DE3107329A1 - "verfahren zum bestimmen des salzgehaltes von wasser in oder hinter einer bohrloch-verrohrung" - Google Patents

"verfahren zum bestimmen des salzgehaltes von wasser in oder hinter einer bohrloch-verrohrung"

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Description

Müller, Schupfner & Gauger Karlstraße Patentanwälte 2110 Buchholz /
*· 24. Februar 1981
T-002 81 DE S/KB D 76,210-F (JHP)
TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION
2000 WESTCHESiER AVENUE WHIlE PLAINS, N. Y. 10650 U. S. A.
Verfahren zum Bestimmen des Salzgehaltes von Wasser in oder hinter einer Bohrloch-Verrohrung
1 30052/06^8
/ Texaco Development Corp. " Γ " T-002 81 DE
S- D 76,21O-F 13HP)
Verfahren zum Bestimmen des Salzgehalts von Wasser in oder hinter einer Bohrloch-Verrohrung
Die Erfindung bezieht sich auf ein kerntechnisches Bohrlochmeßverfahren zur Bestimmung des Salzgehalts von Wasser, das entweder in oder hinter der Verrohrung eines Bohrlochs strömt.
In den US-PS'en A- 032 778, A- 032 779 und A- 032 780 sind Verfahren zum Bestimmen von strömendem Wasser in oder hinter Bohrloch-Verrohrungen angegeben. Dabei wird das strömende Wasser mit IA- MeV-Neutronen bestrahlt, die in einem in einer Bohrlochsonde befindlichen Beschleuniger erzeugt werden. Das durch die 0 (n,p)N -Reaktion im Wasser induzierte radioaktive Isotop N wird hinsichtlich seiner Energie und Intensität von zwei in der Bohrlochsonde befindlichen Detektoren erfaßt, so daß die Richtung, die lineare Strömungsgeschwindigkeit, der Durchsatz und die Radiallage des Zentrums des strömenden Wassers erfaßt werden können.
Wenn hinter der Verrohrung in der Umgebung des Bohrlochs Wasser in Form von Kanälen strömt, ist es von Interesse, sowohl die Zone oder die Zonen zu bestimmen, aus denen das Wasser kommt, als auch die Zone oder Zonen zu bestimmen, in die das Wasser strömt. Wenn der Abstand des Zentrums des
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-y-C
Strömungskanals geringer als die maximale Untersuchungstiefe von der Sonde ist, die normalerweise etwa 20,32 cm beträgt, kann die Herkunftszone der Strömung lokalisiert werden, und der Verlauf der Strömung kann normalerweise verfolgt werden.
Die Aufgabe besteht in der Identifizierung der Herkunft des kanalisierten Wassers, wenn dessen Eintritts- oder Austrittspunkt außerhalb der maximalen Untersuchungstiefe liegt.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein neues und verbessertes Verfahren zur Bestimmung des Salzgehalts einer Flüssigkeit angegeben, die in oder hinter einer Ver- s rohrung eines Bohrlochs strömt, so daß dadurch die Herkunft des Wassers bestimmt werden kann. Ein Bohrlochgerät, das eine Quelle für energiereiche Neutronen und wenigstens einen Gammastrahlungsdetektor aufweist, der von der Neutronenquelle in Längsrichtung beabstandet ist, wird in einer Sonde angeordnet, die im Bohrloch zu interessierenden Formationen abgesenkt wird, die
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Λ Jt, ♦
■r-r-
in bezug auf eine strömende Flüssigkeit zu messen und zu prüfen sind. Die Sonde ist so ausgebildet, daß das Wasser zuerst an der Quelle energiereicher Neutronen und dann an dem (oder den) Gammastrahlungsdetektor(en) vorbeiströmt (vgl. die vorgenannten US-PS'en). Die Neutronenquelle bestrahlt die Bohrlochumgebung mit energiereichen Neutronen, so daß die nuklearen Aktivierungsreaktionen 0 (n,p)N und Na23(n,*)F20 und Cl37 (η ,W)P3* stattfinden. Durch den Zerfall instabiler Isotopen aus diesen nuklearen Reaktionen erzeugte Gammastrahlung wird erfaßt, und auf der Grundlage der erfaßten Gammastrahlung werden dafür charakteristische Signale erzeugt. Dann wird aus den erfaßten Gammastrahlen ein Maß für die relative Gegenwart von Sauerstoff und entweder Natrium oder Chlor in der Flüssigkeit in der Umgebung des Detektors (oder der Detektoren) abgeleitet, und daraus wird der Salzgehalt des Wassers bestimmt, so daß die Herkunft des Wassers feststellbar ist.
1SÖÖS2/0&38
-χ-e.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematische Darstellungen von Vorrichtun- und 2 gen nach der Erfindung zur Erfassung des Salzgehalts von Wasser, wobei nur ein Gammastrahlungs-Detektor gezeigt ist; Fig. 3 eine Grafik typischer Gammastrahlungs-Zählungen als eine Funktion des Energiepegels gemäß der Erfindung; und
Fig. 4· grafische Darstellungen von Eichkonstanten, und 5 die empirisch bestimmt sind und bei der
Durchführung der Erfindung genutzt werden.
Nach Fig. 1 strömt Wasser mit einem Salzgehalt W. aus einer Lagerstätte oder Zone A längs einer Verwerfungsspalte 10 aufwärts. In der Nähe einer ein Bohrloch I^ umgebenden Verrohrung 12 bildet das Wasser Kanäle und strömt in diesen hinter der Verrohrung 12 und dem Zement 16 aufwärts und tritt in eine Zone C (vgl. Pfeile) ein. Die Zone A, aus der der Wasserstrom stammt, sowie die Zone B, die Wasser mit einem Salzgehalt WQ aufweist, liegen außerhalb der maximalen Untersuchungstiefe, wie durch eine Strichlinie 18 angegeben ist, wenn die Strömungsmeßverfahren nach dem Stand der Technik angewandt werden. Es gibt also keine Mög-
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lichkeit, die bekannten Verfahren dahingehend anzuwenden, daß festgestellt wird, ob das kanalisierende Wasser aus der Zone A oder der Zone B stammt. Wie bereits erwähnt, gibt es Situationen, in denen diese Information für den Lagerstätteningenieur von Interesse sein kann.
Fig. 2 zeigt eine weitere auftretende Möglichkeit. Ein von einer Verrohrung 22 und Zement 24· umgebenes Bohrloch 20 ist im Bereich der Zonen A1 und B1 stark ausgewaschen. Wie durch Pfeile angedeutet ist, strömt Wasser aus der Zone A1 in die Zone C. Dabei liegt jedoch die Eintrittsstelle des Wassers aus der Zone A1 wiederum außerhalb der maximalen Untersuchungstiefe, so daß die vorstehend erläuterten bekannten Meßverfahren die Zone A1 als die Ursprungszone des Wassers nicht identifizieren können.
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch eine Salzgehalt-Meßvorrichtung für Wasser, das in oder hinter der Verrohrung 12 bzw. 22 strömt. Eine Bohrlochsonde 26 ist an einem Bohrlochmeßkabel 28 in dem Bohrloch 14- bzw. 20 aufgehängt und mit Bohrlochflüssigkeit gefüllt und von Erdformationen umgeben, die entweder die Wasserströmungszonen A, B, C nach Fig. 1 oder die Wasserströmungszonen A1, B1 und C1 nach Fig. 2 umfassen.
Das Bohrlochmeßkabel 28 ist über eine Seilscheibe 30 geführt, die mechanisch oder elektrisch mit einer Aufzeichnungseinheit 34· gekoppelt ist (vgl. Strichlinie 32), so daß
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-/-/Ιο. 3107323
Meßwerte, die aus Signalen ableitbar sind, die über das Kabel 28 von der Bohrlochsonde 26 empfangen werden, als eine Funktion der Tiefe im Bohrloch 14· oder 20 aufgezeichnet werden können. Die empfangenen Signale werden in der . Sonde 26 in noch zu erläuternder Weise gebildet und durchlaufen einen herkömmlichen Pufferverstärker 36 sowie einen Verstärkungsstabilisator 38 und gelangen zu einem Impulshöhenanalysator 40. Dieser kann entweder ein Mehrkanalanalysator sein oder aus einer Mehrzahl von Einkanalanalysatoren bestehen und ist in geeigneter Weise vorgespannt, um Impulse zu empfangen und zu zählen, die in bestimmten vorgewählten Energiefenstern empfangen wurden, wie noch erläutert wird.
Die Impulszählwerte vom Analysator.40 werden einem Digitalrechner 42, z. B. einem PDP-11-Rechner, zugeführt, der Meßgrößen der relativen Gegenwart bestimmter chemischer Elemente in der Umgebung der Sonde 26 ableitet, woraus wiederum ein Maß oder eine Anzeige des Salzgehalts des Wassers erhalten wird, das hinter der Verrohrung 12 oder 20 strömt, so daß die Formation, aus der dieses Wasser stammt, bestimmbar ist.
In der Bohrlochsonde 26 ist eine Neutronenquelle 44 vorgesehen, die eine kontinuierliche chemische oder Beschleunigungs-Neutronenquelle sein kann, die energiereiche Neutronen mit einem Energiepegel von wenigstens einigen zehn MeV odermehr erzeugt. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse sollte
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die Neutronenquelle 44 eine gepulste Beschleunigungs-Neutronenquelle sein, die im wesentlichen 14 MeV-Neutronen von gleichem Energieniveau erzeugt (vgl. z. B. die eingangs erwähnten US-Patentschriften).
In einem geeigneten Abstand von der Neutronenquelle 44 ist ein Gammastrahlungs-Szintillationsdetektor 46 angeordnet. Er umfaßt einen (thalliumaktivierten) Natriumjodidkristall oder einen (thalliumaktivierten) Zäsiumjodidkristall geeigneter Größe und Form. Der Szintillationskristall des Detektors 46 ist über eine Fotovervielfacherröhre 48 optisch gekoppelt, der die Funktion hat, Szintillationen oder Lichtblitze zu zählen, die in dem Kristall infolge des Auftreffens energiereicher Gammastrahlen aus in der Umgebung der Sonde 26 befindlichen radioaktiven Materialien auftreten.
Wie bekannt, ist die Höhe der von der Fotovervielfacherröhre 48 erzeugten Spannungsimpulse der Energie der auf den Kristall des Detektors 46 auftreffenden Gammastrahlen proportional. Damit bildet der Detektor 46 eine Folge von Impulsen, deren Höhe der Energie der auftreffenden Gammastrahlen proportional ist; diese Impulsfolge wird dann durch geeignete herkömmliche Verstärker- und Elektronikeinheiten mit dem an der Erdoberfläche befindlichen Impulshöhenanalysator 40 über einen Impulsleiter des Bohrlochmeßkabels 28 gekoppelt. Geeignete Energieversorgungen sind an der Erdoberfläche vorgesehen (nicht gezeigt) und mit der
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Bohrloch-Elektronik über weitere Leiter des Kabels 28 zur Erzeugung von Betriebsenergie verbunden.
Die besten Ergebnisse werden erzielt, indem die Neutronenquelle 44· gepulst und der Detektor k6 ca. 3 ms nach Beendigung des Neutronenimpulses in Durchlaßrichtung eingeschaltet wird (allerdings ist dies nicht unbedingt erforderlich), Diese Impuls-Verzögerung-Erfassungs-Folge ermöglicht ein Abklingen störender thermischer Einfang-Gammastrahlung auf einen vernachlässigbaren Pegel, bevor die erwünschten langer lebigen Gammastrahlungen aus den Aktivierungsreaktionen erfaßt werden (vgl. z. B. die bereits genannten US-Patentschriften).
Der Zwischenraum zwischen der Neutronenquelle 44 und dem Detektor 4-6 in der Bohrlochsonde 18 ist mit einem Abschirmmaterial 52 abgeschirmt, das sich dazu eignet, eine direkte Bestrahlung des Detektorkristalls 4-6 mit Neutronen aus der Neutronenquelle 4-4- zu blockieren. Zu diesem Zweck eignen sich Abschirmmaterialien mit hohem Wasserstoffgehalt, z. B. Paraffin oder andere polymolekulare Kohlenwasserstoff strukturen. Ferner können in dem wasserstoffhaltigen Abschirmmaterial Absorptionsschichten, die in hohem Maß thermische Neutronen absorbieren, z. B. Cadmium, angeordnet sein und einen Teil der Abschirmung 52 bilden.
130062/063«
Bei der Bohrlochmessung wird die Sonde 26 durch das Bohrloch bewegt und innerhalb der Zone positioniert, in der die Flüssigkeit unmittelbar hinter oder in der Bohrloch-Verrohrung strömt. Es sei angenommen, daß Salzwasser hinter der Verrohrung aufwärts strömt. Im Fall einer aufwärts gerichteten Strömung ist die Sonde so ausgebildet, daß die Neutronenquelle 4Λ unter dem Gammastrahlungsdetektor 4-6 liegt (vgl. z. B. die vorgenannten US-Patentschriften).
Wenn das Salzwasser an der Neutronenquelle 4-4- vorbeiströmt, werden die radioaktiven Isotopen N , F und P im Wasser durch die schnellen Neutronenaktivierungs-Reaktionen 016(n, p)N16, Na23(n, <X )F20 bzw. Cl37 (n , «.) Ρ3*1" induziert. N , F und P klingen durch die Emission von Gammastrahlung charakteristischer Energie mit Halbwertszeiten von 7,36 s, 10,7 s bzw. 12,4 s ab. Wenn die Strömung nicht extrem langsam ist, verbleiben meßbare Pegel von N , F
34·
und P im Wasser, während es aus der Nachbarschaft der Neutronenquelle 4-4 in die Nachbarschaft des Detektors 4-6 strömt.
Der Detektor 4-6 erfaßt die induzierte Aktivierungsstrahlung der vorgenannten Arten, und die Fotovervielfacherröhre 48 bildet aufgrund der Erfassung von Gammastrahlung elektrische Signale. Die Signale von der Bohrloch-Fotovervielfacherröhre 48 werden über das Meßkabel 20 zur Erdoberfläche übertragen
und dem Impulshöhenanalysator A-O zugeführt. In diesem ist das Fenster 52 (vgl. Fig. 3) so eingestellt, daß es zwischen ca. A-,9 und ca. 6,5 MeV liegt. Wenn eine Strömungsmessung gemäß den eingangs genannten US-Patentschriften erwünscht ist, werden auch Fenster 5A- und 56 für die Reaktion des Detektors A-6 eingestellt, und das Fenster 56 wird für die Reaktion eines zweiten Gammastrahlungsdetektors (nicht gezeigt) entsprechend den genannten US-Patentschriften eingestellt .
Ferner wird ein geeignetes Energiefenster für die Reaktion des Detektors A-6 zur Erfassung von Gammastrahlung durch Aktivierung entweder von Natrium oder von Chlor eingestellt.
Z. B. wird ein geeignetes Energiefenster 58 zwischen l,A-5
20 und 1,80 MeV für die Erfassung eines F -Peaks bei ca.
1,63 MeV eingestellt. Alternativ wird ein Fenster 60 zwischen 1,80 und 2,2 MeV eingestellt, so daß der P3^-Peak bei ca. 2,13 MeV aus noch zu erläuternden Gründen im Impulshöhenanalysator A-O gezählt werden kann.
Der Rechner A-2 empfängt Zählratensignale vom Impulshöhenanalysator A-O und verarbeitet diese in noch zu erläuternder Weise, um den Salzgehalt des strömenden Wassers und damit die Zone oder Formation zu bestimmen, aus der dieses Wasser stammt.
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Eine Korrektur der Zählraten in bezug auf den Hintergrund in den energiereichen Fenstern 52, 54 und 56 erfolgt entsprechend den genannten US-Patentschriften. Dabei werden die Hintergrund-Zählraten in den jeweiligen Fenstern gemessen, wobei entweder die Sonde 26 so orientiert ist, daß das Wasser zuerst am Detektor 46 und dann an der Neutronenquelle 44 vorbeiströmt, oder alternativ die Messung in einer Formation erfolgt, die der interessierenden Zone ähnlich ist, jedoch keine hinter der Verrohrung auftretende Strömung aufweist.
Nachstehend wird die Korrektur der Zählrate in dem energiearmen "Natrium"-Fenster 58 erläutert.
Bestimmung des Wasser-Salzgehalts
C-, und C- sind als Zählraten definiert, die im Detektor 46 im Energiefenster 52 zwischen 4,9 und 6,5 MeV und im Energiefenster 58 zwischen 1,45 und 1,80 MeV aufgezeichnet sind, Nach Hintergrundkorrektur können C, und C- wie folgt geschrieben werden:
f1VKo(R)4-sinh (λ^/Σν) -sinh (A1b/2v)e"AlS/v (1)
f2VKNa(R)4-sinh (A2a/2v) · sinh U2b/2v)e"* 2S/v (2)
it
wobei die unteren Indizes 1 und 2 sich auf die O (n,p)N -
23 20
Reaktion bzw. die Na (n, )F -Reaktion beziehen, und
mit V = Volumenstrom von Wasser (in 16,38 cm /s),
λ = Abklingkonstante des i-ten Aktivierungsprodukts (s~ ),
a = wirksame Bestrahlungslänge der Wasserströmung (jeweils 2,54· cm),
b = wirksame Erfassungslänge der Wasserströmung (jeweils 2,54 cm),
ν = lineare Geschwindigkeit der Wasserströmung (in 2,54 cm/s),
S = kleinster Abstand zwischen Detektor und Quelle (in Einheiten von 2,54 cm), und
K (R), Kkl (R) = Konstanten, die vom Abstand R zwischen der ο ν a
Mitte der Sonde und der Mitte der Strömung
bzw. von der durch die 0 (n,p)N - und
23 20
die Na (n,v)F -Reaktionen erzeugte
Gammastrahlungsenergie abhängen.
(3)
f2 = Nope"2ai&nG2W/1000 M 1A^ (4)
mit N = Avogradosche Konstante,
P = Dichte des Wassers,
M = relative Molekülmasse von Wasser,
130052/0638
Μ· = relative Molekülmasse von NaCl
Φη = Neutronenaustrittsleistung der Quelle
(Neutronen/cm /s),
G. = eine geometrische und Wirkungsgrad-Konstante des Detektors für Strahlung aus dem i-ten Aktivierungsprodukt, und
W = Salzgehalt des Wassers in ppm NaCl.
Die Terme K (R) und K„ (R) können wie folgt geschrieben werden:
K0(R) = K1(R)K0^2(R) (5)
KNa(R) = K1(R)Kn^2(R) (6)
mit K,(R) = eine Funktion in Abhängigkeit von R
(vgl. die US-PS 4 032 780), dem Abstand zwischen der Quelle und dem aktivierten Element des Wassers, und K0 (R),K, .. (R)= Konstanten, die abhängen von der Ent-
fernung R zwischen dem aktivierten Element des Wassers und dem Detektor bzw.
von der Energie der durch die 0 (n,p)-
?3
und Na" (n ,ot)-Reaktionen erzeugten
Gammastrahlung.
Wenn man die Gleichung (2) durch die Gleichung (1) dividiert, die Gleichungen (3) bis (6) substituiert und nach dem Salzgehalt W auflöst, so ergibt sich:
■r-
ν) G1 K- (R) C1
" sinhU?a/2v)sinhU:)b/2v) G- K- (R) C,
e-XlS/v
Die Klammerausdrücke auf der rechten Seite von Gleichung (7) sind bekannt. Die Terme S, a und b sind entweder bekannt oder während der Eichung festgelegt. R und ν werden gemäß den Angaben in den US-PS'en 4 032 778 und 4 032 780 gemessen. C, und C--werden vom Impulshöhenanalysator A-O gemessen. Die Gleichung (7) kann daher im Rechner 42 für W, den Salzgehalt des Wassers, gelöst werden, nachdem G1ZG- und K9 (R)/K~ .. (R) berechnet oder durch einen Eichvorgang gemessen wurden.
Physikalisch ist G,/G- das Wirkungsgradverhältnis des Gammastrahlungsdetektors für 6,13 MeV-Strahlung im Vergleich mit 1,63 MeV-Strahlung. Wirkungsgradkurven für Gammastrahlungs-Szintillationsdetektoren sind aus der Literatur verfügbar, vgl. z. B. "Calculated Efficiencies of Cylindrical Radiation Detectors", S.H. Vegors, L.L. Marsden und R.L. Heath, 1. Sept. 1958, O.T.S., U.S. Department of Commerce, Washington, D.C. (Nr. DIO 16370).
Das Verhältnis K, (R)/K_ >. (R) ist eine Funktion der relativen Schwächung von 6,13 MeV- zu 1,63 MeV-Gammastrahlung, während sich die Strahlung aus dem bestrahlten Wasser durch das dazwischenliegende Material (Formation, Zementringkörper, Bohrungs-Verrohrung, Bohrungsflüssigkeit und Sondengehäuse)
130052/0631
3107328
mittlerer Raummasse p. zum Detektor fortpflanzt. Das Verhältnis hat die allgemeine Form
K2,0(R)/K2>Na(R> - e·2·5^1/1!·^ (8)
mit Li, und u- = bekannte Schwächungskoeffizienten für
6,13 MeV- bzw. 1,63 MeV-Strahlung in cm /g,
P. = mittlere Raummasse in g/cm , und R = in Einheiten von jeweils 2,54 cm.
In Fig. 4 ist das Verhältnis als eine Funktion von R aufgetragen, wobei u, = 0,0270 g/cm und u» = 0,0509 g/cm für p. = 2,6 bzw. 2,7 bzw. 2,8. p. ist zwar normalerweise nicht genau bekannt, der zusammengesetzte Wert für die meisten Lagerstätten- und Bohrloch-Bedingungen schwankt aber zwischen 2,6 und 2,8 g/cm . Es ist ersichtlich, daß Ungenauigkeiten in p. von ±0,1 g/cm keinen übermäßig großen Fehler in das Verhältnis einführen, insbesondere wenn R 4 6 · 2,54 (= 15,24 cm). Da R gemessen wird, u, und Li2 bekannt sind und p. aus bekannten Bohrungsbedingungen und einer Formationsdichtemessung geschätzt oder erhalten werden kann, kann aus der Gleichung (8) ein Näherungswert für K2 0(R)/K2 Na(R) erhalten werden. Das Produkt der Verhältnisse (G1ZG2) £Κ2 o(R)/K2 Na(R)} als eine Funktion von R kann ebenfalls gemessen werden, indem eine Eichvorrichtung der Art verwendet wird, bei der die Sonde 26 in einen Frischwasserbehälter gehängt wird. Wasser mit bekanntem Salzgehalt W
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wird durch ein Rohr gepumpt, dessen Mitte in einem Abstand R (in Einheiten von jeweils 2,54· cm) von der Mitte der Sonde positioniert ist. Material mit bekannter Raummasse P wird zwischen dem Rohr und dem Detektor 4-6 angeordnet. Die lineare Strömungsgeschwindigkeit ν durch das Rohr ist bekannt und steuerbar. Dann werden die Zählraten C, und C- ·
*
gemessen. Dann kann die Gleichung (7) für (G1G2)[K2 o(R)/K2 Na(R)l gelöst werden, da sämtliche anderen Größen entweder gemessen oder bekannt sind. Anschließend wird R und/oder ρ geändert, und das Verfahren wird wiederholt. Dies wird solange fortgesetzt, bis eine empirische Kurvenschar entsprechend Fig. 5 erhalten wird.
Wie bereits erwähnt, muß die im energiearmen "Natrium"-Fenster 60 aufgezeichnete Zählrate in bezug auf Hintergrund B korrigiert werden. Der Hintergrund B besteht aus der Summe der Hintergrundkomponenten B,, B- und B^.
B, besteht aus dem Hintergrund von natürlich auftretenden radioaktiven Elementen innerhalb der Formation sowie aus geringen Beiträgen von N , die aus einer Aktivierung von Sauerstoff in der Formationsmatrix herrühren. Die Hintergrund-Korrekturverfahren entsprechend den eingangs genannten US-PS'en eignen sich für die Messung der Größe von B,.
B- besteht aus abgebauter 6,13 MeV- und 7,12 MeV-Gammastrahlung von N , die im strömenden Wasser durch die
13Q052/063I
31Q7323
schnelle Neutronen-Aktivierungsreaktion 0 (n,p)N induziert wird. B- kann wie folgt geschrieben werden:
= Z(R) · C1 (9)
mit C, = die hintergrundkorrigierte Zählrate, die im
A-,9-6,5 MeV-Fenster aufgezeichnet ist, und Z(R) = eine Funktion der Form des N -Spektrums, das seinerseits eine Funktion von R, dem Abstand zwischen der Mitte der Sonde und der Mitte der Strömung, ist.
Z(R) wird während der Eichung der Sonde durch strömendes Frischwasser in der Eichvorrichtung gemessen, wobei die Sonde 26 in einem Wasserbehälter positioniert ist, der durch ein Material bekannter Dicke und Dichte von einem Rohr beabstandet ist, das Wasser mit bekanntem Durchsatz enthält. Da C, durch den Impulshöhenanalysator 4-0 gemessen wird, ist Z(R) eine gemessene Eichfunktion, und da R entsprechend der bereits genannten US-PS 4 032 778 gemessen wird, kann B? unter Anwendung der Gleichung (9) bestimmt werden.
B, besteht aus abgebauter 2,13 MeV-Gammastrahlung aus der
37 34
Cl (n,<x)P -Aktivierungsreaktion durch schnelle Neutronen. In Erdformationen ist der größte Teil des Chlors im Lagerstättenwasser in Form von NaCl enthalten. Der "Hintergrund" B3 aus der Cl37 (n,6t)P3i|'-Reaktion ändert sich mit dem Salz-
gehalt des strömenden Wassers. B3 kann daher eher als "Signal" anstatt als Hintergrund angesehen werden und braucht aus der Zählrate C-, die im "Natrium"-Fenster 60 aufgezeichnet wird, nicht beseitigt zu werden. Die primäre 2,13 MeV-Chlorstrahlung kann somit grundsätzlich statt der 1,63 MeV-Strahlung aus der im Fenster 58 erfaßten Natriumaktivierung genutzt werden, um den Salzgehalt des Wassers in der vorstehend erläuterten Weise zu bestimmen, wobei eine geeignete Justierung für verschiedene Eichkonstanten infolge der verschiedenen genutzten Zählfenster erforderlich ist. Die Intensität der 2,13 MeV-Strahlung ist jedoch geringer als diejenige der 1,63 MeV-Strahlung (vgl. Fig. 3).
Zusammenfassend ist zu sagen, daß die lineare Strömungsgeschwindigkeit ν und die Radiallage R der Mitte der Wasserströmung gemessen und bestimmt werden entsprechend den Verfahren nach den US-PS'en 4 032 778 und k 032 780. Die Eichkonstanten für das Verhältnis des Wirkungsgrads des Gammastrahlungsdetektors 46 für die 6,13 MeV-Gammastrahlung gegenüber der 1,63 MeV-Gammastrahlung sowie die Eichkonstante für die relative Schwächung der 6,13 MeV-Gammastrahlung gegenüber der 1,63 MeV-Gammastrahlung entsprechend Gleichung (7) können entweder aus Detektor-Wirkungsgradtabellen, aus Gammastrahlüngs-Schwächungskoeffizienten, bekannter oder geschätzter Formations-Raummasse und Gleichung (8) oder der empirischen Eichkurvenschar entsprechend Fig. 5 bestimmt werden.
Anschließend löst der Rechner 4-2 die Gleichung (7) für W, wobei der Salzgehalt des Wassers erhalten wird, das in oder hinter der Bohrungs-Verrohrung 12 (oder 20) strömt, und zwar auf der Grundlage der Meßgrößen C, und C-. Da der Salzgehalt des Wassers aus den verschiedenen Formationen entweder bekannt ist oder in anderen Förderbohrungen bestimmt werden kann, kann die Formation oder Zone, aus der dieses strömende Salzwasser stammt, identifiziert werden.
.iff.
Leerseite

Claims (7)

Texaco Development Corp. T-0U2 81 DE D 76,210-F ('JHP) 3107323 Patentansprüche
1./Verfahren zum Bestimmen des Salzgehalts von Wasser, das in oder hinter einer Bohrloch-Verrohrung strömt, zwecks Feststellung der Herkunft dieses Wassers, gekennzeichnet durch
a) Positionieren eines Bohrlochgeräts mit einer Quelle energiereicher Neutronen,
- von denen zumindest einige ausreichend energiereich sind, um die Kernreaktionen 0 (n,p)N und entweder Na23 (n,c*)F20 oder Cl37 (n ,«)P34 hervorzurufen,
und mit einem Gammastrahlungsdetektor, der von der Neutronenquelle in Längsrichtung beabstandet ist, in dem Bohrloch;
b) Bestrahlen der Bohrlochumgebung mit energiereichen Neutronen von der Neutronenquelle;
c) Erfassen von Gammastrahlen, die durch den Zerfall der instabilen Isotopen N und F oder P erzeugt werden, und Erzeugen von dafür charakteristischen Signalen;
d) Ableiten aus den erfaßten Gammastrahlen eines Maßes für die relative Gegenwart von Sauerstoff und Natrium oder Chlor in der Flüssigkeit in der Nähe des Detektors; und
e) Bestimmen des Salzgehalts der Flüssigkeit aus dem Maß für die relative Gegenwart von Sauerstoff und Natrium oder Chlor.
13ÖÖS2/0S38
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß in Schritt (c) Gammastrahlen im Gammastrahlenspektrum in einem vorbestimmten Energiebereich entsprechend dem Zerfall von N erfaßt werden.
3.. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- daß der vorbestimmte Energiebereich zwischen ca.
4,90 MeV und ca. 6,50 MeV liegt.
ή-. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß in Schritt (c) Gammastrahlen im Gammastrahlenspektrum
in einem vorbestimmten Energiebereich entsprechend dem
20
Zerfall von F erfaßt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
- daß der vorbestimmte Energiebereich zwischen ca. 1,4-5- MeV und ca. 1,80 MeV liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß in Schritt (c) Gammastrahlen im Gammastrahlenspektrum
in einem vorbestimmten Energiebereich entsprechend dem
faßt werden.
130052/0638
34-Zerfall von P erfaßt werden.
ι - m *
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
- daß der vorbestimmte Energiebereich zwischen ca. 1,8 MeV und ca. 2,5 MeV liegt.
130052/O638
DE19813107329 1980-03-03 1981-02-26 "verfahren zum bestimmen des salzgehaltes von wasser in oder hinter einer bohrloch-verrohrung" Withdrawn DE3107329A1 (de)

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