DE2829914A1

DE2829914A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von azimutalwinkel und geschwindigkeit einer in waagerechter richtung an einem bohrloch vorbeistroemenden formationsfluessigkeit

Info

Publication number: DE2829914A1
Application number: DE19782829914
Authority: DE
Inventors: Dan Mccay Arnold; Obie Martin Langford; Hans Juergen Paap; Hubert Dunkereley Scott
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1977-07-15
Filing date: 1978-07-07
Publication date: 1979-02-01
Also published as: NO781961L; YU157978A; GB1598873A; AU516273B2; AU3633478A; CA1102014A; BR7803434A; US4169979A

Description

Patentanwalt

Kirchen^tr. 8

Buchholz/nordheide 14. 4. 1978

(o

T 78 018 DE (D # 74,948)

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION 135 East 42nd Street New York, N.Y. 10017 (V.St.v.A.)

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG VON AZIMUTALWINKEL UND GESCHWINDIGKEIT EINER IN WAAGERECHTER RICHTUNG AN EINEM BOHRLOCH VORBEISTRÖMENDEN FORMATIONSFLÜSSIGKEIT.

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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Bohrlochvermessung und betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Azimutalwinkel und Geschwindigkeit einer in waagerechter Richtung an einem Bohrloch vorbeiströmenden Formationsflüssigkeit durch Neutronenaktivierung und Analyse der durch die aktivierte Flüssigkeit erzeugten Gammastrahlung .

Bei vielen Sekundär- und Tertiärgewinnungsverfahren für Erdöl werden Wasser oder chemische Lösungen vermittels Injektionsbohrungen in die Erdformationen der Lagerstätte injiziert. In der Planung des Gewinnungsvorgangs ist bis jetzt die Injektion von Wasser oder Chemikalien immer noch durch bestimmte Annahmen und/oder Näherungen hinsichtlich der Mobilität von Flüssigkeiten in der Lagerstättenformation beschränkt. Ausschlaggebende Faktoren für Flüssigkeit sin j ekt ionsprogramme sind die senkrechte Konformität der produzierenden Formation, sowie die waagerechte Permeabilität und Gleichförmigkeit. In manchen Lagerstätten kann es zur Ausbildung von Linsen in der Formation oder waagerechten Trennwänden durch Permeabilitätssperren wie z.B. Verwerfungen und Störungen kommen. In diesen Fällen können scheinbar korelevante Permeabilitätsintervalle durch derartige Linsen oder Permeabilitätssperren, die sich im Formationsintervall zwischen den Bohrlöchern befinden, von dem einen zum nächsten Bohrloch voneinander getrennt sein.

Wenn daher das Vorhandensein derartiger Linsen oder Permeabilitätssperren bekannt wäre, könnte die Injektion großer Mengen an kostspieligen Chemikalien oder Wasser entsprechend einem bestimmten Injektionsmuster zur Gewinnung vermieden werden, wenn die Formationskontinuität zwischen den Injektionsbohrungen einer Lagerstätte ganz oder teilweise fehlt. Damit läßt sich ein erheblicher Aufwand an Kosten, Zeit und Arbeit mit dem Ergebnis einer

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schließlich fruchtlosen tertiären Erdölgewinnung vermeiden.

Derartige Informationen über den Aufbau der Erdformationen können erhalten werden durch Auswertung von Richtung und Geschwindigkeit der in einer Lagerstätte an einem Bohrloch vorbeiströmenden Formationsflüssigkeiten- Wenn die Geschwindigkeit und Richtung der Strömungen an einer ausreichend hohen Anzahl von Bohrlöchern in einer Lagerstätte bekannt sind, läßt sich außerdem der gesamte Strömungsverlauf in einer Erdöllagerstätte kartografisch erfassen, und derartige Karten stellen eine wertvolle Hilfe bei der Planung von Chemikalien- oder Wasserinjektion zur Bestimmung optimaler Förderdurchsätze dar. Außerdem trägt die Kenntnis der seitlichen Wasserströmungseigenschaften in einer bestimmten Formation einer produzierenden Lagerstätte wesentlich zum Verständnis der Lagerstättendynamik der jeweils ausgebeuteten Lagerstätte bei.

In Lagerstätten mit mehreren Produktionsbereichen oder -intervallen ist für den Lagerstätteningenieur manchmal wünschenswert, diejenigen Produktionszonen angeben zu können, welche den höchsten Wasserzustrom oder die höchste Wasserantriebskraft für die Erdölförderung liefern. Vermittels der kartenmäßigen Erfassung seitlicher Wasserbewegungen in sämtlichen Zonen oberhalb und unterhalb des erwarteten Wasserhorizonts in der Produktionsformation läßt sich diese Information gewinnen.

Den Lagerstätteningenieuren stehen verhältnismäßig wenige und oft ungenaue Bohrlochmeßinstrumente zur Bestimmung der senkrechten Konformxtätseigenschaften der Erdformationen einer Lagerstätte zur Verfügung. Daher verfügen sie auch nur über unzureichende Information über die Eigenschaften der die Lagerstätte bildenden Erdformationen.

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Der Einsatz radioaktiver Spurenelemente zur Untersuchung von Strömungsbewegungen in der Umgebung eines Bohrlochs
kann dabei zu falschen Ergebnissen führen, weil Spurenelemente nicht gleichförmig von strömendem Formationswasser absorbiert werden. Außerdem ist es schwierig,
Spurenelementisotope ausreichend langer Halbwertszeit für die Injektion in ein Injektionsbohrloch zur Verfügung zu stellen und deren Bewegung über Tage oder sogar noch Wochen später an einem Überwachungs- oder Produktionsbohrloch zu verfolgen, um einige Informationen über seitliche
Strömungen und die Geschwindigkeit von Flüssigkeiten in
den Formationslagerstätten zu erhalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Bestimmung von Azimutalwinkel und Geschwindigkeit einer an einem Bohrloch in waagerechter Richtung vorbeiströmenden Formationsflüssigkeit zu schaffen.

Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Formationsflüssigkeit mit von einer innerhalb des Bohrloch befindlichen Neutronenquelle abgegebenen Neutronen bestrahlt wird,

b) eine aus drei in gleicher Höhe im Bohrloch und symmetrisch zu diesem angeordneten Gammastrahlungsdetektoren bestehende Gammastrahlungsdetektoreinheit im Bohrloch angeordnet wird,

c) die Detektoreinheit im Bohrloch auf die Höhe der Formationsflüssigkeit eingestellt wird, die Detektoren der Strahlung der mit Neutronen bestrahlten Formationsflüssigkeit ausgesetzt und Meßzählwerte von jedem Detektor erhalten werden, und

d) die Meßzählwerte der drei Detektoren miteinander ver-

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glichen werden, und die Bewegungsrichtung der an dem Bohrloch vorbeiströmenden Formationsflüssigkeit im Zeitintervall zwischen der Neutronenbestrahlung und der Ermittlung der Meßzählwerte bestimmt wird.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Bohrlochsonde innerhalb eines Bohrlochs so weit abgesenkt, daß sich die Neutronenquelle in gleicher Höhe mit einer Formation befindet, in welcher Strömungseigenschaften untersucht werden sollen. Dieser Bereich wird dann vermittels der Neutronenquelle für ein vorgegebenes Zeitintervall bestrahlt, wonach die Sonde unter die Tiefe der bestrahlten Formation abgesenkt wird. Mit angeschalteter Gammastrahlungsdetektoreinheit wird dann die Sonde langsam durch die bestrahlte Formation hindurch angehoben, wobei jeder Detektor in der Detektoreinheit ein Ausgangssignal in Form von Spannungsimpulsen liefert, deren Größe oder Höhe der Energie von auf den Detektorkristall auftreffenden Gammastrahlen entspricht. Die aufgrund der strömenden Flüssigkeit von den Detektoren gelieferten Meßzählwerte werden analysiert und miteinander verglichen, wobei der Azimutalwinkel der strömenden Formationsflüssigkeit in bezug auf eine in Beziehung zur Detektoreinheit stehende Vergleichsrichtung vermittels der Relativzählwerte der drei Detektoren bestimmt wird. Zur Anzeige der Vergleichsrichtung kann beispielsweise ein Gyrokompaß oder dgl. verwendet werden.

Die Zählwerte beim Zerfall des in der Formationsflüssigkeit erzeugten radioaktiven Isotops lassen sich interpretieren als Strömungsgeschwindigkeit der Formationsflüssigkeit im Bohrlochbereich, Zwei oder mehr Meßdurchgänge können in jeder bestrahlten Zone erfolgen, um zu diesem Zweck Spurenisotopzerfallsmeßwerte zu erhalten. Geeignete Verfahren

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zur Gewinnung und zum Analysieren derartiger Meßwerte und zur Herleitung von Strömungsgeschwindigkeitswerten sind in einer weiteren Anmeldung der Anmelderin (U.S. Patentanmeldung Nr. 698 394, A.T. 21. 6. 1976) beschrieben.

Die weiterhin zur Ausführung des Verfahrens vorgeschlagene Vorrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch

a) eine langgestreckte Bohrlochsonde,

b) eine in der Sonde angeordnete Neutronenquelle und

c) eine in der Sonde angeordnete Gammastrahlungsdetektoreinheit mit drei in gleichem Abstand von der Neutronenquelle und gegenüber dieser in Sondenlängsrichtung versetzt und symmetrisch zur Sondenlängsachse angeordneten Gammastrahlungsdetektoren.

Die aus drei Gammastrahlungsdetektoren bestehende Detektoreinheit ist innerhalb der Bohrlochsonde gegenüber der Neutronenquelle in Längsrichtung versetzt und dieser gegenüber abgeschirmt. Bei den Gammastrahlungsdetektoren kann es sich typischerweise um mit Fotovervielfacherröhren gekoppelte Szintillationskristalle handeln. Die zylindrischen Kristalle sind dabei in Sondenlängsrichtung in gleichem Abstand von der Neutronenquelle angeordnet, wobei ihre zylindrischen Symmetrieachsen parallel zur Sondenlängsachse verlaufen und symmetrisch zu dieser Achse angeordnet sind. Die Sonde enthält außerdem Speisespannungseinheiten und Meßwertgewinnungsvorrichtungen. Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung kann ein zusätzlicher, einziger Gammastrahlungsdetektor innerhalb der Sonde in einem Abstand von der Detektoreinheit angeordnet sein, oder es kann auch eine getrennte, einen einzelnen Detektor enthaltende Bohrlochsonde in Verbindung mit der die Detektoreinheit aufweisenden ersten Bohrlochsonde Verwendung finden.

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Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche bis 9 bzw. 11 bis 18.

Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine in einem Bohrloch befindliche Bohrlochsonde zur Bestimmung waagerechter Strömungen entsprechend der Erfindung.

Fig. 2 ist eine schematische schaubildliche Ansicht der in der Sonde befindlichen Detektoreinheit·

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Detektoreinheit mit Darstellung der Bezugsrichtung.

Fig. 4 ist ein zur Detektoreinheit zentriertes Polarkoordinatendiagramm zur Darstellung des Zählwerts jedes Detektors als Funktion des Azimutalwinkels.

Fig. 5 ist ein Dreieckskoordinatensystem/ das auf der Detektoreinheit zentriert ist.

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Geometrie bei Neutronenaktivierung und radioaktivem Zerfall in einem kleinen Volumenelement der Formationsflüssigkeit.

Fig. 7 ist ein Schaubild der Meßzählwerte als

Funktion von Zeit und Geschwindigkeit einer

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waagerechten Strömung in Bohrlochumgebung.

Fig. 8 ist eine grafische Darstellung eines Bohrlochmeßstreifens.

Fig. 9 ist ein Nomogramm zur Auswertung der

Strahlungsmeßwerte für die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit in Umgebung des Bohrlochs.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist schematisch in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Eine Bohrlochsonde 10 ist vermittels eines Sondenkabels 12 in ein Bohrloch 14 herabgelassen, das mit einer Bohrlochflüssigkeit 16 gefüllt und von Erdformationen 18 umgeben ist. Das Bohrloch 14 kann wie dargestellt mit einer einzementierten Verrohrung 20 ausgekleidet sein. Das Sondenkabel· 12 ist über eine Rolle 22 geführt, die mechanisch oder elektrisch entsprechend der gestrichelt dargestel^en Linie 24 mit einem Aufzeichnungsgerät 26 gekoppeit ist, so daß die von der Bohrlochsonde 10 ausgehenden Meßwerte als Funktion der Tiefe im Bohrioch 14 aufgezeichnet werden können. Eine Neutronenquelle 28 befindet sich im unteren Ende der Bohrlochsonde 10 und dient zum Bestrahien von Formationsfiüssigkeiten. Diese Neutronengue^e 28 kann eine kontinuieriich strahlende chemische Neutronengue^e wie aus Aktinium-Beryll oder Californium 252 sein.

An dem der Neutronenquelle 28 abgewandten Ende der Bohrlochsonde 10 befindet sich eine aus drei GammaStrahlungsdetektoren gleicher Größe und Empfindlichkeit bestehende Gammastrahlungsdetektoreinheit 30. Jeder Detektor kann beispielsweise aus einem Szintillationskristail· 30a aus thailiumaktiviertem Natriumjodid bestehen, der wie in Fig.

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2 dargestellt optisch mit einer Fotovervielfacherröhre 3 0b gekoppelt ist. Bekanntlich erzeugen auf einen derartigen Szintillationskristall auftreffende Gammastrahlen in diesem einen Lichtblitz oder eine sogenannte Szintillation, deren Intensität eine Funktion der Gammstrahlungsenergie ist. Diese Lichtblitze werden dann durch die Fotovervielröhre ermittelt, welche der Intensität der entsprechenden Lichtblitze proportionale Spannungsimpulse liefert. Jeder Detektor liefert somit eine Impulsfolge/ wobei die Höhe jedes Einzelimpulses proportional ist der Energie des entsprechenden, auftreffenden Gammastrahls. Die Impulsfolgen der drei Detektoren in der Detektoreinheit 30 werden einer entsprechenden Daten- oder Meßwertverarbeitungseinrichtung zugeführt, die sich in einer Elektronikbaugruppe 32 am oberen Ende der Bohrlochsonde 10 befindet. Die von den drei Detektoren abgegebenen drei Impulsfolgen können einem Multiplex unterworfen oder in für übertragungsverfahren üblicher Weise kodiert werden, so daß sie sich zur Übertragung über eine Leitung innerhalb des Sondenkabels 12 zur Erdoberfläche eignen. An der Erdoberfläche wird dann das gemeinsame Signal "de-multiplexiert" oder dekodiert, wobei die drei Meßimpulsfolgen wie weiter unten beschrieben voneinander getrennt und wiederum den einzelnen Detektoren zugeordnet werden. Außerdem können (nicht dargestellte) entsprechende Stromquellen an der Erdoberfläche vorgesehen und über entsprechende Leiter innerhalb des Sondenkabels 12 mit der Elektronikbaugruppe 32 in der Bohrlochsonde 10 verbunden sein, um der Elektronikbaugruppe und der Detektoreinheit 30 die benötigten Betriebsspannungen zuzuführen. Stattdessen können auch Spannungsspeisegeräte in die Elektronikbaugruppe 32 eingebaut sein. Die Einzelheiten der Stromversorgung und die entsprechenden Kupplungen sind nicht dargestellt, da es sich dabei um bekannte Anordnungen handelt.

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Der Abstand zwischen der Neutronenquelle 28 und der Detektoreinheit 30 in der Bohrlochsonde 10 wird ausgefüllt durch eine Abschirmung 34, welche dazu dient, eine direkte Bestrahlung der Detektorkristalle 30a mit von der Neutronenquelle 28 ausgehenden energiereichen Neutronen zu verhindern. Zu diesem Zweck können Abschirmungen hohen Wasserstoff gehalt s wie z.B. aus Paraffin oder andere polymolekulare Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Der hohe Wasserstoffgehalt dient dabei dazu, die Neutronenpopulation von der Neutronenquelle zu verlangsamen oder stark zu dämpfen, so daß diese thermalisierte Neutronenpopulation nicht in die Nähe der Detektorkristalle gelangt. Zu diesem Zweck können starke Absorptionsmittel für thermische Neutronen wie z.B. Kadmium schichtweise in dem wasserstoüfreichen Abschirmungsmaterial angeordnet sein und zusammen mit diesem die Abschirmung 34 bilden. Eine zusätzliche Abschirmung 36 kann zwischen der Detektoreinheit 3 0 und der Elektronikbaugruppe 32 angeordnet sein, um diese zu schützen und um einen waagerechten "Fokussiereffekt" für das Ansprechverhalten der Detektoren zu bewirken.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren werden radioaktive Isotope in den Formationsflüssigkeiten in der Umgebung des Bohrlochs 14 erzeugt. So kann beispielsweise die Bestrahlung von Wasser in der Umgebung des Bohrlochs mit energiereichen Neutronen, deren Energie über angenähert 10 MeV beträgt, zur Erzeugung des radioaktiven Isotops Stickstoff 16 aufgrund der Kernreaktion O (n,p)N führen. Wenn die Formationsflüssigkeit von Haus aus salzhaltig ist, kann das radioaktive Isotop Natrium 24 durch Bestrahlung der Erdformationen mit Neutronen erzeugt werden, die auf den thermischen Energiebereich verlangsamt sind und durch das stärker vertretende Isotop Natrium 23 aus gelöstem NaCl

23 24 entsprechend der Kernreaktion Na (n, V^-)Na eingefangen

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werden. Das Isotop Natrium 24 zerfällt dann unter Gammastrahlungsemission von 2,75 MeV Energie. Die Detektoreinheit 30 ermittelt dann das Vorhandensein und die Intensität dieser Gammastrahlung.

Die von den Detektoren erzeugten Impulsfolgen können einem entsprechend vorgespannten Bohrlochsondenvergleicher zugeführt werden, der sämtliche Spannungsimpule sperrt, deren Impulshöhe Gammastrahlung von weniger als 2,75 MeV entspricht, bevor diese Meßsignale zur Erdoberfläche übertragen werden. Das an der Erdoberfläche befindliche Aufzeichnungsgerät 26 kann außerdem einen zur Datengewinnung in der nachstehend beschriebenen Weise verwendeten Impulshöhenanalysator umfassen, der sämtliche Spannungsimpule sperrt, die Gammastrahlung von weniger als 2,75 MeV entsprechen.

Wenn der Neutronenbeschuß in Kalksteinformationen erfolgt, wird außerdem Calcium 49 erzeugt, das Gammastrahlung von 3,09 MeV emittiert. Da jedoch die Halbwertszeit von Calcium 49 angenähert 9 Minuten beträgt, kann der Einfluß dieses Isotops umgangen werden, wenn die Strahlungsmessungen erst nach Ablauf eines kurzen Zeitintervalls im Anschluß an das Bestrahlungszeitintervall erfolgen. Alle anderen nennenswerten Mengen an natürlich auftretender Gammastrahlung aufgrund radioaktiver Isotope, die in Erdformationen vermittels der chemischen Neutronenquelle 28 erzeugt werden können, weisen eine Energie im Bereich unter 2,65 MeV auf. Somit kann anhand des Schwellwerts von 2,65 MeV die ermittelte und gezählte Strahlung aus praktischen Gründen auf diejenige Strahlung beschränkt werden, welche durch den Zerfall des instabilen radioaktiven Isotops Natrium 24 erzeugt wird.

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Die Bohrlochsonde 10 umfaßt außerdem als Richtungsanzeigevorrichtung einen Gyrokompaß 38 einer für Bohrlochrichtungsbestimmungen bekannten Ausführung. Dieser Gyrokompaß 38 dient dazu, die Ausrichtung der Bohrlochsonde 10 und damit die der Detektoreinheit 30 in bezug auf eine Bezugsrichtung wie z.B. Norden bei der Gewinnung von Gammastrahlungsmeßzählwerten zu ermöglichen. Da das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung im allgemeinen in Bohrlöchern angewendet werden, die eine Stahlverrohrung aufweisen, läßt sich ein herkömmlicher Magnetkompaß nicht zu diesem Zweck verwenden.

Figur 3 ist eine Draufsicht auf die Detektoreinheit 30, in welcher die Detektoren mit D1, D2 und D3 bezeichnet sind. Die Detektoren bilden ein Dreieck, wobei der Scheitel des Detektors D1 mit der Vergleichsrichtung Norden ausgerichtet ist. Die Azimutalwinkel werden im Uhrzeigersinn von Norden aus gemessen. Die Lage einer Strahlungsquelle in der Ebene der Szintillationskristalle der Detektoreinheit 30 läßt sich somit durch den Radius R und den Azimutalwinkel θ angeben.

Für eine sich unter R, θ befindliche vorgegebene Gammastrahlungsquelle sind die von den drei Detektoren erzeugten Zählwerte im allgemeinen unterschiedlich. Der Unterschied der Zählwerte ist auf die unterschiedlichen Abstände zwischen der Strahlungsquelle und den einzelnen Detektoren, sowie auf den gegenseitigen Abschirmungseffekt der Detektoren zurückzuführen. Fig. 4 zeigt drei Kurven im·Polarkoordinatensystem, dessen Ursprung mit dem Mittelpunkt der Detektoreinheit 30 zusammenfällt. Jede Kurve stellt die Zählwerte eines Detektors für eine vorgegebene Strahlungsquelle unter allen Azimutalwinkeln über 360° bei konstantem Wert R dar. Die ausgezeogene Linie zeigt die Zählwerte für

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den Detektor D1. Die gepunktete Linie entspricht den vom Detektor D2 gemessenen Zählwerten, und die gestrichelte Linie zeigt die vom Detektor D3 gemessenen Werte. Aufgrund der Symmetrie der in Fig. 4 dargestellten Zählwertmeßkurven läßt sich der Azimutalwinkel Θ für die Lage einer Strahlungsquelle bestimmen aus den von den drei Detektoren der Detektoreinheit 30 erhaltenen Zählwerten. In jedem Falle hängen die Zählwerte sämtlich von dem Abstand R der Quelle von dem Mittelpunkt der Detektoreinheit 30 ab. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die in Gleichung (1) angegebenen Parameter d. verhältnismäßig unabhängig sind von R.

d_± Ξ —ί χ 100 (i=1,2,3) (1)

in welcher C. den vom Detektor i gemessenen Zählwert darstellt. Somit läßt sich der Azimutalwinkel der Strahlungsquelle aus den berechneten Werten d. ermitteln.

Die Zählwerte C. lassen sich zur Erdoberfläche in Form von Impulsfolgen der drei Detektoren der Detektoreinheit in der vorstehend beschriebenen Weise übermitteln. An der Erdoberfläche können die Größen d. vermittels eines Mehrzweck-Digitalrechners vom Typ PDP11 (Hersteller: Digital Equipment Corporation, Maynard, Mass, V.St.A.) oder auf andere Weise erhalten werden. Stattdessen lassen sich die Werte d. auch durch entsprechende elektronische.Schaltungen innerhalb der Elektronikbaugruppe 32 in der Bohrlochsonde 10 ermitteln und dann zur Weiterverarbeitung zur Erdoberfläche übertragen.

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In Fig. 5 ist ein Dreieckskoordinatensystem mit den Achsen D1,.D2 und D3 dargestellt, welche jeweils ausgerichtet sind zu den Radien durch die Mittelpunkte der entsprechenden Detektoren D1 , D2 bzw. D3. Auch hier wiederum ist der Detektor D1 und damit die Achse D1 mit der Vergleichsrichtung Norden ausgerichtet. Wenn die Werte d. für eine vorgegebene Lage einer Strahlungsquelle an den entsprechenden Achsen in Fig. 5 aufgetragen werden, weist die durch Vektoraddition der drei Werte d. erhaltene Resultante den gleichen Azimutalwinkel wie die Strahlungsquelle auf.

Es sei nun angenommen, daß eine unterirdische, Salzwasser führende Formation während eines bestimmten Zeitraums vermittels der Neutronenquelle 28 bestrahlt worden ist. Wenn sich das Wasser nicht bewegt, sind die Größen der vermittels der Detektoreinheit 30 erhaltenen Parameter d. gleich groß. Wenn sich jedoch das Wasser während des Bestrahlungszeitraums durch die Neutronenquelle 28 bewegt, sind die Meßwerte d. unterschiedlich, wodurch angezeigt ist, daß die Mitte des bestrahlten Wassersegments sich in einer durch den Azimutalwinkel θ angebbaren Richtung verlagert hat. Der Wert θ läßt sich dann in der beschriebenen Weise ermitteln, wodurch die horizontale Strömungsrichtung bekannt ist. Schwankungen der Gammastrahlungsaktivität lassen sich außerdem zur Bestimmung der Geschwindigkeit der waagerechten Strömung des Salzwassers verwenden, wie in der vorgenannten weiteren U.S. Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben ist. Wenn sich die Formationsflüssigkeit nicht in Bewegung befindet, folgt die beobachtete Aktivitätsabnahme in Abhängigkeit von der Zeit t der exponentiellen Zerfallskurve e , in welcher

X die Zerfallskonstante der induzierten Radioaktivität ist. Wenn sich jedoch die Flüssigkeit in waagerechter Richtung in bezug auf das Bohrloch 14 bewegt, ist die beob-

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achtete Aktivitätsabnahme abhängig von der exponentiellen Zerfallskennlinie und außerdem einer zusätzlichen Abnahme aufgrund der Bewegung der radioaktiven Teilchen in der sich bewegenden Flüssigkeit in bezug auf die Detektoreinheit 30.

sei
Anhand Fig. 6/eine punktförmige Neutronenquelle betrachtet, die sich im Ursprung x=y=z=0 der Koordinatenachsen der Zeichnungsfigur innerhalb einer strömenden Flüssigkeit befindet, welche eine Lineargeschwindigkeit ν in Minus-X-Richtung des Koordinatensystems aufweist. Wenn diese Flüssigkeit nun während eines Zeitintervalls T mit Neutronen bestrahlt wird, ist die innerhalb eines kleinen Volumenelements dV mit der Lage x,y,z zu Beginn der Neutronenbestrahlung induzierte Gammastrahlungsaktivität vorgegeben durch Gleichung (2) wie folgt:

A £ dV __λ dA (T,v,x,y,z) = — Ae (2)

dt

in welcher A = Strahlstärke der Neutronenquelle in

Neutronen pro Sekunde -λ- = Zerfallskonstante des interessierenden

radioaktiven Isotops 2 = N_Qp 6" P₁ZIOO M₁ , wobei N₀ = Avogadro'sehe Zahl f = Dichte der Flüssigkeit & = Querschnitt der das interessierende

radioaktive Isotop erzeugenden Strahlung

p. = prozentualer Überschuß des Zielisotops in der Flüssigkeit

^{s zielisot}°P^s·

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In Gleichung (2) stellt der Ausdruck ψ die Strömungsverteilung an thermischen Neutronen für ein Zwei-Neutronengruppen-D iffusionsmodell dar und ist vorgegeben durch Gleichung (3) wie folgt:

y^ 1 (x-vt)² + v² + z²)~^1/2 , /-((X-Vt)² + y²

2 ⁽ 1 2 ' 2 2 2 1/2 ι

+ zV^/2 /L₁ - e-( (x-vt) ² ₊γ²+_Ζ ²)^Ί/2 /L₂] (3)

in welcher S„ = das Verlangsamungsvermögen

L₁ = die Diffusionslänge für die erste Neutronengruppe (schnelle Neutronen) und

L„ = die Diffusionslänge für die zweite Neutronengruppe (thermische Neutronen) ist.

Wenn die Neutronenquelle dann weggenommen und _ei_n Gammastrahlungsdetektor an die Stelle x=y=z=0 der Koordinatenachsen von Fig. 6 gebracht wird, ist die indu-zierte Radioaktivität des Volumenelements dV, welche vom Detektor in einem Zeitpunkt t nach dem Ende des Bestrahlungszeitraums T gemessen wird, vorgegeben durch Gleichung (4) wie folgt:

df(T,t,v,x,y,z) = E

4/t

e^-M- ((x-v(t-t-T))² + y ² + ζ²)¹⁷² ₍

(x-v(t+T))² + y² + z²

in welcher E/ = der Wirkungsgrad des Detektors für die

interessierende Gammastrahlung und

μ = der lineare Dämpfungskoeffizient für die

interessierende Gammastrahlung ist.

Wenn nun Gleichung (2) in Gleichung (4) eingesetzt und über sämtliche Volumenelemente dV integriert wird, entspricht die von einem Detektor im Zeitpunkt t ermittelte

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Gesamtradioaktivität Gleichung (5) wie folgt: f(T,t,v) = AA₀ E^ ₆-V

² f Z²)¹^² _{dxdydz (5)}

(X-V(t+T))² + Y² + Z²

Gleichung (5) läßt sich zur Auswertung des Integralausdrucks numerisch integrieren.

Wenn nun angenommen wird, daß 1) die Flüssigkeit in einer durchlässigen Formation der Porosität φ enthalten, 2) die

23 24 interessierende Reaktion nur die Reaktion Na (n,/)Na mit einer Halbwertszeit von 14,9 Stunden und 3) sämtliches, in der Formation enthaltenes Natrium in der Formationsflüssigkeit in der Form von Natriumchlorid enthalten ist, läßt sich der Ausdruck Σ. in Gleichung (5) ausdrücken durch die Porosität φ und den Salzgehalt S der Formationsflüssigkeit-Fig. 7 zeigt die allgemeine Form der Funktion f(T,t,v)/ ψ S als Funktion der Zeit t für Gammastrahlung

23 24 von 2,75 MeV Energie aus der Reaktion Na (n,>MNa . In Fig. 7 sind für die Konstanten in Gleichung (4) die folgenden Werte angesetzt:

λ =0,0465 Stunden"¹

T =1,0 Stunde

A° = 10 Neutronen/Sekunde

S = der Salzgehalt der Formationsflüssigkeit in Teilen auf 1000 Teile (PPT) Natriumchlorid

φ =(der Bruchteil der) Formationsporosität.

Die übrigen Konstanten in Gleichung (5) für die Funktion f(T,t,v) werden erhalten durch Normalisierung von Meßwerten

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aus bekannten Prüfformationen unter bekannten Bohrlochbedingungen. Zur Herleitung der in Fig. 7 dargestellten Kurven wurden Meßwerte benutzt aus einem verrohrten, mit Frischwasser gefülltem Bohrloch von 17,8 cm (7 Zoll) Durchmesser mit einem thalliumaktivierten Natriumjodid-Szintillationszählkristall von 5 χ 10 cm Größe. Obgleich die Werte von Fig. 7 vermittels eines einzigen Gammastrahlung sdetektors ermittelt worden sind, kann die Summierung der Werte C. für die drei Detektoren der Detektoreinheit 30 im vorliegenden Falle zur Datengewinnung für die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit angesetzt werden. Alternativ kann die Detektoreinheit 3 0 auch durch einen einzigen Detektor ersetzt werden, oder ein (nicht dargestellter) zusätzlicher Detektor kann in Sondenlängsrichtung gegenüber der Detektoreinheit versetzt in der Bohrlochsonde angeordnet werden, um diese Meßwerte für die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ermitteln zu können.

Aus Fig. 7 läßt sich ersehen, daß die Zerfallsgeschwindigkeit für die Strömungsgeschwindigkeit null eine gerade Linie bei dem hier verwendeten logarithmischen Maßstab der Zeichnungsfigur ist. Die Kurvenschaar unterhalb der Geschwindigkeitskurve null zeigt den Einfluß der Lineargschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit auf die Abnahme der Zählgeschwindigkeit als Funktion der Zeit für die gewählten Konstantenwerte ■.

Im nachstehenden ist gezeigt, daß zur Ermittlung der linearen Strömungsgeschwindigkeit ν in waagerechter Richtung die Kenntnis von S und § nicht erforderlich ist. Diese Größen beeinflussen jedoch die erhaltenen Zählgeschwindigkeiten, welche ihrerseits wiederum die statistische Genauigkeit der berechneten linearen Strömungsgeschwindigkeit ν in waagerechter Richtung beeinflussen. Für den Fachmann

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dürfte ohne weiteres ersichtlich sein, daß das Schaubild von Fig. 7 eine Kombination von Annahmen hinsichtlich der Formationsporosität und des Salzgehalts der Formationsflüssigkeiten darstellt und daß andere, ähnliche Zusammenhänge für unterschiedliche Werte des Salzgehalts, der Porosität, des Detektorwirkungsgrads und der Strahlstärke der Neutronenquelle vermittels der gleichen Auswertungskriterien für diese Parameter entsprechend Gleichung (5) erhalten werden können.

Vermittels Fig. 7 lassen sich Zählgeschwindigkeiten für Gammastrahlung aus dem Zerfall des radioaktiven Natriums abschätzen. Für eine Formation mit einer Porosität von 30 %, die mit 100 Teilen auf 1000 Teile Natriumchlorid Wasser gesättigt ist, das sich waagerecht mit einer Lineargeschwindigkeit von 1,2 cm pro Stunde fortbewegt, beträgt somit die nach t = 2 Stunden nach Beendigung einer Bestrahlungszeit von T = 1 Stunde aufgezeichnete Zählgeschwindigkeit angenähert 645 Zählwerte pro Minute. Diese Zählgeschwindigkeit reicht aus zur genauen Messung der linearen Strömungsgeschwindigkeit in waagerechter Richtung mit ausreichend hoher statistischer Genauigkeit, um eine brauchbare Messung zu gewährleisten.

Es seien nun zwei Erdformationen A und B betrachtet, durch die das Bohrloch 14 in Fig. 1 niedergebracht ist. Zur bestimmung von Geschwindigkeit und Richtung von ggf. vorhandener Strömung in einer oder beiden Formationen wird ein Meßvorgang entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch eingeleitet, daß zunächst die Neutronenquelle 28 in den Bereich A gebracht und dieser beispielsweise 1 Stunde lang mit Neutronen bestrahlt wird. Der Bestrahlungszeitraum kann dabei unterschiedlich sein und im allgemeinen auch weniger als 1 Stunde betragen, wenn der Salzgehalt

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der Formation oder die Strahlstärke der Neutronenquelle ausreichend hoch sind. Sobald die Zone A während des gewünschten Bestrahlungszeitraums bestrahlt worden ist, wird die Bohrlochsonde 10 so weit angehoben, daß sich die Neutronenquelle 28 im Bereich B befindet, der dann ebenfalls während des vorgegebenen Zeitintervalls mit Neutronen bestrahlt wird.

^:Im Anschluß an die Bestrahlung der Zone B wird die Bohrlochsonde 10 unter die Zone A abgesenkt, und ein kontinuierlicher Meßvorgang ausgeführt, indem die Sonde langsam durch die Zone A hochgezogen wird. Bei diesem Durchgang durch die Zone A ist die Gammastrahlungsdetektoreinheit angeschaltet und erzeugt Zählwertkurven der in Fig. 8 dargestellten Beschaffenheit für jeden der drei Detektoren in der Dtektoreinheit. Wie oben erwähnt, sind die von den drei Detektoren in der Detektoreinheit 3 0 gelieferten Zählwerte unterschiedlich, wenn sich die Ausgangspunkte der ermittelten Gammastrahlungsemission bewegen. Folglich sind auch die Zählwerte der einzelnen Detektoren der Detektoren der Detektoreinheit 30 in jeder beliebigen Höhe innerhalb einer strömende Flüssigkeiten enthaltenden Zone im allgemeinen unterschiedlich.

Für jede Zone A und B werden die drei von den Detektoren der Detektoreinheit 30 gelieferten Impulsfolgen wie vorstehend beschrieben analysiert. So werden für eine vorbestimmte Höhe innerhalb einer zu untersuchende Flüssigkeit • enthaltende Formation drei Werte d. ermittelt und zur Bestimmung des Azimutalwinkels der Strömungsrichtung in bezug auf die Vergleichsrichtung Norden miteinander verglichen. Für jede Höhe, in welcher die Azimutalwinkelinformation erhalten wird, können die Zählwerte zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Strömung weiter analysiert

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werden- Wie oben erwähnt, können die Zählwerte der drei Detektoren der Detektoreinheit 3 0 addiert werden, um zu diesem Zweck die Detektoreinheit als einen einzigen Detektor zu behandeln, oder ein einziger, zusätzlicher Detektor kann zu diesem Zweck in der Bohrlochsonde 10 vorgesehen sein. Alternativ kann auch eine getrennte Sonde mit einem einzigen Detektor Verwendung finden.

Zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Strömung in beiden Zonen A und B können mehrere Meßdurchgänge durch jede Zone ausgeführt werden. Wie Fig. 8 zeigt, ist für jeden Meßdurchgang durch eine Zone eine unterschiedliche Zählwertkurve zu erwarten, was auf die Bewegung der strahlenden Isotope zwischen den Meßdurchgängen zurückzuführen ist. Der Zeitpunkt t₁, in welchem der Detektorteil der Bohrlochsonde 10 die Zone A durchläuft, bezogen auf das Ende des Bestrahlungszeitraums der Zone A, wird aufgezeichnet, In entsprechender Weise wird der Zeitpunkt t₁ , in welchem der Detektor den aktivierten Bereich der Zone B durchläuft, in bezug auf das Ende des Bestrahlungszeitraums der Zone

A B B aufgezeichnet. Die entsprechenden Zeitpunkte t„ und t„ für den zweiten Durchgang des Detektors durch die beiden Zonen werden ebenfalls aufgezeichnet.

Während der Neutronenaktivierungsphase wird Natrium 24 ebenfalls innerhalb der Bohrlochflüssigkeit 16 erzeugt, wenn diese salzhaltig ist. Bei der anschließenden Bewegung der Bohrlochsonde 10 wird jedoch diese aktivierte Bohrlochflüssigkeit 16 durch die Verfahrbewegung der Bohrlochsonde im Bohrloch nach oben und nach unten dispergiert. In der Praxis hat sich gezeigt, daß diese Dispersion der Bohrlochflüssigkeit 16 dazu ausreicht, eine Verringerung des Störpegels aufgrund im Bohrloch 14 erzeugten Natriums 24 auf einen nicht störenden Wert zu gewährleisten.

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Der in Fig. 8 dargestellte Störpegel ist zurückzuführen auf dieses in der aktivierten Bohrlochflüssigkeit 16 erzeugte Natrium 24. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, ist diese Hintergrundstrahlung nicht ausreichend stark, um eine Verwechselung mit den an den bestrahlten Punkten der Zonen Λ und B auftretenden, scharf ausgeprägten Spitzenwerten zu verursachen.

Zur Ermittlung der waagerechten Strömungsdurchsätze ist lediglich erforderlich, die relativ scharf ausgeprägten Spitzenwerte in den Tiefenmeßanzeigen nach Fig. 8 zu beobachten und diese in der nachstehend beschriebenen Weise in Beziehung zu setzen zu dem in Fig. 9 dargestellten Nomogramm. Bei der in Fig. 8 dargestellten beispielhaften Meßkurve beträgt der Bestrahlungsspitzenwert beim ersten Meßdurchgang durch die Zone A angenähert 600 Zählwerte pro Minute, wohingegen der Bestrahlungsspitzenwert beim zweiten Meßdurchgang nur 30 0 Zählwerte pro Minute beträgt. Für Zone A ist t.. = 2 Stunden und ^t_A, d.h. der zeitliche Abstand zwischen zweitem und erstem Meßdurchgang durch die Zone 3 Stunden. Somit beträgt das Zählwertverhältnis R₇. in der Zone A bei diesem Beispiel 2,0.

In Zone B beträgt der Zählwert beim ersten Meßdurchlauf angenähert 1000 Zählwerte pro Minute, und beim zweiten Meßdurchgang angenähert 870 Zählwerte pro Minute. Für diese zwei Meßdurchgänge ist t- = 1 Stunde, und der zeitliche Zwischenraum At_n zwischen den Meßdurchgängen ebenfalls 3 Stunden. Somit ist das Zählwertverhältnis R bei beiden Meßdurchgängen durch die Zone B gleich 1,15.

Ein aus den in Fig. 7 aufgetragenen Meßwerten erstelltes Nomogramm ist in Fig. 9 dargestellt und ermöglicht die

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Berechnung der linearen Fließgeschwindigkeit in waagerechter Richtung an den bestrahlten Zonen. Für die Zone A wird ein Punkt auf der ersten Linie links des Nomogramms erhalten, welcher t. = 2 Stunden entspricht. Ein zweiter Punkt auf der zweiten, rechtsliegenden senkrechten Achse wird durch den Wert ^t, erhalten, der in diesem Falle 3 Stunden entspricht. Eine Gerade durch diese beiden Punkte schneidet eine rechtsliegende Kurve, welche dem Zählwertverhältnis für die betreffende Messung, d.h. in diesem Falle R, = 2,0 entspricht. Der Schnittpunkt zeigt an, daß die Geschwindigkeit der dieses Verhältnis für die Meßzeiträume erzeugenden waagerechten Strömung angenähert 1,0 Zoll pro Stunde (entsprechend 2,5 cm pro Stunde) beträgt. Wenn in gleicher Weise die Werte für t- = 1 Stunde und ^t_n = 3 Stunden für die Zone B eingetragen werden, zeigt ein Verhältnis 1,15 eine waagerechte Strömungsgeschwindigkeit null in der Zone B für den Zeitpunkt nach den Bestrahlungszeiträumen an.

Der in Fig. 9 dargestellte Nomogramm stellt lediglich ein Verfahren zur Interpretation der mit der in Fig. 1 dargestellten Bohrlochmeßvorrichtung erhaltenen Meßwerte dar. Für den Fachmann dürfte ohne weiteres ersichtlich sein, daß dieses Nomogramm oder andere, für die Lösung der betreffenden Gleichungen analoge Techniken programmierbar sind für einen Mehrzweck-Digitalrechner, anstelle der Handauswertung des in Fig. 9 dargestellten Nomogramms. So läßt sich auch das in Fig. 9 dargestellte Nomogramm in tabellarischer Form in den Speicher eines Mehrzweckr Digitalrechners eingeben. Entsprechende Interpolationsund Extrapolationstechniken können zur Herleitung der den gemessenen Größen entsprechenden Lösungen eingesetzt werden. Die Auswertung dürfte für den Fachmann anhand des Nomogramms von Fig. 9 oder eines den Eichkennwerten einer

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bestimmten Bohrlochsonde entsprechenden Nomogramms ohne weiteres ersichtlich sein.

Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Neutronenstrahlung an Ort und Stelle erzeugte Spurenelement Natrium 24 stellt ein ideales Spurenisotop für verhältnismäßig niedrige waagerechte Strömungsgeschwindigkeiten dar, da es eine Halbwertszeit von etwa 14,9 Stunden aufweist und bei seinem Zerfall eine verhältnismäßig energiereiche Gammastrahlung emittiert. Wenn jedoch gewünscht ist, verhältnismäßig hohe Strömungsgeschwindigkeiten von Wasser {in der Größenordnung von Dezimetern oder Metern pro Minute) zu messen, kann erforderlich werden, ein Spurenelement kürzerer Halbwertszeit wie z.B. Stickstoff 16 zu verwenden, dessen Halbwertszeit angenähert 7,2 Sekunden beträgt. In diesem Falle ist anstelle einer chemischen Neutronenquelle die Verwendung einer Deuterium-Tritium-Beschleuniger-Neutronenquelle erforderlich, da die Reaktion 0 (n,p)N eine Schwellwertenergie von 10 MeV auf" weist. In diesem Falle können jedoch für das Spurenelement Stickstoff 16 die gleichen/ vorstehend in bezug auf das Spurenelement Nattrium 24 beschriebenen theoretischen Grundlagen und Meßvorgänge angewendet werden.

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Bestimmung von Azimutalwinkel und Geschwindigkeit einer in waagerechter Richtung an einem Bohrloch vorbeiströmenden Formationsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Formationsflüssigkeit mit von einer innerhalb
des Bohrlochs befindlichen Neutronenquelle abgegebenen Neutronen bestrahlt wird,

b) eine aus drei in gleicher Höhe im Bohrloch und symmetrisch zu diesem angeordneten Gammastrahlungsdetektoren bestehende Gammastrahlungs-Detektoreinheit im Bohrloch angeordnet wird,

c) die Detektoreinheit im Bohrloch auf die Höhe der
Formationsflüssigkeit eingestellt wird, die Detektoren der Strahlung der mit Neutronen bestrahlten Formationsflüssigkeit ausgesetzt und Meßzählwerte von jedem
Detektor erhalten werden, und

d) die Meßzählwerte der drei Detektoren miteinander verglichen werden, und die Bewegungsrichtung der an dem Bohrloch vor-beiströmenden Formationsflüssigkeit im Zeitintervall zwischen der Neutronenbestrahlung und der Ermittlung der Meßzählwerte bestimmt wird.

2.. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren, während sie der Strahlung der mit Neutronen bestrahlten Formationsflüssigkeit ausgesetzt
sind, zum Erhalt der Meßzählwerte entlang dem Bohrloch durch den Bereich der bestrahlten Formationsflüssigkeit hindurchbewegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gammastrahlungsmeßzählwerte entsprechend der
Energie der gezählten Gammastrahlung analysiert werden.

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ORIGINAL INSPECTED

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß Gammastrahlungsmeßzählwerte nur innerhalb eines ausgewählten Gammastrahlungsenergiebereichs miteinander verglichen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Formationsflüssigkeit durch Bestrahlung das Isotop Natrium 24 erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4 , dadurch gekennzeichnet , daß in der Formationsflüssigkeit durch Bestrahlung das Isotop Stickstoff 16 erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Ausrichtung der Gammastrahlungsdetektoreinheit in bezug auf das Bohrloch ermittelt und

b) die Bewegungsrichtung der Formationsflüssigkeit in bezug auf die Detektoreinheit und damit in bezug auf das Bohrloch bestimmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Detektoren der Strahlung der mit Neutronen bestrahlten Formationsflüssigkeit ei-n zweites Mal ausgesetzt und zweite Meßwerte erhalten werden, und

b) die Meßzählwerte beider Messungen zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit der an dem Bohrloch vorbeiströmenden Formationsflüssigkeit entsprechend einer vorbestimmten Beziehung miteinander kombiniert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein zusätzlicher Gammastrahlungsdetektor eingesetzt und

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b) zur Gewinnung erster zusätzlicher Meßzählwerte entlang dem Bohrloch durch den Bereich der bestrahlten Formationsflüssigkeit hindurchbewegt wird,

c) eine ausgewählte Zeitspanne abgewartet und dann der zusätzliche Strahlungsdetektor zur Gewinnung zweiter zusätzlicher"Meßzählwerte wiederum durch diesen Bereich hindurchbewegt wird und

d) die ersten und zweiten zusätzlichen Meßzählwerte zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit der an dem Bohrloch vorbeiströmenden Formationsflüssigkeit entsprechend einer vorbestimmten Beziehung miteinander kombiniert werden.

TO. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, gekennzeichnet durch

a) eine langgestreckte Bohrlochsonde (10),

b) eine in der Sonde angeordnete Neutronenquelle (28) und

c) eine in der Sonde angeordnete Gammastrahlungsdetektoreinheit (30) mit drei in gleichem Abstand von der Neutronenquelle und gegenüber dieser in Sondenlängsrichtung versetzt und symmetrisch zur Sondenlängsachse angeordneten Gammastrahlungsdetektoren (D1 , D2,, D3) .

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gammastrahlungsdetektor (D1, D2, D3) einen optisch mit einer Fotovervielfacherröhre (30b) gekoppelten Szintillationskristall (30a) umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verarbeitung der von den Gammastrahlungsdetektoren (D1, D2, D3) gelieferten Gammastrahlungszählwerten dienende Datenverarbeitungseinrichtungen vorgesehen sind.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseirnichtungen bestehen aus

a) zum Analysieren der Gammastrahlungszählwerte entsprechend der Energie der gezählten Gammastrahlung dienenden Vorrichtungen und

b) zum Begrenzen der Verarbeitung an Gammastrahlungszählwert information auf einen ausgewählten Energiebereich dienende Vorrichtungen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseinrichtungen außerdem umfassen

a) zum Kodieren der von den Gammastrahlungsdetektoren (D1, D2, D3) abgegebenen Gammastrahlungszählwertsignale für die Übertragung zur Erdoberfläche dienende Vorrichtungen und

b) zum Dekodieren der kodierten Gammastrahlungszählwertsignale an der Erdoberfläche für Weiterverarbeitung dienende Vorrichtungen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gammastrahlungsdetektoreinheit (30) außerdem einen innerhalb der Bohrlochsonde (10) gegenüber den drei Gammastrahlungsdetektoren und gegenüber der Neutronenquelle (28) in Sondenlängsrichtung versetzten, in der Sondenlängsachse angeordneten zusätzlichen Gammastrahlungsdetektor umfaßt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrlochsonde (10) zwischen der Neutronenquelle (28) und der Gammastrahlungsdetektoreinheit (30) eine Abschirmung (34) angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Richtungsanzeigevorrichtung (38)

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für die Gairanastrahlungsdetektoreinheit (30) vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsanzeigevorrichtung aus einem Gyrokompaß (38) besteht.

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