DE3020786A1 - Bohrlochvermessungssystem mit neutronengeneratorrohr - Google Patents

Bohrlochvermessungssystem mit neutronengeneratorrohr

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DE3020786A1
DE3020786A1 DE19803020786 DE3020786A DE3020786A1 DE 3020786 A1 DE3020786 A1 DE 3020786A1 DE 19803020786 DE19803020786 DE 19803020786 DE 3020786 A DE3020786 A DE 3020786A DE 3020786 A1 DE3020786 A1 DE 3020786A1
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James Robert Bridges
Harold Elmer Peelman
William Jordon Sloughter
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Halliburton Co
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    • H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
    • H05H3/06—Generating neutron beams
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
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Description

PATENTANWÄLTE DipL-Phys. JÜRGEN WEISSE · Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST
BÖKENBUSCH41 · D 5620 VELBERT Π-LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895
Patentanmeldung
Halliburton Company, Duncan (Oklahoma) USA Bohrlochvermessungssystem mit Neutronengeneratorrohr
Die Erfindung betrifft ein Bohrlochvermessungssystem mit einem luftdichten Neutronengeneratorrohr, das eine Fangelektrode aufweist, einer Ionenquelle und einem Ergänzer-Druckregler, zur Regelung des Gasdrucks in dem Rohr durch Abgabe oder Absorption von Gasmolekülen in Abhängigkeit von einem Heizstrom (Ergänzerstrom).
In den letzten Jahren ist die Bohrlochvermessung mit gepulsten Neutronen zu einer wirtschaftlich wichtigen Bohrlochvermessungstechnik geworden. Zur Messung der Lebensdauer thermischer Neutronen oder der Zerfallszeit thermischer Neutronen von Erdformationen in Umfeld eines Bohrloches sind gepulste Neutronentechniken verwendet worden, um Aktivierungsanalysen elemtarer Bestandteile der Erdformation im Umfeld eines Bohrlochs durchzuführen, um Porositätsmessungen der Erdformation im Umfeld eines Bohrlochs durchzuführen, und um Messungen unelastischer Neutronenstreuung für schnelle Neutronen durchzuführen. Bei jeder dieser BohrlochvermessungsT techniken ist die gepulste Neutronenquelle, die zur Abgabe von Neutronenimpulsen für physikalische Messungen verwendet wird, üblicherweise ein luftleeres Rohr in Form eines Deuterium-Tritium Beschleunigers gewesen. Andere
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Techniken, so wie jene, die in der ÜS-PS 3 940 611 beschrieben sind, erfordere andere Wellenformen als Rechteckimpulse, die von einem Neutronengeneratorrohr erzeugt werden üiüssen.
Solche Neutronenquellen mit abgeschlossenen oder luftleerem Rohr enthalten im allgemeinen eine äußere Hülle aus Glas, Metall oder einigen anderen vakuumdichten Materialien, wie z.B. Keramik, in welchem die Elemente des Neutronengenerators untergebracht sind.
Die Elemente enthalten im allgemeinen eine Fangelektrode, die bei hoher Spannung elektrisch isoliert wird, eine Ionenquelle, deren Ionen durch die hohe Spannung auf die Fangelektrode hin beschleunigt werden können, und einen Druckregler oder ein Ergänzer, die zur Stabilisierung oder Steuerung der Höhe des Gasdrucks in der luftleeren äußeren Hülle, verwendet werden können. Gasdruck von ungefähr
Betrieb dieser Rohre.
_2
Gasdruck von ungefähr 10 mm Hg. sind typisch für den
Der Ergänzer oder Druckregler des Neutronengeneratorrohrs enthält im allgemeinen ein Heizelement, das von einer Fläche umgeben ist, die fähig ist als Funktion ihrer Temperatur Gasmoleküle von dem Gas zu absorbieren oder abzugeben, das die luftleere Rohrhülle füllt.
Die Fähigkeit einer solchen Fläche, Gase in der Rohrhülle zu absorbieren oder abzugeben, wird durch die Temperatur eines damit verbundenen Heizelements gesteuert. Wenn die Temperatur des Heizelements erhöht wird, wird die dies umgebende, mit Gas.durchtränkte Fläche angeregt, das absorbierte Gas durch thermische Emission zu vertreiben. Wenn das Heizelement abgekühlt ist, werden die damit verbundenen, dies umgebenden Flächen angeregt. Gase aus der Atmosphäre in der evakuierten Rohrhülle aufzunehmen. Die Menge des in der Rohrhülle befindlichen Gases steuert die Höhe des in der Ionenquelle befindlichen Gases und daher
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die Fähigkeit der Ionenquelle positiv geladene Gasionen zur Beschleunigung auf das Fangelektrodenmaterial zu erzeugen.
Bei einer typischen Arbeitsweise des Neutronengeneratorrohrs kann das in der luftleeren Hülle befindliche Gas entweder Deuterium oder ein Gemisch aus Deuterium und Tritium sein. Das Fangelektrodenmaterial ist::aiiit Tritium durchtränkt. So wird, wenn Deuteriumionen in der Ionenquelle gebildet und durch ihre hohe Spannung auf die Fangelektrode hin beschleunigt werden, die elektrostatische Coulomb-Abstoßung zwischen den beschleunigten Ionen und den Kernen der Tritiumatome überwunden und die Kernfusion findet statt. Dies erzeugt das unstabile Isotop Helium 5, das durch die Emission eines monoenergetischen Neutrons von etwa 14MEV sofort zerfällt, das charakteristisch für den Zerfall ist.
Ein Problem, das mit dem Gebrauch eines solchen Neutronengeneratorrohrs bei Bohrlochvermessungen verbunden ist, bestand darin, daß die Leistung des Neutronengenerators als Funktion der Zeit abfällt, da das Tritium in dem Fangelektronenmaterial von den Kernreaktionen und durch das Aufheizen der Fangelektrode aufgebraucht wird. Auch können Schwankungen der Spannung der Hochspannungsversorgung, Ergänzungsstromänderungen und die Emissionsfähigkeit der Ionenquelle eine Veränderung der Neutronenabgabe verursachen.
Für die meisten Bohrlochvermessungsarbeiten ist es sehr erwünscht, daß während eines gegebenen Vermessungsablaufs die mittlere Neutronenabgabe des Rohrs konstant und auch so hoch wie möglich bleibt. Hohe Abgabe ist wünschenswert, um die nuklearen Wechselwirkungen zu fördern, die durch Anwendung der Bohrlochvermessungstechnik gemessen werden sollen. Konstanz
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der Neutronenabgabe ist wünschenswert, um die Konstanz der Messung zu fördern und um systematische Fehler zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Bohrlochvermessungssystem der eingangs definierten Art eine Konstanz der mittleren Neutronenabgabe zu erreichen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Regelung des ErgänzerStroms zu verbessern und zu vereinfachen, den
Leistungsverbrauch für den Regelkreis des ErgänzerStroms zu vermindern.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, das Neutronengeneratorrohr ferngesteuert abschaltbar zu machen.
Schließlich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Pulsbreiten und Wiederholungsraten der Neutronenpulse dynamisch zu verändern, oder dynamisch veränderbare Neutronenabgabe-Wellenformen zu erzeugen, während die Kontrolle über die mittlere Neutronenabgabe erhalten bleibt.
Das Bohrlochvermessungssystem nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch
(a) Mittel zur überwachung des mittleren Stroms des Fangelektrodenbündels des Neutronengeneratorrohrs und zur Erzeugung eines diesen Strom darstellenden Signals,
(b) Mittel zum Zuführen eines Ergänzerstroms zu dem
Neutronengeneratorrohr,
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(c) Mittel zur Überwachung des Ergänzerstroms xmj '.ur Erzeugung eines Eweitan Signals nach Maßgabe des Er gänzer stroms und des Signals,, das den Strom des Fangelektrodenbüiidels darstellt,
(d) Mittel zur Erzeugung eines Referenzsignals, welches mittlere Arbeitsbedingungen des Neutronengeneratorrohrs vorgibt und
]0 (e) Mittel zum Vergleichen des zweiten Signals und des Referenzsignals zur Erzeugung eines Ergänzerstrom-Regelabweichungssignals und
(f) Mittel, die auf das Ergänzerstrom-Regelabweichungssignal ansprechen, zur Steuerung der Stärke des Ergänzerstroms, so daß die mittleren Arbeitsbedingungen des Neutronengeneratorrohrs geregelt werden.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist das Bohrlochvermessungssystem gekennzeichnet durch
(a) einen Strahlungsdetektor, der im Abstand von dem Neutronengeneratorrohr angeordnet und zur Erzeugung von Strahlungssignalen nach Maßgabe der Strahlungseigenschaften der Materialien in der Nähe des Bohrlochvermessungssystems eingerichtet ist.
(b) Mittel zur Überwachung des mittleren Stroms des Fangelektrodenbündels des Neutronengeneratorrohrs und zur Erzeugung eines diesen Strom darstellenden Signals, und
(c) _ digitale Steuermittel, die auf dieses den Strom des Fangelektrodenbündels darstellende Signal ansprechen, zur Steuerung der mittleren Neutronenabgabe des Generatorrohrs.
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Nach einem noch anderen Aspekt der Erfindung ist das Bohrlochvermessungssystem gekennzeichnet durch
(a) einen Strahlungsdetektor im Abstand von dem Neutronengeneratorrohr und
(b) digitale Steuermittel die zur Überwachung des Ausgangs des Neutronengeneratorrohrs und dazu eingerichtet sind, diesen Ausgang auf einem
]0 vorgegebenen Wert zu halten.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das das Bohrlochvermessungssystem gemäß
dem Konzept der vorliegenden Erfindung darstellt und das einen gepulsten Neu+ronengenerator verwendet.
Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild, welches
ein programmierbares Digitalsteuerungssystem gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung darstellt, und
Fig. 3 ist ein" schematisches Diagramm, das
verschiedene Verläufe der Neutronenabgabe eines Neutronengeneratorrohres als Funktion der Zeit darstellt, welches, gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung gesteuert ist.
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/fil
■j Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Bohrlochvermessungssystem, welches das Konzept der vorliegenden Erfindung verkörpert, schematisch dargestellt ist. Ein Bohrloch ist mit einer Stahlverc rohrung 12 verkleidet und mit einer Bohrlochflüssigkeit 15 gefüllt. Die StahlVerrohrung ist durch eine Zementschicht 13 in der richtigen Lage einzementiert und schließt die Erdformation 14 wirksam von einer Verbindung mit dem Bohrloch 11 ab, ausgenommen in den
-in Fällen, wo die Stahl Verrohrung und di Zementschicht für die Ölproduktion durchbrochen sind. Durch ein Bohrlochvermessungskabel 17 in Form eines gebräuchlichen armierten Kabels, wird eine wasserdichte, hohle Sonde 16 in dem Bohrloch 11 aufgehängt. Das Bohrlochvermessungskabel 17 überträgt elektrische Signale zwischen der Sonde und der Oberflächenanlage.
An der Oberfläche läuft das .Bohrlochvermessungskabel 17 über ein Scheibenrad 18, das elektrisch oder mechanisch mit einem Bohrlochvermessungsschreiber 19 verbunden ist, wie durch gestrichelte Linien 20 angedeutet ist. Diese Verbindung ermöglicht es, die Messungen, die von einer Sonde 16 unten im Bohrloch durchgeführt werden, als eine Funktion der Bohrlochtiefe mit dem Bohrlochvermessungsschreiber aufzuzeichnen. Signale von dem Bohrlochvermessungskabel 17 werden auf Datenverarbeitungsschaltungen 21 an der Oberfläche und auf einen Steuerungsdigitalrechner 30 gegeben, welcher Meßdaten verarbeitet und Informationen liefert, die dem Bohrlochvermessungsschreiber 19 zum Aufzeichnen als Funktion der Bohrlochtiefe zugeführt werden. Die an der Oberfläche liegende Stromversorgung 22 liefert Strom für die Arbeiten der Anlage unten im Bohrloch auf das Bohrlochvermessungskabel 17. Der Steuerungsdigitalrechner 30 liefert digitale Steuersignale, die im Anschluß an die Sonde 16 noch näher beschrieben werden, um der mittlere Neutronenabgabe und den Verlauf der Neutronenabgabe als Funktion der Zeit zu steuern.
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In der Sonde 16 ist eine Einrichtung zur Durchführung von Messungen mit gepulsten Neutronen vorgesehen. Obwohl nicht in der schematischen Zeichnung von Fig. 1 gezeigt, versteht es sich, daß geeignete Netzteile in dem unten im Bohrloch sitzenden Gerät die Leistung der Stromversorgung 22, die von der Oberfläche zugeführt wird, in die notwendigen Arbeitsspannungen für die Einrichtungen in der Sonde 16 umsetzt.Steuerungsschaltungen 23, die später näher beschrieben werden,
]0 liefern die Steuerungsfunktionen für ein Neutronengeneratorrohr 27 und eine zugehörige Hochspannungsversorgung 28, die nahe dem unteren Ende der Sonde angeordnet sind. Neutronenabschirmungsmaterial 29, das aus abwechselnden Schichten von Eisen, Paraffin, Cadmium und borhaltigem Material oder ähnlichem bestehen kann, ist vorgesehen, um den Neutronengenerator 27 von der übrigen Instrumentausrüstung innerhalb der Sonde 16 abzuschirmen.
Mit einer Photomultiplizierröhre 25 ist ein Gammastrahldetektor in Form eines Szintillationskristalls 24 aus thalliumaktivierten Natriumiodid oder ähnlichem optisch gekoppelt. Dies ist vorgesehen, um die Gammastrahlung anzuzeigen, die in der Erdformation im Umfeld eines Bohrlochs entsteht und aus dem Neutronenbeschluß durch den Neutronengenerator 27 resultiert. Wie in der Technik bekannt ist, erzeugt das Aufteffen von Gammastrahlen auf den Detektorkristall 24 darin Lichtblitze, deren Intensität proportional zur Energie der die Szintillation erzeugenden Gammastrahlen ist. Die Photomultiplierröhre 25 ist optisch mit den Detektorkristall 24 gekoppelt und verstärkt die durch den Detektorkristall 24 erzeugten Lichtblitze und setzt sie in elektrische Stromimpulse um, deren Amplitude proportional der Intensität der Lichtblitze ist. In einem Verstärker 26 werden diese elektrischen Signale weiter verstärkt und auf eine Datenübertragungs-
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schaltung 31 geleitet, wo sie in geeigneter Weise Herkömmlichen (nicht gezeigten) Kabeltreibersohaltungen zur übertragung zu den Datenverarbeitungsschaltungen und dem an der Erdoberfläche liegenden Steuerungsdigitalrechner 30 zugeführt werden. Der Steuerungsdigitalrechner 30 kann z.B. einen kleinen, Allzweck-Digitalrechner enthalten, wie das Modell PDP-11, das von Digital Equipment Corporation, Cambridge, Mass, geliefert wird.
In Fig. 3 ist die Neutronenabgabe eines Neutronengeneratorrohrs 27 von Fig. 1 als Funktion der Zeit dargestellt. In der Darstellung werden zwei verschiedene Arbeitsweisen mit intensitätsmodulierten Neutronen des Neutronengeneratorrohrs betrachtet. In dem System ist die Hochspannungsversorgung ständig eingeschaltet und durch Aufschalten amplituden- und/oder frequenzmodulierter Spannungen auf die Ionenquelle des Neutronengenerators werden modulierte Wellenformen der Neutronen als Funktion der Zeit erzeugt. Wie vorstehend beschrieben, werden die Neutronen von dem Neutronengeneratorrohr 27 erzeugt. Auf die Ionenquelle des Neutronengeneratorrohrs 41 werden Spannungen von vorgegebener Amplitude und vorgegebenem Frequenzgehalt aufgeschaltet. Auf diese Art und Weise kann die Neutronenabgabe des Neutronengeneratorrohrs veränderbar gemacht werden, wie es in Fig. 3 angedeutet ist.
Wie später noch beschrieben wird, überwacht der -0 Steuerungsdigitalrechner 30 an der Oberfläche den Strom des Fangelektrodenbündels und benutzt den Wert dieses Stroms, um den Mittelwert N der Neutronenabgabe
avg
zu steuern. Ferner kann der Steuerungsddgitalrechner während der überwachung des Stroms des Fangelektrodenbündeis und der vom Detektor (24,25 von Fig. 1) erzeugten Zählrate, den Spannungsverlauf regulieren, der auf die Ionenquelle des Neutronengenerators aufge-
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T schaltet ist, um, falls erwünscht, die Vermessungsprogramme (oder Wellenformen) zu verändern oder um beste Bedingungen der Impulsweite und Wiederholungsrate der (aus-an) gepulsten Arbeitsweisen des Neutronengenerators bei einer Vermessung mit gepulsten Neutronen zu erhalten.
In Fig. 3 sind zwei verschiedene Wellenformen für die Neutronenabgabe als Funktion der Zeit gezeigt. Eine erste, sinusförmige Modulation ist mit PROG.1 und eine zweite, sägezahnförmige Modulation ist mit PORG.2 beschriftet. Diese Wellenformen der Neutronenintensität als eine Funktion der Zeit werden durch Äufschalten geeigneter Steuerungsspannungen.auf die Ionenquelle des Neutronengeneratorrohrs als Funktion der Zeit erhalten. Beide Wellenformen verändern sich um eine mittlere Neutronenabgabe N ..Durch überwachung des
avg
Stroms des Fangelektrodenbündels und Vergleichen dieses Stroms mit einem durch den Steuerungsdigitalrechner von Fig. 1 gelieferten Referenzsignal, steuert die noch näher zu beschreibende Steuerungsschaltungen auch
Bei typischen Bohriochvermessungsarbeiten überschreitet die Einschaltzeit des Neutronengeneratorrohrs bei Pulsbetrieb nicht einen Wert von etwa 5-10% seiner Arbeitsperiode. Das heißt, daß im allgemeinen das Neutronengeneratorrohr nur in 5-10% der Zeit angeschaltet ist und daß die Ausschaltperioden bei typischer 3ohrlochvermessungsarbeiten etwa 90-95% seiner Zeit ausmachen. Neutronenimpulse dauern von etwa 50 Microsekunden, und .Wiederholungsraten- von 100-20.000 Impulsen pro Sekunden sind typisch für Bohrlocnvermessungstechniken mit gepulsten Neutronen, Bei modulierten Welienformen erzeugt im allgemeinen der Neutronencrenerator eine kontinuierliche Neutronenabgabe mit einer vjc einen Mittelwert N_,„„ schwankenden Intensität,
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y/fl.
wie in Fig. 3 dargestellt ist. Das Neutronengenerator-Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung arbeitet so, daß es den Mittelwert N -der Neutronenabgabe, für die Dauer einer Bohrlochvermessung auf konstantem oder vorbestimmtem Wert hält. Naheliegenderweise kann ein solches System nicht das Tritium im Rohr ersetzen, das durch die Erzeugung der Neutronenabgabe aufgebraucht wird. Bei Neutronengeneratorrohren, die nur Deuterium im Ergänzer voxsehen, ist ein langfristiger Rückgang den Neutronenabgabe unvermeidbar. Rohre mit Deuterium- und Tritium-Gemisch können solchen langfristigen Rückgang -der Neutronenabgabe vermeiden.
Aus der Beziehung zwischen dem Ergänzersystera und der Neutronenabgabe, die eine komplizierte Funktion ist, ergibt sich die Notwendigkeit einer kurzfristigen Steuerung der mittleren Neutronenabgabe. Sehr kleine Veränderungen im Ergänzerstrom können sehr große Veränderungen in der Neutronenabgabe verursachen. Während der überwachung des Fangelektrodenstroms (der mit der Neutronenabgabe in Beziehung steht) und dem Berichtigen des Ergänzerstroms, um den Fangelektrodenstrom konstant zu halten, kann die Neutronenabgabe bei kurzfristigen Veränderungen stabilisiert werden, so wie sie während einer Bohrlochvermessungsarbeit auftreten könnten.
Der Neutronengenerator könnte bei bestimmten Arten von Bohrlochvermessungen kontinuierlich betrieben werden, statt moduliert, wie in Fig. 3. In diesem Fall würde das Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung ungefährt eine konstante Neutronenabgabe N aus dem
el VCJ
Neutronengenerator 27 für die Dauer einer Bohrlochvermessungsarbeit aufrechterhalten.
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/4t·
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, in der ein Teil der Steuerschaltung von Fig. 1, die mit der Steuerung der Neutronenabgabe aus dem Neutronengeneratorrohr zu tun hat, näher, aber immer noch schematisch dargestellt ist. Mit der niedrigen Seite der Hochspannungsversorgung der Fangelektrode (die typischerweise negative 125 Kilotvolt sein kann) ist Punkt A der Schaltung verbunden. Der Strom des Fangelektronenbündels des Neutronengeneratorrohrs 41 (der im Punkt A gemessen wird) fließt aber einen Widerstand R.. , der eine Spannung Vß in Punkt A erzeugt, <lie mit der Neutronenabgabe des Neutronengeneratorrohrs in Beziehung steht, zur Erde. Die abgegriffene Spannung im Punkt A wird zur Regelung jäes Abflußstroms ID des VMOS Leistungs-Feldeffekttransistors 45 (beschriftet FET 1). Dieser Strom ist auch der Ergänzerstrom des Neutronengenerators 41, und wird am Punkt 47 abgegriffen. Die im Punkt A abgegriffene Spannung wird durch einen Analog-Digital-Wandler 51 in digitaler Form umgesetzt und dem Steuerungsdigitalrechner 30 an der Erdoberfläche zugeführt. In -gleicher Weise werden Zählimpulse vom Detektor 24,25 von Fig. 1 durch einen Analog-Digital-Wandler 52 in digitale Form umgesetzt und dem Steuerungsdigitalrechner 30 an der Oberfläche zugeführt. Nach Maßgabe seiner vorprogrammierten Logik, liefert der Steuerungsdigitalrechner 30 digitale Spannungsniv-eaus an einen Digital-Analog-Wandler 53, als Funktion der Zeit, um die Ionenquellenspannung des Neutronengenerators zu steuern.
Ein Digital-Analog-Wandler setzt das digitale Spannungssignal aus -dem Steuerungsdigitalrechner 30 in eine analoge Form um und erzeugt eine Referenzspannung zur "Steuerung der mittleren Neutronenäbgabe N des OJ Neutronengenerators 41". Durch die übertragungscharakteristiken des VMOS ieistungs FET 45 und der Beziehung zwischen dem Ergänzerstrom I und der
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] Neutronenabgabs des Neutronengeneratorrohres 41 wird die Größe der durch den Digital-Analog-Wandler 50 gelieferte Referenzspannung bestimmt. Im allgemeinen ändern sich die Übertragungscharakteristiken mit jedem FET und Neutronengeneratorrohr. Zum Zweck dieser Beschreibung wird vorausgesetzt, daß die gewünschte mittlere Neutronenabgabe erhalten wird, wenn der mittlere Strom des Fangelektrodenbündels 100 Microampere und der Ergänzerstrom 3 Microampere beträgt. Dies sind typische Werte, die bei den Arbeiten des Neutronengeneratorrohrs in Bohrlochvermessungsgebrauch angetroffen werden. In diesem Fall würde der Steuerungsdigitalrechner 3O den Digitalspannungswert verändern, der an den Digital-Analog-Wandler geliefert wird, bis der Ergänzerstrom 3 Ampere und der Strom des Fangelektrodenbündels 1OO Microampere beträgt und damit eine Referenzspannung VR am Punkt A von 3 Volt gibt. Diese Spannung legt den mittleren Arbeitspunkt des Neutronengeneratorrohrs 41 fest. Mit der durch das Verhältnis Ro/R? bestimmten Verstärkung ist der Operationsverstärker 44 als eine invertierende, spannungsverstärkende Schaltung beschaltet. Die Ausgangsspannung V, des Operationsverstärkers 44 wird auf die Steuerelektrode des VMOS Leistungs-Feldeffekttransistors 45 gegeben. Diese Steuerspannung steuert den Äbflußstrom F des Feldeffekttransistors 45, der von einer 5 Amperestromversorgung 42 geliefert wird. Dieser Abflußstrom wird am Punkt 47 abgegriffen und durch den Widerstand R-. zurückgeführt, um die Arbeitsbedingungen des schon beschriebenen Operationsverstärkers 44 festzulegen. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 44 ist mit der Spannungseinstellung verbunden, die von dem Steuerungsdigitalrechner 30 über den Digital-Analog-Wandler so über einen Widerstand R. geliefert wird. Diese Spannung, die auf den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 44 plus der Spannungen, .die über
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durch den Strom der Fangelektrode des Generatorrohrs entwickelt wird, bestimmt
des Operationsverstärkers 44.
41 entwickelt wird, bestimmt die Ausgangsspannung V
Falls der Mittelwert der Neutronenabgabe N beginnt unter den
a ν g
Arbeitswert zu sinken, wie er durch das vom Steuerungsdigitalrechnef 30 gelieferte Spannungsniveau bestimmt ist, sinkt der Strom des Fangelektrodenbündels. Dies verursacht ein Sinken der Spannung Vn. Wenn Vn sinkt, verursacht dies eine Erhöhung der Ausgangs- ' spannung V_ des Operationsverstärkers. Der erhöhte Spannungsausgang V-, des Operationsverstärkers 44 bewirkt, eine Erhöhung des Ergänzerstroms I . Die Erhöhung des Ergänzerstrom I sucht den Strom des Fangelektrodenbündeis zu erhöhen wie er an Punkt A abgegriffen und dem Steuerungsdigitalrechner 30 zugeführt wird.
Falls die Neutronenabgabe des Neutronengeneratorrohrs 41, über den vorbestimmten, mittleren Arbeitswert ν zu steigen- beginnt, steigt der Strom des avg
Fangelektrodenbündeis. Dies verursacht eine Erhöhung der Spannung Vn über den Widerstand R1. Wenn Vn steigt, bewirkt dies ein Sinken der Ausgangsspannung V„ des Operationsverstärkers 44. Das Sinken von Vr, der Steuerspannung des Feldwirkungstransistors 45, verursacht eine Verminderung des Ergänzerstroms I , wie er in* Punkt 47 abgegriffen wird. Dies wiederum vermindert die Abgabe des Neutronengeneratorrohrs 42 dadurch, daß das
Ergänzer-Heizelement abgekühlt wird. 30
Wenn das vom Steuerungsdigitalrechner 30 gelieferte SteuerSpannungsniveau auf Null Volt geht, geht die auf den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 44 aufgeschaltete Spannung auf Null Volt. Wenn
die Null Volt auf den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers aufgeschaltet werden, wird der Spannungsausgang des Operationsverstärkers genügend
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vermindert, um sicherzustellen, daß der Feldeffekttransistor 45 vollständig ausgeschaltet ist. Dies unterbricht-den Ergänzerstrom I vollständig und vermindert wirksam die Abgabe des Neutronengenerators auf Null. So ist eine Steuerung zum Ein- und Ausschalten des Neutronengenerators 41 von der Erdoberfläche her vorgesehen. In gleicher Weise kann die im Steuerungsdigitalrechner enthaltene Rückführlogik benutzt werden, um die Wellenform der modulierten Neutronenabgabe aus dem Neutronengeneratorröhr 41 zu verändern. Die Zählrateninformation vom Detektor 24^25 von Fig. 1 wird über den Analog-Digital-Wandler 52 dem Steuerungsdigitalxechner zugeführt. Vorprogrammierte logische Antworten auf diese Information, die dem Steuerungsdigitalrechner 30 zugeführt werden, können benutzt werden, um die Neutronenabgabe des Neutronengenerators zu verändern, z.B. können Informationen, die die Lebensdauer thermischer Neutronen oder die Zerfallzeit -thermischer Neutronen der Erdformation im Umfeld eines Bohrloehs 11 von Fig. 1 betreffen, aus den Detektorzählraten 24,25 vom Steuerungsdigxtalrechner 30 bestimmt werden. Diese Informationen können verwendet werden, um die Neutronenimpulsdauer und Wiederholungsraten zu verändern oder zu steuern, um die Detektorzählrate 24,25 statistisch als Funktion der Bohrlochtiefe über vom Steuerungsdigxtalrechner 30 an den Digital-Analog-Wandler gelieferten Signale zu optimieren. In gleicher Weise können Techniken mit moduliertem Neutronenfluß zur Messung der Zerfallzeit thermischer Neutronen und der Porosität der Formation, wie der Gegenstand des vorerwähnten US Patents 3 940 ~"611 , über die im Steuerungsdigxtalrechner enthaltende vorprogrammierte Logik arbeiten. So wird durch die vorliegende Erfindung ein sehr vielseitiges Werkzeug zur Untersuchung nuklearer Besonderheiten der ErSformation im Umfeld eines Bohrloehs vorgesehen.
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Leerseite

Claims (19)

  1. ] (d) Mittel (30,50) zur Erzeugung eines Referenzsignals, welches mittlere Arbeitsbedingungen des Neutronengeneratorrohrs (41) vorgibt und
    ς (e) Mittel (44) zum Vergleichen des zweiten
    Signals und des Referenzsignals zur Erzeugung eines Ergänzerstrom-Regelabweichungssignals (VG) und
    (f) Mittel (45), die auf das Ergänzerstrom-Regelabweichungssignal (Vp) ansprechen, zur Steuerung der Stärke des Ergänzerstroms (In), so daß die mittleren Arbeitsbedingungen des Neutronengeneratorrohrs (41) geregelt werden.
  2. 2. Bohrlochvermessungssystem .nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (30,50) zum Zuführen digitaler Werte von Ionenquellenspannungen als Funktion der Zeit, zur Umsetzung dieser digitalen Werte in analoge Spannungen und zum Zuführen dieser Spannungen zu der Ionenquelle des Neutronengeneratorrohrs (41).
  3. 3. Bohrlochvermessungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30) zum Zuführen digitaler Werte auf die Zählraten eines Strahlungsdetektors (24,25) in der Nähe des Neutronengeneratorrohrs (41) ansprechen.
  4. 4. Bohrlochvermessungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsdetektor auf Gammastrahlung anspricht.
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    ORIGINAL INSPECTED
    Patentansprüche
    1. Bohrlochvermessungssystem mit einem luftdichten Neutronengeneratorrohr, das eine Fangelektrode aufweist, einer Ionenquelle und einem Ergänzer-Druckregler, zur Regelung des Gasdrucks in dem Rohr durch Abgabe oder Absorption von Gasmolekülen in Abhängigkeit von einem Heizstrom (Ergänzerstrom),
    gekennzeichnet, durch
    20
    (a) Mittel (A,R..) zur überwachung des mittleren Stroms des Fangelektrodenbündels des Neutronengenerators (41) und zur Erzeugung eines diesen Strom darstellenden Signals (vB) ,
    (b) Mittel (42) zum Zuführen eines Ergänzerstroms
    (In) zu dem Neutronengeneratorrohr (41),
    (c) Mittel (47) zur Überwachung des Ergänzerstroms (I) und zur Erzeugung eines zweiten Signals nach Maßgabe des Ergänzerstroms (ID) und des Signals (Vn), das den Strom des Fang-
    elektrodenbündels darstellt, 35
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  5. 5. Bohrlochvermessungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zuführen digitaler Werte von einem programmierbaren Allzweck-Digitalrechner (30) gebildet sind.
  6. 6. Bohrlochvermessungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30) zum Zuführen eines Referenzsignals zur Erzeugung des digitalen Referenzsignals eingerichtet sind.
  7. 7. Bohrlochvermessungssystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Mittel (50) zur Umwandlung des digitalen Referenzsignals in ein analoges Spannungssignal.
  8. 8. Bohrlochvermessungssystem mit einem luftdichten Neutronengeneratorrohr, das eine Fangelektrode aufweist, einer Ionenquelle und einem Ergänzer-Druckregler, zur Regelung des Gasdrucks in dem Rohr durch Abgabe oder Absorption von Gasmolekühlen in Abhängigkeit von einem Heizstrom (Ergänzerstrom),
    gekennzeichnet durch
    (a) einen Strahlungsdetektor (24,25), der im Abstand von dem Neutronengeneratorroh angeordnet und zur Erzeugung von Strahlungssignalen nach Maßgabe der Strahlungseigenschaften der
    Materialien in der Nähe des Bohrlochvermessungssystems eingerichtet ist,
    Q3006A/0608
    (b) Mittel zur Überwachung des mittleren Stroms des Fangelektrodenbündels des Neutronengeneratorrohrs (41) und zur Erzeugung eines diesen Strom darstellenden Signals (V_), und
    (c) digitale Steuermittel (3O), die auf dieses den Strom des Fangelektrodenbündels darstellende Signal (V ) ansprechen, zur Steuerung der mittleren Neutronenabgabe (N ) des
    avg
    Generatorrohrs (41).
  9. 9. Bohrlochvermessungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Steuermittel
    (30) Mittel enthalten, welche auf die Strahlungssignale ansprechen, zur Erzeugung von Steuersignalen für die Ionenquelle des NeutronengeneratorrGhrs (41) als Funktion der Zeit, um so die dynamische Neutronenabgabe der Neutronengeneratorröhre zu steuern.
  10. 10. Bohrlochvermessungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die .Mittel (30) zur Erzeugung von Steuersignalen für die Ionenquelle zur Erzeugung digitaler Ionenquel]en-Steuersignale als Funktion der Zeit eingerichtet sind.
  11. 11. Bchrlocbverrnessungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,, daß die Mittel zur Erzeugung der digitalen lonenquellen-Steuersignale von einem r^r^rammi erbs?:-en Ά1 izv/eck-Digitalrechner gebildet r-l'vl-
    030064/0608
  12. 12. Bohrlochvermessungssystem nach einem der Ansprüche bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Steuermittel (30) Mittel enthalten, zur Erzeugung eines digitalen Referenzsignals als Funktion der Zeit und Mittel (44) zum Vergleichen des den Strom des Fangelektrodenbündels darstellenden Signals (ν_) und des Referenzsignals zur Erzeugung eines Regelabweichungssignals (Vp).
  13. 13. Bohrlochvermessungssystem nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Mittel (45) welche auf das Regelabweichungssignal (V„) ansprechen, zur Steuerung der Stromstärke (I) durch den Ergänzer des Neutronengeneratorrohrs (41), wodurch die mittlere Neutronenabgabe des Neutronengeneratorrohrs gesteuert wird,
  14. 14. Bohrlochvermessungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die stromstärkeregelnden Mittel (45) in Reihe mit dem Ergänzer des Neutronengeneratorrohrs (41) liegen.
  15. 15. Bohrlochvermessungsgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß durch die stromstärkeregelnden Mittel (45) der Strom durch den Ergänzer vollständig abschaltbar ist, wodurch das Neutronengener atorrohr (41) praktisch abgeschaltet wird.
  16. 16. Bohrlochvermessungssystem mit einem luftdichten Neutronengeneratorrohr, das eine Fangelektrode aufweist, einer Ionenquelle und einem Ergänzer-Druckregler, zur Regelung des Gasdrucks in dem Rohr durch Abgabe oder Absorption von Gasmolekülen in Abhängigkeit von einem Heizstrom (Ergänzerstrom),
    030064/0608
    gekennzeichnet durch
    (a) einen Strahlungsdetektor (24,25) im Abstand von dem Neutronengeneratorrohr (41) und
    (b) digitale Steuermittel (30) die zur Überwachung des Ausgangs des Neutronengeneratorrohrs (41) und dazu eingerichtet sind, diesen Ausgang auf einem vorgegebenen Wert zu
    ]0 halten.
  17. 17. Bohrlochvermessungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Steuermittel
    (30) auch Mittel enthalten, die auf die Ausgangssignale des Strahlungsdetektors (24,25) ansprechen, zur Steuerung des dynamischen Ausgangs des Neutronengeneratorrohrs (41).
  18. 18. Bohrlochvermessungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Steuermittel von einem programmierbaren Allzweck-Digitalrechner (30) gebildet werden.
  19. 19. Bohrlochvermessungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalrechner (30) so programmiert ist, daß er gleichzeitig die dynamischen Änderungen der Intensität des Neutronengeneratorrohrs (41) regelt, während er die mittlere Neutronenabgabe (N ) desselben
    avg
    auf einem annähernd konstanten Wert hält.
    030084/0608
DE19803020786 1979-06-29 1980-05-31 Bohrlochvermessungssystem mit neutronengeneratorrohr Withdrawn DE3020786A1 (de)

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NL8003644A (nl) 1980-12-31
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