NO145743B - PROCEDURE AND APPARATUS FOR MEASURING UNWANTED WATER INTRODUCTION IN A DRILL. - Google Patents

PROCEDURE AND APPARATUS FOR MEASURING UNWANTED WATER INTRODUCTION IN A DRILL. Download PDF

Info

Publication number
NO145743B
NO145743B NO763530A NO763530A NO145743B NO 145743 B NO145743 B NO 145743B NO 763530 A NO763530 A NO 763530A NO 763530 A NO763530 A NO 763530A NO 145743 B NO145743 B NO 145743B
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
signal
detectors
water
flow
detector
Prior art date
Application number
NO763530A
Other languages
Norwegian (no)
Other versions
NO763530L (en
NO145743C (en
Inventor
Hans Juergen Paap
Dan Mccay Arnold
Harold Elmer Peelman
Obie Martin Langford
Ward Edward Schultz
Harry Davis Smith Jr
Original Assignee
Texaco Development Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US05/628,169 external-priority patent/US4032778A/en
Priority claimed from US05/628,172 external-priority patent/US4028546A/en
Priority claimed from US05/628,174 external-priority patent/US4032780A/en
Application filed by Texaco Development Corp filed Critical Texaco Development Corp
Publication of NO763530L publication Critical patent/NO763530L/no
Publication of NO145743B publication Critical patent/NO145743B/en
Publication of NO145743C publication Critical patent/NO145743C/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/64Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by measuring electrical currents passing through the fluid flow; measuring electrical potential generated by the fluid flow, e.g. by electrochemical, contact or friction effects
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/10Locating fluid leaks, intrusions or movements
    • E21B47/11Locating fluid leaks, intrusions or movements using tracers; using radioactivity
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/10Locating fluid leaks, intrusions or movements
    • E21B47/11Locating fluid leaks, intrusions or movements using tracers; using radioactivity
    • E21B47/111Locating fluid leaks, intrusions or movements using tracers; using radioactivity using radioactivity
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/7042Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter using radioactive tracers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/04Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
    • G01V5/08Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays
    • G01V5/10Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using neutron sources
    • G01V5/101Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using neutron sources and detecting the secondary Y-rays produced in the surrounding layers of the bore hole

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte The present invention relates to a method

og et apparat for bestemmelse av volumstrømningshastigheten for and an apparatus for determining the volume flow rate of

en uønsket vannstrøm bak brønnforingsrøret i et produksjons-brønnborehull. an unwanted flow of water behind the well casing in a production wellbore.

Uønsket væskekommunikasjon langs de forede partier Unwanted liquid communication along the lined parts

i et borehull mellom produksjonssoner har lenge vært et problem i oljeindustrien. Kommunikasjon av ferskvann eller saltvann fra en nærliggende vannholdig sandformasjon til en oljeproduk-sjonssandformasjon kan forurense den produserte olje i en slik grad at oljeproduksjon fra borehullet kan bli kommersielt uirulig som følge av "vanntilsiget". I brønner nær overflaten til bruk som ferksvannskilde for vannforsyninger til en by eller lignende vil forurensningen av drikkevannsforsyningen ved migrasjon av saltvann fra nærliggende sandstrekninger likeledes kunne forurense drikkevannsforsyningen i en slik grad at vannet blir uegnet som drikkevann til mennesker uten omfattende rens- in a borehole between production zones has long been a problem in the oil industry. Communication of fresh water or salt water from a nearby water-bearing sand formation to an oil production sand formation can contaminate the produced oil to such an extent that oil production from the borehole can become commercially unstable as a result of the "water influx". In wells close to the surface for use as a source of fresh water for water supplies to a city or the like, the contamination of the drinking water supply by migration of salt water from nearby stretches of sand could likewise contaminate the drinking water supply to such an extent that the water becomes unsuitable as drinking water for humans without extensive purification

ing . Eng.

I begge nevnte tilfeller har erfaringene i årenes In both cases mentioned, the experience of the years has

løp vist at forurensningen av drikkevanns- eller oljeproduk-sjonssandformasjoner ofte kan forekomme som følge av uønsket kommunikasjon med vann fra nærliggende sandstrekninger langs ringen mellom stålrøret som benyttes for avstøtting av borehul-lets vegger og selve borehullsveggen. Stålrør til bruk for dette formål blir vanligvis støpt på plass. Hvis det oppnås en god primær sementering ved utbygging av borehullet, oppstår ikke problemer med væskekommunikasjon mellom produksjonssoner. showed that the contamination of drinking water or oil production sand formations can often occur as a result of unwanted communication with water from nearby stretches of sand along the ring between the steel pipe that is used to repel the walls of the borehole and the borehole wall itself. Steel pipes used for this purpose are usually cast in place. If a good primary cementation is achieved when developing the borehole, problems with fluid communication between production zones do not arise.

Men i enkelte områder med meget løst konsoliderte, sterkt gjennomtrengelige sandformasjoner som er typiske oljeutvinnings-områder, kan sandformasjonene senere rase sammen i nærheten av borehullet, selv om det er utført en tilfredsstillende primær sementering. Dette kan muliggjøre migrasjon av vann langs utsiden av betongforhudningen fra nærliggende vannholdige sandområder til produksjonssonen. Problemet med uønsket væskekommunikasjon opptrer også når den primære sementering brytes ned som følge av væskestrømninger i nærheten. På lignende måte kan en i andre henseende god sementering inneholde avlange kanaler eller hulrom i lengderetningen, som tillater uønsket væskekommunikasjon mellom nærliggende vannholdige sandområder og produksjonssonen. However, in some areas with very loosely consolidated, highly permeable sand formations which are typical oil production areas, the sand formations may later collapse near the borehole, even if satisfactory primary cementing has been carried out. This can enable the migration of water along the outside of the concrete skin from nearby water-bearing sand areas to the production zone. The problem of unwanted fluid communication also occurs when the primary cementation breaks down as a result of fluid flows in the vicinity. In a similar way, an otherwise good cementation may contain longitudinal channels or voids, which allow unwanted fluid communication between nearby hydrous sand areas and the production zone.

Et annet problem som kan medføre uønsket vannkommunikasjon langs borehullet mellom oljeproduksjonssoner og nærliggende vannholdige sandområder er den såkalte "mikroring" mellom røret og sementen. Dette fenomen oppstår fordi røret, når sementen presses fra bunnen av rørstrengen opp i det ringformede rom mellom røret og formasjonene (eller gjennom rør-perforeringer), vanligvis utsettes for et høyt hydrostatisk trykkdifferensial for at sementen skal presses inn i ringen. Another problem that can cause unwanted water communication along the borehole between oil production zones and nearby water-bearing sand areas is the so-called "micro-ring" between the pipe and the cement. This phenomenon occurs because the pipe, when the cement is pushed from the bottom of the pipe string up into the annular space between the pipe and the formations (or through pipe perforations), is usually exposed to a high hydrostatic pressure differential in order for the cement to be pressed into the annulus.

Det høye trykkdifferensial kan forårsake rørekspansjon. Når dette trykk senere svekkes ved produksjon fra borehullet, kan det tidligere ekspanderte rør trekke seg sammen fra sementmantelen som er dannet rundt det i ringen mellom røret og formasjonene. Denne sammentrekking kan etterlate seg et tomrom mellom røret og sementmantelen, som kan kalles mikroring. I enkelte tilfelle, hvis det har skjedd en sterk rørekspansjon under den 'primære sementering (f.eks. ved en dyp brønn, hvor det er behov for et høyt hydrostatisk trykk) kan røret trekke seg sammen fra sementmantelen og etterlate seg en mikroring som er vid nok til at væske kan kommunisere fra nærliggende, vannholdige sandformasjoner langs mikroringen og inn i produksjonsperforeringene, slik at det dannes et uønsket vanntilsig. The high pressure differential can cause pipe expansion. When this pressure is later weakened by production from the borehole, the previously expanded pipe can contract from the cement mantle that has formed around it in the annulus between the pipe and the formations. This contraction can leave a void between the pipe and the cement mantle, which can be called a microring. In some cases, if there has been a strong pipe expansion during the 'primary cementing (e.g. in a deep well, where a high hydrostatic pressure is needed) the pipe can contract from the cement mantle, leaving behind a microring which is wide enough for fluid to communicate from nearby water-bearing sand formations along the microring and into the production perforations, creating an unwanted water influx.

Det er hittil gjort en rekke forsøk på å beregne og lokalisere forekomsten av sementkanaler. Det er også gjort en rekke forsøk på å lokalisere og bekrefte forekomsten av såkalte mikroring-væskekommunikasjoner. Det dreier seg kanskje i første rekke om bruk av akustisk sementheftmåling. Ved slik måling undersøkes amplityden av en akustisk bølgeenergi som forplantes langs røret fra en akustisk sender til en eller flere akustiske mottakere. Hvis røret er fast bundet til sementen og formasjonene, vil den akustiske energi som forplantes langs røret i prinsippet stråle utad fra røret inn i sementen og de omgivende formasjoner og derved redusere signa-lets amplityde. Men hvis et rør er dårlig bundet til sementen eller denne er dårlig forbundet med formasjonene, vil det fore-ligge et hulrom og den akustiske energi burde forbli i røret og mottas av de akustiske mottakere med langt større amplityde enn når det foreligger en god forbindelse mellom røret, sementen og formasjonene. So far, a number of attempts have been made to calculate and locate the occurrence of cement channels. A number of attempts have also been made to locate and confirm the occurrence of so-called microring-fluid communications. It is perhaps primarily about the use of acoustic cement adhesion measurement. With such a measurement, the amplitude of an acoustic wave energy that is propagated along the pipe from an acoustic transmitter to one or more acoustic receivers is examined. If the pipe is firmly bound to the cement and the formations, the acoustic energy that is propagated along the pipe will in principle radiate outwards from the pipe into the cement and the surrounding formations and thereby reduce the amplitude of the signal. But if a pipe is poorly bonded to the cement or this is poorly connected to the formations, there will be a cavity and the acoustic energy should remain in the pipe and be received by the acoustic receivers with far greater amplitude than when there is a good connection between the pipe, the cement and the formations.

Akustisk sementheftmåling kan imidlertid ikke alltid pålitelig registrere forekomsten av en mikroring som i enkelte tilfelle muliggjør uønsket væskekommunikasjon mellom vannholdige sandformasjoner og nærliggende produksjonssoner. Hvis mikroringen er liten nok og væskefylt, kan den akustiske energi som forplanter seg langs røret, kobles tvers over den. Det har likevel vist seg at endog en så liten mikroring kan muliggjøre uønsket væskekommunikasjon mellom produksjonssoner. På lignende måte kan dårlig sementering forbli uoppdaget ved bruk av den akustiske målemetoden, hvis sementmantelen er gjennomtrengt av forskjellige kanaler eller hulrom som er usymmetrisk anordnet på mantelens overflate. Slike kanaler eller hulrom kan mulig-gjøre uønsket væskestrømning, skjønt hovedbetonglegemet er godt bundet til røret og formasjonene og således lar den akustiske energi passere tilfredsstillende fra røret, ut gjennom sementen og inn i formasjonene. Slike metoder som kan akustiske sement-<1>bindingsmåling har således vist seg ikke å være fullt ut tilfredsstillende for registrering av potensielle, uønskede væskekommunikasjonsbaner i et utbygget borehull. However, acoustic cement adhesion measurement cannot always reliably record the presence of a microring which in some cases enables unwanted fluid communication between water-bearing sand formations and nearby production zones. If the microring is small enough and fluid-filled, the acoustic energy propagating along the tube can be coupled across it. It has nevertheless been shown that even such a small microring can enable unwanted liquid communication between production zones. Similarly, poor cementation may remain undetected using the acoustic measurement method, if the cement mantle is penetrated by various channels or voids asymmetrically arranged on the surface of the mantle. Such channels or cavities can enable unwanted liquid flow, although the main concrete body is well bound to the pipe and the formations and thus allows the acoustic energy to pass satisfactorily from the pipe, out through the cement and into the formations. Such methods capable of acoustic cement <1>bond measurement have thus proven not to be fully satisfactory for recording potential, unwanted fluid communication paths in a developed borehole.

En annen kjent fremgangsmåte for å lokalisere hulrom eller kanaler i sementmantelen er å injisere radioaktive tracer-stoffer som jod 131 eller lignende, gjennom produksjonsperfore-ringer til produksjonsformasjonene og inn i eventuelle hulrom i ringen som omgir borerøret. Teorien bak denne fremgangsmåte er at hvis tracermaterialet kan tvinges tilbake langs de uønskede væskers strømningsbane, kan dets radioaktive egenskaper deretter registreres utenfor røret ved strålingsdetektorer. Denne type måling i borehull har imidlertid vanligvis vist seg lite tilfredsstillende, især i løst konsoliderte sandformasjoner hvor uønsket væskekommunikasjon nettopp gjerne opptrer. Another known method for locating cavities or channels in the cement mantle is to inject radioactive tracer substances such as iodine 131 or the like, through production perforations to the production formations and into any cavities in the ring surrounding the drill pipe. The theory behind this method is that if the tracer material can be forced back along the flow path of the unwanted liquids, its radioactive properties can then be recorded outside the pipe by radiation detectors. However, this type of measurement in boreholes has usually proved unsatisfactory, especially in loosely consolidated sand formations where unwanted fluid communication is likely to occur.

I særlig gjennomtrengelige formasjoner, som løst konsolidert sand, kan selve produksjonsformasjonen absorbere det meste av det radioaktive tracermateriale som tvinges gjennom perforeringene. Meget lite, om noe, tracermateriale kan tvinges tilbake langs den uønskede væskestrømningsbane, især hvis dette innebærer at tracerstrømmen må presses enten mot formasjonsvæskepresset eller oppad mot tyngdekraften. Derfor har slike tracermåleteknikker for registrering av sementkanaler eller hulrom utenfor borerøret vanligvis vist seg å være ineffektive. In particularly permeable formations, such as loosely consolidated sands, the production formation itself can absorb most of the radioactive tracer material that is forced through the perforations. Very little, if any, tracer material can be forced back along the unwanted fluid flow path, especially if this means that the tracer flow must be forced either against the formation fluid pressure or upward against gravity. Therefore, such tracer measurement techniques for recording cement channels or voids outside the drill pipe have usually been found to be ineffective.

De tidligere forsøk kan generelt karakteriseres som forsøk på å undersøke sementmantelen.Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et apparat for registrering av selve den uønskede vannstrømning i sementkanaler eller hulrom utenfor røret i en produksjonsbrønn. De kjennetegnende trekk ved oppfinnelsen fremgår av kravene. The previous attempts can generally be characterized as attempts to investigate the cement mantle. The present invention relates to a method and an apparatus for recording the unwanted water flow itself in cement channels or cavities outside the pipe in a production well. The characteristic features of the invention appear from the claims.

Den kjernetekniske måleteknikk som benyttes ifølge The core engineering measurement technique used according to

oppfinnelsen omfatter aktivering med høyenergineutroner av oksy-genelementkjerner som omfatter en porsjon av selve den uønskede vannstrømning. En høyenergineutronkilde anbringes i borehullet i det område som skal undersøkes med henblikk på sementkanaler eller uønsket væskekommunikasjon langs mantelen. En kilde for omtrent 14 MeV monoenergetiske neutroner benyttes til bestråling av området med slike neutroner. En oksygen 16 kjerne blir etter innfanging av et-ca. 10 MeV neutron omdannet til radioaktivt nitrogen 16. Det radioaktive nitrogen 16 desintegreres med en halveringstid på ca. 7,1 sekunder ved emisjon av en betapartik-kel og høyenergigammastråling med en energi på ca. MeV eller mer. Ved tilstrekkelig høy fluks av 10 MeV neutroner som bestråler den uønskede vannstrømning i et betonghulrom eller en mikroringkanal dannes tilstrekkelig radioaktivt nitrogen 16 i selve den uønskede vannstrømning til å være registrerbart ved hjelp av et par detektorer som er anordnet i innbyrdes avstand i lengderetningen. Denne måling kan benyttes direkte som indi-kasjon på vannstrømningens hastighet i sementkanalene. Det er videre utviklet nye teknikker for bestemmelse av vannets strøm-ningsvolumhastighet i slike sementkanaler, mikroringer eller hulrom ved degradering av høyenergigammastrålespektret ved Compton-spredning av gammastråler dannet ved desintegrering av the invention comprises activation with high-energy neutrons of oxygen element nuclei which comprise a portion of the unwanted water flow itself. A high-energy neutron source is placed in the borehole in the area to be examined for cement channels or unwanted fluid communication along the mantle. A source for approximately 14 MeV monoenergetic neutrons is used to irradiate the area with such neutrons. An oxygen 16 nucleus becomes after capturing an approx. 10 MeV neutron converted into radioactive nitrogen 16. The radioactive nitrogen 16 disintegrates with a half-life of approx. 7.1 seconds by emission of a beta particle and high-energy gamma radiation with an energy of approx. MeV or more. At a sufficiently high flux of 10 MeV neutrons that irradiate the unwanted water flow in a concrete cavity or a micro-ring channel, sufficient radioactive nitrogen 16 is formed in the unwanted water flow itself to be detectable by means of a pair of detectors which are arranged at a distance from each other in the longitudinal direction. This measurement can be used directly as an indication of the speed of the water flow in the cement channels. New techniques have also been developed for determining the flow volume velocity of water in such cement channels, microrings or cavities by degradation of the high-energy gamma ray spectrum by Compton scattering of gamma rays formed by the disintegration of

det radioaktive nitrogen 16. Den omtrentlige avstand fra en enkelt gammastråledetektor til sentrum av vannstrømningsbanen kan derved bestemmes. the radioactive nitrogen 16. The approximate distance from a single gamma ray detector to the center of the water flow path can thereby be determined.

Ytterligere et trekk ved oppfinnelsen er at man ved bruk av pulserende, i stedet for kontinuerlig, neutronkilde for de omtalte målinger kan oppnå en mer nøyaktig strømnings-registrering ved at bakgrunnsgammastrålingen, som forårsakes av forholdsvis prompte termisk eller epitermisk gjensidig neu-tronpåvirkning i nærheten av borehullet, reduseres. A further feature of the invention is that by using a pulsating, instead of continuous, neutron source for the mentioned measurements, a more accurate flow registration can be achieved in that the background gamma radiation, which is caused by relatively prompt thermal or epithermal mutual neutron influence in the vicinity of the borehole, is reduced.

Ved at man først anbringer et par høyenergigamma-strålingsdetektorer med innbyrdes avstand i lengderetningen ovenfor og deretter nedenfor neutronkilden, kan man videre skjelne mellom væskestrømning i og utenfor røret ved bruk av bare noen få forholdsvis holdbare forutsetninger. Ved ytterligere et trekk ifølge oppfinnelsen muliggjøres registrering av uønsket væskestrømning i en produksjonssone under produksjons-forhold ved bruk av et vannstrømningsdetektorapparat med liten diameter, som er dimensjonert slik at det kan føres gjennom produksjonsrørledninger og som drives etter de samme strøm-ningsmåleprinsipper som er nevnt ovenfor. Det er ifølge oppfinnelsen også utviklet en teknikk for å registrere uønsket væskestrømning bak rørledningen i samme retning som den ønskede væskestrømning i en nærliggende produksjonsrørledning som passerer gjennom en produksjonssone som blir undersøkt med henblikk på kanaler i et fullstendig multiborerør. I dette tilfelle kan både vannstrømningen i produksjonsrørledningen som passerer gjennom den undersøkte sone og den uønskede vannstrøm-ning i betongkanaler eller hulrom utenfor røret gå i samme retning og like fullt være separat registrerbare. Ved andre teknikker som benytter seg av de nye trekk ifølge oppfinnelsen, tilveiebringes operasjoner for utskilling av vannstrømninger i og utenfor røret på basis av strømningsretningen ved måling. By first placing a pair of high-energy gamma radiation detectors spaced apart in the longitudinal direction above and then below the neutron source, one can further distinguish between liquid flow inside and outside the pipe using only a few relatively durable assumptions. In a further feature according to the invention, registration of unwanted liquid flow in a production zone under production conditions is made possible by using a water flow detector device with a small diameter, which is dimensioned so that it can be passed through production pipelines and which is operated according to the same flow measurement principles as mentioned above . According to the invention, a technique has also been developed to record unwanted fluid flow behind the pipeline in the same direction as the desired fluid flow in a nearby production pipeline that passes through a production zone that is being investigated for channels in a complete multibore pipe. In this case, both the water flow in the production pipeline that passes through the examined zone and the unwanted water flow in concrete channels or cavities outside the pipe can go in the same direction and can be equally recorded separately. In other techniques which make use of the new features according to the invention, operations are provided for separating water flows in and out of the pipe on the basis of the direction of flow during measurement.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor The invention will now be described in more detail with reference to the drawing, where

fig. 1 skjematisk illustrerer geometrien av en enkeltdetektors vannstrømningssonde, fig. 1 schematically illustrates the geometry of a single detector water flow probe,

fig. 2 gjengir den skjematiske geometri av en dob-deltdetektors vannstrømningssonde, fig. 2 represents the schematic geometry of a dual detector water flow probe,

Fig. 3 er en grafisk gjengivelse av responsen i et vannstrømnings-målesystem med kontinuerlig neutronkilde ved strømning og uten strømning, Fig. 4 er en grafisk gjengivelse av responsen i et vannstrømnings-målesystem med pulserende neutronkilde ved strøm-ning og uten strømning, Fig. 5 er en grafisk gjengivelse som viser gamma-strålingsspektraldegradering, når gammastrålingskilden beveges til en annen avstand fra detektoren, Fig. 6 er en grafisk gjengivelse som viser puls-tallforholdet ved to detektorer i innbyrdes avstand som funksjon av avstanden, Fig. 7 er et skjematisk tverrsnitt av en dobbelt, konsentrisk sylinder-gammastrålingsdetektor, Fig. 8 er en grafisk gjengivelse av responsen fra detektoren ifølge fig. 7 som funksjon av detektorens avstand fra gammastrålingskilden, Fig. 9 er en skjematisk gjengivelse av nedre del av en modul-vannstrømningsdeteksjonssonde ifølge oppfinnelsen, Fig. 10 er en skjematisk gjengivelse av et vann-strømningsdeteksjonssystem i et borerør ifølge oppfinnelsen, Fig. 11 er et skjematisk diagram som illustrerer tidsstyringen og dataoverføringen av vannstrømnings-målesyste-met ifølge oppfinnelsen, Fig. 3 is a graphical representation of the response in a water flow measurement system with a continuous neutron source during flow and without flow, Fig. 4 is a graphical representation of the response in a water flow measurement system with a pulsating neutron source during flow and without flow, Fig. 5 is a graphical representation showing gamma radiation spectral degradation, when the gamma radiation source is moved to a different distance from the detector, Fig. 6 is a graphical representation showing the pulse-number ratio at two detectors at a mutual distance as a function of the distance, Fig. 7 is a schematic cross section of a double, concentric cylinder gamma radiation detector, Fig. 8 is a graphical representation of the response of the detector according to fig. 7 as a function of the detector's distance from the gamma radiation source, Fig. 9 is a schematic representation of the lower part of a module water flow detection probe according to the invention, Fig. 10 is a schematic representation of a water flow detection system in a drill pipe according to the invention, Fig. 11 is a schematic diagram illustrating the time management and data transfer of the water flow measurement system according to the invention,

Fig. 12 er et skjematisk diagram som illustrerer Fig. 12 is a schematic diagram illustrating

en teknikk for vannstrømnings-registrering i et produksjons-borehull og a technique for water flow recording in a production borehole and

Fig. 13 er et skjematisk diagram som illustrerer en vannstrømnings-registreringsteknikk i et multiproduksjonsrør. Fig. 13 is a schematic diagram illustrating a water flow detection technique in a multi-production pipe.

Før det gis en detaljert beskrivelse av komponent-systemene som benyttes til måling av vannstrømningshastigheten utenfor rørledningen ifølge foreliggende oppfinnelse, vil det være nyttig å se på det teoretiske grunnlag for målingen ifølge oppfinnelsens prinsipper. Before giving a detailed description of the component systems used to measure the water flow rate outside the pipeline according to the present invention, it will be useful to look at the theoretical basis for the measurement according to the principles of the invention.

Teknikkene ifølge foreliggende oppfinnelse bygger på dannelsen av den ustabile radioaktive isotop nitrogen 16 i den vannstrøm som strømmer utenfor rørledningen og skal registreres. Dette oppnås ved at det strømmende vann bombarderes med høyenergineutroner med energi i overkant av ca. 10 MeV. Denne bombardering kan forårsake dannelse av gjensidig kjerne-påvirkning mellom den ustabile nitrogenisotop 16 og oksygen-kjernene som danner vannmolekylene i strømningen, hvorved kjernereaksjonen er 0"*" (njpJN1^. The techniques according to the present invention are based on the formation of the unstable radioactive isotope nitrogen 16 in the water stream that flows outside the pipeline and must be recorded. This is achieved by bombarding the flowing water with high-energy neutrons with energy in excess of approx. 10 MeV. This bombardment can cause the formation of mutual nuclear interaction between the unstable nitrogen isotope 16 and the oxygen nuclei forming the water molecules in the flow, whereby the nuclear reaction is 0"*" (njpJN1^.

I fig. 1 tenker vi oss en væsketett borehullsonde 14 som inneholder en 14 MeV neutrongenerator 11 og en gammastrålingsdetektor 12. Senteret av gammastrålingsdetektoren 12 befinner seg S mm fra.neutronkildens 11 sentrum. Vi tenker oss videre en kanal med vann 13 som strømmer parallelt med sondens 14 akse og hvis sentrum befinner seg R mm fra sondens 14 sentrum, og som strømmer fra neutronkilden 11 mot detektoren 12. Det kan vises at C, tellehastigheten som resultat av desintegrasjonen av den induserte radioaktive nitrogen 16-aktivitet som registreres av detektoren 12, er gitt ved ligningen 1. In fig. 1 we imagine a liquid-tight borehole probe 14 containing a 14 MeV neutron generator 11 and a gamma radiation detector 12. The center of the gamma radiation detector 12 is located S mm from the center of the neutron source 11. We further imagine a channel of water 13 which flows parallel to the axis of the probe 14 and whose center is located R mm from the center of the probe 14, and which flows from the neutron source 11 towards the detector 12. It can be shown that C, the counting rate as a result of the disintegration of the induced radioactive nitrogen 16 activity recorded by the detector 12 is given by equation 1.

hvor V = vannstrømningens volum (mm^/sek.) where V = water flow volume (mm^/sec.)

\ = 0.0936 sek = desintegrasjonskonstanten for N^" \ = 0.0936 sec = the decay constant for N^"

a = den effektive bestrålingslengde av vannstrømmen, når a = the effective irradiation length of the water flow, when

denne passerer kilden (mm) this passes the source (mm)

b = den effektive deteksjonslengde av vannstrømmen, når b = the effective detection length of the water flow, when

denne passerer detektoren (mm) this passes the detector (mm)

v = den lineære hastighet av vannstrømmen (mm/sek.) v = the linear speed of the water flow (mm/sec.)

øn = neutronutgangen fra kilden (neutroner/cm/sek.) øn = the neutron output from the source (neutrons/cm/sec.)

G = en geometrisk og effektfaktor av detektoren G = a geometric and power factor of the detector

K(R) = en funksjon avhengig av avstanden R (mm) fra sondens sentrum til sentrum av vannstrømningen K(R) = a function depending on the distance R (mm) from the center of the probe to the center of the water flow

S = avstanden mellom kilde og detektor (mm) S = distance between source and detector (mm)

£Q = (en konstant) = NQP 6 a/MXb, hvor NQ er Avogodros tall, M = molekylvekten av vann, P er vannets tetthet og 6 er det mikroskopiske tverrsnitt av oksygen for neutron-Ligningen 1 kan omskrives slik: £Q = (a constant) = NQP 6 a/MXb, where NQ is Avogadro's number, M = the molecular weight of water, P is the density of water and 6 is the microscopic cross section of oxygen for neutrons - Equation 1 can be rewritten as follows:

hvor f = E ø G. where f = E ø G.

on Wed

Størrelsene S, a og b er karakteristiske for vann-strømningssonden 14 og er målbare eller kalibrerbare størrelser.ZQer karakteristisk for de fysiske egenskaper av vann, vannstrømningssonden, og 0<16>(n,p)N<16->reaksjonen og kan også måles. Hvis kilden og detektorens geometri er faste og neutronutgangen er fast, vil ligning 2 indikere at C/V for en gitt verdi av R er en funksjon av v, vannets lineære strømnings-hastighet og ikke en funksjon av vannstrømningens geometri (dvs. ringstørrelsen, sementkanalen m.v.). The quantities S, a and b are characteristic of the water flow probe 14 and are measurable or calibratable quantities. ZQ is characteristic of the physical properties of water, the water flow probe, and the 0<16>(n,p)N<16> reaction and can also be measured. If the source and detector geometry are fixed and the neutron output is fixed, equation 2 will indicate that C/V for a given value of R is a function of v, the linear flow velocity of the water, and not a function of the geometry of the water flow (ie, the ring size, the cement channel etc.).

Under henvisning til fig. 2 forutsettes en andre dobbeltdetektor-målesonde 24 som inneholder en 14 MeVneutrongenerator 21 og to gammastrålings-detektorer 22 og 25, anordnet Sl og S2 mm fra midten av neutronkilden 21. Mellom kilden og detektoren er det her anordnet et skjermende materiale 26. Under henvisning til ligning 2 kan tellehastighetsforholdet som registreres i detektorene 22 og 25 uttrykkes slik: With reference to fig. 2, a second double detector measuring probe 24 is assumed which contains a 14 MeV neutron generator 21 and two gamma radiation detectors 22 and 25, arranged Sl and S2 mm from the center of the neutron source 21. Between the source and the detector, a shielding material 26 is arranged here. With reference to equation 2, the counting rate ratio recorded in the detectors 22 and 25 can be expressed as follows:

Når ligning 3 løses for v, den lineære strømnings-hastighet, fremkommer at: When equation 3 is solved for v, the linear flow velocity, it appears that:

I ligningene 3 og 4 er X = 0,0936 SEC 1, S2-S^ er en kjent fysisk dimensjon av sonden 24 og C-^ og C2er de målte tellehastighetsstørrelser. Ligning 4 fastslår deretter at den lineære strømningshastighet kan bestemmes uten kjennskap til strømningens geometri eller avstanden R, målt fra sondens sentrum til sentrum av vannstrømningen 23. In Equations 3 and 4, X = 0.0936 SEC 1 , S2-S^ is a known physical dimension of the probe 24 and C-^ and C2 are the measured count rate quantities. Equation 4 then states that the linear flow rate can be determined without knowledge of the geometry of the flow or the distance R, measured from the center of the probe to the center of the water flow 23.

Ved målingen av vannstrømningen (i eller) bak røret, er det strømningsvolumhastigheten V snarere enn den lineære strømningshastighet v som er den primært interessante størrelse. Hvis strømningsvolumhastigheten V kan bestemmes nøyaktig, kan det avgjøres om det må gjennomføres en sementinn-pressing (eller utbedring av støpearbeidet) slik at væskekommunikasjon mellom ferskvanns-sandformasjoner og oljeproduserende formasjoner hindres. Det er derfor nødvendig å sette v, den størrelse som kan bestemmes på grunnlag av ligningen 4, i forhold til V ved bruk av en parameter som enten kan måles eller anslås med en akseptabel nøyaktighetsgrad. Parameteren R, avstanden mellom sondens sentrum og strømningssentrum, kan benyttes for dette formål. When measuring the water flow (in or) behind the pipe, it is the volumetric flow rate V rather than the linear flow rate v that is the quantity of primary interest. If the flow volume rate V can be accurately determined, it can be decided whether a cement injection (or improvement of the casting work) must be carried out so that fluid communication between fresh water sand formations and oil-producing formations is prevented. It is therefore necessary to set v, the quantity that can be determined on the basis of equation 4, in relation to V using a parameter that can either be measured or estimated with an acceptable degree of accuracy. The parameter R, the distance between the center of the probe and the center of flow, can be used for this purpose.

Det antas at neutronfluksen, ø n som bestråler et gitt, voksende vannvolum, avtar i intensitet som funksjon av l/R 2 når volumøkningen beveges en avstand R fra kilden. På lignende måte antas at den stråling som registreres av detektoren avtar som funksjon av l/R 2 når avstanden R økes fra detektoren. It is assumed that the neutron flux, which irradiates a given, growing volume of water, decreases in intensity as a function of l/R 2 when the increase in volume is moved a distance R from the source. In a similar way, it is assumed that the radiation registered by the detector decreases as a function of l/R 2 when the distance R is increased from the detector.

Med utgangspunkt i de to ovennevnte antagelser kan leddet K(R) i ligningen 2 uttrykkes slik: Based on the two assumptions mentioned above, the term K(R) in equation 2 can be expressed as follows:

hvor P er en kalibreringskonstant. Ligning 6, som fremkommer på denne måte er bare en tilnærmet ligning, basert på ovenstående antagelser. Laboratorieeksperimenter har imidlertid bekreftet at ligning 6 for tilnærmelse er representativ for funksjonens K(R) adferd. where P is a calibration constant. Equation 6, which appears in this way, is only an approximate equation, based on the above assumptions. Laboratory experiments have, however, confirmed that equation 6 for approximation is representative of the K(R) behavior of the function.

Ved bruk av ligning 6 og 2 kan vi nedtegne strøm-ningsvolumhastigheten V slik: Using equations 6 and 2, we can write down the flow volume velocity V as follows:

hvor Q = p.f1og i = 1 eller 2 (representerer dobbeltdetekto-rene). Ligning 7 fastslår at hvis v fremkommer fra ligning 4 og R er kjent eller kan anslås, kan strømningsvolumet V oppnås fra tellehastigheten registrert i en av detektorene 22 eller 25 (1 eller 2 i ligning 7) ved bruk av tilsvarende verdi for Si. To adskilte teknikker for bestemmelse av R vil bli nærmere omtalt. where Q = p.f1 and i = 1 or 2 (representing the dual detectors). Equation 7 states that if v is obtained from equation 4 and R is known or can be estimated, the flow volume V can be obtained from the count rate recorded in one of the detectors 22 or 25 (1 or 2 in equation 7) using the corresponding value for Si. Two separate techniques for determining R will be discussed in more detail.

Ovenstående diskusjon har illustrert at man ved bruk av en borehull-målesonde som inneholder en 14 MEV neutronkilde og to gammastrålings-detektorer kan få frem den lineære strømningshastighet v uavhengig av strømningsgeometrien og det bevegede vannets posisjon, hvis vannstrømningen forløper parallelt med målesondens akse. På lignende måte har teorien antydet at man kan få frem strømningsvolumet V hvis avstanden fra sondens sentrum til vannstrømningens sentrum kan måles eller anslås med akseptabel nøyaktighet. Ved en vannstrømning i en betongkanal eller ring, vil en vurdering av R som ligger i The above discussion has illustrated that by using a borehole measuring probe containing a 14 MEV neutron source and two gamma radiation detectors, the linear flow velocity v can be obtained independently of the flow geometry and the position of the moving water, if the water flow runs parallel to the axis of the measuring probe. Similarly, theory has suggested that the flow volume V can be obtained if the distance from the center of the probe to the center of the water flow can be measured or estimated with acceptable accuracy. In the case of a water flow in a concrete channel or ring, an assessment of R that lies in

betongmantelen som omgir rørledningen, være rimelig. the concrete jacket surrounding the pipeline, be reasonable.

Ved en vurdering av anvendeligheten og begrensnin-gene av vannstrømnings-registrering bak et rør, er det nødvendig å undersøke med hvilken nøyaktighet v kan måles. Når vi husker at ligningen 4 benyttes til beregning av v og at ligning 4 inneholder C-^/ C2, som er den registrerte tellehastighet i nærmeste og borterste detektor av et strømningsdeteksjonssystem som illustrert i fig. 2, må det bemerkes at forholdet C^/ C2 er forbundet med en iboende statistisk feil, idet kjernedesinte-grasjonsprosessen av nitrogen 16-isotopen er av statistisk art. Denne statistiske feil i C1/C2er en omvendt funksjon av størrelsen av C1 og C^. Feilen i forholdet C3/C,, påvirkes derfor av enhver parameter som påvirker størrelsen av C-^ og C2-Slike parametere som kilde-detektor-avstandene S^ og S2, avstanden R fra sondesentrum til strømningssentrum, tverrsnittsområdet F av strømningen, effektiviteten av gammastrålings-detektorene G, telletidsintervallet T, neutronfluksutgangen øn og bak-gruhns-gammastrålingstellingene som registreres ved fravær av strømninger kan alle'påvirke målingen. Det skal bemerkes at skjønt de fleste av disse parametere ikke fremkommer direkte i ligning 4 og derfor ikke påvirker størrelsen av v, påvirker de den nøyaktighet og presisjon med hvilken v kan måles. When assessing the applicability and limitations of water flow registration behind a pipe, it is necessary to examine the accuracy with which v can be measured. When we remember that equation 4 is used to calculate v and that equation 4 contains C-^/ C2, which is the recorded counting rate in the nearest and farthest detector of a flow detection system as illustrated in fig. 2, it must be noted that the ratio C^/C2 is associated with an inherent statistical error, the nuclear disintegration process of the nitrogen 16 isotope being of a statistical nature. This statistical error in C1/C2 is an inverse function of the magnitude of C1 and C^. The error in the ratio C3/C,, is therefore affected by any parameter that affects the magnitude of C-^ and C2- Such parameters as the source-detector distances S^ and S2, the distance R from probe center to flow center, the cross-sectional area F of the flow, the efficiency of the gamma radiation detectors G, the counting time interval T, the neutron flux output øn and the bakgruhns gamma radiation counts recorded in the absence of currents can all affect the measurement. It should be noted that although most of these parameters do not appear directly in equation 4 and therefore do not affect the magnitude of v, they do affect the accuracy and precision with which v can be measured.

I fig. 3 er det gjengitt et typisk sett av gamma-strålingsenergispektra registrert ved og uten vannstrømning. Intensiteten av de registrerte gammastråler ved en enkelt detektor anordnet i avstand fra strålingskilden er inntegnet som funksjon av energi i fig. 3. 7.12 og 6.13MeVgammastråle-fotospisser karakteristiske for N-y desintegrasjonen og deres tilsvarende unnvikelsesspisspar er veldefinert under strøm-ningsforhold. Ved forhold uten strømning ses også noe spiss-struktur. Dette skyldes aktiveringen av oksygen 16 i formasjonen og borehullet i nærheten av kilden og registreres av detektoren selv ved en avstand på 863, 6 mm, som er brukt for data i fig. 3 og 4. Dette bakgrunnsspektrum inneholder også stråling fra termiske neutroninnfangnings-gammastråler fra formasjonen, røret og sonden. Det vil ses at denne kilde for bakgrunnsstrå-ling kan elimineres ved pulsering av neutronkilden på nedenfor omtalte måte. In fig. 3 shows a typical set of gamma radiation energy spectra recorded with and without water flow. The intensity of the recorded gamma rays at a single detector arranged at a distance from the radiation source is plotted as a function of energy in fig. 3. 7.12 and 6.13 MeV gamma-ray photopeaks characteristic of the N-y disintegration and their corresponding avoidance peak pairs are well defined under flow conditions. In conditions without flow, some pointed structure is also seen. This is due to the activation of oxygen 16 in the formation and borehole near the source and is registered by the detector even at a distance of 863.6 mm, which is used for data in fig. 3 and 4. This background spectrum also contains radiation from thermal neutron capture gamma rays from the formation, pipe and probe. It will be seen that this source of background radiation can be eliminated by pulsing the neutron source in the manner described below.

Mesteparten av gammastrålingen som skyldes de prompte neutroner vil oppstå i løpet av et millisekund etter en neutronpuls<1>opphør. Hvis neutronkilden f.eks. settes på i ett millisekund og gammastrålings-deteksjonen forsinkes i 3 millisek. etter neutronsprengningen før detektorene aktiveres, vil gammastråling forårsaket av prompte neutroner desintegreres til et neglisjerbart nivå. Ved at man deretter teller gammastrålingen indusert ved oksygenaktivering som gjenstår i ca. 6 millisek., vil bakgrunnsstrålingens forholdsvis høye nivå, som illustrert i fig. 3, bli signifikant redusert. Hele denne puls-forsinkelses-tellesyklus gjentas deretter ca. 100 ganger i sekundet. Det kan selvsagt av andre grunner være ønskelig å drive neutronkilden kontinuerlig og dette er mulig, som vist i fig. 3, men det vil da fremkalles større bakgrunns-tellehastighet. Most of the gamma radiation due to the prompt neutrons will occur within a millisecond after a neutron pulse<1> ceases. If the neutron source e.g. is turned on for one millisecond and the gamma radiation detection is delayed for 3 milliseconds. after the neutron burst before the detectors are activated, gamma radiation caused by prompt neutrons will disintegrate to a negligible level. By then counting the gamma radiation induced by oxygen activation that remains for approx. 6 milliseconds, the relatively high level of background radiation, as illustrated in fig. 3, be significantly reduced. This entire pulse-delay count cycle is then repeated approx. 100 times per second. It may of course be desirable for other reasons to operate the neutron source continuously and this is possible, as shown in fig. 3, but a greater background counting rate will then be induced.

Skjønt neutronkildens effektsyklus under pulserende drift bare er 10% ved denne driftsmåte, er neutronutgangen, når kilden er på, tilnærmet en faktor 10 ganger større enn den kontinuerlige neutronutgang, hvis kilden drives kontinuerlig. Den integrerte neutronutgang er således tilnærmet den samme ved pulserende eller kontinuerlig drift. Ved pulsering er detektorenes effektsyklus tilnærmet 60 % (dvs. 6 a 10 millisek.). Hvis telle-godtagnings-energivinduet illustrert i fig. 3 (ca. 4,45 'MeVtil ca. 7,20MéV) som benyttes for kontinuerlig drift ble benyttet for pulserende drift, ville netto tellehastighet av desintegreringen av den ustabile isotop N"^ bli redusert til ca. 60% av det som er tilfelle for kontinuerlig drift. Men under pulserende drift registreres stort sett intet av prompte neutron-gammastrålingen. Ettersom det ikke foreligger noen hovedkomponent av elementaktiverings-stråling bortsett fra den fra den ustabile N 16 -isotop over 2,0MeV, er det mulig å o utvide telle-godtagnings-energivinduet fra ca. 2,0 til ca. 7,20 M^y, ved pulserende drift. Denne forandring av telle-energivinduet tril således inkludere ytterligere tellinger fra den energidegraderte Comptoneffekt- 6,13 og 7,12 MEV gammastråling som følge av oksygenaktiveringen og vil derfor øke tellehastigheten for forskyvning av tapene som følge av detektorenes ca. 60%ige effektsyklus ved denne pulserende drift. Fig. 4 illustreres dramatisk den reduserte bakgrunnseffekt ved bruk av pulserende drift. I fig. 4 benyttes samme avstand mellom kilde og detektor (8 63,6 mm) som i fig. 3, og det utvidede telleenergivindu på Although the power cycle of the neutron source during pulsed operation is only 10% in this mode of operation, the neutron output, when the source is on, is approximately a factor of 10 times greater than the continuous neutron output, if the source is operated continuously. The integrated neutron output is thus approximately the same in pulsating or continuous operation. When pulsing, the detectors' power cycle is approximately 60% (i.e. 6 to 10 milliseconds). If the count-acceptance energy window illustrated in fig. 3 (about 4.45 'MeV to about 7.20 MeV) used for continuous operation were used for pulsed operation, the net count rate of the disintegration of the unstable isotope N"^ would be reduced to about 60% of what is the case for continuous operation. But during pulsed operation virtually none of the prompt neutron-gamma radiation is recorded. As there is no major component of element activation radiation except that from the unstable N 16 isotope above 2.0MeV, it is possible to o extend counting -the acceptance energy window from about 2.0 to about 7.20 M^y, in pulsed operation. This change of the counting energy window thus includes additional counts from the energy-degraded Compton effect- 6.13 and 7.12 MEV gamma radiation which as a result of the oxygen activation and will therefore increase the counting rate for displacement of the losses as a result of the detectors' approximately 60% power cycle during this pulsating operation. Fig. 4 dramatically illustrates the reduced background effect when using pulsating operation. In fig. 4, the same distance between source and detector (8 63.6 mm) is used as in fig. 3, and the extended counting energy window on

detektoren benyttes som nevnt tidligere. the detector is used as mentioned earlier.

Ved pulserende drift av neutrongeneratoren vil størrelsen av signalet fra oksygenaktiveringsreaksjonen således forbli omtrent det samme, mens bakgrunns-strålingen reduseres vesentlig ved eliminasjon av registreringen av prompte N-Y stråling. Denne økning til støyforhold av det ønskede telle-signal reduserer den statistiske feil av størrelsen C-^/C^. During pulsating operation of the neutron generator, the magnitude of the signal from the oxygen activation reaction will thus remain approximately the same, while the background radiation is significantly reduced by eliminating the registration of prompt N-Y radiation. This increase in the noise ratio of the desired count signal reduces the statistical error of the magnitude C-^/C^.

Ligning 2 viser at tellehastigheten ved en detektor C varierer med e s/v. Dette tilsier at avstanden til detektoren S bør være så liten som mulig for maksimering av tellehastigheten C og dermed reduksjon av den statistiske feil i målingen av v til et minimum. Men med henblikk på de to detektor-strømningsmålesonder i fig. 2 tilsier ligningen 4 at hvis avstanden mellom de to detektorene (S2-S^) blir for liten, vil v bli ufølsom for forholdet av tellehastigheter C-^/C^• Det er derfor nødvendig å finne et praktisk kompromiss ved valget av detektoravstander S-^ og S2>slik at de statistiske og ikke-statistiske feil i v reduseres til et minimum. Det er utledet passende eksperimentelle teknikker for bestemmelse av optimale avstander og S2- Disse avstander for typiske pulserende neutronkilder som benyttes ved systemet ifølge foreliggende oppfinnelse er omtalt mer i detalj i nedenstående beskrivelse av utstyret. Skjønt driftsteorien hva angår instrumenteringen fortsatt er gyldig ved andre avstander, vil fagfolk forstå at de avstander som er nevnt i nedenstående beskrivelse ikke er innlysende uten et eksperimentelt grunnlag. Equation 2 shows that the counting speed at a detector C varies with e s/w. This implies that the distance to the detector S should be as small as possible to maximize the counting rate C and thus reduce the statistical error in the measurement of v to a minimum. But with regard to the two detector-flow measuring probes in fig. 2, equation 4 implies that if the distance between the two detectors (S2-S^) becomes too small, v will become insensitive to the ratio of counting rates C-^/C^• It is therefore necessary to find a practical compromise when choosing detector distances S -^ and S2> so that the statistical and non-statistical errors in v are reduced to a minimum. Suitable experimental techniques have been derived for determining optimal distances and S2- These distances for typical pulsed neutron sources used in the system according to the present invention are discussed in more detail in the description of the equipment below. Although the operating theory regarding the instrumentation is still valid at other distances, those skilled in the art will understand that the distances mentioned in the description below are not self-evident without an experimental basis.

Under henvisning til ligning 7 skal det bemerkes at det er mulig å måle vannets strømningsvolumhastighet bak røret, forutsatt at en teknikk for bestemmelse av R, den radiale avstand fra detektorens sentrum til vannstrømningens sentrum, kan fastsettes eller anslås. Av grunner som vil fremgå av nedenstående beskrivelse er det av og til umulig å anslå R med den nødvendige nøyaktighet for at man skal kunne forutsi strøm-ningsvolumhastigheten V. Det er imidlertid mulig å måle R med visse teknikker som skal beskrives mer detaljert i det følgende. Referring to equation 7, it should be noted that it is possible to measure the volumetric rate of water flow behind the pipe, provided that a technique for determining R, the radial distance from the center of the detector to the center of the water flow, can be determined or estimated. For reasons that will become apparent from the following description, it is sometimes impossible to estimate R with the necessary accuracy in order to be able to predict the flow volume velocity V. It is, however, possible to measure R with certain techniques that will be described in more detail in the following .

Den første teknikk for å bestemme R kan betraktes som en gammastrålings-spektraldegraderingsteknikk. I fig. 5 er det skjematisk vist to gammastrålingsspektra som skyldes desintegrering av radioaktivt nitrogen 16, produsert ved oksygen aktivering med en vanns.trømningsmålesonde av den type som kan benyttes ifølge foreliggende oppfinnelse- De spektra som ses i fig. 5 er tatt på samme detektor i strømningsmålesonden og illustrerer tellehastigheten i detektoren, som skyldes en vannstrøm-ning hvis sentrum er R., og R2mm fra detektorens sentrum. Den stiplede kurve i fig. 5 illustrerer et gammastrålingsspektrum som resultat av desintegreringen av radioaktivt nitrogen 16 og en vannstrømning hvis sentrum befinner seg i en avstand R som tiltilnærmet svarer til 7,5 mm fra sentrum av vannstrømnings-sondedetektoren. I fig. 5 er R2således større enn R^. Dobbelt-pilene i fig. 5 angir også to energiområdetellevinduer A og B. Vindu A omfatter 7,12 og 6,13 MeV foto- og unnvikelsesspisser fra det radioaktive nitrogen 16 som primært er direkte stråling som når detektoren uten Compton-spredning. Vindu B er et strålingsenergivindu for deteksjon av gammastråling som primært er blitt degradert i energi ved Compton-spredning. The first technique for determining R can be considered a gamma radiation spectral degradation technique. In fig. 5 schematically shows two gamma radiation spectra which result from the disintegration of radioactive nitrogen 16, produced by oxygen activation with a water flow measuring probe of the type that can be used according to the present invention - The spectra seen in fig. 5 is taken on the same detector in the flow measuring probe and illustrates the counting rate in the detector, which is due to a water flow whose center is R., and R2mm from the center of the detector. The dashed curve in fig. 5 illustrates a gamma radiation spectrum resulting from the disintegration of radioactive nitrogen 16 and a water flow whose center is located at a distance R approximately corresponding to 7.5 mm from the center of the water flow probe detector. In fig. 5, R2 is thus greater than R^. The double arrows in fig. 5 also indicates two energy range counting windows A and B. Window A comprises 7.12 and 6.13 MeV photo and avoidance peaks from the radioactive nitrogen 16 which is primarily direct radiation reaching the detector without Compton scattering. Window B is a radiation energy window for the detection of gamma radiation that has primarily been degraded in energy by Compton scattering.

Hvis CA(R) defineres som tellehastigheten registrert If CA(R) is defined as the count rate recorded

i vindu B for vilkårlig R, fremgår at: in window B for arbitrary R, it appears that:

Forholdslikhetene C^/Cg i ligning 8, som fremkommer på denne måte, skyldes det forhold at en større fraksjon av den primære 6,13 og 7,12 MeV gammastråling degraderes ved spredning eller uelastisk vekselvirkning med det intervenerende materiale når avstanden R mellom den aktiverte vannstrømning og detektoren økes. Ved å kalibrere et system for vannstrømningsdetek-sjon på bakgrunn av den spektrale degradering som funksjon av den radiale avstand R, tilveiebringes et redskap for bestemmelse av den ukjente radiale avstand R til sentrum av strømningen. Denne avstand R kan deretter i sin tur benyttes i forbindelse med ligning 7 for kvantitativ bestemmelse av vannstrømningsyo-lumhastigheten. The ratios C^/Cg in equation 8, which appear in this way, are due to the fact that a larger fraction of the primary 6.13 and 7.12 MeV gamma radiation is degraded by scattering or inelastic interaction with the intervening material when the distance R between the activated water flow and the detector is increased. By calibrating a system for water flow detection on the basis of the spectral degradation as a function of the radial distance R, a tool is provided for determining the unknown radial distance R to the center of the flow. This distance R can then in turn be used in connection with equation 7 for quantitative determination of the water flow volumetric velocity.

I fig. 6 er resultatene av en eksperimentell kalibre-ring av forholdet mellom tellehastigheter CA/Cg/som ble målt under ukjente strømningsforhold under testen, som en funksjon av R inntegnet med assosierte tegn for normale avvikelsesfeil. In fig. 6 are the results of an experimental calibration of the ratio of count rates CA/Cg/ measured under unknown flow conditions during the test as a function of R plotted with associated signs of normal deviation errors.

I fig. 6 er det videre inntegnet resultater fra en Monte Carlo-computerberegning for en 6,13 MeV punktgammastrålingskilde ved forskjellige avstander R fra en gammastrålingsdetektor. Monte Carlo-beregningene baserer seg på sannsynlighetsteori og benyttes for å forutsi den ukolliderte eller udegraderte gammastrå-lingsfluks som funksjon av den radiale avstand fra kilden til detektoren ved bruk av kjente fysikklover vedrørende Compton-effekten. Det skal bemerkes at det er utmerket overensstemmelse mellom den eksperimentelle kurve og Monte-Carlo-beregningene, som antydet av datapunktene i fig. 6. In fig. 6, results from a Monte Carlo computer calculation for a 6.13 MeV point gamma radiation source at different distances R from a gamma radiation detector are also plotted. The Monte Carlo calculations are based on probability theory and are used to predict the undegraded or undegraded gamma radiation flux as a function of the radial distance from the source to the detector using known laws of physics regarding the Compton effect. It should be noted that there is excellent agreement between the experimental curve and the Monte-Carlo calculations, as indicated by the data points in Fig. 6.

I de to vannstrømnings-detektorsonder som_skal omtales mer detaljert nedenfor, kan forholdet av tellehastighetene ved de to valgte energivinduer CA og Cg fra nærmeste detektor måles. Avstanden R fra sentrum av vannstrømningen til denne detektors sentrum kan deretter bestemmes ved sammenligning av de bakgrunnskorrigerte tellehastigheter ved disse to energivinduer med det forhold som er illustrert i fig. 6, slik at R, dvs. avstanden fra detektorens sentrum til sentrum av vannstrøm-ningen, kan bestemmes. Tellehastighetsforholdet i nærmeste detektor benyttes for dette formål fordi denne vil ha større tellehastighet og således vil gi større statistisk nøyaktighet. Det skal dog bemerkes at dette forhold også vil gjelde A detektoren og om ønsket, kan A detektorens tellehastighet benyttes alternativt eller supplementært til nærmeste detektors telle-hastighetsf orhold for dette formål. Tellehastighetene ved de to forskjellige detektorene kan benyttes for beregning av v, den lineære strømningshastigheten, og ved deretter å benytte forholdet i ligning 7 kan strømningsvolumhastigheten V utledes, når R er blitt bestemt på denne måten. In the two water flow detector probes which will be discussed in more detail below, the ratio of the counting rates at the two selected energy windows CA and Cg from the nearest detector can be measured. The distance R from the center of the water flow to the center of this detector can then be determined by comparing the background-corrected count rates at these two energy windows with the relationship illustrated in fig. 6, so that R, i.e. the distance from the center of the detector to the center of the water flow, can be determined. The counting rate ratio in the closest detector is used for this purpose because this will have a greater counting rate and will thus provide greater statistical accuracy. However, it should be noted that this ratio will also apply to the A detector and, if desired, the A detector's counting speed can be used alternatively or additionally to the nearest detector's counting speed ratio for this purpose. The counting rates at the two different detectors can be used to calculate v, the linear flow rate, and by then using the relationship in equation 7, the flow volume rate V can be derived, when R has been determined in this way.

I fig. 7 og 8 er en alternativ teknikk for måling av R skjematisk illustrert. I fig. 7 er tverrsnittet av en dobbelt krystall gammastrålingsdetektor skjematisk illustrert. Denne detektor omfatter en indre krystall 71 som har tilnærmet sylindrisk form og omfatter en natrium- eller cesiumjodid-aktivert detektorkrystall med radius r^og lengde L , og som er anordnet i sentrum av en sylindrisk mantelkrystall 72. Detektorkrystal-len 72 omfatter også en natrium- eller cesiumjodid-talliumakti-vert krystall av den type som av fagfolk er kjent for deteksjon av høyenergi-gammastråling og som har en innvendig radius r2og en utvendig radius r^. To separate fotomultiplikatorrør kan kobles uavhengig optisk til detektorkrystallene 71 og 72 og benyttes for uavhengig deteksjon av scintillasjon eller lysglimt som følge av den gjensidige påvirkning av høyenergi-gammastrålingen og den krystallinske struktur, slik at det kan registreres to separate tellehastigheter CQog av de to sylindriske detektorer 7 2 henholdsvis 71. In fig. 7 and 8 an alternative technique for measuring R is schematically illustrated. In fig. 7, the cross section of a double crystal gamma radiation detector is schematically illustrated. This detector comprises an internal crystal 71 which has an approximately cylindrical shape and comprises a sodium or cesium iodide-activated detector crystal with radius r^ and length L, and which is arranged in the center of a cylindrical mantle crystal 72. The detector crystal 72 also comprises a sodium - or cesium iodide-thallium-activated crystal of the type known to those skilled in the art for the detection of high-energy gamma radiation and which has an inner radius r2 and an outer radius r^. Two separate photomultiplier tubes can be independently connected optically to the detector crystals 71 and 72 and used for independent detection of scintillation or flashes of light resulting from the mutual influence of the high-energy gamma radiation and the crystalline structure, so that two separate counting rates CQ and of the two cylindrical detectors can be recorded 7 2 and 71 respectively.

Hvis man betrakter det aktiverte vannstrømnings-radioaktive nitrogen 16 som en punktgammastrålingskilde anbragt R mm fra midtdetektoren 71, kan det vises at forholdet av tellinger CQregistrert i den ytre krystall og C-^, tellinger registrert i den indre krystall, fremkommer ved ligningen 9: If one considers the activated water flow radioactive nitrogen 16 as a point gamma radiation source located R mm from the center detector 71, it can be shown that the ratio of counts CQ recorded in the outer crystal and C-^, counts recorded in the inner crystal, is given by equation 9:

I ligningen 9 er K en konstant som omfatter en skjermingseffekt av den ytre krystall overfor den indre krystall for gammastrålefluks. Hvis ligning 9 blir numerisk integrert som en funksjon av R ved bruk av de dimensjoner som er gitt i fig. 8, oppnås en kurve som den fullt inntegnede kurve i fig. 8. In equation 9, K is a constant which includes a shielding effect of the outer crystal against the inner crystal for gamma ray flux. If equation 9 is numerically integrated as a function of R using the dimensions given in fig. 8, a curve is obtained like the fully drawn curve in fig. 8.

Fig. 8 illustrerer en grafisk gjengivelse av forholdet Cq/Cjsom funksjon av R, idet den fullt uttrukne kurve benytter de dimensjoner som er vist i figuren. Det fremgår av fig. 8 at R kan oppnås fra forholdet Cq/ C^ hvis dette forhold kan måles med tilstrekkelig nøyaktighet. De to stiplede kurver i fig. 8 omfatter innhyllingskurven for + 2 % nøyaktighet ved bestemmelsen av forholdet C^/ C^ og illustrerer det faktum at R kan bestemmes med en nøyaktighet på 12,7 mm, hvis R er mindre eller lik 127 mm, ved måling av forholdet Cq/C^. med + 2 % nøyaktighet. Hvis det er ønskelig å opprettholde en nøyaktighet som er større enn +12,7 mm ved måling av R, kreves et lengre telleintervall for at man skal oppnå forholdet Cq/C-j. med større nøyaktighet enn + 2 %. Fig. 8 illustrates a graphical rendering of the ratio Cq/Cj as a function of R, the fully drawn curve using the dimensions shown in the figure. It appears from fig. 8 that R can be obtained from the ratio Cq/C^ if this ratio can be measured with sufficient accuracy. The two dashed curves in fig. 8 includes the envelope curve for + 2% accuracy in determining the ratio C^/C^ and illustrates the fact that R can be determined with an accuracy of 12.7 mm, if R is less than or equal to 127 mm, when measuring the ratio Cq/C ^. with + 2% accuracy. If it is desired to maintain an accuracy greater than +12.7 mm when measuring R, a longer counting interval is required to achieve the ratio Cq/C-j. with greater accuracy than + 2%.

For å sammenfatte denne teknikk for måling av strøm-ningsvolumhastigheten V kan registrering av strømningsvolum-hastigheten V oppnås fra det forhold som er angitt i ligning 7, forutsatt at vannstrømningen enten kan anslås eller måles ved en av ovenfor omtalte teknikker. Den lineære strømningshastighet v oppnås som ovenfor omtalt. Under enkelte vannstrømningsforhold kan R måles nøyaktig med en av de ovenfor nevnte teknikker og deretter brukes for beregning av V, strømningsvolumhastigheten. To summarize this technique for measuring the flow volume rate V, recording the flow volume rate V can be obtained from the relationship given in equation 7, provided that the water flow can either be estimated or measured by one of the techniques discussed above. The linear flow rate v is obtained as discussed above. Under certain water flow conditions, R can be accurately measured by one of the above mentioned techniques and then used to calculate V, the flow volume rate.

I enkelte tilfeller kan det være nødvendig å anslå R. Dette In some cases it may be necessary to estimate R. This

kan gjøres ved at man antar at vannstrømningen er i en kanal eller et hulrom i betongringen som omgir rørledningen utenfor borehullet. I et slikt tilfelle kan R anslås å være 12,7 til 25,4 mm større enn den kjente utvendige rørdiameter. I dette tilfelle kan vannstrømningsvolumet deretter på lignende måte oppnås ved hjelp av ligningen 7. I begge tilfeller er teknikker for bestemmelse av den lineære strømningshastighet v og en kvantitativ måling av strømningsvolumhastigheten V av vannet i en betongkanal eller et ringformet hulrom bak røret i et borehull beskrevet ovenfor. I de følgende avsnitt skal vannstrøm-nings-deteksjonssystemer og driftsmessige måleteknikker behand-les nærmere til bruk under forskjellige borehull- og produksjons-forhold for deteksjon og måling av vannstrømningen utenfor rørledningen i et borehull. can be done by assuming that the water flow is in a channel or a cavity in the concrete ring that surrounds the pipeline outside the borehole. In such a case, R can be estimated to be 12.7 to 25.4 mm larger than the known outside pipe diameter. In this case, the water flow volume can then be similarly obtained using equation 7. In both cases, techniques for determining the linear flow rate v and a quantitative measurement of the flow volume rate V of the water in a concrete channel or an annular cavity behind the pipe in a borehole are described above. In the following sections, water flow detection systems and operational measurement techniques will be treated in more detail for use under different borehole and production conditions for detecting and measuring the water flow outside the pipeline in a borehole.

Det utstyr som benyttes for gjennomføring av vann-strømningsmålingene som er omtalt ovenfor, baserer seg på aktivering av oksygen ,16 kjerner ved innfangning av neutroner med en energi som er lik eller større enn 10 MeV. Dette nødvendiggjør bruk av en neutrongenerator som kan generere tilstrekkelig intensitet av neutroner med en energi på 10MeV eller mer, slik at målingen kan utføres. De mest alminnelig tilgjengelige neutrongeneratorer er de som baserer seg på deuterium-tritium-reaksjonen for generering av denne fluks av høyenergineutroner med tilstrekkelig intensitet til målinger av denne type. Deuterium-tritium-reaksjon-neutrongeneratorene kalles vanligvis neutronkilder av akselleratortypen. The equipment used to carry out the water flow measurements mentioned above is based on the activation of oxygen 16 nuclei by capturing neutrons with an energy equal to or greater than 10 MeV. This necessitates the use of a neutron generator that can generate sufficient intensity of neutrons with an energy of 10 MeV or more, so that the measurement can be carried out. The most commonly available neutron generators are those that rely on the deuterium-tritium reaction to generate this flux of high-energy neutrons with sufficient intensity for measurements of this type. The deuterium-tritium reaction neutron generators are usually called accelerator-type neutron sources.

Neutrongeneratorer av akselleratortypen omfatter vanligvis et evakuert hylster med et targetmateriale i en ende som er impregnert med et høyt prosentinnhold av tritium. Dette targetmateriale holdes på et høyt negativt potensial (ca. 128 Neutron generators of the accelerator type usually comprise an evacuated casing with a target material at one end which is impregnated with a high percentage content of tritium. This target material is kept at a high negative potential (approx. 128

kV) med hensyn til deuteriumkjernekilden som skal aksellereres på det. I motstående ende av den evakuerte beholder foreligger en ionkilde og en deuteriumkjernekilde, vanligvis kalt kV) with respect to the deuterium nuclear source to be accelerated on it. At the opposite end of the evacuated container there is an ion source and a deuterium nuclear source, usually called

"replenisher". Under drift vil slike akselleratorkilder generere en konsentrasjon av deuteriumioner fra ionekilden, hvilke foku-seres til en stråle av elektrostatiske linser og aksellereres av det høye negative potensial mot targetmaterialet som er impregnert med tritiumkjerner. Som følge av den høye aksellerasjons-spenning overvinnes den elektrostatiske coulombrepulsjon mellom deuteriumkjerner og tritiumkjerner og den termonukleære fusjons-reaksjon finner sted under generering av forholdsvis stor intensitet av neutroner med en energi på ca. 14 MeV. "replenish". During operation, such accelerator sources will generate a concentration of deuterium ions from the ion source, which are focused into a beam by electrostatic lenses and accelerated by the high negative potential towards the target material which is impregnated with tritium cores. As a result of the high acceleration voltage, the electrostatic coulomb repulsion between deuterium nuclei and tritium nuclei is overcome and the thermonuclear fusion reaction takes place during the generation of a relatively high intensity of neutrons with an energy of approx. 14 MeV.

Ved konstruksjonen av utstyret for gjennomføring av vannstrømningsmålingene som nevnt ovenfor, vil det, fordi det er nødvendig å benytte en neutronkilde av akselleratortypen, oppstå et problem i den fysiske konstruksjon av borehulldelen av systemet. Dette problem skyldes det forhold at det kreves en nøyspenningsforsyning for generering av det ca. 125 kV potensial som kreves av neutronkilden for aksellerering av deuterium-ionene. Den mest effektive høyspenningskilde av denne type er nok en flertrinns Cockroft-Walton Voltage Multiplier Circuit. In the construction of the equipment for carrying out the water flow measurements as mentioned above, because it is necessary to use a neutron source of the accelerator type, a problem will arise in the physical construction of the borehole part of the system. This problem is due to the fact that a high voltage supply is required to generate the approx. 125 kV potential required by the neutron source to accelerate the deuterium ions. The most efficient high voltage source of this type is probably a multi-stage Cockroft-Walton Voltage Multiplier Circuit.

En anordning for generering av høy spenning som den som kreves av akselleratorrøret, når dette anbringes i et måleapparat for borehull, krever betydelig utstrekning i lengderetningen for stabling av spenningsmultiplikatortrinnene i lengderetning langs borehull-måleapparatets lengde, samtidig som det tilveiebringes tilstrekkelig isolasjon rundt disse spenningsmultiplikatortrinn til å hindre spenningsødeleggelse av isolatorene. A high voltage generation device such as that required by the accelerator tube, when placed in a downhole meter, requires considerable longitudinal extension to stack the voltage multiplier stages longitudinally along the length of the downhole meter while providing sufficient insulation around these voltage multiplier stages to to prevent voltage destruction of the insulators.

I fig. 9A, 9B og 9C er nedre sonde for vannstrøm-ningsdeteksjonsmåling skjematisk illustrert. Sonden består av flere komponentseksjoner som kan ombyttes fysisk for å utføre trinn i deteksjonen av vannstrømning bak røret ifølge de ovenfor omtalte prinsipper. Øvre ende av denne sonde er forsynt med et hode 91 som er ca. 254 mm langt. En styre- og detektorelektro-nikkseksjon 92 er festet til hodet og er ca. 1905 mm lang. Detektorseksjonen 93 inneholder to gammastrålingsdetektorer som kan omfatte thalliumaktiverte natriumjodidkrystalldetektorer In fig. 9A, 9B and 9C are schematically illustrated lower probe for water flow detection measurement. The probe consists of several component sections that can be physically interchanged to perform steps in the detection of water flow behind the pipe according to the principles discussed above. The upper end of this probe is provided with a head 91 which is approx. 254 mm long. A control and detector electronics section 92 is attached to the head and is approx. 1905 mm long. The detector section 93 contains two gamma radiation detectors which may comprise thallium activated sodium iodide crystal detectors

(ca. 50,8 mm ganger 101,6 mm sylindere) og et jernskjold som er anbragt i den motsatte enden av neutrongeneratoren. Under detektorseksjonen i fig. 9A er neutrongenerator- og kraftforsyningsseksjonen anordnet og omfatter neutrongeneratoren 94 og kraftkilden 95 for 125 kV høyspenning. De avstander som (approx. 50.8 mm by 101.6 mm cylinders) and an iron shield which is placed at the opposite end of the neutron generator. Under the detector section in fig. 9A, the neutron generator and power supply section is arranged and comprises the neutron generator 94 and power source 95 for 125 kV high voltage. The distances which

foretrekkes mellom neutronkilden og detektorene i det sammen-satte apparat er ca. 584,2 henholdsvis 1066,8 mm som vist i fig. 9. Neutronkilde- og kraftforsynings-seksjonen er ca. 2387,6 mm lang. Endelig er det i nedre ende av sonden anordnet en beskyttende "bull plus"-enhet 96 som tjener til å beskytte nedre ende av sonden hvis denne skulle komme i kontakt med bunnen av borehullet eller en hindring i-borehullet. preferred between the neutron source and the detectors in the combined device is approx. 584.2 and 1066.8 mm, respectively, as shown in fig. 9. The neutron source and power supply section is approx. 2387.6 mm long. Finally, a protective "bull plus" unit 96 is arranged at the lower end of the probe which serves to protect the lower end of the probe should it come into contact with the bottom of the borehole or an obstacle in the borehole.

Det problem som oppstår skyldes lengden (2387,6 mm) av høyspenningskilden. Fagfolk vil forstå at for deteksjon av en vannstrømning som er oppadrettet, må strømningen først passere neutronkilden og deretter detektorene under sin bevegelse. Dette tilsier formen som vist i fig. 9B hvor detektorseksjonen 93 av måleapparatet er anordnet ovenfor høyspennings-forsynings- og neutrongenerator-seksjonen 94 og 95. Men for deteksjon av en nedadrettet vannstrømning kreves den form som er vist i fig. 9C hvor den nedadrettede vannstrømning først må passere neutronkilden og deretter gammastrålingsdetektorene, slik at strømningen skal kunne måles som omtalt ovenfor. Ved denne form må neutronkilde-kraftforsyningsseksjonen 94, 95 være anordnet ovenfor detektorseksjonen 93 i borehullapparatet. The problem that arises is due to the length (2387.6 mm) of the high voltage source. Those skilled in the art will appreciate that for detection of a water flow that is directed upward, the flow must first pass the neutron source and then the detectors during its movement. This indicates the shape as shown in fig. 9B where the detector section 93 of the measuring apparatus is arranged above the high voltage supply and neutron generator sections 94 and 95. But for detection of a downward water flow, the form shown in fig. 9C where the downward water flow must first pass the neutron source and then the gamma radiation detectors, so that the flow can be measured as discussed above. In this form, the neutron source power supply section 94, 95 must be arranged above the detector section 93 in the borehole apparatus.

Ettersom gammadetektorene må være anordnet innen rimelig avstand fra neutrongeneratorens targetmateriale, må det tritiumimpregnerte targetmateriale i neutronkilden 94 være anordnet så nær skjoldpartiet av detektorseksjonen 93 som mulig. Dette krever utformingen av en neutronkilde 94 og kraftforsynings 95 seksjon som er reversibel (dvs. kan forbindes for drift i begge ender) når man går over fra den form som er vist i fig. 9B til den som er vist i fig. 9C, slik at man kan registrere både oppad- og nedadrettede vannstrømninger. På lignende måte er alle komponentpartier av borehullapparatet i fig. 9 konstruert i modulform. Disse moduler kan forbindes ved væsketett sammen-skruing og avtettes mot inntrengning av borehullvæske ved tetninger i hver skjøt. As the gamma detectors must be arranged within a reasonable distance from the neutron generator's target material, the tritium-impregnated target material in the neutron source 94 must be arranged as close to the shield part of the detector section 93 as possible. This requires the design of a neutron source 94 and power supply 95 section which is reversible (ie can be connected for operation at both ends) when changing from the form shown in FIG. 9B to that shown in FIG. 9C, so that both upward and downward water flows can be registered. In a similar manner, all component parts of the borehole apparatus in fig. 9 constructed in modular form. These modules can be connected by liquid-tight screwing together and sealed against penetration of borehole fluid by seals in each joint.

Nedre sonde som er skjematisk illustrert i fig. 9A, Lower probe which is schematically illustrated in fig. 9A,

B og C er også forsynt med sentraliseringsorganer 97 som kan omfatte sylindriske gummiarmer eller lignende som strekker seg ut i kontakt med innerveggen av borerøret når sonden senkes for måling. Disse sentraliseringsarmer 97 holder sondelegemet sentralt i røret for å bidra til å opprettholde sylindrisk symmetri av målingene. Hvis sonden var i stand til å hvile mot rørsiden, kunne den svikte når det gjaldt å registrere vann-strømninger på motsatt side av røret som følge av manglende ømfindtlighet på grunn av den økte avstand mellom neutronkilden og detektorene og det strømmende vannet. B and C are also provided with centralizing means 97 which may comprise cylindrical rubber arms or the like which extend out into contact with the inner wall of the drill pipe when the probe is lowered for measurement. These centralizing arms 97 keep the probe body central in the tube to help maintain cylindrical symmetry of the measurements. If the probe was able to rest against the pipe side, it could fail to detect water flows on the opposite side of the pipe due to a lack of sensitivity due to the increased distance between the neutron source and detectors and the flowing water.

Elektronikkseksjonen 92 for borehullsonden funksjo-nerer som nærmere omtalt nedenfor, for styring av neutronkildens 94 drift og forsyning av høyspenning til drift av detektorene som befinner seg i sondens detektorseksjon 93. Elektronikkseksjonen 92 skaffer også synkroniseringspulser i begynnelsen av hver neutronsprengning. Elektronikkseksjonen 92 inneholder videre kretser for sending av elektriske pulssignaler fra detektorene og synkroniserings-pulssignaler til målekabelen opp til overflaten. The electronics section 92 for the borehole probe functions as described in more detail below, for controlling the operation of the neutron source 94 and supplying high voltage for the operation of the detectors located in the probe's detector section 93. The electronics section 92 also provides synchronization pulses at the beginning of each neutron blast. The electronics section 92 further contains circuits for sending electrical pulse signals from the detectors and synchronization pulse signals to the measuring cable up to the surface.

I fig. 10 er et målesystem for borehull ifølge foreliggende oppfinnelse skjematisk vist i et borehull sammen med overflate-utstyret. En borehullsonde 104 som i praksis er konstruert ifølge modulsystemet som vist i fig. 9A, B og C, er opphengt i et borehull 100 ved hjelp av en armert målekabel 111 og sentralisert ved hjelp av sentraliseringsorganer 105, som tidligere omtalt, i forhold til borerøret 102. Borehullet som er forsynt med et rør er fylt med brønnvæske 101. Borehullsonden i fig. 10 er forsynt med dobbelte gammastrålingsdetektorer 124 og 125, som er vist montert i fig. 9C for registrering av nedadgående vannstrømning utenfor røret 102. Borehullsonden er også forsynt med en 125 kV kraftkilde og en neutrongenerator 126 av tidligere omtalte type. Sondens 104 elektronikkseksjon 127 svarer til elektronikkseksjonen 92 i fig. 9A, B og C. In fig. 10 is a measurement system for boreholes according to the present invention schematically shown in a borehole together with the surface equipment. A borehole probe 104 which in practice is constructed according to the module system as shown in fig. 9A, B and C, is suspended in a borehole 100 by means of an armored measuring cable 111 and centralized by means of centralizing means 105, as previously mentioned, in relation to the drill pipe 102. The borehole, which is provided with a pipe, is filled with well fluid 101. The borehole probe in fig. 10 is provided with dual gamma radiation detectors 124 and 125, which are shown mounted in fig. 9C for recording downward water flow outside the pipe 102. The borehole probe is also provided with a 125 kV power source and a neutron generator 126 of the previously mentioned type. The electronics section 127 of the probe 104 corresponds to the electronics section 92 in fig. 9A, B and C.

Jordformasjoner 123, 107, 108 og 109 er gjennomtrengt av borehullet 100. En sementkanal 110 på en side av sementmantelen 103 for borerøret er illustrert og tillater uønsket væskestrømning i retning nedad fra en vannholdig sandformasjon 107 som forurenser en produksjons-sandformasjon som er adskilt fra vannsandformasjonen 107 ved et skiferlag 108. Når måleinstrumentet 104 er anordnet som vist og detektorkilden er utformet som illustrert i fig. 10, er instrumentet 104 i stand til å registrere uønsket vannstrømning fra den vannholdige sandformasjon 107 gjennom betongkanalen 110 til produksjons-sandformasjonen 109. Perforeringer 106 i røret 102 tillater væske fra produksjons-sandformasjonen å tre inn i borehullet 100 og tillater også uønsket vannstrømning ned langs betongkanalen 110 og inn i borehullet 100. I den utforming som er vist i fig. 10, trenger høyenergineutroner fra neutronkilden 126 gjennom stålrøret 102 og aktiverer oksygengrunnstoffet i vannstrømningen fra de vannholdige sandformasjoner 107 gjennom betongkanalen 110. Vannet som strømmer i kanalen 110 fortsetter deretter forbi detektorene 124 og 125 og gammastråling fra desintegreringen av det radioaktive nitrogen 16 registreres av detektorene 124 og 125 på den måte som tidligere er omtalt. Elektriske pulser med en høyde som er proporsjonal med energien av de forestående gammastråler som registreres av detektorene 124 og 125, sendes til elektronikkseksjonen 127 i borehullinstrumentet og kobles derfra til kabelens 111 ledere og sendes til overflaten i en form som vil bli nærmere omtalt. Earth formations 123, 107, 108 and 109 are penetrated by the wellbore 100. A cement channel 110 on one side of the drill pipe cement casing 103 is illustrated and allows unwanted fluid flow in a downward direction from a hydrous sand formation 107 contaminating a production sand formation that is separate from the water sand formation 107 by a slate layer 108. When the measuring instrument 104 is arranged as shown and the detector source is designed as illustrated in fig. 10, the instrument 104 is capable of detecting unwanted water flow from the hydrous sand formation 107 through the concrete channel 110 to the production sand formation 109. Perforations 106 in the pipe 102 allow fluid from the production sand formation to enter the wellbore 100 and also allow unwanted water flow down along the concrete channel 110 and into the borehole 100. In the design shown in fig. 10, high-energy neutrons from the neutron source 126 penetrate through the steel tube 102 and activate the oxygen element in the water flow from the hydrous sand formations 107 through the concrete channel 110. The water flowing in the channel 110 then continues past the detectors 124 and 125 and gamma radiation from the disintegration of the radioactive nitrogen 16 is recorded by the detectors 124 and 125 in the manner previously discussed. Electrical pulses of a height proportional to the energy of the impending gamma rays detected by the detectors 124 and 125 are sent to the electronics section 127 of the downhole instrument and are connected from there to the conductors of the cable 111 and sent to the surface in a form that will be further discussed.

I fig. 11 er det vist et tidsskjema for bruken av de forskjellige instrumenter ifølge fig. 10, sammen med pulsbølge-formene som opptrer i målekabelen 111. De elektriske pulssignaler som representerer energien av gammastrålingen på detektorene 124 og 125 er illustrert i øvre del av fig. 11, mens nedre del av fig. 11 er en skjematisk gjengivelse av tidsinndelingen i forbindelse med driften av systemet som vist i fig. 10. Det skai bemerkes at en neutronsprengning med 1 millisekunds varighet igangsettes på tidspunktet T = 0 og varer i tiden T = 0 pluss 1 millisekund. Samtidig med igangsettingen av neutronsprengningen i borehullinstrumentet genereres en synkroniseringspuls med stor amplityde og negativ polaritet av den elektroniske seksjon 127 i borehullsonden og kobles til lederne i målekabalen 111. Synkroniseringspulsens amplityde er gjort større enn noen mulig datapulsamplityde fra detektorene. Elektriske pulssignaler som representerer tilfeldig forekommende gammastråler som påvirker detektorene Dl og D2 i sonden 104, blir kontinuerlig koblet til lederne i kabelen 111 for overføring til overflaten via elektronikkseksjonen 127. Pulsene fra detektoren Dl påtrykkes lederen som spenningspulser med negativ polaritet, mens pulser som representerer gammastråler registrert ved detektoren D2, påtrykkes kabelens leder som spenningspulser med positiv polaritet. Ved overflaten benyttes en pulsseparator 115 for å adskille detektorens Dl pulser fra detektorens D2 pulser på grunnlag av deres elektriske polaritet. Pulsene med negativ polaritet sendes som inngang til en synkroniseringspulsdetektor 118 og som en inngang til en tidsport 116. De positive pulser fra detektoren D2 sendes som en inngang til en tidsport 117. In fig. 11 shows a timetable for the use of the various instruments according to fig. 10, together with the pulse waveforms that appear in the measuring cable 111. The electrical pulse signals representing the energy of the gamma radiation on the detectors 124 and 125 are illustrated in the upper part of fig. 11, while the lower part of fig. 11 is a schematic representation of the time division in connection with the operation of the system as shown in fig. 10. It should be noted that a neutron burst with a duration of 1 millisecond is initiated at time T = 0 and lasts for the time T = 0 plus 1 millisecond. Simultaneously with the initiation of the neutron blast in the borehole instrument, a synchronization pulse with large amplitude and negative polarity is generated by the electronic section 127 in the borehole probe and is connected to the conductors in the measuring cable 111. The amplitude of the synchronization pulse is made larger than any possible data pulse amplitude from the detectors. Electrical pulse signals representing randomly occurring gamma rays affecting the detectors D1 and D2 in the probe 104 are continuously connected to the conductors in the cable 111 for transmission to the surface via the electronics section 127. The pulses from the detector D1 are applied to the conductor as voltage pulses with negative polarity, while pulses representing gamma rays registered at the detector D2, the cable's conductor is applied as voltage pulses with positive polarity. At the surface, a pulse separator 115 is used to separate detector D1 pulses from detector D2 pulses on the basis of their electrical polarity. The pulses with negative polarity are sent as an input to a synchronization pulse detector 118 and as an input to a time gate 116. The positive pulses from the detector D2 are sent as an input to a time gate 117.

Synkroniseringspulsdetektoren 118 registrerer de negative synkroniseringspulser med stor amplityde på basis av amplityden og tilførte kondisjoneringspulser til tidsportene 116 og 117 med begynnelse på et tidspunkt 4 millisek. etter igangsettelsen av neutronsprengningen. Det er således et 3 millisek. tidsintervall mellom slutten av neutronsprengningen og kondisjoneringen av tidsportene 116, 117 ved hjelp av synkroniseringsdetektoren og tidsinnstillings-pulsgenerator-kretsen 118. The sync pulse detector 118 detects the large amplitude negative sync pulses on the basis of the amplitude and applied conditioning pulses to the time gates 116 and 117 beginning at time 4 milliseconds. after the initiation of the neutron blast. It is thus a 3 millisec. time interval between the end of the neutron blast and the conditioning of the time gates 116, 117 by means of the synchronization detector and timing pulse generator circuit 118.

Utgangen fra de to detektorer Dl og D2 mates kontinuerlig til målekabelen 111, men hindres fra å nå etter-følgende kretser, idet portene 116 og 117 bare lar de tilfeldig opptredende datapulser nå bearbeidingskretsene under 5,8 5 millisekund intervallet som begynner 4 millisek. etter T = 0 og varer til 9,85 millisek. etter T = 0, som illustrert i tids-skjemaet i fig. 11. The output from the two detectors D1 and D2 is continuously fed to the measuring cable 111, but is prevented from reaching subsequent circuits, since the gates 116 and 117 only allow the randomly occurring data pulses to reach the processing circuits during the 5.85 millisecond interval that begins at 4 milliseconds. after T = 0 and lasts until 9.85 millisec. after T = 0, as illustrated in the time diagram in fig. 11.

Når tidsportene 116 og 117 åpnes av kondisjonerings-pulsen fra synkroniseringspulsdetektoren 118, blir datapulsene fra borehulldetektorparet 124, 125 koblet som innganger til pulshøydeanalysatorene 119 henholdsvis 120. Disse pulshøyde-analysatorer utfører spektralenergiadskillelsen av gammastråler registrert av borehullinstrumentet 104 ved hver detektor 124 og 125 ifølge energivinduene som nevnt tidligere. Den nevnte spektrale degraderingsteknikk kan således brukes til å utlede avstanden R fra detektorsentrum til sentrum for det strømmende vann i betongkanalen 110 ved den metode som er omtalt i forbindelse med kalibreringsskjemaet i fig. 6. For dette formål føres den energidiskriminerte pulshøydeinformasjon fra pulshøyde-analysatorene 119, 120, til en liten computer 121, som kan omfatte en universal-digitalcomputer av typen PDP-11, fremstilt av Digital Eguipment Corporation of Cambridge, Massachusetts.-Computeren 121 kan deretter, når den mottar den energidiskrimi-nerende informasjon, benytte telleforholdteknikken som omtalt ovenfor, med henblikk på forholdet i fig. 6, for å bestemme R, avstanden til vannstrømningssentrum fra en eller begge When the time gates 116 and 117 are opened by the conditioning pulse from the synchronization pulse detector 118, the data pulses from the borehole detector pair 124, 125 are connected as inputs to the pulse height analyzers 119 and 120 respectively. These pulse height analyzers perform the spectral energy separation of gamma rays recorded by the borehole instrument 104 at each detector 124 and 125 according to the energy windows as mentioned before. The aforementioned spectral degradation technique can thus be used to derive the distance R from the detector center to the center of the flowing water in the concrete channel 110 by the method discussed in connection with the calibration chart in fig. 6. For this purpose, the energy discriminated pulse height information from the pulse height analyzers 119, 120 is fed to a small computer 121, which may comprise a universal digital computer of the PDP-11 type, manufactured by the Digital Equipment Corporation of Cambridge, Massachusetts. The computer 121 may then, when it receives the energy discriminating information, use the counting ratio technique as discussed above, with respect to the ratio in fig. 6, to determine R, the distance of the center of water flow from one or both

detektorer. detectors.

Det vil være innlysende for fagfolk at en slik uni-versaldigitalcomputer for bestemmelse av R kan programmeres, f.eks. i et vanlig brukt programmeringskompilerspråk som FORTRAN el.l., for utførelse av de nødvendige beregninger for utledning av vannstrømningshastigheten v samt R. Utgangssigna-ler som er representative for denne ønskede informasjon, ledes fra computeren 121 til en registréringsanordning 122. Som antydet med den stiplede strek 113, kan registreringsanordningen 122 være elektrisk eller mekanisk forbundet med et skivehjul 112 for fremvisning av de interessante størrelser som funksjon av måleinstrumentets dybde i borehullet. På lignende måte kan telleinformasjonen som er bearbeidet i multikanal-pulshøyde-analysatoren 119, 120, ledes til dataregistreringsanordningen 122 og inntegnes eller fremvises som funksjon av måleinstrumentets 104 dybde i borehullet. It will be obvious to those skilled in the art that such a universal digital computer for determining R can be programmed, e.g. in a commonly used programming compiler language such as FORTRAN or the like, for carrying out the necessary calculations for deriving the water flow rate v and R. Output signals which are representative of this desired information are led from the computer 121 to a recording device 122. As indicated by the dashed line 113, the recording device 122 can be electrically or mechanically connected to a disk wheel 112 for displaying the quantities of interest as a function of the measuring instrument's depth in the borehole. In a similar way, the count information processed in the multi-channel pulse height analyzer 119, 120 can be directed to the data recording device 122 and recorded or displayed as a function of the depth of the measuring instrument 104 in the borehole.

Ovenstående beskrivelse har beskjeftiget seg med teorien og utstyret som kan benyttes for registrering av uønsket vannstrømning i betongkanaler eller hulrom bak røret i et borehull. De gjenstående avsnitt skal omhandle driftsmeto-der under forskjellige slags borehullforhold for tillemping av de omtalte fremgangsmåter og apparater. Første betingelse for drift av et strømningsregistrerende system ved bruk av prinsip-pene ifølge oppfinnelsen gjelder driften i et borehull som er forsynt med rør og produserer væske under formasjonstrykk gjennom perforeringer direkte inn i borehullet. Denne situasjon svarer til det borehull som er skjematisk omtalt i forbindelse med fig. 10. The above description has dealt with the theory and equipment that can be used for recording unwanted water flow in concrete channels or cavities behind the pipe in a borehole. The remaining sections will deal with operating methods under different types of borehole conditions for applying the mentioned methods and devices. The first condition for operation of a flow recording system using the principles according to the invention concerns the operation in a borehole which is provided with pipes and produces liquid under formation pressure through perforations directly into the borehole. This situation corresponds to the borehole that is schematically described in connection with fig. 10.

I fig. 10 ses borehullutstyr som tidligere beskrevet i et borehull med perforert rør. Uønsket vannstrømning fra en vannholdig sandformasjon 107 kommuniserer langs en betongkanal 110 gjennom en skiferbrist 108 til en produserende sandformasjon 109, hvor den trer inn i borehullet gjennom rørperforeringer 106. Skjønt fig. 10 illustrerer et tilfelle hvor uønsket vann-produksjon avgis av nedadstrømmende vann fra vannholdig sand 107 til produksjonsformasjonen 109, er det innlysende at det er like sannsynlig at uønsket vannkommunikasjon langs en lignende betongkanal (ikke vist) skjer fra en vannholdig sandformasjon som ligger under produksjonslaget 109. I praksis vil det sjelden være nøyaktig kjent fra hvilken retning det uønskede vann strømmer til. Det er faktisk hensikten med utstyret og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen å muliggjøre en registrering av slike kanaler eller uønsket væskestrømning fra begge ret-ninger . In fig. 10 shows borehole equipment as previously described in a borehole with perforated pipe. Unwanted water flow from a water-bearing sand formation 107 communicates along a concrete channel 110 through a shale crack 108 to a producing sand formation 109, where it enters the borehole through pipe perforations 106. Although fig. 10 illustrates a case where unwanted water production is emitted by downward flowing water from hydrous sand 107 to the production formation 109, it is obvious that it is equally likely that unwanted water communication along a similar concrete channel (not shown) occurs from a hydrous sand formation that lies below the production layer 109 In practice, it will rarely be known exactly from which direction the unwanted water flows. It is actually the purpose of the equipment and the method according to the invention to enable a registration of such channels or unwanted liquid flow from both directions.

Det vil erindres at det er nødvendig å aktivere oksygenelement-kjernene i vannstrømningen for å muliggjøre produksjon av det radioaktive nitrogen 16 hvis radioaktive desintegrering registreres av detektorene 124, 125 med innbyrdes avstand i lengderetningen i borehullinstrumentet 104. Ettersom registreringen av væskestrømning ikke kan forutsis med nøyaktighet, er det nødvendig å benytte seg av modul-instrumen-tering som omtalt i forbindelse med fig. 9A, B og C, slik at modulene kan monteres for registrering av vannstrømning i oppad-eller nedadgående retning bak røret. It will be recalled that it is necessary to activate the oxygen element nuclei in the water flow to enable the production of the radioactive nitrogen 16 whose radioactive disintegration is recorded by the longitudinally spaced detectors 124, 125 in the borehole instrument 104. As the recording of fluid flow cannot be predicted with accuracy , it is necessary to use module instrumentation as discussed in connection with fig. 9A, B and C, so that the modules can be mounted for recording water flow in an upward or downward direction behind the pipe.

Ved eksperimentell bruk av slik modulapparatur har det vist seg at redskapet er i høy grad skjelnende når det gjelder deteksjon av vannstrømningsretninger. I praksis har det vist seg at hvis apparatet er montert for deteksjon av oppadgående vannstrømninger, vil dets respons på en nedadgående vann-strømning i den undersøkte borehull-strekning være omtrent som illustrert i fig. 4 for "ingen vannstrømning" ved bruk av en pulserende neutronkilde eller som illustrert i fig. 3 for "ingen vannstrømning" ved bruk av en kontinuerlig neutronkilde. Apparatet viser seg således å angi den nøyaktige retning av vannstrømningen forbi neutronkilden 126, avhengig av om detektorene 124, 125 befinner seg ovenfor eller nedenfor neutronkilden 125. For registrering av oppadstrømmende vann anbringes detektorene ovenfor neutronkilden og for deteksjon av nedadstrømmende vann anbringes de under neutronkilden. In experimental use of such modular equipment, it has been shown that the tool is highly discriminating when it comes to detecting water flow directions. In practice, it has been found that if the apparatus is mounted for the detection of upward water flows, its response to a downward water flow in the investigated borehole stretch will be approximately as illustrated in fig. 4 for "no water flow" using a pulsed neutron source or as illustrated in fig. 3 for "no water flow" using a continuous neutron source. The apparatus thus turns out to indicate the exact direction of the water flow past the neutron source 126, depending on whether the detectors 124, 125 are located above or below the neutron source 125. To detect upward-flowing water, the detectors are placed above the neutron source and to detect downward-flowing water, they are placed below the neutron source.

Med denne retningsbetingede angivelse for øyet og med henvisning til fig. 10, vil følgende rekkefølge av operasjoner være nødvendig for nøyaktig lokalisering av den uønskede vannstrømning eller kanaldannelse, som er vist i fig. 10. With this directional indication for the eye and with reference to fig. 10, the following sequence of operations will be necessary to accurately locate the unwanted water flow or channel formation, which is shown in FIG. 10.

Først må apparaturen monteres med detektorene 125, 124 anordnet i innbyrdes avstand i lengderetningen, nedenfor neutronkilden 126 for deteksjon av nedadrettet vannstrømning, som vist i fig. 10. Deretter må apparatet senkes til en dybde noe ovenfor det perforerte mellomrom 106 og målinger av desintegreringen av det radioaktive nitrogen 16 i det nedadstrømmende vann i betongkanalen 110 utføres over et passende tidsrom, f.eks. i ca. 5 min. Mens borehullverktøyet 104 er anordnet noe ovenfor det perforerte mellomrom 106, vil det forbli uømfindtlig overfor enhver væskestrømning i røret 102 i oppadgående retning, idet en slik strømning vil passere detektorene 124, 125 først, men ikke neutronkilden 126 før detektorene. Således vil bare det nedadstrømmende vann i betongkanalen 110 aktiveres og registreres av borehull-apparaturen ved denne utforming. First, the apparatus must be mounted with the detectors 125, 124 arranged at a distance from each other in the longitudinal direction, below the neutron source 126 for detection of downward water flow, as shown in fig. 10. Next, the apparatus must be lowered to a depth slightly above the perforated space 106 and measurements of the disintegration of the radioactive nitrogen 16 in the downward flowing water in the concrete channel 110 is carried out over a suitable period of time, e.g. for about. 5 min. While the downhole tool 104 is arranged somewhat above the perforated space 106, it will remain insensitive to any fluid flow in the pipe 102 in an upward direction, such flow will pass the detectors 124, 125 first, but not the neutron source 126 before the detectors. Thus, only the downward flowing water in the concrete channel 110 will be activated and registered by the borehole equipment with this design.

Modulapparatet fjernes deretter fra borehullet og kilde-detektoranordningen byttes om, slik at detektoren monteres ovenfor neutronkilden i sonden som vist i fig. 9C. Apparatet senkes deretter til et punkt noe nedenfor perforeringen 106 i borehullet og oksygenaktiveringsmålesyklusen gjentas over et passende tidsrom. Dette muliggjør deteksjon av en eventuell oppadgående vannstrømning langs betongkanaler nær røret. Ved denne utforming vil borehull-apparatet være uømfindtlig for produsert væske i røret 102 som beveges ned forbi detektorene 124 og 125. The modular device is then removed from the borehole and the source-detector device is replaced, so that the detector is mounted above the neutron source in the probe as shown in fig. 9C. The apparatus is then lowered to a point slightly below the perforation 106 in the borehole and the oxygen activation measurement cycle is repeated for a suitable period of time. This enables the detection of any upward water flow along concrete channels near the pipe. With this design, the borehole apparatus will be insensitive to produced liquid in the pipe 102 which is moved down past the detectors 124 and 125.

Slik kan detektorenes respons på en uønsket væske-strømning langs betongkanaler eller hulrom benyttes i forbindelse med ligning 4 til bestemmelse av den lineære strømningshastighet v av den uønskede vannstrømning i betongkanalen. Retningen av en slik strømning vil selvsagt også defineres samtidig. In this way, the detectors' response to an unwanted liquid flow along concrete channels or cavities can be used in connection with equation 4 to determine the linear flow velocity v of the unwanted water flow in the concrete channel. The direction of such a flow will of course also be defined at the same time.

På lignende måte kan volumhastigheten V av enhver registrert, uønsket væskebevegelse fremkomme ved at man anslår eller måler avstanden R til strømningssentrum fra detektorenes sentra ved hjelp av en av de ovenfor omtalte teknikker. Hvis det ikke er ønskelig å følge en slik måleteknikk, kan den til-nærmede strømningsvolumhastighet V anslås ved at man antar at avstanden R er fra 12,7 mm til 25,4 mm større enn rørets utvendige diameter. Ved bruk av ligning 7 kan volumhastigheten V deretter utledes kvantitativt. In a similar way, the volume velocity V of any registered, unwanted fluid movement can be obtained by estimating or measuring the distance R to the center of flow from the centers of the detectors using one of the above mentioned techniques. If it is not desirable to follow such a measurement technique, the approximate flow volume velocity V can be estimated by assuming that the distance R is from 12.7 mm to 25.4 mm greater than the outside diameter of the pipe. Using equation 7, the volume velocity V can then be derived quantitatively.

De nevnte teknikker er beskrevet som stasjonære målinger. Dette er nok den mest nøyaktige form for strømnings-deteksjon ifølge oppfinnelsen. Det er også eksperimentelt fastslått at vannstrømningsmålesystemet ifølge oppfinnelsen kan drives med borehull-måleapparatet i bevegelse. I dette tilfelle, hvis apparatet beveges med en ringe hastighet, som er nøyaktig kjent, f.eks. ca. 1,5 m i min. el.l., kan apparatet i eksemplet ifølge fig. 10 først anbringes i borehullet med detektorene nedenfor neutronkilden og med begynnelse like over rørperfore-ringene i det område som skal inspiseres. Instrumentet senkes deretter langsomt, kontinuerlig forbi perforeringene 106 over en fastsatt, kort strekning nedenfor perforeringene. På lignende måte kan borehull-apparatet deretter fjernes fra borehullet, detektorer og kilde byttes om og apparatet senkes til en fastsatt stilling under perforeringene 106 og beveges langsomt oppad forbi perforeringene 106. Denne bevegelse fortsettes over en fastsatt strekning ovenfor perforeringene. Ved denne driftstype når detektorene 124, 125 er anordnet nedenfor kilden, vil apparatet forbli forholdsvis ufølsomt overfor sin nedadgående bevegelse. Med detektorene anordnet ovenfor kilden, vil apparatet forbli forholdsvis ufølsomt overfor sin oppadgående bevegelse. Derved er det mulig å registrere i det minste kvalitativt, ved kontinuerlig måling, om det foreligger noen uønsket væskekommunikasjon langs betongmantelen og registrere en eventuell slik kommunikasjon som en funksjon av borehulldybden på den måte som tidligere er omtalt i forbindelse med fig. 10. •Hvis det er ønskelig å bevege borehullinstrumentet oppad med detektorene 124, 125 anordnet under neutronkilden 126 eller hvis det er ønskelig å bevege instrumentet nedad med detektorene 124 og 125 anordnet ovenfor neutronkilden, vil apparatets bevegelse bare legge til en konstant kjent, lineær hastighet til responsen på vannstrømning i den retning som svarer til apparatets ømfindtlige retning. Ettersom bevegelses-hastigheten er kjent, kan denne konstante verdi kompenseres ved å trekkes fra når den lineære strømningshastighet v og strøm-ningsvolumhastighet V beregnes i computersystemet 121 i fig. 10. Med mindre hastigheten av den uønskede vannstrømning er nøyaktig den samme som den hastighet hvormed apparatet beveges gjennom borehullet, slik at det ikke vil eksistere noen relativ bevegelse, ville den uønskede strømning fortsatt registreres under disse forhold. The mentioned techniques are described as stationary measurements. This is probably the most accurate form of flow detection according to the invention. It has also been established experimentally that the water flow measurement system according to the invention can be operated with the borehole measuring device in motion. In this case, if the apparatus is moved at a low speed, which is precisely known, e.g. about. 1.5 m per min. etc., the device in the example according to fig. 10 is first placed in the borehole with the detectors below the neutron source and starting just above the pipe perforations in the area to be inspected. The instrument is then slowly, continuously lowered past the perforations 106 over a fixed, short distance below the perforations. In a similar manner, the borehole apparatus can then be removed from the borehole, detectors and source are exchanged and the apparatus is lowered to a fixed position below the perforations 106 and moved slowly upwards past the perforations 106. This movement is continued over a fixed distance above the perforations. In this mode of operation, when the detectors 124, 125 are arranged below the source, the apparatus will remain relatively insensitive to its downward movement. With the detectors arranged above the source, the device will remain relatively insensitive to its upward movement. Thereby it is possible to register at least qualitatively, by continuous measurement, whether there is any unwanted liquid communication along the concrete mantle and to register any such communication as a function of the borehole depth in the manner previously discussed in connection with fig. 10. •If it is desired to move the borehole instrument upward with the detectors 124, 125 arranged below the neutron source 126 or if it is desired to move the instrument downward with the detectors 124 and 125 arranged above the neutron source, the movement of the apparatus will only add a constant known, linear velocity to the response to water flow in the direction corresponding to the device's sensitive direction. As the speed of movement is known, this constant value can be compensated for by subtracting when the linear flow rate v and flow volume rate V are calculated in the computer system 121 in fig. 10. Unless the rate of the unwanted water flow is exactly the same as the rate at which the apparatus is moved through the borehole, so that there will be no relative motion, the unwanted flow would still be recorded under these conditions.

I enkelte tilfeller kan det være ønskelig å prøve å bestemme lokaliseringen og mengden av en uønsket væskestrømning langs betongkanaler eller hulrom i en produksjonsbrønn som er fullført og i produksjon ved gasshevning. Slike teknikker er nokså vanlige i enkelte geografiske områder hvor det foreligger forholdsvis store mengder naturgass som kan bidra til produksjonen. I slike tilfeller er det alltid ønskelig å prøve å måle den uønskede væskestrømning under driftsbetingelser. Hvis produksjon i den mistenkelige sone stanses for gjennomføring av målinger av uønsket væskestrømning, vil trykkdifferensialer som råder under produksjonen fra produksjonssonen og som bidro til den uønskede væskestrømning nemlig gå tapt når sonen tas ut av produksjon. In some cases, it may be desirable to try to determine the location and quantity of an unwanted fluid flow along concrete channels or cavities in a production well that is completed and in production by gas lift. Such techniques are quite common in certain geographical areas where there are relatively large quantities of natural gas that can contribute to production. In such cases it is always desirable to try to measure the unwanted liquid flow under operating conditions. If production in the suspicious zone is stopped to carry out measurements of unwanted fluid flow, pressure differentials that prevail during production from the production zone and which contributed to the unwanted fluid flow will be lost when the zone is taken out of production.

Ved gasshevning drives en produksjonssone vanligvis gjennom en produksjonsrørledning med forholdsvis liten diameter (76,2 mm) som føres gjennom en pakning som er forankret i røret, vanligvis ca. 15-18 m ovenfor produksjonsperforeringene. Gass-hevningsventiler er anordnet i produksjonsrørledningen ovenfor pakningen og ovenfor perforeringene som tillater produksjon gjennom rørledningen når væskenivået befinner seg under ventilen. Disse ventilene tillater også innføring av naturgass under trykk i det ringformede rom mellom produksjonsrøret og borerøret. Dette trykk benyttes til å tvinge brønnvæsken opp i produksjonsledningen. Gassen som tillates å tre inn i produksjonsledningen danner en slags blæreemulsjon med brønnvæsken som produseres fra perforeringene og løfter denne til overflaten i produksjonsledningen som følge av gasstrykket. . Ved gasshevning er det derfor innlysende at produk-sjonsrørledningen ikke må fjernes fra borehullet, hvis produk-sjonsforholdene skal opprettholdes, ellers vil gasshevnings-apparaturens virkning innskrenkes. Dette ville selvsagt stanse strømningen av produksjonsvæske og sannsynligvis forandre uønsket væskestrømning, slik at denne blir vanskelig for ikke å si umulig å oppdage. In gas lift, a production zone is usually driven through a relatively small diameter production pipeline (76.2 mm) which is passed through a packing which is anchored in the pipe, usually approx. 15-18 m above the production perforations. Gas lift valves are provided in the production pipeline above the packing and above the perforations that allow production through the pipeline when the liquid level is below the valve. These valves also allow the introduction of natural gas under pressure into the annular space between the production pipe and the drill pipe. This pressure is used to force the well fluid up into the production line. The gas that is allowed to enter the production line forms a kind of bubble emulsion with the well fluid produced from the perforations and lifts this to the surface in the production line as a result of the gas pressure. . In the case of gas lifting, it is therefore obvious that the production pipeline must not be removed from the borehole, if the production conditions are to be maintained, otherwise the effect of the gas lifting equipment will be limited. This would of course stop the flow of production fluid and probably change unwanted fluid flow, so that it becomes difficult if not impossible to detect.

For gjennomføring av deteksjon av uønsket væskestrøm-ning samtidig som gasshevning av produksjonsvæske foregår, kreves et måleinstrument som er dimensjonert og tilpasset for passasje gjennom produksjonsledningen. Et slikt apparat kan konstrueres med samme form som det som er omtalt i forbindelse med fig. 9 og 10. Dette vil si at et neutrongeneratorrør og scintillasjonsdetektorer med passende størrelse anordnes i et apparathus som har en total ytre diameter som ikke overstiger ca. 25,4 - 26,9 mm. Dette apparat føres deretter gjennom produksjonsledningen til det ønskede sted for måling av uønsket strømning. In order to carry out detection of unwanted liquid flow at the same time as gas rise of production liquid takes place, a measuring instrument is required that is dimensioned and adapted for passage through the production line. Such an apparatus can be constructed with the same shape as that discussed in connection with fig. 9 and 10. This means that a neutron generator tube and scintillation detectors of suitable size are arranged in an apparatus housing that has a total outer diameter that does not exceed approx. 25.4 - 26.9 mm. This device is then passed through the production line to the desired location for measurement of unwanted flow.

I fig. 12 er fremgangsmåten for måling av uønsket væskestrømning under gasshevning skjematisk antydet. Et borerør 201 er støpt på plass og en produksjonssone som produserer gjennom perforeringer 202 er isolert fra borehullet forøvrig ved en pakning 203, gjennom hvilken en produksjonsledning 204 passerer for å føre den produserte væske til overflaten. En gasshevnings-ventil 205 er anordnet for passende innføring av naturgass under trykk til produksjonsledningen. In fig. 12, the method for measuring unwanted liquid flow during gas lift is schematically indicated. A drill pipe 201 is cast in place and a production zone producing through perforations 202 is isolated from the rest of the borehole by a gasket 203, through which a production line 204 passes to bring the produced fluid to the surface. A gas lift valve 205 is provided for suitable introduction of natural gas under pressure to the production line.

For deteksjon av uønsket nedadrettet væskestrømning føres et gjennomgående rørformet apparat 206 ifølge oppfinnelsen med en kilde-detektoranordning som vist i fig. 12A, gjennom produksjonsledningen til området like ovenfor produksjonsperforeringene 202. Med apparatet som vist i fig. 12A kan en nedadrettet væskestrømning registreres ifølge tidligere omtalte teknikker. Hvis borehull-apparatet er utformet som vist i fig. 12B, med detektorene anordnet ovenfor neutronkilden, og senkes gjennom produksjonsledningen til produksjonssonen og nedenfor perforeringene 202, vil en oppadgående uønsket væskestrømning langs røret registreres som tidligere omtalt i forbindelse med de større apparater. For detection of unwanted downward liquid flow, a continuous tubular apparatus 206 according to the invention is carried with a source detector device as shown in fig. 12A, through the production line to the area just above the production perforations 202. With the apparatus as shown in fig. 12A, a downward fluid flow can be detected according to previously discussed techniques. If the borehole apparatus is designed as shown in fig. 12B, with the detectors arranged above the neutron source, and lowered through the production line to the production zone and below the perforations 202, an upward unwanted liquid flow along the pipe will be recorded as previously discussed in connection with the larger devices.

Ved gjennomføringen av disse målinger kan borehull-apparatet 206 enten være stasjonært anordnet, først ovenfor og deretter nedenfor perforeringene med detektorene først nedenfor og deretter ovenfor neutronkilden, eller apparatet 206 kan senkes langsomt forbi perforeringene eller trekkes langsomt opp forbi perforeringene. I begge tilfeller vil driftsbetingelsene for bestemmelse av lokaliseringen, den lineære strømningshastig-het og strømningsvolumhastigheten av den uønskede strømning i betongkanaler eller hulrom utenfor røret forbli de samme som tidligere omtalt. When carrying out these measurements, the borehole apparatus 206 can either be arranged stationary, first above and then below the perforations with the detectors first below and then above the neutron source, or the apparatus 206 can be slowly lowered past the perforations or slowly pulled up past the perforations. In both cases, the operating conditions for determining the location, the linear flow rate and the flow volume rate of the unwanted flow in concrete channels or cavities outside the pipe will remain the same as previously discussed.

I multisonebrønner produseres to eller flere produksjonssoner som ligger på forskjellige dyp og er isolert fra hverandre ved pakninger i rørledningen, gjennom multirørlednin-ger. I et slikt tilfelle må strømmen fra en dypereliggende produksjonssone selvsagt passere gjennom den eller de grunnere produksjonssoner i sin produksjonsrørledning. Ettersom denne produksjon fra den dypereliggende produksjonssone kan inneholde noe vann, vanskeliggjøres deteksjonen av uønsket væskestrømning bak rørledningen i øvre produksjonssone noe av dette forhold. Det problem som oppstår er derfor hvorledes man skal skjelne overfor den vannholdige væskestrømning i nærliggende produksjonsledning som passerer gjennom en grunnere produksjonssone som er isolert ved pakninger tvers over perforeringene i en slik grunnere sone. In multi-zone wells, two or more production zones are produced which lie at different depths and are isolated from each other by gaskets in the pipeline, through multi-pipelines. In such a case, the flow from a deeper production zone must of course pass through the shallower production zone(s) in its production pipeline. As this production from the deeper production zone may contain some water, the detection of unwanted liquid flow behind the pipeline in the upper production zone is made somewhat difficult by this factor. The problem that arises is therefore how to distinguish between the aqueous fluid flow in a nearby production line that passes through a shallower production zone that is isolated by gaskets across the perforations in such a shallower zone.

Denne situasjon er skjematisk illustrert i fig. 13. This situation is schematically illustrated in fig. 13.

I diagrammene i fig. 13A og 13B er en grunn produksjonssone 303 isolert ved pakninger 304 og 305 fra det 'øvrige borehull og en nedre produksjonssone 306. Den nedre produksjonssone 306 produserer ved gassheving gjennom en produksjonsledning 307 som passerer fullstendig gjennom den grunnere pakningsisolerte produksjonssone 303. Øvre produksjonssone 303 produserer gjennom et sett av perforeringer 308, mens nedre produksjonssone 306 produserer gjennom et annet sett av perforeringer 309. In the diagrams in fig. 13A and 13B is a shallow production zone 303 isolated by seals 304 and 305 from the rest of the wellbore and a lower production zone 306. The lower production zone 306 produces by gas lift through a production line 307 which passes completely through the shallower seal isolated production zone 303. Upper production zone 303 produces through one set of perforations 308, while lower production zone 306 produces through another set of perforations 309.

For å gjøre problemet i forbindelse med deteksjon av uønsket væskestrømning bak røret 310 i øvre sone-mindre kompli-sert, kan nedre sone settes ut av produksjon under måling. To make the problem in connection with the detection of unwanted liquid flow behind the pipe 310 in the upper zone less complicated, the lower zone can be taken out of production during measurement.

Hvis de to produksjonssonene er tilstrekkelig nær hverandre, og den uønskede vannstrømning i øvre sone kommer fra et vannbærende lag mellom de to sonene, kan denne avstengning av nedre sone påvirke vannstrømningsbetingelsene i øvre produksjonssone og dermed gjøre det umulig å måle den uønskede væskestrømning. Ifølge foreliggende oppfinnelse kan uønsket væske i øvre sone som drives med gassheving imidlertid registreres til tross for at det foreligger vannkomponenter i produksjonsledningen 307 som passerer gjennom denne sone. Måleteknikken vil i dette tilfelle imidlertid kreve ytterligere teoretisk forklaring. If the two production zones are sufficiently close to each other, and the unwanted water flow in the upper zone comes from an aquifer between the two zones, this shutdown of the lower zone can affect the water flow conditions in the upper production zone and thus make it impossible to measure the unwanted fluid flow. According to the present invention, however, unwanted liquid in the upper zone operated with gas lift can be registered despite the presence of water components in the production line 307 passing through this zone. In this case, however, the measurement technique will require further theoretical explanation.

Under henvisning til den tidligere omtalte teori om spektraldegradering av gammastråling som følge av avvikende tykkelse av spredningsmaterialet mellom kilden og detektorene for vannstrømning som forekommer på forskjellige avstander fra detektorene, kan tellehastigheten C som registreres i et energi-område eller vindu i (i = A,B) for detektoren j (j = 1,2) etter bakgrunnskorrigering uttrykkes slik Referring to the previously discussed theory of spectral degradation of gamma radiation due to differing thickness of the scattering material between the source and the detectors for water flow occurring at different distances from the detectors, the rate C recorded in an energy range or window in (i = A, B) for the detector j (j = 1,2) after background correction is expressed as follows

T T

hvor C .. er tellehastigheten fra vann som strømmer i produk-1 1 D where C .. is the counting speed from water flowing in product-1 1 D

sjonsledningen som passerer gjennom øvre sone og C F.. er tellehastigheten fra vannet bak rørledningen i øvre produksjonssone i fig. 13. Det kan vises at forholdet mellom de to detektor-tellehastigheter som følge av ledningsstrømningen i energivinduet A er som følger: tion pipeline that passes through the upper zone and C F.. is the count velocity from the water behind the pipeline in the upper production zone in fig. 13. It can be shown that the ratio between the two detector count rates as a result of the conduction flow in the energy window A is as follows:

hvor K = AAS where K = AAS

AS er detektoravstanden AS is the detector distance

vTer den lineære hastighet av væskestrømningen i vTer the linear velocity of the fluid flow i

rørledningen (mm/sek.), og the pipeline (mm/sec.), and

X = 0,0936 sek"<1>X = 0.0936 sec"<1>

Tilsvarende kan forholdet mellom tellehastighetene ved de to detektorene som følge av vannstrømning utenfor rørled-ningen i energivinduet A gjengis slik: Correspondingly, the ratio between the counting rates at the two detectors as a result of water flow outside the pipeline in the energy window A can be reproduced as follows:

hvor v er den lineære strømningshastighet av den uønskede vann-strømning bak rørledningen og K er som tidligere definert. where v is the linear flow rate of the unwanted water flow behind the pipeline and K is as previously defined.

Tellehastigheten C A , x, kan derfor uttrykkes slik: men tellehastigheten ^ ^an også uttrykkes slik: The counting rate C A , x, can therefore be expressed as follows: but the counting rate ^ ^an is also expressed as follows:

Ved at ligning 14 for C T_ løses og settes mn i (13) kan tellehastigheten C , uttrykkes slik: By solving equation 14 for C T_ and putting mn in (13), the counting rate C , can be expressed as follows:

Tilsvarende kan det utvikles en ligning for tellehastigheten i energivinduet CD , som kan uttrykkes slik: Similarly, an equation can be developed for the counting rate in the energy window CD , which can be expressed as follows:

is, l ice, l

men også her kan tellehastigheten C Fn _ uttrykkes slik: Hvis man nå setter ligning 17 inn i ligning 16, fremkommer ligning 18 for den totale tellehastigheten CD n men også tellehastigheten C pA 2 uttrykkes ved ligningen 19: hvor uttrykket L(R^) er en funksjon av R^,, avstanden mellom sondens sentrum og strømningssentrum bak røret. Det skal bemerkes at denne funksjon er illustrert for en spesiell eksperimentell geometri i den grafiske gjengivelse i fig. 6. Et tilnærmet analytisk uttrykk for funksjonen L(R) for en spesiell sondegeometri kan da utvikles og uttrykkes i ligning 20. but here too the counting rate C Fn_ can be expressed as follows: If one now puts equation 17 into equation 16, equation 18 appears for the total counting rate CD n but also the counting rate C pA 2 is expressed by equation 19: where the expression L(R^) is a function of R^,, the distance between the center of the probe and the center of flow behind the pipe. It should be noted that this function is illustrated for a particular experimental geometry in the graphical representation in fig. 6. An approximate analytical expression for the function L(R) for a particular probe geometry can then be developed and expressed in equation 20.

Hvis ligning 19 settes inn i ligning 15, får man ligning 21.. If equation 19 is inserted into equation 15, equation 21 is obtained.

Hvis ligning 18 settes inn i ligning 21, får man ligning 22: If equation 18 is inserted into equation 21, equation 22 is obtained:

Ligning 22 kan løses for den ukjente funksjon L(R^) som gjengis i ligning 22-a. Equation 22 can be solved for the unknown function L(R^) which is reproduced in equation 22-a.

Under henvisning til fig. 13A er avstanden R^,, som måles fra sentrum av sonden 3 03 til sentrum av produksjonsledningen 307, som regel kjent eller kan anslås med rimelig nøyak-tighet. Ligningen 20 kan derfor brukes til beregning av funksjonen L(RT) på grunnlag av R^. Gjenstående ledd på høyre side av ligningen 23 er kjente (K) eller målte størrelser, (CA ^, C- n, Cra , og C0 0) . Ligning 23 kan derfor løses for v„, den lineære strømningshastighet av vannet bak rørledningen.Ligning 15 kan omskrives som ligning 23 og deretter som følger: With reference to fig. 13A, the distance R^, which is measured from the center of the probe 303 to the center of the production line 307, is usually known or can be estimated with reasonable accuracy. Equation 20 can therefore be used to calculate the function L(RT) on the basis of R^. Remaining terms on the right-hand side of equation 23 are known (K) or measured quantities, (CA ^, C- n, Cra , and C0 0) . Equation 23 can therefore be solved for v„, the linear flow rate of the water behind the pipeline. Equation 15 can be rewritten as equation 23 and then as follows:

Leddet vTsom er den lineære strømningshastighet i produksjonsledningen 3 07 kan beregnes ut fra produsert vannmengde (som vanligvis er kjent) og produksjonsrørets 307 tverrsnitt. Gjen-værende ledd på høyre side av ligningen 24 er enten kjent (K), kan beregnes (v ) eller er målt (C , og C _). Ligning 23 kan The term vT, which is the linear flow rate in the production line 307, can be calculated from the amount of water produced (which is usually known) and the cross-section of the production pipe 307. The remaining terms on the right-hand side of equation 24 are either known (K), can be calculated (v ) or have been measured (C , and C _). Equation 23 can

tA , x A , z tA , x A , z

derfor løses for C _. therefore solve for C _.

Ved bruk av vTsom kan beregnes som nevnt ovenfor, og de målte størrelser C,. , , CA _, C0 , og CD , kan ligning 22A When using vT which can be calculated as mentioned above, and the measured quantities C,. , , CA _, C0 , and CD , can equation 22A

A,X A,ZD/J-ti,ZA,X A,ZD/J-ti,Z

løses for L(Rp). Denne verdi rv L(Rp) kan deretter settes inn i ligning 20 for oppnåelse av Rp, radialavstanden mellom sentrum av sonden 3 03 og sentrum av strømningen bak røret. is solved for L(Rp). This value rv L(Rp) can then be inserted into equation 20 to obtain Rp, the radial distance between the center of the probe 303 and the center of the flow behind the pipe.

Ved bruk av v„, oppnådd ved ligning 23, R_ oppnådd Using v„, obtained by equation 23, R_ obtained

FF F FF F

fra ligning 22A og 20 og C A ^ oppnådd fra ligning 24, kan ligning 7 benyttes for beregning av V^,, volumstrømningshastig-heten av vannet bak røret, hvor from equations 22A and 20 and C A ^ obtained from equation 24, equation 7 can be used to calculate V^, the volume flow rate of the water behind the pipe, where

og Q er en empirisk bestemt kalibreringskonstant. and Q is an empirically determined calibration constant.

Ovenstående teknikk er naturligvis like anvendelig både ovenfor og nedenfor perforeringene i øvre produksjonssone i multibrønnen, slik at væskestrømning både oppad og nedad på motstående sider av perforeringene kan registreres selektivt på denne måte. Den teknikk som nettopp er beskrevet kan betegnes som selektiv mot deteksjon av den kjente væskestrømning i pro-duks jonssonen gjennom produksjonsledningen, som passerer fra nedre sone, på basis av at dennes avstand fra detektorene er forskjellig fra avstanden for en eventuell uønsket væskestrøm-ning utenfor røret. The above technique is of course equally applicable both above and below the perforations in the upper production zone in the multiwell, so that liquid flow both upwards and downwards on opposite sides of the perforations can be selectively recorded in this way. The technique just described can be described as selective against detection of the known liquid flow in the production zone through the production line, which passes from the lower zone, on the basis that its distance from the detectors is different from the distance for any unwanted liquid flow outside the pipe.

Det skal bemerkes at hvis de to produksjonssoner i fig. 13 i realiteten befinner seg flere hundre fot fra hverandre, slik at den uønskede væskestrømning i en sone ikke med noen sannsynlighet vil påvirkes av at produksjonen avbrytes i den dypere sone, vil den mest hensiktsmessige teknikk være å bryte produksjonen fra nedre sone for å eliminere påvirkning som følge av denne væskestrømning gjennom produksjonsledningen som passerer gjennom den grunnere produksjonssone. Hvis de to soner som nevnt ovenfor er så nær hverandre at avstengning av produksjonen ikke ville være ønskelig for at driftsparametrene skal opprettholdes så godt som mulig i begge soner, kan den nettopp omtalte teknikk benyttes for å skille ut væskestrømmen utenfor røret fra den .som foregår i produksjonsledningen som passerer i røret. It should be noted that if the two production zones in fig. 13 are in reality several hundreds of feet apart, so that the unwanted fluid flow in a zone is not likely to be affected by production interruption in the deeper zone, the most appropriate technique would be to interrupt production from the lower zone to eliminate influence as a result of this fluid flow through the production line passing through the shallower production zone. If the two zones mentioned above are so close to each other that shutting down the production would not be desirable in order for the operating parameters to be maintained as well as possible in both zones, the technique just mentioned can be used to separate the liquid flow outside the pipe from the one taking place in the production line that passes in the pipe.

Det skal videre bemerkes at samme teori vil passe enten det foreligger to eller flere produksjonssoner som utnyttes på større dyp enn den produksjonssone som undersøkes. I dette tilfelle kan ovenfor omtalte fremgangsmåte og teori utvides som ovenfor omtalt for individuell hensyntagen til hver strømning fra alle produksjonsledninger som passerer gjennom den undersøkte sone. It should also be noted that the same theory will apply whether there are two or more production zones that are exploited at a greater depth than the production zone being investigated. In this case, the above-mentioned method and theory can be extended as mentioned above for individual consideration of each flow from all production lines that pass through the examined zone.

Ved måling vil en sonde med liten diameter (25,4 mm - 26,9 mm) senkes gjennom produksjonsledningen til den produksjonssone som skal undersøkes. Stasjonære oksygenaktiverings-tellehastighets-målinger vil da tas i de to energivinduene A og B både ovenfor og under perforeringene i produksjonssonen, med detektoren anordnet først nedenfor og deretter ovenfor neutronkilden på tidligere omtalte måte. Ovenfor omtalte tolkning av disse tellehastigheter benyttes. Strømningsvolumhastigheten V og den lineære strømningshastighet v av en eventuell, uønsket væskestrømning bak røret ville således kunne registreres. When measuring, a probe with a small diameter (25.4 mm - 26.9 mm) will be lowered through the production line to the production zone to be investigated. Stationary oxygen activation count rate measurements will then be taken in the two energy windows A and B both above and below the perforations in the production zone, with the detector arranged first below and then above the neutron source in the previously mentioned manner. The above-mentioned interpretation of these counting rates is used. The flow volume velocity V and the linear flow velocity v of any unwanted liquid flow behind the pipe could thus be registered.

Det som er beskrevet ovenfor, vil peke ut andre alternative utførelsesformer av fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen. De etterfølgende krav dekker alle slike forandringer og modifikasjoner som fe.ller innenfor oppfinnelsens ramme. What has been described above will point out other alternative embodiments of the method and apparatus according to the invention. The following claims cover all such changes and modifications that fall within the scope of the invention.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for bestemmelse av volumstrømningshas-tigheten for en uønsket vannstrøm bak brønnfqxringsrøret i et produksjonsbrønnborehull,karakterisert vedfølgende trinn: dannelse av hurtige neutroner som er istand til å 16 ^ 6 bevirke kjernereaksjonen 0 (n,p)N ved en kilde i brønnfor-ingsrøret (i og for seg kjent), bestråling med de hurtige neutroner av jordformasjonene innbefattende elementære oksygenkjerner i vannstrømmen utenfor foringsrøret, detektering i brønnforingsrøret ved første og andre detektorer som er avstandsplassert i lengderetning fra hverandre og fra nevnte kilde (i og for seg kjent) av gammastråler som resulterer fra desintegrasjonen av det ustabile isotop N<1>^ som dannes ved kjernereaksjonen, dannelse av elektriske signaler (C^, C21som er representative for de detekterte gammastråler (i og for seg kjent), kombinering (ligning 4) av nevnte signaler for å utlede et signal som er representativt for den lineære strømnings-hastighet (v) for vannstrømmen bak brønnforingsrøret, dannelse av et signal som er representativt for den radielle avstand (R) fra nevnte detektorer til vannstrømmen, og kombinering (ligning 7) av nevnte lineære strømnings-hastighetssignal med det radielle avstandssignal for å utlede et signal som er representativt for volumstrømningshastigheten (V) for vannstrømmen bak foringsrøret ved dybden for bestråling.1. Method for determining the volume flow rate for an unwanted water flow behind the well casing in a production well borehole, characterized by the following steps: formation of fast neutrons capable of 16 ^ 6 causing the nuclear reaction 0 (n,p)N at a source in the well casing (known per se), irradiation with the fast neutrons of the earth formations including elementary oxygen nuclei in the water flow outside the casing, detection in the well casing by first and second detectors which are spaced longitudinally from each other and from said source (in and of itself known) of gamma rays resulting from the disintegration of the unstable isotope N<1>^ formed by the nuclear reaction, formation of electrical signals (C^, C21 which are representative of the detected gamma rays (known per se), combining (equation 4) said signals to derive a signal representative of the linear flow rate (v) of the water flow behind the well casing, forming a signal representative of the radial distance ( R) from said detectors to the water flow, and combining (equation 7) of said linear flow velocity signal with the radial distance signal for to derive a signal representative of the volume flow rate (V) of the water stream behind the casing at the depth of irradiation. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat det utøves nevnte trinn for å utlede nevnte volumstrømningshastighetssignal med hensyn til vann som strøm-mer i en første retning bak foringsrøret, vending av de rela-tive langsgående stillinger på neutronkilden og nevnte første og andre detektorer, og gjentagelse av trinnet for å utlede et ytterligere volumstrømningshastighetssignal i forhold til vannet som strømmer i en andre motsatt retning bak foringsrøret.2. Method according to claim 1, characterized in that said step is performed to derive said volume flow rate signal with respect to water flowing in a first direction behind the casing, reversing the relative longitudinal positions of the neutron source and said first and second detectors, and repeating the step to derive a further volume flow rate signal relative to the water flowing in a second opposite direction behind the casing. 3.Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat bestrålingstrinnet omfatter kontinuerlig bestråling av jordformasjonene rundt foringsrøret med nevnte hurtige neutroner og at detekteringstrinnet omfatter detektering ved første og andre detektorer av gammastråler i et energivindu som utstrekker seg mellom 4,45 MeV og 7,20 MeV.3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the irradiation step includes continuous irradiation of the soil formations around the casing with said fast neutrons and that the detection step includes detection by first and second detectors of gamma rays in an energy window that extends between 4.45 MeV and 7.20 MeV. 4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat bestrålingstrinnet omfatter bestråling av jordformasjonene rundt foringsrøret med pulser av nevnte hurtige neutroner, og at detekteringstrinnet omfatter detektering ved første og andre detektorer av gammastråler i et energivindu som utstrekker seg mellom 2,0 MeV og 7,20 MeV.4. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the irradiation step comprises irradiation of the soil formations around the casing with pulses of said fast neutrons, and that the detection step comprises detection by first and second detectors of gamma rays in an energy window that extends between 2.0 MeV and 7 .20 MeV. 5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,karakterisert vedat detekteringstrinnet omfatter detektering av gammastråler over en tidsperiode som begynner etter et intervall etter opphør av hver nevnte neutronpuls og som opphører før neste nevnte neutronpuls.5. Method according to claim 4, characterized in that the detection step comprises the detection of gamma rays over a period of time which begins after an interval after the cessation of each said neutron pulse and which ceases before the next said neutron pulse. 6. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1 - 5,karakterisert vedat nevnte radielle avstandssignal dannes ved frembringelse av et signal som er representativt for en avstand noe større, f. eks. fra 1 - 4 cm, enn den ytre radius for foringsrøret.6. Method according to one or more of the claims 1 - 5, characterized in that said radial distance signal is formed by generating a signal which is representative of a somewhat larger distance, e.g. from 1 - 4 cm, than the outer radius of the casing. 7. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1 - 6,karakterisert vedat nevnte radielle avstandssignal dannes ved frembringelse av første og andre tellesignaler (CA/Cg) som er representative for de respektive tellinger av gammastråler i to avstandsplasserte energivinduer ved en av detektorene, at det frembringes et forholdssignal (CA/Cg)/som utgjør forholdet mellom første og andre tellesignaler, og (fig.7. Method according to one or more of claims 1 - 6, characterized in that said radial distance signal is formed by generating first and second count signals (CA/Cg) which are representative of the respective counts of gamma rays in two spaced energy windows at one of the detectors, that a ratio signal (CA/Cg) is produced which constitutes the ratio between first and second counting signals, and (fig. 6) at det ut fra forholdssignalet frembringes det signal som er representativt for den radielle avstand (R).6) that the signal representative of the radial distance (R) is produced from the ratio signal. 8. Fremgangsmåte ifølge krav 7,karakterisert vedat nevnte to avstandsplasserte energivinduer dekker energiintervallene 3,25 MeV - 4,0 MeV og fra 4,9 MeV 6,5 MeV.8. Method according to claim 7, characterized in that said two spaced energy windows cover the energy intervals 3.25 MeV - 4.0 MeV and from 4.9 MeV to 6.5 MeV. 9. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1 - 6,karakterisert vedat detekteringstrinnet innbefatter ved en av detektorene, detektering av gammastråler ved både indre og ytre koaksialt innrettede sylindriske detektor-krystaller, og at nevnte radielle avstandssignal dannes ved frembringelse av et forholdssignal (CQ/C^) som utgjør forholdet mellom signaler som er representative for tellinger av gamma stråler detektert av nevnte indre (C^) og ytre (CQ) detektor-krystaller respektivt, og (fig. 8) at det ut fra nevnte forholdssignal frembringes et signal som er representativt for den radielle avstand (R).9. Method according to one or more of claims 1 - 6, characterized in that the detection step includes, at one of the detectors, detection of gamma rays by both inner and outer coaxially aligned cylindrical detector crystals, and that said radial distance signal is formed by generating a ratio signal (CQ /C^) which constitutes the ratio of signals representative of counts of gamma rays detected by said inner (C^) and outer (CQ) detector crystals respectively, and (fig. 8) that a signal representative of the radial distance (R) is produced from said ratio signal. 10. Apparat for bestemmelse av volumstrømningshastig-heten for en uønsket vannstrøm bak et brønnforingsrør i et produksjonsbrønnborehull,karakterisert ved: en modulmålesonde (104) som innbefatter første, andre og tredje moduler (94 + 95, 93, 92), idet den første modul (94 + 95) omfatter en hurtig neutronkilde (S) for bestråling av jordformasjonene rundt for-ingsrøret for å bevirke kjernereaksjonen 0 16 (ra,p)N 16 i vannet i nevnte formasjoner, at den nevnte andre modul (9 3) innbefatter -første og andre gammastråledetektorer (D-^, D2) som er avstandsplassert i lengderetning fra hverandre og fra nevnte kilde (S), en neu-tronskjerm (128) mellom kilden og detektorene, og elektriske signaldannere (127) som er forbundet til nevnte detektor for å danne elektriske signaler representative for de detekterte gammastråler, at den tredje modul (92) innbefatter en kontroll-innretning som er forbundet med nevnte kilde og med detektorene og en signaloverfører for å overføre signaler fra nevnte elektriske signaldannelsesinnretning til jordoverflaten, at en overflatesignalbehandlingsinnretning (114 - 120) er forbundet med en signaloverføringsinnretning for å kombinere nevnte signaler for å utlede et signal som er representativt for den lineære strømningshastighet (v) for nevnte vannstrøm for dannelsen av et signal som er representativt for den radielle avstand (R) fra nevnte detektorer til nevnte vann-strøm og for å kombinere det lineære strømningshastighetssig-nal med det radielle avstandssignal for å utlede et signal som er representativt for volumstrømningshastigheten (V) for vann-strømmen bak foringsrøret ved dybden for bestråling, og at modulene (94 + 95, 93, 92) er beregnet på å forbindes med hverandre med enten en første modul over den andre eller den andre modul over den første i brønnborehullet.10. Apparatus for determining the volume flow rate of an unwanted water flow behind a well casing in a production well borehole, characterized by: a module measuring probe (104) which includes first, second and third modules (94 + 95, 93, 92), the first module (94 + 95) comprises a fast neutron source (S) for irradiating the soil formations around the casing to cause the nuclear reaction 0 16 (ra,p)N 16 in the water in said formations, that said second module (9 3) includes - first and second gamma ray detectors (D-^, D2) which are spaced longitudinally from each other and from said source (S), a neutron screen (128) between the source and the detectors, and electrical signal generators (127) which are connected to said detector to form electrical signals representative of the detected gamma rays, that the third module (92) includes a control device which is connected to said source and to the detectors and a signal transmitter to transmit signals from said electrical ical signal generation means to the earth's surface, that a surface signal processing means (114 - 120) is connected to a signal transmission means for combining said signals to derive a signal representative of the linear flow rate (v) of said water flow to form a signal representative of the radial distance (R) from said detectors to said water stream and to combine the linear flow rate signal with the radial distance signal to derive a signal representative of the volume flow rate (V) of the water stream behind the casing at the depth of irradiation , and that the modules (94 + 95, 93, 92) are intended to be connected to each other with either a first module above the second or the second module above the first in the wellbore.
NO763530A 1975-11-03 1976-10-15 PROCEDURE AND APPARATUS FOR MEASURING UNDESIRABLE WATER INTRODUCTION IN A DRILL NO145743C (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/628,169 US4032778A (en) 1975-11-03 1975-11-03 Behind casing water volume flow rate measurement using gamma ray spectral degradation
US05/628,172 US4028546A (en) 1975-11-03 1975-11-03 Behind well casing water flow detection system
US05/628,174 US4032780A (en) 1975-11-03 1975-11-03 Behind casing water flow detection using continuous oxygen activation

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO763530L NO763530L (en) 1977-05-04
NO145743B true NO145743B (en) 1982-02-08
NO145743C NO145743C (en) 1982-05-26

Family

ID=27417441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO763530A NO145743C (en) 1975-11-03 1976-10-15 PROCEDURE AND APPARATUS FOR MEASURING UNDESIRABLE WATER INTRODUCTION IN A DRILL

Country Status (8)

Country Link
AU (1) AU502652B2 (en)
BR (1) BR7607281A (en)
FR (1) FR2329978A1 (en)
GB (1) GB1505446A (en)
NO (1) NO145743C (en)
NZ (1) NZ182256A (en)
RO (1) RO76913A (en)
YU (1) YU268976A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111042796B (en) * 2018-10-12 2023-07-11 中国石油化工股份有限公司 Oil well annular space passing layered flow measuring device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3115576A (en) * 1959-07-31 1963-12-24 Jersey Prod Res Co Method of controlling well fluid circulation by radioactivation of fluid elements
US3084250A (en) * 1959-11-24 1963-04-02 Res & Aviat Dev Inc Material flow detector and method
US3789217A (en) * 1970-02-10 1974-01-29 Dresser Ind Water production system having means to selectively profile vary borehole fluid flow
US3733486A (en) * 1970-12-30 1973-05-15 Texaco Inc Radiological well logging methods and apparatus for reducing the effect of activation from the detector crystal
US3815677A (en) * 1972-03-03 1974-06-11 Exxon Production Research Co Method for operating in wells
FR2251014A1 (en) * 1973-11-08 1975-06-06 Texaco Development Corp Radioactive well logging - with comparison of neutron capture and aluminium isotope decay radiations

Also Published As

Publication number Publication date
YU268976A (en) 1982-10-31
NZ182256A (en) 1980-11-28
FR2329978B1 (en) 1983-11-18
AU502652B2 (en) 1979-08-02
NO763530L (en) 1977-05-04
RO76913A (en) 1982-02-01
FR2329978A1 (en) 1977-05-27
AU1919676A (en) 1978-05-11
GB1505446A (en) 1978-03-30
BR7607281A (en) 1977-09-13
NO145743C (en) 1982-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1877837B1 (en) Method and apparatus for a density indicator using pulsed neutron instruments
RU2376465C2 (en) Pulsed radiation method for liquid flow velosity indentification
US7253402B2 (en) Apparatus and method for determining thermal neutron capture cross section of a subsurface formation from a borehole using multiple detectors
CN101258425B (en) Measurement of formation gas pressure in cased wellbores using pulsed neutron instrumentation
RU2683382C2 (en) Spatially directed measurements using neutron sources
NO322950B1 (en) Formation density painting using pulsed neutrons
WO2007146179A2 (en) Measurement of water-oil saturation using pulsed neutron instrumentation
US10690802B2 (en) Cement evaluation using neutron tool
US4035640A (en) Behind casing water flow detection using pulsed neutron oxygen activation
US20080251710A1 (en) Method and Apparatus for Determining Silicon Content of the Earth Formations in Cased Well Bores
US4032780A (en) Behind casing water flow detection using continuous oxygen activation
US4032778A (en) Behind casing water volume flow rate measurement using gamma ray spectral degradation
US4028546A (en) Behind well casing water flow detection system
US4071757A (en) Detection of behind casing water flow at an angle to the axis of a well borehole
US4032781A (en) Well fluid production profiling using an oxygen activation flow meter
US4032779A (en) Behind casing water volume flow rate measurement using concentric gamma ray detectors
EP0187000A1 (en) Method of logging fluid flow rate, water fraction, and/or water salinity
US4057720A (en) Behind casing fluid flow detection in producing wells using gas lift
NO342841B1 (en) Measurement of gas pressure in boreholes with casings in formations using pulsed neutron instrumentation
NO149714B (en) PROCEDURE FOR MEASURING THE FLOW SPEED OF SIGNIFICANTLY HORIZONTAL FLUID FLOWS FOR A LINING DRILL
US4047028A (en) Resolution of through tubing fluid flow and behind casing fluid flow in multiple completion wells
NO145743B (en) PROCEDURE AND APPARATUS FOR MEASURING UNWANTED WATER INTRODUCTION IN A DRILL.
CA1084174A (en) Behind casing fluid flow detection in producing wells using gas lift
Paap et al. Behind casing water volume flow rate measurement using gamma ray spectral degradation
Wilson Technology Trends in Evaluating Cement Jobs Using Logging Tools