JPS6244680A - ２つの検出器と線源を用いる地層密度検層 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は、密度測定のためにγ線を用いる地下層厚の検
層に関する。特に本発明は、地層を横切る穿孔の壁に測
定器を設置しない地層の密度測定に関する。更に詳しく
は、本発明は穿孔中の密度測定に有用なものである。

く技術背景〉 ワイヤラインγ線密度測定器はγ線源とγ線検出器とが
一体になった装置であり、これらはγ線源から直接に放
出される放射線のカウンテングを防止するために互いに
シールドされている。該測定器の作動中線源から放出さ
れるγ線（即ち光子）は、測定されるべき地層に浸入し
、光電吸収、コンプトン散乱、対生成によって地層物質
の、　　　　ｇ−ｆｄｐｏ′″ｔｔ−ｒ−ｔａｔｕｃ＊
ｍｔｓ・１１”８〜４生成現象において、相互作用に関
与する特定の光子はγ線ビームから除去される。

コンプトン散乱過程において、関与する光子は初期の移
動方向を変える間にそのいくらかのエネルギーを失うが
、この損失は散乱角度の関数である。従って該線源から
試料へ放出される光子のいくつかは検出器に向って適宜
散乱される。（しかしながら）これらの多くは検出器に
到達しない。

なぜならこれら（光子）の方向は二次コンプトン散乱に
よって変えられ、あるいは対生成の過程の光電吸収過程
によって吸収されるからである。検出器に到達してそれ
と相互作用する散乱光子は検出器と関連する電子装置に
よってカウントされる。従来のγ線密度測定において直
面する大きな困難は、試料の大きさの決定、限られた有
効深さとサンプリング、密度測定器と試料との間に介在
する好ましくない干渉物質の散乱効果や、測定器が穿孔
壁に対して設置される必要が挙げられる。

試料の化学組成もまた従来のγ線密度測定器の読みに影
響を与える。

米国特許第３２０２８２２号に開示される従来のワイヤ
ライン密度測定器には、２個のγ線検出器、１個のコリ
メートされたγ線源および比形成（ｒａｔｉｏ−ｂｕｉ
ｌｄｉｎｇ）電子回路が一体になっており、これはＪｌ
ｌ定器の検出器と地層試料間に位置する干渉物質が、放
出され受信されるγ線の放出経路（ｔｒａｊｅｃｔｏｒ
７）に沿った厚さと化学組成において同一である限り、
有効である。穿孔壁の不均一さは測定器の適切な作動を
妨げる。このような不均一さは曲った孔、内部の空洞お
よび孔壁のマッドケーキの厚さの変化によって生じる。

従来技術にはまた米国特許第３８４６６３１号が含まれ
、これには密度測定器と試料との間に介在する物質の化
学組成や厚さに拘らずに機能するワイヤライン密度測定
器が開示されている。この方法は、２個の断続的に操作
されるγ線源から試料への２個のγ線ビームの透過と、
２個の別々の検出器による２個の各線源からの後方散乱
された放射線の受信と、結果の数値が試料の密度を示す
ような方法で４つの別々のカウント比の積の比を形成す
ることからなる。

２つの検出装置の臨界寸法は検出器間の間隔である。も
し干渉物質が２つの検出器の間隔に匹敵する距離に亘っ
て不均一であるなら、ａｌｌ定された密度は誤ったもの
であろう。

前述のワイヤライン測定器のいずれもが穿孔と回転ドリ
ルストリングへの一体化の間の測定に対して有用である
とは開示されていない。

〈発明の構成〉 本発明の主な目的は地層を横切る孔を穿設する最中に地
下地層の密度を測定する方法と装置とを提供することに
ある。

本発明の装置により上記目的および他の目的が実現され
、従来技術の限界が克服される。該装置は地層を横切る
穿孔内で使用される装置であり：該装置のまわりに１８
０′離れた２つのγ線放出手段であって１、該手段は２
つの放射経路に沿ってコリメートされたγ線ビームを放
出し、該放射経路が該装置の軸に対して方位的に対称形
に延び、該装置の軸上の第１の点で交差し、かつ測定す
べき地層試料内に位置する第１円環と交差するものと；
第１γ線検出手段であって、最初の２つの放出経路に沿
って地層試料中の２つの地点から散乱される放射γ線を
受信するように配向され、該放射経路が該装置の軸のま
わりに方位的に対称形に延び該装置の軸上の第２の点と
交差し、かつ上記第１円項と交差するものと；地層試料
中の２つの地点から散乱される時に、２つの放射経路の
夫々から上記検出手段によって受信されるγ線のカウン
ト割合の積を決定する手段であって、該積が地層試料の
平均密度を示すものからなる。

本発明の目的は更に、穿孔周りの地層試料の平均密度を
決定する方法により実現され、該方法は上記地層試料に
接近したｌ地点に向って穿孔内に（測定）装置を下し：
詰装置の軸のまわりに方位的に対称形に延びる２つの放
射経路に沿って該装置から上記地層へγ線を放出し、該
放射経路は該装置の軸上の第１の点で交差し、かつ地層
試料内の第１円環と交差し：詰装置の軸のまわりに方位
的に対称形に延びる２つの放射経路の第１の組に１　　
　　９４．。装置。背後。地層試料力、Ｉ”）　Ｍ　ｉ
ｉＬオ、放射γ線をカウントし、該放射経路は該装置の
軸上の第２の点で交差し、かつ上記第１円環と交差し；
上記２つのカウント測定値の積を決定し、この積が地層
試料の平均密度を示す各工程からなる。

本発明の他の特徴と意図された利点が添付図面に関する
以下の詳細な説明を参照することにより一層容易に明ら
かになるであろう、ここで第１図は、地層内に設置され
た回転ドリルストリングによって横切られた地層の密度
を本発明に従って検層するための装置の断面図であり、
第２図は散乱光子を測定し、カウントし、処理するため
に必要な電子回路の概略図である。

く好適な実施態様〉 本発明のγ線密度測定装置のサブ１０は、第１図におい
て北部ドリルストリング１２と下部ドリルストリング１
４とを連結するように示されている。ドリルストリング
１２．１４の回転がドリルピッ）１Ｂを作動し、地層２
０を横切る穿孔１８を形成する。該サブｌＯは第１γ線
源２２と第２γ線源２４とを含む。２個の線源は該サブ
１０のまわりに方位的に対称的な形状、即ち１８０’離
れて設置される。該線源はまた方位的に対称的な放射経
路を形成するようにコリメートされている。該放射経路
はサブ１０の軸２９に設置された第１の点２８を通過す
るように配向されている。

ここで放射経路の用語はγ線の実際の移動経路だけでな
く、測定器を越えて線源の背後に延びるラインも示す。

複数の線源は２本の対称的なγ線ビームを形成するよう
にコリメートされたγ線がそこから放出される単一の一
次ｍ源でもよい。

サブ１０は更に第１γ線検出器３０と第２γ線検出器３
２とを含む第１検出器の組を含む。該検出器は軸上の第
１および第２線源２２．２４に方位的に一直線になる方
位的に対称的な形にサブｌＯに対して設置される。該検
出器は、方位的に対称的な放射経路に沿った地層から散
乱されるγ線を受信するようにコリメートされている。

該放射経路は第２の点３６でサブ１０の軸２９を横切る
ように配向される。

線源からの放射経路はサブ１０のまわりの第１円環３８
で検出器の放射経路の第１の組を横切る。第１円環はサ
ブ１０の軸に直角であり、かつ第３の点３９で軸２９を
横切っている平面−ヒにある。第２の点３６は第１の点
２８から離れた軸上に設置され、該第１および第２の点
２８．３６は好ましくは第３の点３９と反対側に位置す
る。

サブ１０は第３γ線検出器４０と第４γ線検出器４２を
含む第２の検出器の組を含んでいる。該第２の検出器の
組はサブ１０のまわりに方位的に対称形に位置しており
、かっ軸トにあり第１および第２線源２２．２４と第１
の検出器の組３ｏ、３２と方位的に一致している。

第２の検出器の組はサブ１ｏに対して方位的に対称゛で
あり、第４の点４５で軸２９と交差し、かつ第２円環７
２と交差するように配向された２つの放射経路の第３の
組に沿ってγ線を受信する。

好ましくは、第４の点４５と第１の点２８は第３の点３
９の反対側に位置する。第３の組の各放射経路は対応す
る：３２の組の放射経路に対して平行である。第１およ
び第２検出器の組は線源から直接検出器に達した放射γ
線を防止するため該線源から遮閉されている。

地層２０内に形成された第１円環３８と第２円環７２は
密度を夫々測定する地層試料４６．４７の中心となる。

本発明の方法において、γ線４８が第１線源２２によっ
て、およびγ線５０が第２線源２４によって試料中に放
射される間にサブ１０が軸２９のまわりを回転する。放
射されかつコリメートされたγ線ビームは照射された地
層に第１円錐形領域を形成する。

地層２０において、γ線４８．５０の幾分かは第１の検
出器の組に向って地層試料４６によって散乱される。γ
線５４は地層試料４６の地点５６で第１検出器３０に向
って散乱され受信される。

γ線５８は地層試料４６の地点６２で第２検出器３２に
向って散乱され受信される。２つのコリメートされた線
源２２，２４は対称的に位置する、１　　　　　ので、
サブの回転中に放射された１つの垂直な円ｊｌｔ領域の
みが存在する。２つのコリメートされた検出器３０．３
２は第１円錐形に対して逆転した：５２円錐形を形成す
る放射経路に沿ってサブ１０に向って地層試＄４４６か
ら散乱され放射されたγ線を受信する。

該円錐形の厚さはコリメータの直径によって決定される
。該円錐形の交差によって形成される円環３８はサブ１
０の軸２９上にその中心点３９を有する。ある−瞬時に
地層試料中の互いに１８００離れた２つの小さな部分６
６．６８が試料となる。受信されたγ線５４．５８は検
出器３ｏ、３２の第１の組に作用し、電気的なパルスを
生じる。該パルスの振幅は受信されたγ線のエネルギー
に比例している。もし、試料４６において唯一度散乱さ
れたγ線のみを示すカウント割合（ｃｏｕｎｔｉｎｇｒ
ａｔｉｏ）を与えることを望むなら、これらのパルスは
前置増幅器および増幅器によって増幅され。

弁別器（図示せず）に送られ、これ（弁別器）は地点５
６で検出器３０に向って散乱され地点６２で検出器３２
に向って散乱されたγ線のエネルギー水準を有するパル
スが通過するように設定されている。検出器３０．３２
に入る前に複合散乱を受たγ線は弁別器によって拒絶さ
れる。検出器と、もし用いられるなら弁別器の出力はゲ
ートに導かれ、これが２つの検出器３０．３２からの受
信されたγ線の夫々のカウント割合を与える。この配置
は第２図に概略的に示されている。

近い検出器３０．３２と離れた検出器４０．４２のカウ
ントの積およびこれら積の商は第２図に模式的に示す電
子（回路）を用いて算出される。カウンター８０〜８３
は検出器で生じた電流パルスを増幅器と電圧弁別器（図
示せず）の手段によってデジタル電圧パルスに変換し、
カウントを記憶〇する。近い検出器３０．３２からのカ
ウントはカウンター８０．８１に記憶され、離れた検出
器４０．４２からのカウントはカウンター８２．８３に
記憶される。カウンターへの入力は検出器からの電圧カ
ウントと、クロック７５からの電圧水準である。

クロック７５は、一定の間隔、例えば３０秒毎にパルス
を生じるように予めの組される。クロックがパルスをカ
ウンター８０〜８３および乗算器８４．８５に送出する
とき、カウンター８ｏ、８１のカウントおよびカウンタ
ー８２．８３のカウントは乗算器８４．８５によって夫
々互いに乗算される０乗算器８４はカウンター８０．８
１のカウントの積を算出し、乗算器８５はカウンター８
２．８３のカウントの積を算出する。除算器８６はパル
スがクロック７５から信号送出される時間毎に乗算器８
４．８５によって算出された積の商を算出する。除算器
８６の出力、即ち乗算器８４．８５の出力の比は適当な
プロッター８７によって時間に対してプロットされる。

検出器３０．３２．４０．４２からの個々のカウントは
穿孔軸から外れたドリルストリングの回°転によって生
じる穿孔内のサブの位置に応じて時間によって変化する
。

本発明の方法において、検出器３０．３２の第１の組か
らの“２つの瞬時のカウントは乗算器８４によって乗算
されて定数となり１時間に伴なう変数、例えば放出され
たγ線が検出器に受信されるように通過するマッドの厚
さ、穿孔壁との相対的なサブの動きのような変数を消去
する。

軸から離れた位置のサブは地層試料４６から散乱された
γ線４８を検出器３０で受信する。これらのγ線４８は
線源２４からのγ線５０とは異なった量のマッドと地層
を通じて進行する。しかしながら、マッドを通過する距
離の合計と地層を通過する距離の合計は、サブ１０の直
径が穿孔１８の直径に実質的に同様であるならば定数で
ある。

穿孔中の測定のための層密度の検層は約０．１ｇ　／　
ｃ　ｒｎ”の範囲内での精度を有する。地層密度は典型
的に　２．５ｇ／ｃｍ″であるから、要求される精度は
約４％である。もし検層のために要求される垂直解像度
（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）が０．５７４−トであるなら
、必要なカウント割合は以下のように計算される。

σ／ＮｌＮ２　　≦　０．０４ ここで　　σは積Ｎ、Ｎ２の統計的変異数ｉ　　　　　
　　　　　　　ＮＩは検出ｓ３０の全カウントＮ２は検
出器３２の全カウント ＮｌンＮ２＝Ｎ　　　とみなすと。

統計上から ・＝７ そして σ／ＮｌＮ２〜σ／　Ｎ　２灯ｊ問≦０．０４Ｎについ
て解くと。

Ｎ　≧　１２５０　　　カウント 各密度検層測定は測定毎に平均１，２５０カウント検出
し、１／２フイート毎に測定がなされる。１時間当り６
０フイートの穿孔速度では各測定は３０秒で終了する。

従って、各検出器３０．３２．４０．４２は１秒間に約
４３カウントが記録されるような充分な感度を有すべき
である。または、各線源は、検出器が１秒間４．３カウ
ントの要求割合で受信するような速度で放射するように
調整される。

地層試料４６，４７についての平均密度測定の穿孔効果
を補うため、本発明゛の方法は検出器４０．４２の第２
の組からのカウントを用いることを含む、これら２つの
カウントの積（乗算器８５の出力）は第１の検出器の組
の積と、第２の検出器の組の植との比（除算器８６の出
力）を算出するために用いられる。または、第２の組に
対応する検出器に対して設定された第１の組の１つの検
出器の２つの比の積は平均密度を定めるために用いられ
る。これは第２図に概略的に示される。

第２の検出器の組４０．４２と類似の配置が。

第２図に示すように第２の組によって受信されたγ線の
受信、弁別、カウンテング、記憶および使用のために、
サブＩＯに含まれてもよい。

γ線源のタイプは本発明の対象ではない、なぜなら異っ
た形式のものは異った適用のためには好ましいからであ
る。コバルト６０やセシウム１３７のような放射線アイ
ソトープを含むカプセル型線源は本γ線密度測定器に最
も頻繁に用いられるγ線源のタイプである。

穿孔１８とサブ１０の直径は実質的に等しくあるべきで
ある。このことはサブの外周上のスタビライザーを用い
ることにより達成され、これは相対的な直径決定の一部
である。

特許請求の範囲に示される本発明の範囲から外れること
なく、構成と計算の順序の詳細について種々の他の変更
をなすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｊ′ｌ！！層内に設置された回転ドリルスト
リングによって横切られた地層の密度を検層するための
装置の断面図、第２図は散乱光子を検出し、カウントし
、処理するために必要な電子回路の概略図である。 図面中　　１０−サブ、１２−上部ドリルストリング、
１４−下部ドリルストリング、１６−ドリルビット、１
８−穿孔、　２２−第１γ線源、　２４−第２γ線源、
　２８−第１の点２９−軸、　°３０−第１γ線源　３
２−第２γ線源、　　３６−第２の点１，３８−第１円
環、３９−第３の点、　４〇−第３γ線源、　４２−第
４γ線源、　　４６．４７−地層試料、４８．５０．５
４．５８−γ線、　７２−第２円環、　　５６．６２−
地点、　８０〜８３−カウンター、　　８４．８５−乗
算器、　８６−除算器、８７−プロッター。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）地層を横切る穿孔中で使用される装置であって：
   ２つの放射経路の第１の組に沿ってコリメートされたγ
   線ビームを放出するγ線放出手段であって、該２つの放
   射経路が本装置の長軸に対して方位的に対称に延び、本
   装置の長軸上の第１の点で交差し、かつ測定されるべき
   上記地層試料中に位置する第１円環と交差するものと； ２つの放射経路の第２の組に沿って上記地層試料中の２
   つの地点から散乱される放射γ線を受信するように配向
   された第１のγ線検出手段であって、該放射経路が本装
   置の軸に対して対称形に延び、本装置の軸上の第２の点
   と交差し、かつ上記第１円環と交差するものと； 上記地層試料中の上記２地点の夫々から散乱されるとき
   に上記２つの放射経路の夫々からのγ線であって上記第
   １検出手段によって受信されるもののカウント割合の第
   １の積を決定する手段とからなり、該第１の積が上記地
   層試料中の平均密度を示す装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項の装置であって、本装置の
   軸に対して直角であり、第３の点で該軸と交差する第１
   平面上に上記第１円環が位置するもの。
3. （３）特許請求の範囲第１項の装置であって、ドリルス
   トリング中で使用可能なもの。
4. （４）特許請求の範囲第１項の装置であって、γ線放出
   手段が、γ線源からなり、各線源が２つの放射経路の該
   第１の組の夫々の１つに沿ってγ線を放出するようにコ
   リメートされているもの。
5. （５）特許請求の範囲第４項の装置であって、上記線源
   が本装置に対して方位的に対称形に位置し、かつ本装置
   の軸に対して直角な第２平面上に位置するもの。
6. （６）特許請求の範囲第１項の装置であって、上記第１
   検出手段が、２つの放射経路の上記第２の組の夫々に沿
   ってγ線を受信するようにコリメートされた２つの検出
   器を有するもの。
7. （７）特許請求の範囲第１項の装置であって、該装置が
   上記穿孔内で該装置の位置に拘らず操作しうるもの。
8. （８）特許請求の範囲第１項の装置であって、２つの放
   射経路の第３の組に沿った上記地層試料中の２つの地点
   から散乱された放射γ線を受信するように配向された第
   ２検出手段であって、該放射経路が本装置の軸上の第４
   の点で交差し、かつ該軸の第２円環と交差し、該第２円
   環は２つの放射経路の第１の組によって交差されるもの
   と；上記地層試料中の上記２つの地点の夫々から散乱さ
   れるときに上記２つの放射経路の夫々から上記第２検出
   手段によって検出されるγ線のカウント割合の第２の積
   を決定するための手段と；上記地層試料の補償された平
   均密度を示す比を与えるために第２の積によって第１の
   積を除算する除算器とを追加的に有するもの。
9. （９）特許請求の範囲第１項の装置であって、上記第１
   の点が上記第２の点から離れているもの。
10. （１０）特許請求の範囲第８項の装置であって、上記第
    １の点と上記第２の点が上記第４の点から離れているも
    の。
11. （１１）特許請求の範囲第９項の装置であって、上記第
    １の点が上記第３の点の一方の側にあり、上記第２の点
    が上記第３の点の反対側にあるもの。
12. （１２）特許請求の範囲第８項の装置であって、上記第
    １の点は上記第３の点の一方の側にあり、上記第４の点
    は上記第３の点の反対側にあるもの。
13. （１３）穿孔の周りの地層試料の平均密度を決定する方
    法であって； 上記試料に接近した位置へ上記穿孔内に測定装置を下し
    ； 上記装置の軸に対して方位的に対称形に延びる２つの放
    射経路の第１の組に沿って該装置から上記地層中へγ線
    を放出し、その際に該２つの放射経路の第１の組が該装
    置の軸上の第１の点で交差し、かつ上記地層試料中に位
    置する第１円環と交差し； 上記装置の軸に対して方位的に対称形に延びる２つの放
    射経路の第２の組に沿って上記装置の背後へ地層試料か
    ら散乱される放射γ線をカウントし、その際に該２つの
    放射経路の第２の組が該装置の軸上の第２の点で交差し
    、かつ上記第１円環と交差し； ２つの上記カウントの第１の積を決定し、これが上記地
    層試料の平均密度を示すことからなる方法。
14. （１４）特許請求の範囲第１３項の方法であって、上記
    装置の軸に対して方位的に対称形に延びる２つの放射経
    路の第３の組に沿って上記装置の背後へ地層試料から散
    乱される放射γ線をカウントし、その際に該２つの放射
    経路の第３の組が該装置の軸上の第２の点から離れて位
    置する第３の点で交差し、かつ該軸に対する第２円環と
    交差し、該軸まわりの該第２円環が２つの放射経路の上
    記第１の組によって交差され； 少なくとも２つの上記カウントの第２の積を定め、上記
    第２の積と上記第１の積との比を求め、この比が上記地
    層試料の補償平均密度を示すことからなる方法。