NO137520B - Fremgangsm}te til unders¦kelse av jordformasjoner som omgir borehull ved hjelp av radioaktivitet - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til undersøkelse av jordformasjoner som omgir borehull ved hjelp av radioaktivitet, hvor jordformasjonene bombarderes fra en pulset kilde for energirike nøytroner under en strålingsperiode med slik pulsfrekvens at termalisert nøytronfluks avtar til en ubetydelig verdi mellom efter hverandre følgende pulser og at resulterende gammastråling detekteres og måles i løpet av to meget korte tidsrom umiddel-

bart før hver energirik nøytronpuls utsendes under et første tidsintervall under strålingsperioden og at stråling som skyldes ustabile isotoper detekteres og måles i et andre tidsintervall efter at termalisert nøytronfluks har avtatt til en ubetydelig verdi og gammastråling som stammer fra kjerner som opptar energirike nøy-troner hovedsakelig har opphørt, og hvor det anvendes en strålingsdetektor med en komponent som selv kan aktiviseres av energirike nøytroner til ustabile isotoper som avgir detekterbar stråling som innvirker på strålingsmålingen under det første og andre tidsintervall.

Ved slike undersøkelser kan detektoren aktiviseres direkte av de energirike nøytroner som stammer fra kilden og av reflek-terende nøytroner som består i den tid et termisk nøytronområde

opptrer i borehullet. Disse høytronområder forsvinner imidlertid meget raskt. Detektoren kan også aktiviseres av gamma-stråling.

Slik gamma-stråling stammer fra kjerner som opptar energirike nøy-troner, og kan også stamme fra ustabile isotoper som frembringes når kjerner treffes av energirike nøytroner. Innbefattet i de sistnevnte isotoper er isotoper som opptrer i selve detektoren som følge av opptreden av energirike nøytroner. Gamma-stråleområder som skyldes opptak av forskjellige kjerner er stråling av interesse og skal måles. Denne stråling avtar også meget raskt, men ikke så raskt som de termiske nøytronområder. Gamma-strålingen som skyldes dannelse av ustabile isotoper består meget lengre. Denne sistnevnte stråling er ikke av interesse og skal utelukkes fra målingen.

For å unngå måleverdier som skyldes aktivisering av krystaller med energirike nøytroner, er det kjent å ta målinger bare i løpet av perioden efter at de termiske nøytronområder har avtatt, men gamma-stråling ikke har avtatt. Vanligvis anvendes to meget korte perioder for detektering av gamma-stråling. Målingen som tas i løpet av disse to perioder kan sammenlignes for å indikere tilstedeværelse av kjerner av forskjellig art.

I løpet av disse to detekteringsperioder vil gamma-stråling bestå ikke bare som følge av nøytroninnfangning, men også som følge av opptreden av ustabile isotoper. Gamma-stråling som stammer fra 'ustabile isotoper har liten energi og det er tidligere foreslått å dempe virkningen av disse ustabile isotopers stråling ved innstilling av detektorens diskriminator på en høy verdi. Dette har flere ulemper, særlig nedsettelse av den has-tighet med hvilken målingene i borehullet kan utføres.

Hensikten med oppfinnelsen'går derfor ut på å fjerne virkningen av den ustabile isotopstrålingen på måleresultatene.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved detekteringen

av bakgrunnstråling under det andre tidsintervall av bestemt varighet mellom efer hverandre følgende bestrålingsperioder, og ved utledning av én korrigert måling (C) som representerer stråling som hovedsakelig stammer fra kjerner som opptar energirike nøytroner ved kombinasjon av den første intervallmåling (C) og den andre intervallmåling (C,) ifølge" forholdet

hvor X er varigheten av det første tidsintervall, Y er varigheten av det andre tidsintervall og Z er antallet nøytronpulser i hver bestrå.lingsperiode . På denne måte bestråles borehullet med energirike nøytronpulser i løpet av ét bestemt bestrålingsintervall. Mellom efter hverandre"følgende pulser av energirike nøytroner vil termiske nøytronområder avta til en ubetydelig verdi. Gamma-strålingen detekteres-i løpet av to meget korte tidsrom umiddelbart før den energirike nøytronpuls i bestrålingsintervallet. Ved slutten av bestrålingsintervallet og efter at begge de termiske nøytron-områder og nøytroninnfangningsstrålingen er avtatt, detekteres strålingen

som skyldes ustabile isotoper, i løpet av'et detekteringsintervall. Måling som utføres i løpet av dette detekteringsintervall anvendes for å korrigere målinger som er utført i løpet av de første to detekteringsperioder som finner sted mellom etterhverandre følgende nøytronpulser i løpet av bestrålingsintervallet.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under

henvisning til tegningene.

Fig. 1 viser skjematisk en anordning for utførelse

av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et tidsdiagram for strålingen som frembringes av nøytronkilden under hovedparten av driftsperiodsn og videre de deler av perioden hvor detektoren er virksom. Fig. 3 viser et tidsdiagram for kildens aktivisering og detektorens virksomme deler av driftsperioden og strålingen som detekteres i den siste del av perioden. Fig. 4 viser et blokkskjema for en del av anordningen

på fig. 1.

Fig. 5 viser et tidsdiagram for rekken av nøytron-pulser frembragt av den del av anordningen som er vist på fig.1*. Fig. 6 viser et blokkskjema for en annen del av anordningen på fig. 1. Fig. 1 viser et borehull H som strekker seg ned i jorden 2 og som opptar en vanlig stålf5ring 3. Inne i foringen 3 er bevegelig en sonde 5, som er opphengt i den nedre ende av en kabel 6,° og som kan fires ned i borehullet og heises opp.

Inne i sonden 5 er anordnet en kilde for energirike nøytroner i den nedre ende, fortrinnsvis i form av en ione-akselerator 8 med en deuterium-tritium-reaksjon for frembringelse av et gammafritt nøytronfelt på I*}, 1* MeV. I for-bindelse med nøytronkilden er det anordnet en pulskrets 9» som fortrinnsvis er koplet elektrisk med akseleratoren 8 for å

aktivisere denne for frembringelse av nøytroner i form av utbrudd eller pulser.

Sonden 5 er videre fortrinnsvis forsynt med en strålingsdetektor, som er innrettet til å indikere energien av detektert stråling, fortrinnsvis i form av en scintillasjons-teller bestående av et uorganisk tallium-aktivert krystall 11 i

form av natriumjodid eller lignende, et fotomultiplikator-

rør 12 med et•-ende vindu, som er optisk koplet med'krystallet 11, og egnet forsterker 13, som mottar' pulser som frembringes av fotomultiplikatorrøret 12, og en integrerende diskriminator l>4, som tilføres de forsterkede pulser fra forsterkeren 13.

Som nevnt tidligere, er utløsningsnivået for diskriminatoren

lk fortrinnsvis innstillet så lavt at et maksimalt antall

pulser som frembringes av fotomultiplikatorrøret 12 kan passere som følge av innfallende stråling som krystallet 11 reagerer på.

Det er klart at forsterkeren 13 i stedet kan levere pulser til kabelen 6 og at resten av utstyret befinner seg på jordoverflaten.

Krystallet 11 har fortrinnsvis en slik avstand fra akseleratoren 8 at det påvirkes av nøytronbestrålinger av borehullet 4 og foringen 3» som følge av nøytronbombardementet av de deler av jorden 2 som befinner seg overfor akseleratoren 8. En egnet riøytronskjerm 10 bestående av kadmium, parafin, jern, kopper eller lignende, er fortrinnsvis anordnet mellom krystallet.11 og .akseleratoren 8 for å hindre direkte nøytron-bombardement av krystallet 11.

Som tidligere nevnt er det ønskelig å oppnå en tids-bestemt måling av stråling som påvirker krystallet 11, og dette kan skje på forskjellige måter ved avvekslende aktivisering og inaktivisering av fotomultiplikatorrøret 12 eirer en annen egnet del av lysblintelleinnretningen. Som vist på fig. 4, er det anordnet en portkrets 15, som avbryter utgangspulsene fra diskriminatoren 14 ved egnede intervaller, som skal forklares nærmere nedenfor. Slike pulser som passerer portkretsen 15

kan tilføres et kabeldrivverk 17 eller lignende for overføring til jordoverflaten ved hjelp av kabelen 6.

Som det skal forklares nærmere nedenfor, er portkretsen 15 fortrinnsvis innrettet til å styre utgangen fra diskriminatoren 14 synkront med aktiviseringen av akseleratoren 8. Følgelig kan denne synkronisme tilveiebringes av en egnet 'tidsstyrekrets 16, som ikke bare anvendes for regulering av portkretsen 15 og pulskretsen 9 ved hjelp av samme synkroniseringspulser,-men kan også tilføres kabelen 6 for regulering av signalopptegningsutstyret, som er anbragt på jordoverflaten;

Det er ønskelig at målingen omfatter en sammen-ligningsindikering på dybden av sonden 5 i borehullet 4. En slik indikering kan, som vist på fig. 1, skje ved hjelp av kabelen 6, som driver et målehjul 7, og som er anordnet over borehullet 4- på egnet måte og som fortrinnsvis er koplet med skriveinnretningen 26.

Som det fremgår av fig. 1, kan det på jordoverflaten være anordnet utstyr som er koplet med den øvre ende av kabelen 6.

Tidsstyrekretsen 16 i sonden 5 styrer portkretsen 15, som avvekslende bryter utgangen fra fotomultiplikator-røret 12 for å frembringe tre forskjellige typer av pulsgrupper fra strålingsdetektoren, men alle tre pulsgruppetyper kan overføres til jordoverflaten ved hjelp av en felles leder i kabelen 6 sammen med synkroniseringspulser, som også til-føres kabelen 6 fra tidsstyrekretsen 16. Alternativt kan hver pulsgruppe overføres til jordoverflaten gjennom atskilte signalkanaler.

Alle signaler som overføres til jordoverflaten gjennom kabelen 6 kan tilføres en egnet portkrets 21, som i tur og orden tilfører pulsgruppene til de tre signalkanaler 21A-C under styring av en styrekrets 20. Styrekretsen 20 ut-fører styring i samsvar med synkroniseringspulser fra tidsstyrekretsen 16. Et pulstaktmeter 22 tilføres pulsene fra kanalene 21A-C og frembringer utgangsspenninger 22A-C, som representerer takten for opptreden av hver av pulsgruppene. Hver av disse tre spenninger 22A-C omdannes til siffersignaler 23-AA-CC ved hjelp av hensiktsmessige hjelpemidler.. F.eks. tre spenningsstyrte oscillatorer 23A-C, som frembringer til spenningene svarende frekvenser.

Uavhengig av hvorledes siffersignalene 23AA-CC frembringes, tilføres de inngangene.i en justeringskrets 24, som ved anvendelse av signalet 23CC korrigerer signalene 23AA og 23BB ifølge et forhold som er nevnt ovenfor, slik at det dannes korrigerte siffersignaler 24A og 24B, som tilføres en sifferforholdskrets 25, hvis utgang er koplet med sifferskrive-innretningen 26. Som ovenfor nevnt, er skriveren.26 innrettet til å registrere utgangssignalet fra forholdskretsen 25 sammen med en sammenlignende indikering på sondens dybde i borehullet

4, hvor signalene leveres fra fotomultiplikatorrøret 12. Dette kan skje på forskjellige måter, f.eks. ved at skriveren 26-drives i samsvar me,d rotasjonen av hjulet 7.

Som nevnt ovenfor, blik akseleratoren 8 i løpet av en driftsperiode på 1 sekund gjentagende ganger aktivisert i atskilte tidsintervaller med en varighet på ca. 30 mikrosekunder ved en frekvens på 1000 pulser pr. sekund. Således kan akseleratoren 8 være aktivisert i de første 30 mikrosekunder av hvert millisekundintervall, men bare i løpet av de første 985 millisekunder av hver driftsperiode. Som vist på fig. 2, vil hver aktivisering 30 av akseleratoren 8 frembringe et utbrudd av energirike nøytroner 31 (med en energi større enn 1 MeV) som passerer borehullet 4 og trer inn i den omgivende jord 2 overfor akseleratoren 8 og krystallet 11. Som kjent, vil de energirike nøytroner 31 ha en meget kort falltid fordi disse energirike nøytroner meget hurtig bremses ned til langsomme nøytroner av materialet de passerer. De energirike nøytroner 31> som skyldes aktiviseringen 30 av akseleratoren 8, blir derfor hurtig erstattet av langsomme nøytroner 32.

Varigheten eller levetiden av de langsomme nøytroner 32 er meget lenger enn levetiden av de energirike nøytroner 31.

Før den neste aktivisering 35 av akseleratoren 8-, må det antas at de langsomme nøytroner har falt til en ubetydelig verdi. •De langsomme nøytroner 32 kan derfor ikke påvirke de etter-følgende langsomme nøytroner 37, som stammer fra de energirike nøytroner 36, som frembringes av akseleratoren 8 ved den neste aktivisering 35.

Strålingsdetektoren i sonden 5 er fortrinnsvis i virksomhet i to atskilte detekteringsintervaller som følger 'etter hver av de. første 984 pulser eller utbrudd fra akseleratoren 8 i hver driftsperiode på ett sekund, fordi sonden 5 løftes i foringen 3 og borehullet 4 ved hjelp av kabelen 6. De to detekteringsintervaller har fortrinnsvis samme varighet, f.eks. 200 mikrosekunder. Som også nevnt ovenfor, skal egenskapene av jorden 2, som omgir borehullet 4, undersøkes heller enn egenskapene av de væsker som vanligvis finnes inne i foringen 3, og det første detekteringsintervall 33 er fortrinnsvis forsinket så meget i forhold til aktiviseringen 30 av akseleratoren 8, at alle langsomme nøytroner inne i foringen 3 er absorbert av disse væsker.

Det andre detekteringsintervail.34 starter fortrinnsvis etter en dødperiode etter det første detekteringsintervail 33 på 100 mikrosekunder, som vist på fig. 2. Styringen av de to detekteringsintervaller 33 og 34 er fortrinnsvis valgt slik at et egnet antall tellinger av de lang-' somme nøytroner 32 kan oppnås.

På fig. 3 er vist aktiviseringene 983, 984 og 985 av akseleratoren 8, som henholdsvis 40-42 i løpet av en driftsperiode på ett sekund, og den første aktivisering 43 av akseleratoren 8 i den neste driftsperiode på ett sekund. Som følge av aktiviseringene 40-43, vil det frembringes tilsvarende langsomme nøytroner 45-48. Detektoren er virksom i intervallene 50-51 og 52-53 for måling av gammastråling som resultat av absorberte termaliserte nøytroner 45 og 46 og også i intervallene 55-56 for detektering av gammastråling som resultat av de første absorberte langsomme nøytroner 48 i den neste driftsperiode. I en foretrukket ut-

førelsesform holdes detektoren inaktiv i et utvidet tidsintervall, f.eks. på '5 millisekunder etter den siste (985nde) aktivisering 42 av akseleratoren 8. De langsomme nøytroner 47, som dannes ved aktiviseringen 42 av akseleratoren 8, må antas å ha avtatt til en ubetydelig verdi før detektoren aktiviseres igjen i 10 millisekunder i den første driftsperiode.

De energirike nøytroner som frembringes av akseleratoren 8 vil aktivisere krystallet 11, og stråling som frembringes inne i krystallet og som påvirker krystallet 11, når et konstant nivå 49, som vist på fig. 3. Utgangspulsene, som frembringes av fotomultiplikatorrøet 12 i løpet av disse siste 10 millisekunder i detekteringsintervallet 54, kan bare bidra til aktiviseringen av krystallet 11.

Som det fremgår av fig. 1, kan signalene 21A og 21B antas å tilsvare pulser som frembringes i detekteringsintervaller som svarer til intervallene 50-'51> 52-53 og 55~56. Signalet 21C representerer imidlertid pulser som frembringes under detekteringsintervallet 54. I løpet av hver driftsperiode på 1 sekund, vil signalene 21A og 21B være sammensatt av en rekke av 984 pulsgrupper, svarende til stråling som detekteres under hvert detekteringsintervall 33 og 34 på

fig. 2, etterfulgt av en enkelt pulsgruppe i signalet 21C,

som er dannet av stråling som detekteres i løpet av 10 millisekunder i detekteringsintervallet 54.

På fig. 4 er vist et forenklet blokkskjema for styrekretsen 16 på fig. 1. Denne inneholder en tidsstyrekrets 80, som frembringer'aktiviseringspulser med en frekvens på 1000 pr. sekund, som er aktiviseringsfrekvensen for akseleratoren 8, som styres av pulskretsen 9. Disse-pulser fra tidsstyrekretsen 80 er tilført inngangen i et telleverk 100, som inneholder 10 flipp-flopp-kretser 101-110 av vanlig konstruksjon, og tidsstyrekretsen 80 er også forbundet med inngangen i en for-sinkelseskrets 82. Hver puls som passerer tidsforsinkelses-kretsen 82 tilføres en OG-portkrets 93 eller lignende, som styrer en pulsgenerator 83, som leverer negative styrepulser.

Som vist på fig. 5, vil styreinnretningeh på fig. 4 frembringe 984 av de negative koplingspulser 60-64 i løpet av de første 984 millisekunder av hver driftsperiode på ett sekund, og hver av disse styrepulser 60-64 vil opptre med en frekvens ved hvilken akseleratoren 8 styres, dvs. 1000 pulser pr. sekund. Disse negative koplingspulser 60-64 er følgelig tilført portkretsen 15, som reagerer på de negative inngangs-pulser for å frembringe et detektorsignal i løpet av begrensede tidsintervaller 33 og 34, som vist på fig. 2..

Når den 984nde styrepuls mottas av telleverket 100 fra tidsstyreinnretningen 80, vil portkretsen 92 bli åpnet, slik at flipp-flopp-kretsen 111 frembringer et tilsvarende signal, som lukker portkretsen. 93 og som aktiviserer generatoren 84 for levering av positiv puls. Som vist på fig. 5, vil dette med-føre en positiv koplingspuls 71 i stedet for den 985nde koplingspuls som er negativ, og som ellers ville, ha opptrådt på dette tidspunkt, og det er denne positive koplingspuls 71 som be-virker at portkretsen 15 for detektoren avbryter utgangen fra - diskriminatoren 14 i et forhåndsbestemt tidsintervall på 5 millisekunder, som vist på fig. 3, og deretter leverer utgangssignalet fra diskriminatoren 14 uten ytterligere avbrytelse i de etterfølgende 10 millisekunder av driftsperioden på ett sekund..

Portkretsen 93 vil forbli lukket i løpet av disse

15 millisekunder. Når telleverket 100 mottar den 999nde tids-styrepuls i rekken, vil alle. flipp-flopp-kretsene 10.1-110 i telleverket 10 bli tilbakestillet sammen med flipp-flopp-kretsen 111 ved hjelp av et tilbakestillingssignal, som frembringes ved åpningen av en portkrets 91 og aktivisering av multivibratoren 81. Denne vil igjen bevirke at flipp-flopp-kretsen 111 avbryter aktiviseringssignalet til pulsgeneratoren 84, og også fjerner blokkeringssignalet fra portkretsen 93.

Den neste tidsstyrepuls vil deretter passere forsinkelses-kretsen 82 og portkretsen 93 for aktivisering av. pulsgeneratoren 83, som vil frembringe en første negativ koplingspuls 65 i den neste driftsperiode på ett . sekund.

De negative styrepulser 60-66 kan naturligvis anvendes til styring av pulskretsen 9 såvel som detektorens portkrets. Følgelig vil både de negative styrepulser 60-66

og den positive koplingspuls 71 overføres til jordoverflaten sammen med datapulsene 70, for videre anvendelse.

På fig. 6 er vist et forenklet blokkskjema for justeringskretsen 24 på fig. 1. En første funksjonsoscillator 150 frembringer en pulsrekke som er en funksjon av varigheten av detekteringsintervallet 33 på fig. 2, og en andre funksjonsoscillator 152, som frembringer en pulsrekke med en frekvens som er en funksjon av varigheten av detektorinter.vallet 54, som vist på fig. 3,

En delekrets 151 er anordnet for å frembringe en ut--gangspulsrekke, som er en funksjon av kvotienten av frekvensen fra oscillatoren 150 delt med frekvensen fra oscillatoren 152.

Som nevnt ovenfor, er telletakten utledet fra detektoren i løpet av detekteringsintervallet 54 multiplisert med kvotientsignalet utledet av forholdet mellom utgangssignalene X og Y fra oscillatoren 150 resp. 152. Følgelig kan en vanlig siffermultiplikator 153 anvendes for å utlede et utgangssignal som er en funksjon av produktet av kvotientsignalet fra dele-kretsen 151 og pulstoget fra den tredje spenningsstyrte oscillator 23C.

Som videre vist på fig. 6, er det anordnet en tredje funksjonsoscillator 155 for frembringelse av en frekvens, som er en funksjon av antall ganger akseleratoren 8 aktiviseres i løpet av en driftsperiode på ett sekund, dvs. den del av driftsperioden da strålingen skjer. En andre multiplikator 154 kan følgelig anordnes for å frembringe en utgangsfrekvens som er en funksjon av utgangssignalet Z fra oscillatoren 155 og produktet av signalet fra den første multiplikator 153. Sluttelig vil det korrigerte signal som er det ene av de to signaler 24A og 24B på fig. 1, være utgangssignalet fra en vanlig differanskrets 156, hvis ene inngang er forbundet med utgangen fra den andre multiplikator 154, og hvis andre inngang er forbundet med utgangen fra enten den første eller andre spenningsstyrte oscillator 23A eller 23B.

Som vist på fig. 6, er det korrigerte signal 24A i dette tilfelle, og dermed differanskretsen 156, nødvendigvis innrettet til å motta utgangssignalet 23AA som leveres av den første spenningsstyrte oscillator 23A. Ved en egnet ut-førelse av korrigeringskretsen på fig. 6, kan det anordnes en vanlig vender'(ikke vist) for å velge utgangssignalet enten fra den første oscillator 23A eller den andre oscillator 23B. Alternativt"kan det anordnes en parallellanordning for å utlede det korrigerte signal 24B i likhet med innretningen på fig. 6, men denne vil i stedet for å være forbundet med den andre spenningsstyrte oscillator 23B være innrettet til å frembringe det korrigerte signal 24B.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte til undersøkelse av jordformasjoner som omgir borehull ved hjelp av radioaktivitet, hvor jordformasjonene bombarderes fra en pulset kilde for energirike' nøy-troner under en strålingsperiode med slik pulsfrekvens at termalisert nøytronfluks avtar til en ubetydelig verdi mellom efter hverandre følgende pulser og at resulterende gamma-stråling detekteres og måles i løpet av to meget korte tidsrom umiddelbart før hver energirik nøytronpuls utsendes under et første tidsintervall under strålingsperioden og at stråling som skyldes ustabile isotoper detekteres og måles i et andre tidsintervall efter at termalisert nøytronfluks har avtatt til en ubetydelig verdi og gammastråling som stammer fra kjerner som opptar energirike nøytroner hovedsakelig har opphørt, og hvor det anvendes en strålingsdetektor med en komponent som selv kan aktiveres av energirike nøytroner til ustabil isotoper som avgir detekterbar stråling som innvirker på strålingsmålingen. under det første og andre tidsintervall, karakterisert ved detekteringen av bakgrunnstråling under det andre tidsintervall av bestemt varighet mellom' efter hverandre følgende bestrålingsperioder, og ved utledning av en korrigert måling. (C) som representerer stråling som hovedsakelig stammer fra kjerner som opptar energirike nøytroner ved kombinasjon av den første intervallmåling (C) og den andre intervallmåling (C^) ifølge forholdet : r -t

hvor X er varigheten av det første tidsintervall, Y er varigheten av det andre tidsintervall og Z er antallet nøytronpulser i hver bestrålingsperiode.