JPS62473B2 - - Google Patents

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JPS62473B2
JPS62473B2 JP51035900A JP3590076A JPS62473B2 JP S62473 B2 JPS62473 B2 JP S62473B2 JP 51035900 A JP51035900 A JP 51035900A JP 3590076 A JP3590076 A JP 3590076A JP S62473 B2 JPS62473 B2 JP S62473B2
Authority
JP
Japan
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neutron
time
pulse
formation
measured
Prior art date
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Application number
JP51035900A
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Japanese (ja)
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JPS51121401A (en
Inventor
Antokiu Suteiibun
Deii Maafuii Richaado
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schlumberger Overseas SA
Original Assignee
Schlumberger Overseas SA
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Publication date
Priority claimed from US05/563,510 external-priority patent/US4031367A/en
Application filed by Schlumberger Overseas SA filed Critical Schlumberger Overseas SA
Publication of JPS51121401A publication Critical patent/JPS51121401A/en
Publication of JPS62473B2 publication Critical patent/JPS62473B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/04Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
    • G01V5/08Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays
    • G01V5/10Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using neutron sources
    • G01V5/101Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using neutron sources and detecting the secondary Y-rays produced in the surrounding layers of the bore hole
    • G01V5/102Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using neutron sources and detecting the secondary Y-rays produced in the surrounding layers of the bore hole the neutron source being of the pulsed type

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は広くいえば該検層方法と装置に関し、
更に詳しくいえば、中性子特性データとガンマ線
分光データとの組合わされたロツキングを介し
て、地下の地層的の炭化水素の埋蔵場所と採掘可
能性についてのより正確な追加情報を得るための
改良した方法と装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Broadly speaking, the present invention relates to the well logging method and device;
More specifically, an improved method for obtaining additional, more accurate information about the location and mining potential of underground geological hydrocarbon reserves through the combined rocking of neutron property data and gamma ray spectroscopy data. and regarding equipment.

一般に、石油または天然ガス埋蔵地帯を確認す
るための検層においては、炭化水素の存在を検出
するばかりでなく、それらの相対的な豊富さ(飽
和度)と回収の容易さとを決定することが重要で
ある。これに関連して、層位、頁岩含有量
(shaliness)、孔げき率(有孔性)および塩分の
ような地層パラメータに関する情報を得ることが
望ましい。その理由は、この種の情報が炭化水素
および水の飽和レベルの量的評価、与えられた任
意の地層の生産性についての評価に有用だからで
ある。
In general, logging to identify oil or gas reserves not only detects the presence of hydrocarbons, but also determines their relative abundance (saturation) and ease of recovery. is important. In this connection, it is desirable to obtain information on formation parameters such as stratigraphy, shaliness, porosity and salinity. This is because this type of information is useful for quantitatively assessing the saturation levels of hydrocarbons and water, and for assessing the productivity of any given formation.

上記のような情報を与えるための核検層装置の
一例が、本願出願人が特許権者となつている米国
特許第3521064号に記述されている。この米国特
許に記述されている装置では、未知組成の地層の
検出されたガンマ線エネルギースペクトル、たと
えば熱中性子捕獲ガンマ線スペクトルが、それを
既知成分の物質の重みづけられたスペクトルで作
られる複合スペクトルに一致させることにより分
析される。多数の別々の点すなわちエネルギーレ
ベルにおける検出されたガンマ線エネルギースペ
クトルの大きさを複合スペクトルの大きさと比較
して最も可能な一致を得ることにより、地層成分
の正確な分析を行うことができる。成分スペクト
ルを適切に選択することにより、対象とする地層
の有孔性、頁岩含有率、塩分含有率、層位などの
ような性質を表す分光出力も得ることができる。
しかし、前記米国特許に示されている技術思想を
実現するための従来の装置は、統計的な不確定さ
と混乱の影響を受け、そのためにある状況ではそ
のような装置の有用性が損われていた。
An example of a nuclear logging device for providing such information is described in US Pat. No. 3,521,064, of which the applicant is the patentee. The device described in this patent matches a detected gamma-ray energy spectrum of a formation of unknown composition, such as a thermal neutron capture gamma-ray spectrum, to a composite spectrum made up of weighted spectra of materials of known composition. It is analyzed by Accurate analysis of formation components can be performed by comparing the magnitude of the detected gamma-ray energy spectrum at a number of separate points or energy levels to the magnitude of the composite spectrum to obtain the best possible match. By appropriately selecting the component spectra, it is also possible to obtain a spectral output representative of properties such as porosity, shale content, salinity content, stratigraphy, etc. of the formation of interest.
However, conventional devices for implementing the technical ideas presented in the above-mentioned U.S. patents are subject to statistical uncertainties and perturbations, which impair the usefulness of such devices in some situations. Ta.

別の形のケーシング貫通核地層には、たとえば
熱中性子の寿命すなわち崩壊時間τと、マクロ吸
収(捕獲)横断面Σと、中性子減速時間を含む地
層の1つまたはそれ以上の選択された中性子特性
の決定が含まれる。それらの特性の測定値を取り
出すのに有用な装置が米国特許第3566116、
3662179号と、1973年5月1日付の米国特許出願
第356151号に開示されている(これらの米国特許
および米国特許出願は本願出願人に譲渡されてい
る)。これらの装置により、塩水と石油を区別
し、水分の飽和の変化を検出するのに特に有用な
はるかに価値のある情報が得られる。しかし、中
性子特性ログ、たとえばτおよびΣログの解釈は
地層の層位、孔げき率および頁岩含有率の信頼で
きるある相関可能なデータにより改善されてい
る。これは、τとΣのログの信頼性が低く、種々
の地層が類似のτ値とΣ値を示す低塩分の地層に
おいて特にそうである。
Other forms of casing-penetrated core formations include one or more selected neutron properties of the formation, including, for example, the thermal neutron lifetime or decay time τ, the macroabsorption (capture) cross-section Σ, and the neutron deceleration time. This includes the determination of A device useful for taking measurements of those properties is disclosed in U.S. Pat. No. 3,566,116;
No. 3,662,179 and US Pat. These devices provide much more valuable information that is particularly useful in distinguishing between brine and oil and detecting changes in water saturation. However, the interpretation of neutron property logs, such as τ and Σ logs, is improved by reliable and correlatable data of formation stratigraphy, porosity, and shale content. This is especially true in low salinity formations where the logs of τ and Σ are unreliable and different formations exhibit similar τ and Σ values.

米国特許第3413471号に開示されているよう
に、熱中性子の寿命ログとあるガンマ線分光ログ
データの間に有用な相関性が存在することは一般
に認められているが、単一の装置で、炭化水素帯
の完全で正確な検討を可能にする種々の地層パラ
メータに関する十分な情報を与えるように機能す
る、中性子特性ロツギングとガンマ線分光ロツキ
ングを統合することは行われていなかつた。
Although it is generally accepted that a useful correlation exists between thermal neutron lifetime logs and certain gamma spectroscopy log data, as disclosed in U.S. Pat. No. 3,413,471, a single instrument There has been no integration of neutron signature logging and gamma-ray spectroscopic logging that would serve to provide sufficient information about the various formation parameters to allow a complete and accurate study of the hydrogen zone.

上述の点から分るように、局部的な中性子分布
を形成する中性子のパルスで穴内から組織を照射
することにより穴内のガンマ線スペクトル測定を
いかに形成するかは公知である。中性子は物質と
相互作用するのでエネルギを失つて発熱する。中
性子が原子核と出合うときの熱エネルギにおいて
中性子−中性子相互作用が起つてガンマ線を形成
する。このガンマ線のエネルギは原子元素の特性
によるものである。特性エネルギを有するこれら
のガンマ線は後にスペクトル技術によつて分析さ
れて、検出されたガンマ線に立上りを与える元素
を同定する。
As can be seen from the above points, it is known how to produce gamma ray spectrometry measurements within a hole by irradiating the tissue from within the hole with pulses of neutrons that create a localized neutron distribution. As neutrons interact with matter, they lose energy and generate heat. When a neutron encounters an atomic nucleus, the thermal energy causes neutron-neutron interaction to form gamma rays. The energy of this gamma ray depends on the characteristics of the atomic elements. These gamma rays with characteristic energies are later analyzed by spectral techniques to identify the elements that give rise to the detected gamma rays.

調べられている組織の中性子捕獲断面は組織の
物質(たとえば砂岩、頁岩、大理石、塩水および
油は全て異なる熱中性子捕獲断面を有ししたがつ
て異なる熱中性子崩壊時間を有する)に応じて変
化する。中性子源は穴の中に配されるから、穴の
中での中性子−中性子相互作用から生じるガンマ
線は常に組織内でガンマ線が生じる前の時間にま
ず現れるが組織物質の同一性による異なる相対時
間だけ存続する。穴の成分ではなくて組織の成分
のガンマ線スペクトル測定を行いたいから、本願
出願人は検出器がガンマ線に応答する時間を遅ら
せることにより穴ガンマ線を検出することを避け
得ると考える。しかし出願人はガンマ線の数は時
間とともに減少するから中性子パルスに続く長い
時間に亘り遅らせることは望ましくないというこ
とも知つている。あまりに長い遅れ時間はカウン
トレートの減少による測定効率をひどく減じるこ
とになる。
The neutron capture cross section of the tissue being investigated varies depending on the material of the tissue (e.g. sandstone, shale, marble, brine and oil all have different thermal neutron capture cross sections and therefore different thermal neutron decay times). . Since the neutron source is placed in the hole, the gamma rays resulting from neutron-neutron interactions in the hole always appear first at a time before the gamma rays are generated in the tissue, but only at different relative times depending on the identity of the tissue material. survive. Since we wish to perform gamma ray spectral measurements of tissue components rather than hole components, we believe that detecting hole gamma rays can be avoided by delaying the time the detector responds to gamma rays. However, Applicants also know that because the number of gamma rays decreases over time, it is undesirable to delay them for long periods of time following a neutron pulse. Too long a delay time will seriously reduce the measurement efficiency due to a decrease in the count rate.

本発明の目的は、中性子−ガンマ線スペクトル
技術により穴を取巻く組織成分の改良されたスペ
クトル分析を提供することである。
It is an object of the present invention to provide improved spectral analysis of tissue components surrounding the hole by neutron-gamma spectroscopy techniques.

本発明のもう1つの目的は、スペクトル分析用
の改良されたガンマ線エネルギスペクトルを提供
する穴中性子−ガンマ線スペクトル技術を提供す
ることである。
Another object of the present invention is to provide a hole neutron-gamma ray spectroscopy technique that provides an improved gamma ray energy spectrum for spectral analysis.

これらの目的は、組織の熱中性子崩壊時間を測
定してパルスサイクルおよび崩壊時間の検出サイ
クルを演算することにより、および測定された崩
壊時間に応じて検出サイクルの検出器オン期間を
制御することにより達成される。
These objectives are achieved by measuring the thermal neutron decay time of the tissue and calculating the pulse cycle and the detection cycle of the decay time, and by controlling the detector on period of the detection cycle according to the measured decay time. achieved.

これは次のような技術的な特長を有する。すな
わち検出サイクルの検出器オン期間は背景および
穴内におけるガンマ線の数が組織内のガンマ線に
対し最少化されガンマ線スペクトルの品質が最適
化されて組織成分について分析されたときより有
意な結果をもたらすようにするものである。もう
1つの技術的利点は次の通りである。組織の中性
子捕獲断面に応じた検出サイクル中の種々の時点
で穴の影響はより大きくおよび小さくなるから検
出サイクルのデータ収集期間は組織の変化に応じ
てシフトされる。
This has the following technical features. That is, the detector on period of the detection cycle is such that the number of gamma rays in the background and in the hole is minimized relative to the gamma rays in tissue, and the quality of the gamma ray spectrum is optimized to yield more meaningful results when analyzed for tissue components. It is something to do. Another technical advantage is as follows. The data collection period of the detection cycle is shifted as the tissue changes, since the effect of the hole becomes larger and smaller at different times during the detection cycle depending on the neutron capture cross-section of the tissue.

実際上、これらの目的および効果は次の各動作
を行う装置により達成される。すなわち中性子の
パルスで組織を照射し、中性子と組織の中性子と
の相互作用から生じるガンマ線の時間分布および
エネルギを検出し、熱中性子崩壊時間または補獲
断面の予め定められた測定に応じて中性子の第1
パルスに続くデータ収集時間の期間および位置を
制御し、ガンマ線エネルギスペクトルを発生して
このスペクトルを分析する。
In practice, these objects and advantages are achieved by an apparatus that performs the following operations. That is, by irradiating the tissue with a pulse of neutrons, detecting the time distribution and energy of gamma rays resulting from the interaction of neutrons with tissue neutrons, and measuring the neutron radiation according to a predetermined measurement of the thermal neutron decay time or capture cross section. 1st
The duration and location of the data collection time following the pulse is controlled to generate a gamma ray energy spectrum and this spectrum is analyzed.

この装置がデータ収集時間の期間および位置を
適当に制御する場合、得られたスペクトルは少量
の不要な背景および穴からのガンマ線を含む。
If the device properly controls the duration and location of the data collection time, the resulting spectrum will contain a small amount of unwanted background and gamma rays from the holes.

この方法において熱中性子崩壊時間または組織
の捕獲断面は前以つて知られているか、検出器で
検出されたガンマ線の時間分布から求められる。
In this method, the thermal neutron decay time or the capture cross section of the tissue is either known in advance or determined from the time distribution of the gamma rays detected by the detector.

本発明の目的は中性子ロツギングスペクトル分
析を行なつて試錐孔の影響を受けずに岩石の組成
に関する情報を得ることである。
An object of the present invention is to perform neutron logging spectral analysis to obtain information on the composition of rocks without being influenced by boreholes.

本発明のもう1つの目的は、考慮しなければ測
定動作に悪影響を与えるような全く異なつた中性
子捕獲断面積を有する試錐孔が取出される、間欠
的な組成によつて生じる問題点を回避するような
中性子ロツギングスペクトル分析を行なうことで
ある。
Another object of the invention is to avoid the problems caused by intermittent compositions in which boreholes with completely different neutron capture cross sections are taken, which if not taken into account would adversely affect the measurement operation. The goal is to perform neutron logging spectrum analysis.

これらおよび他の目的は、測定速度(カウント
レート)を損うことなくまた過度の不都合な背景
成分を取入れることなく試錐孔の影響を排除して
岩石組成を示すガンマ線を受入れる中性子スペク
トルロツギング装置および方法によつて達成され
る。これらの目的は、組成の熱中性子崩壊時間の
測定値に応じてデータ収集ゲートの時間位置を自
動的に調整する装置および方法を提供することに
より達成される。
These and other objectives are achieved by a neutron spectroscopy logging device that accepts gamma rays that are indicative of rock composition, eliminating borehole effects without compromising measurement speed (count rate) or introducing undue undesirable background components. and method. These objects are achieved by providing an apparatus and method that automatically adjusts the time position of a data collection gate in response to measurements of the thermal neutron decay time of a composition.

これらの目的は、次のようにして達成される。
すなわち中性子組成特性(熱中性子崩壊時間)を
測定して中性子の一連のバーストを形成し、この
バースト間のガンマ線を検出した試錐孔内で生じ
るガンマ線に対して識別し且つカウントレートを
最大限にし且つ妨害性の背景に対して最適比の信
号を有する測定を行なうために測定された、熱中
性子崩壊時間に応じた時間に関する検出事象を取
出す装置および方法によつて達成される。この装
置および方法により、検出過程でのカウントレー
トに悪影響を与えることなくスペクトルに対する
試錐孔および背景の影響を最小限にすることがで
きるから得られたガンマ線スペクトルのスペクト
ル分析は改善される。しかも、本発明ではカウン
トレートは可能な限り高速に維持されているから
中性子捕獲ガンマスペクトルロツギング動作をか
なり高速で行なうことができる。
These objectives are achieved as follows.
That is, the neutron composition characteristics (thermal neutron decay time) are measured to form a series of bursts of neutrons, the gamma rays between these bursts are differentiated from the gamma rays generated in the detected borehole, and the count rate is maximized. This is accomplished by an apparatus and method for extracting detection events with respect to time as a function of the measured thermal neutron decay time to make measurements with an optimal ratio of signal to interfering background. This apparatus and method improves the spectral analysis of gamma-ray spectra obtained since the effects of borehole and background on the spectra can be minimized without adversely affecting the count rate during the detection process. Moreover, in the present invention, since the count rate is maintained as high as possible, the neutron capture gamma spectrum logging operation can be performed at a fairly high speed.

たとえば、測定される中性子特性は地層の熱中
性子吸収特性、すなわち、熱中性子崩壊時間τま
たはマクロ吸収(捕獲)横断面積Σ、および解析
されるガンマ線エネルギースペクトルは熱中性子
吸収(捕獲)ガンマ線スペクトルである。解析す
べきガンマ線の時間分布の部分を中性子吸収特性
の測定された値に従つて選択することにより、探
査中の特定の地層に対して捕獲ガンマ線エネルギ
ースペクトルの選択が適切に行われる。したがつ
て、中性子パルスに続く捕獲ガンマ線時間分布の
持続時間と形を基本的に決定する、地層の熱中性
子吸収特性が試錐孔が貫通している地層の間で異
なることには無関係に、選択されたスペクトルは
その地層の組成を表す。
For example, the measured neutron properties are the thermal neutron absorption properties of the formation, i.e., the thermal neutron decay time τ or the macro absorption (capture) cross-section Σ, and the analyzed gamma-ray energy spectrum is the thermal neutron absorption (capture) gamma-ray spectrum. . By selecting the portion of the gamma-ray time distribution to be analyzed according to the measured value of the neutron absorption property, the selection of the captured gamma-ray energy spectrum is made appropriate for the particular formation being explored. Therefore, regardless of the fact that the thermal neutron absorption properties of the formation, which fundamentally determine the duration and shape of the captured gamma ray time distribution following the neutron pulse, differ between the formations penetrated by the borehole, the selection The resulting spectrum represents the composition of that stratum.

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

先に述べたように、本発明は広い意味で、地層
中の石油埋蔵地帯およびガス埋蔵地帯の発見と、
評価を行うのに有用な情報を得ることを目的とす
る。本発明はたとえばワークオーバーおよび産出
井、未産出石油地帯の確認のために、ケーシング
で囲まれた孔のロツギングで特に有用であるが、
裸孔でも同様に有用である。特に有利な結果が得
られるようなやり方で本発明を実施するための代
表的な装置を第1図に示す。とくに、この装置は
対象とする地層のτとΣの測定値を同時に取り出
し、前記米国特許第3521064号に開示されている
カーブ適合技術に主として従つて地層の捕獲ガン
マ線スペクトルの選択された部分を解析する装置
を構成する。
As mentioned above, the present invention broadly relates to the discovery of oil and gas reserves in geological formations;
The purpose is to obtain useful information for evaluation. The present invention is particularly useful in logging cased holes, for example, for workover and identification of producing wells and unproducing oil zones;
Open holes are also useful. A representative apparatus for carrying out the invention in a manner with particularly advantageous results is shown in FIG. In particular, this device simultaneously takes τ and Σ measurements of a formation of interest and analyzes selected portions of the formation's captured gamma-ray spectrum primarily in accordance with the curve-fitting technique disclosed in the aforementioned U.S. Pat. No. 3,521,064. Configure the device that will be used.

まず第1図を参照して、本発明の代表的な実施
例は耐水、耐圧および耐熱形の試錐孔測定器10
を含む。この測定器10は地下の地層16を調査
するために、外装ケーブル14により試錐孔12
の中につり下げられる。試錐孔12は試錐孔流体
18と、鋼製ケーシング20と、ケーシングの外
側のセメント22とを含むものとして示されてい
る。この試錐孔12の中には配管は示されていな
いが、希望によつては測定器10は貫通配管を使
用するような寸法にできる。
Referring first to FIG. 1, a representative embodiment of the present invention shows a water-resistant, pressure-resistant and heat-resistant borehole measuring instrument 10.
including. This measuring instrument 10 is connected to a borehole 12 by an armored cable 14 in order to investigate underground strata 16.
suspended inside. Borehole 12 is shown including a borehole fluid 18, a steel casing 20, and cement 22 outside the casing. Although no piping is shown in borehole 12, meter 10 can be dimensioned to use through-piping if desired.

測定器10はパルス状中性子源24と、この中
性子源24から隔てられて設けられる放射線検出
器26を含む。中性子源24から検出器26に中
性子が直接に入射することをなるべく防ぐため
に、中性子源24と放射線検出器25との間に、
通常の組成の中性子しやへい材28をなるべく設
ける。中性子源24はたとえば14MeVというよ
うに高速中性子の離散パルスを発生するようにな
つており、米国特許第2991364、3546512号に詳細
に記載されているような種類の中性子源を使用で
きる。放射線検出器26は、ガンマ線を検出し
て、その検出したガンマ線のエネルギーを表す振
幅を有するガンマ線に応じてパルス信号を発生す
るものであれば、どのような構造のものでも用い
ることができる。放射線検出器26はシンチレー
シヨン結晶30を含む。このシンチレーシヨン結
晶30は光電子増倍管32に光学的に結合され
る。この結晶はタリウムで活性化されたヨウ化ナ
トリウム形をなるべく用いるようにするが、タリ
ウムまたはナトリウムで活性化されたヨウ化セシ
ウムのような他の適当な結晶も使用できる。ある
いは、ゲルマニウム(リチウム)結晶を有する固
体検出器も使用できる。測定器10へは地上の電
源(図示せず)からケーブル14を通じて電力が
供給される。中性子源24と、放射線検出器26
と、その他の測定機器を駆動するための適当な電
源を測定器10に含ませることもできる。
The measuring instrument 10 includes a pulsed neutron source 24 and a radiation detector 26 provided apart from the neutron source 24 . In order to prevent neutrons from directly entering the detector 26 from the neutron source 24, between the neutron source 24 and the radiation detector 25,
A neutron shielding material 28 of a normal composition is preferably provided. The neutron source 24 is adapted to generate discrete pulses of fast neutrons, for example 14 MeV, and can be of the type described in detail in US Pat. Nos. 2,991,364, 3,546,512. The radiation detector 26 may have any structure as long as it detects gamma rays and generates a pulse signal in response to the gamma rays having an amplitude representing the energy of the detected gamma rays. Radiation detector 26 includes a scintillation crystal 30. This scintillation crystal 30 is optically coupled to a photomultiplier tube 32. The crystal preferably uses the thallium-activated sodium iodide form, although other suitable crystals such as thallium- or sodium-activated cesium iodide may also be used. Alternatively, solid state detectors with germanium (lithium) crystals can also be used. Electric power is supplied to the measuring instrument 10 from a ground power source (not shown) through a cable 14 . Neutron source 24 and radiation detector 26
The meter 10 may also include a suitable power source for driving the power supply and other measurement equipment.

ホウ素=カーバイドを含浸されたスリーブ34
が測定器10のケースの、中性子源24と検出器
26が収められている部分を囲む。このスリーブ
34には縦溝が設けられて、測定器10のケース
に沿つて試錐孔流体が縦方向に流れるようにす
る。スリーブ34の直径はケーシング20の中で
測定器10が自由に動けるような大きさにする。
このスリーブ34により検出器26に入射する望
ましくないガンマ線の量を減少させる。スリーブ
30は測定器10の付近から試錐孔流体18を除
去し、それにより、流体18と中性子との相互作
用から生ずるガンマ線を減少させるとともに、ケ
ーシングと中性子との相互作用から生ずるガンマ
線、または測定器内の鉄その他の要素の活性化に
より生ずるガンマ線を減少させるように、検出器
26の近傍の中性子を吸収する中性子吸収器とし
ても作用する。
Sleeve 34 impregnated with boron carbide
surrounds the part of the case of the measuring instrument 10 in which the neutron source 24 and detector 26 are housed. The sleeve 34 is provided with longitudinal grooves to allow borehole fluid to flow longitudinally along the case of the meter 10. The diameter of the sleeve 34 is sized to allow free movement of the meter 10 within the casing 20.
This sleeve 34 reduces the amount of unwanted gamma rays incident on the detector 26. Sleeve 30 removes borehole fluid 18 from the vicinity of meter 10, thereby reducing gamma rays resulting from interaction of fluid 18 with neutrons, and gamma rays resulting from interaction of neutrons with the casing, or the meter. It also acts as a neutron absorber, absorbing neutrons in the vicinity of the detector 26 to reduce gamma rays produced by activation of iron and other elements within.

光電子増倍管32からのパルスは前置増幅器3
6で増幅されてから、τの微分で使用するために
導線38を介して増幅器40の入力端子に加えら
れるとともに、スペクトル分析のために導線42
を介して増幅器44の入力端子に加えられる。希
望によつてはτと分光機能とを求めるために別の
検出器を用いることができる。もし別の検出器を
用いると、分光に関連する検出器はガンマ線エネ
ルギー応答形でなければならないが、τに関連す
る検出器は、ガンマ線エネルギー応答形である必
要はない。たとえばτに関連する検出器はヘリウ
ム−3を充填された比例計数管のような熱中性子
検出形とすることができる。いずれにしても、中
性子源24により中性子パルスが発生されている
間と、直後に検出器26には極めて高いエネルギ
ーのガンマ線が入射する。そのために光電子増倍
管32にそのガンマ線に対応する高いレートのパ
ルスが発生される。ガンマ線を測定する時間を除
いて、中性子パルスの発生中と発生中止直後の短
い時間の間は、異常に高いカウントレートに起因
する有害な影響から光電子増倍管32と、増幅器
40,44と、その他の信号処理素子とを守るた
めに光電子増倍管32の動作を停止させるように
する。後で詳しく説明するように、中性子源24
の動作はプログラマ46から導線48を介して加
えられる信号により制御される。それらの制御信
号は、光電子増倍管32を希望する時間だけ作動
停止状態とするために利用することもできる。
The pulse from the photomultiplier tube 32 is sent to the preamplifier 3
6 and then applied via lead 38 to the input terminal of amplifier 40 for use in the differentiation of τ, and to the input terminal of amplifier 40 for spectral analysis.
is applied to the input terminal of amplifier 44 via. Separate detectors can be used to determine τ and spectroscopic features if desired. If separate detectors are used, the detectors associated with spectroscopy must be gamma-ray energy-responsive, but the detectors associated with τ need not be gamma-ray energy-responsive. For example, the detector associated with τ may be of the thermal neutron detection type, such as a proportional counter filled with helium-3. In any case, very high energy gamma rays are incident on the detector 26 during and immediately after the neutron pulse is generated by the neutron source 24. For this purpose, high rate pulses corresponding to the gamma rays are generated in the photomultiplier tube 32. Except for the time when gamma rays are measured, during the generation of the neutron pulse and for a short period immediately after generation ceases, the photomultiplier tube 32 and the amplifiers 40, 44 are protected from harmful effects due to abnormally high count rates. The operation of the photomultiplier tube 32 is stopped to protect other signal processing elements. As will be explained in detail later, the neutron source 24
The operation of is controlled by signals applied via lead 48 from programmer 46. These control signals can also be used to deactivate photomultiplier tube 32 for a desired amount of time.

増幅器40から弁別器52にパルスが加えられ
る。この弁別器52は所定の振幅レベルより高い
レベルのパルスだけを通過させ、受けたパルスを
標準寸法の出力パルスに変換する。それらのパル
スは導線54を介してτ計算回路56に加えられ
る。このτ計算回路56は米国特許第3662179号
において説明されている。
A pulse is applied from amplifier 40 to discriminator 52 . The discriminator 52 passes only pulses above a predetermined amplitude level and converts the received pulses into standard size output pulses. These pulses are applied via conductor 54 to τ calculation circuit 56. This τ calculation circuit 56 is described in US Pat. No. 3,662,179.

この米国特許において説明されているように、
τ計算回路56はゲート回路と、カウント回路
と、比較回路と、発振回路とを含み、選択された
中性子パルスに続いて起る可変長検出期間の間に
弁別器52を通つたパルスに応答して次の式を解
く。
As explained in this U.S. patent:
The τ calculation circuit 56 includes a gating circuit, a counting circuit, a comparator circuit, and an oscillator circuit, and is responsive to the pulse passed through the discriminator 52 during a variable length detection period following the selected neutron pulse. and solve the following equation.

N=1/2(N1+N3)−N2 (1) ここに、N1は第1検出時間の間のカウント
数、すなわち先行する中性子パルスが終つた後の
時刻2τに始まる持続時間が1τのゲートの間
のカウント数、N2は第2検出時間、すなわち第
1時間の直後に始まつて、長さが2τのゲート
の間のカウント数、N3は第3検出時間、すなわ
ち先行する中性子パルスが終つてから時間6τが
経過した時に開始され、持続時間が3τのゲート
の間のカウント数である。
N = 1/2 (N 1 + N 3 ) − N 2 (1) where N 1 is the number of counts during the first detection time, i.e. the duration starting at time 2τ after the end of the preceding neutron pulse. The number of counts during a gate of 1τ, N 2 is the number of counts during a gate of length 2τ starting immediately after the second detection time, i.e. the first time, N 3 is the number of counts during a gate of length 2τ, starting immediately after the second detection time, i.e. the preceding time. This is the number of counts during a gate whose duration is 3τ, starting when the time 6τ has passed after the end of the neutron pulse.

N3は背景ガンマ線に対して主時間間隔,
からカウントN1とN2を補正するために決定され
るから、τに関連する検出器がガンマ線に感じな
い時は省略できる。
N 3 is the main time interval with respect to the background gamma rays,
Since it is determined to correct the counts N 1 and N 2 from τ, it can be omitted when the detector related to τ is not sensitive to gamma rays.

(1)式の解がN=0の場合には、τ計算回路56
により得られる崩壊時間の見かけの値は、調査中
の地層の実際の崩壊時間としてとることができ
る。Nが0でないと可変周波数発振器の調整によ
り、τ計算回路56内で誤差信号が発生され、そ
の誤差信号は装置をN=0状態へ復旧させる。米
国特許第3662179号において更に説明されている
ように、可変周波数発振器が100KHZクロツク信
号回路と、希望する数の発振フリツプフロツプ回
路とを含むデジタル発振器で構成できる。これら
のフリツプフロツプは100KHZクロツク信号に従
つて状態を変え、それらのフリツプフロツプの状
態は対応する数の比較器により、(τ計算回路5
6の)検出器信号カウント回路内のフリツプフロ
ツプ回路の対応する数と連続的に比較される。カ
ウンタと発振器のフリツプフロツプが同じ状態の
時には、発振器の全てのフリツプフロツプをリセ
ツトするパルスが発生される。この技術は実際に
はカウントレート信号を時間信号へ変換するもの
である。その理由は、発振器のフリツプフロツプ
回路の状態が、カウンタにより記録された観測さ
れた放射線を表すカウンタのフリツプフロツプの
状態に一致するまで、発振器のフリツプフロツプ
が個々の状態を変えるからである。したがつて、
発振器により発生される出力信号は、発振器が所
定レベルの放射能までカウントするのに要する時
間を表し、したがつて地層の熱中性子崩壊時間を
表す。発振器の出力信号はプログラマ46の動作
を制御するための誤差信号、すなわち制御信号と
して導線58を介して加えられる。
If the solution to equation (1) is N=0, the τ calculation circuit 56
The apparent value of the collapse time obtained by can be taken as the actual collapse time of the stratum under investigation. If N is not zero, the adjustment of the variable frequency oscillator will generate an error signal in the τ calculation circuit 56, which will restore the device to the N=0 condition. As further described in U.S. Pat. No. 3,662,179, the variable frequency oscillator can be constructed from a digital oscillator that includes a 100 KHZ clock signal circuit and as many oscillating flip-flop circuits as desired. These flip-flops change states according to the 100KHZ clock signal, and the states of these flip-flops are determined by the corresponding number of comparators (τ calculation circuit 5).
6) is continuously compared with the corresponding number of flip-flop circuits in the detector signal counting circuit. When the counter and oscillator flip-flops are in the same state, a pulse is generated that resets all oscillator flip-flops. This technique actually converts a count rate signal into a time signal. The reason is that the oscillator flip-flops change their individual states until the state of the oscillator flip-flop circuit matches the state of the counter flip-flop representing the observed radiation recorded by the counter. Therefore,
The output signal generated by the oscillator represents the time it takes for the oscillator to count up to a predetermined level of radioactivity, and thus represents the thermal neutron decay time of the formation. The oscillator output signal is applied via conductor 58 as an error or control signal for controlling the operation of programmer 46.

クロツク信号の周波数を高くすることにより、
またはフリツプフロツプのクロツク信号により駆
動されるアレイにより多くの段を加えることによ
り、τの取り出した値の信頼度がより高くなる。
たとえば、300KHZの周波数を採用できる。ま
た、フリツプフロツプのクロツク信号により駆動
されるアレイは、中性子パルスの終つた後で時間
の経過とともに指数関数的に 低下する高い初期
カウントレートを与えるように構成できる。これ
により、とくにτの小さな値でのτ計算回路56
の安定度が高くなる。その理由は、発生された誤
差信号により行われるτの変化が、τの絶対値と
くらべて常に割合小さいからである。それはまた
小容量のカウンタの使用も可能にする。
By increasing the frequency of the clock signal,
Alternatively, by adding more stages to the array driven by the flip-flop's clock signal, the retrieved value of τ becomes more reliable.
For example, a frequency of 300KHZ can be adopted. Also, an array driven by a flip-flop clock signal can be configured to provide a high initial count rate that decreases exponentially with time after the neutron pulse has terminated. As a result, the τ calculation circuit 56
becomes more stable. The reason is that the change in τ caused by the generated error signal is always relatively small compared to the absolute value of τ. It also allows the use of small capacity counters.

プログラマ46は適当なダイオードマトリツク
ス論理回路を有するカウンタを構成する。この種
のプログラマは米国特許第3566116、3609366、
3662179号で開示されている。このプログラマ
は、τ計算回路56の発振器からの出力信号列に
応答して、τ検出時間間隔,,の間ゲート
開放信号を発生させるのに必要な通常の論理およ
び信号組合せ回路を含む。それらのゲート開放信
号は導線60を介してτ計算回路56に加えら
れ、そこでゲート回路とパルスカウント回路との
動作を前記のように制御する。プログラマ46は
中性子源24により放射される中性子パルスの持
続時間と、繰返えし率とを調整する制御信号を発
生する回路も含む。τ検出時間間隔,,の
発生時刻(開始と持続時間)は関連する中性子パ
ルスの発生時刻に関連するから、導線60に与え
られるτゲート開放パルスも、導線48を介して
中性子源24に加えられる制御信号に同期させら
れる。中性子源24の好適なパルス制御動作順序
と、τ計算回路56のゲート制御順序とは第2,
3図を参照して後で説明する。
Programmer 46 implements a counter with appropriate diode matrix logic. This kind of programmer has US Patent No. 3566116, 3609366,
Disclosed in No. 3662179. The programmer includes the conventional logic and signal combination circuitry necessary to generate the gate open signal during the τ detection time interval, , in response to the output signal train from the oscillator of the τ calculation circuit 56. These gate opening signals are applied via conductor 60 to the τ calculation circuit 56, which controls the operation of the gate circuit and pulse counting circuit as described above. Programmer 46 also includes circuitry that generates control signals that adjust the duration and repetition rate of the neutron pulses emitted by neutron source 24. Since the time of occurrence (start and duration) of the τ detection time interval, , is related to the time of occurrence of the associated neutron pulse, the τ gate opening pulse applied to conductor 60 is also applied to the neutron source 24 via conductor 48. Synchronized to control signal. The preferred pulse control operation order of the neutron source 24 and the gate control order of the τ calculation circuit 56 are as follows:
This will be explained later with reference to FIG.

プログラマ46は中性子源へ送るためのτ(ま
たはΣ)を表す信号を発生するように構成されて
もよく、これも前記米国特許第3662179号の開示
に従つて構成することができる。あるいは、中性
子源24がパルス制御される回数、およびτ検出
時間が順次起される時間は、所定の時間だけカウ
ントできる。中性子パルスの繰り返えし率はτの
関数として制御されるから、所定の時間内に発生
されるパルスの数はΣしたがつてτに比例する。
カウント時間は、統計的に信頼できる測定を行う
ためにはもちろん十分な持続時間でなければなら
ず、τ−Σログで望ましい垂直分解能を発生する
周波数で反復せねばならない。この目的のために
便利な回路は、カウントすべき特定の中性子パル
スのための制御信号と同期して、プログラマ46
により発生されて導線65に与えられたパルスを
通過させるために、プログラマ46から導線63
に与えられる開放信号に応答するアンド回路62
を含むことができる。ゲート制御されたパルスは
導線67を介して2進カウンタ69に加えられ
る。カウント期間が終ると、たとえば導線63上
のゲート開放信号の後縁部により付勢される遅延
ワンシヨツト71が、貯えられているパルスカウ
ントを示す2進コード化並列信号を導線束73を
介して信号処理およびケーブル駆動回路64にま
ず出力させ、それから零リセツトするようにカウ
ンタ69に指令する。
Programmer 46 may be configured to generate a signal representing τ (or Σ) for transmission to the neutron source, and may also be configured in accordance with the disclosure of the aforementioned US Pat. No. 3,662,179. Alternatively, the number of times the neutron source 24 is pulse-controlled and the time at which the τ detection time is sequentially triggered can be counted for a predetermined period of time. Since the repetition rate of the neutron pulses is controlled as a function of τ, the number of pulses generated in a given time is proportional to Σ and therefore τ.
The counting time must of course be of sufficient duration to make statistically reliable measurements and must be repeated at a frequency that produces the desired vertical resolution in the τ-Σ log. A convenient circuit for this purpose includes a programmer 46 synchronized with a control signal for the particular neutron pulse to be counted.
from programmer 46 to conductor 63 to pass the pulses generated by and applied to conductor 65.
AND circuit 62 responsive to an open signal applied to
can include. The gated pulses are applied via conductor 67 to a binary counter 69. At the end of the counting period, a delay shot 71, energized, for example, by the trailing edge of the gate open signal on conductor 63, signals a binary encoded parallel signal over conductor bundle 73 indicative of the stored pulse count. The counter 69 is commanded to first output to the processing and cable drive circuit 64 and then reset to zero.

次に本発明の分光動作に戻ると、増幅器44か
らの出力パルスが導線66を介して波高分析器6
8に加えられる。波高分析器68は単一ランプ
(ウイルキンソン・ランダウン)形のような通常
のものを用いることができ、この波高分析器68
はパルスをそれらの振幅に従つて選択し、たとえ
ば2進コード化並列の形でそれらのパルスを、出
力導線束70の対応するチヤンネルを介して、信
号処理およびケーブル駆動回路64へ加えるよう
に動作する。分析すべきエネルギー範囲の選択を
行うために通常の低レベルおよび高レベル弁別器
と、解析すべき検出器により発生されたパルスの
時間部分の制御のために直接ゲート回路とを含む
ことが理解されるであろう。そのために、プログ
ラマ46により適当な信号が発生され、それらの
信号は導線72,74,76を介して弁別器に加
えられてそれらの弁別器を調節し、直線ゲート回
路を開かせる。分析のために選択された各中性子
パルスに続く信号の時間分布の部分は、中性子パ
ルスから生ずるガンマ線の時間分布の希望する任
意の部分に対応するが、なるべくなら、地層の核
との熱中性子捕獲相互作用により発生されるガン
マ線に対応させる。したがつて、プログラマ46
は、地層捕獲ガンマ線が優勢である時に各中性子
パルスに続く時間の間に直線ゲート回路が開かれ
るように、導線76にゲート開放信号を生ずるよ
うになるべく構成する。本発明の後述する特徴に
従つて、このゲート制御(検出)時間が起る時刻
は、回路56で測定されるτの関数として先行す
る中性子パルスに関連して制御される。そのため
に、プログラマ46は、関連する中性子パルスの
発生と同期して希望のゲート開放信号を発生する
ための、適当な論理および信号組合せ回路を含
む。
Next, returning to the spectroscopic operation of the present invention, the output pulse from the amplifier 44 is passed through the conductor 66 to the pulse height analyzer 6.
Added to 8. The pulse height analyzer 68 can be of the conventional type, such as a single lamp (Wilkinson rundown) type;
is operative to select the pulses according to their amplitude and apply them, e.g. in binary coded parallel form, to the signal processing and cable drive circuit 64 via corresponding channels of the output conductor bundle 70. do. It is understood to include the usual low-level and high-level discriminators for selecting the energy range to be analyzed, and a direct gating circuit for controlling the time portion of the pulses generated by the detector to be analyzed. There will be. To this end, appropriate signals are generated by programmer 46 which are applied via conductors 72, 74, 76 to the discriminators to adjust them and open the linear gate circuits. The portion of the time distribution of the signal following each neutron pulse selected for analysis corresponds to any desired portion of the time distribution of gamma rays resulting from the neutron pulse, but preferably thermal neutron capture with the core of the formation. This corresponds to the gamma rays generated by the interaction. Therefore, the programmer 46
is preferably configured to produce a gate open signal on conductor 76 such that the linear gate circuit is opened during the time following each neutron pulse when formation-trapped gamma rays are predominant. In accordance with features of the invention described below, the time at which this gating (detection) time occurs is controlled in relation to the preceding neutron pulse as a function of τ measured in circuit 56. To that end, programmer 46 includes appropriate logic and signal combination circuitry to generate the desired gate opening signal in synchronization with the generation of the associated neutron pulse.

ガンマ線の全エネルギースペクトルのうち、分
析すべきゲート制御された検出器信号に対応する
部分も、希望に応じて選択でき、たとえば
1.5MeVから7.5MeVへ拡げることができる。対象
とするエネルギー範囲にわたつて使用されるチヤ
ンネル数は、分析の希望する精度と、使用される
シンチレーシヨン結晶の分解能とにもちろん依存
する。タリウムで活性化されたヨウ化ナトリウム
結晶では、1.5〜7.5MeVのエネルギー範囲では
200チヤンネル程度が満足すべきスペクトル分析
を行えることが見出されている。しかし、希望に
よつては50チヤンネル程度と、より少数のチヤン
ネルも使用できる。一般に分析器68のチヤンネ
ル数、チヤンネル幅、全エネルギー範囲およびそ
の他の特性は前記米国特許第3521064号に開示さ
れている技術に従つて決定できる。
The part of the total energy spectrum of the gamma rays that corresponds to the gated detector signal to be analyzed can also be selected as desired, e.g.
Can be expanded from 1.5MeV to 7.5MeV. The number of channels used over the energy range of interest will of course depend on the desired precision of the analysis and the resolution of the scintillation crystal used. For thallium-activated sodium iodide crystals, in the energy range of 1.5-7.5 MeV
It has been found that around 200 channels can provide satisfactory spectral analysis. However, if desired, a smaller number of channels, such as about 50 channels, can be used. In general, the number of channels, channel width, total energy range and other characteristics of analyzer 68 can be determined in accordance with the techniques disclosed in the aforementioned US Pat. No. 3,521,064.

処理およびドライバ回路64はそれに加えられ
たデータ保持信号の符号化、時分割多重化、その
他の処理を行うため、およびそれらの信号をケー
ブル14に与えるために従来の任意の構成とする
ことができ、これらの目的のために用いられる特
殊な回路は本発明の構成部分ではない。回路64
の好適な構造は1975年3月31日に出願された米国
特許願第563507号「検層データのデレメータ装置
(system for Telemetering Well−Logging
Data)」に開示されている。
Processing and driver circuit 64 may be of any conventional configuration for encoding, time division multiplexing, and other processing of data bearing signals applied thereto and for providing those signals to cable 14. , the special circuitry used for these purposes is not part of the invention. circuit 64
A preferred structure for the system is described in U.S. patent application Ser.
Data).

地上では2進カウンタ69からのΣに関連する
信号と、波高分析器68からのチヤンネル当りカ
ウント信号とが、導線束80を介してコンピユー
タ82へ加えられるために、回路78において増
幅、解読およびその他の必要な処理を受ける。コ
ンピユータ82はΣとτの一方または両方の値
と、たとえば水飽和、頁岩含有、岩石の性質、孔
げき率、水の塩分のようなものを示す値のような
希望する分光出力の値を発生する。分光出力の好
適な形については後で説明する。これらの値のデ
ジタル表示が導線84A〜84Hを介してテープ
レコーダ86と、デジタル−アナログ変換器
(DAC)88とに加えられる。DAC88はそれぞ
れの入力に比例するアナログ信号を発生して、そ
れらのアナログ信号を視覚表示器90に与える。
第1のτ検出間隔の間の平均カウントレートま
たはヘツド電圧のようなモニタデータ(図示せ
ず)も記録できる。テープレコーダ86と視覚的
レコーダ90は通常のもので、測定器の深度の関
数として検層信号を記録する。第1図に参照番号
92で示されているケーブル追従の機械的リンク
がこの目的のために設けられる。
On the ground, the Σ-related signal from the binary counter 69 and the count per channel signal from the pulse height analyzer 68 are amplified, decoded and otherwise processed in circuit 78 for application via wire bundle 80 to computer 82. undergo the necessary processing. Computer 82 generates values of one or both of Σ and τ and desired spectral output values, such as values indicative of things such as water saturation, shale content, rock properties, porosity, and water salinity. do. A preferred form of spectral output will be discussed later. Digital representations of these values are applied to tape recorder 86 and digital-to-analog converter (DAC) 88 via leads 84A-84H. DAC 88 generates analog signals proportional to their respective inputs and provides those analog signals to visual indicator 90.
Monitor data (not shown) such as the average count rate or head voltage during the first τ detection interval may also be recorded. Tape recorder 86 and visual recorder 90 are conventional and record the logging signal as a function of instrument depth. A cable-following mechanical link, indicated at 92 in FIG. 1, is provided for this purpose.

コンピユータ82はΣとτの計算と、スペクト
ル一致との性能、成分割合決定および比形成過程
とに適切な任意の構造にできる。たとえば、コン
ピユータ82として米国マサチユーセツツ州所在
のデジタル・イクイツプメント・コーポレーシヨ
ン(Digital Equipment Corporation)製のPDP
−11型コンピユータのような汎用デジタルコンピ
ユータを用いることができる。コンピユータ82
は第1図に示すように試錐孔の中に設置すること
もできれば、試錐孔から離れた場所に設置して、
たとえば処理回路78からの解読された信号を磁
気テープに記録することにより行われるような、
チヤンネルごとのカウントの記録された表示τと
Σのデータを処理することもできる。
Computer 82 can be of any structure suitable for the calculation of Σ and τ, performance with spectral matching, component ratio determination, and ratio formation processes. For example, computer 82 is a PDP manufactured by Digital Equipment Corporation located in Massachusetts, USA.
- A general purpose digital computer such as an 11-inch computer can be used. computer 82
can be installed inside the borehole as shown in Figure 1, or it can be installed at a distance from the borehole.
such as by recording the decoded signals from processing circuitry 78 on magnetic tape.
It is also possible to process the recorded representation τ and Σ data of the counts per channel.

地層捕獲ガンマ線スペクトルの解析に対して、
中性子線24と検出器26とのすぐ近くにある物
質(測定器ハウジング、試錐孔流体18、ケーシ
ング20、セメント22等)と中性子との相互作
用から起るいわゆる「試錐孔効果」が、分光検出
期間の発生時刻を関連する中性子パルスの発生時
刻に対して、分析すべきある特定の地層のτの測
定された値に従つて制御することにより小さくさ
れる。第2図には、組織の崩壊時間に基き中性子
パルスの発生時間および検出期間の長さを制御す
ることが示されている。捕獲ガンマ線カウントレ
ートが、高速中性子バースト98の後で、崩壊時
間τで表されている時間によりどのように変るか
の、典型的な例を示すものである。時間分布カー
ブ100の左端には早期試錐孔効果、すなわち、
試錐孔内の中性子源と検出器のすぐ周囲を囲んで
いる媒質による熱中性子の高い吸収率にもとづ
く、急速崩壊領域がある。次に、ほぼ直線的な部
分がある。この直線部分は米国特許第3566116号
に開示されている技術に従つて、熱中性子崩壊時
間の決定に有用な部分であつて、片対数方眼紙上
に描くと地層中の熱中性子密度の指数関数的崩壊
に対応する。最後に、右へ向うにつれてカーブ1
00は平担になり、この部分のカウントレートは
地層と試錐孔内の背景放射能に対応する。
For analysis of geologically captured gamma ray spectra,
The so-called "borehole effect" that occurs from the interaction of neutrons with materials in the immediate vicinity of the neutron beam 24 and the detector 26 (measuring device housing, borehole fluid 18, casing 20, cement 22, etc.) causes spectroscopic detection. The time of occurrence of the period is reduced relative to the time of occurrence of the associated neutron pulse by controlling it according to the measured value of τ for a particular formation to be analyzed. FIG. 2 shows controlling the generation time of the neutron pulse and the length of the detection period based on the tissue decay time. Figure 3 shows a typical example of how the captured gamma ray count rate varies with time after a fast neutron burst 98, represented by the decay time τ. At the left end of the time distribution curve 100 there is an early borehole effect, i.e.
There is a region of rapid decay due to the high absorption of thermal neutrons by the medium immediately surrounding the neutron source and detector in the borehole. Next, there is the almost straight section. This straight line section is useful for determining the thermal neutron decay time according to the technique disclosed in U.S. Pat. Responding to collapse. Finally, as you head to the right, curve 1
00 is flat, and the count rate in this part corresponds to the background radioactivity in the strata and borehole.

τを計算するために、前記米国特許第3566116
号では、検出期間の開始前の中性子パルスの2τ
時間遅れ後にはほとんどの望ましくない試錐孔効
果がなくされ、カーブ100の指数関数的崩壊領
域に第1検出間隔の初期部分を置き、τ計算回
路56ゲート回路をそれに従つて制御するように
している。このようなτゲート制御順序(全体の
検出期間が7τの場合に対しては、2つの隣接す
る主な時間間隔(1τ)、(2τ)で、時間
間隔から1τだけ隔てられる3τの背景時間間
隔)を第2図に示すが、上記米国特許に開示さ
れているように、他の総合τ検出期間と、全期間
内の他の検出時間間隔とを採用できる。いずれに
しても、τ検出期間の時間設定は、調査中の特定
の地層のτに従つて自動的に制御される。
To calculate τ, the US Pat. No. 3,566,116
2τ of the neutron pulse before the start of the detection period.
After the time delay most undesirable borehole effects are eliminated, placing the initial portion of the first detection interval in the exponential decay region of curve 100 and controlling the τ calculation circuit 56 gate circuit accordingly. . Such a τ gating order (for the case where the overall detection period is 7τ, a background time interval of 3τ separated by 1τ from the time interval, with two adjacent main time intervals (1τ), (2τ) ) is shown in FIG. 2, although other total τ detection periods and other detection time intervals within the overall period can be employed, as disclosed in the above-mentioned US patents. In any case, the time setting of the τ detection period is automatically controlled according to the τ of the particular formation under investigation.

捕獲ガンマ線分光目的のためには、第2図に1
02で示されている、先行する中性子パルス98
の終了の後で1τの遅れ時間をおいて始まる2τ
時間の分光検出期間は、早期試錐孔効果を満足で
きる程度に解消し、それと同時に、統計を改善
し、垂直分解能を良くするためにカウント速度を
速くすることが見出されている。分光検出期間の
タイミングがこのようで、地層の測定される中性
子特性に結びつけられるから、分光期間は地層間
で正しいやり方で自動的に制御される。検出期間
102の他の時間設定ももちろん使用できる。し
かし、一般的には、この期間のタイミングは試錐
孔効果の抑制に釣り合うようなやり方で、背景カ
ウントレートに対して地層捕獲ガンマレートを最
大にするように定めるべきである。
For the purpose of captured gamma ray spectroscopy, 1 is shown in Figure 2.
Leading neutron pulse 98, indicated at 02
2τ starts after a delay of 1τ after the end of
It has been found that a spectroscopic detection period of time satisfactorily eliminates the early borehole effect and at the same time increases the counting rate for improved statistics and better vertical resolution. Because the timing of the spectroscopic detection period is thus tied to the measured neutron properties of the formation, the spectroscopic period is automatically controlled in a correct manner from formation to formation. Other time settings for the detection period 102 can of course be used. However, in general, the timing of this period should be determined to maximize the formation capture gamma rate relative to the background count rate in a manner commensurate with suppressing borehole effects.

この装置の効率を更に高め、カウントレートを
更に高くするために、中性子パルスの持続時間と
繰り返えし率はτに従つて制御されるようにもす
る。本発明によれば、個々の中性子パルスの持続
時間はなるべく1τにする。実際には単一の中性
子放射に続く第2図の検出期間102において
は、ガンマ線エネルギのスペクトル分析を行うの
に充分なガンマ線が検出されない。したがつて第
3図に示すような動作サイクルを用いる必要があ
り、1サイクルは中性子放射の繰返しおよびデー
タ収集時間を含む。このためガンマ線スペクトル
の各々は一連の基本サイクルにおける一連のパル
スに続く一連の検出期間に検出されたガンマ線の
集りである。時間的に隔てられた所定数の中性子
パルスを、連続する各時間間隔の間になるべく周
期的に発生させる。第3図には持続時間が31τで
ある好適な基本サイクルの概要が示されている。
このサイクルは20τの分光サブサイクルと、10τ
の崩壊時間サブサイクルと、1τのリサイクル期
間とを含む。分光サブサイクルは全部で5つの期
間A,B,C,D,Eより成り、各期間の長さは
4τで、各期間は持続時間が1τの中性子パルス
104A〜104Eと、持続時間が2τである関
連する分光検出期間106A〜106Eとを含
む。検出期間106A〜106Eは、第2図の分
光ゲート102に関連して述べたようにして、関
連する中性子パルス104A〜104Eに関係を
もつてタイミングが定められる。各中性子パルス
104A〜104Eは、分光サブサイクルの間に
4τの時間間隔で中性子パルスが起るように、先
行する分光検出期間106A〜106Eが終るの
と同時になるべく発生させる。
To further increase the efficiency of this device and achieve higher count rates, the duration and repetition rate of the neutron pulses are also controlled according to τ. According to the invention, the duration of each neutron pulse is preferably 1τ. In fact, in the detection period 102 of FIG. 2 following a single neutron emission, not enough gamma rays are detected to perform a spectral analysis of gamma ray energy. Therefore, it is necessary to use an operating cycle as shown in FIG. 3, where one cycle includes repeated neutron emissions and data collection time. Each gamma-ray spectrum is thus a collection of gamma-rays detected during a series of detection periods following a series of pulses in a series of elementary cycles. A predetermined number of neutron pulses spaced apart in time are generated preferably periodically during each successive time interval. FIG. 3 outlines a preferred elementary cycle with a duration of 31τ.
This cycle consists of a 20τ spectroscopic subcycle and a 10τ
, and a recycle period of 1τ. The spectroscopic subcycle consists of a total of five periods A, B, C, D, E, each period 4τ in length, each period containing neutron pulses 104A-104E of 1τ duration and 2τ duration. and certain associated spectral detection periods 106A-106E. Detection periods 106A-106E are timed with respect to the associated neutron pulses 104A-104E as described in connection with spectroscopy gate 102 of FIG. Each neutron pulse 104A-104E is preferably generated at the same time as the preceding spectroscopic detection period 106A-106E ends, such that neutron pulses occur at 4τ time intervals during a spectroscopic subcycle.

崩壊時間サブサイクルは全部で31τサイクルの
中の第6番目の中性子パルス104Eとともに始
まる。このパルスも先行する分光検出期間106
Eの直後になるべく起るようにする。崩壊時間サ
ブサイクルの主な機能はτを決定できるようにす
ることであり、6番目の分光検出期間106Eも
そのサブサイクル内に含まれる。崩壊時間サブサ
イクルは2つの主なτ検出時間間隔とももち
ろん含み、τに関連する検出器がガンマ線検出器
の場合には、背景検出時間間隔が第2図を参照
して述べたようにして置かれる。最後の1τ時間
間隔は31τのサイクル内に含まれてプログラマ4
6のリサイクル動作を行わせ、後述するように、
分光の安定化を行わせる。
The decay time subcycle begins with the sixth neutron pulse 104E out of a total of 31 τ cycles. This pulse also precedes the spectral detection period 106
Try to make it happen as soon as possible after E. The main function of the decay time subcycle is to allow τ to be determined, and the sixth spectroscopic detection period 106E is also included within that subcycle. The decay time subcycle also includes, of course, the two main τ detection time intervals, and if the detector associated with τ is a gamma ray detector, the background detection time interval is set as described with reference to FIG. It will be destroyed. The last 1τ time interval is included within the 31τ cycle and the programmer 4
6, and as described later,
Perform spectral stabilization.

上記の31τサイクルは測定器が試錐孔の中を動
かされるにつれて逐次反復され、崩壊時間がτ計
算回路56により反復して決定され、プログラマ
46の制御の下に中性子パルス104A〜104
Eと、関連する分光検出期間106A〜106E
と、τ検出時間間隔,,との発生時刻はτ
の測定値に従つて連続的に調節される。したがつ
て、分光検出期間106A〜106Eとτ検出期
間とは、それぞれの分光とτ機能に対するガンマ
線活動を最適に測定するためには、各パルスに続
いてガンマ線時間分布カーブの適切な領域上に自
動的に置かれる。更に、31τのサイクルを構成す
る中性子源パルス制御動作と検出器のゲート動作
とにより、スペクトル分析目的のために対応して
高いカウントレートを有する大きな分光デユーテ
イサイクル(全ての31τからの12τ)と、地層状
態の変化に対して迅速に応答するために頻繁なτ
サンプリング(31τの間に1回)とが行われる。
The above 31 τ cycles are repeated sequentially as the instrument is moved through the borehole, and the decay times are iteratively determined by τ calculation circuit 56 and under the control of programmer 46 neutron pulses 104A-104
E and associated spectral detection periods 106A-106E
The time of occurrence of and τ detection time interval, , is τ
continuously adjusted according to the measured value. Therefore, the spectral detection periods 106A-106E and the τ detection periods are defined as follows: placed automatically. Furthermore, the neutron source pulse control operation and detector gating operation, which constitute a cycle of 31τ, result in a large spectroscopic duty cycle (12τ from every 31τ) with a correspondingly high count rate for spectral analysis purposes. and frequent τ to quickly respond to changes in formation conditions.
Sampling (once during 31τ) is performed.

測定器10により与えられるガンマ線エネルギ
ースペクトルの分解能は、検出器一分析器等のエ
ネルギー応答の安定性にもちろん依存する。更
に、前記米国特許第3521064号に開示されている
スペクトル整合技術が採用される場合には、正し
い結果を得るためには、系のエネルギー応答特性
が、既知の成分スペクトルが作られて地層スペク
トルが検出された時に、ほぼ同じになることが重
要である。したがつて、使用中に系の応答を反復
して調べるための装置と、検出したどのような不
安定も直ちに補償するための装置とを設けること
が望ましい。そのような不安定は、たとえば検出
結晶と、光電子増倍管と、試錐孔内に降ろされる
電子装置とが試錐孔内の温度変化に対して敏感な
ことと、その他の動作条件に対して敏感なためで
あり、また検出器−分析器・回路のパルス増幅利
得が変化したり、波高分析器のパルス分類回路の
波高/チヤンネル関係の変化とにより起るのが普
通である。そのような誤差の検出と補償は適当な
任意の時刻に適当なやり方で行うことができる。
しかし、31τの各サイクル内の24τから31τの間
(第3図に安定期間として示されている)で下記
の方法のうちの1つに従つて行うと便利である。
The resolution of the gamma ray energy spectrum provided by the meter 10 will of course depend on the stability of the energy response of the detector, analyzer, etc. Furthermore, if the spectral matching technique disclosed in the aforementioned U.S. Pat. It is important that they be approximately the same when detected. It is therefore desirable to have a device for iteratively examining the response of the system during use and for immediately compensating for any instability detected. Such instability may be due to, for example, the sensitivity of the detection crystal, photomultiplier tube, and electronics lowered into the borehole to changes in temperature within the borehole, as well as to other operating conditions. This is usually due to a change in the pulse amplification gain of the detector-analyzer/circuit, or a change in the pulse height/channel relationship of the pulse classification circuit of the pulse height analyzer. Detection and compensation for such errors may be performed at any suitable time and in any suitable manner.
However, it is convenient to carry out according to one of the following methods between 24τ and 31τ within each cycle of 31τ (shown as the stability period in FIG. 3).

分析されるガンマ線のピークエネルギー範囲
(たとえば1.5〜7.5MeV)よりも低いピークエネ
ルギーをなるべく持つた自然ガンマ線発生器が、
検出器26に近接して設けられ、指定されたチヤ
ンネルまたはチヤンネルの一部が波高分析器68
内のピークエネルギーに割当てられる。たとえ
ば、1.1MeVのガンマ線を発生する亜鉛65ガンマ
線源をこの目的に使用できる。動作中の検出器−
分析器系のエネルギー応答は、亜鉛65のピーク
に対して設定された特定のエネルギー/チヤンネ
ル関係を支持するかどうかを決定することによ
り、チエツクできる。これは、1.1MeVエネルギ
ーレベルに割当てられているチヤンネル場所の両
側にある特定数のチヤンネル(エネルギー帯)の
中に入る亜鉛65からのパルスの数をカウント
し、それぞれのカウントを互いに比較し、1つの
合計カウントが他のそれによりも大きい時に誤差
信号を発生して、指定されたチヤンネル場所にお
いて1.11MeVのエネルギーレベルを再設定するよ
うに、たとえば光電子増倍管32へ供給される電
源電圧を調節することにより、検出器−分析器系
の応答を調節することにより行うことができる。
この方法により検出器−分析器系のどの部分にお
ける利得変化も補正される。
A natural gamma ray generator with a peak energy as low as possible than the peak energy range of the gamma rays being analyzed (e.g. 1.5 to 7.5 MeV) is
A pulse height analyzer 68 is provided in close proximity to the detector 26 and a designated channel or portion of the channel is located adjacent to the detector 26.
Assigned to the peak energy within. For example, a zinc 65 gamma ray source producing 1.1 MeV gamma rays can be used for this purpose. Detector in operation
The energy response of the analyzer system can be checked by determining whether it supports a particular energy/channel relationship established for the zinc-65 peak. It counts the number of pulses from Zn-65 that fall into a certain number of channels (energy bands) on either side of the channel location assigned to the 1.1 MeV energy level, compares each count to each other, and generate an error signal when one total count is greater than the other, and adjust the power supply voltage supplied to the photomultiplier tube 32, for example, to reset the energy level of 1.11 MeV at the specified channel location. This can be done by adjusting the response of the detector-analyzer system.
This method compensates for gain changes in any part of the detector-analyzer system.

試錐孔測定器内でこのようにして利得制御機能
を行うための回路が、本願出願人が特許権者とな
つている米国特許第2956165号に開示されてい
る。あるいは、カウント過程と比較過程をコンピ
ユータ82で容易に行うことができる。この場合
には、光電子増倍管の電源を制御するために適切
な大きさと極性の誤差信号を発生できる。
A circuit for performing this gain control function in a borehole measuring instrument is disclosed in US Pat. No. 2,956,165, which is owned by the present applicant. Alternatively, the counting process and the comparing process can be easily performed by computer 82. In this case, an error signal of appropriate magnitude and polarity can be generated to control the power supply of the photomultiplier tube.

別の態様では、ピークにまたがるガンマ線エネ
ルギーの小さな範囲を表すカウントから、背景カ
ウントの差し引きを行つたり、行うことなしに、
チヤンネル場所に関する亜鉛65の質量中心を計
算するために構成でき、その後で要求された誤差
信号を発生して、しきい値の1.11MeV/チヤンネ
ル関係を回復させる。
In another aspect, the counts representing a small range of gamma ray energies spanning the peaks, with or without subtraction of background counts, are
It can be configured to calculate the center of mass of zinc 65 with respect to the channel location, and then generate the required error signal to restore the threshold 1.11 MeV/channel relationship.

分光検出期間中100A〜100Eに亜鉛65
放射線源のために波高分析器68を拘束させない
ために、その低い側の弁別レベルを1.11MeVより
高いパルスだけを通過させるようになるべくセツ
トする。たとえば下側弁別レベルは1.5MeVに近
く設定でき、24τから31τまでの安定化期間を除
いて、各31τサイクル全体を通じてそのレベルに
通常保たれる。各利得制御サイクル中の時刻24τ
においては、下側弁別レベルは亜鉛65の発生す
るガンマ線に対応するパルスを通すレベルまで調
節され、時刻31τまではそのレベルに保たれ、時
刻31τになると通常の高い弁別レベルへ戻され
る。この目的のための制御信号はプログラマ46
により発生される。プログラマ46はその動作に
適切な論理回路と信号組合わせ回路を含み、それ
らの回路は導線72を介して波高分析器68に結
合される。同様に、ゲート開放信号はプログラマ
46により発生されて、導線76を介して波高分
析器68の直線ゲート回路(図示せず)に加えら
れ、亜鉛65により発生された中性子パルスが、
安定化期間中にパルス分類回路まで通過可能にす
る。
Zinc 65 to 100A to 100E during the spectroscopic detection period
In order not to constrain pulse height analyzer 68 due to the radiation source, its lower discrimination level is preferably set to pass only pulses higher than 1.11 MeV. For example, the lower discrimination level can be set close to 1.5 MeV and is typically kept at that level throughout each 31τ cycle, except for the stabilization period from 24τ to 31τ. Time 24τ during each gain control cycle
In , the lower discrimination level is adjusted to a level that allows the pulse corresponding to the gamma rays generated by zinc 65 to pass, and is maintained at that level until time 31τ, at which time it is returned to the normal high discrimination level. The control signals for this purpose are the programmer 46
is generated by Programmer 46 includes appropriate logic and signal combining circuits for its operation, which circuits are coupled to pulse height analyzer 68 via conductors 72. Similarly, a gate open signal is generated by programmer 46 and applied via conductor 76 to a linear gate circuit (not shown) of pulse height analyzer 68 so that the neutron pulses generated by zinc 65 are
Allows passage to the pulse classification circuit during the stabilization period.

上記の利得制御に加えて、波高分析器の波高/
チヤンネル関係のドリフトすなわちオフセツトを
補償することも望ましい。パルサ回路77が増幅
器44を介して波高分析器68に結合され、プロ
グラマ46からの指令信号が導線79を介して、
波高分析器68に小振幅パルスと大振幅パルスを
交互に送る。これらのパルスの振幅比は広い温度
範囲にわたつてほぼ一定である。波高分析器68
へのパルスの伝送は、亜鉛65のパルスの伝送と
任意の便利な方法で同期させることができる。
In addition to the gain control described above, the pulse height/
It is also desirable to compensate for channel-related drift or offset. Pulsar circuit 77 is coupled to pulse height analyzer 68 via amplifier 44 and command signals from programmer 46 are coupled to pulse height analyzer 68 via conductor 79.
Small amplitude pulses and large amplitude pulses are alternately sent to the pulse height analyzer 68. The amplitude ratio of these pulses is approximately constant over a wide temperature range. Wave height analyzer 68
The transmission of pulses to can be synchronized with the transmission of pulses of zinc 65 in any convenient manner.

次に、検出された捕獲ガンマ線スペクトルの分
析と、コンピユータ82により発生される分光出
力とについて説明することにする。コンピユータ
82は米国特許第3521064号に示されている成分
割合コンピユータと本質的に同じ機能を実行す
る。すなわち、コンピユータ82は多数のエネル
ギー点すなわちエネルギーレベルにおける地層の
検出された捕獲ガンマ線スペクトルの大きさを、
いくつかの組成物質またはその地層を構成すると
考えられている物質の特殊な組合わせの個々のス
ペクトルの重みづけられた割合で構成された複合
スペクトルと比較することにより、未知地層の組
成を決定して、なるべくなら「最少二乗法」によ
り最適で可能な一致を得、そのような一致を生ず
る構成物質の相対的な割合の指示を取り出す。あ
る特定の構成物質の選択についての複合スペクト
ルに含まれる要因と、個々の成分スペクトルを測
定するやり方と、複合スペクトルの構造と、検出
されたスペクトルと複合スペクトルの間の最適条
件を設定するための最小二乗基準の応用と、その
他前記米国特許第3521064号に開示されている技
術を実現して地層内の仮定された構成物質の未知
割合Wiについての情報を得るやり方などが、上
記米国特許明細書において詳しく記述されている
からここではその詳細は略して、本発明を理解す
るのに必要な程度に要約して説明する。
The analysis of the detected captured gamma ray spectra and the spectral output generated by computer 82 will now be described. Computer 82 performs essentially the same function as the ingredient ratio computer shown in US Pat. No. 3,521,064. That is, computer 82 calculates the magnitude of the detected captured gamma ray spectrum of the formation at a number of energy points or energy levels.
Determine the composition of an unknown formation by comparing it with a composite spectrum made up of weighted proportions of the individual spectra of several constituent materials or special combinations of materials believed to constitute the formation. The best possible match is then obtained, preferably by a "least squares method", and an indication of the relative proportions of the constituents that produce such a match is extracted. Factors included in a composite spectrum regarding the selection of certain constituent substances, how to measure the individual component spectra, the structure of the composite spectrum, and how to set the optimal conditions between the detected spectrum and the composite spectrum. Application of the least squares criterion and other techniques disclosed in the aforementioned U.S. Pat. Since it has been described in detail in , the details will be omitted here, and the explanation will be summarized to the extent necessary for understanding the present invention.

上記米国特許明細書によれば、地層はある数n
の仮定された物質すなわち元素、たとえば水素、
塩素、シリコン、カルシウム、鉄および酸素を主
たる構成元素として構成されていると仮定し、検
出された地層スペクトルが一致する複合スペクト
ルがそれらの元素に対する個々の捕獲ガンマ線ス
ペクトルを含んでいると仮定している(なるべく
なら酸素に対する2次活性ガンマ線スペクトルを
含む)。検出されたガンマ線スペクトル中の選択
された数のエネルギ(n以下ではない)における
ガンマ線カウント振幅の関数Gkを振幅係数αik
に組合わせることにより、下記のような3a〜3
nの線形方程式群がコンピユータにより解かれ
る。上記係数αikは既知の個々のスペクトルから
前もつて決定され、コンピユータ82にプリセツ
トされる。
According to the above US patent specification, there are a certain number n of geological formations.
A postulated substance or element, such as hydrogen,
Assuming that the main constituent elements are chlorine, silicon, calcium, iron, and oxygen, and assuming that the composite spectrum to which the detected geological spectra match contains the individual captured gamma-ray spectra for those elements. (preferably including a secondary active gamma ray spectrum for oxygen). The function Gk of the gamma ray count amplitude at a selected number of energies (not less than n) in the detected gamma ray spectrum is defined by the amplitude coefficient αik
By combining 3a to 3 below,
A set of n linear equations is solved by a computer. The coefficients .alpha.ik are predetermined from known individual spectra and preset into the computer 82.

i=1=α11G1+α12G2+α13G3 +α1oo (3a) Wi=2=α21G1+α22G2+α23G3 +α2nGo (3b) Wi=o=αo1G1+αo2G2+αo3G3 +αooo (3n) これらの式の数は地層内に含まれていると仮定
した構成物質の数nに等しいから、コンピユータ
82は全ての未知成分比係数Wiを自動的に発生
する。これらの係数Wiはそれぞれの成分物質の
複合スペクトルに対する寄与を表すから、それら
の係数は地層中の個々の成分物質の相対的な割合
も同様に表す。n種類の各成分に対する係数の表
示は導線84Cを介して磁気テープ86へ与ら
れ、測定器の深度の関数として記録される。
W i=1 = α 11 G 1 + α 12 G 2 + α 13 G 3 + α 1o G o (3a) W i=2 = α 21 G 1 + α 22 G 2 + α 23 G 3 + α 2 nG o (3b) W i =oo1G1o2 G 2o3 G 3oo G o (3n) Since the number of these equations is equal to the number n of constituent materials assumed to be included in the strata, the computer 82 calculates all The unknown component ratio coefficient W i is automatically generated. Since these coefficients Wi represent the contribution of each component material to the composite spectrum, they also represent the relative proportions of the individual component materials in the formation. A representation of the coefficients for each of the n components is provided via conductor 84C to magnetic tape 86 and recorded as a function of instrument depth.

コンピユータ82は選択された成分割合係数
Wiの比を係数するように構成できる。たとえ
ば、分光出力をコンピユータ82で発生して、変
換回路88と、記録器90と、テープレコーダ8
6へ導線84D〜84Hを介して塩分、孔げき
率、岩石の質、頁岩および水の飽和のような地層
の性質を供給する。希望によつてはその他の特性
の指示も発生できる。
The computer 82 selects the selected component ratio coefficient.
It can be configured so that the ratio of Wi is a factor. For example, a spectral output is generated by a computer 82 and sent to a conversion circuit 88, a recorder 90, and a tape recorder 8.
6 via leads 84D-84H to provide formation properties such as salinity, porosity, rock quality, shale and water saturation. Indications of other characteristics can also be generated if desired.

塩分の表示を取り出すのに有用な比の一例は
WCl/WH、すなわち、塩素に対する重みずけ係
数Wと水素に対する重みづけ係数Wの比である。
したがつて、この比の数値を塩分を示すものとし
て記録できる。この比は塩分が既知の地層につい
て得られた較正カーブとの相関により定量化でき
る。希望によつては、この相関は適当な変換係数
と、得られた値で直接行われた記録とを加えるこ
とによりコンピユータ82または記録器90で実
行できる。
An example of a ratio useful for retrieving salinity readings is
WCl/W H , that is, the ratio of the weighting factor W for chlorine and the weighting factor W for hydrogen.
Therefore, the numerical value of this ratio can be recorded as an indication of salinity. This ratio can be quantified by correlation with a calibration curve obtained for strata of known salinity. If desired, this correlation can be performed in the computer 82 or in the recorder 90 by adding appropriate transformation coefficients and recordings made directly on the obtained values.

孔げき率を示すのに適当な比、たとえばaWH
(bWsi+cWca)の形をとることができる。ここ
に、WsiとWcaはそれぞれシリコンとカルシウム
について計算された比率係数である。係数a,
b,c(および後述するd)等は同様な中性子束
に対するそれぞれの元素の種々のガンマ線放射強
度に対するものであり(種々の微視的捕獲断面積
と種々のガンマ線/中性子捕獲相互作用値τによ
つて定まる)それらが現われる個々の項、たとえ
ば(bWsi+CWca)が地層中の元素の特定の量と
は無関係に一定であるように選択される。一般
に、孔げき比は地層中の流体の量とマトリツクス
物質の量との比を表すもので、その目的のために
適切なものであれば他の任意の形を採用すること
もできる。たとえば、前記した比の代りにa
(bWH+CWCl)/(dWsi+eWca)の形の比を使
用できる。この形の比は、地層流体の主な属性で
ある水素と塩素の両方を考慮に入れているから、
この後の形の比の方がより正確である。しかし、
前者の形の比は、水の中の水素の割合は塩分(塩
素)の変化により急速に変化しないから、良い近
似である。前記した塩分データのように、孔げき
比の値も較正カーブの使用により取り出すことが
でき、これもコンピユータ82または記録器90
で容易に実施できる。
An appropriate ratio to indicate the perforation rate, e.g. aW H /
It can take the form (bWsi+cWca). Here, Wsi and Wca are ratio coefficients calculated for silicon and calcium, respectively. Coefficient a,
b, c (and d described later), etc. are for various gamma ray radiation intensities of each element for the same neutron flux (various microscopic capture cross sections and various gamma ray/neutron capture interaction values τ), etc. The individual terms in which they appear, e.g. (bWsi + CWca), are chosen so that they are constant independent of the specific abundance of the element in the formation. In general, the porosity ratio represents the ratio of the amount of fluid in the formation to the amount of matrix material, and can take any other form appropriate for the purpose. For example, instead of the above ratio, a
A ratio of the form (bW H +CWCl)/(dWsi+eWca) can be used. This form of ratio takes into account both hydrogen and chlorine, which are the main attributes of formation fluids.
This latter form of ratio is more accurate. but,
The former type of ratio is a good approximation because the proportion of hydrogen in water does not change rapidly with changes in salinity (chlorine). Like the salinity data described above, the perforation ratio values can also be retrieved through the use of calibration curves and are also provided by computer 82 or recorder 90.
It can be easily implemented.

地層の岩石の状態を調べるためには、地層が石
灰石または砂岩に富んでいるかを示すために2つ
の比の一方または両方をとることができる。すな
わち、石灰石を示すのに適当な比はWsi/Wcaで
あり、砂岩を示すのに適当な比はWsi/(aWsi+
bWca)を用いて得ることができる。石灰石を示
すものとして用いることができる比の別の形は
Wsi/(aWsi+bWca+CWu)であり、ここに
Wuは酸素、鉄などのような1つまたはそれ以上
の成分を表し、それらはその比を求めるのに考慮
に入れられる。砂岩と石灰石以外の岩石に対する
表示も与えることができる。
To determine the rock condition of a formation, one or both of two ratios can be taken to indicate whether the formation is rich in limestone or sandstone. In other words, the appropriate ratio to represent limestone is Wsi/Wca, and the appropriate ratio to represent sandstone is Wsi/(aWsi+
bWca). Another form of the ratio that can be used to indicate limestone is
Wsi/(aWsi+bWca+CWu), where
Wu represents one or more components such as oxygen, iron, etc., which are taken into account in determining the ratio. Indications can also be given for rocks other than sandstone and limestone.

実験によれば、比WFe/Wsi(ここにWeは鉄
の比係数)およびWFe/Wcaは頁岩質地層では
非頁岩質の地層におけるよりも大きいことが示さ
れている。したがつて、頁岩を指示する値はこれ
らの比のいずれかを調べることにより得ることが
できる。あるいは、比WFe/(aWsi+bWca)
を形成できる。この比は頁岩母岩がシリコンまた
はカルシウムを含むことがあることを考慮に入れ
ているから比WFe/WsiまたはWFe/Wcaのい
ずれかよりも有利である。
Experiments have shown that the ratios WFe/Wsi (where We is the iron ratio coefficient) and WFe/Wca are larger in shale formations than in non-shale formations. Therefore, values indicative of shale can be obtained by examining either of these ratios. Alternatively, the ratio W F e/(aWsi+bWca)
can be formed. This ratio is advantageous over either the ratio W Fe /Wsi or W Fe /Wca because it takes into account that the shale host rock may contain silicon or calcium.

一般的な問題として、τ−Σログの解釈は岩石
状況、頁岩の含有、孔げき率および塩分などのよ
うな地層の性質についての正確なデータの存在に
より定性的および定量的に行うことができる。上
記特性と分光出力とを本発明に従つて組合わせる
ことにより、崩壊時間ログから得ることができる
地層の炭化水素含有量と生産性についての知識が
向上する。更に、従来は厄介物であつたある条件
の中で特別な利益が実現される。たとえば頁岩含
有量と高塩分含有砂岩のような顕著に異なる性質
を有するある種の地層は類似するτとΣとの値を
有するからτ−Σログ単触では識別することは容
易ではない。しかし、塩分含有量と頁岩含有量を
示す本発明の表示により与えられる追加の情報に
よつて、そのような地層を識別できる。その他の
特殊な改良部分は、熱中性子崩壊時間のログが信
頼性に問題があることが知られている低塩分濃度
(たとえば20000ppmの範囲)に関するものであ
る。すなわち、本発明により塩分濃度についての
分光出力、たとえばWcl/WH比、はより正確な
塩分測定値を与える。それらの測定値は、崩壊時
間ログから得られる塩分値の代りに、公知の方法
で水の飽和値を得るために使用できる。分光的に
測定された塩分濃度測定値を用いて水の飽和値の
計算をコンピユータ82で行うことができ、それ
によつて得た水の飽和値を記録器86,90でプ
ロツトできる。
As a general matter, the interpretation of the τ-Σ log can be done qualitatively and quantitatively due to the presence of accurate data on formation properties such as lithology, shale content, porosity and salinity, etc. . Combining the above characteristics with spectral power in accordance with the present invention improves the knowledge of formation hydrocarbon content and productivity that can be obtained from collapse time logs. Furthermore, special benefits are realized in certain conditions that were previously a nuisance. For example, certain geological formations with significantly different properties, such as shale content and high-salinity sandstone, have similar values of τ and Σ, and are therefore not easy to distinguish using a single τ-Σ log touch. However, the additional information provided by the inventive representation of salinity and shale content allows such formations to be identified. Other specific improvements concern low salinity concentrations (e.g. in the 20,000 ppm range) where thermal neutron decay time logs are known to be unreliable. That is, according to the present invention, the spectral output for salinity concentration, eg, the Wcl/ WH ratio, provides a more accurate salinity measurement. These measurements can be used in a known manner to obtain water saturation values instead of salinity values obtained from decay time logs. The spectroscopically measured salinity measurements can be used to calculate water saturation values in computer 82, and the resulting water saturation values can be plotted in recorders 86,90.

以上本発明を主として熱中性子捕獲ガンマ線エ
ネルギースペクトルの分析に関して説明してきた
が、他の中性子相互作用から得られるガンマ線ス
ペクトルを同様に分析できることがわかるであろ
う。そのような他のガンマ線スペクトルには、た
とえば高速中性子の非弾性散乱により発生される
スペクトルと、活性ガンマ線を表すスペクトルと
が含まれる。非弾性散乱ガンマ線スペクトルの場
合には、プログラマ46から発生される信号によ
り、中性子パルスの発生中、または中性子パルス
の発生直後、あるいは中性子パルスの発生中と発
生直後とに、適当な長さの時間だけ分光ゲート回
路を開かせることができる(米国特許第2991364
号参照)。希望によつては第3図に示す全部で31
τの動作サイクルを変えて20τの捕獲ガンマ線分
光サイクルを省き、10τの熱崩壊時間だけを残す
ことができる。こうすることにより、その後の非
弾性散乱ガンマ線検出期間の間に残留捕獲ガンマ
線の大きさを小さくするように、中性子パルスの
間に捕獲ガンマ線の崩壊のために余分の時間を与
えることができる。
Although the present invention has been described above primarily with respect to the analysis of thermal neutron capture gamma ray energy spectra, it will be appreciated that gamma ray spectra obtained from other neutron interactions can be similarly analyzed. Such other gamma ray spectra include, for example, spectra generated by inelastic scattering of fast neutrons and spectra representing active gamma rays. In the case of an inelastically scattered gamma ray spectrum, the signal generated by the programmer 46 determines the appropriate length of time during the neutron pulse, or immediately after the neutron pulse, or during and immediately after the neutron pulse. can open the spectroscopic gate circuit (U.S. Patent No. 2991364)
(see issue). 31 in total as shown in Figure 3, depending on your wishes.
By changing the operating cycle of τ, the 20τ capture gamma ray spectroscopy cycle can be omitted, leaving only the 10τ thermal decay time. This allows extra time for decay of the trapped gamma rays during the neutron pulse so as to reduce the magnitude of the residual trapped gamma rays during the subsequent inelastically scattered gamma ray detection period.

非弾性散乱ガンマ線スペクトル分析から得られ
る分光出力は、なるべく炭素と酸素に対する出力
を含むようにする。それらの出力は炭素と酸素の
非弾性ガンマ線ピーク、すなわち炭素では
4.4MeV、酸素に対しては6.9MeVと7.1MeVの信
号を取入れるようにすること(Windowing)に
より得ることができる。しかし、非弾性散乱ガン
マ線スペクトルの分析は前記米国特許第3521064
号に開示されているスペクトル一致技術を用いて
行われる。そうすると非弾性散乱ガンマ線分析の
ために別々の成分スペクトルが選択される。それ
らの成分スペクトルはたとえば炭素、酸素、シリ
コン、カルシウムおよび炭化水素に対するスペク
トルが含まれる。残留捕獲ガンマ線その他の背景
ガンマ線に対する成分スペクトルを含むことも望
ましい。いずれにしても、前記スペクトル一致技
術は希望する分光出力を得ることにあるのであつ
て、それらの分光出力にはたとえばカルシウム、
炭素、酸素、シリコンおよび炭化水素に対する比
率係数と、その適当な比とが含まれる。熱中性子
捕獲ガンマ線分光出力と非弾性散乱ガンマ線分光
出力の両方が望ましいものとすると、種々のタイ
プのスペクトルを同時に検出および分析でき、す
なわち試錐孔測定器の同じ移動中に行うこともで
きれば、検出と分析を別々に行うこともできる。
The spectral output obtained from inelastically scattered gamma ray spectroscopy should preferably include output for carbon and oxygen. Their output is the inelastic gamma ray peak of carbon and oxygen, i.e.
4.4 MeV, and for oxygen it can be obtained by incorporating 6.9 MeV and 7.1 MeV signals (windowing). However, the analysis of inelastically scattered gamma ray spectra is
This is done using the spectral matching technique disclosed in No. Separate component spectra are then selected for inelastically scattered gamma ray analysis. These component spectra include, for example, spectra for carbon, oxygen, silicon, calcium, and hydrocarbons. It is also desirable to include a component spectrum for residual captured gamma rays and other background gamma rays. In any case, the purpose of the spectral matching technique is to obtain desired spectral outputs, and those spectral outputs include, for example, calcium,
Includes ratio factors for carbon, oxygen, silicon and hydrocarbons and their appropriate ratios. Given that both thermal neutron capture and inelastically scattered gamma ray spectroscopic outputs are desired, different types of spectra can be detected and analyzed simultaneously, i.e., during the same movement of the borehole instrument; The analysis can also be performed separately.

検出と分析の同時実行は、波高分析器68の弁
別器とパルス分類回路との間に直線ゲート回路を
設け、そのゲート回路をプログラマ46から加え
られる信号により適切なタイミングで開かせて、
各中性子パルスまたは選択された中性子パルスか
ら得られる検出信号の時間分布のうち、非弾性散
乱ガンマ線に対応する部分を通すことにより行う
ことができる。捕獲ガンマ線検出期間は前と同様
にタイミングをとることができる。この場合には
成分スペクトル係数αikの適切な集合を、それぞ
れの非弾性散乱ガンマ線スペクトルおよび捕獲ガ
ンマ線スペクトルに加えるようにコンピユータ8
2を構成できる。
Simultaneous execution of detection and analysis is achieved by providing a linear gate circuit between the discriminator of the pulse height analyzer 68 and the pulse classification circuit, and opening the gate circuit at an appropriate timing with a signal applied from the programmer 46.
This can be done by passing a portion of the time distribution of the detection signal obtained from each neutron pulse or a selected neutron pulse that corresponds to inelastically scattered gamma rays. The captured gamma ray detection period can be timed as before. In this case, a computer 8 is configured to add an appropriate set of component spectral coefficients αik to each inelastically scattered gamma-ray spectrum and captured gamma-ray spectrum.
2 can be configured.

検出と分析とを別々に行うのは、適切な検出器
のゲート順序を選択して、検出されたそれぞれの
ガンマ線エネルギースペクトルの分析を可能にす
るための適切な成分スペクトル係数を加えること
をコンピユータ82に指令するために、地表から
操作できるスイツチング回路を用いて容易に行う
ことができる。
Detection and analysis are performed separately by a computer 82 that selects the appropriate detector gating order and adds the appropriate component spectral coefficients to enable analysis of each detected gamma-ray energy spectrum. This can easily be done using a switching circuit that can be operated from the ground.

希望によつては、複合スペクトルに設けねばな
らない個々のスペクトルの数を、検出された複合
スペクトルの組立前に検出されたスペクトルから
ある個々のスペクトルを差し引くことにより、減
少させることができる。たとえば、酸素またはヨ
ウ素のうちの少くとも一方に対するガンマ線スペ
クトルを分光期間中に発生された捕獲ガンマ線ス
ペクトルから差し引くこともできる。また、比較
的長寿命(酸素のような)の中性子発生源と、そ
の他の背景中性子源(較正中性子源、自然ガンマ
線、試錐孔内の放射性塩類等)とからの検出され
たガンマ線スペクトルに対する寄与分は、分光期
間に続く期間中にそのような寄与分を検出し、そ
のようにして得られた背景スペクトルを検出され
た分光スペクトルから差し引くことにより考慮に
入れることができる。第3図に示す捕獲ガンマ線
測定サイクルにおいては、たとえば背景スペクト
ルは24τから31τまでの安定化期間中に測定で
き、そのスペクトルは先行する分光期間106A
〜106Eの間に発生されたガンマ線スペクトル
から比例的に差し引かれる。この操作はコンピユ
ータ82で容易に行うことができる。このように
して得られた背景を補正されたスペクトルは希望
する分光出力を発生するために使用される。
If desired, the number of individual spectra that have to be provided in the composite spectrum can be reduced by subtracting certain individual spectra from the detected spectrum before assembling the detected composite spectrum. For example, the gamma-ray spectra for at least one of oxygen or iodine may be subtracted from the captured gamma-ray spectra generated during the spectroscopic period. Also, contributions to the detected gamma-ray spectrum from relatively long-lived neutron sources (such as oxygen) and other background neutron sources (such as calibrated neutron sources, natural gamma rays, radioactive salts in the borehole, etc.) can be taken into account by detecting such a contribution during a period following the spectroscopic period and subtracting the background spectrum thus obtained from the detected spectroscopic spectrum. In the captured gamma ray measurement cycle shown in FIG. 3, for example, the background spectrum can be measured during the stabilization period from 24τ to 31τ, and the spectrum is
is proportionally subtracted from the gamma-ray spectra generated between ~106E. This operation can be easily performed using the computer 82. The background corrected spectrum thus obtained is used to generate the desired spectral output.

以上本発明を特定の実施例について説明した
が、その実施例は本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の改変を行うことができる。たとえば、本
発明で用いられる特殊な中性子源は固定されたパ
ルス持続時間とパルス繰り返えし率とを持つこと
ができ、中性子パルスに対するτ検出期間の開始
時刻も固定したり、あるいは地層の中性子特性の
測定値に従つて自動的以外の何らかの方法で制御
できる。
Although the present invention has been described above with reference to specific embodiments, the embodiments can be modified in various ways without departing from the gist of the present invention. For example, the specialized neutron source used in the present invention can have a fixed pulse duration and pulse repetition rate, and may also have a fixed starting time of the τ detection period for the neutron pulse, or It can be controlled in some way other than automatically according to measurements of the property.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の装置の一実施例の概略ブロツ
ク図、第2図は本発明による分光期間と崩壊検出
期間との好適なタイミングを示す、高速中性子パ
ルスの地層への照射後の捕獲ガンマ線の時間分布
をτの関数として示すグラフ、第3図は本発明の
組合わされた崩壊時間−分光機能に対する基本的
な動作サイクルの一例のグラフである。 10……試錐孔測定器、12……試錐孔、24
……中性子源、26……放射線検出器、32……
光電子増倍管、42……弁別管、46……プログ
ラマ、56……τ計算回路、64……処理および
ドライバ回路、68……分析器、82……コンピ
ユータ、86……テープレコーダ、92……記録
器。
FIG. 1 is a schematic block diagram of one embodiment of the apparatus of the present invention, and FIG. 2 shows the preferred timing of the spectroscopic period and the decay detection period according to the present invention, and captures gamma rays after irradiation of the formation with fast neutron pulses. FIG. 3 is a graph of an example of the basic operating cycle for the combined decay time-spectroscopy function of the present invention. 10... Borehole measuring device, 12... Borehole, 24
...Neutron source, 26...Radiation detector, 32...
Photomultiplier tube, 42... Discriminator tube, 46... Programmer, 56... τ calculation circuit, 64... Processing and driver circuit, 68... Analyzer, 82... Computer, 86... Tape recorder, 92... ...Recorder.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 (a) 中性子の第1パルスで組織を照射し、 (b) この第1パルスからの中性子と前記組織の中
性子との相互作用からもたらされるガンマ線の
時間分布およびエネルギを検出し、 (c) 熱中性子崩壊時間に関する組織特性を決定す
る井戸穴を用いて地層組織を調査する方法にお
いて、 (d) 熱中性子崩壊時間に関する前記組織特性に応
じて前記中性子の第1パルスに続く第1の時間
が、中性子の前記組織との相互作用による以外
の前記第1の時間内に生じるガンマ線の数が最
小となるものであるように前記第1の時間の期
間および位置を制御し、 (e) 組織の他の特性を測定するために前記第1の
時間内に生じる検出されたガンマ線のエネルギ
ースペクトルを解析することを特徴とする地層
の組織を調べる方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の方法において、 熱中性子崩壊時間に関する組織特性を測定する
段階は、 (a) 前記組織を第2の中性子パルスで照射し、 (b) 前記第2の中性子パルスに続いて前記組織の
中性子との中性子相互作用の表示値を得、 (c) 前記第2パルスに続いて得られる前記表示値
から前記中性子特性の測定を引出すようにした
方法。 3 特許請求の範囲の第1項または第2項に記載
の方法において、第1時間のタイミングを制御す
る過程は、中性子特性の取り出された測定値に従
つて制御信号を発生する過程と、その制御信号に
応答して第1時間の発生時刻を決定する過程とを
具える方法。 4 特許請求の範囲の第3項に記載の方法におい
て、制御信号は取り出した中性子特性の測定値の
関数に従つて第1中性子パルスの発生時刻に関連
づけられる方法。 5 特許請求の範囲第3または4項に記載の方法
において、測定される中性子特性は地層の熱中性
子崩壊時間であり、第2中性子パルスの終了後の
第1選択時刻に第1時間間隔を開始させるように
制御信号を発生させる方法。 6 特許請求の範囲の第5項に記載の方法におい
て、第1時間はその開始後の選択された第2時刻
に終了させられる方法。 7 特許請求の範囲の第1〜6項のいずれかに記
載の方法において、スペクトル分析過程は地層ガ
ンマエネルギー線スペクトルの分析された部分
を、照射された地層を構成すると主として仮定さ
れている成分の重みづけられたスペクトルで作ら
れた複合エネルギースペクトルと比較して、地層
ガンマ線エネルギースペクトルの分析された部分
に最も近似的に一致する複合スペクトルを発生す
る仮定された成分の割合を決定する過程を含む方
法。 8 特許請求の範囲の第7項に記載の方法におい
て、測定された中性子特性の表示と決定された割
合の表示とを、その地層の深さの関数として記録
する方法。 9 特許請求の範囲の第1〜4項のいずれかに記
載の方法において、少なくとも第1と第2の時間
を有する連続する各時間間隔の間に前記地層は少
なくとも前記第1と第2のパルスで照射し、中性
子特性の測定値を取り出す過程は第2の時間内に
起り、連続する時間間隔の中で第1時間間隔に続
く第2時間間隔の各第1時間の発生時刻は、第1
時間間隔の第2時間の間に得られる中性子特性測
定値に応答して制御される方法。 10 特許請求の範囲の第8項に記載の方法にお
いて、第2時間は各時間間隔において第1時間に
続く方法。 11 特許請求の範囲の第9または10項に記載
の方法において、第2時間間隔の各1時間の発生
時刻は、関連する中性子パルスの発生時刻に関連
して、第1時間間隔で測定された中性子特性の関
数として制御される方法。 12 特許請求の範囲の第9、10または11項
に記載の方法において、第2時間間隔の各中性子
パルスの発生時刻を、第1時間間隔で測定された
中性子特性の関数として制御される方法。 13 特許請求の範囲の第9〜12項のいずれか
に記載の方法において、第2時間間隔の中性子パ
ルスに続く第2時間間隔の発生時刻を第1時間間
隔で測定された中性子特性の関数として制御する
過程と、第2時間間隔の第2時間中に発生された
信号に応答して崩壊時間の別の測定値を取り出す
過程とを具える方法。 14 前記各項のいずれかに記載の方法におい
て、前記ガンマ線エネルギー表示は照射された地
層およびその他の試錐孔の媒質の核との熱中性子
捕獲相互作用から得られ、第1時間タイミングの
制御により、照射された地層の性質から主に生ず
るガンマ線エネルギー表示が選択される方法。 15 特許請求の範囲の第1〜8項のいずれかに
記載の方法において、第1中性子パルスの発生時
刻を測定された中性子特性の関数として制御する
方法。 16 特許請求の範囲の第9項に記載の方法にお
いて、測定される中性子特性は熱中性子崩壊時間
であり、前記第1と第2の各中性子パルスは近似
的に1つの測定された崩壊時間長であるように中
性子パルス制御信号を発生する過程と、先行する
中性子パルスが終つた後でほぼ1つの測定された
崩壊時間に開始される前記第1時間に対してほぼ
2つの測定される崩壊時間長を与える過程と、先
行する選択された中性子パルスの終つた後でほぼ
2つの測定された崩壊時間に開始される第2時間
に対してほぼ7つの測定される崩壊時間長を与え
る過程とを具え、前記第1中性子パルスはほぼ4
つの測定される崩壊時間長の間隔だけ隔てられ、
前記第2の各中性子パルスは少なくとも10崩壊時
間長の間隔だけすぐ後に続く中性子パルスから隔
てられる方法。 17 特許請求の範囲の第6項に記載の方法にお
いて、第1と第2の選択された時間はそれぞれ、
ほぼ1つの測定された崩壊時間と、ほぼ2つの測
定された崩壊時間である方法。 18 試錐孔を貫通するように動く測定器と、こ
の測定器に支持され前記地層組成を少なくとも中
性子の第1パルスで照射する手段と、 熱中性子崩壊時間に関する前記組成の中性子特
性を測定する手段とをそなえた試錐孔が貫通した
地層組成を調査する装置において、 前記第1の中性子パルスによる前記組成の原子
核との中性子作用から生じるガンマ線を検出し検
出したガンマ線のエネルギを表わす信号を形成す
る検出手段と、 前記ガンマ線のエネルギスペクトルの少なくと
も一部を分析する手段と、 前記第1パルスに続く第1の期間中に検出され
るガンマ線に応じて生じた信号を前記分析手段に
与えるゲート手段と、 測定された中性子特性の値に応じて前記ゲート
手段の動作を制御する制御手段とをそなえた試錐
孔が貫通した地層組成を調査する装置。 19 特許請求の範囲の第18項に記載の装置に
おいて、測定器は第2中性子パルスによる地層の
照射に続く、地層の核との中性子の相互作用の表
示に応答する装置。 20 特許請求の範囲の第19項に記載の装置に
おいて、中性子特性測定器は地層の核との熱中性
子捕獲相互作用の表示に応答し、測定された中性
子特性は地層の熱中性子捕獲特性である装置。 21 特許請求の範囲の第18〜20項のいずれ
かに記載の装置において、ゲート装置は第1時間
の発生時刻を制御するために、第1中性子パルス
の発生時刻に関連する制御信号に応答する第1可
変ゲート装置を含み、制御器は選択された中性子
特性の測定された値の関数として第1ゲート制御
信号を発生するための装置を含む装置。 22 特許請求の範囲の第21項に記載の装置に
おいて、選択された中性子特性は地層の熱中性子
崩壊時間であり、第1中性子パルスの終止後の崩
壊時間の少なくとも1つの測定された値において
第1時間を開始させるように、かつ崩壊時間の開
始に続くその崩壊時間の少なくとも2つの測定さ
れた値において第1時間を終了させるように第1
ゲート制御信号が発生される装置。 23 特許請求の範囲の第18〜22項のうちの
いずれかに記載の装置において、制御器は中性子
特性の測定された値の関数として第1中性子パル
スの発生時刻を制御するための制御信号を発生す
る装置を含む装置。 24 特許請求の範囲の第18〜23項のうちい
ずれかに記載の装置において、中性子特性制御器
は第2中性子パルスの後の中性子パルスに続く第
2時間中に検出器により発生される信号に応答
し、かつ第2時間の発生時刻を制御するために後
の中性子パルス発生時刻に関連する制御信号に応
答する第2可変ゲート装置を含み、制御器は選択
された中性子特性の測定された値の関数として第
2ゲート制御信号を発生するための装置を含む装
置。 25 特許請求の範囲の第18〜24項のうちの
いずれかに記載の装置において、選択された中性
子特性の測定された値の表示と、検出されたガン
マ線エネルギースペクトルの解析された部分の表
示とを、地表からのその地層の深さの関数として
記録するための装置を更に有する装置。 26 特許請求の範囲の第18〜25項のうちの
いずれかに記載の装置において、検出されたガン
マ線エネルギースペクトルの解析された部分を、
照射された地層を構成するものと主として仮定さ
れる成分の重みづけられたスペクトルで構成され
た複合エネルギースペクトルと比較して、検出さ
れたガンマ線エネルギースペクトルの解析された
部分にほとんど一致する複合スペクトルを発生す
る仮定された成分の割合を決定するための装置を
更に有する装置。 27 特許請求の範囲の第18〜26項のうちの
いずれかに記載の装置において、引き続く各時間
間隔の間に照射器により複数の前記中性子パルス
が発生され、較正信号を発生して、それらの信号
を各時間間隔内の所定の時間中に解析器へ加える
ための装置を更に有する装置。 28 特許請求の範囲の第27項に記載の装置に
おいて、前記較正器は、既知エネルギーのガンマ
線源と、前記較正ガンマ線に応じて検出器により
発生される信号を、前記時間間隔のうちの1つお
きの時間間隔内の所定時間中に前記解析器へ加え
るための装置と、小振幅の第1較正信号列と大振
幅の第2較正信号列とを発生し、かつ連続する時
間間隔の残りの時間間隔の所定の時間中に前記解
析器へ前記第1信号列と前記第2信号列を交互に
加えるための装置と、前記第1と第2の較正信号
列のチヤンネル場所比を形成するための装置と、
チヤンネル場所比を前記小振幅と大振幅の振幅比
との間の差に関連する制御信号を発生するための
装置と、前記比に応じて解折器内のどのような誤
差も補正する装置とを具え、前記振幅比はほぼ一
定である装置。
Claims: 1. (a) irradiating tissue with a first pulse of neutrons; (b) determining the time distribution and energy of gamma rays resulting from the interaction of neutrons from this first pulse with neutrons in the tissue; (c) determining a texture property with respect to thermal neutron decay time; controlling the duration and position of the first time period such that the subsequent first time period is such that the number of gamma rays generated within the first time period other than due to interaction of neutrons with the tissue is minimized; , (e) a method for examining the texture of a geological formation, characterized in that the energy spectrum of the detected gamma rays occurring during said first time period is analyzed in order to measure other properties of the tissue. 2. The method of claim 1, wherein the step of measuring tissue properties related to thermal neutron decay time comprises: (a) irradiating the tissue with a second neutron pulse; (b) said second neutron pulse. (c) obtaining an indication of neutron interaction with neutrons of the tissue; and (c) deriving a measurement of the neutron properties from the indication obtained following the second pulse. 3. In the method according to claim 1 or 2, the step of controlling the timing of the first time includes the step of generating a control signal in accordance with the taken measurement value of the neutron characteristics; determining a time of occurrence of a first time in response to a control signal. 4. A method according to claim 3, in which the control signal is related to the time of occurrence of the first neutron pulse according to a function of the measured value of the neutron properties taken. 5. In the method of claim 3 or 4, the neutron property measured is the thermal neutron decay time of the formation, and the first time interval starts at a first selected time after the end of the second neutron pulse. How to generate control signals to cause 6. A method according to claim 5, wherein the first time period is ended at a selected second time after its start. 7. In the method according to any one of claims 1 to 6, the spectral analysis step converts the analyzed portion of the formation gamma energy ray spectrum into a component mainly assumed to constitute the irradiated formation. involves determining the proportion of the hypothesized components that will produce a composite spectrum that most closely matches the analyzed portion of the formation gamma-ray energy spectrum, as compared to a composite energy spectrum made of the weighted spectra. Method. 8. A method according to claim 7, in which an indication of the measured neutron properties and an indication of the determined ratio are recorded as a function of the depth of the formation. 9. A method according to any one of claims 1 to 4, wherein during each successive time interval having at least a first and a second time, the formation is exposed to at least the first and second pulses. The process of irradiating and retrieving measurements of neutron properties occurs within a second time interval, and the time of occurrence of each first time interval of a second time interval following the first time interval in the successive time intervals is equal to the first time interval.
A method controlled in response to neutron property measurements obtained during a second time of the time interval. 10. The method of claim 8, wherein the second time period follows the first time period in each time interval. 11. A method according to claim 9 or 10, in which the time of occurrence of each hour of the second time interval is measured in the first time interval with respect to the time of occurrence of the associated neutron pulse. A method controlled as a function of neutron properties. 12. A method according to claim 9, 10 or 11, wherein the time of occurrence of each neutron pulse in the second time interval is controlled as a function of the neutron properties measured in the first time interval. 13. A method according to any of claims 9 to 12, in which the time of occurrence of the second time interval following the neutron pulse of the second time interval is determined as a function of the neutron properties measured in the first time interval. and taking another measurement of the decay time in response to the signal generated during a second time of the second time interval. 14. The method according to any of the preceding clauses, wherein the gamma ray energy representation is obtained from thermal neutron capture interactions with the core of the irradiated formation and other borehole media, and by controlling the first time timing: The method by which gamma ray energy representations are selected that result primarily from the properties of the irradiated formations. 15. A method according to any one of claims 1 to 8, in which the time of occurrence of the first neutron pulse is controlled as a function of measured neutron properties. 16. The method of claim 9, wherein the measured neutron property is a thermal neutron decay time, and each of the first and second neutron pulses has approximately one measured decay time length. generating a neutron pulse control signal such that approximately two measured decay times for said first time begin approximately one measured decay time after the preceding neutron pulse has terminated; and a step of providing a length of approximately 7 measured decay times for a second time starting approximately 2 measured decay times after the termination of the preceding selected neutron pulse. and the first neutron pulse is approximately 4
separated by an interval of two measured decay time lengths,
A method in which each second neutron pulse is separated from an immediately following neutron pulse by an interval of at least 10 decay time lengths. 17. In the method according to claim 6, the first and second selected times are each:
A method of approximately one measured decay time and approximately two measured decay times. 18: a measuring instrument moving through the borehole; means supported by the measuring instrument for irradiating said formation composition with at least a first pulse of neutrons; and means for measuring the neutronic properties of said composition with respect to thermal neutron decay time. In an apparatus for investigating the composition of a stratum penetrated by a borehole, the detection means detects gamma rays generated from neutron interaction with atomic nuclei of the composition by the first neutron pulse, and forms a signal representing the energy of the detected gamma rays. means for analyzing at least a portion of the energy spectrum of said gamma rays; and gating means for providing to said analyzing means a signal generated in response to gamma rays detected during a first period following said first pulse; and control means for controlling the operation of the gate means in accordance with the value of the determined neutron characteristic. 19. The apparatus of claim 18, wherein the measuring device is responsive to an indication of the interaction of the neutrons with the core of the formation following irradiation of the formation with a second neutron pulse. 20. The apparatus of claim 19, wherein the neutron property measuring instrument is responsive to an indication of a thermal neutron capture interaction with a core of the formation, and the measured neutron property is a thermal neutron capture property of the formation. Device. 21. The device according to any one of claims 18 to 20, wherein the gate device is responsive to a control signal related to the time of occurrence of the first neutron pulse to control the time of occurrence of the first time. An apparatus including a first variable gating device, the controller including a device for generating a first gating control signal as a function of a measured value of a selected neutron characteristic. 22. The device according to claim 21, wherein the selected neutron characteristic is the thermal neutron decay time of the formation, and in at least one measured value of the decay time after the end of the first neutron pulse the selected neutron characteristic is a first hour so as to start one hour and end the first hour at at least two measured values of that decay time following the start of the decay time;
A device from which gate control signals are generated. 23. A device according to any of claims 18 to 22, in which the controller generates a control signal for controlling the time of occurrence of the first neutron pulse as a function of the measured value of the neutron property. Equipment including generating equipment. 24. Apparatus according to any of claims 18 to 23, wherein the neutron characteristic controller is adapted to the signal generated by the detector during a second time period following the neutron pulse after the second neutron pulse. a second variable gating device responsive to and responsive to a control signal related to a later neutron pulse generation time to control a second time generation time, the controller controlling the measured value of the selected neutron property; an apparatus for generating a second gate control signal as a function of a second gate control signal; 25. An apparatus according to any one of claims 18 to 24, comprising displaying the measured value of the selected neutron property and displaying the analyzed part of the detected gamma-ray energy spectrum. , as a function of the depth of the formation from the earth's surface. 26. In the apparatus according to any one of claims 18 to 25, the analyzed part of the detected gamma ray energy spectrum is
A composite spectrum that closely matches the analyzed part of the detected gamma-ray energy spectrum is compared to a composite energy spectrum that is composed of weighted spectra of components primarily assumed to constitute the irradiated formation. Apparatus further comprising apparatus for determining the proportion of the hypothesized component occurring. 27. Apparatus according to any of claims 18 to 26, in which a plurality of said neutron pulses are generated by an irradiator during each successive time interval to generate a calibration signal to determine their The apparatus further comprises means for applying a signal to the analyzer during predetermined times within each time interval. 28. The apparatus of claim 27, wherein the calibrator is configured to calibrate a gamma ray source of known energy and a signal generated by a detector in response to the calibrated gamma rays during one of the time intervals. a device for applying a first calibration signal train of small amplitude and a second train of high amplitude calibration signals to said analyzer during a predetermined time period within every successive time interval; apparatus for alternately applying the first signal train and the second signal train to the analyzer during predetermined times of a time interval; and forming a channel location ratio of the first and second calibration signal trains; a device, and
apparatus for generating a control signal relating the channel location ratio to the difference between said small amplitude and large amplitude amplitude ratios; and apparatus for correcting any errors in the disintegrator in response to said ratio; , wherein the amplitude ratio is substantially constant.
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