NO144650B

NO144650B - PROCEDURE AND APPARATUS FOR MEASURING FORMATION CHARACTERISTICS FOR BASIC FORMATION

Info

Publication number: NO144650B
Application number: NO761005A
Authority: NO
Inventors: Stephen Antkiw; Richard D Murphy
Original assignee: Schlumberger Inland Service
Priority date: 1975-03-31
Filing date: 1976-03-22
Publication date: 1981-06-29
Also published as: FR2308937B1; JPS62473B2; OA05294A; DE2613259A1; AU500341B2; NO144650C; NO761005L; BR7601955A; AU1202976A; IT1067520B; MX3468E; EG13061A; FR2308937A1; DE2613259C2; NL7603328A; TR19525A; JPS51121401A

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt en frémgangsmåte The invention generally relates to a process

og et apparat for. kjernefysisk borehullslogging, og den angår mer spesielt et forbedret apparat og fremgangsmåte for å tilveiebringe, ved hjelp av kombinert logging av data vedrørende nøytronkarakteri-stika og gammastrålingsspektroskopi, ytterligere og mer nøyaktige informasjoner vedrørende beliggenheten og utvinningsmulighetene av hydrokarboner i underjordiske grunnformasjoner. and an apparatus for. nuclear borehole logging, and it relates more particularly to an improved apparatus and method for providing, by means of combined logging of data relating to neutron characteristics and gamma radiation spectroscopy, additional and more accurate information regarding the location and recovery possibilities of hydrocarbons in underground bedrock formations.

Ved logging av grunnformasjoner for å identifisere oljéførende eller gassførende soner, er det viktig ikke bare å detektere forekomsten av hydrokarboner, men også å bestemme deres relative rikelighet (metning) og hvor lette de er å utvinne. I When logging foundation formations to identify oil-bearing or gas-bearing zones, it is important not only to detect the presence of hydrocarbons, but also to determine their relative abundance (saturation) and how easy they are to extract. IN

denne forbindelse er det ønskelig å oppnå opplysninger vedrørende formasjonsparametre som litologi, skifrighet, porøsitet og saltholdighet, idet opplysninger av denne type er nyttige når det gjelder å foreta kvantitative vurderinger av metningsnivåer for hydrokarboner og vann, og de er også viktige med hensyn til produktiviteten til en gitt formasjon. in this connection, it is desirable to obtain information regarding formation parameters such as lithology, shalyness, porosity and salinity, since information of this type is useful when it comes to making quantitative assessments of saturation levels for hydrocarbons and water, and they are also important with regard to the productivity of a given formation.

En form for kjernefysisk borehullslogging som har A form of nuclear borehole logging that has

til hensikt å skaffe de ovennevnte opplysninger, er beskrevet i US-patent nr. 3 521 064. I henhold til dette systemet blir'et detektert energispektrum for gammastråler, illustrert ved gammastrålingsspekteret for termisk nøytroninnfangning, for en grunn-formas jon med ukjent sammensetning, analysert ved å sammenlikne det med et sammensatt spektrum laget av veide spektra fra kjente materialbestanddeler. Ved å sammenlikne størrelsen av det detekterte gammastrålingsenergispekteret ved et stort antall separate punkter eller energinivåer for å oppnå den best mulige tilpasning, kan det oppnås en nøyaktig analyse av formasjonens sammensetning. Ved passende valg av spektre fra bestanddeler, for the purpose of obtaining the above information, is described in US Patent No. 3,521,064. According to this system, a detected energy spectrum for gamma rays, illustrated by the thermal neutron capture gamma radiation spectrum, for a base formation ion of unknown composition, analyzed by comparing it with a composite spectrum made of weighted spectra from known material constituents. By comparing the magnitude of the detected gamma radiation energy spectrum at a large number of separate points or energy levels to obtain the best possible fit, an accurate analysis of the composition of the formation can be achieved. By appropriate selection of spectra from constituents,

kan det også utledes spektroskopiske resultater som er representative for formasjonsegenskaper av interesse, som porøsitet, spectroscopic results can also be derived that are representative of formation properties of interest, such as porosity,

skifrighet, saltholdighet, litologi og liknende. Tidligere kjente systemer av denne type har imidlertid vært beheftet med uregelmessigheter og statistiske usikkerheter som i enkelte tilfeller har forringet deres brukbarhet. shale, salinity, lithology and the like. Previously known systems of this type have, however, been plagued with irregularities and statistical uncertainties which in some cases have impaired their usability.

En annen form for kjernefysisk borehullslogging gjennom borehullsforinger medfører bestemmelse av en eller flere utvalgte nøytronkarakteristikker for en formasjon, innbefattet for eksempel den midlere levetid for termiske nøytroner eller desintegrasjonstid (x), det makroskopiske absorpsjons- eller innfangningstverrsnitt (I), og nøytronnedbremsningstiden. Systemer som er nyttige til å foreta målinger av disse karakteristikker, Another form of nuclear borehole logging through borehole casings entails the determination of one or more selected neutron characteristics of a formation, including, for example, the mean thermal neutron lifetime or disintegration time (x), the macroscopic absorption or capture cross section (I), and the neutron slow-down time. Systems useful for making measurements of these characteristics,

er beskrevet i US-patent 3 566 116, US-patent nr. 3 662 179, og i US-patentsøknad nr. 356.151. Meget verdifulle opplysninger, spesielt når det gjelder å skjelne mellom saltvann og olje og å detektere forandringer i vannmetning, blir tilveiebrakt ved hjelp av disse systemene. Tolkningen av logger over nøytronkarakteri-stikker, for eksempel x- og E-logger, blir imidlertid forbedret ved hjelp av pålitelige og korrelerbare data vedrørende formasjonens litologi, porøsitet og skifrighet. Dette er spesielt tilfelle i formasjoner med lav saltholdighet hvor x- og Z-loggene er mindre pålitelige, og hvor forskjellige formasjoner oppviser like x- og i-verdier. is described in US Patent 3,566,116, US Patent No. 3,662,179, and in US Patent Application No. 356,151. Very valuable information, especially when it comes to distinguishing between salt water and oil and detecting changes in water saturation, is provided by these systems. However, the interpretation of neutron characterization logs, such as x- and E-logs, is improved by reliable and correlative data regarding the formation's lithology, porosity and shalyness. This is particularly the case in low salinity formations where the x and Z logs are less reliable, and where different formations show similar x and i values.

Selv om J. Tittman i US-pateht nr. 3 413 471 generelt innser at det eksisterer nyttige korrelasjoner mellom logger for termiske nøytronlevetider og visse gammastrålespektro-skopiske loggedata, har det inntil nå ikke vært foretatt noen integrasjon mellom loggefunksjoner over nøytronkarakteristikker og gammastrålingsspektroskopiske funksjoner på en slik måte at det i ett enkelt system frembringes tilstrekkelig opplysninger vedrørende de forskjellige funksjonsparametere av interesse til å muliggjøre fullstendig og nøyaktig vurdering av hydrokarbon-soner. Although J. Tittman in US Pat. No. 3,413,471 generally recognizes that useful correlations exist between logs of thermal neutron lifetimes and certain gamma-ray spectroscopic log data, until now no integration has been made between logging functions over neutron characteristics and gamma-ray spectroscopic functions on such a way that sufficient information is produced in a single system regarding the various functional parameters of interest to enable a complete and accurate assessment of hydrocarbon zones.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelsen å frembringe forbedrede kjernefysiske fremgangsmåter og apparat for logging, spesielt for bruk i forede borehull, som tilveiebringer ytterligere kunnskaper med hensyn til beliggenheten og produktiviteten av hydrokarbonførende formasjoner. It is therefore an object of the present invention to provide improved nuclear methods and apparatus for logging, particularly for use in lined boreholes, which provide additional knowledge with respect to the location and productivity of hydrocarbon-bearing formations.

Nærmere bestemt tar således oppfinnelsen ut-gangspunkt i en fremgangsmåte til måling av formasjons - karakteristika for grunnformasjoner, ved opptak av et gammastrålings-energispekter for en formasjon som gjennomtrenges av et borehull, omfattende syklisk måling av en tidsavhengig nøytronkarakteristikk for formasjonen som bestråles med en kilde for pulsede nøytroner. More specifically, the invention thus takes its starting point in a method for measuring formation characteristics for basic formations, by recording a gamma radiation energy spectrum for a formation that is penetrated by a borehole, comprising cyclic measurement of a time-dependent neutron characteristic for the formation that is irradiated with a source for pulsed neutrons.

De nye og særegne trekk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen til oppnåelse av ovennevnte og andre formål, består i deteksjon av energiene av gammastråler frembragt av interaksjoner mellom nøytroner i en første puls og kjerner i grunnformasjonen, analyse av i det minste en del av energispekteret for de detekterte gammastråler under en første tidsperiode efter bestrålingen av grunnformasjonen med The new and distinctive features of the method according to the invention for achieving the above-mentioned and other purposes consist in detection of the energies of gamma rays produced by interactions between neutrons in a first pulse and nuclei in the basic formation, analysis of at least part of the energy spectrum of the detected gamma rays during a first time period after the irradiation of the base formation with

nøytronpulsen, og regulering av tidsinnstillingen av den første tidsperiode som funksjon av målingen av den tidsav-hengige nøytronkarakteristikk for grunnformasjonen. the neutron pulse, and regulation of the timing of the first time period as a function of the measurement of the time-dependent neutron characteristic of the basic formation.

Oppfinnelsen omfatter også et apparat til måling av formasjonskarakteristika for grunnformasjoner ved opptak av et gammastrålings-energispekter for en formasjon som gjennomtrenges av et borehull, med syklisk måling av en tidsavhengig nøytronkarakteristikk for formasjonen som bestråles med en kilde for pulsede nøytroner, omfattende et borehullapparat innrettet til å føres gjennom borehullet, en kilde for pulsede nøytroner båret av borehullapparatet for å bestråle grunnformasjonen, og midler til å måle en utvalgt tidsavhengig nøytronkarakteristikk for grunnformasjonen, karakterisert ved en gammastråledetektor til å generere signaler som representerer energiene av de detekterte gammastråler som er resultatet av førstepuls-relaterte nøytron-interaksjoner med kjerner i grunnformasjonen, og en analyseanordning til å analysere i det minste en del av energispekteret for gammastrålene, en portanordning som slipper gjennom til analyseanordningen de signaler som genereres under påvirkning av gammastråler detektert under en første tidsperiode etter den første nøytronpuls, og en styre-anordning til å regulere virkemåten av portanordningen som funksjon av verdien av den utvalgte nøytronkarakteristikk som måles. The invention also includes an apparatus for measuring formation characteristics for basic formations by recording a gamma radiation energy spectrum for a formation penetrated by a borehole, with cyclic measurement of a time-dependent neutron characteristic for the formation irradiated with a source of pulsed neutrons, comprising a borehole apparatus arranged to to be passed through the borehole, a source of pulsed neutrons carried by the borehole apparatus to irradiate the base formation, and means for measuring a selected time-dependent neutron characteristic of the base formation, characterized by a gamma ray detector for generating signals representing the energies of the detected gamma rays resulting from the first pulse -related neutron interactions with nuclei in the basic formation, and an analysis device for analyzing at least part of the energy spectrum of the gamma rays, a gate device that lets through to the analysis device the signals generated under the influence of gamma arays detected during a first time period after the first neutron pulse, and a control device for regulating the operation of the gate device as a function of the value of the selected neutron characteristic that is measured.

Ytterligere nye og særegne trekk ved fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen er angitt, i patentkravene. Further new and distinctive features of the method and apparatus according to the invention are indicated in the patent claims.

Som det vil fremgå av det følgende, inne- As will be seen from the following, in-

bærer de ovenfor angitte løsninger fordelaktige virkninger også sett i sammenheng med andre sider av den her aktuelle type borehullslogging. the above-mentioned solutions also have beneficial effects when viewed in conjunction with other aspects of the type of borehole logging in question here.

Dette lean illustreres ved at den målte nøytron-karakteristikken er en termisk nøytronabsorpsjonskarakteristikk for formasjonen, det vil si den termiske nøytronlevetiden (decay time) (t) eller det makroskopiske absorpsjons- eller innfangnings-tverrsnittet (E), og det energispekteret for gammastråler som analyseres er det termiske nøytroninnfangnings- eller absorpsjons-spekteret for gammastråling. Ved å velge den del av den tidsmessige fordeling av gammastråler som skal analyseres i samsvar med den målte verdi av en nøytronabsorpsjonskarakteristikk, blir det foretatt riktig valg av innfangningsenergispektrum for gammastråling for den spesielle formasjon som undersøkes. Det valgte spektrum er således representativt for sammensetningen av formasjonen, til tross for at de termiske nøytronabsorpsjonsegen-skapene til formasjonen, som stort sett bestemmer varigheten og formen av tidsfordelingen til innfangningsgammastrålingen som følger etter en nøytronpuls, kan være forskjellige blant de formasjoner som gjennomtrenges av et borehull.. This lean is illustrated by the measured neutron characteristic being a thermal neutron absorption characteristic of the formation, i.e. the thermal neutron decay time (t) or the macroscopic absorption or capture cross section (E), and the gamma ray energy spectrum being analyzed is the thermal neutron capture or absorption spectrum for gamma radiation. By selecting the part of the temporal distribution of gamma rays to be analyzed in accordance with the measured value of a neutron absorption characteristic, the correct choice of gamma radiation capture energy spectrum is made for the particular formation under investigation. The selected spectrum is thus representative of the composition of the formation, despite the fact that the thermal neutron absorption properties of the formation, which largely determine the duration and shape of the time distribution of the capture gamma radiation following a neutron pulse, may differ among the formations penetrated by a drill holes..

Ytterligere formål og fordeler med oppfinnelsen vil fremgå av den følgende detaljerte beskrivelse av en eksempelvis utførelsesform av oppfinnelsen, i forbindelse med de vedføyde tegninger, der: Figur 1 er et skjematisk blokkskjerna over en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 2 er en grafisk representasjon av tidsfordelingen til innfangningsgammastrålingen, opptegnet som en funksjon av x , som følger etter bestråling av formasjonen med en puls av hurtige nøytroner, og den viser de foretrukne tidsinn-stillinger av spektroskopiperiodene og levetidsdeteksjbnsperiodene 1 henhold til oppfinnelsen; Figur 3 viser en utførelsesform av en grunn-leggende arbeidssyklus for de kombinerte levetids- og spektroskopifunksjonene ifølge oppfinnelsen; og Figur 4 viser et eksempel på overføring av kalibreringspulser til-spektroskopikretsen. Further purposes and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description of an exemplary embodiment of the invention, in connection with the attached drawings, where: Figure 1 is a schematic block core of an embodiment of the invention; Figure 2 is a graphical representation of the time distribution of the capture gamma radiation, plotted as a function of x , following irradiation of the formation with a pulse of fast neutrons, showing the preferred timings of the spectroscopy periods and lifetime detection periods 1 according to the invention; Figure 3 shows an embodiment of a basic duty cycle for the combined lifetime and spectroscopy functions according to the invention; and Figure 4 shows an example of the transmission of calibration pulses to the spectroscopy circuit.

Som før nevnt har den foreliggende oppfinnelse As previously mentioned, the present invention has

til formål å frembringe forbedrede opplysninger for bruk ved lokalisering og vurdering av oljeførende og gassførende soner i grunnformasjoner. Den er spesielt anvendelig i forbindelse med logging av forede borehull, for eksempel for omarbeidede og produserende borehull, for å identifisere uutnyttede oljesoner og liknende, men er også nyttige ved åpne borehull. Et apparat for å utføre oppfinnelsen på en måte som gir spesielt fordelaktige resultater, er vist skjematisk på figur 1. Det omfatter mer spesielt et apparat for samtidig utledning av målinger av t og 2 for formasjoner av interesse, generelt som beskrevet i de forannevnte patentene til Nelligan og Frentrop et al., og for analysering av utvalgte deler av formasjonenes innfangningsspektre for gammastråler, først og fremst i samsvar med de fremgangsmåter til kurve-tilpasning som er beskrevet i det forannevnte patentet til Moran et al. Man vil imidlertid forstå at det beskrevne apparat bare er ment som et eksempel, og at også andre energispektre for gammastråler enn innfangningsspekteret kan analyseres. for the purpose of producing improved information for use in locating and assessing oil-bearing and gas-bearing zones in bedrock formations. It is particularly useful in connection with logging of lined boreholes, for example for reworked and producing boreholes, to identify unexploited oil zones and the like, but is also useful for open boreholes. An apparatus for carrying out the invention in a manner which gives particularly advantageous results is shown schematically in Figure 1. It comprises more particularly an apparatus for simultaneously deriving measurements of t and 2 for formations of interest, generally as described in the aforementioned patents of Nelligan and Frentrop et al., and for analyzing selected parts of the formations' capture spectra for gamma rays, primarily in accordance with the curve-fitting methods described in the aforementioned patent to Moran et al. However, it will be understood that the described apparatus is only intended as an example, and that energy spectra for gamma rays other than the capture spectrum can also be analysed.

Det vises nå til figur 1 hvor en representativ utførelsesform av oppfinnelsen omfatter et fluidumtett, trykk- Reference is now made to figure 1, where a representative embodiment of the invention comprises a fluid-tight, pressure-

og temperaturbestandig borehullsapparat•10 som er anordnet for å henge i et borehull 12 ved hjelp av en armert kabel 14 for å and temperature resistant borehole apparatus•10 which is arranged to hang in a borehole 12 by means of an armored cable 14 to

kunne undersøke en underjordisk grunnformasjon 16. Borehullet 12 er illustrert inneholdende en borehullsvæske 18 og omfattende en stålforing 20 og en omgivende sementring 22. Selv om det ikke er could investigate a subterranean bedrock formation 16. The borehole 12 is illustrated containing a borehole fluid 18 and comprising a steel liner 20 and a surrounding cement ring 22. Although not

vist noe rør i borehullet, blir apparatet 10 fortrinnsvis dimen-sjonert for bruk gjennom et rør. shown some pipe in the borehole, the device 10 is preferably dimensioned for use through a pipe.

Borehullsapparatet 10 omfatter en pulset nøytron-kilde 24 og en strålingsdetektor 26 som ligger adskilt fra kilden 24. En nøytronskjerm 28 av konvensjonell sammensetning er fortrinnsvis anbrakt mellom kilden 24 og detektoren 26 for å redusere direkte nøytronbestråling av detektoren. Nøytronkilden 24 er anordnet for å frembringe diskrete pulser av hurtige nøytroner, for eksempel 14 MeV, og kan hensiktsmessig være av de slag som beskrives mer detaljert i US-patent nr. 2 991 364, og US-patent nr. 3 546 512. Detektoren 26 kan være av enhver konstruksjon som er hensiktsmessig for deteksjon av gammastråler og for frembringelse av et pulssignal som respons på hver detektert gammastråle som har en amplityde som er representativ for energien til gammastrålen. Den omfatter vanligvis et scintillasjonskrystall 30 som er optisk koplet på konvensjonell måte til et fotomulti-plikatorrør 32. Krystallet 30 er fortrinnsvis av den tallium-aktiverte natriumjodid- typen, selv om ethvert brukbart krystall, slik som thallium- eller natrium-aktivert cesiumjodid, kan brukes. Alternativt kan det anvendes en faststoffsdetektor med foreksempel germanium- eller litium-krystall. Borehullsapparatet 10 blir forsynt med energi over kablen 14 fra en kraftkilde på overflaten (ikke vist), og passende energikilder (ikke vist) for drift av nøytronkilden 24, detektoren 26 og annet utstyr er innbefattet i borehullsapparatet 10. The borehole apparatus 10 comprises a pulsed neutron source 24 and a radiation detector 26 which is separate from the source 24. A neutron screen 28 of conventional composition is preferably placed between the source 24 and the detector 26 to reduce direct neutron irradiation of the detector. The neutron source 24 is arranged to produce discrete pulses of fast neutrons, for example 14 MeV, and can suitably be of the type described in more detail in US patent no. 2,991,364, and US patent no. 3,546,512. The detector 26 may be of any construction suitable for detecting gamma rays and for generating a pulse signal in response to each detected gamma ray having an amplitude representative of the energy of the gamma ray. It generally comprises a scintillation crystal 30 optically coupled in conventional fashion to a photomultiplier tube 32. The crystal 30 is preferably of the thallium-activated sodium iodide type, although any usable crystal, such as thallium or sodium-activated cesium iodide, may be used. is used. Alternatively, a solid-state detector with, for example, a germanium or lithium crystal can be used. The borehole apparatus 10 is supplied with energy via the cable 14 from a power source on the surface (not shown), and suitable energy sources (not shown) for operating the neutron source 24, the detector 26 and other equipment are included in the borehole apparatus 10.

En borkarbid-impregnert hylse 34 omgir apparatet 10 i området ved kilden 24 og detektoren 26. Hylsen er oppslisset i lengderetningen for å tillate passasje av borehullsvæske langs apparatet, og dens diameter er fortrinnsvis så stor som mulig med tanke på fri bevegelse av apparatet i foringen 20. Hylsen 34 reduserer antall uønskede gammastråler som når detektor 26 på flere måter; den fortrenger borehullsvæsken fra områder i nær-heten av apparatet og minsker derved de gammastråler som stammer fra nøytroninteraksjoner med borehullsvæsken, og den virker også som et sluk for nøytroner i umiddelbar nærhet av detektoren, slik at gammastråler som stammer fra nøytroninteraksjoner med røret eller foringen reduseres, eller gammastråler fra aktivering av jern og andre elementer i apparatet selv. A boron carbide-impregnated sleeve 34 surrounds the apparatus 10 in the area of the source 24 and the detector 26. The sleeve is slit longitudinally to allow the passage of borehole fluid along the apparatus, and its diameter is preferably as large as possible in view of free movement of the apparatus in the casing 20. Sleeve 34 reduces the number of unwanted gamma rays reaching detector 26 in several ways; it displaces the borehole fluid from areas near the device and thereby reduces the gamma rays originating from neutron interactions with the borehole fluid, and it also acts as a drain for neutrons in the immediate vicinity of the detector, so that gamma rays originating from neutron interactions with the pipe or casing are reduced , or gamma rays from the activation of iron and other elements in the device itself.

Pulser fra fotomultiplikatoren 32 blir forsterket Pulses from the photomultiplier 32 are amplified

i en forsterker 36 og så for det første ført over en leder 38 til in an amplifier 36 and then first passed over a conductor 38 to

inngangen av en forsterker 40, for bruk ved utledning av x,, og for det andre over en leder 42 til inngangen av en forsterker 44 for spektralanalyse. Om ønsket kan det benyttes separate detek-torer for x og spektroskopifunksjonene. I så fall bør den detektoren som anvendes i forbindelse med spektroskopien, være av den type som reagerer på gammastrålingsenergi, som beskrevet, men x-detektoren trenger ikke være av denne typen, den kan for eksempel være av den type som er følsom for termiske nøytroner, slik som en proporsjonalteller fyllt med helium-3. Mens og umiddelbart etter at en nøytronpuls er frembrakt av kilden 24 the input of an amplifier 40, for use in deriving x,, and secondly over a conductor 42 to the input of an amplifier 44 for spectral analysis. If desired, separate detectors can be used for x and the spectroscopy functions. In that case, the detector used in connection with the spectroscopy should be of the type that responds to gamma radiation energy, as described, but the x-detector need not be of this type, it may for example be of the type that is sensitive to thermal neutrons , such as a proportional counter filled with helium-3. While and immediately after a neutron pulse is produced by the source 24

vil der i alle fall være et ekstremt stort innfall av gammastråler ved detektoren 26 (eller detektorene) som ville frembringe et tilsvarende høyt antall pulser i fotomultiplikatoren 32. Bortsett fra når gammastrålingen i denne perioden skal måles, blir fotomultiplikatoren fortrinnsvis blokkert under pulsutsendelsen og en kort tid etter denne, for å beskytte fotomultiplikatoren 32, forsterkerne 40 og 44 og annen signalbehandlende elektronikk mot uheldige virkninger som skyldes de uvanlig høye telleverdiene. there will in any case be an extremely large incidence of gamma rays at the detector 26 (or detectors) which would produce a correspondingly high number of pulses in the photomultiplier 32. Except when the gamma radiation in this period is to be measured, the photomultiplier is preferably blocked during the pulse emission and a short time after this, in order to protect the photomultiplier 32, the amplifiers 40 and 44 and other signal processing electronics against adverse effects due to the unusually high count values.

Som beskrevet mer fullstendig i det følgende, blir driften av kilden 24 fortrinnsvis styrt ved hjelp av signaler frembrakt av en programstyringsanordning 46 og overført til kilden over en leder 48. Disse signalene kan også som antydet med leder 50, anvendes til å kople ut fotomultiplikatoren i det ønskede tidsrom. As described more fully in the following, the operation of the source 24 is preferably controlled by means of signals generated by a program control device 46 and transmitted to the source over a conductor 48. These signals can also, as indicated by conductor 50, be used to disconnect the photomultiplier in the desired time period.

Pulser fra forsterkeren 40 blir ført til en diskriminator 52 som slipper gjennom bare de pulser som ligger over et forutbestemt amplitydenivå, og som omformer de innkommende pulsene til utgangspulser av standard størrelse. Disse pulsene blir så over en leder 54 koplet til x-beregningskretsen 56, idet dennes konstruksjon kan være i overensstemmelse med det som er beskrevet av Frentrop i US-patent nr. 3 662 179. Pulses from the amplifier 40 are fed to a discriminator 52 which lets through only those pulses above a predetermined amplitude level, and which transforms the incoming pulses into output pulses of standard size. These pulses are then connected via a conductor 54 to the x-calculation circuit 56, the construction of which may be in accordance with that described by Frentrop in US patent no. 3,662,179.

Som beskrevet i dette patentet, omfatter x-beregningskretsen 56 portstyringskretser, tellekretser, komparator-kretser og oscillatorkretser som er følsomme for de pulser som slippes gjennom av diskriminatoren 52 under en variabel deteksjonsperiode etter en utvalgt nøytronpuls for å løse likningen: As described in this patent, the x calculation circuit 56 includes gate control circuits, counter circuits, comparator circuits and oscillator circuits which are sensitive to the pulses passed by the discriminator 52 during a variable detection period after a selected neutron pulse to solve the equation:

hvor: er antall tellinger under et første deteksjonsintervall eller vindu (I) med varighet lx og som.begynner 2x etter at den forutgående nøytronpulsen er avsluttet; where: is the number of counts during a first detection interval or window (I) of duration lx and which begins 2x after the preceding neutron pulse has ended;

1$ 2 er antall tellinger under et andre deteksjonsintervall eller vindu (II) som begynner umiddelbart etter det første intervallet og har en lengde på 2x; og 1$ 2 is the number of counts during a second detection interval or window (II) beginning immediately after the first interval and having a length of 2x; and

Ng er antall tellinger i løpet av et tredje deteksjonsintervall eller vindu (III) som begynner 6x etter avslutningen av den foregående nøytronpulsen og som har en varighet på 3x . Ng is the number of counts during a third detection interval or window (III) beginning 6x after the end of the preceding neutron pulse and having a duration of 3x .

N^ blir bestemt for å korrigere tellingene N^ og N2 fra hovedintervallene I og II for bakgrunnsgammastråling,. og kan derfor utelates når detektoren for x-målingen ikke er følsom for gammastråling. N^ is determined to correct the counts N^ and N2 from the main intervals I and II for background gamma radiation,. and can therefore be omitted when the detector for the x-measurement is not sensitive to gamma radiation.

Hvis løsningen av likning (1) indikerer at N = 0, kan den tilsynelatende verdien av middellevetiden som utledes av kretsene 56, tas som den virkelige middellevetiden i formasjonen som undersøkes. Hvis N avviker fra 0 blir det generert et feilsignal i kretsene 56 ved regulering av en oscillator med variabel frekvens, som forsøker å tilbakeføre systemet til en tilstand med N = 0. Som nærmere beskrevet i US-patent 3 662 179 kan oscillatoren med variabel frekvens omfatte en digital oscillator med en If the solution of equation (1) indicates that N = 0, the apparent value of the mean life derived by the circuits 56 can be taken as the true mean life of the formation under investigation. If N deviates from 0, an error signal is generated in the circuits 56 by regulating a variable frequency oscillator, which attempts to return the system to a state with N = 0. As described in more detail in US patent 3,662,179, the variable frequency oscillator can include a digital oscillator with a

100 kHz taktsignalkrets og et ønsket antall bistabile oscillatorkretser. De bistabile kretsene forandrer tilstand i samsvar med taktsignalene på 100 kHz, og tilstandene til de bistabile kretsene blir kontinuerlig sammenliknet med et tilsvarende antall bistabile multivibratorer i detektorens signaltellekrets (i x-beregningskretsene 56). Når tellerens og oscillatorens bistabile kretser er i samme tilstand, blir det frembrakt en puls som tilbakestiller alle de bistabile kretsene til oscillatoren. Denne fremgangsmåten omformer i virkeligheten et telleverdisignal til et tidssignal siden oscillatorens bistabile kretser ender individuelle tilstander inntil de tilsvarer tilstandene til tellerens bistabile multivibratorer som representerer den observerte stråling registrert av telleren. Følgelig vil utgangssignalene som frembringes av oscillatoren representere den tiden som trengs for oscillatoren til å telle opp til et forutbestemt nivå for radio-aktiviteten, og er således representative for middellevetiden til termiske nøytroner i formasjonen. Oscillatorens utgangssignaler blir koplet over en leder 58 som et feilsignal eller regulerings-signal for regulering av driften til programstyreanordningen 46. 100 kHz clock signal circuit and a desired number of bistable oscillator circuits. The bistable circuits change state in accordance with the 100 kHz clock signals, and the states of the bistable circuits are continuously compared with a corresponding number of bistable multivibrators in the detector's signal counting circuit (in the x-calculation circuits 56). When the bistable circuits of the counter and the oscillator are in the same state, a pulse is produced which resets all the bistable circuits of the oscillator. This method actually converts a count value signal into a time signal since the oscillator's bistable circuits enter individual states until they correspond to the states of the counter's bistable multivibrators representing the observed radiation recorded by the counter. Accordingly, the output signals produced by the oscillator will represent the time required for the oscillator to count up to a predetermined level of radioactivity, and are thus representative of the mean lifetime of thermal neutrons in the formation. The oscillator's output signals are connected via a conductor 58 as an error signal or control signal for regulating the operation of the program control device 46.

En større grad av pålitelighet for den utledede verdien av x kan oppnås ved å øke taktfrekvensen eller ved å øke antall trinn i den taktdrevne oppstillingen av bistabile kretser. For eksempel kan det anvendes en frekvens på 300 kHz. Den taktdrevne samlingen med bistabile kretser kan også graderes til å frembringe en opprinnelig høy telleverdi som avtar eksponensielt med tiden etter en nøytronpuls. Dette vil medføre større stabil-itet i T-beregningskretsene 56, spesielt ved lave T-verdier, siden forandring av t som frembringes av feilsignalet, alltid vil være forholdsvis liten sammenliknet med absoluttverdien av t . Det vil også muliggjøre en teller med mindre kapasitet. A greater degree of reliability for the derived value of x can be achieved by increasing the clock frequency or by increasing the number of stages in the clocked array of bistable circuits. For example, a frequency of 300 kHz can be used. The clock-driven collection of bistable circuits can also be graded to produce an initially high count value that decays exponentially with time after a neutron pulse. This will result in greater stability in the T calculation circuits 56, especially at low T values, since the change in t produced by the error signal will always be relatively small compared to the absolute value of t. It will also enable a counter with a smaller capacity.

Programstyreanordningen 46 kan omfatte en teller med passende logiske kretser i form av diodematriser. Program-styreanordninger av denne type er beskrevet i US-patent nr. 3 566 116, US-patent nr. 3 609 366 og US-patent nr. 3 662 179. Den kan innbefatte de vanlige logiske kretser og signalkombinerende kretser, slik som beskrevet av Frentrop et al., for å frembringe portåpningssignaler for x-deteksjonsintervallene I, The program control device 46 can comprise a counter with suitable logic circuits in the form of diode arrays. Program control devices of this type are described in US Patent No. 3,566,116, US Patent No. 3,609,366, and US Patent No. 3,662,179. It may include the usual logic circuits and signal combining circuits, as described by Frentrop et al., to generate gate opening signals for the x-detection intervals I,

II og III som respons på utgangssignaltoget fra oscillatoren i x-beregningskretsene 56. Disse signalene blir overført til x-beregningskretsene 56 over en leder 60, hvor de styrer driften av portskretsene og pulstellekretsene på forannevnte måte. Programstyreanordningen 46 omfatter også kretser for frembringelse av styresignaler som regulerer varigheten og repretisjonshastigheten til nøytronpulsene som utsendes av kilden 24. Idet tidspunktet for opptreden (begynnelse og varighet) av"x-deteksjonsintervallene I, II og III står i et visst forhold til tidspunktet for opptreden av de tilsvarende nøytronpulser, står også åpningssignalene for x-portene på leder 60 i synkront forhold til styresignalene som overføres over leder 48 til nøytronkilden 24. En foretrukken pulseringssekvens for kilden 24 og portåpningssekvens for x-beregningskretsene 56 blir beskrevet i det følgende i forbindelse med figurene 2 og 3. II and III in response to the output signal train from the oscillator in the x-calculation circuits 56. These signals are transmitted to the x-calculation circuits 56 over a conductor 60, where they control the operation of the gate circuits and the pulse counter circuits in the aforementioned manner. The program control device 46 also comprises circuits for generating control signals which regulate the duration and repetition rate of the neutron pulses emitted by the source 24. Since the time of occurrence (beginning and duration) of the "x-detection intervals I, II and III is in a certain relation to the time of occurrence of the corresponding neutron pulses, the opening signals for the x-gates on conductor 60 are also in synchronous relation to the control signals which are transmitted over conductor 48 to the neutron source 24. A preferred pulsing sequence for the source 24 and gate opening sequence for the x-calculation circuits 56 is described below in connection with figures 2 and 3.

Programstyreanordningen 46 kan videre være konstruert for å frembringe et signal som er representativt for x (eller Z ) for overføring til overflaten, og også dette kan ut-føres i samsvar med hva som er beskrevet i US-patent 3 662 179. Alternativt kan antall ganger nøytronkilden 24 sender ut pulser, og fortrinnsvis bare de ganger etter hvilke det følger x-deteksjonsperioder, telles over en forutbestemt tidsperiode. Siden repetisjonsfrekvensen til nøytronpulsene blir styrt som en funksjon av x, er det antall pulser som frembringes i løpet av den forutbestemte tidsperiode, proporsjonalt med Z og følgelig med t. Telleperioden bør selvsagt være tilstrekkelig lang til at man kan oppnå statistisk pålitelige målinger og bør repeteres med en frekvens som frembringer den ønskede vertikale oppløsning av x-2-loggene. Passende kretser for dette formål kan omfatte (se figur 1) en OG-port 62 som reagerer på et åpningssignal på en leder 63 fra programstyreanordningen 46, og som slipper gjennom pulser på en leder 65, hvilke signaler er frembrakt av programstyreanordningen 46 synkront med styresignalene for de spesielle nøytronpulser som skal telles. Disse pulsene blir over en leder 67 ført til en binærteller 69. Ved avslutningen av telleperioden gir en monostabil forsinkelsesmultivibrator 71, som for eksempel blir energisert av bakflanken til portåpningssignalet på leder 63, ordre til at telleren 69 først skal avgi binærkodede parallelle signaler som indikerer det registrerte pulstall, over en lederbunt 73 til behandlings- og kabeldriv-kretsene 64, og som deretter tilbakestiller telleren til null. The program control device 46 can further be designed to produce a signal that is representative of x (or Z ) for transmission to the surface, and this too can be carried out in accordance with what is described in US patent 3,662,179. Alternatively, the number times the neutron source 24 emits pulses, and preferably only those times after which x-detection periods follow, are counted over a predetermined time period. Since the repetition rate of the neutron pulses is controlled as a function of x, the number of pulses produced during the predetermined time period is proportional to Z and therefore to t. The counting period should of course be sufficiently long to obtain statistically reliable measurements and should be repeated with a frequency that produces the desired vertical resolution of the x-2 logs. Suitable circuits for this purpose may include (see figure 1) an AND gate 62 which responds to an opening signal on a conductor 63 from the program control device 46, and which passes through pulses on a conductor 65, which signals are generated by the program control device 46 synchronously with the control signals for the particular neutron pulses to be counted. These pulses are passed over a conductor 67 to a binary counter 69. At the end of the counting period, a monostable delay multivibrator 71, which is for example energized by the trailing edge of the gate opening signal on conductor 63, orders the counter 69 to first emit binary coded parallel signals indicating that registered pulse count, over a conductor bundle 73 to the processing and cable drive circuits 64, and which then resets the counter to zero.

Vi vender nå tilbake til de spektroskopiske sider ved oppfinnelsen, idet pulser fra forsterker 44 blir ført over en leder 66 til en pulshøydeanalysator 68. Pulshøydeanalysatoren 68 kan være av konvensjonell type, slik som en en-rampetype (Wilkinson rundown), som er virksom for å velge pulser i henhold til deres amplityder og å føre dem, hensiktsmessig i binærkodet parallell form, til tilsvarende kanaler i en utgangslederbunt 70 som fører til signalbehandlings- og kabeldriv-kretsene 64. Man vil forstå at de vanlige lavnivå og høynivå diskriminatorene for valg av energiområde som skal analyseres, er innbefattet, og også lineære portkretser for styring av den tidsandel av de detektorgenererte pulser som skal analyseres. For dette formål blir passende signaler generert av programstyreanordningen 46 og sendt henholdsvis på lederne 72, 74 og 76 for å regulere diskriminatorene og for å åpne de lineære portkretsene. Mens den del av tidsfordelingen av signaler som følger hver nøytronpuls, og som blir utvalgt for å analyseres, kan svare til enhver ønsket del av tidsfordelingen til gammastråler som oppstår på grunn av nøy-tronpulsen, vil den fortrinnsvis tilsvare gammastråler frembrakt ved termiske nøytroners innfangningsinteraksjoner med formasjonens kjerner. Programstyreanordningen 46 er derfor fortrinnsvis konstruert for å frembringe åpningssignalene på leder 76 slik at de linære portkretsene vil være åpne under en tidsperiode som følger hver nøytronpuls når formasjonens innfangningsgammastråling er dominerende. I henhold til et senere beskrevet trekk ved oppfinnelsen, blir tidspunktet for opptreden av denne portstyrings-perioden (deteksjonen) styrt i forhold til den forutgående nøy-tronpulsen som en funksjon av t , slik denne blir målt ved hjelp av kretsene 56. For dette formål omfatter programstyreanordningen 46 passende logiske og signalkombinerende kretser for frembringelse av de ønskede portåpningssignaler i synkronisme med forekomsten av de tilhørende nøytronpulser. We now return to the spectroscopic aspects of the invention, as pulses from amplifier 44 are passed over a conductor 66 to a pulse height analyzer 68. The pulse height analyzer 68 can be of a conventional type, such as a one-ramp type (Wilkinson rundown), which is effective for to select pulses according to their amplitudes and to route them, conveniently in binary coded parallel form, to corresponding channels in an output conductor bundle 70 leading to the signal processing and cable drive circuits 64. It will be appreciated that the usual low level and high level discriminators for selecting energy range to be analyzed is included, and also linear gate circuits for controlling the time proportion of the detector-generated pulses to be analysed. To this end, appropriate signals are generated by the program controller 46 and sent respectively on conductors 72, 74 and 76 to regulate the discriminators and to open the linear gate circuits. While the portion of the time distribution of signals following each neutron pulse that is selected for analysis may correspond to any desired portion of the time distribution of gamma rays arising from the neutron pulse, it will preferably correspond to gamma rays produced by thermal neutron capture interactions with the cores of the formation. The program control device 46 is therefore preferably designed to generate the opening signals on conductor 76 so that the linear gate circuits will be open during a period of time that follows each neutron pulse when the formation's capture gamma radiation is dominant. According to a later described feature of the invention, the time of occurrence of this gate control period (the detection) is controlled in relation to the preceding neutron pulse as a function of t, as this is measured by means of the circuits 56. For this purpose the program control device 46 comprises suitable logic and signal combining circuits for generating the desired gate opening signals in synchronism with the occurrence of the associated neutron pulses.

Den del av det totale energispekteret for gammastrålene som svarer til de detektorsignalene som slippes gjennom og som skal analyseres, kan også velges som ønsket, og kan for eksempel strekke seg fra 1,5 MeV til 7,5 MeV. Det antall kanaler som brukes over det energiområdet som har interesse, er selvsagt avhengig av den ønskede analysenøyaktighet og oppløsningsegen-skapene til det anvendte scintillasjonskrystallet. Med et tilliumaktivert natriumjodid-krystall har et antall på 200 kanaler over energiområdet på fra 1,5 MeV til 7,5 MeV vist seg å gi tilfredsstillende spektralanalyser. Imidlertid kan det om ønsket brukes et lavere antall kanaler, for eksempel 50 eller deromkring. Generelt kan antall kanaler, kanalbredden, totalt energiområde og andre karakteristikker for analysatoren 68 bestemmes i overensstemmelse med læren i US-patent nr. 3 521 064. The part of the total energy spectrum for the gamma rays that corresponds to the detector signals that are passed through and to be analyzed can also be selected as desired, and can for example range from 1.5 MeV to 7.5 MeV. The number of channels used over the energy range of interest is of course dependent on the desired analysis accuracy and the resolution properties of the scintillation crystal used. With a thallium-activated sodium iodide crystal, a number of 200 channels over the energy range from 1.5 MeV to 7.5 MeV have been shown to provide satisfactory spectral analyses. However, if desired, a lower number of channels can be used, for example 50 or so. In general, the number of channels, channel width, total energy range, and other characteristics of the analyzer 68 can be determined in accordance with the teachings of US Patent No. 3,521,064.

Behandlings- og driv-kretsene 64 kan være av enhver konvensjonell konstruksjon for koding, tidsmultipleksing og andre former for behandling på ønsket måte av de databærende signaler som tilføres, og for å påtrykke dem på kabelen 14, og de spesielle former på kretsene som anvendes for dette formål, karakteriserer ikke oppfinnelsen. Foretrukne konstruksjoner av kretsene 64 er beskrevet og vist i US-patentsøknad nr. 563 507. The processing and drive circuits 64 can be of any conventional design for coding, time multiplexing and other forms of processing in the desired manner of the data-carrying signals that are supplied, and for imprinting them on the cable 14, and the special forms of the circuits used for this purpose, does not characterize the invention. Preferred designs of the circuits 64 are described and shown in US Patent Application No. 563,507.

Ved overflaten blir E-signalene fra binærtelleren At the surface, the E signals from the binary counter

69 og signalene for tellinger per kanal fra pulshøydeanalysatoren 68, forsterket, dekodet og behandlet på andre nødvendige måter i kretser 78 og ført over en lederbunt 80 til en datamaskin 82. Datamaskinen utleder verdier av E og/eller T og av de spektroskopiske utgangssignaler, slik som for eksempel verdier som indikerer vannmetning, skifrighet, litologi, porøsitet, vannsaltholdighet, 69 and the signals for counts per channel from the pulse height analyzer 68, amplified, decoded and processed in other necessary ways in circuits 78 and carried over a conductor bundle 80 to a computer 82. The computer derives values of E and/or T and of the spectroscopic output signals, as such as values indicating water saturation, shalyness, lithology, porosity, water salinity,

etc. Foretrukne former for spektroskopiske utgangssignaler er beskrevet nedenunder. Digitale representasjoner av disse verdiene blir overført gjennom lederne 84A-84H til en båndopptaker 86 og etc. Preferred forms of spectroscopic output signals are described below. Digital representations of these values are transmitted through conductors 84A-84H to a tape recorder 86 and

til digital/analog-omformende kretser 88 som frembringer analoge signaler proporsjonale med de respektive inngangssignalene for tilførsel til en visuell skriver 90. Overvåkningsdata (ikke vist) slik som den gjennomsnittlige telleverdi for det første t-deteksjonsintervallet (I) eller hovedspenningen for eksempel, kan også bli registrert. Båndopptakeren 86 og den visuelle skriveren 90 er konvensjonelle og kan hensiktsmessig tilveiebringe logge-signalene som en funksjon av apparatdybden på vanlig måte. Den vanlige kabelfølgende mekaniske forbindelsen som er vist skjematisk ved 92 på figur 1, er tilveiebrakt for dette formål. to digital/analog converting circuits 88 which produce analog signals proportional to the respective input signals for input to a visual printer 90. Monitoring data (not shown) such as the average count value of the first t detection interval (I) or the main voltage for example, may also be registered. The tape recorder 86 and the visual printer 90 are conventional and can conveniently provide the logging signals as a function of apparatus depth in the usual manner. The usual cable-following mechanical connection shown schematically at 92 in Figure 1 is provided for this purpose.

Datamaskinen 82 kan være av enhver passende konstruksjon for utførelse av de forannevnte E- og t-beregninger og for spektrumtilpasningen, bestemmelse av forholdet mellom bestanddelene, og for de forholdsdannende fremgangsmåter som er beskrevet i US-patent nr. 3 521 064. Den kan for eksempel omfatte en universaldatamaskin av digital type, slik som den som lages av Digital Equipment Corporation, Maynard, Massachusetts under betegnelsen PDP-11. Datamaskinen kan være anbrakt ved borehullet som bist på figur 1, eller den kan være anbrakt- på et annet sted og virke på registrerte representasjoner for tellinger per kanal, x- og E- data, slik som tilfelle for eksempel vil være for registrerte signaler fra behandlingskretsene 78 på magnetbånd. The computer 82 may be of any suitable construction for performing the aforementioned E and t calculations and for the spectrum fitting, determination of the ratio between the constituents, and for the ratio forming methods described in US Patent No. 3,521,064. It may for example include a general purpose computer of the digital type, such as that manufactured by Digital Equipment Corporation, Maynard, Massachusetts under the designation PDP-11. The computer can be located at the borehole as shown in Figure 1, or it can be located elsewhere and act on recorded representations for counts per channel, x and E data, as would be the case for example for recorded signals from the processing circuits 78 on magnetic tape.

Det er et trekk ved oppfinnelsen at forstyrrende virkninger på analysen av formasjonens innfangsningsgammastråle-spektre for gammastråling som oppstår på grunn av nøytroninter-aks joner med materialer i umiddelbar nærhet av nøytronkilden 24 og detektoren 26 (apparathuset, borehullsvæsken 18, foringen 20, sementringen 22, etc), de såkalte "borehullsef fekter", reduseres ved å regulere tidspunktet for opptreden av spektroskopideteksjonsperioden i forhold til tidspunktet for opptreden av den til-hørende nøytronpulsen i overensstemmelse med en "målt verdi av t for den spesielle formasjon som undersøkes. Dette er illustrert på figur 2 som skjematisk viser hvordan telleverdien for innfangningsgammastrålingen vanligvis varierer med tiden, antydet uttrykt ved den midlere levetiden t , etter en puls 98 med hurtige nøytroner. Helt til venstre på tidsfordelingskurven 100, er det et område med rask dempning som skyldes tidlige borehullseffekter, dvs. høye absorpsjonsverdier for termiske nøytroner i borehull-smediene som umiddelbart omgir kilden og detektoren. Deretter følger det et praktisk talt rettlinjet område som i samsvar med "hva som beskrives i Nelligans US-patent, er den del av kurven som er nyttig når det gjelder å bestemme den midlere levetiden for termiske nøytroner, på en semilogaritmisk opptegning svarende til eksponensiell dempning av den termiske nøytrontettheten i formasjonen. Til høyre flater så kurven 100 ut, idet telleverdiene i dette området svarer til bakgrunnsradioaktiviteten i formasjonen og borehullet. It is a feature of the invention that disturbing effects on the analysis of the formation capture gamma-ray spectra for gamma radiation arising due to neutron interactions with materials in the immediate vicinity of the neutron source 24 and the detector 26 (the casing, the borehole fluid 18, the casing 20, the cement ring 22, etc), the so-called "borehole effects", are reduced by regulating the time of occurrence of the spectroscopy detection period in relation to the time of occurrence of the associated neutron pulse in accordance with a "measured value of t for the particular formation under investigation. This is illustrated in Figure 2 which schematically shows how the capture gamma radiation count typically varies with time, implied by the mean lifetime t , after a fast neutron pulse 98. At the far left of the time distribution curve 100, there is a region of rapid attenuation due to early borehole effects, i.e. high absorption values for thermal neutrons in the borehole media immediately surrounding the source and detector. Then follows a virtually straight-line region which, according to "what is described in Nelligan's US patent, is the part of the curve useful in determining the mean lifetime of thermal neutrons, on a semi-logarithmic plot corresponding to exponential decay of the thermal neutron density in the formation.On the right, the curve looks like 100, as the count values in this area correspond to the background radioactivity in the formation and the borehole.

For beregning av x har Nelligan bestemt at en forsinkelse på 2x mellom nøytronpulsen og begynnelsen av deteksjonsperioden, eliminerer de fleste av de uønskede borehullseffektene og anbringer begynnelsen av det første deteksjonsintervallet (I) på det eksponensielle dempningsområdet på kurven 100, og port-styringskretsene i x-beregningskretsene 56 blir styrt i overensstemmelse med dette. De ovenfor beskrevne x-portstyrings-sekvensene (to tilstøtende hovedintervaller I og II på henholdsvis lx og 2x, og et bakgrunnsintervall III på 3x som er adskilt med lx fra intervall II, for en total deteksjonsperiode på 7x) For the calculation of x, Nelligan has determined that a delay of 2x between the neutron pulse and the beginning of the detection period eliminates most of the unwanted borehole effects and places the beginning of the first detection interval (I) in the exponential decay region of curve 100, and the gate control circuits in x - the calculation circuits 56 are controlled in accordance with this. The x-gate control sequences described above (two adjacent main intervals I and II of lx and 2x respectively, and a background interval III of 3x separated by lx from interval II, for a total detection period of 7x)

er illustrert på figur 2, men som beskrevet av Nelligan kan det anvendes andre totale x-deteksjonsperioder og andre deteksjons-intervaller innenfor den totale perioden. I ethvert fall vil den tidsmessige plassering av x-deteksjonsperioden bli styrt automatisk i samsvar med x-verdien for den spesielle formasjonen som studeres. is illustrated in Figure 2, but as described by Nelligan, other total x-detection periods and other detection intervals within the total period can be used. In any case, the temporal location of the x-detection period will be controlled automatically according to the x-value of the particular formation being studied.

For innfangningsgammaspektroskopi har man funnet at en spektroskopideteksjonsperiode på 2x, betegnet 102 på figur 2, som begynner etter en forsinkelse på lx etter avslutningen av den forutgående nøytronpuls 98 på tilfredsstillende måte eliminerer tidlige borehullseffekter, og på samme tid sørger for høye telle-verdier for gode statistiske forhold og bedre vertikal oppløsning. Da tidsinnstillingen av spektroskopideteksjonsperioden således også blir styrt i forhold til en målt nøytronkarakteristikk for formasjonen, blir spektroskopiperioden automatisk regulert på korrekt måte fra formasjon til formasjon. Andre tidsmessige plasseringer av deteksjonsperioden 102 kan selvsagt også brukes. Generelt bør imidlertid den tidsmessige innstilling av perioden være slik at telleverdiene for innfangningsgammastrålingen er størst mulig i forhold til verdiene for bakgrunnsstrålingen på en måte som er forenlig med undertrykkelsen av borehullseffektene. For capture gamma spectroscopy, it has been found that a spectroscopy detection period of 2x, denoted 102 in Figure 2, beginning after a delay of lx after the termination of the preceding neutron pulse 98 satisfactorily eliminates early borehole effects while providing high count values for good statistical conditions and better vertical resolution. As the timing of the spectroscopy detection period is thus also controlled in relation to a measured neutron characteristic for the formation, the spectroscopy period is automatically regulated in the correct manner from formation to formation. Other temporal locations of the detection period 102 can of course also be used. In general, however, the temporal setting of the period should be such that the count values for the capture gamma radiation are as large as possible in relation to the values for the background radiation in a manner compatible with the suppression of the borehole effects.

For ytterligere å forbedre effektiviteten til loggesystemet og for ytterligere å øke telleverdiene, blir også varigheten og repetisjonsfrekvensen til nøytronpulsene styrt i samsvar med x. I henhold til oppfinnelsen har de enkelte nøytron-pulser en varighet på lx. Dessuten blir et forutbestemt antall av tidsmessig adskilte nøytronpulser fortrinnsvis frembragt på syklisk måte i løpet av hver av en rekkefølge av tidsintervaller eller sykler. En foretrukket grunnsyklus med varighet på 31x, er vist skjematisk på figur 3. Den omfatter en undersyklus på 20x for spektro-skopiformål, en undersyklus på 10x for midlere levetid, og en periode på lx for forberedelse til en ny syklus. Spektroskopi-syklusen består av tilsammen fem intervaller, antydet ved A, B, C, To further improve the efficiency of the logging system and to further increase the count values, the duration and repetition rate of the neutron pulses are also controlled according to x. According to the invention, the individual neutron pulses have a duration of lx. Also, a predetermined number of temporally spaced neutron pulses are preferably generated in a cyclic manner during each of a succession of time intervals or cycles. A preferred basic cycle of 31x duration is shown schematically in Figure 3. It comprises a sub-cycle of 20x for spectroscopy purposes, a sub-cycle of 10x for mean lifetime, and a period of 1x for preparation for a new cycle. The spectroscopy cycle consists of a total of five intervals, indicated by A, B, C,

D og E, hver av hvilke har en varighet på 4x og omfatter en nøytron-puls 104A-104E med varighet på lx og en tilhørende spektroskopi-deteks jonsperiode 106A-106E med varighet 2x. Hver deteksjonsperiode 106A-106E blir tidsmessig innstilt i forhold til den tilhørende nøytronpulsen 104A-104E på den måte som er tidligere beskrevet i forbindelse med spektroskopiportstyringen 102 på figur 2. Fortrinnsvis blir hver nøytronpuls 104A-104E frembragt samtidig med avslutningen av den foregående spektroskopideteksjonsperioden 106A-106E, slik at nøytronpulsene i løpet av spektroskopiperioden opptrer med mellomrom på 4x. D and E, each of which has a duration of 4x and comprises a neutron pulse 104A-104E of duration 1x and an associated spectroscopy detection period 106A-106E of duration 2x. Each detection period 106A-106E is temporally set in relation to the associated neutron pulse 104A-104E in the manner previously described in connection with the spectroscopy gate control 102 in Figure 2. Preferably, each neutron pulse 104A-104E is produced simultaneously with the end of the preceding spectroscopy detection period 106A- 106E, so that during the spectroscopy period the neutron pulses occur at intervals of 4x.

Undersyklusen for levetiden begynner med den sjette nøytron-pulsen 104F i den totale syklus på 31x. Denne pulsen opptrer fortrinnsvis også umiddelbart etter den forutgående spektroskopi-deteks jonsperioden 106E. Selv om hovedfunksjonen til subsyklusen er å tillate bestemmelse av x, er også en sjette spektroskopi-deteks jonsperiode 106F innbefattet i denne undersyklusen. Undersyklusen for bestemmelse av levetiden, omfatter selvsagt også de to hoveddeteksjonsintervallene for x (I og II), og i de tilfeller der x-detektoren er en gammastråledetektor, bakgrunnsdeteksjons-intervallet (III), plassert som beskrevet på figur 2. Det siste intervallet på lx i syklusen på 31x er innbefattet for tilbake-stilling av programstyreanordningen 4 6 og for spektroskopi-stabilisering, som beskrevet nedenfor. The lifetime subcycle begins with the sixth neutron pulse 104F in the total cycle of 31x. This pulse preferably also occurs immediately after the preceding spectroscopy detection period 106E. Although the main function of the subcycle is to allow the determination of x, a sixth spectroscopy detection period 106F is also included in this subcycle. The sub-cycle for determining the lifetime naturally also includes the two main detection intervals for x (I and II), and in the cases where the x-detector is a gamma-ray detector, the background detection interval (III), located as described in Figure 2. The last interval of lx in the cycle of 31x is included for resetting the program control device 4 6 and for spectroscopy stabilization, as described below.

Den foregående syklus på 31x blir gjentatt etter hvert som apparatet føres gjennom borehullet, den midlere levetiden blir bestemt gjentatte ganger av x-deteksjonskretsene 56, og under The preceding cycle of 31x is repeated as the apparatus is advanced through the borehole, the average lifetime being determined repeatedly by the x-detection circuits 56, and during

styring av programstyreanordningen 46 blir tidspunktene og varighetene for opptreden av nøytronpulsene 104A-104F, de tilhørende spektro-skopideteks jonsperioder 106A-106F og x-deteksjonsintervallene (I, II og III) kontinuerlig regulert i samsvar med den målte verdi control of the program control device 46, the times and durations of occurrence of the neutron pulses 104A-104F, the associated spectroscope detection periods 106A-106F and the x-detection intervals (I, II and III) are continuously regulated in accordance with the measured value

av t. Spektroskopideteksjonsperiodene 106A-106F og x-deteksjonsperioden blir således automatisk anbragt på det riktige området på kurven over gammastråletidsfordelingen etter hver nøytronpuls for optimal måling av gammastråleaktiviteten for de respektive spektroskopi- og x-funksjoner. Videre vil sekvensene for pulsing av nøytronkilden og detektorportstyringen som utgjør den totale syklus på 31x, tilveiebringe både en stor nytteperiode for spektroskopi (12x i hver periode på 31x), med tilsvarende høye telle-verdier for spektralanalyse, og en hyppig avtastning av x (en gang for hver periode på 31x), for hurtig tilpasning til forandringer i formasjonsegenskapene. of t. The spectroscopy detection periods 106A-106F and the x-detection period are thus automatically placed in the correct area on the curve over the gamma-ray time distribution after each neutron pulse for optimal measurement of the gamma-ray activity for the respective spectroscopy and x-functions. Furthermore, the sequences for pulsing the neutron source and the detector gate control that make up the total cycle of 31x will provide both a large useful period for spectroscopy (12x in each period of 31x), with correspondingly high count values for spectral analysis, and a frequent sampling of x (a times for each period of 31x), for rapid adaptation to changes in formation properties.

Oppløsningskvaliteten til energispektrene for gammastrålingen som frembringes av borehullsapparatet 10, er selvsagt avhengig av stabiliteten til energiresponsen til detektor-analysator-systemet. Der hvor dessuten Moran et al.'s spektrum-tilpasningsteknikk blir anvendt, er det viktig for nøyaktige resultater, at energirespons-karakteristikkene til systemet er hovedsakelig de samme når spektrene for de kjente sammensetninger lages, og når formasjonsspekteret detekteres. Fortrinnsvis blir det derfor sørget for gjentatt undersøkelse av responsen til systemet under bruk og for øyeblikkelig kompensering for enhver ustabilitet som detekteres. Slike ustabiliteter er ofte resultatet av f.eks. variasjoner i følsomheten til detektorkrystallet, til fotomultiplikatoren og elektronikken nede i hullet på grunn av temperaturvariasjoner, og også på grunn av andre driftsforhold, og gir seg ofte utslag i variasjoner i pulsforsterkningen til detektor-analysatorkretsene eller i pulshøyde/kanalforholdet til pulsfordelingskretsene i pulsanalysatoren. Deteksjon og kompensasjon av slike feil kan utføres til enhver passende tid og på enhver passende måte. Fortrinnsvis blir den imidlertid utført i perioden fra 24x til 31x (betegnet stabiliseringsperioden på figur 3) innenfor hver total syklus på 31x og i samsvar med en av de følgende fremgangsmåter. The resolution quality of the energy spectra for the gamma radiation produced by the borehole apparatus 10 is of course dependent on the stability of the energy response of the detector-analyzer system. Furthermore, where Moran et al.'s spectrum fitting technique is used, it is important for accurate results that the energy response characteristics of the system are substantially the same when the spectra for the known compositions are generated, and when the formation spectrum is detected. Preferably, therefore, provision is made for repeated examination of the response of the system during use and for immediate compensation for any instability detected. Such instabilities are often the result of e.g. variations in the sensitivity of the detector crystal, of the photomultiplier and the electronics down the hole due to temperature variations, and also due to other operating conditions, and often results in variations in the pulse amplification of the detector-analyser circuits or in the pulse height/channel ratio of the pulse distribution circuits in the pulse analyser. Detection and compensation of such errors can be performed at any convenient time and in any convenient manner. Preferably, however, it is carried out in the period from 24x to 31x (denoted the stabilization period in Figure 3) within each total cycle of 31x and in accordance with one of the following methods.

En naturlig gammastråle-emitter, fortrinnsvis med en spiss-energi som er lavere enn gammaenergiområdet som skal undersøkes (f.eks. 1,5 til 7,5 MeV), blir montert nær detektoren 26, og en spesiell kanal eller del av en kanal blir tilordnet spissenergien i pulshøydeanalysatoren 68. F.eks. kan en sink 65 kilde med gammastråling på 1,11 MeV, anvendes. Energiresponsen til detektor-analysatorsystemet under drift kan så kontrolleres med hensyn til nøyaktigheten ved å bestemme om det holder seg til det spesifiserte energi/kanalforholdet som utgjøres av sink 65 spissen. Dette kan gjøres ved å telle antall sink 65 pulser som faller innenfor et spesielt antall kanaler (energibånd) på hver side av den kanalen som er tilordnet energinivået på 1,11 MeV, sammenligning av de respektive tellinger med hverandre, og frembringelse av et feilsignal hvis en totaltelling er større enn den andre, for å regulere responsen til detektor-analysatorsystemet, f.eks. ved å regulere spenningen til kraftkilden for fotomultiplikatoren 32, slik at energinivået på 1,11 MeV ved den spesielle kanal igjen oppnås. Denne fremgangsmåten korrigerer for'forsterkningsvariasjoner overalt 1 detektor-analysatorsystemet. A natural gamma ray emitter, preferably with a peak energy lower than the gamma energy range to be investigated (eg 1.5 to 7.5 MeV), is mounted near the detector 26, and a special channel or part of a channel is assigned to the peak energy in the pulse height analyzer 68. E.g. a zinc 65 source with gamma radiation of 1.11 MeV can be used. The energy response of the detector-analyzer system during operation can then be checked for accuracy by determining whether it adheres to the specified energy/channel ratio provided by the zinc 65 tip. This can be done by counting the number of zinc 65 pulses that fall within a particular number of channels (energy bands) on either side of the channel assigned to the energy level of 1.11 MeV, comparing the respective counts with each other, and producing an error signal if one total count is greater than the other, to regulate the response of the detector-analyzer system, e.g. by regulating the voltage of the power source for the photomultiplier 32, so that the energy level of 1.11 MeV at the particular channel is again achieved. This method corrects for gain variations throughout the detector-analyzer system.

Kretser for utførelse av forsterkningsstyrefunksjoner på denne måten i borehullsapparatet, er beskrevet i US-patent nr. 2 956 165. Alternativt kan telle- og kompenseringstrinnene lett utføres ved hjelp av datamaskinen 82, som så kan frembringe et feilsignal av riktig størrelse og polaritet for regulering av kraft-forsyningen til fotomultiplikatoren. I en annen form kunne datamaskinen være anordnet for å beregne tyngdepunktet for spissen fra sink 65 uttrykt ved kanalplasseringen for denne ut fra tellinger som representerer et lite område for gammastråle-energier som omfatter spissen, enten med eller subtraksjon av bakgrunnsstråling, og deretter å frembringe det nødvendige feilsignal for å gjenopprette det foreskrevne 1,11 MeV/kanalforhold. Circuitry for performing gain control functions in this manner in the downhole apparatus is described in US Patent No. 2,956,165. Alternatively, the counting and compensation steps can be easily performed using the computer 82, which can then produce an error signal of the correct magnitude and polarity for regulation of the power supply to the photomultiplier. In another form, the computer could be arranged to calculate the center of gravity of the tip from zinc 65 expressed at its channel location from counts representing a small range of gamma ray energies comprising the tip, either with or subtracting background radiation, and then to produce the necessary error signal to restore the prescribed 1.11 MeV/channel ratio.

For ikke å hindre pulshøydeanalysatoren 68 under spektro-skopideteks jonsperiodene 106A-106F på grunn av bidragene, fra sink 65 kilden, blir dens nedre diskriminatornivå fortrinnsvis innstilt for å slippe gjennom bare pulser over 1,11 MeV. Det nedre energinivået kan f.eks. innstilles til nær 1,5 MeV, og vil normalt bli holdt på dette nivået under hver syklus på 31t, bortsett fra i stabiliseringsperioden fra 24x til 31x. Ved 24x i hver forsterk-ningsreguleringsperiode blir det nedre diskriminatornivået regulert ned for å slippe gjennom pulser som svarer til gammastrålingen fra sink 65, og blir holdt på dette nedre nivået inntil 31x, hvoretter det igjen blir tilbakeført til det normale høyere nivå. Styresignaler for dette formål blir frembragt av programstyreanordningen 46 som omfatter logiske og signalkombinerende kretser for dette formål, og blir koplet til pulshøydeanalysatoren 68 over lederen 72 (se figur 1). Likeledes blir portåpningssignaler frembragt av programstyreanordningen 46 og tilført over leder 76 til de lineære portkretsene (ikke vist) i pulshøydeanalysatoren 68 for å slippe gjennom pulsene fra sink 65 kilden til pulsfordelingskretsene under stabiliseringsperioden. In order not to obstruct the pulse height analyzer 68 during the spectroscope detection periods 106A-106F due to the contributions from the zinc 65 source, its lower discriminator level is preferably set to pass only pulses above 1.11 MeV. The lower energy level can e.g. is set to close to 1.5 MeV, and will normally be held at this level during each 31h cycle, except during the stabilization period from 24x to 31x. At 24x in each gain control period, the lower discriminator level is regulated down to let through pulses corresponding to the gamma radiation from zinc 65, and is held at this lower level until 31x, after which it is again returned to the normal higher level. Control signals for this purpose are produced by the program control device 46 which comprises logic and signal combining circuits for this purpose, and are connected to the pulse height analyzer 68 via the conductor 72 (see Figure 1). Likewise, gate opening signals are produced by the program control device 46 and supplied via conductor 76 to the linear gate circuits (not shown) in the pulse height analyzer 68 to pass through the pulses from the sink 65 source to the pulse distribution circuits during the stabilization period.

I tillegg til den foregående forsterkningsregulering er det også ønskelig å kompensere for eventuelt driv eller forskyvning i pulshøyde/kanalforholdet til pulshøydeanalysatoren. In addition to the preceding gain regulation, it is also desirable to compensate for any drift or displacement in the pulse height/channel ratio of the pulse height analyser.

En pulseringskrets 77 (figur 1) er koplet til pulshøydeanalysatoren 68 gjennom forsterker 44, og ved mottagelse over leder 79 av styresignalet fra programstyreanordningen 46, overfører kretsen 7 7 til analysatoren annenhver gang en puls med lav amplityde og en puls med høy amplityde, idet forholdet mellom disse er hovedsakelig konstant over et vidt temperaturområde. Overføring av pulsene til analysatoren kan tilpasses overføringen av pulser fra sink 6 5 på enhver hensiktsmessig måte. F.eks. kan analysa-torens diskriminator reguleres for å slippe gjennom pulsene fra sink 65 under stabiliseringsperiodene til annenhver syklus på 31x, som antydet på den første og den tredje perioden på 31x i sekvensen på figur 4, og de lave og de høye pulsene kan overføres under stabiliseringsperiodene hver eller annenhver av de øvrige sykler på 31x. Kanallokaliseringene tilordnet henholdsvis pulsene med lave og høye amplityder av analysatoren 68, blir bestemt, A pulsation circuit 77 (Figure 1) is connected to the pulse height analyzer 68 through amplifier 44, and upon receipt via conductor 79 of the control signal from the program control device 46, the circuit 77 transmits to the analyzer every other time a pulse with a low amplitude and a pulse with a high amplitude, the ratio between these is essentially constant over a wide temperature range. Transmission of the pulses to the analyzer can be adapted to the transmission of pulses from zinc 6 5 in any suitable manner. E.g. the analyzer's discriminator can be adjusted to pass through the pulses from zinc 65 during the stabilization periods of every other cycle of 31x, as indicated in the first and third periods of 31x in the sequence of Figure 4, and the low and high pulses can be transmitted during the stabilization periods every or every second of the other cycles of 31x. The channel locations assigned to the low and high amplitude pulses respectively by the analyzer 68 are determined,

f.eks. ved hjelp av den samme fremgangsmåte som brukes til å lokalisere spissen for sink. 65, og kanallokaliseringsforholdet blir dannet. Da pulsfordelingskretsene i analysatoren 68 ser pulsene som påvirket av enhver forskyvning i pulshøyde/kanalforholdet, e.g. using the same procedure used to locate the tip for zinc. 65, and the channel location relationship is formed. Since the pulse distribution circuits in the analyzer 68 see the pulses as affected by any shift in the pulse height/channel ratio,

vil likeledes det kanallokaliseringsforholdet som de er tilordnet, bli påvirket av enhver slik forskyvning. Ved så å sammenligne dette forholdet med det kjente forholdet mellom utgangssignalene fra pulseringskretsene 77, kan det frembringes et feilsignal hvis det detekteres noen forskjell mellom de to forhold, på en måte som eliminerer den tilsvarende forskyvning, for derved å gjenopprette det korrekte pulshøyde/kanalforhold. Dette kan hensiktsmessig gjøres ved passende regulering av nulldiskriminatornivået til pulshøydeanalysatoren. likewise, the channel location relationship to which they are assigned will be affected by any such shift. By then comparing this ratio with the known ratio between the output signals from the pulsing circuits 77, an error signal can be produced if any difference between the two ratios is detected, in a way that eliminates the corresponding displacement, thereby restoring the correct pulse height/channel ratio. This can conveniently be done by suitably adjusting the zero discriminator level of the pulse height analyzer.

Som en alternativ fremgangsmåte kan en annen fremtredende gammastrålespiss brukes i forbindelse med spissen for sink 65 eller en annen energispiss i stedet for pulseringskretsen som er beskrevet ovenfor. Den andre spissen trenger bare å være adskilt med hensyn til energi fra den første, og kan være under, innenfor eller over energiområdet som skal analyseres. Spissen ved 0,51 MeV fra sink 65 kan f.eks. brukes, eller natrium 24, som har gamma-strålingsspisser ved 1,38 MeV og 2,76 MeV, kan anvendes i stedet for sink 65. Også innfangningsgammaspissen for oksygen ved 6,1 MeV kan brukes sammen med en naturlig lavenergiemitter for dette formål. Kanallokaliseringen for den andre spissen vil bli bestemt på samme måte som spissen 1,11 MeV fra sink 65, og forholdet mellom de to kanallokaliseringer vil bli bestemt. Dette forholdet sammenlignes med det kalibrerte kanalforholdet for de to energispissene, og det tilveiebringes et feilsignal for korreksjon av eventuelle uoverens-stemmelser mellom det detekterte forholdet og det korrekte forholdet. Med hensyn til pulseringssystemet, kan dette feilsignalet tilføres nulldiskriminatoren til pulshøydeanalysatoren 68 for å eliminere forskyvningen som frembringer feilen. As an alternative method, another salient gamma ray tip can be used in conjunction with the zinc tip 65 or another energy tip instead of the pulse circuit described above. The second tip need only be separated in energy from the first, and may be below, within, or above the energy range to be analyzed. The peak at 0.51 MeV from zinc 65 can e.g. is used, or sodium 24, which has gamma radiation peaks at 1.38 MeV and 2.76 MeV, can be used instead of zinc 65. Also, the capture gamma peak for oxygen at 6.1 MeV can be used together with a natural low energy emitter for this purpose. The channel location for the second peak will be determined in the same way as the 1.11 MeV peak from zinc 65, and the relationship between the two channel locations will be determined. This ratio is compared with the calibrated channel ratio for the two energy peaks, and an error signal is provided for correction of any discrepancies between the detected ratio and the correct ratio. With respect to the pulsing system, this error signal can be applied to the null discriminator of the pulse height analyzer 68 to eliminate the offset that produces the error.

Hvis en av (eller begge) de valgte kalibreringsenergi-spissene faller innenfor energiområdet som analyseres, noe som vil være tilfelle for oksygenpulsen på 6,1 MeV i det forannevnte tilfelle med område på 1,5 til 7,5 MeV, vil det selvsagt gi bidrag til de gammastråler som detekteres under spektroskopideteksjonsperiodene 106A-106F. Dette må derfor tas i betraktning hvis analysen utføres ved hjelp av spektrumtilpasningsteknikkene som beskrives i US-patent nr. 3 521 064. Dette kan gjøres ved å inkludere innfangningsgammastrålingsspektrene for vedkommende emitter blant bestanddelsspektrene som brukes for å sette sammen det sammensatte spekteret med hvilket det detekterte spekteret blir sammenlignet. If one (or both) of the selected calibration energy spikes falls within the energy range under analysis, which would be the case for the 6.1 MeV oxygen pulse in the aforementioned case with a range of 1.5 to 7.5 MeV, it will of course give contribution to the gamma rays detected during spectroscopy detection periods 106A-106F. This must therefore be taken into account if the analysis is performed using the spectrum matching techniques described in US Patent No. 3,521,064. This can be done by including the capture gamma radiation spectra of the emitter in question among the component spectra used to assemble the composite spectrum with which the detected the spectrum is compared.

Når det mer spesielt gjelder analysen av de detekterte spektrene for innfangningsgammastråling og spektroskopiutgangs-signalene som frembringes av datamaskinen 82, utfører datamaskinen hovedsakelig de samme funksjoner som datamaskinen (39) More specifically, with respect to the analysis of the detected capture gamma radiation spectra and the spectroscopy output signals produced by the computer 82, the computer performs essentially the same functions as the computer (39).

for bestemmelse av andelene av bestanddelene i henhold til US-patent nr. 3 521 064. Det vil si, den bestemmer sammensetningen av en ukjent formasjon ved å sammenligne størrelsene til det detekterte innfangningsgammastrålingsspektrum for formasjonen ved et stort antall energipunkter eller nivåer med et sammensatt spektrum, satt sammen av veide andeler av individuelle spektre for et antall bestanddelsmaterialer eller av spesielle kombinasjoner av materialer som blir postulert til å utgjøre formasjonen, for å for determining the proportions of the constituents according to US Patent No. 3,521,064. That is, it determines the composition of an unknown formation by comparing the magnitudes of the detected capture gamma radiation spectrum of the formation at a large number of energy points or levels with a composite spectrum , composed of weighted proportions of individual spectra for a number of constituent materials or of particular combinations of materials postulated to constitute the formation, in order to

oppnå den best mulige tilpasning, fortrinnsvis ved hjelp av "de minste kvadraters metode", og det utledes indikasjoner for de relative andeler av bestanddelsmaterialene som et resultat av sammenligningen. De faktorer som vedrører utvalget av de spesielle materialer som skal inkluderes i det sammensatte spekteret, måle-metoden for de enkelte bestanddelsspektre, konstruksjonen av det sammensatte spekteret, fremgangsmåten for ved hjelp av minste kvadraters metode å fastslå den beste tilpasning mellom det detekterte spektrum og det sammensatte spektrum, og de andre tiltak som følger av Moran et al.'s patent for å tilveiebringe de ønskede opplysninger vedrørende de ukjente andeler w. av de postulerte materialbestanddeler er fullstendig beskrevet i US-patent nr. 3 521 064 og blir ikke gjentatt fullstendig her. obtain the best possible fit, preferably by means of the "method of least squares", and indications of the relative proportions of the constituent materials are derived as a result of the comparison. The factors relating to the selection of the special materials to be included in the composite spectrum, the measurement method for the individual component spectra, the construction of the composite spectrum, the procedure for determining the best fit between the detected spectrum and the composite spectrum, and the other measures that follow from Moran et al.'s patent to provide the desired information regarding the unknown proportions w. of the postulated material constituents are fully described in US Patent No. 3,521,064 and are not repeated in full here.

Kort fortalt blir det imidlertid i ovennevnte patent antatt Briefly, however, in the above-mentioned patent it is assumed

at formasjonen primært ikke består av mer enn et antall n av postulerte materialbestanddeler eller elementer, f.eks. hydrogen, klor, silisium, kalsium, jern og oksygen, og det sammensatte spekteret med hvilket det detekterte formasjonsspekteret blir sammenlignet, omfatter således de individuelle innfangningsgamma-strålingsspektre for disse grunnstoffene (fortrinnsvis innbe- that the formation primarily does not consist of more than a number n of postulated material constituents or elements, e.g. hydrogen, chlorine, silicon, calcium, iron and oxygen, and the composite spectrum with which the detected formation spectrum is compared thus comprises the individual capture gamma radiation spectra of these elements (preferably including

fattet det sekundære aktiveringsgammastrålingsspekteret for oksygen). Ved å kombinere funksjonene G, for gammastråletellingsamplitydene grasped the secondary activation gamma radiation spectrum for oxygen). By combining the functions G, for the gamma ray count amplitudes

ved et valgt antall energinivåer (ikke mindre enn n) i det detekterte gammastrålingsspekteret, med amplitydekoeffisientene cx^, som er bestemt på forhånd fra de enkelte kjente spektre og innført i datamaskinen 82 som spesifisert av Moran et al., blir et sett av lineære ligninger i form av ligningene 3a-3n løst av datamaskinen. at a selected number of energy levels (not less than n) in the detected gamma radiation spectrum, with the amplitude coefficients cx^, which are determined in advance from the individual known spectra and entered into the computer 82 as specified by Moran et al., becomes a set of linear equations in the form of equations 3a-3n solved by the computer.

Siden antall ligninger 3a-3n er lik antall n av materialbestanddeler som er postulert til å være i formasjonen, vil datamaskinen 82 automatisk tilveiebringe alle de ukjente veiefaktorene eller bestanddelsandelene w.^. Da disse faktorene w.^ er representative for de respektive materialers bidrag til det sammensatte spekteret, er de likeledes representative for de relative andeler av de enkelte materialbestanddeler i formasjonen. Representasjoner for faktorene for hver av de n bestanddelene blir bragt til magnetbåndskriveren 8 6 over leder 84C for registrering som en funksjon av apparatdybden. Since the number of equations 3a-3n is equal to the number n of material constituents postulated to be in the formation, computer 82 will automatically provide all of the unknown weighting factors or constituent proportions w . As these factors w.^ are representative of the respective materials' contribution to the composite spectrum, they are likewise representative of the relative proportions of the individual material constituents in the formation. Representations of the factors for each of the n components are brought to the magnetic tape recorder 86 over conductor 84C for recording as a function of apparatus depth.

I US-patent nr. 3 521 064 er det også angitt at datamaskinen 82 kan være anordnet for å danne forhold mellom utvalgte bestanddelsfaktorer w. for å utlede indikasjoner på visse egenskaper ved formasjonen. For eksempel kan spektroskopiutgangs-signalene frembringes av datamaskinen 82 og føres til omformer-kretser 88 og en visuell registreringsanordning 90, og til bånd-skriveren 86 over lederne 84D-84H, idet disse signalene kan representere formasjonsegenskaper som saltholdighet, porøsitet, litologi, skifrighet og vannmetning. Indikasjoner på andre egenskaper kan også utvikles om ønsket. In US Patent No. 3,521,064 it is also indicated that the computer 82 may be arranged to form relationships between selected constituent factors w. to derive indications of certain properties of the formation. For example, the spectroscopy output signals may be generated by the computer 82 and fed to converter circuitry 88 and a visual recording device 90, and to the tape recorder 86 over conductors 84D-84H, these signals may represent formation properties such as salinity, porosity, lithology, shalyness, and water saturation. Indications of other properties can also be developed if desired.

Et illustrerende forhold som er nyttig ved utledning av An illustrative relationship that is useful in the derivation of

en indikasjon på saltholdighet, kan være wnl/Wui dvs. vekt- an indication of salinity, can be wnl/Wui i.e. weight

en J_ ri a J_ ride

faktoren w for klor over vektfaktoren w for hydrogen. Den numeriske verdien av dette forholdet kan derfor registreres som en indikasjon på saltholdigheten. Denne indikatoren kan kvantifiseres ved korrelasjon med kalibreringskurvene utviklet i formasjoner med kjent saltholdighet. Om ønsket kan korrelasjonen utføres ved hjelp av datamaskinen 82, eller i registreringsanordningen 90, ved an-vendelse av en passende omformningsfaktor, og registreringene gjøres direkte av de således oppnådde kvantitative verdiene, enten i tillegg til eller i stedet for forholdsindikatorene. the factor w for chlorine over the weight factor w for hydrogen. The numerical value of this ratio can therefore be recorded as an indication of salinity. This indicator can be quantified by correlation with the calibration curves developed in formations with known salinity. If desired, the correlation can be carried out with the help of the computer 82, or in the recording device 90, using a suitable conversion factor, and the registrations are made directly of the thus obtained quantitative values, either in addition to or instead of the ratio indicators.

Et passende forhold til å indikere porøsiteten kan for eksempel ha formen aw ti /(bwo ci . + cw ca ), hvor w oi . og w ca er de ut-regnede andelsfaktorene for silisium og kalsium. Koeffisientene a, b og c (samt d som kommer senere) etc, forklarer de forskjellige intensiteter på gammastråleutsendelsen fra de respektive elementer for like nøytronflukser (noe som skyldes forskjellige makroskopiske innfangningstverrsnitt og forskjellige verdier gammastråler/nøytron-innfangningsinteraksjoner), og blir valgt slik at de individuelle uttrykk der de opptrer, f.eks. (bw bl . + cwr C_ 3), er konstante uten hensyn til de spesifikke mengder av elementene i formasjonen. Generelt bør porøsitetsforholdet være slik at det representerer mengden av fluidum i formasjonen i forhold til mengden av grunnmasse-materiale, og ethvert annet forhold som uttrykker denne egenskapen kan brukes. For eksempel kan et forhold av formen a(bwH + cwc^)/ A suitable ratio to indicate the porosity can, for example, have the form aw ti /(bwo ci . + cw ca ), where w oi . and w ca are the calculated proportion factors for silicon and calcium. The coefficients a, b and c (as well as d which comes later) etc, explain the different intensities of the gamma ray emission from the respective elements for equal neutron fluxes (due to different macroscopic capture cross sections and different values of gamma ray/neutron capture interactions), and are chosen so that the individual expressions where they appear, e.g. (bw bl . + cwr C_ 3), are constant regardless of the specific amounts of the elements in the formation. In general, the porosity ratio should be such that it represents the amount of fluid in the formation relative to the amount of matrix material, and any other ratio that expresses this property may be used. For example, a ratio of the form a(bwH + cwc^)/

(dwbci . <+> ew (_a) brukes istedet for det forannevnte forhold. Det sistnevnte forholdet er i virkeligheten mer nøyaktig enn det første, fordi det tar i betraktning både hydrogen og klor, som er primære bestanddeler i formasjonsfluidumet. Det første forholdet er imidlertid en god tilnærmelse, fordi andelen av hydrogen i vann ikke endrer seg raskt med endringer i saltholdigheten (klor). Som til-fellet er med de forannevnte data for saltholdigheten, kan også kvantifiserte verdier for porøsiteten utledes ved hjelp av kali-breringskurver, og dette kan også lett innpasses i datamaskinen 82 eller registreringsanordningen 90. (dwbci . <+> ew (_a) is used instead of the aforementioned ratio. The latter ratio is actually more accurate than the first, because it takes into account both hydrogen and chlorine, which are primary constituents of the formation fluid. The first ratio is however, a good approximation, because the proportion of hydrogen in water does not change rapidly with changes in salinity (chlorine). As is the case with the aforementioned data for salinity, quantified values for porosity can also be derived using calibration curves, and this can also be easily fitted into the computer 82 or the recording device 90.

For å undersøke formasjonens litologi kan ett eller begge forholdene benyttes til å indikere om formasjonen er kalksten eller sandsten. Et passende forhold som indikerer kalksten kan således være wgi/wca' mens en passende sandstenindikator kan oppnås ved å bruke w ./(aw . + bw_ ). Et alternativt forhold som kan To investigate the formation's lithology, one or both conditions can be used to indicate whether the formation is limestone or sandstone. Thus, a suitable ratio indicating limestone can be wgi/wca' while a suitable sandstone indicator can be obtained using w ./(aw . + bw_ ). An alternative relationship that can

bl bl La bl bl La

anvendes som indikator på litologien er w_./(aw + bw + cw ), used as an indicator of the lithology is w_./(aw + bw + cw ),

bl bl C*cl U bl bl C*cl U

hvor wu er representativt for en eller flere andre bestanddeler, slik som oksygen, jern etc., som tas i betraktning. Indikatorer på andre litologier enn sandsten og kalksten kan selvsagt også anvendes. where wu is representative of one or more other constituents, such as oxygen, iron, etc., which are taken into account. Indicators of lithologies other than sandstone and limestone can of course also be used.

Eksperimentelle resultater har antydet at forholdene Experimental results have suggested that the conditions

<w>Fe</w>gi hvor wpe er proporsjonalitetsfaktoren for jern, og wp-e/wCa begge er høyere i skifrige formasjoner enn i ikkeskifrige formasjoner. En skifrighetsindikator kan således oppnås ved å se direkte på ett av disse forholdene. Alternativt kan man danne forholdet wFe/(awgi + bwCa). Dette forholdet har den fordel fremfor de to nettopp nevnte, at det tar i betraktning at skifergrunnmassen kan innbefatte enten silisium eller kalsium. <w>Fe</w>gi where wpe is the proportionality factor for iron, and wp-e/wCa are both higher in shaly formations than in non-shale formations. A ski freedom indicator can thus be obtained by looking directly at one of these conditions. Alternatively, the ratio wFe/(awgi + bwCa) can be formed. This ratio has the advantage over the two just mentioned, that it takes into account that the shale base mass can include either silicon or calcium.

Generelt blir tolkningen av t- og Z-logger forbedret både kvalitativt og kvantitativt når det foreligger nøyaktige data ved-rørende slike formasjonsegenskaper som litologi, skifrighet, porøsitet og saltholdighet. Kombinert logging av de foregående karakteristikker og spektroskopiutganger i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, vil således generelt øke den kunnskap som kan oppnås fra logger over midlere levetid, med hensyn til hydro-karboninnhold og produktivitet. Videre oppnås det visse fordeler for visse tilstander som hittil har vært vanskelige. For eksempel har visse formasjoner med markert forskjellige egenskaper, slik som skifre og sand med høyt saltinnhold, like x- og E-verdier og kan følgelig ikke adskilles alene ved hjelp av x-E-logger. Ved hjelp av den tilleggsinformasjon som tilveiebringes av saltholdighets- In general, the interpretation of t- and Z-logs is improved both qualitatively and quantitatively when accurate data is available regarding such formation properties as lithology, shale, porosity and salinity. Combined logging of the preceding characteristics and spectroscopy outputs in accordance with the present invention will thus generally increase the knowledge that can be obtained from logs over the average lifetime, with regard to hydrocarbon content and productivity. Furthermore, certain benefits are achieved for certain conditions that have been difficult up until now. For example, certain formations with markedly different properties, such as shales and high-salt sands, have similar x and E values and therefore cannot be separated using x-E logs alone. Using the additional information provided by the salinity

og skifrighets-indikatorene i henhold til oppfinnelsen, kan det imidlertid skjelnes mellom slike formasjoner. Et annet område som er gjenstand for forbedringer, er i forbindelse med formasjoner med lav saltholdighet (f.eks. i området 20 000 ppm), hvor loggen over termiske nøytroners midlere levetid som kjent kan ha liten pålitelighet. Her tilveiebringer den spektroskopiske utgangen for saltholdigheten, f.eks. forholdet wct/wh/ mer nøyaktige målinger av saltholdigheten. Disse målingene kan så brukes istedet for saltholdighetsverdiene som utledes av levetidsloggen for å oppnå vannmetningsverdier på kjent måte. Beregning av vannmetningsverdier ved bruk av de spektroskopiske saltholdighetsmålingene, kan passende utføres i datamaskinen 82, og vannmetningsverdiene som er oppnådd på denne måten kan plottes inn ved hjelp av registrerings-anordningene 86 og 90, som illustrert på figur 1. and the schist freedom indicators according to the invention, such formations can, however, be distinguished. Another area that is subject to improvement is in connection with formations with low salinity (e.g. in the range of 20,000 ppm), where the log of the thermal neutron mean lifetime is known to have little reliability. Here, the spectroscopic output for the salinity provides, e.g. ratio wct/wh/ more accurate measurements of the salinity. These measurements can then be used instead of the salinity values derived from the lifetime log to obtain water saturation values in a known manner. Calculation of water saturation values using the spectroscopic salinity measurements can conveniently be performed in the computer 82, and the water saturation values thus obtained can be plotted using the recording devices 86 and 90, as illustrated in Figure 1.

Selv om oppfinnelsen her hovedsakelig er blitt beskrevet i forbindelse med analyse av spektre for innfangningsgammastråling på grunn av termiske nøytroner, vil man forstå at gammaspektre som skyldes andre nøytroninteraksjoner også kan benyttes. Slike andre spektre kan f.eks. innbefatte de som frembringes ved uelastisk spredning av hurtige nøytroner og de som representerer aktiverings-gammastråling. I tilfelle med gammaspektre på grunn av uelastisk spredning, kan spektroskopiportstyringskretsene påvirkes av signaler fra programstyreanordningen 46, over et tidsrom av passende lengde under og/eller umiddelbart etter opptreden av en nøytronpuls, som beskrevet i US-patent nr. 2 991 364. Om ønsket kan arbeids-sekvensen på 31x på figur 3 varieres for å utelate undersyklusen på 20x for innfangningsgammaspektroskopi, slik at bare undersyklusen på 10x for termisk dempningstid beholdes. Dette ville tillate ytterligere tid for dempning av innfangningsgammastråler mellom nøytronpulsene, slik at størrelsen på reststrålingen vil reduseres under den neste etterfølgende deteksjonsperioden for gammastråling som skyldes uelastisk spredning. Although the invention has mainly been described here in connection with the analysis of spectra for capture gamma radiation due to thermal neutrons, it will be understood that gamma spectra due to other neutron interactions can also be used. Such other spectra can e.g. including those produced by inelastic scattering of fast neutrons and those representing activation gamma radiation. In the case of gamma spectra due to inelastic scattering, the spectroscopy gate control circuits can be influenced by signals from the program control device 46, over a period of time of suitable length during and/or immediately after the occurrence of a neutron pulse, as described in US Patent No. 2,991,364. If desired the 31x duty sequence of Figure 3 can be varied to omit the 20x capture gamma spectroscopy subcycle, leaving only the 10x thermal decay time subcycle. This would allow additional time for decay of capture gamma rays between neutron pulses, so that the magnitude of the residual radiation would be reduced during the next subsequent detection period for gamma radiation due to inelastic scattering.

Spektroskopiske utgangsresultater på grunn av spektralanalyse av gammastråling som skyldes uelastisk spredning, vil fortrinnsvis innbefatte utganger for karbon og oksygen. Slike utganger kan oppnås, som i det forannevnte patent ved å slippe gjennom de uelastiske spissene for karbon og oksygen, dvs. 4,4 MeV for karbon og 6,9 og 7,1 MeV for oksygen. Fortrinnsvis vil imidlertid analysen av gammastrålingsspektrene for uelastisk spredning utføres ved hjelp av den spektrumsammenlignende fremgangsmåten som er beskrevet ovenfor. I tilfelle vil separate bestanddelsspektre velges for analysen av den uelastiske spredning. Disse kan f.eks. omfatte spektre for karbon, oksygen, silisium, kalsium-og hydrogen. Det kan også være ønskelig å innbefatte bestanddelsspektre for restinnfangningsgammastråling eller annen bakgrunnsgammastråling. Spectroscopic outputs due to spectral analysis of gamma radiation due to inelastic scattering will preferably include outputs for carbon and oxygen. Such outputs can be obtained, as in the aforementioned patent, by passing through the inelastic tips for carbon and oxygen, i.e. 4.4 MeV for carbon and 6.9 and 7.1 MeV for oxygen. Preferably, however, the analysis of the gamma radiation spectra for inelastic scattering will be carried out using the spectrum comparison method described above. In that case, separate component spectra will be selected for the analysis of the inelastic scattering. These can e.g. include spectra for carbon, oxygen, silicon, calcium and hydrogen. It may also be desirable to include component spectra for residual capture gamma radiation or other background gamma radiation.

I alle tilfeller vil den forannevnte fremgangsmåte følges ved utledning av de ønskede spektroskopiske resultater, som f.eks. kan omfatte andelsfaktorene for kalsium, karbon, oksygen, silisium og hydrogen og passende forhold mellom disse. Hvis det er ønsket med spektroskopi av både innfangningsgammastråling på grunn av termiske nøytroner og gammastråling på grunn av uelastisk spredning, kan de forskjellige typene spektre detekteres og analyseres samtidig, dvs. under den samme gjennomkjøring av borehullsapparatet, eller hvert av dem kan detekteres og analyseres separat under forskjellige, for eksempel annenhver, gjennomkjøring av apparatet. In all cases, the aforementioned procedure will be followed when deriving the desired spectroscopic results, such as e.g. may include the proportion factors for calcium, carbon, oxygen, silicon and hydrogen and suitable ratios between these. If spectroscopy of both capture gamma radiation due to thermal neutrons and gamma radiation due to inelastic scattering is desired, the different types of spectra can be detected and analyzed simultaneously, i.e. during the same run of the borehole apparatus, or each of them can be detected and analyzed separately during different, for example every other, run-through of the device.

Samtidig deteksjon og analyse kan utføres ved hjelp av ytterligere lineære portkretser^ (ikke vist) innskutt mellom diskriminatorene og pulsfordelingskretsene til pulshøydeanalysatoren 68, og som hensiktsmessig kan åpnes av signaler fra programstyreanordningen 4 6 for å slippe gjennom den del av den tidsmessige fordeling av detektorsignalene som resulterer fra hver nøytron-puls, eller utvalgte nøytronpulser, svarende til gammastråler på grunn av uelastisk spredning. Deteksjonsperiodene for innfangningsgammastråling kan være tidsmessig som før. Datamaskinen vil i dette tilfelle være anordnet for å frembringe de riktige sett med bestanddelsspekterkoeffisienter ou^ til de respektive detekterte gammastrålingsspektre på grunn av uelastisk spredning og innfangning. Simultaneous detection and analysis can be carried out by means of further linear gate circuits (not shown) interposed between the discriminators and the pulse distribution circuits of the pulse height analyzer 68, and which can suitably be opened by signals from the program control device 4 6 to let through that part of the temporal distribution of the detector signals which results from each neutron pulse, or selected neutron pulses, corresponding to gamma rays due to inelastic scattering. The detection periods for capture gamma radiation can be temporal as before. The computer will in this case be arranged to produce the correct sets of component spectral coefficients ou^ to the respective detected gamma radiation spectra due to inelastic scattering and capture.

De separate gjennomslipninger kan lett påvirkes ved hjelp The separate grindings can be easily influenced by means of

av koplingskretser som styres fra overflaten, for å velge detektor-portstyringssekvenser og for å beordre datamaskinen 82 til å til-føre de riktige spekterkoeffisienter for bestanddelene, slik at det blir mulig å analysere de respektive energispektrene for gammastrålingen. of switching circuits controlled from the surface, to select detector-gate control sequences and to command the computer 82 to supply the correct spectral coefficients for the constituents, so that it becomes possible to analyze the respective energy spectra of the gamma radiation.

Om ønsket kan antall enkeltspektre i det sammensatte spekteret reduseres ved å subtrahere visse individuelle spektre fra det detekterte spektrum før sammenligning av det detekterte og det sammensatte spektrum. For eksempel kan gammastrålingsspekteret for oksygen og/eller jod, subtraheres fra innfangningsgammastråle-spekteret som frembringes i løpet av spektroskopiperiodene. Igjen kan bidraget til det detekterte gammastrålingsspektrum fra forholdsvis langvarige emittere (slik som oksygen) og fra andre bakgrunns-kilder (slik som kalibreringskilden eller -kildene, naturlig gammastråling, radioaktive salter i borehullet osv.), tas i betraktning ved å detektere slike bidrag i løpet av en tidsperiode som følger etter spektroskopiperiodene, og ved så å subtrahere det således oppnådde bakgrunnsspektrum fra det detekterte spektroskopispektrum. If desired, the number of individual spectra in the composite spectrum can be reduced by subtracting certain individual spectra from the detected spectrum before comparing the detected and the composite spectrum. For example, the gamma radiation spectrum for oxygen and/or iodine can be subtracted from the capture gamma ray spectrum produced during the spectroscopy periods. Again, the contribution to the detected gamma radiation spectrum from relatively long-lived emitters (such as oxygen) and from other background sources (such as the calibration source or sources, natural gamma radiation, radioactive salts in the borehole, etc.) can be taken into account by detecting such contributions in during a time period that follows the spectroscopy periods, and by then subtracting the thus obtained background spectrum from the detected spectroscopy spectrum.

I målesyklusen for innfangningsgammastråling på figur 3, kan f.eks. bakgrunnsspekteret måles i stabiliseringsperioden fra 24t til 31t, In the measurement cycle for capture gamma radiation in Figure 3, e.g. the background spectrum is measured in the stabilization period from 24h to 31h,

og dette spekteret blir så trukket fra innfangningsgammastrålings-spekteret på et proporsjonalt grunnlag i løpet av de etterfølgende spektroskopiperiodene 106A-106E. Dette kan lett utføres i datamaskinen 82. Det resulterende bakgrunnskorrigerte spektrum vil så bli brukt i de følgende spektralanalyser. and this spectrum is then subtracted from the capture gamma radiation spectrum on a proportional basis during the subsequent spectroscopy periods 106A-106E. This can be easily performed in the computer 82. The resulting background-corrected spectrum will then be used in the following spectral analyses.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet og illustrert under hen-visning til spesielle utførelsesformer, vil en fagmann på området kunne foreta mange modifikasjoner og variasjoner av disse utførelses-formene uten å avvike fra selve oppfinnelsen. For eksempel kan den spesielle nøytronkilden som anvendes, ha en fast pulslengde og repetisjonsfrekvens, og tiden for opptreden av T-deteksjonsperioden i forhold til nøytronpulsene kan også være fast eller regulert på Although the invention is described and illustrated with reference to particular embodiments, a person skilled in the field will be able to make many modifications and variations of these embodiments without deviating from the invention itself. For example, the particular neutron source used may have a fixed pulse length and repetition frequency, and the time of occurrence of the T detection period in relation to the neutron pulses may also be fixed or regulated at

en annen måte enn automatisk i samsvar med en målt nøytron-karakteristikk for formasjonen. Følgelig er alle slike modifikasjoner og variasjoner ment å ligge innenfor rammen av de vedføyde krav. other than automatically in accordance with a measured neutron characteristic of the formation. Accordingly, all such modifications and variations are intended to be within the scope of the appended claims.

Claims

1. Procedure for measuring formation characteristics for basic formations by recording a gamma radiation energy spectrum for a formation penetrated by a borehole, comprehensive cyclic measurement of a time-dependent neutron characteristic of the formation irradiated with a source of pulsed neutrons, characterized by detection of the energies of gamma rays produced by interactions between neutrons in a first pulse and nuclei in the basic formation, analysis of at least a part of the energy spectrum for the detected gamma rays during a first time period after the irradiation of the basic formation with the neutron pulse, and regulation of the timing of the first time period as a function of the measurement of the time-dependent neutron characteristic for the basic formation.

2. Method according to claim 1, characterized in that the aforementioned measurement of a time-dependent neutron characteristic for the basic formation includes detection of neutron interactions with nuclei in the basic formation after irradiation of this with another pulse of neutrons, and measurement of a neutron characteristic for the basic formation based on the detected neutron interactions that are related to the second neutron pulse.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the step for controlling the time setting of the first time period comprises: that a control signal is produced in accordance with the measurement of the neutron characteristic, and that the time of occurrence of the first time period is determined as response to the control signal.

4. Method according to claim 3, characterized in that the control signal is dependent on the time of occurrence of the first neutron pulse in accordance with a function of the measurement of neutron characteristics.

5. Method according to claim 3 or 4, characterized in that the measured neutron characteristic is the formation's average lifetime (decay time) for thermal neutrons, the control signal being generated so that the first time period is initiated at a first selected time after the end of the second neutron pulse.

6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the spectral analysis step includes comparison of the analyzed part of the formation's energy spectrum for gamma rays with a composite energy spectrum, composed of weighted spectra from constituents that the formation is primarily assumed to be composed of , to determine the proportions of the assumed constituents that produce a composite spectrum that is as similar as possible to the analyzed part of the formation's energy spectrum for gamma rays.

7. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the basic formation is irradiated with at least the first and the second neutron pulse in each of a series of time intervals which have at least a first and a second time period, where measurement of the neutron characteristic finds place during the second time period, and in that the time of occurrence of each first time period in a second time interval which in a sequence of time intervals follows a first time interval is controlled in dependence on the neutron characteristic measurement obtained in the second time period in the first time interval.

8. Method according to claim 7, characterized in that the time of occurrence of each first time period in the second time interval is regulated in relation to the time of occurrence of the associated neutron pulse, as a function of the neutron characteristic measured in the first interval.

9. Method according to claim 7 or 8, characterized in that the time of occurrence of each neutron pulse in the second time interval is regulated as a function of the neutron characteristic measured in the first interval.

10. Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the time of occurrence of another time period that follows a neutron pulse in the second time interval is regulated as a function of the neutron characteristic measured in the first interval, and in that a further measurement of the average lifetime is derived in response to signals generated during the second time period in the second time interval.

11. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the time of occurrence of the first neutron pulse is regulated as a function of the measured neutron characteristic.

12. Method according to claim 7, characterized in that the measured neutron characteristic is the average lifetime (decay time) for thermal neutrons, and each first neutron pulse occurs at intervals of approximately four times the measured average lifetime, and each of the other neutron pulses is separated from the next succeeding neutron pulse by a space with a duration of at least ten times the average lifetime, and that the first time period that begins approximately one measured lifetime after the end of the preceding neutron pulse has an approximate duration of twice the measured lifetime, and at that the second time period, which is initiated at a point in time about twice the measured lifetime after the previously selected neutron pulse, has a duration of about seven times the measured average lifetime.

13. Apparatus for measuring formation characteristics of basic formations by recording a gamma radiation energy spectrum of a formation penetrated by a borehole, with cyclic measurement of a time-dependent neutron characteristic of the formation irradiated with a source of pulsed neutrons, comprising a borehole apparatus arranged to guide through the borehole, a source of pulsed neutrons carried by the borehole apparatus to irradiate the underlying formation, and means for measuring a selected time-dependent neutron characteristic of the underlying formation, characterized by a gamma ray detector for generating signals representing the energies of the detected gamma rays resulting from first pulse-related neutron interactions with nuclei in the basic form ion, and an analysis device for analyzing at least part of the energy spectrum of the gamma rays, a gate device that lets through to the analysis device the signals generated under the influence of gamma rays detected during a first time period after the first neutron pulse, and a control device for regulating the operation of the gate device as a function of the value of the selected neutron characteristic that is measured.

14. Apparatus according to claim 13, characterized in that the measuring means react to representations for neutron interactions with nuclei in the formation after irradiation of the formation with another neutron pulse.

15. Apparatus according to claim 14, characterized in that the measuring means for the neutron characteristic react to representations for thermal neutron capture interactions with the cores of the formation, and in that the measured neutron characteristic is a thermal neutron capture characteristic of the formation.

16. Apparatus according to one of claims 13 to 15, characterized in that the control means comprise means for producing a control signal for regulating the time of occurrence of the first neutron pulse as a function of the measured value of the neutron characteristic.

17. Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the means for measuring a neutron characteristic reacts to signals produced by the detector means during another time period after a neutron pulse that follows the second neutron pulse, and includes other variables gate devices responsive to a control signal proportional to the time of occurrence of the subsequent neutron pulse, to control the time of occurrence of the second time period, and in that the control devices further comprise means for generating the second gate control signal as a function of the measured value of the chosen neutron characteristic.

18. Apparatus according to one of the preceding claims, characterized by means for comparing the analyzed part of the detected energy spectrum for gamma rays with a composite energy spectrum, composed of weighted spectra from constituents assumed to make up the irradiated formation, to determine the proportions of the assumed constituents which produce a composite spectrum which is as similar as possible to the analyzed part of the detected spectrum.

19. Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that a number of neutron pulses are generated by the irradiation means during each of a number of time intervals, and by means for generating calibration signals and for transmitting these signals to the analysis means during a predetermined time period within each time interval .

20. Apparatus according to claim 19, characterized in that the calibration means comprise: a source of gamma rays of known energy, means for passing through signals generated by the detector means in response to the calibration gamma rays to the analyzer means during the predetermined time periods within each of the time intervals, means for generating a first series of low-amplitude calibration signals and a second series of high-amplitude calibration signals, which have a substantially constant amplitude ratio, and for alternatively passing said first series of signals and said second series of signals to the analyzing means during the the predetermined time periods in the remaining time intervals in the series of intervals, means for forming the ratio between the channel locations of the first and the second series of calibration signals, means for generating a control signal proportional to the difference between the channel location ratio and am the pliability relationship, and means that respond to the relationship by correcting any errors in the means of analysis.