NO144650B - Fremgangsmaate og apparat til maaling av formasjonskarakteristika for grunnformasjoner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt en frémgangsmåte

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.

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

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.

En form for kjernefysisk borehullslogging som har

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,

kan det også utledes spektroskopiske resultater som er representative for formasjonsegenskaper av interesse, som porøsitet,

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.

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,

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.

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.

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.

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.

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

nøytronpulsen, og regulering av tidsinnstillingen av den første tidsperiode som funksjon av målingen av den tidsav-hengige nøytronkarakteristikk for grunnformasjonen.

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.

Ytterligere nye og særegne trekk ved fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen er angitt, i patentkravene.

Som det vil fremgå av det følgende, inne-

bærer de ovenfor angitte løsninger fordelaktige virkninger også sett i sammenheng med andre sider av den her aktuelle type borehullslogging.

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..

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.

Som før nevnt har den foreliggende oppfinnelse

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.

Det vises nå til figur 1 hvor en representativ utførelsesform av oppfinnelsen omfatter et fluidumtett, trykk-

og temperaturbestandig borehullsapparat•10 som er anordnet for å henge i et borehull 12 ved hjelp av en armert kabel 14 for å

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

vist noe rør i borehullet, blir apparatet 10 fortrinnsvis dimen-sjonert for bruk gjennom et rør.

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.

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.

Pulser fra fotomultiplikatoren 32 blir forsterket

i en forsterker 36 og så for det første ført over en leder 38 til

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

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.

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.

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.

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:

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;

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

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 .

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.

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

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.

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.

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,

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.

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.

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.

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.

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.

Ved overflaten blir E-signalene fra binærtelleren

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,

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

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.

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.

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.

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)

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.

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 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,

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.

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.

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

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

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.

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.

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.

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.

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.

I tillegg til den foregående forsterkningsregulering er det også ønskelig å kompensere for eventuelt driv eller forskyvning i pulshøyde/kanalforholdet til pulshøydeanalysatoren.

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,

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,

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.

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.

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.

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)

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

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.

Kort fortalt blir det imidlertid i ovennevnte patent antatt

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-

fattet det sekundære aktiveringsgammastrålingsspekteret for oksygen). Ved å kombinere funksjonene G, for gammastråletellingsamplitydene

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.

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.

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.

Et illustrerende forhold som er nyttig ved utledning av

en indikasjon på saltholdighet, kan være wnl/Wui dvs. vekt-

en J_ ri

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.

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^)/

(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.

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

bl bl La

anvendes som indikator på litologien er w_./(aw + bw + cw ),

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.

Eksperimentelle resultater har antydet at forholdene

<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.

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-

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.

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.

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.

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.

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.

De separate gjennomslipninger kan lett påvirkes ved hjelp

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.

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.

I målesyklusen for innfangningsgammastråling på figur 3, kan f.eks. bakgrunnsspekteret måles i stabiliseringsperioden fra 24t til 31t,

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.

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

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.

Claims (20)

1. Fremgangsmåte til måling av formasjonskarakteristika for grunnformasjoner ved opptak av et gammastrålings-energispekter for en formasjon som gjennomtrenges av et borehull, omfattende syklisk måling av en tidsavhengig nøy-tronkarakteristikk for formasjonen som bestråles med en kilde for pulsede nøytroner, karakterisert ved 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 nøytronpulsen, og regulering av tidsinnstillingen av den første tidsperiode som funksjon av målingen av den tidsav-hengige nøytronkarakteristikk for grunnformasjonen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den nevnte måling av en tidsavhengig nøytronkarak-teristikk for grunnformasjonen omfatter deteksjon av nøytron-interaks joner med kjerner i grunnformasjonen efter bestråling av denne med en annen puls av nøytroner, og måling av en nøy-tronkarakteristikk for grunnformasjonen ut fra de detekterte nøytron-interaksjoner som har sammenheng med den annen nøytron-puls.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at trinnet for styring av tidsinnstillingen til den første tidsperioden omfatter: at det frembringes et styresignal i samsvar med målingen av nøytron-karakteristikken, og at tidspunktet for opptreden av den første tidsperioden bestemmes som respons på styresignalet.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3, karakterisert ved at styresignalet er avhengig av tidspunktet for opptreden av den første nøytronpulsen i samsvar med en funksjon av målingen av nøytronkarakteristikk.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 3 eller 4, karakterisert ved at den målte nøytronkarakteri-stikken er formasjonens midlere levetid (decay time) for termiske nøytroner, idet styresignalet blir frembragt slik at den første tidsperioden innledes ved et første valgt tidspunkt etter avslutningen av den andre nøytronpulsen.

6. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at spektralanalysetrinnet omfatter sammenligning av den analyserte del av formasjonens energispektrum for gammastråler med et sammensatt energispektrum, satt sammen av veide spektra fra bestanddeler som formasjonen først og fremst antas å være sammensatt av, for å bestemme de andelene av de antatte bestanddelene som frembringer et sammensatt spektrum som er mest mulig lik den analyserte del av formasjonens energispektrum for gammastråler.

7. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at grunnformasjonen blir bestrålt med minst den første og den andre nøytronpuls i hvert av en rekke tidsintervaller som har i det minste en første og en andre tidsperiode, hvor måling av nøytronkarakteristikken finner sted i løpet av den andre tidsperioden, og ved at tidspunktet for opptreden av hver første tidsperiode i et annet tidsintervall som i en rekkefølge av tidsintervaller følger etter et første tidsintervall, blir styrt i avhengighet av den nøy-tronkarakteristikkmålingen som oppnås i den annen tidsperiode i det første tidsintervall.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 7, karakterisert ved at tidspunktet for opptreden hver første tidsperiode i det annet tidsintervall blir regulert i forhold til tidspunktet for opptreden av den tilhørende nøytronpuls, som en funksjon av den nøytronkarakteristikk som måles i det første intervall.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 7 eller 8, karakterisert ved at tidspunktet for opptreden av hver nøytronpuls i det annet tidsintervall reguleres som en funksjon av den nøytronkarakteristikk som måles i det første intervall.

10. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 7 til 9, karakterisert ved at tidspunktet for opptreden av en annen tidsperiode som følger etter en nøytronpuls i det annet tidsintervall, reguleres som en funksjon av den nøytron-karakteristikk som måles i det første intervall, og ved at det utledes en ytterligere måling av den midlere levetid som respons på signaler frembragt i løpet av den andre tidsperioden i det annet tidsintervall.

11. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1 til 6, karakterisert ved at tidspunktet for opptreden av den første nøytronpulsen reguleres som en funksjon av den målte nøytronkarakteristikk.

12. Fremgangsmåte i henhold til krav 7, karakterisert ved at den målte nøytronkarakteristikk er den midlere levetid (decay time) for termiske nøytroner, og hver første nøytronpuls forekommer med mellomrom på tilnærmet fire ganger den målte midlere levetid, og hver av de andre nøytronpulser er adskilt fra den neste etterfølgende nøytronpuls med et mellomrom med varighet minst ti ganger den midlere levetid, og at den første tidsperioden som blir innledet omtrent en målt levetid etter avslutningen av den forangående nøytronpulsen, har en tilnærmet varighet på to ganger den målte levetid, og ved at den annen tidsperiode som blir innledet ved et tidspunkt omkring to ganger den målte levetid etter den forangående valgte nøytronpuls, har en varighet på omkring sju ganger den målte midlere levetid.

13. 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 nøytroninteraksjoner med kjerner i grunn-formas jonen, 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.

14. Apparat i henhold til krav 13, karakterisert ved at målemidlene reagerer på representasjoner for nøytroninteraksjoner med kjerner i formasjonen etter bestråling av formasjonen med en annen nøytronpuls.

15. Apparat i henhold til krav 14, karakterisert ved at målemidlene for nøytronkarakteristikken reagerer på representasjoner for termiske nøytroners innfangningsinteraksjoner med formasjonens kjerner, og ved at den målte nøytronkarakteristikk er en termisk nøytroninnfangnings-karakteristikk for formasjonen.

16. Apparat i henhold til et av kravene 13 til 15, karakterisert ved at styremidlene omfatter midler for frembringelse av et styresignal for regulering av tidspunktet for opptreden av den første nøytronpulsen som en funksjon av den målte verdien til nøytronkarakteristikken.

17. Apparat i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at midlene for måling av en nøytronkarakteristikk, reagerer på signaler frembragt av detektormidlene i løpet av en annen tidsperiode etter en nøytron-puls som følger etter den andre nøytronpulsen, og omfatter andre variable portanordninger som reagerer på et styresignal som står i forhold til tiden for opptreden av den etterfølgende nøytronpulsen, for å styre tidspunktet for forekomst av den andre tidsperioden, og ved at styreanordningene videre omfatter midler for frembringelse av det andre portstyresignalet som en funksjon av den målte verdien av den valgte nøytron-karakteristikken .

18. Apparat i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved midler for å sammenligne den analyserte del av det detekterte energispektrum for gammastråler med et sammensatt energispektrum, satt sammen av veide spektre fra bestanddeler som antas å utgjøre den bestrålte formasjonen, for å bestemme de andeler av de antatte bestanddeler som frembringer et sammensatt spektrum som ligner mest mulig på den analyserte del av det detekterte spektrum.

19. Apparat i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at en rekke nøytronpulser blir frembragt av bestrålingsmidlene under hvert av en rekke tidsintervaller, og ved midler for frembringelse av kalibreringssignaler og for fremføring av disse signalene til analyseringsmidlene under en forutbestemt tidsperiode innenfor hvert tidsintervall .

20. Apparat i henhold til krav 19, karakterisert ved at kalibreringsmidlene omfatter: en kilde for gammastråler med kjent energi, midler for å slippe gjennom signaler frembragt av detektormidlene som respons på kalibreringsgammastrålene til analysatormidlene i løpet av de forutbestemte tidsperiodene innenfor annethvert av tidsintervallene, midler for frembringelse av en første rekke kalibreringssignaler med lav amplityde og en annen rekke kalibreringssignaler med høy amplityde, hvilke har et hovedsakelig konstant amplitydeforhold, og for alternativt å slippe gjennom nevnte første rekke med signaler og- nevnte andre rekke med signaler til analyseringsmidlene i løpet av de forutbestemte tidsperiodene i de resterende tidsintervaller i rekken av intervaller, midler for dannelse av forholdet mellom kanallokaliseringene til den første og den andre rekke kalibreringssignaler, midler for frembringelse av et styresignal som står i forhold til differansen mellom kanallokaliseringsforholdet og amplitydeforholdet, og midler som reagerer på forholdet ved å korrigere eventuelle feil i analyseringsmidlene .