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Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Rekombinationszeit
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thermischer Neutronen mit Materialien in und im Bereich von Bohrlöchern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Rekombinationszeit thermischer
Neutronen mit Materialien in und im Bereich von Bohrlöchern bei welchem (a) in einem
Bohrloch ein diskreter Puls relativ kurzer Dauer von schnellen Neutronen erzeugt
wird, die durch Zusammenwirken mit Kernen von Materialien im Bohrloch und in den
umgebenden Erdformationen abgebremst und auf thermische Energie verlangsamt werden,
wodurch in dem Bohrloch und in den umgebenden Erdformationen eine Gesamtheit (Population)
von thermischen Neutronen erzeugt wird, (b) in dem Bohrloch Strahlungen erfaßt werden,
welche ein Maß für die Gesamtheit der thermischen Neutronen in dem Bohrloch und
den dieses umgebenden Erdformationen liefert, (c) in auf den Puls von schnellen
Neutronen folgenden Zeitintervallen Zählraten gemessen werden, die jeweils ein
Maß
für die dem betreffenden Zeitintervall bestehende Gesamtheit der thermischen Neutronen
liefern und (d) aus den in den Zeitintervallen gemessenen Zählraten ein Maß für
die Rekombinationszeit der thermischen Neutronen in den Erdformationen in der Nähe
des Bohrlochs gewonnen wird.
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Die beobachtete Rekombinationsrate einer Gesamtheit thermischer Neutronen,
die durch einen Puls hochenergetischer Neutronen in der Umgebung eines Bohrlochs
erzeugt wird, kann unter Berücksichtigung der jeweiligen Bohrloch- und Formationsverhältnisse
durch eine Summe von Exponentialausdrücken, die sich auf die Formation und das Bohrloch
beziehen, und durch einen zusätzlichen Untergrundausdruck angenähert werden. Unter
typischen Feldbedingungen klingt die Bohrlochkomponente der Lebensdauer oder Rekombinationszeit
thermischer Neutronen schneller ab als die Formationskomponente der Lebensdauer
thermischer Neutronen.
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Der vorrangig interessierende Parameter istz die mittlere Lebensdauer
thermischer Neutronen in der Formation. Ein weiterer interessanter Parameter ist
XB t die mittlere Lebensdauer thermischer Neutronen im Bohrloch. Die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung besteht darin, Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, mittels
derer diese interessierenden Parameter gleichzeitig bestimmt werden können.
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Die Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung verwenden
eine gepulste Quelle schneller Neutronen. Durch Wechselwirkung mit den Kernen der
Elemente im Bohrloch, in den das Bohrloch umgebenden Erdformationen und in den in
den Porenräumen solcher Formationen enthaltenen Flüssigkeiten werden die schnellen
Neutronen rasch auf thermische Energie verlangsamt (abgebremst). Die Lebensdauer
oder Rekombinationszeit thermischer Neutronen der Erdformation wird weitgehend vom
Salz- oder Chlorgehalt der Erdformation bestimmt. Die wasserstoffhaltige
Materie
in den Porenvolumen und im Bohrloch schwächt den von einer gepulsten Quelle schneller
Neutronen ausgehenden Neutronenstrom schnell ab. Die auf thermische Energie abgebremsten
schnellen Neutronen werden als thermisch bezeichnet und können dann von den Kernen
der Elemente in der Formationsstruktur, der Flüssigkeiten in der Formationsstruktur
und der Materialien im Bohrloch wie der der Bohrlochflüssigkeit, der Vermessungsgeräte
oder möglicherweise der Bohrlochverrohrung eingefangen werden. Das Element Chlor,
das in stark salzhaltigen Bohrlochflüssigkeiten und in Erdformationsflüssigkeiten
in den Porenvolumen von Erdformationen in der Umgebung von einem Bohrloch mit hohem
Salzgehalt (Natriumchlorid) vorkommt, hat einen sehr hohen Einfangsquerschnitt für
thermische Neutronen. Auf diese Weise kann die Messung der Rekombinationszeit oder
Lebensdauer thermischer Neutronen in Erdformationen in der Umgebung eines Bohrlochs
die Menge salzhaltiger Flüssigkeiten in den Poren räumen der Formation anzeigen.
In Verbindung mit Messungen des Salzgehaltes des Formationswassers, der Porosität
und des Schiefercharakters einer Formation ergibt sich eine Kombination, mit deren
Hilfe ölgefüllte von salzwassergefüllten Porenräume in der Umgebung eines Bohrlochs
unterschieden werden können.
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Verfügbar sind zur Zeit zwei Möglichkeiten zur Messung der Lebensdauer
oder Rekombinationszeit thermischer Neutronen in der Umgebung eines Bohrlochs. Beide
beruhen auf der Annahme, daß die Materialien im Bohrloch einen signifikant höheren
Einfangquerschnitt für thermische Neutronen haben als die sie umgebenden Erdformationen.
Unter dieser Annahme kann ein Neutronenpuls von einem im Bohrloch- befindlichen
Bohrlochvermessungsgerät ausgesandt werden und die Bohrlochkomponente nach einem
hinreichenden Zeitraum für den Einfang im wesentlichen aller thermischen Neutronen
im Bohrloch durch die darin befindlichen Kerne mit hohem Einfangquerschnitt unbeachtet
bleiben. Danach kann die Rekombinationszeit der Gesamtheit der thermischen Neutronen
in den Erdformationen gemessen werden.
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Solche handelsüblichen Meßgeräte zur Messung der Lebensdauer (oder
Rekombinationszeit) thermischer Neutronen sind nachweislich
besonders
wertvoll für die Auswertung des Förderpotentials von Erdformationen in der Umgebung
verrohrter Bohrlöcher. Beide zur Zeit verfügbaren Methoden verwenden ein das Bohrloch
durchsetzendes Bohrlochvermessungsgerät mit einer gepulsten Quelle hochenergetischer
(14 MeV) Neutronen, die gewöhnlich in einer Deuterium-Tritium-Beschleunigerröhre
erzeugt werden.
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Die erste handelsübliche Methode arbeitet mit feststehenden Zeitintervallen
("fixed-gate"-Technik). Dabei wird die Neutronenquelle wiederholt gepulst und mit
jedem Neutronenpuls eine Wolke schneller Neutronen in allgemein kugelsymmetrischer
Verteilung um die Quelle herum in die umgebenden Erdformationen eingebracht. Von
dem Gerät im Bohrloch dringt die Neutronenwolke durch den Bohrschlamm, die Verrohrung
des Bohrlochs, den Zement zwischen Bohrlochverrohrung und die das Bohrloch umgebenden
Erdformationen in die Erdformationen. Dabei hat typischerweise jede solche Neutronenwolke
annähernd gleiche Intensität und eine Pulsdauer von 20 bis 50 ps. Die Anzahl der
thermischen Neutronen in der Wolke oder Gesamtzahl klingt dann durch den Ein fang
der thermischen Neutronen durch die Kerne in den Erdformationen und im Bohrloch
exponentiell ab.
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Nach einem dem Neutronenpuls zunächst folgenden Zeitraum (typischerweise
ca. 300-400 ps), in dem die entstehende Einfang-y-Strahlungsenergie im Bohrloch,
Bohrschlamm und in der Bohrlochverrohrung als verteilt und im wesentlichen vernichtet
angesehen werden kann, wird während zweier aufeinanderfolgender Zeitintervalle ("gates")
von festgelegter Dauer die Anzahl thermischer Neutronen in der Umgebung des Gerätes
gemessen.
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Diese zwei während der konstanten oder aufeinanderfolgenden Zeitintervalle
vorgenommenen Messungen können dann zur Bestimmung einer annähernd exponentiellen
ZerfaZi.skurve der Gesamtheit der thermischen Neutronen in der das Bohrloch umgebenden
Erdformation verwendet werden.
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Es wird vorausgesetzt, daß nach dem Neutronenpuls genügend Zeit zum
Einfang im wesentlichen aller thermischen Neutronen in der Umgebung des Bohrlochs
selbst durch die Kerne der Elemente im Bohrloch verstreicht. Dabei wird angenommen,
daß die Bohrloch-Komponente der Rekombinationszeit oder Lebensdauer thermischer
Neutronen allgemein kürzer ist als die Erdformationskomponente der Rekombinationszeit
oder Lebensdauer thermischer Neutronen.
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Dies ist gewöhnlich bei Bohrlochflüssigkeiten mit hohem Chlor-oder
Salzwassergehalt der Fall. In Luft, Gas, Süßwasser oder öl enthaltenden Bohrlöchern
ist diese Beziehung jedoch nicht immer gegeben.
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Die Gesamtheit thermischer Neutronen in der das Bohrloch umgebenden
Formation wird während der beiden festgelegten Zeitintervalle nach jedem Neutronenpuls
indirekt gemessen, indem die Einfang-T-Strahlung gemessen wird, die durch den Einfang
thermischer Neutronen durch die Kerne der die Erdformationen und die Flüssigkeiten
in den darin befindlichen Porenräumen bildenden Stoffe entstehen. Am häufigsten
beispielsweise in der "fixed gate"-Technik zur Messung der Zerfallzeit thermischer
Neutronen Zeitintervalle (gastes") von 400-600 ps und 700-900 ps nach dem Neutronenpuls
ausgewählt.
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Diese werden in typischen Erdformationen ohne Rücksicht auf den Salzgehalt
der Flüssigkeit im Bohrloch verwendet. Da diese festgelegten Zeitintervalle zur
allgemeinen Verwendung im Bohrloch ohne Rücksicht auf den Salzgehalt ausgewählt
sind, sind sie im Hinblick auf eine Maximierung der Zählrate nicht optimiert. Da
die Intervalle gegenüber dem Puls um eine relativ lange Zeit verzögert sind, ist
die Zählrate während der Intervalle niedriger als beim Optimum für mit salzhaltiger
Flüssigkeit gefüllte Bohrlöcher. Dies kann zu statistischen Unsicherheiten bei der
Bestimmung von 2 führen.
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Werden Einflüsse der Neutronendiffusion vernachlässigt, so kann die
Beziehung für den Zerfall einer Gesamtheit thermischer Neutronen in einem homogenen
Medium mit einem makroskopischen
Einfangquerschnitt # für thermische
Neutronen entsprechend Gleichung (1) ausgedrückt werden: -# (vt) N0 =N1 e (1) wobei
N1 die Anzahl thermischer Neutronen zu einem ersten Zeitpunkt t1 ist; N2ist die
Anzahl thermischer Neutronen zu einem späteren Zeitpunkt t2; e ist die Basis der
natürlichen Logarithmen; t ist die Zeit zwischen zwei Messungen (t2 - t1), und v
ist die Geschwindigkeit der thermischen Neutronen. Der makroskopische Einfangsquerschnitt
Z für thermische Neutronen eines Gesteins (der aus Gleichung (1) erhalten werden
kann) hängt von dessen Porosität, struktureller Zusammensetzung, Schiefercharakter,
dem Salzwassergehalt der Formation und der Menge und Art des in deren Porenräumen
enthaltenen öls ab. Auf diese Weise stellt diese Größe einen wertvollen physikalischen
Parameter oder eine Messgröße der Formation dar.
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Die zweite bekannte und zur Zeit verfügbare Methode zur Messung der
Zerfall zeit oder Lebensdauer thermischer Neutronen verwendet ein reziprokes Verhältnis
des makroskopischen Einfangquerschnitts # für thermische Neutronen, der in Ausdrücken
von; , der Zeitkonstante für die Absorption der thermischen Neutronen, bestimmt
ist. Eine der Gleichung (1) analoge Beziehung in Ausdrücken von; ist t/s N = N0
e (2) wobei r = 1/v #. In Gleichung (2) ist N die Dichte der thermischen Neutronen
zu jeder Zeit t, N0 ist die Dichte der thermischen Neutronen zu einer Aufangszeit
t0, e ist wieder die Basis der natürlichen Logarithmen, und; ist die Zeit für den
Zerfall der Gesamtheit der thermischen Neutronen auf 1/e ihres Wertes bei t 0 Bei
der Messung der Zerfallzeit ther-mischer Neutronen unter Verwendung der zweiten,
mit veränderlichen Zeitintervallen
arbeitenden bekannten Methode
("sliding gate"-Technik) sendet das Bohrlochvermessungsgerät einen Puls schneller
Neutronen in die Formation, dessen Dauer gesteuert und zu vorher gemessenen Werten
von der Erdformationen in Beziehung gesetzt wird. Der Neutronenpuls kann z.B. die
Dauer von einem haben. Zur Zählung der Einfang-γ-strahlung während zweier
aufeinanderfolgender Zeitintervalle nach der Erzeugung der Neutronenwolke in der
Umgebung des Bohrlochs und zur Bestimmung der exponentiellen Zerfallskurve werden
Gammastrahlungsdetektoren verwendet. Dabei werden jedoch die für die Messung der
Gesaminèlt der Gammastrahlen zur Bestimmung der exO>en~ie-en Zerfallskurve verwendeten
Zeitintervalle hinsichtlich der Dauer oder des Zeitpunkts des Beginns nach dem Neutronenpuls
nicht festgelegt. Der durch den vorhergehenden-Neutronenpulszyklus gemessene Wert
vont wird zur Festlegung der Dauer des Neutronenpulses bei der Erzeugung der schnellen
Neutronen ebenso wie zur Festlegung des Wartezeitraumes bis zum Beginn des ersten
Intervalls nach dem Puls, der Dauer des ersten Zeitintervalls, der Dauer des zweiten
Zeitintervalls und des Wartezeitraums zwischen dem Beginn des ersten und des zweiten
Zeitintervalls verwendet. Alle diese Zeiten werden auf ein vorbestimmtes Verhältnis
zu s eingestellt. Die Dauer des zweiten Meßintervalls kann beispielsweise 2t betragen.
Vor Beginn des ersten Zeitintervalls kann z.B. ein Wartezeitraum von 2s nach dem
Neutronenpuls verwendet werden. Das erste Zeitintervall kann die Dauer von ii haben.
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Bei beiden der oben beschrieben bekannten Vorrichtungen zur Messung
der Lebensdauer oder Zerfallzeit thermischer Neutronen sind die Neutronenquelle
und ein Detektor allein für die Messung wesentlich. Doch werden bei beiden verfügbaren
Methoden zwei im Abstand voneinander angeordnete Detektoren verwendet und die Messungen
der durch die thermischen Neutronen erzeugten Einfang r -strahlung an den Detektoren
zum Erzeugen von
Näherungswerten oder Messungen der Porosität der
Erdformationen in der Umgebung des Bohrlochs benutzt.
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Wie oben erörtert, arbeiten beide zur Zeit verfügbaren Methoden zur
Messung der Rekombinationszeit thermischer Neutronen unter der Annahme, daß die
Rekombinationszeit thermischer Neutronen im Bohrloch wesentlich kürzer ist als die
Rekombinationszeit in den Erdformationen in der Umgebung des Bohrlochs, die dadurch
voneinander unterschieden werden können, daß man die Bohrlochkomponente zeitlich
ausgeschlossen wird. Bei der sliding gate"-Technik kann ein Zeitintervall, das im
wesentlichen den beiden für diet - oder z -Messung verwendeten Zeitintervallen folgt,
zur Messung des Untergrunds von Gammastrahlung durch'den Einfang thermischer Neutronen
im Bohrloch und den umgebenden Erdformationen als Untergrund-Zeitintervall dienen.
Nach geeigneter Normierung werden diese Untergrund impulse im allgemeien von den
während der Meßintervalle in einer solchen Anlage erhaltenen Zählimpulsen subtrahiert,
um den Einfluß des natürlichen r -Strahlen-Untergrundes in der Umgebung des Bohrlochs
und jedes Untergrundes, der in den Gammastrahlndetektoren und in der Formation durch
die Neutronenquelle hervorgerufen wird, auszuschalten. Keine der beiden oben beschriebenen
handelsüblichen Bohrlochvermessungsanlagen benutzt jedoch die ganze aus den Gammastrahlenzählungen
nach jedem Neutronenpuls möglicherweise verfügbare Information. In beiden bekannten
Anlagen gehen die Zeitintervalle, während welcher die Detektoren keine Informationen
aufnehmen, verloren.
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Auf diese Weise nutzen die bekannten Anlagen die Neutronenabgabe des
Neutronengenerators nicht vollständig aus. In ähnlicher Weise setzen heide bekannten
Techniken voraus, daß die Lebensdauer oder Rekombinationszeit thermischer Neutronen
in der Formation von der Bohrlochkomponente durch das Arbeiten mit Zeitintervallen
im wesentlichen vollständig getrennt werden kann. Selbst unter idealten Bedingungen
ist diese Voraussetzung nicht vollständig gültig.
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Die oben erläuterten bekannten Methoden zur Bestimmung der Lebensdauer
oder Rekombinationszeit thermischer Neutronen können auf zwei Hauptprobleme stoßen:
1. unter bestimmten Formations- und Böhrlochbedingungen ist die Bohrlochkomponente
vor Beginn der Meßfolge von Detektorintervallen zur Bestimmung der Lebensdauer der
Neutronen nocht nicht auf ein vernachlässigbares Niveau abgefallen. Dies führt zu
einer fehlerhaften Messung von s F; und 2. die statistische Genauigkeit vonT F ist
manchmal recht gering, weil die Meßintervalle für die Zerfallzeit in verhältnismäßig
großen Zeitabständen nach dem Neutronenpuls liegen, um die Auswirkungen der Bohrlochkomponente
minimal zu halten.
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Ein drittes, bei bekannten Vermessungstechniken über die Bestimmung
der Neutronenlebensdauer auftretendes Problem ist zuerst von Mills u.a. (Nuclear
Science and Engineering, Bd. 21, S. 346-356 (1965), "Pulsed Neutron Experiments
in a Borehole Model") erörtert worden. Danach ist selbst, wenns F aus Zählraten
berechnet wird, die in für einen Zerfall der Bohrlochkomponente auf ein vernachlässigbares
Niveau hinreichenden Zeitabständen aufgezeichnet werden, der berechnete Wert von
F immer noch eine Funktion vonT B der Lebensdauer thermischer Neutronen im Bohrloch.
Dies kann darauf zurückgeführt werden, daß die thermischen Neutronen ständig aus
der Erdformation in das Bohrloch zurückdiffundieren, selbst nachdem die "ursprüngliche"
Gesamtheit thermischer Neutronen im Bohrloch durch Einfang auf ein niedriges Niveau
abgefallen ist. Somit gehen die beiden bekannten Methoden über den von diesem dritten
Problem verursachten Effekt vollständig hinweg.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs definierten Art so auszugestalten, (1) daß für die relativen Rekombinations-
oder Abklingzeiten der Neutronen im Bohrloch und in den das Bohrloch umgebenden
Erdformationen keine Annahmen gemacht zu werden brauchen, (2) die statische Genauigkeit
der gemessenen Rekombinationszeiten verbessert wird und (3) der Einfluß von aus
der Erdformation in das Bohrloch zurückdiffundierender Neutronen die Messung nicht
beeinflußt.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß (e) nach dem Puls von schnellen Neutronen wenigstens vier Teitintervalle festgelegt
werden, die (e1) sich nicht überlappen und (e2 sich im wesentlichen aneinander anschließen,
(f) wenigstens vier Zählratensignale erzeugt werden, die den Gesamtheiten (Populationen)
thermischer Neutronen in je einem der besagten Zeitintervalle entsprechen, und (g'
die wenigstens vier Zählratensignale nach einer vorgegebenen Beziehung so kombiniert
werden, daß gleichzeitig wenigstens zwei Meßsignale erzeugt werden, die (g1) der
Rekombinationszeit der Gesamtheit der thermischen Neutronen im Bohrlochmedium und
(g2)
der Rekombinationszeit der Gesamtheit der thermischen Neutronen im Medium der Erdformation
der Nähe des Bohrlochs entsprechen.
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Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche
2 bis 16.
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Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand von Patentanspruch
17.
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Ausgestaltungen der Anlage sind Gegenstand der Unteransprüche 18ff.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Bohrlochvermessungsgerät
durch das Bohrloch bewegt, das eine gepulste Quelle schneller Neutronen und zwei
Strahlungsdetektoren aufweist. Die Neutronenquelle erzeugt einen Puls schneller
Neutronen von annähernd konstanter Intensität für eine Dauer von 10 bis 30 ps. Diese
Neutronen treten in die Medien im Bohrloch und in den umgebenden Formationen ein
und ergeben durch das Abbremsen der schnellen Neutronen in den Stoffen der Erdformation
und des Bohrlochs eine Gesamtheit thermischer Neutronen. Nach einer sehr kurzen
Pause nach dem Neutronenpuls zum Abbremsen der schnellen Neutronen werden die Detektoren
eingeschaltet, und die Einfang- T -strahlung, die aus dem Einfang der thermischen
Neutronen im Bohrloch und in den Erdformationen in der Umgebung des Bohrlochs entsteht,
wird im wesentlichen ununterbrochen aufgezeichnet, bis der nächste Neutronenpuls
unmittelbar bevorsteht. Während mehrerer Zeitintervalle im Laufe dieser im wesentlichen
ununterbrochenen Zeit wird die Zählrate der Einfang Y - strahlung i.n sechs oder
mehr im wesentlichen aneinander anschließenden Zeitintervallen beobachtet. Die Messungen
der Zählraten in mehreren Zeitintervallen werden in einen Rechner zur Berechnung
der Lebensdauer der thermischen
Neutronen gegeben, der die Formations-
und Bohrlochkomponenten der Lebensdauer durch Anpassung dieser Zählratendaten, die
während sechs oder mehr im wesentlichen aneinander anschließenden Zeitintervallen
nach jedem Neutronenpuls aufgenommen werden, nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate
berechnet.
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Der Rechner zur Berechnung der Lebensdauer der thermischen Neutronen
ist so eingerichtet, daß die Bohrlochkomponente und die Erdformationskomponente
der Lebensdauer thermischer Neutronen gleichzeitig berechnet werden können. Annähernd
einmal pro Sekunde und bei annähernd fünf Prozent der Ein-Sekunden-Arbeitszyklen
wird die Neutronenquelle abgeschaltet, und die Detektoren werden eingesetzt, um
die Untergrundzählrate relativ langer Lebensdauer durch die von den Neutronen der
Quelle verursachte Gammastrahlung im Gammatrahlendetektor, in der Formation, im
Bohrloch, in der Vermessungssonde oder die natürliche Gammastrahlung in der Umgebung
des Bohrloches festzustellen. Diese Information über die Untergrund-Y-Strahlung
wird dann normiert und in den nach jedem Neutronenpuls während der sechs oder mehr
Zeitintervalle vorgenommenen Messungen der durch die thermischen Neutronen erzeugten
Einfang--Strahlung berücksichtigt.
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Zur Erzeugung der beschriebenen Abfolge von Messungen und Neutronenpulsen
sind in dem Gerät im Bohrloch und an der Oberfläche elektronische Einrichtungen
vorgesehen. Zusätzlich werden Sychronisationsimpulse als Mittel zur Trennung der
?,ähl.i.rnpulse der Gammastrahiung erzeugt, dic, wic oben t)eschrieben, der Einfangrate
der thermischen Neutronen während jeder der sechs oder mehr Zeitintervallen des
Meßzyklus entsprechen.
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Darüberhinaus ist zur Bestimmung der Bohrlochkomponente und der Erdformationskomponente
der Zerfallzeiten oder Lebensdauern der thermischen Neutronen ein Rechner an der
Oberfläche vorgesehen, der mit einem Aufzeichnungsgerät für die Bohrlochvermessung
verbunden ist, in dem ein Aufzeichnungsträger während der Bewegung des Vermessungsgerätes
durch das Bohrloch in Abhängigkeit von der Bohrlochtiefe bewegbar ist. Die Formations-
und Bohrlochkomponente der Lebensdauer der thermischen Neutronen können in diesem
Aufzeichnungsgerät als Funktion der Bohrlochtiefe
aufgetragen
werden. Auf diese Weise enthält die Anlage nach der Erfindung Einrichtungen zur
gleichzeitigen Bestimmung des Wertes für die Zerfallzeit thermischer Neutronen oder
für den makroskopischen Einfangquerschnitt der thermischen Neutronen der im Bohrloch
und in dessen Umgebung vorhandenen Medien.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend
unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Bohrlochvermessungsanlage;
Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm der elektronischen Schaltung in der Bohrlochvermessungsanlage
nach Fig. 1; Fig. 3 ist eine graphische Darst1 ] ung der zucnmmcngesetzten Zerfallskurve
der Gesamtheit thermischer Neutronen und der Zeitintervalle bei einem ersten Ausführungsbeispiel
der Bohrlochvermessungsanlage; Fig. 4 ist eine schematische graphische Darstellung
einer Telemetriesequenz als Funktion der Zeit in der Bohrlochvermessungsanlage nach
Fig. 3; Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der zusammengesetzter Zerfallskurve
der Gesamtheit thermischer Neutronen und der Zeitintervalle bei einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Bohrlochvermessungsanlage;
Fig. 6 ist eine schematische graphische
Darstellung einer Telemetriesequenz als Funktion der Zeit in der Bohrlochvermessungsanlage
nach Fig.5 und Fig. 7 ein Flußdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens
zur Ermittlung interessierender Parameter von Erdformationen aus den mit den Bohrlochvermessungsanlagen
bestimmten Daten durch einen Rechner an der Erdoberfläche.
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Um genaue Kohlenwasserstoff-Sättigungswerte aus den Lebensdauer-oder
Zerfallzeit-Kurven gepulster Neutronen zu erhalten, sollten die folgenden drei Kriterien
erfüllt sein: 1. TF die beobachtete Lebensdauer der Formationskomponente, sollte
aus Zähldaten berechnet werden, die keine Anteile aus dem Neutroneneinfang im Bohrloch
enthalten; 2. T F sollte statistisch so genau wie möglich sein, und 3. die wahre
mittlere Lebensdauer der Formationskomponente rF; sollte bestimmt werden, bevor
die Kohlenwasserstoff-Sättigungswerte berechnet werden.
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Nach der oben erwähnten Veröffentlichung kann die gemessene Lebensdauer
nur zur wahren Lebensdauer X Fi in Beziehung gesetzt werden, wenn T B bekannt ist.
Es ist deshalb wünschenswert, für größtmögliche Genauigkeit gleichzeitig die Formationskomponente
F und die Bohr-iochkomponente B der Lebensdauer oder Zerfallzeit der thermischen
Neutronen zu messen.
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Wie oben erörtert, kann die beobachtete Zerfallzeit der Gesamtheit
der thermischen Neutronen in der Umgebung eines Bohrlochs nach einem Puls hochenergetischer
Neutronen als die Summe einer Formationskomponente, einer Bohrlochkomponente und
einer
Untergrundkomponente beschrieben werden. Dies kann mathematisch entsprechend Gleichung
(3) ausgedrückt werden: -t/sB -t/sF C(t) = Ae . + Be + CB -(3) In Gleichung (3)
ist C(t) die von einer Bezugszeit an, zu irgendeiner Zeit t gemessene Zählrate A
und B sind Konstanten, die nach Fig. 3 der Zeichnungen interpretierbar sind und
von denen A die Anfangs-Bohrlochkpmponente zum Bezugs zeitpunkt t =O und B die Anfangs-Formationskomponente
zum Bezugs zeitpunkt t =O ist. Diese Komponenten sind in Fig. 3 als Ordinatenabschnitte
einer Funktion der Zeit dargestellt. In Gleichung (3) stellt T B die Bohrlochkomponente
der zusammengesetzten Lebensdauer der thermischen Neutronen dar. T B kann als die
Steigung der Bohrlochkomponentenkurve von Fig. 3 gedacht werden. In ähnlicher Weise
stellt die Formationskomponente der zusammengesetzten Neutronenlebensdauer dar und
kann als die Steigung der Formationskomponentenkurve von Fig. 3 gedacht werden Cg
schließlich stellt die Zählratenkomponente der langlebigen Strahlung dar und kann
als eine konstante Komponente gedacht werden, die durch die in Fig. 3 mit "Untergrund"
waagerechte bezeichnete Linie dargestellt wird. Die in Fig. 3 gezeigte zusammengesetzte
Zerfallskurve thermischer Neutronen ist die Resultierende aus den darin dargestellten
Bohrlochkomponenten-, Formationskomponenten- und Untergrundkomponentenkurven.
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Bei dem vorliegenden Verfahren wird die Untergrundkomponente CBI wie
in Fig. 4 dargestellt, in einem gesonderten Teil des Verfahrenszyklus gemessen.
Fig. 4 zeigt einen im folgenden näher beschriebenen Telemetrie-Datenfluß von einem
Gerät im Bohrloch als Funktion der Zeit. Ein Synchronisationsimpuls beginnt jeden
Arbeitszyklus der Anlage im Bohrloch. Diesem Synchronisationsimpuls folgt unmittelbar
ein Neutronenpuls von annähernd konstanter Intensität und mit einer im folgenden
genauer
beschriebenen Dauer. Jedem Neutronenpuls folgen sechs oder mehr Zeitintervalle,
in denen mit einem im Abstand von der Quelle angeordneten Detektor Zählratenmessungen
durchgeführt und an die Oberfläche übertragen werden. Die mehrfachen Zeitintervalle
schließen im wesentlichen aneinander an und dauern zusammen etwa 1 Millisekunde
nach dem Synchronisationsimpuls. Dieser Meßzyklus wird während des Zeitraums von
einer Sekunde etwa 1000-mal wiederholt. Am Ende eines Zeitraums von 945 ms wird
das in Fig. 4 gezeigte Untergrundintervall vorgesehen, um die CB in Fig. 3 entsprechende
Untergrundstrahlung zu zählen. Während dieses Intervalls von 55000 ps bzw. 55 ms
wird der Neutronengenerator nicht gepulst. Deshalb enthält die während dieses Zeitraums
etwa nach 5 ms, innerhalb derer die Einfangstrahlung nach dem letzten Neutronenpuls
einer Sequenz auf ein vernachlässigbares Niveau abklingt, durchgeführte Messung
nur Zählinformation durch die dem Untergrund zuzuschreibende Strahlung. Die Untergrund-Zählinformation
wird durch die Anlage im Bohrloch an die Oberfläche telemetriert und wie im folgenden
genauer beschrieben verarbeitet.
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Die wie beschrieben gemessene und an die Oberfläche telemetrierte
Untergrundzählrate CB kann von der zusammengesetzten Zählrate C(t) nach Gleichung
(3) subtrahiert werden, um entsprechend Gleichung (4) die Nettozählrate C'(t) zu
erhalten: C'(t) = C(t) - CB = Ae-t/#B + Be-t/tF (4) Die Bezeichnungen in Gleichung
4 sind in gleicher Weise wie oben definiert.
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Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung werden gemäß Figur
3 und 4 sechs (oder mehr) Zählraten, die in den sechs auf den Neutronenpuls folgenden
und mit T1, T2, , T3, T4, T5, und T6 bezeichneten Zeitintervallen gemessen werden,
durch eine
Anpassung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate
kombiniert. Die Zählratenmessungen in den sechs Zeitintervallen können in Direktzeit
in einem Rechner an der Oberfläche z.B.
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so angepaßt werden, daß die interessierenden Parameter in Gleichung
(3) und (4) erhalten werden. Die Anpassung ergibtc F, ; A und B, wie oben definiert.
Es wird beobachtet, daß bei den sechs (oder mehr) in Fig. 3 dargestellten, annähernd
aneinander anschließenden Zeitintervallen vernachlässigbare oder minimale Verzögerungszeiten
zwischen den Intervallen auftreten. Deshalb wird bei dem Verfahren nach der vorliegenden
Erfindung die volle Zählrateninformation nach einer kurzen Abbremszeit, die typischerweise
zwischen 20-30 ps vom Ende des Neutronenpulses bis zum Beginn des ersten Zeitintervalls
beträgt, genutzt. Es geht keine Zählinformation durch das Abwarten des Zerfalls
der Bohrlochkomponente verloren. Zusätzlich ist das oben erwähnte Kriterium von
Mills u.a. erfüllt, da bei dieser TechnikxF und gleichzeitig bestimmt werden.
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Fig. 5 und 6 zeigen schematisch ein anderes Zeitintervallschema des
vorliegenden Verfahrens. In Fig. 5 ist ein Neutronenpuls einer Dauer von 15 bis
20 ps dargestellt, dem ein Abbremsintervall von 20 bis 30 ps folgt, worauf ein erstes
Zeitintervall 1 von verhältnismäßig kurzer Dauer festgelegt wird. Ein zweite Zeitintervall
2 hat eine zweite, etwas längereDauer. Die folgenden Zeitintervalle 3, 4,5 und 6
haben jedes eine etwas längere Dauer als das jeweils vorhergehende in der Intervallfolge.
Das Ziel dieses Zeitintervallschemas ist es, die Zählraten in jedem der Intervalle
statistisch zu optimieren. Da die zusammengesetzte Rekombinationskurve der Gesamtheit
derthermischen Neutronen abfällt, erlauben die aufeinanderfolgenden längeren Zeitintervalle
bei der niedrigeren Zählrate der späteren Zeitintervalle mehr Zählimpulse, Die tatsächlichen
Zeiten für die in Fig. 3 und 5 dargestellten Zeitintervallschemen sind in den folgenden
Tabellen 1 und 2 angegeben: (In Tabelle 1 und 2 beziehen sich alle Zeiten -auf den
Bezugszeitpunkt t = O zu Beginn des Neutronenpulses).
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Tabelle 1 Zeitintervallschema in Fig. 3 Zeitintervall Startzeit Endzeit
Dauer 1 50 µs 195 µs 145 µs 2 200 µs 345 µs 145 µs 3 350 µs 495 µs 145 µs 4 500
µs 645 ps 145 ps 5 650 ps 795 µs 145 ps 6 800 µs 945 µs 145 µs Tabelle 2 Zeitintervallschema
in Fig. 5 Zeitintervall Startzeit Endzeit Dauer 1 60 pis 90 ps 30 µs 2 90 ps 140
µs 50 ps 3 140 µs 200 µs 60 µs 4 200 ps 300 µs 100 ps 5 300 ps 500 µs 200 6 500
ps 998 µs 448 Die geringen Zeitunterschiede (5 ps) zwischen den Zeitintervallen
in Tabelle 1 berücksichtigen die für die Übergabe eines Zählerinhalts auf einen
Zwischenspeicher in der im folgenden näher zu beschreibenden Elektronikschaltung
im
Bohrlochvermessungsgerät notwendige Zeit. Ähnliche kurze Zeitabstände
würden auch für die Zeitintervalle von Tabelle 2 erforderlich sein, sind aber aus
Gründen der Einfachheit weggelassen worden. Selbstverständlich sollen die Zeitintervalle
von Tabelle 1 und 2 im Rahmen der zeitlichen Begrenzungen in der Elektronikschaltung
zeitlich so dicht wie möglich aufeinanderfolgen.
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Fig. 6 stellt einen Telemetrie-Datenfluß dar, wie er sich aus der
in Fig. 5 dargestellten Zeitintervailfolge ergibt. Von der Elektronik im Bohrloch
wird ein Synchronisationsimpuls an die Oberfläche gesendet. Darauf folgt der Neutronenpuls,
an dessen Ende die Referenzzeit beginnt. Nach Ablauf der kurzen Abbremszeit von
10 bis 30 ps wird eine in Fig. 6 mit G1 bezeichnete Digitalzahl, die die im Zeitintervall
1 aufgenommenen Zählimpulse darstellt, an die Oberfläche telemetriert. Ähnlich wird
bei den die Zählimpulse der Zeitintervalle 2 bis 6 dargestellten-Digitalzahlen verfahren.
Diese Sequenz wird über 945 ms beibehalten. Dann beginnt das Untergrund-Zeitintervall
von 50 ms (s.o. Fig. 4). In jedem Fall werden die Zählraten C(ti) für i = 1 bis
6 an die Oberfläche telemetriert, wo sie in einem (im folgenden näher zu beschreibenden)
Rechner an der Oberfläche für die Anpassung nach der Methode der kleinsten Pehlerguadrateausgewertet
werden, um die interessierenden Parameter zu ermitteln.
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Da Gleichung (4) nichtlinear ist, ist für die Anpassung nach der Methode
der kleinsten Fehlerquadrate ein iteratives Verfahren notwendig. Ein besonderes
Anpassungsverfahren ist im folgenden dargestellt und wird mit Bezugnahme auf Fig.
7 näher beschrieben. An dieser Stelle genügt es jedoch zu erwähnen, daß die interessierenden
Parameter von dem Rechner an der Oberfläche durch eine iterative Anpassung nach
der Methode der kleinsten Fehlerquadrat erhalten werden. Die Werte von rX B r A
und B können dann auf
konventionelle Weise als Funktion der Bohrlochtiefe
aufgezeichnet werden.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Bohrlochvermessungsanlage nach der vorliegenden
Erfindung. Ein Bohrloch 10 ist mit einer Bohrlochflüssigkeit 11 gefüllt und durchdringt
zu untersuchende Erdformationen 20. Eine Bohrlochsonde 12 ist auf bekannte Weise
durch ein armiertes Vermessungskabel 13 so im Bohrloch 10 aufgehängt, daß die Bohrlochsonde
12 im Bohrloch 10 nach Wunsch angehoben oder abgesenkt werden kann. Das Vermessungskabel
13 läuft über eine Umlenkrolle 14 an der Oberfläche. Wie die gestrichelte Linie
15 zeigt, ist die Umlenkrolle 14 elektrisch oder mechanisch an ein Aufzeichnungsgerät
18 gekoppelt, das in bekannter Weise ein optisches Aufzeichnungsgerät, ein Magnetbandgerät
oder beides enthalten kann. Die Aufzeichnung der mit der Bohrlochsonde 12 durchgeführten
Messungen kann so als Funktion der Tiefe der Sonde 12 im Bohrloch 10 erfolgen.
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In der Bohrlochsonde 12 wird ein Neutronengenerator 21 mit Hochspannung
(etwa 100 kV) aus einer Hochspannungsversorgung 22 gespeist. Eine Steuer- und Telemetrieelektronik
25 versorgt die Hochspannungsversorgung 22 und den Neutronengenerator 21 mit Steuersignalen
und telemetriert die durch die Anlage im Bohrloch 10 gemessene Information über
das Vermessungskabel 13 an die Oberfläche.
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Gegen den Neutronengenerator 21 in Längsrichtung versetzt befinden
sich zwe Strahlun.detektoren 23 und 24. Die Strahlungsdetektoren 23, 24 können z.B.
thaliumaktivierte NaLriumjodidkristalle enthalten, die optisch an Photomultiplier
gekoppelt sind. Die Strahlungsdetektoren 23 und 24 dienen der Erfassung der Gammastrahlung
aus den umgebenden Erdformationen 20 die durch die Neutronenstrahlung des Neutronengenerators
21 entsteht. Eine Neutronenabschirmung 28 aus einem Material hoher Dichte oder großen
Streuquerschnitts ist zwischen dem Neutronengenerator 21 und den beiden im Abstand
voneinander
befindlichen Detektoren 23 und 24 angeordnet, um eine
direkte Bestrahlung der Detektoren durch die vom Neutronengenerator 21 ausgestrahlten
Neutronen 24 zu verhindern. Eine Abschirmung 29 kann gegebenenfalls auch zwischen
den Detektoren 23 und 24 angeordnet sein.
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Bei Einschaltung des Neutronengenerators 21 wird ein etwa 10-30 ps
dauernder Neutronenpuls erzeugt und in das Bohrloch 10, die Bohrlochflüssigkeit
11 und durch die Stahlverrohrung 26 und die die Stahlverrohrung umgebende Zementschicht
27 hindurch in die untersuchten Erdformationen 20 ausgesstrahlt. Durch Streuwechselwirkung
wird der Neutronenstrom abgebremst oder verlangsamt, so daß alle Neutronen im wesentlichen
thermische Energie haben. Die thermischen Neutronen treten dann in Einfangwechselwirkung
mit den Kernen der Elemente der Bestandteile der Erdformationen 20 und der darin
enthaltenen Porenräume.
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Der Neutroneneinfang durch die Kerne der Elemente in den Erdformationen
20 und in deren Porenräumen erzeugt Einfang-Gammastrahlen, die auf die Detektoren
23 und 24 fallen. Die Photomultiplier der Detektoren 23 und 24 erzeugen für jeden
so erfaßten Gammastrahl einen Spannungsimpuls. Die Spannungsimpulse werden auf die
Steuer-und Telemetrieelektronik 25 gegeben, in einem Digitalzähler gezählt und über
eine Leitung 16 des Vermessungskabels 13 an die Oberfläche telemetriert. An der
Oberfläche wird die telemetrierte Information von der Bohrlochsonde 12 von einer
elektronischen Datenverarbeitung 17 aufgenommen und zur Bestimmung vonsF,sB, A und
B für die untersuchten Erdformationen 20 einem Anpassungsverfahren nach der Methode
der kleinsten Fehlerquadrate unterworfen. Die elektronische Datenverarbeitung 17
an der Oberfläche liefert dann Signale für die gemessenen Größen an das Aufzeichnungsgerät
18, wo sie als Funktion der Bohrlochtiefe aufgezeichnet werden.
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Fig. 2 zeigt ein detailliertes, aber schematisches Blockdiagramm der
elektronischen Teile der elektronischen Anlagen unter und an der Oberfläche. Durch
eine Leitung im Vermessungskabel 32 werden eine übliche Niederspannungsversorgung
31 und eine Hochspannungsversorgung 34 zur Versorgung der elektronischen Anlagen
im Bohrloch mit elektrischer Energie gespeist. Die Hochspannungsversorgung 34 kann
eine mehrstufige Cockcroft-Walton-Hochspannungsversorgung sein, die etwa 100 kV
für den Betrieb der Neutronengeneratorröhre 33 liefert. Die Neutronengeneratorröhre
33 ist nach Art eines Deuterium-Tritium-Beschleunigers ausgebildet. Zur Erzeugung
von Deuteriumionen aus dem die Röhre 33 füllenden Deuteriumgas wird eine nahe an
Massepotential gehaltene Ionenquelle 36 verwendet. Eine beheizbare Deuteriumquelle
37 enthält zusätzlich Deuterium und hält innerhalb der Röhre 33 ein Druckniveau
des Deuteriumgases aufrecht, das ausreicht, um die Ionenquelle 36 mit Deuteriumgas
für die Ionisation zu versorgen. Eine Fangelektrode 35 enthält Tritium und wird
auf einem relativ hohen, negativen Potential von 100 kV gehalten. Die Ionenquelle
36 wird von einer Pulsgenerator 41 gesteuert. Bei Anlegen eines Pulses relativ niedriger
Spannung wird das Gas in der Röhre 33 durch die Ionenquelle 36 isoliert und die
Ionen werden in Richtung auf die Fangelektrode 35 beschleunigt. Wenn die Deuteriumionen
auf die Fangelektrode 35 auftreffen, treten sie in thermonukleare Wechselwirkung
mit den Tritiumionen in der Fangelektrode 35 und erzeugen Neutronen, die dann allgemein
kugelsymmetrisch von der Neutronengeneratorröhre 33 in das Bohrloch 10 und die umgebenden
Erdformationen 20 ausgestrahlt werden.
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Eine Nachbeschickungsschaltung 39 für die zusätzliche Deuteriumquelle
37 wird durch eine Abtastschaltung 38 mit abgetasteten Werten des Fangelektrodenstroms
der Neutronenquelle versorgt, die zur Steuerung des Stroms der zusätzlichen Deuteriumquelle
und dadurch des Gasdrucks in der Neutronengeneratorröhre 33 mit einem Bezugssignal
verglichen werden. Eine Taktschaltung 42 mit einem mit relativ hoher Frequenz arbeitenden
Steuertaktoszillator und einem geeigneten Fquenzteiler liefert 1 kH-Pulse an den
Ionenquellen-Pulsgenerator
41 und Taktimpulse von einer Sekunde an die Einschaltsteuerung 40 des Neutronengenerators.
Darüber hinaus liefert die Taktschaltung 42 Taktimpulse von 2 MHz an eine Mikroprozessor-
und Speicherschaltung 44, an die Untergrundkorrekturschaltung 45 und die Zähler
52 und 53. In ähnlicher Weise werden zwei Verstärkungsregler 48 und 49 mit Taktsignalen
versorgt.
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Die Wechselwirkung der thermischen Neutronen mit den Kernen der Materialien
in der Erdformation verursacht die Ausstrahlung von Einfang-Gammastrahlen, die von
den (den beiden im Abstand voneinder angeordneten Detektoren 23 und 24 von Fig.
1 entsprechenden) Detektoren 46 und 47 erfaßt werden. Die Verstärkungsregler 48
bzw. 49 werden von den Detektoren 46 bzw.
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47 mit Spannungsimpulsen versorgt. Die Verstärkungsregler 48 und 49
dienen zur Aufrechterhaltung einer normierten Pulshöhe am Ausgang der Detektoren
46 und 47 in bezug auf die bekannte Amplitude eines Bezugsimpulses. Auf die Diskriminatorschaltungen
50 bzw. 51 werden Ausgangssignale der Verstärkungsregler 48 bzw. 49 entsprechend
den von den Detektoren 46 bzw. 47 erfaßten Gammastrahlen gegeben. Die Diskriminatorschaltungen
50 und 51 dienen dazu, den Eintritt von Spannungsimpulsen niedriger Amplitude aus
den Detektoren 46 bzw. 47 in die Zähler 52 bzw. 53 zu verhindern. Die Diskriminatoren
werden typischerweise auf etwa 0,1 - 0,5 MeV eingestellt, um das Von den mit den
Detektoren 46 und 47 verbundenen Photomultipliern ausgehende Rauschen zu unterdrücken.
Die Ausgänge der Diskriminatorschaltungen 50 und 51 werden auf Zähler 52 bzw. 53
gegeben, die die von den Detektoren 46 bzw. 47 erfaßten einzelnen Einfang-Gammastrahlungsereignisse
zählen. Die Ausgabe der Zähler 52 und 53 wird auf die Mikroprozessor- und Speicheranordnung
44 gegeben.
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Während des Untergrundteils des Abtastzyklus wird die Untergrundkorrekturschaltung
45 mit Zählimpulsen von den Zählern 52 und 53 versorgt. Diese Schaltung gibt auch
einen Ausschaltpuls auf die Ionenquelle 41, um ein Pulsen des Neutronengenerators
während
der Untergrundzählung des Zyklus zu verhindern. blv Untergrundkorrekturschaltung
45 gibt Untergrund-Zählinformation auf die Mikroprozessor- und Speicheranordnung
44. Der Untergrund kann über längere Perioden als die Einfangdaten gespeichert und
daraus ein Durchschnittswert gebildet werden, da bei niedriger Diskriminatorschwelle
der Untergrund größtenteils von der Gammastrahlungsaktivierung des Natriumjodids
mit einer Halbwertszeit von 27 Minuten herrührt. Daraus ergibt sich eine bessere
Statistik für das subtrahierte Signal.
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Die digitale Zähl in formation aus den Zählern 52 und 53 und aus der
Untergrundkorrekturschaltung 45 wird auf die Mikroprozessor- und Speicheranordnung
44 gegeben. Die Mikroprozessor-und Speicheranordnung 44 formatisiert die Daten und
führt sie serienweise der Telemetrieschaltung 43 zu, die die digitale Information
von den Zählern 52,53 und von der Untergundkorrekturschaltung 45 über das Vermessungskabel
32 an die Oberfläche telemetriert. An der Oberfläche tastet eine Telemetrie-Schnittstelle
54 die analogen Telemetrie-Spannungssignale von den Leitungen des Vermessungskabels
32 ab und gibt sie auf eine Telemetrier-Datenverarbeitungseinheit 55, die die digitale
Zählrateninformation, welche die Zählraten der Zähler 52 und 53 darstellt, in der
Bohrlochvermessungsanlage entsprechend den Zeitintervallschemata normiert.
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Die die Zählraten in jedem der sechs oder mehr Zeitintervalle und
die Untergrund-Zählrate darstellenden Digitalzahlen werden dann in einen Digitalrechner
56 eingegeben.
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Der Rechner 56 ist nach dem Flußdiagramm von Fig. 7 zur Auswertung
der Zählrateninformation aus den sechs oder mehr Zeitintervallen und aus dem Untergrund
nach der Bohrloch- und der Formationskomponente der Zerfall zeit oder Lebensdauer
der thermischen Neutronen programmiert. Den interessierenden Formationsparameter
darstellende Ausgabesignale als Funktion der Bohrlochtiefe werden von dem Rechner
56 zur Aufzeichnung auf eine Filmausgabeeinheit 57 und auf eine Magnetbandausgabeeinheit
58 gegeben. Der Rechner 56 ist nach dem in Fig. 7
dargestellten
Flußdiagramm programmiert, derart, daß er die Erdformations- und die Bohrlochkomponente
der Zerfallzeit der thermischen Neutronen s F und sog B und die Abschnitte B und
A von Fig. 3, die die Zählraten der Formations- bzw. der Bohrlochkomponente für
Gesamtheit der thermischen Neutronen am Ende des Neutronenpulses darstellen, ermittelt.
Dazu wird das in Fig. 7 dargestellte iterative Schema zur Anpassung nach der Methode
der kleinsten Fehlerquadrate verwendet.
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Die Eingabeinformation des in Fig. 7 dargestellten Programms umfaßt
die Zählrateninformation Ci, i = 1,6, für jedes der sechs Zeitintervalle und eine
in Fig. 7 mit BKG bezeichnete Untergrundzählrate. An einem ersten Steuerblock 61
werden die Zählraten aus jedem der Zeitintervalle nach der darin dargestellten Formel
um die Totzeit der Detektoren 46,47 korrigiert.
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Zusätzlich werden die Untergrundzählraten um diese Totzeit korrigiert.
Die korrigierte Zählraten und Untergrundinformation werden einem Programmsteuerblock
62 zugeführt, in dem die Untergrundzählrate unter Berücksichtigung der unterschiedlichen
Dauer der Zeitintervalle 1-6 normiert wird. Die Untergrundzählung wird in eine Untergrundzählrate
umgewandelt und in jedem Zeitintervall von der Zählrateninformation subtrahiert.
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Die korrigierten Untergrundzählraten C. werden dann in einen Programmsteuerblock
63 gegeben, wobei t. als Mittelpunkt jedes Zeitintervalls angenommen wird. Die Zählratendaten
C. werden dann für i = 3-6 nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate an den
im Programmsteuerblock 63 angegebenen Ausdruck angepaßt und ergeben vorläufige Werte
von B, F und den aus der kleinsten Fehlerquadrat-Anpassung jedes Zählratenwertes
an die Zählraten abgeleiteten quadratischen Mittelwert.
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Die Schätzwerte von t. werden dann in einen Programmsteuerblock 64
eingegeben, in dem das dem Mittelpunkt des Zeitintervalls entsprechende t. durch
einen im Programmsteuerblock 64 dargestellten Ausdruck entsprechend der Steigung
der Zerfallzeit F der thermischen Neutronen in der Formation
korrigiert
wird. In ähnlicher Weise wird die Zählrateninformation Ci für die ersten Zeitintervalle
i = 1, 2, die von der Bohrlochkomponente stärker beeinflußt ist, in einem Programmsteuerblock
65 um die Auswirkungen der Formationskomponente #F korrigiert.
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Die korrigierten Zählraten C'i, i = 1,6 werden dann in einen Programmsteuerblock
66 eingegeben, der nach den darin angegebenen Ausdrücken eine Bohrlochkomponente
B für die Rekombinationszeit #B der thermischen Neutronen und eine Amplitudenkomponente
A der Bohrlochzählratenkomponente berechnet.
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Nach dem im Programmsteuerblock 67 gegebenen Ausdruck wird dann die
zeitliche Mittelpunkt:skoordinate der Zeitintervalle 1 und 2 entsprechend der Steigung
der Bohrlochkomponente #B korrigiert. Die Steuerung geht dann auf einen Programmsteuerblock
68 über, in dem der Ausdruck für die Zählrate Ci, i = 3-6, in den Zeitintervallen
3 bis 6 nach dem im Programmsteuerblock 68 angegebenen Ausdruck um die Bohrlochkomponente
korrigiert wird.
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Die Steuerung geht dann auf einen Programmsteuerblock 69 über, in
dem geprüft wird, ob die Iteration ausreichend konvergierte.
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Wird durch die Prüfung im Programmsteuerblock 69 keine ausreichende
Konvergenz festgestellt, dann wird in einem Programmsteuerblock 71 in einem Iterationszähler
ein Schritt fortaezählt, die korrigierten Zähldaten C'i, i = 1,6, aus den Programmsteuerblöcken
68 und 65 werden für die vorherigen Zähldaten der letzten Iteration eingesetzt,
und das Programm wird für die nächste Iteration zur Anpassung nach der Methode der
kleinsten Fehlerquadrate in den Programmsteuerblock 63 zurückgeführt. Wird durch
die Prüfung im Programmsteuerblock 69 ausreichende Konvergenz festgestellt, werden
die Daten in den Ausgabeblock 70 eingeaeben und die Ergebnisse vom Rechner 56 in
Fig. 2 auf die in Fig. 2 dargestellten Aufzeichnungsgeräte gegeben.
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Auf diese Weise mißt die Anlage nach der vorliegenden Erfindung gleichzeitig
die Erdformationskomponentes Ft die Bohrlochkomponente # t B der Rekombinationszeit
von thermischen Neutronen und die Anfangsamplituden B und A der Zählraten entsprechend
den Formations- und Bohrlochkomponenten der Zählrate. Alle oben erwähnten Einschränkungen
im Stand der Technik durch die Annahme einer viel kleineren Zerfall zeit thermischer
Neutronen für die Bohrlochkomponente als für die Formationskomponente werden dadurch
vermieden.
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