NO147932B - Fremgangsmaate og apparat for borehullslogging. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt en fremgangsmåte og et apparat for radiologisk undersøkelse av undergrunnsformasjoner som gjennomtrenges av et borehull, og mer spesielt et forbedret synkroniseringssystem for pulset høyfrekvent nøytron-gammastrålelogging der gammastrålene som stammer fra uelastisk nøytronspredning og termisk nøytroninnfangning, blir selektivt detektert og spektralfordelingen av gammastrålene blir bestemt.

Den selektive deteksjon av karakteristiske gammastråler som utgår fra grunnelementer som underkastes nøytronbombardement,

vil av fagfolk på området gjenkjennes som en fremgangsmåte til å identifisere slike elementer. Mer spesielt muliggjør deteksjonen av gammastråler fra karbon, oksygen, silisium, kalsium og visse andre elementer identifisering av de generelle bergtyper i forma-sjoner som gjennomtrenges av borehull og bestemmelse av forekomst eller fravær av hydrokarboner i porerommene til formasjonene. For å identifisere disse elementene må både lav- og høy-energireak-sjoner detekteres, derfor må nøytronkilden være pulset og målinger foretas under nøytronutbruddene når høy-energireaksjoner opptrer og mellom utbruddene når termiske innfangningsreaksjoner opptrer. Detektoren og nøytronkilden må derfor synkroniseres.

Ved borehullslogging blir nøytronkilden og detektoren i undergrunnsinstrumentet forbundet til analyserings- og registrer-ings-systemet på overflaten over minst 20 000 fot kabel som over-fører energi, styre- og detektorsignaler. Siden amplityden til detektorpulsene varierer proporsjonalt med energien til de detekterte gammastråler, må ikke loggekabelen i vesentlig grad forringe energioppløsningen til systemet. De syv-lederkablene som er meget utbredt i borehullsloggingindustrien er blitt funnet generelt aksepterbare til spektralanalyse av gammastråler til tross for deres dårlige høyfrekvensrespons. Detektor- og synkroniseringspulsene som ankommer ved kabelens overflate-ende blir forlenget under overføringen over lederen og er flere mikrosekunder brede når de når kabelens overflate-ende. En unipolar puls som er to eller tre mikrosekunder bred ved undergrunnsenden av en 20 000 fot lang kabel, vil typisk være 10 til 12 mikrosekunder bred ved overflate-enden. Mens denne tidsspredningen er av liten betydning ved lavfrekvent pulsing av kilden, setter den en øvre grense på den kildepulsfrekvens som kan benyttes hvis en synkroniseringspuls blir overført hver gang kilden blir pulset, videre skal det bemerkes at høy pulsfrekvens er ønskelig for de uelastiske detek-sjonssystemene for å oppnå de tellehastighetene som passer for god statistisk nøyaktighet. Siden pulsene blir spredt i tid ved deres forplantning over loggekabelen, er det en større sannsynlighet for pulsopphopning på lederen enn i selve gammastråledetektoren. For å hindre detektorpulsopphopning på ledningen, er det allerede blitt funnet ønskelig å inkorporere den kretsen som er beskrevet i US-patent nr. 3 73 9 172, som tillater bare en puls pr. portintervall å bli matet til kabelen for overføring til overflaten. En slik krets tillater en puls som inntreffer så sent som 100 nanosekunder før slutten av portstyringsintervallet å bli overført som en puls med full bredde.

Hvis for eksempel et lo mikrosekunder bredt nøytronut-brudd og en 10 mikrosekunder bred uelastisk detektorport blir brukt med en 10 mikrosekunder bred innfangningsport i et system pulset ved 20 kHz, er det lite tid tilbake i repetisjonsperioden for overføring av en synkroniseringspuls. Dette er fordi detektorpulsene fra en spesiell detektorport faller innenfor et 20 til 22 mikrosekunder bredt intervall ved kabelens mottagerende. Denne tiden er summen av den lo mikrosekunder brede detektorporten og de 10 til 12 mikrosekunder brede pulsene som mottas ved overflaten siden pulsene godt kan inntreffe like ved slutten av detektor-portintervallet. Med ledninger kortere enn 20 000 fot er tidsspredningen tilsvarende mindre.

For å bruke disse nøytronutbruddene og detektorport-breddene og tillate en liten sikkerhetsmargin mot koinsidens, ville det være nødvendig å øke pulserings- og deteksjonsperioden til omkring 60 mikrosekunder. Siden et av problemene i forbindelse med loggesystemer som detekterer uelastisk gammastråling, er å oppnå tilstrekkelig tellehastigheter til å frembringe en statistisk nøyaktig måling, er det ønskelig å arbeide ved høyere pulsfrekvenser, for eksempel 20 kHz for å ha en pulserings- og deteksjonsperiode på 50 mikrosekunder.

Det er derfor et hovedformål med foreliggende oppfinnelse å utvide den øvre grensen for den brukbare kildepulsfrekvensen i et pulset nøytronloggesystem.

Nærmere bestemt angår således oppfinnelsen en fremgangsmåte for logging av grunnformasjoner som omgir et borehull, ved hvilken det genereres elektriske signaler i et borehullsloggeinstrument i undergrunnen, funksjonelt relatert til i det minste én av grunnformasjonenes karakteristika, under påvirkning av en klokke med en gitt utgangsfrekvens. Det nye og særegne ved fremgangs-måten ifølge oppfinnelsen er definert i patentkravene. Videre omfatter oppfinnelsen et apparat for radioaktiv borehullslogging, som likeledes nærmere angitt og karakterisert i patentkravene.

Ytterligere formål, spesielle trekk og fordeler oppnådd ved hjelp av oppfinnelsen, skal forklares nærmere i den følgende detaljerte beskrivelse under henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 er et sideriss, delvis i tverrsnitt, av et borehullsloggeinstrument i arbeidsstilling og dets tilhørende overflatekretser og annet utstyr; Figur 2 viser skjematisk, i tverrsnitt, en borehulls-loggekabel med syv ledere; Figur 3 er et blokkskjema over kretsene nede i borehullet i henhold til den foreliggende oppfinnelse; Figur 4 er et blokkskjema over overflatekretsene i henhold til den foreliggende oppfinnelse; Figur 5 er et blokkskjema som i større detalj viser en del av overflatekretsene på figur 4; Figurene 6, 7, 8 og 9 viser skjematisk bølgeformer som er representative for de forskjellige signalene som opptrer i kretsene over og under jorden i samsvar med den foreliggende oppfinnelse.

Det vises nå til tegningene i større detalj, spesielt til figur 1, hvor det skjematisk er vist borehullsundersøkelses-utstyr for radioaktivitet der en del av jorden 10 er vist i verti-kalt snitt. En brønn eller et borehull 11 gjennomtrenger jordoverflaten, og hullet kan være foret. Nede i borehullet er borehullsinstrumentet 12 som hører til loggesystemet. Borehulls-instrumentet 12 omfatter et detekteringssystem 13 og en pulset nøytronkilde 14. Instrumentet 12 henger i en kabel 18 som inne-holder de nødvendige ledere for elektrisk forbindelse mellom instrumentet og overflateapparaturen. Kabelen blir viklet på eller av en trommel 20 for hevning eller senkning av instrumentet 12 i borehullet.

Instrumentet 12 blir ført gjennom borehullet når det opptas en radioaktivitetslogg. Dermed vil nøytroner fra kilden 14 bestråle formasjonene som omgir borehullet, og stråling som er påvirket av formasjonene, blir detektert av detekteringssystemet 13. De resulterende signaler blir sendt til overflaten gjennom kabelen 18. Gjennom sleperinger 21 på enden av trommelen blir signalene ledet til overflate-elektronikken 23, hvor signalene blir behandlet og så registrert på registreringsanordningen 24

som forklart mer detaljert nedenfor. Registreringsanordningen 24 blir drevet gjennom en overføring 25 av en målespole 19 over hvilken kabelen 18 er ført slik at registreringsanordningen 24 beveges i korrelasjon med dybden når instrumentet 12 føres gjennom borehullet. Elementene er vist skjematisk, og det skal bemerkes at de tilhørende kretser og kraftforsyninger er tilveiebragt på konvensjonell måte. Instrumenthuset 17 er konstruert for å motstå trykk og mekaniske og temperaturmessige påkjenninger som kan opp-stå ved logging av dype hull, og det omfatter tilstrekkelig plass til å romme nødvendig apparatur og tillate at det kan sendes stråling gjennom huset. Signalene nede i hullet blir behandlet i den der anordnede elektronikk 16, beskrevet nærmere nedenfor, og etter at overflatesignalene er mottatt fra sleperingene 21, blir de sendt til overflate-elektronikken 23 ved hjelp av lederne 22.

på figur 2 er det illustrert en konvensjonell syv-leders loggekabel 18 som normalt har en sentral leder 31 rundt hvilken seks ytterligere ledere 30 er anordnet. Lederne 30 er dekket av en isolerende kappe 32 og av en ytre armering 33 for mekanisk styrke..

Ved en loggeoperasjon som illustrert på figur 1, er nøy-tronkilden og detektoren i borehullsinstrumentet 12 adskilt fra behandlings- og registreringsutstyret 23 på overflaten med så mye som 6 til 8 kilometer med loggekabel som overfører kraft og signaler. Synkroniseringspulser må overføres sammen med detektor-signalene for å tilveiebringe et middel for synkronisering av behandlingsutstyret på overflaten med genererings- og detekteringssystemet nede i hullet. Fagfolk på området vil innse fordelene ved å bruke en flerlederkabel som vist på figur 2, til forbind-elsen mellom utstyret nede i hullet og overflateapparaturen, spesielt i forbindelse med induksjonselektriske og akustiske målinger. Det er også ønskelig å bruke slike kabler i forbindelse med pulsede nøytronspektralanalysesystemer, og siden frekvens-responsen til de ytre lederne 30 er dårligere enn for inner-lederen 31, er det funnet hensiktsmessig å bruke senterlederen til signaloverføring og de ytre lederne til kraft- og styre-ledninger.

Synkroniseringspulsene som mottas ved overflateenden av den opp til 20000 fot lange loggekabelen som man ofte finner ved borehullslogging, har en bredde på omkring 10 mikrosekunder på grunn av kabelens dårlige høyfrekvensrespons. Ved lave repetisjonsfrekvenser, for eksempel 2 kHz eller lavere, er overføring av et synkroniseringssignal for hvert nøytronutbrudd ikke særlig vanskelig, derimot ved høye repetisjonsfrekvenser, for eksempel 20 kHz, representerer synkroniseringspulsen en stor del av repetisjonsperioden. Hvis derimot synkroniseringspulsene blir nedskalert og overført bare en eller to prosent av tiden, resulterer det i henhold til oppfinnelsen i en betydelig forbedring siden synkroniseringen blir regenerert på overflaten ved hjelp av en fasekoherent, faselåst sløyfe.

Figur 3 illustrerer apparaturen og kretsene nede i hullet for frembringelse av nøytronkildesignalene, radioaktivitets-detektorsignalene og de nedskalerte synkroniseringssignalene for overføring til jordens overflate.

Det vises nå til figur 3 hvor borehullselektronikken 16 som er koplet til detektoren 13 er vist i blokkform. Detektoren 13 er en scintillasjonsteller anordnet for spektralanalyse av gammastråling i samsvar med teknikkens stand. I en foretrukken utførelsesform er den et Nai (Tl) krystall med diameter 2 1/2 tomme og lengde 4 tommer koplet til et fotomultiplikatorrør Model No. 4523 tilgjengelig fra RCA. En slik krystall-fotomultiplikator-kombinasjon kan ha en oppløsning på 7,5 til 8,5% for spissen på 660 kev fra cesium 13 7. Detektoren er montert i en Dewarbeholder eller på annen måte beskyttet mot de høye temperaturer som kan opptre i et borehull. utgangen fra detektorkombinasjonen 13 er koplet til en forsterker 40 inne i seksjonen 16 med borehullselektronikken. utgangen fra forsterkeren 40 er koplet til en diskriminator 41 som igjen er koplet til en av de to inngangene på en OG-port 42. Diskriminatoren 41 brukes til å fjerne pulser som har amplityder under en velgbar terskelverdi, og som ellers kunne ha medført opphopning på overføringsledningen som normalt er forbundet med utgangsterminalen 52. En innstilling på 400 keV er vanligvis passende for dette formål. Utgangen fra diskriminatoren 41 blir portstyrt i OG-porten 42 med en spenningspuls som har en nominell bredde på 10 mikrosekunder fra ELLER-porten 103. Utgangen fra OG-porten 42 utløser den monostabile multivibrator-kretsen 47 som er nominelt innstilt for å ha en 1,6 mikrosekunder bred utgangspuls for styring av den lineære porten 48. Utgangen fra klokken 43 trigger den uelastiske monostabile forsinkelses-multivibratoren 101 som igjen utløser den uelastiske monostabile portbreddemultivibratorkretsen 102. Disse kretsene synkroniserer åpningen av den lineære porten 48 med pulsingen av nøytronkilden for å frembringe det uelastiske portstyringsintervallet. Multi-vibrator 102 er av den typen som kan trigges om igjen med en "klargjørings"-inngang 105. Virkemåten til kretsen er slik at hvis en triggerpuls tilføres før slutten av den periode som inn-ledes av en forutgående triggerpuls, vil periodetiden begynne på ny. Etter at kretsen er påvirket av en innledende triggerpuls,

vil Q-utgangen forbli høy inntil slutten av periodetiden eller inntil en "klargjørings"-puls blir tilført, etter hva som inntreffer først. Utgangen fra den monostabile multivibratoren 102

er koplet til den ene inngangen på ELLER-porten 103. "Klargjørings"-inngangen 105 til multivibratoren 102 blir drevet av utgangen fra multivibratoren 47. Resultatet av dette "klargjørings"-signalet er å tilbakestille den uelastiske portmultivibratoren 102 så

snart den første gammastrålen med energi over detektorterskelen blir detektert. Ved å anvende en multivibratorkrets med en "klar-gjørings" -funksjon for kretsen 102, utføres en dobbelt funksjon. For det første frembringer multivibratoren portbreddetidssignalet for bestemmelse av maksimumslengden til den uelastiske deteksjons-porten, nominelt 10 mikrosekunder; og for det andre sørger den for å stenge porten når den første gammastrålingspulsen over dis-kriminatorterskelen er detektert, en funksjon som utføres ved hjelp av en J-K-flip-flop i US-patent nr. 3.739.172.

Utgangen fra klokken 43 blir også tilført den monostabile innfangningsforsinkelsesmultivibratoren 111 som igjen driver

den monostabile innfangningsbreddemultivibrator 112 som også

har en "klargjørings"-inngang og hvis utgang er koplet til den andre inngangen på ELLER-porten 103. "Klargjørings"-inngangen 115 på multivibratoren 112 blir også drevet av utgangen fra multivibratoren 47. Pulsen fra klokken 43 aktiverer, ved hjelp av en NAND-krets 49, en høyspent pulseringsanordning 50 anordnet for å bringe nøytronutgangen til kilden 14 til å avgi pulser ved klokkefrekvensen som beskrevet i us-patent nr. 3 309 522.

De forsterkede pulsene fra forsterker 40 blir også koplet inn på en forsinkelseslinje 51, som er nominelt innstilt til å istandbringe en forsinkelse på 0,4 mikrosekunder, og hvis utgang er koplet til den lineære porten 48.

Utgangen fra klokkekretsen 43 blir også koplet til en skaleringskrets 71 som frembringer utgangspulser ved en frekvens som er forminsket i forhold til klokkefrekvensen. I den foretrukne utførelsesform arbeider klokken 43 ved en frekvens på 20 kHz og skaleringskretsen 71 frembringer pulser ved en frekvens på 200 Hz. Utgangen fra skaleringskretsen 71 er koplet til en synkroniseringspulsgenerator 70 som former pulsene for tilførsel til linjeforsterkeren 120 og NAND-porten 49. De skalerte synkroniseringspulsene blir således frembragt ved en frekvens som er 1% av klokkefrekvensen 43. De skalerte synkroniseringspulsene fra synkroniseringspulsgeneratoren 70 blir koplet til den andre inngangen på NAND-porten 42. Hver gang en synkroniseringspuls opptrer på NAND-portens 49 inngang samtidig med en puls fra klokkekretsen 43, blir det derfor ikke frembragt noe utgangssignal fra NAND-porten 49 og nøytronkilden 14 blir ikke pulset. Kort sagt leverer kilden 14 pulser hver gang klokken 43 leverer pulser unn-tatt ved de tidspunkter da det frembringes skalerte synkroniseringspulser.

I tillegg til de skalerte eller forminskede synkroniseringspulsene er utgangen fra den lineære porten 48 koplet til linjeforsterkeren 120 som igjen er koplet til linjen 18 ved forbindelse til terminalen 52.

Av virkemåten til kretsen på figur 3 skulle klart frem-gå at kretsene i de monostabile multivibratorene 111 og 112 er duplikater av kretsene i multivibratorene loi og 102. Forskjellen ligger i tidskonstanten til hver krets som tillater at det er to portstyringsintervaller som er adskilt, i den foretrukne utførel-sesform med en forsinkelse på 25 mikrosekunder fra begynnelsen av det første til begynnelsen av det andre. Som forklart i det etterfølgende, inntreffer det første portstyringsintervallet under det tidsrom da nøytronkilden er slått på og tillater deteksjon av radioaktivitet som skyldes uelastisk spredning og det andre portstyringsintervallet tillater måling av nøytroninnfang-ning som et resultat av pulsingen av nøytronkilden.

Virkemåten til den del av kretsen på figur 3 som omfatter diskriminatoren 41, forsinkelseskretsen 51 og den monostabile kretsen 102, kan best forklares under henvisning til figur 9,

hvor forskjellige bølgeformer som opptrer i denne del av kretsen på figur 3 er vist grafisk. på figurene 3 og 9 er pulsen som opptrer ved punkt A og har en varighet på 1,2 mikrosekunder, representativ for utgangen fra forsterkeren 40. pulsen som opptrer ved punkt B er representativ for utgangen fra forsinkelseslinjen 51. Punktet C er representativt for utgangen fra den monostabile multivibratoren 47. Punktet D er representativt for utgangen fra ELLER-porten 103. Man vil ved å se på pulsbølgeformene på

figur 9 forstå at den lineære porten 48 er åpen omkring 200 nanosekunder før ankomsten av detektorpulsen og lukkes omkring 200 nanosekunder eller at detektorpulsen passerer gjennom den lineære porten 48. Faktoren på 200 nanosekunder er vist ved de skraverte områdene på bølgeformen C på figur 9. Man vil også legge merke til at den første detektorpulsen som overstiger terskelen til diskriminatoren 41 og begynner innenfor tidsintervallet for port-pulsen fra ELLER-porten 103, blir sluppet gjennom av den lineære porten 48 til forsterkeren 120. Det skal også bemerkes at ved å OG-portstyre pulsen på 10 mikrosekunder fra ELLER-porten med dis-kriminatorutgangen for å frembringe triggingen av den monostabile multivibratoren som igjen styrer åpningen av den lineære porten, istedet for å trigge den monostabile multivibratoren fra diskriminatoren og portstyre utgangen fra multivibratoren og ELLER-port-pulsen som styresignal for den lineære porten, blir en detektor-puls som opptrer nær enden av klokkepulsintervallet sluppet gjennom som en puls med full bredde istedet for å bli kuttet av. Det skal også bemerkes at den monostabile multivibratoren 102 blir tilbake-stilt på forflanken av utgangspulsen fra den monostabile multivibratoren 47 som stenger OG-porten 48. Pulsen som kommer fra den lineære porten 48, har derfor full bredde selv om den skulle opptre

sent i klokkeintervallet.

Som nevnt ovenfor arbeider kretsdelene som tilhører det andre portstyringsintervallet, d.v.s. diskriminatoren 41, forsinkelseslinjen 51 og den monostabile kretsen 111 osv., hoved-sakelig identisk med den ovenfor beskrevne, bortsett fra at for-sinkelsen til kretsen 111 som har en nominell tidskonstant på 25 mikrosekunder, muliggjør deteksjon av nøytroninnfangnings-stråling, men igjen blir bare en enkelt puls sluppet gjennom som opptrer innenfor det 10 mikrosekunders portintervallet sem be-stemmes av.den monostabile kretsen 112. Disse pulsene blir sluppet gjennom den lineære porten 48 til forsterkeren 120 og utgangspulsen fra den lineære porten 48 har igjen full bredde, selv om den skulle inntreffe sent i portintervallet.

Diagrammene som er vist på figur 6 og 7 er eksempler på forholdet mellom nøytronkildepulsen, portintervallene og de detekterte pulsene som opptrer i portintervallene. på figur 6 inntreffer det uelastiske portintervallet i løpet av den tid nøytron-kilden er slått på og innfangningsintervallet, som nominelt er 10 mikrosekunder langt, begynner 15 mikrosekunder etter avslutning-en av det uelastiske portintervallet. på figur 6 indikerer detektorpulsen 170 uelastisk spredning som blir detektert i løpet av det uelastiske portintervallet, og pulsen 171 indikerer nøytron-innfangning som inntreffer i løpet av innfangningsportintervallet. Synkroniseringspulsene 172 og 173 kan bringes til å opptre i løpet av de 10 mikrosekunder som er forut for den tiden da nøytronkilden er på om ønsket, og når dette gjøres, vil de inntreffe som vist på figur 6. Som illustrert på figur 7 er pulsene imidlertid strukket ut sammenlignet med de smale pulsene vist på figur 6, etter at de når jordoverflaten over den lange loggekabelen. Når det brukes en høy frekvens, kan derfor synkroniseringspulsene 172. og 173 lett interferere med de detekterte pulsene 170 og 171. Dette er spesielt tilfelle når detektorpulsene opptrer sent i portintervallet slik som illustrert ved tallene 171' og 170'. Som vist ved de prikkede deler av linjen, faller detektorpulsen 171' tidsmessig sammen med en del av synkroniseringspulsen 173 og en av to ting skjer. Hvis synkroniseringspulsen er av motsatt polaritet, vil de to pulsene ha en tendens til å kansellere hverandre,

og hvis synkroniseringspulsen er av samme polaritet (ikke vist), vil slike tilfeldige sammenfall bare øke amplityden til synkroni-

seringspulsene. Det blir således ganske vanskelig når det brukes slike kretser, å unngå interferens mellom synkroniseringspulsene og de detekterte pulsene.

Det vises nå til figur 4 der overflate-elektronikkretsen 23 er vist i større detalj. Inngangsterminalen 80 til overflate-elektronikken 23 som mottar pulsene fra ioggekabelen, blir koplet til en forsterker 81 hvis utgang blir koplet til en konvensjonell synkroniserings- og signalseparatorkrets 82. Hvis synkroniseringspulsene og signalpulsene er av mosatt polaritet kan de opplagt separeres ved hjelp av polaritetsfølsomme kretser, og hvis de er av samme polaritet, kan de separeres ved hjelp av en spennings-diskriminatorkrets som kjent på området. I den foretrukne utførel-sesform blir synkroniseringspulsene overført med en polaritet som er motsatt av polariteten til de detekterte pulsene, og nøytron-kilden blir ikke pulset under det skalerte synkroniseringsover-føringsintervallet slik at tilfeldige sammenfall ikke eliminerer synkroniseringen. Om ønsket kan også detektorportintervallene stenges i intervallet for overføring av synkroniseringen. Detek-torsignalene blir koplet ut av synkroniserings- og signalsepara-toren over lederen 83 til overflatekretsen 84 som beskrives mer detaljert senere.

Synkroniseringspulsene fra separatorkretsen 83 blir koplet til en fasedetektorkrets 85 hvis utgang er koplet til et lavpass-filter 86 og så til en spenningsstyrt oscillator 87. utgangen fra den spenningsstyrte oscillatoren 87 blir koplet til en skaleringskrets 88 og også til overflatetidskretsen 84 over en leder 89. Utgangen fra skaleringskretsen 88 er koplet tilbake til fasedetektorkretsen 85.

Under drift av kretsen på figur 4 blir de kombinerte synkroniserings- og signalpulsene matet til synkroniseringsseparatoren 82 hvor synkroniseringspulsene blir utskilt og formet for å tilveiebringe en referansefrekvens for fasedetektorkretsen 85. Fasedetektorutgangen blir filtrert og brukt som styrespenning for den spenningsstyrte oscillatoren. oscillatorutgangen blir skalert ved hjelp av en frekvensdeler og matet til den andre inngangen på fasedetektorkretsen 85. Når sløyfen er låst, er utgangsfrekvensen fra den spenningsstyrte oscillatoren lik produktet av referanse-inngangsfrekvensen og skaleringsforholdet. Hvis derfor systemet nede i hullet løper med en frekvens på 20 kHz og synkroniseringspulsene blir skalert og overført med en hastighet på 200 Hz, vil en skalafaktor på 100 (skaleringskrets 88) frembringe en 20 kHz utgang fra den spenningsstyrte oscillatoren. Dette 20 kHz signalet som nå er faselåst til overflateklokken, tilveiebringer synkronisering mellom systemene i borehullet og på overflaten. Man kan således se at systemet i henhold til oppfinnelsen utvider den øvre brukbare pulsfrekvensen mens det opprettholder en ganske sikker margin mot tilfeldig sammenfall mellom synkroniseringspulsene og signalpulsene. Konstruksjonskriteriene for faselåste sløyfe-systemer er velkjente og spesialkonstruerte integrerte kretser er tilgjengelige for dette formål. Se f.eks. "The <p>hase-Locked Loop Data Book", annen utgave, august 1973, utgitt av Motorola, Inc.

Det vises nå til figur 5 hvor tidskretsen 84 på figur 4 er vist mer detaljert. Lederne 83 og 89 som er vist på figur 4,

er koplet til en flerkanals analysatorkrets 90 med fire utganger som hver er forbundet med fire adressedekodere identifisert med tallene 91, 92, 93 og 94. utgangene fra adressedekoderne 91 og 92 er koplet til en subtraheringskrets 95 og utgangene fra dekoderne 93 og 94 er koplet til en subtraheringskrets 96. Utgangene fra dekoderne 91 og 93 er også koplet til en forholdskrets 97 og utgangene fra subtraheringskretsene 95 og 96 er koplet til en forholdskrets 98. utgangene fra forholdskretsene 97 og 98 blir registrert på overflateregistreringsanordningen 24. Virkemåten til flerkanalanalysatoren og adressedekoderne er forklart mer detaljert i søkerens us-patent nr. 4 013 874 som er utgitt 22. mars 1977. I den foretrukne viste og beskrevne utførelsesform er adressedekoderne 91 og 92 hver anordnet for å måle pulser i båndet fra 3,2 til 4,6 Mev.Adressedekoderne 93 og 94 er konstruert for å måle pulser i båndet fra 4,8 til 6,6 Mev. Som kjent har en uelastisk karbongammastråle en spiss ved 4,43 Mev og en silisium-innfangningsstråle har en energispiss ved 4,44 Mev. En uelastisk oksygengammastråle har en energispiss ved 6,13 MeV og en kalsium-innfangningsgammastråle har en energispiss ved 6,41 Mev. Ved å føre utgangene fra dekoderne 91 og 92 til subtraksjonskretsen, blir derfor data fra innfangningstidsintervallet subtrahert fra data fra det uelastiske tidsintervallet for å fjerne innfangnings-bakgrunnsstrålingen fra de uelastiske data. Dette resulterer i at utgangen fra subtraksjonskretsen 95 vedrører uelastiske karbon-gammastråler uten noen innfangningsbakgrunnsforstyrrelser som kan

ødelegge dataene. Ved likeledes å føre utgangene fra dekoderne 93 og 94 til subtraksjonskretsen 96, blir innfangningsbakgrunnen fjernet fra de uelastiske oksygengammastråler for å frembringe en utgang fra subtraksjonskretsen 96 som skyldes uelastiske oksygengammastråler. Karbonutgangen fra subtraksjonskretsen 95 og oksygenutgangen fra subtraksjonskretsen 96 blir kombinert i forholdskretsen 98 for å frembringe et karbon/oksygen-forhold.

Siden innfangningsintervallet som brukes til å korrigere uelastiske karbondata også svarer til gammastråler fra termisk nøytroninnfangning av silisium og innfangningsintervallet som brukes til å korrigere uelastiske oksygendata også reagerer på gammastråler fra termisk nøytroninnfangning fra kalsium, blir det fra forholdskretsen 97 utledet et forhold mellom silisium og kalsium. Silisium/kalsium-forholdsutgangen fra forholdskretsen 97 og karbon/oksygen-forholdsutgangen fra forholdskretsen 98 blir begge registrert av registreringsanordningen 24.

Det skal bemerkes at kretsen på figur 5 er avhengig av

å ha et synkroniseringssignal koplet til flerkanalanalysatoren 90 ved hjelp av lederen 89 for å gjøre de forskjellige adressedekoderne nøyaktige med hensyn til de detekterte pulsene som opptrer i borehullsinstrumentet. De representative bølgeformene som er vist på figur 8 illustrerer forholdet mellom klokkepulsene på figur 8A og genereringen av nøytroner av nøytronkilden på figur 8B. De uelastiske portintervallene på figur 8C svarer til at nøytronkilden blir slått på og innfangningsportintervallene er vist ved 8D. Det skal bemerkes at den skalerte synkroniseringspulsen som opptrer ved 8E inntreffer når nøytronkilden og detek-sjonsportene alle er av som diskutert ovenfor. De regenererte synkroniseringssignalene som er vist ved 8F, er firkantbølger som hensiktsmessig kan ha samme frekvens som klokkefrekvensen i borehullsinstrumentet. I den foretrukne utførelsesformen lagrer flerkanalanalysatoren som er vist på figur 5 data i en del av minnet når det regenererte synkroniseringssignal er høyt (8F) og i en annen del når synkroniseringssignalet er lavt.

Det er her blitt beskrevet og illustrert et system i henhold til oppfinnelsen hvor synkroniseringen mellom overflatens instrumenter og instrumentene i borehullet blir etablert ved regenerering med en faselåst sløyfe at de 20 kHz synkroniseringspulsene i borehullet som har blitt forminsket til en lavere frekvens og overført over loggekabelen. 20 kHz signalene fra den faselåste sløyfen, som er fasesynkronisert med klokken nede i hullet, styrer fordelingen av detektorpulsene i signalbehandlings-systemet på overflaten. Synkroniseringspulsene blir adskilt fra detektorpulsene i synkroniseringsseparatoren og brukt som refe-ransesignal for den faselåste sløyfen. 20 kHz-utgangen fra den faselåste sløyfen, det regenererte synkroniseringssignalet, styrer fordelingen av datasignalene. Detektorpulsene blir matet til det flerkanals pulshøydeanalysatorsystemet og det regenerte synkroniseringssignalet fordeler pulsene som inntreffer i det uelastiske intervallet til et avsnitt av analysatorminnet og pulsene som opptrer i innfangningsmåleintervallet til et annet avsnitt. I den foretrukne utførelsesformen av systemet som her er beskrevet og illustrert, kan derfor høyfrekvenssystemet brukes i borehullsinstrumentet og dataene utnyttes ved jordoverflaten uten de iboende problemer som vanligvis opptrer ved frekvenser av den størrelses-orden. Opplagte varianter vil kunne innses av fagfolk på området. F.eks., hvis synkroniseringspulsene blir frembragt av en meget stabil spenningsreferanse og ved en amplityde større enn detektorpulsene, kan de også brukes som en referanse til å korrigere for systemforsterkningsforandringer forårsaket av temperatur, trykk og andre virkninger som opptrer på loggekabelen. Fa<*>gfolk på området vil også forstå at dette systemet kan brukes i forbindelse med kabler som har en bedre frekvensrespons enn den syv-lederkabelen som det er referert til ovenfor og utvide de øvre pulsingsgrensene som påføres av slike kabler. Selv om den foreliggende oppfinnelse videre beskriver bruk av en synkroniseringspuls fulgt av et par deteksjonsportintervaller, kan også andre borehullsloggesystemer utnytte oppfinnelsen, for eksempel et system hvor et enkelt detek-sjonsportintervall blir brukt ved hvert nøytronutbrudd. Et slikt system for nedskalering av synkroniseringspulsen og så regenerering av pulsen til dens opprinnelige frekvens, vil også kunne utnyttes i andre borehullsloggesystemer.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for Logging av grunnformasjoner som omgir et borehull, ved hvilken det genereres elektriske signaler i et borehullsloggeinstrument i undergrunnen, funksjonelt relatert til i det minste én av grunnformasjonenes karakteristika, under påvirkning av en klokke med en gitt utgangsfrekvens, karakterisert ved : generering av nedskalerte synkroniseringspulser med en frekvens som er lavere enn den nevnte gitte frekvens, overføring av de nedskalerte synkroniseringspulser og de nevnte elektriske signaler til jordoverflaten, regenerering av de nedskalerte synkroniseringssignaler for å avstedkomme synkroniseringssignaler med en frekvens som er lik den nevnte gitte frekvens, og kombinering av de regenererte- synkroniseringssignaler og de elektriske signaler for å oppnå en indikasjon på den nevnte i det minste ene av formasjonens karakteristika.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 ved hvilken det anvendte borehullsloggeinstrument har en nøytrongenerator som blir pulset med en gitt frekvens for å generere de nevnte elektriske signaler, karakterisert ved at genereringen av de nedskalerte synkroniseringspulser finner sted i borehulls-loggeinstrumentet i undergrunnen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at nøytrongeneratoren kobles ut under hver tidsperiode hvorunder en nedskalert synkroniseringspuls blir generert.

4. Apparat for radioaktiv borehullslogging til å avstedkomme målinger av karakteristika av undergrunnsformasjoner som omgir et borehull, omfattende: et langstrakt borehullsloggeinstrument innrettet til å bli ført gjennom et borehull, en nøytrongenerator i loggeinstrumentet, en klokkeanordning i instrumentet for pulsing av nøytron-generatoren ved en gitt frekvens, en detektoranordning i instrumentet for å detektere stråling fra de grunnformasjoner som omgir borehullet, som reak-sjon på bestråling av grunnformasjonen ved hjelp av nøytron-generatoren , en signalgenereringsanordning i instrumentet elektrisk forbundet med detektoranordningen for å generere elektriske signaler som står i funksjonell relasjon til den stråling som detekteres av detektoranordningen, karakterisert ved: en synkroniseringsgenerator i instrumentet elektrisk forbundet med klokkeanordningen for å generere første synkroniseringspulser ved den samme frekvens som den nevnte gitte frekvens, og en skaleringsanordning i instrumentet og elektrisk forbundet med synkroniseringsgeneratoren for å generere nedskalerte synkroniseringspulser som har en frekvens lavere enn den nevnte gitte frekvens, samt en anordning for overføring av de nedskalerte synkroniseringspulser og de elektriske signaler til jordoverflaten.

5. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved en anordning i instrumentet forbundet med synkroniseringsgeneratoren og nøytrongeneratoren, for utkobling av nøytron-generatoren ved opptreden av hver av de nedskalerte synkroniseringspulser .

6. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved en anordning på jordoverflaten for mottagning av de nedskalerte synkroniseringspulser og ut fra disse å regenerere andre synkroniseringspulser med samme frekvens som den nevnte gitte frekvens.

7. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved en anordning på jordoverflaten for utnyttelse av de andre synkroniseringspulser og de elektriske signaler til å avstedkomme en indikasjon på i det minste én av de nevnte karakteristika av de grunnformasjoner som omgir borehullet.