Schaltintervalle auftreten. Diese Daten-Impulse sind Eingangs-Impulse für drei Tor-Schaltungen 21, 22 und 23, wenn sie an der Oberfläche ankommen. Diese Tor-Schaltungen sind so gesteuert, daß sie gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Steuerdiagramm nacheinander öffnen, um den Teilen der Impulse, die in vorbestimmten Zeitinvervallen nach Unterbrechung der Neutronen-Impulse auftreten, zu ermöglichen, in die Zähl-Schaltkreise, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, zu gelangen. Die Neutronen-Quelle ist von einem relativen zeitlichen Nullpunkt bis zu einem Zeitpunkt t^., wie in Fig. 2 dargestellt,' angeschaltet. Durch das über eine Zeitspanne tp bis t^geöffnete Tor 21 können dann Impulse geleitet werden, wobei die Zeitspanne durch die Tor-Steuerung und den Steuerungs-Schaltkreis 25 so adjustiert ist, daß sie gleich der Zerfallzeit y_ , der Neutronen-Halbwert ζ ext spanne ist, nachdem eine Zeitspanne von 2 J , vom 'Ende des Neutronen-Impulses an gerechnet, verstrichen ist.

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Desgleichen sind Schaltkreise in der Tor-Steuerung und im Steuerungs-Schaltkreis 25 zum öffnen des zweiten Tores 22 vorgesehen, um es Impulsen zu ermöglichen, nach einer Zeitspanne von 2 J -Sekunden nach Schließen des ersten Tores 21, über eine Zeitdauer von 2/-Sekunden durch das Tor 22 zum Zähl-Schaltkreis zu gelangen. Schließlich öffnet das dritte Tor 23 2 S^ -Sekunden, nachdem das zweite Tor 22 schloß; ebenfalls über eine Zeitdauer von 2 J -Sekunden.

Der Schaltkreis zur Errechnung von j und Adjustierung der Schiebe-Tor-Zeitdauer sowie der öffnungs- und Schließzeitpunkte gemäß den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Diagrammen, ist in den eingangs genannten US-Patentschriften offenbart und enthält nicht die Verbesserung der vorliegenden Erfindung. Die dort offenbarten Schaltkreise können zum Zwecke der Tor-Steuerung und für den Steuerungs-Schaltkreis 25 gemäß Fig. 1 benutzt werden. Die Ausgangs-Signale dieser Schaltkreise beinhalten Signale, die repräsentativ für die Halbwertzeit

& , der Anzahl der innerhalb des Zeitintervalles, in dem das erste Tor 21 geöffnet ist, auftretenden Zählungen C^ .und die Zeitdauer t^. der Neutronen-Impulse. Die Größe twird, wie vorbeschrieben, vorzugsweise ungefähr gleich der Größe j bei der vorliegenden Erfindung gewählt. Die drei vorgenannten Signale werden einem Rechner 26 zugeführt, der die Porosität der Erdformation aus diesen drei Parametern in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise errechnet. Zusätzlich wird die Größe J einem Aufzeichnungsgerät 2? zu-

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geführt und gleichzeitig wird eine Auf zeichnung der- ITeutronen-Halbwertzeit und der Formations-Porosität als Funktion der Bohrlochtiefe durch das Aufzeich 27 erstellt. Das Aufzeichnungsgerät 2? kann elektrisch oder mechanisch mit der Rolle 9 zu diesem Zweck verbunden sein, um das Aufzeichnungsmedium 28 als Funktion der Bohrlochtiefe anzutreiben, wenn die Sonde mittels des Sondenkabels 8 aus in dem Bohrloch hochgezogen wird.

Gemäß Fig. 2 und 3 und hei Betrachtung des ersten Tor-

Intervalles (Tor 21), das bei t~ beginnt tind sich, bis t. erstreckt, kann die Anzahl ^(+-o-^t^) ^^er Zählungen während dieses Tor-Intervalles folgendermaßen dargestellt werden:

/U Αι

wobei y^ der Moderationszeit-Zerfallskonstanten für Neutronen, /I₁ λ der Absorptionszeit-Zerfallskonstanten für Neu tronen und K„ dem schnellen Neutronen-Fluß in Zählungen pro Zeiteinheit entspricht. Es soll weiterhin darauf verwiesen a -^- und /i = "STTT-

ist, wobei J^ und J^ als Moderations^eit für seh?ie!le

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Neutronen bzw.Absorptionszeit für thermische Neutronen definiert sind. Mit £* ist die Basis der natürlichen Logarithmen bezeichnet.

Fig. 3 zeigt den Anstieg und Abfall einer typischen Kurve für den Gammastrahlen-Einfang, wobei auf der Ordinate die Gammastrahlen-Zählrate N^.\ in Zählungen pro MikrοSekunde zu einem gegebenen Zeitpunkt t dargestellt ist und N der Za'hl-.rate zu einem Zeitpunkt t *= t. (d.h. am Ende des Neutronen-Impulses) entspricht und durch die Gleichung (2) errechnet wird:

Der gesamte Bereich unter der in Fig. 3 dargestellten Kurve ist durch die Gleichung (3)

gegeben.

Ist das erste Tor (Tor 21) so ausgewählt, daß tp = 2 J _? + ty. und tj, = 3 J ρ ⁺ *i isti i^s* ^^er Bereich innerhalb des ersten Tores in bezug auf N durch die Gleichung (4)

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Die Gleichung (4) kann in folgende Form umgeschrieben werden

Durch Substituierung der Gleichung (5) in die Gleichung (3) ergibt sich die Gleichung (6)

Λ «£, /0,0855

Die Größe C. kann die Anzahl der Zählungen im ersten Tor in jeder thermischen Neutronen-Abkling-Aufzeichnung sein. Jedoch sind die Werte t_o = 2 J ρ + t^ und t- = 3 i/~p + ^ für den" vorbeschriebenen Zweck ausgewählt worden. Die Größe A entspricht der Gesamtzahl an Zählungen, die vom Detektor aufgenommen würde, wenn der Detektor sofort nach Ende der Heutronen-Entladung angeschaltet und nicht abgeschaltet wird, bis sämtliche thermischen Neutronen eingefan gen sind,(d.h. bei t, = oo ).

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Wird daher to = t. und ty, -·= <y> in der Gleichung (1) ge setzt, erhält man die Gleichung

OO J

(7)

die umge schrieb en werden kann als Gleichung

(8)

und durch zweckmäßige Umformung der Werte die Gleichung in die folgende Form gebracht werden kann:

(9)

Die Größen CL und J ~ erscheinen am Ausgang der Tor-Steuerung und Steuerungs-Schaltkreis 25 wie vorbeschrieben. Jedoch könnten diese Größen auch von jedem Neutronen-Zerfallszeit-Gerät errechnet werden. Die Neutronen-Impulsdauer ty., die im Fall der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ¹ " sonst

ungefähr gleich der Neutronen-Zerfallezeit ist, ist^immer bekannt. Daher kann die Gleichung "(9) auch innerhalb der

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Konstanten N^ für J ., der schnellen Neutronen-Moderations-Zeit, in folgender Veise gelöst werden.

Die Moderationszeit J ^ , die für die schnellen Neutronen zur Erlangung thermischer Energie "benötigt wird, ist stark vom Vorhandensein von Wasserstoff beeinflußt. Der Wasserstoff-Index einer Formation ist die Menge des in einer Volumeneinheit der Formation vorhandenen Wasserstoffes. Dieser Wasserstoff-Index ist seinerseits stark vom Wasserstoffgehalt der den Porenraum ausfüllenden Flüssigkeit abhängig. Daraus resultiert, daß die Moderationszeit der schnellen Neutronen als Porositäts-Anzeiger verwendet werden kann, der sich proportional zur Porosität verhält. Die Änderung der Größe J mit der Porosität wird bei Prüfung der nachstehenden Tabelle ersichtlich.

Tabelle I

(μ sek) φ Porosität (%)

24,4- 10

16,7 : _15

12,7 20

8,6 30

6,5 _: 40

Wie bereits vorher beschrieben, beträgt der durchschnittlich

t. (Neutronen-Ιπ 309848/0942 - 17 -

auftretende Wert für t. (Neutronen-Impulsdauer, die ungefähr

gleich J ρ In der vorliegenden Erfindung gehalten wird) etwa 250 MikroSekunden. Aus der Tabelle I ist ersichtlich, daß J „ die Moderationszeit der schnellen Neutronen, sogar bei Formationen mit geringer Porosität nur etwa 1/10 dieser Zeit beträgt. Daher ist für praktische Fälle, die bei der Bohrlochuntersuchung auftreten, die Gleichung (10)

-t/s;

eine sehr gute-Näherungsformel. Somit kann (wenn man zum Zwecke der Diskussion N_f * 0,0855 = 1 setzt) die Gleichung (9) in die Form der Gleichung (11) umgeschrieben werden:

C,-

Durch Umformung der Gleichung (11) erhält man die Gleichung (12)

JL

oder die Gleichung (I3)

-u/s-.

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- 18 -

Die Gleichung (13) ist damit in die normale quadratische Form gebracht und kann für 3* _Λ in folgender Form (14-) gelöst werden. "

In Fig. 4- ist ein Rechenprogramm in Fließdiagrammform zur Lösung der Gleichung (14-) für den Wert J ₁ im Porositäts-Rechner 26 der Fig. 1 dargestellt. Hierfür kann ein für allgemeine Zwecke verwendbarer Digitalrechner oder ein speziell auf die Lösung dieser Gleichung abgestellter Rechner benutzt werden. Die Ausgabegröße J₁ ist in Fig. 1 als φ der Formationsporosität dargestellt, die zusammen mit der Neutronen-Zerfallszeit der thermischen Neutronen auf dem Aufzeichnungsmedium 28 aufgetragen wird. Mit den Parametern der Tabelle I kann die Porosität φ unmittelbar in Werte für die Moderationszeit J^₁ der schnellen Neutronen kalibriert werden, so daß auf dem Aufzeichnungsmedium 28 direkt die Werte

Φ für die Porosität erscheinen. Alternativ dazu kann auf dem Aufzeichnungsmedium 28 auch die Moderationszeit J ₁ direkt geplottet werden.

Claims

T 75012 Patentansprüche

1.)) Verfahren zur Messung der Porosität der ein Bohrloch umgebenden Erdformationen, dadurch gekennzeichnet ,

daß die das Bohrloch umgebenden Erdformationen mit hochenergetischen Neutronen-Impulsen von ausgewählter Zeitdauer wiederholt bestrahlt werden, daß während mindestens zweier Intervalle ausgewählter Zeitdauer, die den Neutronen-Impulsen folgen, die Gamma-Strahlung vom Auffangen thermisierter Neutronen durch die das Bohrloch timgebenden Erdformationen ermittelt wird, daß von der Gammastrahlen-Ermittlung innerhalb der mindestens zwei Intervalle eine Zerfallszeit-Charakteristik thermischer Neutronen der das Bohrloch umgebenden Erdformationen abgeleitet wird und daß gemäß vorbestimmter Beziehung zueinander die Zerfallszeit-Charakteristik der thermischen Neutronen, die ausgewählte Zeitdauer der Neutronen-Impulse und die Anzahl der während einer der mindestens zwei Ermittrungsintervalle auftretenden Gamma-Strahlen-Zählvorgänge zur Ableitung eines sich auf die Porosität der Erdformation beziehenden Parameters zusammengefaßt werden.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge -kennzeichnet , daß das Zusammenfassen die Zusammenfassung der drei Größen zur Ableitung der Moderationszeit der

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schnellen Neutronen, die unmittelbar auf den Wasserstoff-Index der das Bohrloch umgebenden Erdformation bezogen ist, beinhaltet.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Neutronen-Impulse für eine Zeitdauer aufrechterhalten werden, die ungefähr gleich der Zerfallszeit-Charakteristik der thermischen Neutronen ist.

4.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste der mindestens zwei Ermittlungs-Intervalle, die den Neutronen-Impulsen folgen, über eine Zeitdauer aufrechterhalten wird, die ungefähr gleich der ermittelten Zerfallszeit-Charakteristik der thermischen Neutronen ist und daß der zweite der mindestens zwei Ermittlungs-Intervalle, die den Neutronen-Impulsen folgen, über eine Zeitdauer aufrechterhalten wird, die ungefähr doppelt so lang ist, wie das erste der zwei Intervalle,

5.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-, durch gekennzeichnet, daß der Zusammenfassungsschritt zur Ableitung eines auf die Porosität der Erdformation bezogenen Parameters die Zusammenfassung der drei bekannten Parameter C₁, Un und t.. gemäß folgender Beziehung beinhaltet

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wobei C₁ der Gammastrahlen-Zählvorgang währenddes ersten der mindestens zwei Ermittlungs-Intervalle, J ₂ der Halbwertzeit der thermischen Neutronen und t.. der Zeitdauer der Neutronen-Impulse entspricht, um so im Bereich der

der angenäherten bekannten Konstanten N~, die der AnzaMXwährend der Neutronen-Impulse emittierten schnellen Neutronen entspricht,' um yj * , die Moderationszeit, die einen Kennwert für den Wasserstoff-Index der Erdformation darstellt, zu bestimmen.

6.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß simultan

der auf die Porosität bezogenen Parameter der Wert J als Funktion der Bohrlochtiefe aufgezeichnet wird.

7.) Vorrichtung zur Messung der Porosität der ein Bohrloch umgebenden Erdformation, gekennzeichnet durch eine pulsierende Quelle (11,14) zur periodischen Bestrahlung der im Bereich eines Bohrloches (2) befindlichen. Erdformationen (3) mit hochenergetischen Neutronen-Impulsen ausgewählter Zeitdauer, durch eine Einrichtung (12) zur Ermittlung der vom Einfangen thermisier-

ter Neutronen durch die Erdformationen (3) im Bereich des Bohrloches (2) herrührenden Gamma-Strahlung während min-

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destens zweier Intervalle ausgewählter Zeitdauer, die den Neutronen-Impulsen folgen, durch eine Einrichtung zur Ableitung einer Zerfallszeit-Charakteristik thermischer Neutronen der Erdformationen (3) im Bereich des Bohrloches (2) aus der ermittelten Gainma-Strahlung und durch eine · Einrichtung zum Zusammenfassen der Zerfallszeit-Charakteristik thermischer Neutronen, der Zeitdauer der ausgewählten· Neutronen-Impulse und der Anzahl der Gamma-Strahlen-Zählvorgänge, die während eines der mindestens zwei ausgewählten Ermittlungs-Intervalle auftreten, gemäß einer vorbestimmten Beziehung zueinander, um einen Porositäts-Parameter der Erdformation (3) zu erhalten.

8.) Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (27) zur Aufzeichnung der Zerfallszeit-Charakteristik thermischer Neutronen und des Porositäts-Parameters als Punktion der Bohrlochtiefe.

9.) Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch Steuer-Einrichtung (25) zur Steuerung der Zeitdauer der hochenergetischen Neutronen-Impulse, der Zeitdauer und des Abstandes der Ermittlungs-Intervalle und durch eine Einrichtung, die in Erwiderung auf die Ableitungs-Einrichtung, zur Aufrechterhaltung der gesteuerten jeweiligen Zeitdauer und Abstände als Punktion der Halbwertzeit J₂ ^der thermischen Neutronen, wobei die Neutro-. nen-Impuls Zeitdauer t.. ungefähr gleich der Halbwertzeit gehalten wird.

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10.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (26) zur Zusammenfassung der drei "bekannten Parameter Cj, Cj*₉ und t.., v/obei C₁ dem Gammastrahlen-Zählvorgang entspricht, gemäß der angenäherten Beziehung

um so die Moderationszeit ^\ ^der schnellen Neutronen zu. errechnen, die einen Wert für den Wasserstoff-Index der Erdformation innerhalb der angenähert bekannten Konstanten N», die die Anzahl der während der Neutronen-Impulse emittierten schnellen Neutronen bezeichnet, darstellt.

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