DE3008629A1

DE3008629A1 - Verfahren und vorrichtung zum bohrlochaufmessen mittels neutronenbestrahlung

Info

Publication number: DE3008629A1
Application number: DE19803008629
Authority: DE
Inventors: Richard Boyd Culver; Donald Wilson Oliver
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1980-03-04
Publication date: 1980-09-11
Also published as: CA1132724A; US4239965A; AR224758A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bohrlochaufmessen mittels Neutronenbestrahlung

Die Erfindung bezieht sich radiologische Bohrlochaufmeßverfahren und Vorrichtungen zum Erforschen der unterirdischen von einem Bohrloch durchquerten Erdformationen im allgemeinen und auf ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Ausmessen mit hochfrequenten pulsierten Neutronengammastrahlen, bei dem die aus" der unelastischen Streuung ergebenden Gammastrahlen und die thermische Neutronen-aufnahme selektiv festgestellt werden und die spektrale Verteilung der dieser Strahlen bestimmt wird, im besondern.

Es sind viele Bohrlochausmeßtechniken unter der allgemeinen Klassifikation von neutroneninduziertem radiologischem Bohrlochaufmessen in Gebrauch. In ihrer grundsätzlichen Form enthalten diese Techniken das Bestrahlen von unterirdischen Erdformationen mit Neutronen und dann das Bestimmen der Wirkung gewählter Formationsbestandteile an den Neutronen durch Messen entweder der von den unelastischen zerstreuten Neutronen erzeugten oder der sich aus der thermischen Neutronenaufnahme ergebenden Gammastrahlen. Das Feststellen dieser radioaktiven Signale, die zum Bohrloch zurückkehren, kann eine Information wie die der Porosität, der Lithologie und des Vorliegens oder Fehlens von Kohlenwassenstoffen in der Formation ergeben. Eine Eigenschaft von unterirdischen Formationen, die von besonderem Interesse ist, ist die Porosität, die im Gestein der Raum ist, der von festen Stoffen nicht eingenommen wird und in Prozent des Masseformationsvolumens ausgedrückt wird. In unterirdischen

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Formationen wird dieser Porenraum gewöhnlich, von Flüssigkeiten oder Gasen eingenommen, die in der Zusammensetzung wasserstoffhaltig sind. Es ist allgemein bekannt, das Wasserstoff einen erheblichen Aufnahmequerschnitt für langsame Neutronen aufweist. Ein Messen der langsamen, aus den bestrahlten Formationen stammenden Neutronen oder der Zahl der durch thermische Neutronenaufnahmereaktionen erzeugten Gammastrahlen liefert qualitative Anzeigen des Wasserstoffgehalts.

Es ist bereits bekannt, die unterirdischen Erdformationen mit einer Neutronenquelle zu bestrahlen und die sich ergebenden Neutronenbesetzung zu messen, die zum Bohrloch in einem gegebenen Abstand von der Quelle zurückkehrt. Ein Beispiel dieser bekannten Einrichtung zum Bestimmen der Porosität wird in der US-Patentschrift 3.621.255 beschrieben, in der die Neutronenbesetzung, die zum Bohrloch zurückkehrt von zwei Neutronendetektoren geprüft werden, die sich in verschiedenem Abstand an der Längsachse von der Neutronenquelle entfernt befinden. Wegen der hohen notwendigen Zählraten, die zum Niedrighalten der statischen Abweichung dienen, muß der Quellendetektorabstand kurzer als gewünscht sein. Infolge dieses geringen Detektorabstandes werden die Zählraten an den beiden Detektoren durch Schwankungen der Porosität beeinflußt. Diese Instrumente ergeben somit nur eine Messung, die auf die Porosität bezogen ist, und keine Messung der wirklichen Porosität. Ausserdem muß beim Anpassen der Detektoren und des Diskriminatorpegels Sorge getragen werden, um gültige Signale zu erhalten. Wegen dieser Probleme entbehrt diese Einrichtung der Eichstabilität, die für das Messen der wirklichen Porosität notwendig ist.

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Es hat sich deshalb als schwierig gezeigt, eine Messung der wirklichen Porosität durchzuführen. Während bisherige Verfahren und Vorrichtungen unter bestimmten Bedingungen gut gearbeitet haben, gibt es keine Ausmeßanlage mit induzierten Gammastrahlen, die eine Formationsporosität unabhängig vom Chlorgehalt des Bohrlochs und der Formation zulassen.

Die Erfindung gibt nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Porosität der ein Bohrloch umgebenden Formation mit der Porositätsmessung an, die praktisch vom Chlorgehalt von Bohrloch und Formation unabhängig ist. Es werden unelastische gestreute Gammastrahlen festgestellt, und die aufgenommenen Gammastrahlen werden während eines zweiten, dem ersten Neutronenausbruch folgendem Intervall gemessen. Nach einer Feststellung wird nur ein einziger Impuls während Jedes Feststellintervalls übertragen. Die im Bohrlochausmeßgerät erzeugten Synchronimpulse werden von einer unterirdischen Elektronikanlage auf eine niedrigere Frequenz gebracht, um leichter übertragen werden zu können.

Die erzeugten Impulse dienen im unterirdischen Gerät zum öffnen von Feststelltoren und auf der Erdoberfläche zum Richten von Impulsen, die im unelastischen Intervall an einem Abschnitt eines Mehrkanalysiergerätspeichers auftreten, und zum Richten von Impulsen aus dem Aufnahmeintervall zu einem anderen Abschnitt im Analysiergerät·

Adressendekoder, Subtraktoren und eine Verhältnisschaltung dienen zum Liefern eines Kohlenstoff/Sauerstoff-Verhältnisses. Außerdem wird ein elektrisches Signal erzeugt, das in der Funktion auf die summierten Gammastrahlen bezogen ist, die sich aus den aufgenommenen thermischen Neutronen in zwei

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nichtangrenzenden Energiefenstern in thermischen Neutronenaufnahmespektren ergeben, um den salzgehaltkompensierten Wasserstoff anzuzeigen. Ein zweites elektrisches Signal ist in der Funktion auf Gammastrahlen bezogen, die sich auf den thermischen Neutronen in einem dritten Energiefenster in den thermischen Neutronenaufnahmespektren ergeben, um Eisen anzuzeigen. Das erste und das zweite Signal werden zusammengefaßt und ergeben so ein drittes Signal, das vom Chlosgehalt unabhängig die Porosität anzeigt.

Die Vorteile der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen ist:

Figur 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Bohrlochausmeßgerätes im Betriebszustand, und die zugehörige Oberflächenschaltung mit der Gerätschaft;

Figur 2 ein Blochdiagramm der unterirdischen Schaltung nach der Erfindung;

Figur 3 ein Blockdiagramm der Oberflächenschaltung nach der Erfindung;

Figur 4 ein Blockdiagramm eines Teils der Oberflächenschaltung nach Figur 2 in größerer Einzelheit;

Figur 5 die graphische Darstellung einer Spektralaufnahmekurve des Energiefensters als Beispiel der Erfindung ; und

Figur 6 die graphische Darstellung der nicht auf Salzgehalt ansprechenden Art der Porositätsangaben bei Gebrauch des Energiefensters nach derErfindung.

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In der Figur 1 ist die schematisch, dargestellte Radioaktivität sbohrlochvermes sung als Teil des Erdreichs 10 im Vertikalschnitt zu sehen. Das Bohrloch 11 durchdringt die Erdoberfläche und kann auch eingefaßt sein. Im Bohrloch befindet sich das unterirdische Gerät 12 mit einer Detektoranlage 13 und einer Neutronenimpulsquelle 14. Am Kabel 18 hängt das Instrument im Bohrloch. Es enthält die notwendigen Leitungen für die elektrische Verbindung des Gerätes mit dem Oberflächengerät. Das Kabel kann auf die Trommel 20 beim Heben und Senken des Gerätes 12 durch das Bohrloch aufgewickelt oder von ihr abgewickelt werden.

Beim radioaktiven Aufmessen des Bohrlochs durchquert das Gerät 12 das Bohrloch. Dadurch bestrahlen Neutronen die Formationenk die das Bohrloch umgeben. Die von den Formationen beeinflußten Strahlungen werden vom Detektorsystem 13 festgestellt. Die sich ergebenden Signale werden über das Kabel 18 zur Erdoberfläche gegeben. Die Signale werden über Schleifringe 21, die sich am Ende der Trommel befinden, und mittels der Leitung 22 zum Oberflächenelektronikgerät 23 geleitet, wo sie bearbeitet und vom Rekorder 2A- aufgezeichnet werden. Der Rekorder 24 wird über eine Transmission 25 von einer Meßspule angetrieben, über die das Kabel 18 geführt wird, so daß er sich in Beziehung zur Tiefe des Gerätes 12 bewegt. Die Elemente sind graphisch dargestellt. Die zugehörigen Schaltungen und Energiequellen sind in üblicher Weise vorgesehen. Das Instrumentengehäuse 17 soll die Drücke und die mechanischen und thermischen Fehlbehandlungen aushalten, die beim Ausmessen eines tiefen Bohrlochs auftreten, und einen angemessenen Raum zur Aufnahme des notwendigen Gerätes ergeben sowie die Strahlungsübertragung durch dieses ermöglichen. Die unterirdischen Signale werden in der unterirdischen Elektronik 16 bearbeitet.

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Beim Ausmessen eines Bohrlochs wie mit der Vorrichtung nach Figur 1 sind die Neutronenquelle und der Detektor im unterirdischen Gerät 12 von dem die Oberflächenbearbeitungs- und Aufzeichnungsgerät 23 durch mehr als 6000 bis 8000 Meter Kabel entfernt, das die Energie und Signale führt. Die Synchronisierimpulse müssen auf die Detektorsignale übertragen werden, um die Einrichtung für die Synchronisierung des Oberflächenbearbeitungsgerätes mit dem unterirdischen Generator- und Feststellanlage zu synchronisieren.

Der an der Oberfläche empfangene Synchronieierimpuls und das 7200 Meter lange Kabel, das gewöhnlich beim Bohrlochaufmessen vorkommt, besitzt infolge des schwachen Ansprechens des Kabels auf hohe Frequenzen eine Breite von etwa 10 MikroSekunden. Bei niedrigen Wiederholungsfrequenzen, beispielsweise 2000 Hz oder darunter ist die Übertragung eines Synchronimpulses bei jedem Neutronenausbruch nicht besonders schwierig. Bei hohen Wiederholungsraten, z.B. 20 kHz stellt jedoch der Synchronimpuls eine erhebliche große Wiederholungsperiode dar. Wenn aber die Synchronimpulse herabgesetzt und nur in ein oder zwei Prozent der Zeit übertragen werden, ergibt sich eine wesentliche Verbesserung, da der Synchronimpuls an der Oberfläche durch einen Phasenanzeiger eine phasengesperrte Schleife regeneriert wird.

Figur 2 zeigt als Blockdiagramm den unterirdischen Elektronikabschnitt 16, der mit dem Detektor I3 verbunden ist. Dieser ist ein Scintillationszähler für die Gammastrahlen-Spektralanalyse, die für sich bekannt ist. Bei einem bevorzeugten Ausführungsbeispiel ist der Detektor 13 ein ITaI (T1 )-Kristall mit einem Durchmesser von 34- nim und einer Länge von 100 mm. Der Kristall ist an ein Photomultipierrohr, z.B.

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Modell 4523 der Radio Corporation of America, gekoppelt. Diese Kombination kann eine Auflösung von 7»5 bis 8,5% bei 660 keV Cäsium 137 Spitze ergeben. Zum Schutz des Detektors gegen die, hohen, in Bohrlöchern auftretenden Temperaturen, kann dieser in einem Deargefäß untergebracht werden.

Der Ausgang des Detektors 13 ist in einem Verstärker 40 gekoppelt, der sich im unterirdischen Elektronikabschnitt 16 befindet, und dessen Ausgang in einen Diskriminator 41 gekoppelt ist, dessen Ausgang an einem der beiden Eingänge des UND-rTores 42 liegt. Der Diskriminator 41 dient zum Entfernen von Impulsen mit Amplituden unter einem entstellbaren Schwellwert, der sonst ein Anhäufen auf der übertragungsleitung bewirken könnte, die normalerweise an der Ausgangsklemme 52 liegt. Die Diskriminatoreinstellung auf 400 keV ist hierfür allgemein zweckmäßig. Der Ausgang des Diskriminators 41 wird vom UND-Tor 42 mit einem Spannungsimpuls gesteuert, der eine Nennbreite von 10 Mikrosekunden aufweist und in den verbleibenden Eingang gekoppelt ist, der vom ODER-Tor 103 kommt. Das Ausgangssignal des UND-Tores 42 löst den Univibrator 47 aus, der nominell auf einer 1,6 Mikrosekunden breiten Impulsausgang zum Steuern des Lineartores 48 eingestellt ist. Das Ausgangssignal des Taktgebers 43 löst den unelastischen Verzögerungs-Univibrator 101 aus, der Wiederum den unelastischen Torbreitenunivibrator 102 auslöst. Diese Schaltungen synchronisieren das öffnen des Lineartores 48 mit dem Pulsieren der Neutronenquelle, um das unelastische Torintervall"zu erhalten. Der Univibrator 102 kann mit einem Rückstelleingang 105 zurückgestellt werden. Das Arbeiten der Schaltungen ist so daß beim Anlegen eines Auslöseimpulses an den Eingang 105 vor dem Ende des von einem vorherigen Auslöseimpuls eingeleiteten Zyklus die Zykluszeit zurückgestellt

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wird und neu beginnt. Auch. nach, dem Auslösen der Schaltung durch einen Auslöseimpuls bleibt der Q-Ausgang bis zum Ende der Zykluszeit und bis zum Anlegen eines Rückstellimpulses hoch, welcher auch immer zuerst auftritt. Das Ausgangssignal des Univibrators 102 ist an einen Eingang des ODER-Tores 103 gekoppelt. Der Rückstelleingang 105 des Vibrators 102 wird vom Ausgang des Univibrators 47 betrieben. Das Ergebnis dieses Rückstellsignals ist das Leeren des unelastischen Torvibrators 102, so bald wie der erste Gammastrahl mit Energie über der Diskriminatorschwelle fest-gestellt worden ist. Durch Verwenden eines Multivibrators mit Rückstellfunktion für den Torvibrator 102 wird eine Doppelfunktion ausgeführt. Zunächst liefert der Vibrator ein Torbreitenaktsignal zum Bestimmen der maximalen Länge des unelastischen Feststelltores, was nominell 10yusek ist, und zweitens schließt er das Tor, wenn der erste Gammastrahlimpuls über der Diskriminatorschwelle festegestellt worden ist. Diese Funktion wird von einem J-K-Flip-Flop nach der US-Patentschrift 3.739.172 durchgeführt.

Der Ausgang des Taktgebers 43 liegt ebenfalls am Aufnahmeverzögerungsunivibrators 111, der wiederum den Aufnahmebreitenvibrator 112 erregt, der ebenfalls einen Rückstelleingang 115 aufweist und dessen Ausgang an den zweiten Eingang des ODER-Tores I03 gekoppelt ist. Die Rückstelleingangsklemme II5 des Univibrators 112 wird ebenfalls vom Ausgang des Univibrators 47 erregt. Der Ausgang des Taktgebers 43 dient ferner zum Synchronisieren der Neutronenquelle 14. Der Impuls des Taktgebers 43 betätigt über die FAND-Schaltung 49 einen Hochspannungsimpulsgeber 50, der die Neutronenquelle 14 Impulse auf Taktgeberfrequenz geben läßt, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift 3.309.522 beschrieben wird.

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Die verstärken Impulse des Verstärkers 40 werden auch in die Verzögerungsleitung 51 eingekoppelt, die nominell eine Verzögerung von 0,4 /usek bewirkt. Der Ausgang ist in das Lineartor 48 gekoppelt. Der Ausgang des Taktgebers 43 ist ferner in eine Reduzierschaltung 7I gekoppelt, die Ausgangsimpulse mit einer von der der Taktgeberfrequenz von kHz verringerten Frequenz liefert, wobei die Reduzierschaltung 71 Impulse mit der Frequenz von 200 Hz erzeugt. Die Schaltung 7^ ist in einen Synchronisierimpulsgenerator 70 gekoppelt, der die Umpulse zum Anlegen an den Leitungsverstärker 120 und an das NAND-Tor 49 formt. Somit werden die in der Frequenz herabgesetzten Impulse mit einer Frequenz erzeugt, die 1% der des Taktgebers 43 ist. Die niederfrequenten Synchronimpulse des Generators 70 werden in den zweiten Eingang des NAED-Tores 42 gekoppelt. Wenn ein Synchronimpuls am Eingang des FAND-Tors 49 erscheint, und mit einem Impuls des Taktgebers 43 zusammenfällt, wird vom NAND-Tor 49 kein Ausgang geliefert.und die Neutronenquelle 14 wird nicht mit Impulsen beaufschlagt. Kurz, die Quelle pulsiert immer wenn der Taktgeber 43 pulsiert, ausgenommen, wenn die in der Frequenz herabgesetzten Impulse erzeugt werden.

Zusätzlich zu den Impulsen reduzierter Frequenz ist der Ausgang des Lineartores 48 in den Leitungsverstärker 120 gekoppelt, der wiederum über die Verbindung zur Klemme 52 an der Leitung 18 liegt.

Bei der Arbeitsweise der Schaltung nach Figur 2 sind die Schaltungen der Vibratoren 111 und 112 Duplikate der Schaltungen der Vibratoren 101 und 102.

Der Unterschied liegt in der Zeitkonstante jeder Schaltung, die die beiden Torintervalle sind, die bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch eine Verzögerung von etwa 25 /usek

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vom Beginn des ersten bis zum Beginn des zweiten getrennt sind. Das erste Torintervall tritt während der Zeit auf, in der die Neutronenquelle eingeschaltet ist und ein Feststellen der sich aus dem unelastischem streuen ergebenden Radioaktivität ermöglicht und auch das zweite Torintervall das Messen der Neutronenaufnahme zuläßt, die sich aus dem Pulsieren der Neutronenquelle ergibt.

Beim Betrieb der Schaltung nach Figur 2 wird der erste Detektorimpuls, der die Diskriminatorschv/elle überschreitet und mit dem Zeitintervall des Torimpulses des ODER-Tores 103 beginnt, vom Lineartor 48 zum Verstärker 120 geleitet. Ferner ergibt das Schalten des 10-MikrοSekundenimpuls des ODER-Tores 103 mit dem Ausgang des ^iskriminators ^ über das UND-Tor 42- das Auslösen des Univibrators. Dadurch wird das Lineartor geöffnet und nicht der Univibrator 47 des Diskriminators 41 ausgelöst und der Vibratorausgang und der ODER-Tor-Impuls für das Lineartorsteuersignal gesteuert. Dadurch wird ein Detektorimpuls, der nahe dem Ende des Taktimpulsintervalls auftritt, als ganz breiter Impuls anstelle eines abgeschnittenen wie sonst durchgelassen. Der Vibrator 102 wird auf die Vorderkante des Ausgangsimpulses des Vibrators 47 zurückgestellt, wodurch das UND-Tor 42 unwirksam wird. Somit wird nur der erste Detektorimpuls, der während des vom Vibrator 102 bestimmten Intervalls auftritt, vom Lineartor 48 durchgelassen, wobei der Impuls die volle Breite besitzt, auch wenn er im Taktgeberintervall spät auftritt.

Wie erwähnt, arbeiten die Schaltung, die zum zweiten Torintervall, d.h. zum Diskriminator 41 gehört, die Verzögerungsleitung 51 und die Vibratoren 111 und 112 praktisch indentisch mit den beschriebenen aber mit einer anderen Verzögerungszeit.

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Der Vibrator 111 mit einer nominellen Zeitkonstante von 25 /usek erregt die festzustellende Neutronenaufnahme strahlung. Wie erwähnt, wird nur ein einziger Impuls durchgelassen, wenn Impulse innerhalb des 10 /usek-Torintervalls auftreten, die vom Vibrator 112 festgestellt worden sind, -^iese Impulse werden durch das Lineartor 48 zum Verstärker 120 geführt und der Impulsausgang des Lineartores 48 besitzt wieder die ganze Breite, auch wenn er im Torintervall spät auftritt.

Figur 3 zeigt die Oberflächenelektronik 23 im einzelnen. Die Impulse des Kabels sind über die Eingangsklemme 80 in den Verstärker 81 gekoppelt, dessen Ausgangssignal in eine übliche Synchronisier-und Signaltrennschaltung 82 gegeben werden. V/enn die Synchron- und die Öignalimpulse entgegengesetzter Polarität sind, können sie durch eine polaritätsempfindliche Schaltung getrennt werden, und wenn sie dieselbe Polarität besitzen, werden sie durch einen Spannungsdiskriminator bekannter Art getrennt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Synchronimpuls mit einer der der festgestellten entgegengesetzten Polarität übertragen und die Neutronenquelle ist während der Übertragung der Synchronimpulsintervalls nicht mit Impulsen beaufschlagt, so daß ein zufälliges Zusammenfallen des Synchronisierung nicht aufhebt. Die Detektorintervalle können auch während des Synchronisierübertragungsintervalls abgeschaltet werden. Die Detektorsignale sind aus dem Synchron- und Signaltrenner über den Leiter 83 in die Oberflächentaktschaltung 84 gekoppelt, was noch beschrieben werden wird.

Die Synchronimpulse aus dem Synchron- und Signaltrenner sind in eine Phasendetektorschaltung 85 gekoppelt, deren

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Ausgangssignal über einen Tiefpaßfilter 86 in einen spannungsgesteuerten Oszillator 87 gegeben wird, dessen Ausgangssignal in eine ^eduzierschaltung 88 und durch die Leitung 89 auch in die Oberflächentaktschaltung 84 gekoppelt ist. Der Ausgang der Reduzierechaltung 88 wird in den Phasendetektor 85 zurückgekoppelt.

Im Betrieb sind die Synchron- und Signalimpulse in den Synchrontrenner 82 gekoppelt, wo die Synchronimpulse getrennt und geformt werden, damit sie eine Bezugsfrequenz für den Phasendetektor 85 ergeben. Der Oszillatorausgang wird von einem Frequenzteiler in der Frequenz reduziert und in den zweiten Eingang des Phasendetektors 85 gegeben. Wenn die Schleife phasenfest ist, ist die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators gleich dem Produkt der Bezugseingangsspannung und des Frequenzreduzierverhältnisses. Wenn die unterirdirsche Anlage mit der Taktgeberfrequenz von 20 kHz läuft und die Synchronimpulse in der Frequenz herabgesetzt und mit einer 200 kHz-Rate übertragen werden, ergibt eine Frequenzreduzierschaltung 100 (Schaltung 88) einen 20 kHz-Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators.

Dieses 20 kHz-Signal, das jetzt mit dem unterirdischen Taktgeber in der Phase konstant ist, ergibt die Synchronisierung zwischen dem unterirdischen und dem Oberflächengerät, Somit verlängert diese Anlage die obere brauchbare Impulsfrequenz, während ein Sicherheitsrand zu einem willkürlichen Zusammentreffen zwischen den Synchronimpulsen und den Signalimpulsen beibehalten wird. Die Konstruktionskriterien für die phasenkonstanten Schleifenanlagen sind allgemein bekannt und es sind besonders konstruierte integrierte Systeme für die Ausrüstung im Handel erhältnlich. Siehe zum Beispiel das "Phasen-Locked Loop Data Book", zweite

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Ausgabe Ausgust 1973» herausgegeben von der Motorola, Inc.

Figur 4 zeigt den Oberflächentaktgeber 84 nach Fig. 3 in größerer Einzelheit.

Die Leiter 83 und 89 nach ^igur 3 sind in einem Mehrkanalanalysator 90 mit sieben Ausgängen gekoppelt, die mit sieben Adressendekodern 91 bis 97 verbunden sind. Die Ausgänge der Dekoder 91 und 92 liegen an einer Additionsschaltung 130, die Ausgänge der Dekoder 94 und 95 an einer Subtraktionsschaltung 131 und die Dekoder 96 und 97 an einer Subtraktionsschaltung 132. Der Ausgang der Additionschaltung I30 und der des Adressendekoders 93 liegen an einer Verhältnisschaltung 133» deren Ausgangssignal vom Rekorder 24 aufgezeichnet wird. Der Ausgang des Adressendekoders 94 und der des Adressendekoders 96 sind mit einer Verhältnisschaltung 134 verbunden, deren Ausgangssignal vom Rekorder 24 aufgezeichnet wird. Der Ausgang der Subtraktionsschaltung 132 und der der Subtraktionsschaltung 135 liegen an einer Verhältnisschaltung 135» deren Ausgang vom Rekorder 24 aufgezeichnet wird.

Die Arbeitsweise des Mehrkanalanalysators und der Adressenrekorder wird im einzelnen in der US-Patentschrift 4.013.874 beschrieben. Bei dem vier beschriebenen Ausführungsbeispiel dient der '. Adressendekoder 91 zum Messen der Impulse im 1,66 bis 2,35 MeV - Band. Der Adressendekoder 92 dient zum Messen der Impulse im 5»18 bis 5»90 Mev - Band und der Adressendekoder 93 zum Messen der Impulse im 6,21 bis 7»94 MeV - Band. Das Fenster für die Dekoder 91, 92 und 93 nach ist in Figur 5 graphisch dargestellt, die eine typische thermische Neutronenaufnahmekurve nach einem Neutronenausbruch zeigt· Die Dekoder 94· und 95 dienen zum Messen der

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Impulse im 4,86 bis 6,34- MeV - Band.

Im Betrieb liefern die Dekoder 94-, 95 und 96, 97 eine Information hinsichtlich des Kohlenstoff- und Sauerstofffensters, die für sich allgemein bekannt sind. Die Verhältnisschaltung 134- liefert ein Silizium/Kalzium-Verhältnis und die Verhältnisschaltung 135 ein Kohlenstoff/Gauerstoff-Verhältnis, die vom Oberflächenrekorder 24- aufgezeichnet werden.

Der Ausgang des Adressenrekorders 91·» der das Energiefenster anzeigt, das eine Wasserstoffspitze umfaßt, und der Ausgang des Adressenrekorders 92, der das Energiefenster anzeigt, daß ein Salzgehaltkorrekturengergiegebiet umfaßt, sind mit der Additionsschaltung 130 verbunden, in der die Zählungen zweier nicht zusammenhängender Energiefenster summiert werden. Diese Summe wird durch den Ausgang des Adressenrekorders 93 geteilt und liefert ein Wassenstoff/ EjLsen-Verhältnis, daß praktisch vom Salzgehalt des Bohrlochs unbeeinflußt bleibt. Dieses Verhältnis wird dann vom Rekorder 24· aufgezeichnet, was eine Messung der unterirdischen Erdformationsporosität ergibt. Das kompensierte H/Fe-Verhältnis kann, wie folgt, mathematisch ausgedrückt werden:

kompensiertes E/Fe = (1)

worin H die Zahl der dem Energieintervall von 1,66 bis 2,35 entsprechenden Gammastrahlen ist, COER stellt die Zahl der dem Energieintervall 5»18 bis 5»9O dar, das von Chlor beherrscht wird, J?e ist die Zahl der Gammastrahlen, die dem Energieintervall 6,21 bis 7»94 entspricht.

Figur 6 zeigt die graphische Darstellung, wie das kompensierte H/Fe-Verhältnis, wie es in Testgruben bekannter

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Porosität und Lithologie abgeleitet worden sind, wobei alle Alszgehaltwirkungen auch bei hoher Porosität and hohen rialzgehaltwerten eliminiert v/erden. Das lineare Ansprechen der Testdaten ergibt den folgenden Ausdruck für die Porosität:

(kompensiertes H/e-Kalk-Korrektur - b) χ 100%

worin die die Kalkkorrektur ist:

Prozentsatz Kalk λ /_?\

worin Δ die Trennung zwischen der Sandlinie und der Kalkstein-Daten-Linie ist.

In der Gleichung 1 stellt b den Y-Abschnitt der Sandlinie dar, die das H/Fe-Verhältnis bei Porosität Null und m die Neigung der Wassersanddatenlinie ist.

Es ist vorstehend eine Anlage nach der Erfindung mit einem neuen und verbesserten Verfahren und einer Vorrichtung beschrieben worden, die direkt die Porositätsdaten anzeigt, die praktisch unempfindlich für Bohrloch- und Formationssalzgehalt sind. Es ist jedoch zu erkennen, daß Abänderungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können anstelle einer Neutronenquelle, die mit Hochfrequenzimpulsen beaufschlagt wird, die Merkmale der Erfindung auch bei einer gleichbleibenden Quelle von Neutronen, wie z.B. einer Americium-Beryllium-Quelle verwendet werden. Ferner kann anstelle des Mehrkanalanalysators und der Adressendekoder Daten, die das ganze Spektrum darstellen, in einem entsprechenden Computer gespeichert und Energieintervalle aus dem Softwareprogramm gewählt werden, aus dem die Porositätsansprechfähigkeit errechnet werden kann.

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Zusammenfassung

In einem Bohrlochaufmeßgerät mit neutroneninduzierten Gammastrahlen wird ein Neutronengenerator mit Impulsen mit einer Taktfrequenz von 20 kHz beaufschlagt. Ein Neutronenausbruch erzeugt unelastische streuende Gammastrahlen, die während eines Intervalls festgestellt werden, das mit der eingeschalteten Neutronenquelle zusammenfällt. Die aufgenommenen Gammastrahlen werden während eines zweiten Intervalls festgestellt, das dem Ende eines jeden Neutronenausbruchs folgt. Beim Feststellen der Gammastrahlen wird ein Feststellimpuls während je zwei Feststellintervallen übertragen. Es werden Synchronisierimpulse mit einer 200 Hz herabgesetzten Frequenz im Aufmeßgerät zur Übertragung zum Erdoberflächengerät erzeugt. Die in der Frequenz reduzierten Synchronimpulse werden an einer phasengesperrten Anlage zum Regenerieren der Synchronimpulse auf dieselbe Frequenz wie die Taktfrequenz angelegt, die zum Pulsieren der Neutronenquelle und zum Steuern der Feststelltore im Bohrlochgerät dient. Die regenerierten Synchronimpulse werden dann im Oberflächengerät zum Führen des während des unelastischen Streuintervalls auftretenden Impulses an einen Abschnitt eines Mehrkanalanalysators verwendet. In ähnlicher V/eise wird der im Aufnahmeintervall auftretende Impuls in einen anderen Abschnitt des Mehrkanalanalysators geleitet. Die Speicheradressendekoder, Subtraktoren und Verhältnisschaltungen ermöglichen es, sowohl ein Kohlenstoff/Sauerstoff-Verhältnis, wie auch ein Wasserstoff/Eisen-Verhältnis, praktisch unabhängig vom Chlorgehalt von Bohrloch und Formation zu erhalten.

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Claims

Patentansprüche

'/ 1.)Verfahren zum Bohrlochaufmessen, mit Bestrahlen der ^v—^ Umgebung eines Bohrlochs mit Neutronen hoher Energie, und Feststellen der auf der Umgebung kommenden Strahlen, die von den Neutronen hervorgerufen worden sind; gekennzeichnet durch: Erzeugen elektrischer Signale, die auf die festgestellten Strahlungen bezogen sind, die sich auf den Wasserstoff gehalt der bestrahlten Umgebung beziehen; Erzeugen weiterer elektrischer Signale, die auf der festgestellten Strahlung basieren, die sich auf den Chlorgehalt der bestrahlen Umgebung beziehen; Erzeugen dritter elektrischer Signale, die auf den festgestellten Strahlungen basieren, die sich auf den Eisengehalt der bestrahlten Umgebung beziehen;

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* Zweigstelle (S 2· PaO) TELEX: TELEGRAMM: TELEFON! BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: Manchen: 1 ■ 86644 INVENTION BERLIN BERLINER BANK Aa W. MEISSNER, BLN-W St. ANNASTR. 11 INVENd BERUN 030/861 80 37 BERLIN 31 122 82-108 8000 MÖNCHEN S3 OSO/192 2S 82 3*6718000 TEL: 0Wf33H44

Erzeugen vierter elektrischer Signale, die sich in Funktion auf die Summe der ersten und zweiten elektrische Signale beziehen; und

Erzeugen fünfter elektrischer Signale, die sich in Funktion auf das Verhältnis der dritten und vierten elektrischen Signale beziehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch g e kennz eichnet, daß die erste elektrischen Signale funktionell auf die festgestellte Gammastrahlung in einem ersten Energieband und die zweiten elektrischen Signale funktionell auf die festgestellte Gammastrahlung in einem zweiten Energieband bezogen sind, das nicht an das erste Energieband angrenzt.
3· Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die dritten elektrischen Signale funktionell auf die festgestellte Gammastrahlung in einem dritten Energieband bezogen sind, daß den Gammastrahlungen von Energie darstellt, die größer als die des zweiten Energiebandes ist.
4. Verfahren nach dem Anspruch"!, dadurch g e kennz e ichne t, daß die dritten und' die vierten elektrischen Signale kombiniert werden und so eine Porositätsanzeigen ergeben, die praktisch vom Bohrlochsalzgehalt und dem Formationssalzigehalt frei ist.·
5. Verfahren nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die ersten elektrischen Signale funktionell auf die festgestellte Gammastrahlung im ersten Energieband und die zweiten elektrischen Signale funktionell auf die Gammastrahlung in einem zweiten Energieband bezogen sind, daß nicht an das erste Energieband angrenzt.

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6. Verfahren nach Anspruch 5_? dadurch gekennzeichnet, daß die dritten elektrischen Signale funktionell auf die festgestellte Gammastrahlung in einem dritten Energieband eines Energiepegels über dem des zweiten Energiebandes bezogen sind.
7· Verfahren nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß das fünfte Energieband die Energien zwischen 1,66 MeV und 2,35 MeV und das zweite Energieband die Energie zwischen 5)18 und 5>9O MeV enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Energieband die Energie zwischen 6,21 MeV und 7,94 MeV enthält.
9. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen zum Bestimmen des Wasserstoff/Eisenverhältnisses des das Bohrloch umgebenden Gebiets, in dem die Gebiete mit Hoch-Energie-Neutronen bestrhalt werden, die Gammastrahlung festgestellt wird und die ersten und zweiten elektrischen Signale den Wasserstoff und den Eisengehalt des Gebiets anzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten elektrischen Signale funktionell auf die festgestellte Gammastrahlung aus zwei nicht aneinanderstoßenden Energiebändern bezogen sind, und die zweiten elektrischen Signale funktionell auf die festgestellte Gamma strahlung aus einem dritten Energieband bezogen sind, das sich am oberen Ende der festgestellten Energiewerte befindet.
10. Verfahren nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, daß das erste Energieband die Energiewerte zwischen, 1,66 MeV und 2,35 MeV und das zweite

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Energieband die Energiewerte zwischen 5,18 MeV und 5,90 MeV und das dritte Energieband die Energiewerte zwischen 6,21 MeV und 7,94 MeV enthält.
11. Verrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen mit einem länglichen Ausmeßgerät zum Durchqueren eines Bohrlochs und einer Quelle von Hoch-Energie-Neutronen im Gerät zum Bestrahlen der das Gerät umgebenden Regionen, gekennzeichnet durch einen Gammastrahlendetektor (13) zum Erzeugen von ersten elektrischen Signalen, die einen Gehalt an Wasserstoff mit kompensiertem Salzgehalt der Formationen anzeigen, und von zweiten elektrischen Signalen, die den Eisengehalt dieser Regionen anzeigt, und das die ersten elektrischen Signale funktionell auf die Gammastrahlen in zwei nicht zusammenhängenden Energiebändern bezogen sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung ein Verhältnis der ersten und zweiten elektrischen Signale anzeigt.

13· Vorrichtung nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten elektrischen Signale funktionell auf die Gammastrahlen in einem Energieband bei einem Energiewert über den ersten und zweiten Energiebändern bezogen sind.

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