NO172662B - Anordning for aa maale parametere nede i et borehull samt fremgangsmaate for aa logge et borehull - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår anordning for å måle parametere nede i et borehull som angitt i innledningen til krav 1, samt fremgangsmåte for å logge et borehull som angitt i innledningen til krav 9.

Når det bores et borehull under leting etter petroleum, er det nødvendig å tilveiebringe så mye informasjon som overhode mulig med hensyn til art og struktur til formasjonen gjennom hvilken borehullet går. Denne informasjonen er nødvendig for at boreoperatøren skal kunne bestemme fremdriften ved boreoperasjonen og for å styre retningen på boringen for således å fange opp de lønnsomme sonene. I den senere tid har det blitt utført de nødvendige målinger ved hjelp av forboring og så påfølgende logging av borehullet. Dette medfører flere ulemper innbefattende tapt boretid, fordyring og forsinkelse ved uttakning og nedsetting av borestrengen for således å .muliggjøre en "wireoperasjon i borehullet og både oppbygning av en vesentlig boreslamforing av borehullet og inntrengning i formasjonen av borefluider i løpet av tiden mellom boring og målingene. En forbedring med hensyn til disse teknikkene er den nyere teknikken med å måle under boringen, hvor de karakteristiske trekken ved formasjonen bestemmes i det vesentlige samtidig med boringen av borehullet. Måle-mens-borelogging enten delvis eller fullstendig eliminerer behovet for avbrudd av boreoperasjonen for å fjerne borestrengen fra hullet for å gjøre de nødvendige målingene ved hjelp av wireoperasjonsteknikken.

I tillegg til muligheten for å logge de karakteristiske formasjonene i løpet av hvilke borekronen passerer, tilveiebringes informasjonen på en sanntidsbasis, gir vesentlig sikkerhetsfordeler for boreoperasjonen. Endringer i tettheten til borefluidumet eller tettheten til formasjonen eller diameteren på borehullet, ville f.eks. indikere tilstander som muligens ville kreve umiddelbar oppmerksomhet av boreoperatøren for å forhindre en mulig utblåsning. Reduk-sjonen i tettheten på borefluidet kan indikere innstrømning av gass i borehullet fra omgivende formasjon. Det vil derfor være nødvendig å utføre øyeblikkelige korrigerende tiltak for å forhindre en utblåsning, f.eks. ved å endre tettheten på borefluidet.

Som nevnt ovenfor er en av de viktigere informasjonsdelene tettheten til formasjonen gjennom hvilken borehullet passerer. En kjent teknikk for å tilveiebringe denne informasjonen er bruk av gammastråletetthetssonder som er anordninger som generelt inneholder en gammastrålekilde og i det minste en gammastråledetektor som er skjermet fra kilden og som i løpet av bruken av sonden teller fotoner som går ut fra kilden og samvirker med elektroner til materialet i formasjonen primært ved Compton-spredning. Prosentdelen av de utsendte fotonene fra kilden som eventuelt passerer til detektoren etter å ha blitt utsatt for Compont-spredning gjennom formasjonen avhenger av formasjonstettheten. Fotonene som når detektoren blir talt ved hjelp av standard tilkoplede signalbehandlings- og datatelleutstyr.

En av hovedvanskelighetene møtt ved de tidligere kjente tetthetsmåleanordningene er kravet om at loggeanordningen skal være i fysisk kontakt med formasjonen ved borehullsveggen. Dette kravet var nødvendig som følge av at alle kjente anordningene var wirelinjeanordninger og ble anvendt timer eller til og med dager etter boringen. I løpet av denne forsinkelsen kan borefluider både trenge inn i formasjonen og bygge opp et belegg av en vesentlig tykkelse på borehullsveggen, som ville kunne påvirke nøyaktigheten ved de utførte målingene. Det ville ikke være mulig å trekke ut en borestreng og senke ned en wirelineanordning hurtig nok for å unngå inntrengning og/eller boreslamproblemer. Disse problemene er ikke så alvorlige ved en måle-mens-borings-situasjon siden der svært sansynlig ikke er noen betydelig grad av boreslamavsetning på borehullsveggen ved en bore-situasjon og målingene ville generelt bli tatt innenfor en time med boring gjennom et sted som skal bli målt. Noen av forsøkene på å kompensere for boreslamproblemet ved wireline-målingene har innbefattet bruk av to forskjellige detektorer anbrakt med avstand aksialt langs en nedsenkbar pute som blir presset inn i og pløyer gjennom delen med boreslamkaken. Den nærliggende detektoren som mottar strålingen som er spredt delvis fra slamkaken, gir en slamkakekorreksjon for den ytterligere med avstand anbrakte detektoren som mottar strålingen som er spredt prinsipielt på formasjonen. Slike multippeldetektorer er vanligvis anvendt i kombinasjon med et komplisert kollimeringsskjema for nøyaktig å definere utsendt stråle og rette den inn i et bestemt område av formasjonen for å motta ved en bestemt detektor kun strålingen som kommer fra et bestemt område av formasjonen.

Et eksempel på tidligere kjente wirelinetetthetssonder som er påstått å virke uten hensyn til tykkelse og kjemisk sammensetning av materialene som er lokalisert mellom tetthets-sonden og stikkprøvene er beskrevet i US-patent nr.

3.846.631. Den beskrevne teknikken innbefatter å lede to gammastråle-stråler fra to periodiske drevne kilder inn i formasjonen, mottagelse av tilbakespredt stråling fra hver av de to kildene ved hjelp av to separate detektorer og oppbygning av forholdet mellom produktene til de fire separate tellehastighetene på en slik måte at det nummeriske resultatet er en indikasjon på formasjonens tetthet. De to detektorsondene må bli ført ned mot borehull sveggen, som tidligere beskrevet, og avstanden mellom detektorene er en kritisk størrelse. Enhver ujevnhet i formasjonsmaterialet eller borehullsveggen mellom detektorene vil bevirke et feilaktig resultat.

Der er til nå ikke kjent patenterte gammastrålings-densitetsdetekteringsanordninger (tetthetsdetekterings-anordninger) som opererer i en måle-mens-boretilstand.

Tidligere kjente anordninger for måling av innvendig geometri ved borerør er vanligvis mekaniske anordninger som krever fysisk kontakt med borehullsveggene. Dette kravet er svært vanskelig å møte under boringen uten å påvirke styringen av den nedre delen av borestrengen. Akustiske innretninger for måling av innvendig geometri ville likeledes være vanskelig å bruke i løpet av boringen på grunn av støyen bevirket av selve boringen.

Ytterligere eksempler på tidligere kjent teknikk er vist i britisk patentpublikasjon nr. 2 175 083.

Det vil være fordelaktig å kunne overvinne begrensninger og unøyaktigheter ved de tidligere kjente innretningene ved å ha et system som innbefatter en fremgangsmåte og anordning for å måle formasjonstettheten i løpet av boringen av et borehull gjennom formasjonen uten at det er nødvendig å definere smale bånd med formasjoner, utføre kollimering av strålingen eller fysisk kontakt med borehul1sveggene.

Foreliggende oppfinnelse unngår behov for ytterligere anordning for måling av innvendig geometri eller antagelse med hensyn til borehullets geometri eller antagelser med hensyn til formasjonens sammensetning som blir logget, eller informasjon om formasjonen utledet fra sekundære kilder eller antagelse angående fluider i borehullet ved måletidspunktet.

Ovenfornevnte tilveiebringes ved hjelp av en anordning av innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved anordningen fremgår av de øvrige uselvstendige anordningskravene. Foreliggende oppfinnelse angår også en fremgangsmåte for å logge et borehull, som angitt i innledningen, og hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 9. Ytterligere trekk ved fremgangsmåten fremgår av de øvrige uselvstendige fremgangsmåtekravene.

Foreliggende oppfinnelse angår måleanordning for bruk ved å bestemme hullparametere forbundet med et borehull innbefattende et generelt langstrakt hus med en gammastrålingskilde og minst to par med strålingsdetektorer. Hvert par med detektorer er anbrakt med detektorene diametralt motsatt hverandre på motsatte sider av lengdeaksen til huset. Den geometriske formen av konvensjonen til det første detektorparet med strålingskilden er forskjellig fra den geometriske formen på kombinasjonen til det andre paret og strålingskilden. En strålingskilde og detektoren er anbrakt slik at strålingen fra kilden kan bli sendt ut inn i borehullet og omgivende formasjon og spredt stråling kan bli detektert av detektorene. Detektorene frembringer utgangssignaler som kan bli behandlet for å tilveiebringe datasignaler indikativ for strålingen detektert av hver av detektorene. Ved å anvende slike datasignaler kan to eller flere parameter nede i borehullet som angår borehullet og/eller dets omgivelse bli bestemt. Ytterligere par med detektorer, diametralt motsatt over lengdeaksen som beskrevet ovenfor og i en bestemt anbringelse i forhold til strålingskilden kan bli anvendt hvorved ytterligere parametere nede i hullet kan bli bestemt samtidig.

Huset som bærer strålingskilden og detektorene kan bli anbrakt i borehullet ved hjelp av en wireline eller annen fleksibel line som strekker seg til overflaten eller kan være innbefattet i en borestreng anvendt ved boringen f.eks. I sistnevnte tilfelle kan anordningen bli operert i måle-mens-boremodusen, dvs. detektorene kan avføle spredt stråling mens borestrengen er stasjonær i løpet av et avbrudd i boringen eller mens borestrengen dreies, og også mens boringen finner sted. Huset som henger ned fra wirelinen kan likeledes bli rotert til å begynne med eller ikke i løpet av dataopp-samlingsprosedyren. Detektoren kan bli kalibrert på verktøyet ved å anvende formasjoner av kjent massedensitet, også innbefattende væske som kalibreringsformasjoner.

Ifølge foreliggende oppfinnelse kan således et borehull bli logget samtidig som det tilveiebringes strålingstelledata for bruk ved å bestemme to eller flere parametere med hensyn til omgivelsen nede i borehullet. Slike parametere kan innbefatte densiteten til borehullsfluidet, massedensiteten til formasjonen ved husets nivå hvor dataen blir innsamlet eller en tverrdimensjon til borehullet ved et slikt nivå.

I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere med hensyn til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et generelt sideriss, delvis i snitt, av den nedre enden til en borestreng innbefattende en nede-i-hullet-del som utgjør en del av foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et forstørret, generelt skjematisk tverrsnitt langs linje 2-2 på fig. 1 og delvis brudt bort for å vise den relative anbringelsen av strålingsdetek-torene og strålingskilden. Fig. 3 viser et generelt skjematisk tverrsnitt lignende det på fig. 2, men idet det vises detaljer ved en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 viser et delvis perspektivriss skjematisk en del av instrumentpakkeinnsatsen til en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, idet det er vist en forskjøvet aksial anbringelse av detektorene. Fig. 5 viser et generelt skjematisk tverrsnitt lignende det på fig. 2 og 3, men omkretsanbringelsen av detektorene til utførelsesformen vist på fig. 4. Fig. 6 viser et enderiss av en detektor, idet det er vist hvorledes en detektor kan innbefatte en rekke med individuelle avfølingsanordninger. Fig. 7 viser generelt skjematisk i tverrsnitt en borestreng innbefattende foreliggende oppfinnelse anbrakt i et borehull og idet snittet er langs linjen 7-7 på fig. 1, og viser avstanden Å og B, verktøydiameteren TD og borehullsdiameteren BD. Fig. 8 viser en kurvefremstilling over typiske kalibrerings-kurver for detektorene ifølge foreliggende oppfinnelse . Fig. 9 viser en opptegning av stigningen på kalibrerings-kurvene som vist på fig. 8 som en funksjon av avstandsmålinger. Fig. 10 viser en kurvefremstilling i avhengighet av tilsynelatende formasjonstetthet på den geometriske konstanten som en funksjon av borehullsfluidets tetthet. Fig. 11 viser en kurvefremstilling av avhengigheten av tilsynelatende formasjonstetthet på den geometriske konstanten som en funksjon av borehullsdiameteren. Fig. 12 viser en grafisk fremstilling over korreksjonen mellom observert tilsynelatende formasjonstetthet og sann formasjonstetthet som en funksjon av borehullsdiameteren.

Måleanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse er vist generelt med henvisningstallet 10 på fig. 1 anbrakt i et borestrengstykke 12 anbrakt i en borestreng 14 i en kort avstand over borekronen 16 i et borehull. Borestrengstykket 12 kan være forsynt med et modifisert vektrør med en indre gjennomgående boring 18 tilstrekkelig bred for å motta en instrumentpakkeinnsats 20 og som fremdeles gir en langstrakt gjennomgående boring 22 som kan bli innrettet med den indre boringen til andre borestrengkomponenter for effektivt å tilveiebringe en uavbrudt strømningspassasje for borefluidum fra overflaten ned til borekronen 16. Stykket 12 er ytterligere modifisert for å innbefatte i det minste en gammastrålingskilde 24 som innbefatter en gjenget innsats anbrakt i en gjenget åpning i sideveggen til nevnte borestrengstykke 12. En slik kilde 24 med gammastråling kan være enhver konvensjonell brønnloggekilde, slik som cesium-137.

Målesystemet 10 er konstruert for å generere en rekke med signaler for telemetri til overflaten, enten ved hjelp av elektrisk kommunikasjon eller slampulsering, eller opptegning på et nede i hullet opptegningssystem for gjenvinning ved uttrekning av anordningen fra borehullet. Som beskrevet nærmere senere er detektorene innbefattet hvorved stråling kan bli avfølt og strålingstelleverdier tilveiebrakt i form av elektriske signaler som er indikative for omgivelsen rundt måleanordningen 10. Måleanordningen 10 måler gjennomsnitt av størrelsen som påvirker spredningen av gammastråling og måler således parametre som påvirker den gjennomsnittlige tettheten som omgir måleanordningen. Signalene kan f.eks. innbefatte informasjon som angår formasjonstettheten til jordformasjonen tilliggende borehullet, den gjennomsnittlige borehullsdiameteren og tettheten til fluidumet, generelt boreslam, lokalisert i ringområdet i borehullet og som omgir borestrengstykket 12. Signalbehandlings-, telemetri- og opptegningssystemene som kan bli innbefattet som en del eller hjelp til måleanordningen 10 kan være av konvensjonell konstruksjon, og er derfor ikke beskrevet nærmere her.

Måleanordningen 10 innbefatter i instrumentpakkeinnsatsen 20 to par med detektorer, sélv om ytterligere detektorpar kan være innbefattet. I ethvert tilfelle ved hvert tilfelle fremviser hvert sett eller par med detektorer to detektorer anbrakt diametralt motsatt hverandre over lengdeaksen til rørstrengstykket 12 og instrumentpakkeinnsatsen 20. Ved utførelsesformen vist på fig. 1 og 2 er f.eks. de to detektorene 26 og 28 anbrakt til høyre og venstre for den sentrale lengdeaksen til stykket 12, og direkte derover er et andre par med detektorer 30 og 32 anbrakt på lignende måte hhv. til høyre og venstre for lengdeaksen til borestrengstykket 12, slik at detektoren 30 er direkte over detektoren 26 og detektoren 32 er rett over detektoren 28. Det skal bemerkes at de høyre sidedetektorene 26 og 30 er sentrert omkretsmessig ved en azimutvinkel på 90° fra omkrets-posisjonen til gammastrålingskiIden 24 og at de venstreliggende detektorene 28 og 32 er hver anbrakt omkretsmessig på lignende måte ved en azimutvinkel på 90° fra omkretsstedet til kilden, men i motsatt forhold fra de høyre detektorene. De høyre detektorene 26 og 32 og de venstreliggende detektorene 28 og 32 er følgelig anbrakt symmetrisk i forhold til gammastrålingskiIden 24. De øvre detektorene 30 og 32 er imidlertid aksialt forskjøvet ytterligere fra kilden 24 enn de nedre detektorene 26 og 28 og derfor generelt lengre borte fra kilden.

En annen anordning av to par med detektorer ifølge foreliggende oppfinnelse er vist på fig. 3, hvor et første par med detektorer 26' og 28' er anordnet med detektorene igjen anbrakt diametralt på motsatte sider av lengdeaksen til borestrengstykket 12 og et andre par med diametralt motstående detektorer 30' og 32' er anordnet med detektorene anbrakt direkte over de respektive nedre detektorene 26' og 28'. I dette tilfellet vil imidlertid igjen de øvre detektorene 30' og 32' være aksialt forskjøvet lengre bort fra kilden 24 med gammastrål ing enn de nedre detektorene 26' og 28', idet ingen av parene med detektorer er anbrakt symmetrisk relativt kilden. En detektor til hvert av parene med detektorer, nemlig detektorene 26' og 30' er sentrert innrettet omkretsmessig over kilden og den andre detektoren til hvert av parene med detektorer, nemlig detektorene 28' og 32', er sentrert omkretsmessig ved en azimutvinkel på 180" fra kilden. Hvert av parene med detektorer er således orientert asymmetrisk relativt til strålingskilden 24.

En annen anordning med to par diametralt anbrakte detektorer er vist på fig. 4 og 5 hvor det fremgår at et første par med detektorer 26" og 28" er anordnet i instrumentpakkeinnsatsen 20" asymmetrisk relativt gammastrålingskiIden 24 med detektoren 26" sentrert omkretsmessig over kilden og detektoren 28" sentrert 180° omkretsmessig relativt kilden. Det andre paret med detektorer er anordnet symmetrisk relativt kilden 24 med en detektor 30" sentrert 90° omkretsmessig i forhold til den høyre kilden, og den andre detektoren 32" er sentrert 90° omkretsmessig i forhold til den venstre kilden. Som vist på fig. 4 er imidlertid de symmetrisk anbrakte detektorene 30" og 32" aksialt forskjøvet ytterligere fra det aksiale nivået til strålingskilden 24 enn asymmetrisk anordnede detektorer 26" og 28". Den relative forskjellen i aksial forskyvning til de asymmetrisk anbrakte detektorene 26" og 28" sammenlignet med dem til de symmetrisk anbrakte detektorene 30" og 32" trenger kun å være et par centimeter, men det kunne være så mye som 10 cm. Ved en ytterligere rekke med detektorer kan dessuten forskjellen i aksial forskyvning til de fire detektorene 26"-32" være null.

Det skal bemerkes at ytterligere formasjoner av de to parene med detektorer kan bli tilveiebrakt ved å dreie posisjonen til kilden 24 ved utførelsesf ormen på fig. 4 og 5 90° til venstre eller høyre, slik at strålingskilden er omkretsmessig innrettet med en av detektorene 30" og 32" som er aksialt forskjøvet ytterligere bort fra strålingskilden enn de øvrige to detektorene 26" og 28".

Ved hvert tilfelle kan egnet materiale for skjerming av detektorene mot direkte stråling fra gammastrålingskiIden 24 bli anvendt. Som vist på fig. 1 kan f.eks. en generelt sylindrisk avskjermingskonstruksjon 34 bli anbrakt innenfor rekken med detektorer, og en ringformet avskjermingsring kan ligge under detektorene med en ytterligere sylindrisk avskjermet aksel 38 som strekker seg nedover og jevnt radialt med posisjonen til kilden 24 for å minimalisere detekteringen av gammastråling fra kilden direkte mot detektorene ved at strålingen "strømmer" aksialt langs og gjennom borestrengstykket 12 og boringen 22. Det anvendte materialet for å tilveiebringe skjermingen 34-38 kan være ethvert materiale som er egnet for skjerming mot gammastråling, slik som bly.

Hver av de her beskrevne detektorer er vist skjematisk eller i blokkform generelt som bueformede avlange gjenstander. Det skal imidlertid bemerkes at enhver egnet gammastrålings-detektor kan bli anvendt og i hvert tilfelle kan detektoren innbefatte ethvert antall gammastrålingssensorer tilkoplet på egnet måte for å tilveiebringe et enkelt utgangssignal som angir strålingen detektert av den totale rekken med sensorer. Typisk konvensjonelle gammastrålingssensorer som kan bli anvendt innbefatter Geiger-Mtiller rør, scintillatorer slik som natriumjodiddetektorer, eller halvledersensorer, slik som detektorer tilhørende germaniumfamilien. Fig. 6 viser hvorledes detektoren 26, som et eksempel, kan innbefatte en gruppe med generelt sylindrisk formede Geiger-Miiller rør 40, anbrakt innenfor det skjematisk formede området ellers anvendt for å indikere detektoren 26.

Ever av paret med detektorer i enhver detektoranordning beskrevet her innbefatter to detektorer som er anbrakt symmetrisk relativt i forhold til hverandre om lengdeaksen til borestrengstykket 12 ved like azimutseparasjonsvinkler fra hverandre, dvs. 180° diametralt motsatte sider av borestrengstykket 12. Ptgangssignalene generert av avfølings-anordningene til hver av de to detektorene i et slikt par, blir elektronisk behandlet for å frembringe datasignaler proporsjonale med tellehastigheten til detektorsensorene og som fører informasjon om omgivelsen ved hvilke borestrengstykket 12 er lokalisert. Geometrien til de således anbrakte detektorene kan frembringe nøyaktige målinger av omgivelsene til borestrengstykket 12 selv med borestrengstykket 12 eksentrisk anbrakt i borehullet på grunn av at avstanden mellom det eksentrisk anbrakte borestrengstykket 12 og borehullsveggen kan bli kompensert for matematisk, i det minste i noen tilfeller. Måleanordningen kan alternativt bli rotert mens strålingen detekteres, slik at hvert datasignal er proporsjonalt med de gjennomsnittlige strålingsavlesnin-gene detektert av respektive detektorer som dreies i en 360° sirkel rundt borehullet og har derfor informasjon angående den gjennomsnittlig verdien til borehusparametrene for omgivelsen som omgir borestrengstykket 12.

Formasjonstettheten kunne som et eksempel bli tilveiebrakt ved å anvende et par med motstående detektorer, slik de nedre detektorene 26 og 28 og utførelsesf ormen på fig. 1 og 2. Dersom de to parene med detektorer anvendes, kan parametrene bli bestemt uavhengig slik som formasjonstetthet og diameteren på borehullet. Dersom tre par med detektorer anvendes, kan loggeparametrene bestemmes, slik som formasjonstetthet, borehullsdiameter og borefluidumstetthet. For hvert ytterligere par med motstående detektorer kan en ytterligere parameter for borestrengstykkets 12 omgivelse bestemmes.

I praksis enten dette er en måle-mens-boreoperasjon eller det anvendes en måleanordning i en sonde (ikke vist) opphengt i en wireline eller annen fleksibel line, kan ved enhver gitt dybde i borehullet de elektronisk drevne detektorene bli slått på og stråletelleverdier tilveiebrakt. Gammastråling fra kilden 24 samvirker med borefluidumet i borehullet som omgir borestrengstykket 12 og med formasjonen i nærheten av borehullet i høyde med borestrengstykket 12. I sistnevnte tilfelle foregår strålingssamvirke ikke bare med den massive strukturen til formasjonen, men med fluid tilstede i mellomrommene i formasjonen. Samvirke som er av interesse er Compton-spredning, og detektorene kan bli justert for å detektere gammastråling i et område fra 100 keV til tilnærmet 600 keV (i tilfelle av en celsium-137 kilde) for å sikre at nesten all detektert stråling som når detektorene er på grunn av emittert stråling som samvirker med omgivelsen til borestrengstykket 12 ved Compton-spredning.

Det skal bemerkes at strålingsemisjonsmønsteret fra kilden 24 vil bli påvirket av tilstedeværelsen av borestrengstykket 12, slik at mer stråling når formasjonen tilliggende kilden 24 enn den tilgjengelig ved formasjonen på motsatt side av borestrengstykket 12 fra kilden. Med en asymmetrisk detektoranordning, slik som vist på fig. 3, fig. 4 og 5 vil følgelig i tilfelle av detektorene 26" og 28", detektorene på samme side av borestrengstykket 12 som kilden 24, detektere mer spredt gammafotoner enn de på motsatt side av borestrengstykket 12. I tilfelle av detektorer anbrakt en over den andre, som vist på fig. 1-3, vil dessuten en detektor som er anbrakt aksialt forskjøvet relativt fra aksialposisjonen til kilden 24, generelt detektere stråling spredt fra en større dybde innenfor den omgivende formasjonen enn en detektor som er anbrakt nærmere aksialt kildens høyde. Dette er et velkjent fenomen, og er på grunn av det faktum at strålingen som trenger gjennom større dybder i den omgivende formasjonen generelt ville spredes til større aksiale avstander fra kilden. I tillegg til foregående betraktning av geometrien for posisjonen til detektorene relativt kilden som påvirker strålingen og avføler detektorene, kan strålingen som når detektorene også bli påvirket av posisjonen til borestrengstykket 12 i borehullet.

Matematiske uttrykk kan bli tilveiebrakt som angår formasjonens tetthet i nærheten av borestrengstykket 12, tettheten til fluidet innenfor borehullet som omgir borestrengstykket 12 og dimensjoner for borehullet, hvilke uttrykk kan bli anvendt med strålingstelleverdidata tilveiebrakt av detektorene for å tilveiebringe verdier for disse fysiske størrel-sene. Tilfellet med høyre og venstre detektorer 26 og 28, hhv., i rekken på fig. 1 og 2 kan som et eksempel bli betraktet i forhold til fig. 7 som viser borestrengstykket 12 ved et nivå i borehullet hvor den venstre avstanden fra borestrengstykkets 12 ytre flate til borehullsveggen tilliggende venstre detektor 28 er A, og den høyre avstanden fra borestrengstykkets 12 ytre flate til borehullveggen tilliggende høyre detektor 26 er B. Ved den ytre diameteren til verktøyet eller borestrengstykket 12 lik TD med bredden på borehullet ved hhv. høyre og venstre detektor 26 og 28, er da summen av TD pluss A og B, som er betegnet som BD. I et borehull med sirkulært tverrsnitt er BD den borehulldiameteren eller en korde. Dersom målingene er tatt mens borestrengstykket 12 dreies om sin lengdeakse, kan den gjennomsnittlige borehulltverrstørrelsen bli tilveiebrakt som BD for ethvert borehullformtverrsnitt, og med borestrengstykket 12 generelt ved enhver sideforskjøvet anbringelse i borehullet.

Hver av detektorene omformer generelt detektering av strå-lingsforløpene i en utgangsspenning eller et strømpulssignal. Pulshastigheten er proporsjonal med strålingsfluksen ved detektorene, dvs. antall fotoner som faller inn på detektoren pr. tidsenhet. Utgangssignalet for hver detektor kan bli behandlet på egnet måte ved å anvende konvensjonelle metoder for å tilveiebringe et analogt spenningsdatasignal proporsjonalt med strålingstelleverdien avfølt av detektoren eller et digitalsignal som gir telleverdien. I ethvert tilfelle kan datasignalet bli brakt i forhold til tettheten for om-givelsesspredningsstrålingen fra kilden 24 til den angjeldende detektor. Tettheten målt av venstre detektor på fig. 7 er gitt ved følgende uttrykk:

hvor

pm = formasjonsmatrisetettheten,

cp = f ormasjonsporøsitet,

Pf = fluidets tetthet i formasjonen,

pD = tettheten til fluidet i borehullet

(boreslammet), og

a = brytningsindeksen til gammastrål ingen som samvirker i borehullsfluidet.

Formas j onsporøsiteten <p kan bli definert uttrykt i sin tilsynelatende formasjonstetthet eller massetetthet til formasjonen, p' som følgende: som kan bli omskrevet som:

Ligningen 1 kan således bli omskrevet'som:

Formasjonen innbefatter fastmatrisen så vel som fluider ispedd i de mellomliggende rommene til matrisen. Tettheten til hele formasjonen innbefattende den til den faste matrisen så vel som fluidet er den tilsynelatende formasjonstettheten eller massetettheten. Tettheten til kun den massive delen av formasjonen er formasjonsmatrisetettheten motsatt til tettheten til kun fluidet i formasjonen.

Tettheten målt av den høyre detektoren på fig. 7 kan likeledes bli uttrykt som:

hvor p er fraksjonen av gammastrål ing som samvirker med borefluidet på høyre siden av borestrengstykket.

Ligningene 1, 4 og 5 er likeledes gyldige for wirelinje-anvendelser så vel som måling-mens-boreringanvendelse. Som nevnt ovenfor er geometrien til posisjonen for de to detektorene båret av verktøyet og anbrakt i borehullet tvunget til første orden av den ovenfornevnte definisjonen for BD. Sannsynligheten for en fotonutbredelse en avstand A før kollisjonen representert ved e~^l-^. Sannsynligheten for at slik kollisjon forekommer ved en avstand mindre enn A er definert som [l-e"^l<A>]. Sannsynligheten for at en foton utsettes for en kollisjon innenfor avstanden B er gitt av ligningen [l-e~-li2^] . Konstantene k^ og k£ er geometriske konstanter relatert til høyre og venstre detektor hhv., og skal beskrives nærmere senere. For den bestemte geometrien kan konstantene a og p bli beskrevet som følgende: og

cx og p er sannsynligheter for at fotonene vil samvirke i "borehullsfluidet og (l-a) og (l-<p>) er sannsynligheter for at fotonene vil samvirke i formasjonen og ikke i borehullet.

Kombinering av ligningene 4 og 6 gir:

Den venstre siden da avstanden A kan bli uttrykt som: hvor k er summen av diagonalt motstående avstander A og B, eller med den ytre diameteren til borestrengstykket kjent, er et mål på tverrborehullstørrelsen langs linjen som passerer gjennom senteret til venstre og høyre detektor. Ligningen 8 kan så bli uttrykt med hensyn til høyre avstand B, som: Løser man ligningene 5 og 7 med hensyn til eksponensielle uttrykk i avstanden B, fremkommer: eller

Kombinering av ligningene 10 og 12 gir et uttrykk med hensyn til målte tettheter som ikke avhenger av avstandene A og B:

Ligningen 13 kan "bli løst med hensyn til tilsynelatende, eller masse, eller formasjonstetthet:

Ligningene 13 og 14 er uavhengige av verktøyets posisjon i "borehullet.

Dersom konstantene k^ og k£ for et gitt par detektorer er lik en konstant k^2» kan ligningen 14 reduseres til:

Dette vil være i tilfelle av at to detektorer er symmetrisk anbrakt relativt strålingskilden, slik som detektorparene 26 og 28 eller 30 og 32, eller 30" og 32", men ikke for detektorparene 26' og 28', eller 30' og 32', eller 26" og 28", som er asymmetriske relativt kilden.

Antas det at konstanten k^2 kan bli kjent, og siden p^ og pr er målt ved å anvende to detektorer, måles ved å anvende de to angjeldende detektorene innbefatter ligningen 15 tre størrelser som kan være ukjente: k, som avhenger av tverr-størrelsen på borehullet, p^ som er fluidtettheten i borehullet, og p', tilsynelatende formasjon eller massetetthet. Dersom borehulldiameteren er kjent og borefluidtettheten er kjent, kan ligningen 15 bli anvendt for å bestemme massetettheten til formasjonen.

Dersom det anvendes et andre par med motstående detektorer, symmetrisk relativt strålingskilden, og geometrien til de andre detektorene relativt strålingskilden er forskjellig, slik at strålingsmålingene tatt av to sett med detektorer ikke er redundante, kan to uavhengige målinger bli anvendt for å bestemme to av tre ukjente parametre tilstede i ligningen 15. Ved å tilveiebringe et tredje par med felles motstående detektorer, symmetrisk relativt til kilden, og med geometri forskjellig fra en av de to tidligere settene av detektorene, kan alle de tre ukjente parametrene til ligningen 15 bli bestemt utvetydig. Ligningen 15 kan f.eks. bli beskrevet for enhver to detektorer anbrakt motstående hverandre over lengdeaksen til borestrengstykket 12 og symmetrisk i forhold til strålingskilden. Ved å anvende to par med detektorer anordnet som vist på fig. 2, fremkommer f.eks. følgende to ligninger, hvor indeksene 26, 28, 30 og 32 er anvendt for å identifisere tetthetsmålingene gjort av respektive detektorer og konstantene k^2 er egenskaper for hver av detektorene 26 og 28, og likeledes er konstanten k34 egenskapen til hver av detektorene 30 og 32: og

Generelt vil verdien for k være den samme for alle detektorparene dersom verktøyet dreies i løpet av målingen av spredt stråling, eller dersom verktøyet er sentrert i et borehull med sirkulært tverrsnitt. I det spesielle tilfellet med detektorparene stablet som på fig. 1 og 2, kan verdien på k også være den samme for alle detektorparene dersom tverr-størrelsen på borehullet gjennom detektorparet er konstant. En annen verdi for k vil ellers bli betraktet for hver ligning i form av ligningene 14 eller 15 f.eks.

De to ligningene 16 og 17 kan bli løst samtidig med hensyn til deres tre ukjente parametere, hvor det igjen antas at konstanten k34 kan bestemmes. Den ytterligere av et tredje par med diametralt motsatte detektorer, symmetrisk relativt strålingskilden, men med geometri relativt strålingskilden 24 som skiller seg fra geometrien til en av de to andre parene med detektorer, gir en tredje ytterligere ligning lignende ligningene 16 og 17, slik at de tre ligningene kan bli løst samtidig for tre ukjente parametere karakteristiske for omgivelsen ved hvilke borestrengstykket med måleanordningen er lokalisert.

Som nevnt tidligere kan hver detektor 26-32 innbefatte en rekke med individuelle sensorer hvis utgangssignaler kan bli kombinert for å tilveiebringe et utgangssignal fra den representative detektor tatt som et hele. Utgangssignalene fra to detektorer kan likeledes bli kombinert for å tilveiebringe et utgangssignal, ved at de to detektorene behandles som en detektor. De to høyre detektorene 26 og 30 vist på fig. 1 kan f.eks. ha deres utgangssignaler kombinert for å tilveiebringe et utgangssignal som, etter egnet signalbehandling resulterer i et datasignal fra hvilket det blir tilveiebrakt et antall telleverdier pr. enhet tid med fotoner avfølt av sensorene for detektorene 26 og 30, slik at disse to detektorene virker i det vesentlige som en detektor på høyre side av borestrengstykket 12. På en lignende måte kan de to venstre detektorene 28 og 32 bli operert som en detektor. I ethvert tilfelle blir resulterende kombinerte detektorer effektivt sentrert i lengderetningen ved et punkt mellom to detektorer kombinert på denne måten, slik at senteret til den høyre detektoren fremkommer midt mellom detektorene 26 og 30 og senteret til venstre detektor fremkommer midt mellom detektorene 28 og 32.

De resulterende kombinerte høyre og venstre detektorer danner et par med detektorer som er anbrakt symmetrisk relativt lengdeaksen til borestrengstykket 12 og i et bestemt geometrisk forhold med strålingskilden, dvs. de danner et diametralt motstående par med detektorer med deres egen geometriske konstant ks^. Med de kombinerte høyre og venstre detektorer sentrert ved en annen aksial forskyvning relativt strålingskilden 24 sammenlignet med den aksiale forskyvningen til sentrene for de to parene med detektorer 26, 28 og 30, 32, kan mønsteret med spredt stråling avfølt av høyre og venstre detektor bli ventet å være forskjellig fra den avfølt av enten et av de opprinnelige to parene med detektorer og den geometriske konstanten ks^ til hver av de høyre og venstre detektorene er forskjellig fra k^2 og fra k34« En tetthetsmåleligning, lignende ligningene 16 og 17, kan bli skrevet for bruk med utgangssignalene til de kombinerte høyre og venstre detektorene beskrevet på denne måten, hvor det totale tetthetssignalet for høyre detektor er P26+30 °S det for den venstre detektoren er P28+32:

hvor det antas samme verdi for k som i ligningene 16 og 17. Ligningene 16, 17 og 18 er uavhengige av hverandre og kan bli samtidig løst med hensyn til de tre ukjente parametrene til omgivelsen som omgir borestrengstykket 12.

For motstående detektorer som ikke er anbrakt symmetrisk relativt strålingskilden, kan ligningen 14 anvendes. Ved å bruke detektorrekken vist på fig. 3 kan f.eks. ligningen 14 bli anvendt for den nedre fremre og bakre detektor 26' og 28', henholdsvis. Samme form for ligning kan bli separat anvendt på den øvre fremre og bakre detektor 30' og 32' , henholdsvis, og igjen på et motsatt stående par med detektorer dannet ved å kombinere signalene fra de fremre detektorene 26' og 30' for en detektor, og ved å kombinere signalene fra de to bakre detektorene 28' og 32' for den andre detektoren. Den resulterende ligning med indekser som henviser til de bestemte detektorene blir som følgende:

igjen antas det at k er den samme for alle detektorparene.

Det skal bemerkes at hver av de seks detektorene vist med rekken på fig. 3 er anbrakt i bestemte forhold til strålingskilden 24, og har derfor en bestemt geometrisk konstant. Hver av de tre parene med detektorer danner således sin egen geometri relativt strålingskiJde 24, og de tre resulterende ligningene 19-21 er derfor uavhengig av hverandre og kan bli løst samtidig med hensyn til tre ukjente parametere som angår omgivelsen rundt borestrengstykket 12.

Utgangssignalene fra de fire detektorene til rekken vist på fig. 4 og 5 kan likeledes bli uttrykt i form av ligningen 14 for å tilveiebringe de tre ukjente parametrene som angår omgivelsen som omgir borestrengstykket 12. Ligningen 14 kan således bli anvendt på paret med nedre fremre og bakre detektorer 26" og 28", og ligningen 14 eller 15 kan bli anvendt på de øvre høyre og venstre detektorene 30" og 32"

(siden disse detektorene er symmetrisk relativt strålingskilden og har samme geometriske konstant), og ligningen 14 kan bli anvendt til paret med detektorer tilveiebrakt ved å kombinere utgangssignalene fra detektoren 26" og 30" for å danne en detektor og kombinering av utgangssignalene fra detektoren 28" og 32" for å danne den andre detektoren. De resulterende ligningene er:

hvor kx, ky og kz anvendes som tverrborehullsstørrelse over tre par med detektorer 26", 28"; 30", 32"; og 26"+30", 28"+32", henholdsvis.

Detektorkombinasjonen 26" og 30" er symmetrisk med detektorkombinasjonen 28" og 32" i forhold til lengdeaksen til borestrengstykket 12. De tre detektorparene dannet på denne måten er aksialt sentrert ved forskjellige forskyvninger i forhold til aksial høyde for strålingskilden 24, og hver av de tre parene med detektorer innbefatter to detektorer diametralt motsatt relativt lengdeaksen til borestrengstykket 12. Hvert par med detektorer fremviser dessuten en annen geometri relativt posisjonen til strålingskilden 24, og de tre ligningene 22-24 kan derfor bli løst samtidig med hensyn til de tre ukjente parametrene for omgivelsen rundt borestrengstykket 12, idet det skal bemerkes at kx, ky og kz kan bestå av tre ukjente parametere.

Det skal bemerkes at andre kombinasjoner av detektorene kan bli dannet ved å anvende to par med diametralt motstående enkelte detektorer. Utgangssignalene til detektorene 26" og 32" kan f.eks. bli kombinert for effektivt å danne en detektor diametralt motsatt en andre detektor dannet ved å kombinere utgangssignalene til de to detektorene 28" og 30". Andre detektorrekker kan bli anvendt. Detektorparene kan f.eks. bli anbrakt over og under aksialposisjonen til strålingskilden. Ved forskjellige sammenstillinger med to par av diametralt motstående detektorer, kan forskjellige kombinasjoner av detektorer bli dannet for å tilveiebringe datasignaler for bruk ved tre uavhengige ligninger av formen til ligningene 14 og/eller 15 for samtidig løsning for å tilveiebringe tre ukjente parametere for omgivelsen til måleanordningen. Man må imidlertid være forsiktig ved kombinering av detektorene for å danne et tredje par uten at det tillegges ytterligere sensorer for å unngå redundans i detektorparene. Slik redundans ville være kjennetegnet av lik geometri i forhold til strålingskilden for to eller flere valgte detektorpar og korresponderende to eller flere ligninger av formen til ligningen 14 og/eller 15 ville ikke være gjensidig uavhengig, slik at samtidig løsning av ligningene ikke ville gi utvetydige verdier for de ønskede parametrene.

Tetthetsmålingene kan i praksis bli gjort med detektorer mens måleanordningen 10 dreies. Slik dreiing kan bli tilveiebrakt i løpet av normal boreoperasjon, idet borestrengstykket 12 blir dreiet med borekronen 16. Tellemengdeverdien tilveiebrakt fra behandlingen av utgangssignalene frembrakt ved hver av detektorene er gjennomsnittlige tellemengder for fotoner detektert av detektoren som ser ut fra verktøyet og 360" . Med tellemengdedataen tilveiebrakt i løpet av en slik dreiing, blir parameterne som angår omgivelsen omgjøre borestrengstykket 12 tilveiebrakt ved samtidig løsning av ligningene 16-18, 19-21 eller 22-24 f.eks., gjennomsnittlige verdier for omgivelsen rundt borestrengstykket. Verdien for k=BD-TD gir f.eks. gjennomsnittsverdien for borehull-tverrstørrelsen mindre enn verktøydiameteren i stedet for akkurat summen av avstandene i en retning.

De geometriske konstantene for de enkelte detektorene kan bli bestemt ved å anvende kalibratorhullkalibrering, men ulikt ordinær wirelinjeverktøykalibrering må måleanordningen 10 til foreliggende oppfinnelse ikke bli holdt i mot borehullsveggen i løpet av kalibreringen. For å kalibrere måleanordningen kan verktøyet bli opprettholdt sentrert i et kalibreringshull med sirkulært tverrsnitt ved å anvende sentraliserere eller verktøyet kan bli dreiet mens målingen blir gjort slik at de gjennomsnittlige verdiene er tilveiebrakt uten hensyn til hulltverrsnittet eller sideposisjonen til verktøyet i hullet. For både logging nede i borehullet så vel som kalibrerings-formål "bør rotasjonsstørrelsen være i det miste fem rota-sjoner pr. måling med detektorene.

Ved kunnskap om borehullsdiameteren eller den gjennomsnittlige størrelsen på borehullets tverrsnitt og verktøyets diameter, blir den gjennomsnittlige sideavstanden til måleanordningen i testhullet bestemt og tellestørrelsene tilveiebrakt for den bestemte detektoren kalibreres ved flere dybder med formasjonsmassetettheten kjent ved hver dybde. For et slikt gitt kalibreringshull blir logaritmen til tel-lestørrelsen tilveiebrakt ved detektoren som blir kalibrert opptegnet som en funksjon av massetettheten som vist på fig. 8 (som viser representative kurver). Detektoren kan således kalibreres ved flere huller med forskjellige tverrstørrelser på borehullet for å tilveiebringe tilsvarende forskjellige virkelige forskyvningsavstander som ikke er lik null. En rekke med kurver som vist på fig. 8 kan således bli tilveiebrakt for en gitt detektor for forskjellige forskyvningsavstander som ikke er null. Stigningen kan bestemmes på normal måte for hver kalibreringskurve i rekken med kurver på fig. 8. Den naturlige logaritmen for kalibreringskurve-stigningen fra fig. 8 er opptegnet som en funksjon av forskyvningsavstanden for å tilveiebringe en rett linje som vist på fig. 9. Ut fra beskrivelsen av foregående ligninger 6 og 7, skulle det være klart at stigningen til den rette linjen på fig. 9 er lik den geometriske konstanten for detektoren som blir kalibrert. Denne geometriske konstanten for detektoren er fast ved hjelp av geometrien til måleanordningen, dvs. konfigurasjonen i huset eller borestrengstykket for kombinasjonen med detektoren og strålingskilden og må kun bli bestemt i løpet av konstruksjonen av det opprinnelige verktøyet. Dersom detektortypen eller anbringelsen av detektoren endres, vil den geometriske konstanten generelt være forskjellige.

Ordinatavskjæringen til den rette linjen for fig. 9 er stigningen til kalibreringskurven for det hypotetiske tilfellet hvor forskyvningsavstanden er null på fig. 8. Det skal bemerkes at mens forskyvningskurven på fig. 8 lik null kan bli tilveiebrakt som et biprodukt av målingene anvendt for å tilveiebringe den geometriske konfigurasjonskonstanten k, som beskrevet ovenfor, kan kurven bli tilveiebrakt ved direkte målinger ved å dykke verktøyet ned i forskjellige fluider (av effektiv uendelighetsutstrekning) og kjent, som gir forskjellige tettheter siden ujevnheten til fluidet mot verktøyets overflate er ekvivalent med forskyvningsavstanden lik null fra en formasjon. Fluider med tettheter i området av den aktuelle formasjonen i borehullet kan bli anvendt i tillegg til vann f.eks., for å tilveiebringe kurven for forskyvningsdataene lik null direkte. Stigningen på kurven for forskyvningen lik null på fig. 8 kan tilveiebringe ordinatavskjæringen til kurven på fig. 9, som kunne bli konstruert for å finne den geometriske konstanten ved å tilveiebringe en ytterligere kalibreringskurve for forskyvningsavstanden ikke lik null på fig. 8. "Formasjonen" anvendt for å tilveiebringe kalibreringskurven for forskyvningsavstanden lik null direkte er væsker av forskjellige kjente tettheter. Egnet omdannelse av tetthetene er kjent, f.eks. mellom elektrontetthet og limestone-ekvivalenttetthet.

Forskyvningsavstandskurven, som er opptegnet på fig. 8, gir for en gitt målt tellestørrelse tilsvarende målte gjennom-snittetthetsverdi for omgivelsen av detektoren, eller p for detektoren betraktet opptegnet langs abscissen på fig. 8. Tellemengdedataen tilveiebrakt ved behandling av utgangssignalet fra detektoren som betraktes kan bli omsett til gjennomsnittlige omgivelsestetthetsverdier (f.eks. p^ eller pr ved ligningene 4 og 5) målt av detektoren ved å anvende kalibreringskurven på fig. 8 for forskyvningsavstanden lik null.

Det skal bemerkes at flere kurver på fig. 8 avskjæres ved vannpunktet som korresponderer med en tellestørrelse tilveiebrakt for en total omgivelse av vann som har en kjent elektrontetthet på 1.1 g/cm<3>. Verktøyet kan bli anbrakt i en total vannomgivelse, og den tilveiebrakte detektortelle-størrelsen kan bli opptegnet på fig. 8 ved 1.1 g/cm<3> tetthet.

Følsomheten til måleanordningen 10 kan bli selektivt endret ved å endre geometrien på detektoren, dvs. deres anbringelse i forhold til strålingskilden 24 for å endre deres geometriske konstanter. Variasjonen av følsomhetmålingsanordnin-gen som avhenger av detektorens geometriske konstant er f.eks. vist ved kurven på fig. 10 for en verktøydiameter på 17,8 cm og et borehull med en diameter på 22,8 cm. Tre forskjellige geometriske konstanter k er betraktet, idet de geometriske konstantene er 0,35, 0,65 og 1,35 korresponderende med detektoren som blir anbrakt progressivt tettere opp mot strålingskilden hhv. En formasjonsmassetetthet på 2,6 g/cm<3> omgir måleanordningen og slam med en tetthet på 1,2 g/cm<3> omgir måleanordningen i borehullet. Kurvene for de tre forskjellige geometriske konstantene k avskjærer ved punktet som representerer disse to tetthetene. Forskjellige verdier for slamtettheten ble antatt og korresponderende tilsynelatende tetthetsverdier beregnet ved å anvende ligningen med form som ligning 14. De resulterende tilsynelatende tett-hetsverdiene ble opptegnet som funksjon av den målte slamtetthetsverdien for hver detektors geometriske konstant.

Den resulterende kurven på fig. 10 viser størrelsen ved feil ved tilsynelatende tetthetsverdier som ville bli tilveiebrakt dersom f.eks. ikke riktige slamtetthetsverdier ble antatt. Kurven viser hvorledes måleanordningen kan være konstruert for å velge følsomheten til verktøyet. Detektorene er anbrakt relativt tett opp mot strålingskilden, og derfor vil detektorer med høyere geometriske konstanter f.eks. ha en sterkere avhengighet av slamtettheten i borehullet enn detektorer anbrakt lenger borte fra den geometriske kilden, dvs. nærmere bestemt i aksial forskyvning fra kilden og derfor med lavere geometriske konstanter k. Måleanordninger kan således bli konstruert som er relativt ufølsomme mot tettheten til borehullsfluidet eller motsatt måleanordningen kan være konstruert for å øke avhengigheten av utgangsdataen på slamtettheten, hvorved måleanordningen kan bli anvendt for å måle borehullsfluidtettheten mer nøyaktig.

Fig. 11 viser en kurve som er lik den på fig. 10, men på fig. 11 er følsomheten til måleanordningen ved bestemmelsen av borehullsdiametrene vist som en funksjon av den geometriske detektorkonstanten. Det er her også antydet et borehull med en diameter på 22,8 cm og massetettheten til formasjonen er gitt som 2,6 g/cm<3> og borehullsfluidtettheten er 1,20 g/cm<3>. Den samme geometriske detektorkonstanten vist på fig. 10 anvendes ved fremstillingen av fig. 11. Alle tre opptegnede kurver skjærer ved punktet som representerer ovenfornevnte masse og slamtetthetsverdier. Forskjellige borehullsdiametere ble så antatt og den tilsynelatende matrisetettheten ble beregnet ved å anvende en ligning i form av ligning 14. De resulterende kurvene viser igjen at en detektor anbrakt nærmere til strålingskilden og som derfor har en større geometrisk konstant, har en større følsomhet ved muligheten til å bestemme tverrstørrelsen på borehullet.

Fig. 12 viser avhengigheten av følsomheten på måleanordningen på den geometriske detektorkonstanten for borehulldiameter-målinger. Data kan bli tilveiebrakt fra kurven på fig. 11 for enhver gitt geometrisk konstant og ytterligere kurver lik den på fig. 11 for samme geometriske konstant kan bli tilveiebrakt (for samme eller annen borehullsdiameter) ved å anvende forskjellige verdier for den aktuelle tilsynelatende formasjonstettheten. For en gitt sann tilsynelatende tetthet (2,60 g/cm<3> på fig. 11) blir forskjellige verdier fra borehullsdiameteren antatt og korresponderende tilsynelatende tetthetsverdier tilbringbar fra fig. 11 eller lignende kurver er opptegnet langs vertikalaksen på fig. 12 som observert tilsynelatende tetthet. For hver valgt borehullsverdi blir en rett linje tilveiebrakt som vist på fig. 12. Siden den korrekte borehullsdiameteren er 22,8 cm, har den rette linjen for denne borehullsdiameteren en stigning på 1. Det skal bemerkes at med henvisning til fig. 12 kan et svært følsomt mål bli tilveiebrakt med måleanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse for å bestemme borehullsdiametere med i det minste en nøyaktighet på 0,25 cm f.eks.

Foregående beskrivelse viser at følsomheten til måleanordninger generelt kan økes ved å anbringe detektorene tettere opp mot strålingskilden. Avstanden som strålingen utbreder seg fra kilden til formasjonen og blir spredt tilbake til detektoren øker når detektoren beveges aksialt lengre bort fra kilden. Dybden på inntrengningen for spredte og detektert stråling toppes til slutt når detektoren beveges ytterligere bort fra strålingskilden langs aksen til verktøyet. For å tilveiebringe informasjon angående formasjonen ved betydelige avstander i formasjonen for borehullet og for å tilveiebringe ønsket følsomhet for måleanordningen, kan den aksiale posisjonen til detektorene i forhold til strålingskilden være selektivt justert for å optimalisere to målingstilstander, nemlig følsomheten og formasjons-inntrengningen.

Foreliggende måleanordning må som her beskrevet ikke bli holdt mot borehull sveggen for å tilveiebringe noen av de nevnte målinger. Unøyaktigheter på grunn av et verktøy som følger en elliptisk akse til et borehulltverrsnitt blir f.eks. unngått. Mens måleanordningen dessuten kan bli anvendt i en stasjonær modus, kan fordelene med datagjennomsnitts-beregning bli tilfredsstilt ved å operere detektorene mens måleanordningen dreies f.eks. ved 100 omdreininger pr. minutt.

Med strålingskilden anbrakt på siden av verktøyet som vist, vil det som det fremgår, dersom borestrengstykket ligger an mot veggen til borehullet ved et nivå til strålingskilden, feilledende datatellinger bli tilveiebrakt. Dersom strålingskilden vender bort fra borehullsveggen med borestrengstykket mot borehullsveggen, forekommer det en for stor strålings-spredning i borehullsfluidet og detektortelleverdiene kan bli feilaktig forhøye. Dersom strålingskilden blir presset mot borehul1sveggen, kan i virkeligheten all stråling entre formasjonen med liten eller ingen begynnelsesspredning i borehullsfluidet og strålingen vil virke direkte med formasjonen før den har noen mulighet til å utbrede seg aksialt i borehullet, slik at datatelleverdiene kan være altfor lave. Dreiing av måleanordningen mens den drives for å tilveiebringe gjennomsnittsvirkninger vil forhindre slike feilaktige telleverdiproblemer. En borestrengstykkemåle-stabiliserer kan bli anvendt rundt borestrengstykket 12 for å holde det fra å bli anbrakt for tett opptil borehull sveggen for å unngå slike problemer som ovenfornevnte. Borestreng-stykkemålestabilisatoren kan også bli anvendt selv med verktøy som blir dreiet i løpet av måleoperasjonen dersom det ikke interfererer med styringen av borekronen.

Foreliggende oppfinnelse krever ikke bruk av kollimering for å definere strålingsstrålene fra kilden eller til detektorene, siden der ikke er noen slik avhengighet av retningen bygd inn i ligningen 14. Dersom en retningssensor anvendes i forbindelse med foreliggende måleanordning og måleanordningen ikke dreies i løpet av måleoperasjonen, vil detaljer ved formasjonen og borehullsprofilen kunne bli observert som en funksjon av retningen selv uten kollimering av strålingen.

Foreliggende oppfinnelse gir således en teknikk for samtidig måling av flere parametere nede i hullet ved å anvende to eller flere par med diametralt motstående detektorer og kan bli anvendt på enhver egnet måte, slik som ved en måling-mens-boremodus eller opphengt i en wireline f.eks. Muligheten for å gjøre alle målingene samtidig for å tilveiebringe tilstrekkelig data for å bestemme flere parametere nede i borehullet, unngår unøyaktigheten som ledsager målinger gjort etter forsinkelser som medfører at betingelsene i borehullet endres (slamoppsamling etc.)» og hvor målingene blir gjort i løpet av boreprosessen eller i løpet av wirelineloggingen unngås aksial strekking i området ved hvilke målingene er gjort, slik at målingene for å oppnå alle parametrene gjøres på samme sted.

Foregående beskrivelse av oppfinnelsen er kun ment som en illustrasjon og et eksempel, og det er mulig med forskjellige endringer ved fremgangsmåten så vel som ved anordningen uten at dette avviker fra oppfinnelsen slik som fremsatt i kravene.

Claims (21)

1. Anordning for å måle parametere nede i et borehull, innbefattende a. et generelt langstrakt hus med en lengdeakse, b. en kilde med gammastråling båret av nevnte hus, slik at strålingen fra kilden kan bli sendt ut av huset, og c. strålingsdetekteringsinnretning båret av huset, karakterisert ved første og andre par med detektorer, idet det første paret med detektorer innbefatter første og andre detektorer anbrakt diametralt motsatt hverandre på motsatte sider av lengdeaksen til huset, og idet det andre paret med detektorer innbefatter tredje og fjerde detektorer anbrakt diametralt motsatt hverandre på motsatte sider av lengdeaksen til huset, slik at sammenstillingen av kombinasjonen av første paret med detektorer og strålingskilden er forskjellig fra sammenstillingen av kombinasjonen av det andre paret med detektorer og strålingskilden.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter en signalbehandlingsinnretning hvor datasignaler kan bli tilveiebrakt som er indikative for strålingstelleverdiene til detektorene.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at signalbehandlingsinnretningen kan kombinere utgangssignalene fra to av detektorene for å tilveiebringe et enkelt datasignal indikativt for telleverdien til de to detektorene som opererer som en detektor.

4. Anordning ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at det første og andre paret med detektorer er anbrakt ved forskjellige aksiale forskyvninger langs lengdeaksen relativt strålingskilden.

5. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at den første og andre detektoren er anbrakt symmetrisk relativt strålingskilden.

6. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved åt den første og andre detektoren er anbrakt asymmetrisk relativt strålingskilden.

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at den første detektoren er omkretsmessig innrettet om lengdeaksen til huset ved en azimutvinkel på 0° i forhold til posisjonen til strålingskilden og at den andre detektoren er innrettet ved en azimutvinkel på 180° i forhold til strålingskilden.

8. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7, karakterisert ved at detektoren innbefatter i det minste et ytterligere par med detektorer innbefattende detektorer anbrakt diametralt motsatt i forhold til hverandre på motsatte sider av husets lengdeakse og i et bestemt forhold i forhold til strålingskilden.

9. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 8, karakterisert ved at den innbefatter en boring slik at strålingen kan bli detektert ved hjelp av detektorer i en måle-mens-boremodus.

10. Fremgangsmåte for å logge et borehull for samtidig å tilveiebringe data for å bestemme i det minste to parametere nede i borehullet forbundet med slike borehull, karakterisert ved tilveiebringelse av et første og andre par med strålingsdetektorer båret av huset med det første detektorparet innbefattende første og andre detektorer anbrakt i forhold til hverandre diametralt motsatt på motsatte sider av lengdeaksen til huset og andre detektorpar innbefattende tredje og fjerde detektorer anbrakt i forhold til hverandre diametralt motsatt på motsatte sider av lengdeaksen til huset, og slik at den geometriske konfigurasjonen til kombinasjonen for det første detektorparet og strålingskilden er forskjellig fra den geometriske konfigurasjonen til kombinasjonen av det andre detektorparet og strålingskilden.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at huset dreies relativt i forhold til borehullet mens detektorene avføler stråling for å tilveiebringe detektorutgangssignaler.

12. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 10 til 11, karakterisert ved kombinering av utgangssignalene fra to detektorer for å frembringe et datasignal indikativ for strålingen avfølt av kombinasjonen av disse to detektorene og kombinering av utgangssignalene fra de øvrige detektorene for å frembringe et datasignal indikativ fra strålingen avfølt av kombinasjonen av disse øvrige to detektorene.

13. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 10 til 12, karakterisert ved at den første og andre detektoren anbringes ved en annen aksial forskyvning relativt strålingskilden sammenlignet med akselforskyvningen til en tredje og fjerde detektor relativt strålingskilden.

14. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 10 til 13, karakterisert ved at den første og andre detektoren anbringes symmetrisk i forhold til strålingskilden.

15. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 10 til 13, karakterisert ved at den første og andre detektoren anbringes asymmetrisk relativt strålingskilden.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert ved at den første detektoren anbringes omkretsmessig innrettet om lengdeaksen til huset ved en azimutvinkel på 0° i forhold til posisjonen til strålingskilden og at den andre detektoren innrettes ved en azimutvinkel på 180° i forhold til posisjonen til strålingskilden.

17. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 10 til 16,karakterisert ved at det tilveiebringes i det minste et ytterligere par med detektorer innbefattende detektorer anbrakt diametralt motsatt hverandre på motsatte sider av lengdeaksen til huset og kombinering med strålingskilden i en geometrisk konfigurasjon forskjellig fra geometrisk konfigurasjon til kombinasjonen av det første detektorparet med strålingskilden og det andre paret med strålingskilden og behandling av utgangssignalene fra de ytterligere detektorene for å frembringe datasignaler indikativ for strålingen avfølt av detektorene.

18. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 10 til 17, karakterisert ved at det bestemmes tetthet til borefluidet som en av parametrene i borehullet.

19. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 10 til 18, karakterisert ved at det bestemmes massetettheten til informasjonen ved nivået til huset som en av parametrene nede i borehullet.

20. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 10 til 19, karakterisert ved at tverrdimensjonen på borehullet bestemmes ved nivået til huset som en av parametrene nede i borehullet.

21. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 10 til 20, karakterisert ved en tilveiebringelse av den gjennomsnittlige tettheten til omgivelsene av huset fra strålingstellemengdene for detektoren.