NO20110758A1

NO20110758A1 - Absolute elemental concentrations from nuclear spectroscopy

Info

Publication number: NO20110758A1
Application number: NO20110758A
Authority: NO
Inventors: Christian Stoller; Jim A Grau; Markus Berheide; Brad Roscoe; James Thornton
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2011-01-31
Also published as: CN102084271B; GB201101020D0; CA2729550C; GB2473994A; BRPI0914131A2; AU2009267178A1; CA2729550A1; NO20110035A1; RU2011103537A; NO342144B1; CN102084271A; RU2502095C2; AU2009267178B2; WO2010002796A2; GB2473994B; MX2011000008A; WO2010002796A3

Abstract

Systemer og fremgangsmåter for å estimere absolutte grunnstoffkonsentrasjoner i en undergrunnsformasjon basert på nøytronindusert gammastrålespektrometri er tilveiebragt. I ett eksempel kan et system for å estimere et absolutt utbytte av et grunnstoff i en undergrunnsformasjon omfatte et nedihullsverktøy og databehandlingskretser. Nedihullsverktøyet kan omfatte en nøytronkilde for å sende ut nøytroner inn i formasjonen, en nøytronovervåker for å detektere en tellerate av de utsendte nøytronene, og en gammastråledetektor for å frembringe gammastrålespektre som har opphav i hvert fall delvis fra uelastiske gammastråler generert av uelastiske spredningshendelser og nøytroninnfangings-gammastråler generert av nøytroninnfangingshendelser. Databehandlingskretsene kan være innrettet for å bestemme et relativt grunnstoffutbytte fra gammastrålespektrene og for å bestemme et absolutt grunnstoffutbytte basert i hvert fall delvis på en normalisering av det relative grunnstoffutbyttet til telleraten av de utsendte nøytronene.Systems and methods for estimating absolute element concentrations in a subsurface formation based on neutron-induced gamma ray spectrometry are provided. In one example, a system for estimating an absolute yield of an element in a subsurface formation may include a downhole tool and data processing circuits. The downhole tool may comprise a neutron source for emitting neutrons into the formation, a neutron monitor for detecting a count rate of the emitted neutrons, and a gamma ray detector for generating gamma ray spectra originating at least partially from inelastic gamma ray radiation generated and inelastic gamma ray beams. gamma rays generated by neutron capture events. The data processing circuits may be arranged to determine a relative element yield from the gamma ray spectra and to determine an absolute element yield based at least in part on a normalization of the relative element yield to the count rate of the emitted neutrons.

Description

[0001] Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt nøytronindusert gammastrålespektrometri, og mer spesifikt teknikker for bestemmelse av absolutte grunnstoffkonsentrasjoner basert på nøytronindusert gammastrålespektrometri. [0001] The present invention generally relates to neutron-induced gamma-ray spectrometry, and more specifically to techniques for determining absolute element concentrations based on neutron-induced gamma-ray spectrometry.

[0002] Med bruk av nedihulls kjerneverktøy kan en bestemme grunnstoffkonsentrasjonen i en undergrunnsformasjon ved hjelp av en rekke forskjellige teknikker. En indirekte bestemmelse av en formasjons litologi kan oppnås ved hjelp av informasjon fra målinger av tetthet og fotoelektrisk effekt (PEF) fra spredning av gammastråler i formasjonen. En direkte påvisning av grunnstoffer i formasjonen kan oppnås ved å detektere nøytroninduserte gammastråler. Nøytroninduserte gammastråler kan bli dannet når en nøytronkilde sender ut nøytroner inn i en formasjon, som kan vekselvirke med grunnstoffer i formasjonen gjennom uelastisk spredning, høyenergi kjernereaksjoner eller nøytroninnfanging. [0002] With the use of downhole core tools, one can determine the elemental concentration in an underground formation using a number of different techniques. An indirect determination of a formation's lithology can be obtained using information from measurements of density and photoelectric effect (PEF) from the scattering of gamma rays in the formation. A direct detection of elements in the formation can be achieved by detecting neutron-induced gamma rays. Neutron-induced gamma rays can be produced when a neutron source emits neutrons into a formation, which can interact with elements in the formation through inelastic scattering, high-energy nuclear reactions or neutron capture.

[0003] Gammastråler utsendt i uelastiske spredningshendelser ("uelastiske gammastråler") eller nøytroninnfangingshendelser ("nøytroninnfangings-gammastråler") kan ha karakteristiske energier som, basert på forskjellige spektrometrimetoder, kan identifisere de spesifikke isotopene som sendte ut gammastrålene. Metoder som inkluderer uelastisk spektrometritolkning kan være basert på forhold mellom utbytter av grunnstoffer som kan tilskrives uelastiske gammastråler med forskjellige karakteristiske energier. Spesielt har forholdet mellom antallet detekterte gammastråler som følge av karbon og de som følge av oksygen ("C/O-forholdet") vært anvendt for å estimere oljemetning i formasjoner. En fordel med å anvende et forholdstall er at enkelte instrumenteffekter, så som variabel nøytronutmating, og en rekke miljøeffekter vil oppheve hverandre. En ulempe med å anvende et forholdstall er at det vanligvis er vanskeligere å tolke. For det enkle tilfellet med estimering av oljemetning i et vannfylt borehull kan C/O-forholdet være komplisert av gammastråler som kan tilskrives oksygen fra borehullsfluid og det sementerte ringrommet, mens alle gammastråler som kan tilskrives karbon vil stamme fra formasjonen. [0003] Gamma rays emitted in inelastic scattering events ("inelastic gamma rays") or neutron capture events ("neutron capture gamma rays") can have characteristic energies that, based on various spectrometry methods, can identify the specific isotopes that emitted the gamma rays. Methods that include inelastic spectrometry interpretation may be based on ratios of yields of elements attributable to inelastic gamma rays of different characteristic energies. In particular, the ratio between the number of detected gamma rays due to carbon and those due to oxygen (the "C/O ratio") has been used to estimate oil saturation in formations. An advantage of using a ratio is that certain instrument effects, such as variable neutron output, and a number of environmental effects will cancel each other out. A disadvantage of using a ratio is that it is usually more difficult to interpret. For the simple case of estimating oil saturation in a water-filled borehole, the C/O ratio may be complicated by gamma rays attributable to oxygen from the borehole fluid and the cemented annulus, while all gamma rays attributable to carbon will originate from the formation.

[0004] Tilsvarende teknikker som involverer nøytronfangstspektrometri kan inkludere innsamling og analyse av energispektre til nøytroninduserte gammastråler. Grunnstoffer som typisk forefinnes i et nøytronfangstspektrum kan inkludere Si, Ca, Fe, S, Ti, Gd, H, Cl og andre, og noen ganger Al, Na, Mg, Mn, Ni samt andre mindre vesentlige stoffer eller sporstoffer. Imidlertid kan grunnstoffkonsentrasjonene bestemt med bruk av slike teknikker videre i alminnelighet kun identifisere relative konsentrasjoner av grunnstoffer i formasjonen, dersom ikke en absolutt konsentrasjon av et grunnstoff i formasjonen allerede er kjent eller godt estimert. [0004] Similar techniques involving neutron capture spectrometry may include the collection and analysis of energy spectra of neutron-induced gamma rays. Elements typically present in a neutron capture spectrum may include Si, Ca, Fe, S, Ti, Gd, H, Cl and others, and sometimes Al, Na, Mg, Mn, Ni as well as other minor substances or trace elements. However, the element concentrations determined using such techniques can generally only identify relative concentrations of elements in the formation, if an absolute concentration of an element in the formation is not already known or well estimated.

[0005] Enkelte andre teknikker for å estimere absolutte grunnstoffkonsentrasjoner i en formasjon kan inkludere oksydlukningsnormalisering av spektrometriloggdata, eller kan inkludere det å supplere spektrometriloggdata med måling av aktiveringsgammastråler og/eller naturlige gammastråler. Imidlertid kan lukningsnormalisering være avhenging av nøyaktige assosiasjoner for umålte grunnstoffer, som vil kunne endre seg avhengig av den eksakte sammensetningen til formasjonsgrunnstoffer. I tillegg kan lukningsnormalisering være avhengig av at en anvender alle grunnstoffer som vil kunne påvirke spekteret (bortsett fra K og Al), hvorav noen ikke alltid vil være like nøyaktig bestemt som andre. Bruken av måling av aktiveringsgammastråler og/eller naturlige gammastråler kan også innebære forskjellige ulemper. Spesielt kan slike målinger ofte kreve meget kompliserte verktøy og lange måletider. [0005] Some other techniques for estimating absolute elemental concentrations in a formation may include oxide closure normalization of spectrometry log data, or may include supplementing spectrometry log data with measurement of activation gamma rays and/or natural gamma rays. However, closure normalization may be dependent on accurate associations for unmeasured elements, which may change depending on the exact composition of formation elements. In addition, closure normalization may depend on the use of all elements that can affect the spectrum (apart from K and Al), some of which will not always be as precisely determined as others. The use of measurement of activation gamma rays and/or natural gamma rays can also involve various disadvantages. In particular, such measurements can often require very complicated tools and long measurement times.

OPPSUMMERING SUMMARY

[0006] Utvalgte aspekter i samsvar med rammen til utførelsesformene det opprinnelig ble krevet beskyttelse for er forklart nedenfor. Det må forstås at disse aspektene kun er vist for å gi leseren en kort oppsummering av utvalgte utførelsesformer, og at disse aspektene ikke er ment å begrense rammen til utførelsesformene. Utførelsesformene kan inkludere en rekke forskjellige aspekter som ikke nødvendigvis er forklart nedenfor. [0006] Selected aspects consistent with the scope of the embodiments for which protection was originally claimed are explained below. It is to be understood that these aspects are shown only to provide the reader with a brief summary of selected embodiments, and that these aspects are not intended to limit the scope of the embodiments. The embodiments may include a number of different aspects that are not necessarily explained below.

[0007] Utførelsesformer her vedrører generelt systemer og fremgangsmåter for å estimere absolutte grunnstoffkonsentrasjoner i en undergrunnsformasjon med bruk av nøytronindusert spektrometri. For eksempel kan et system for å estimere et absolutt utbytte av et grunnstoff i en undergrunnsformasjon inkludere et nedihullsverktøy og databehandlingskretser. Nedihullsverktøyet kan inkludere en nøytronkilde for å sende ut nøytroner inn i formasjonen, en nøytronovervåker for å detektere en tellerate av de utsendte nøytronene og en gammastråledetektor for å frembringe gammastrålespektre som stammer i hvert fall delvis fra uelastiske gammastråler generert av uelastiske spredningshendelser og nøytroninnfangings-gammastråler generert av nøytroninnfangingshendelser. Databehandlingskretsene kan være innrettet å bestemme et relativt grunnstoffutbytte fra gammastrålespektrene og for å bestemme et absolutt grunnstoffutbytte basert i hvert fall delvis på en normalisering av det relative grunnstoffutbyttet til telleraten av de utsendte nøytronene. [0007] Embodiments here generally relate to systems and methods for estimating absolute element concentrations in a subsurface formation using neutron-induced spectrometry. For example, a system for estimating an absolute yield of an element in a subsurface formation may include a downhole tool and data processing circuitry. The downhole tool may include a neutron source to emit neutrons into the formation, a neutron monitor to detect a count rate of the emitted neutrons, and a gamma ray detector to produce gamma ray spectra derived at least in part from inelastic gamma rays generated by inelastic scattering events and neutron capture gamma rays generated of neutron capture events. The data processing circuits may be arranged to determine a relative elemental yield from the gamma ray spectra and to determine an absolute elemental yield based at least in part on a normalization of the relative elemental yield to the count rate of the emitted neutrons.

[0008] I henhold til den foreliggende oppfinnelse omtales fremgangsmåter og systemer slik det er angitt i de tilhørende selvstendige krav. Ytterligere trekk og fordeler vil fremkomme av de uselvstendige patentkrav. [0008] According to the present invention, methods and systems are described as stated in the associated independent claims. Further features and advantages will emerge from the independent patent claims.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0009] Fordeler med foreliggende oppfinnelse vil tydeliggjøres gjennom lesning av den følgende detaljerte beskrivelsen og gjennom henvisning til tegningene, der: [0009] Advantages of the present invention will become clear through reading the following detailed description and through reference to the drawings, where:

[0010] Figur 1 er et skjematisk blokkdiagram av et system som inkluderer et nedihullsverktøy og databehandlingskretser for å måle absolutte grunnstoffkonsentrasjoner basert på spektralanalyse av nøytroninduserte gammastråler, ifølge en utførelsesform, [0010] Figure 1 is a schematic block diagram of a system including a downhole tool and data processing circuitry for measuring absolute elemental concentrations based on neutron induced gamma ray spectral analysis, according to one embodiment,

[0011] Figur 2 er et skjematisk blokkdiagram av en brønnloggeoperasjon som anvender nedihullsverktøyet i figur 1, i samsvar med en utførelsesform, [0011] Figure 2 is a schematic block diagram of a well logging operation using the downhole tool of Figure 1, in accordance with one embodiment,

[0012] Figur 3 er et flytdiagram som viser en utførelsesform av en fremgangsmåte for å bestemme absolutte grunnstoffutbytter i en formasjon basert på målinger av nøytroninduserte gammastråler, i samsvar med en utførelsesform, [0012] Figure 3 is a flow diagram showing an embodiment of a method for determining absolute element yields in a formation based on measurements of neutron-induced gamma rays, in accordance with an embodiment,

[0013] Figur 4 er et flytdiagram som viser en utførelsesform av en fremgangsmåte for å bestemme delvise absolutte grunnstoffutbytter i en formasjon og et borehull basert på målinger av nøytroninduserte gammastråler, ifølge en utførelsesform, [0013] Figure 4 is a flow diagram showing an embodiment of a method for determining partial absolute elemental yields in a formation and a borehole based on measurements of neutron-induced gamma rays, according to an embodiment,

[0014] Figur 5 er et flytdiagram som viser en utførelsesform av en fremgangsmåte for å bestemme absolutte grunnstoffkonsentrasjoner basert på bestemte absolutte grunnstoffutbytter, ifølge en utførelsesform, og [0014] Figure 5 is a flow diagram showing an embodiment of a method for determining absolute element concentrations based on determined absolute element yields, according to one embodiment, and

[0015] Figur 6 er et flytdiagram som viser en utførelsesform av en fremgangsmåte for å verifisere de absolutte grunnstoffkonsentrasjonene ved hjelp av oksydlukningsmetoder og relative utbytter, ifølge en utførelsesform. [0015] Figure 6 is a flow diagram showing one embodiment of a method for verifying the absolute elemental concentrations using oxide closure methods and relative yields, according to one embodiment.

DETALJERT BESKRIVELSE AV KONKRETE UTFØRELSESFORMER DETAILED DESCRIPTION OF SPECIFIC EMBODIMENTS

[0016] Én eller flere konkrete utførelsesformer er beskrevet nedenfor. I et forsøk på å gi en kortfattet beskrivelse av disse utførelsesformene er ikke alle trekk ved en faktisk utførelse beskrevet her. Det må forstås at i utviklingen av enhver slik faktisk utførelse, som i ethvert produksjons- eller utviklingsprosjekt, en rekke utførelsesspesifikke avgjørelser må tas for å oppnå utviklerens spesifikke mål, så som overholdelse av systemrelaterte og forretningsrelaterte føringer, som kan variere fra én utførelse til en annen. Videre må det forstås at en slik utviklingsjobb kan være komplisert og tidkrevende, men likevel vil være et rutinemessig utformings-, tilvirknings- og produksjonsforetagende for fagmannen med støtte i denne beskrivelsen. [0016] One or more concrete embodiments are described below. In an attempt to provide a concise description of these embodiments, not all features of an actual embodiment are described here. It should be understood that in the development of any such actual implementation, as in any production or development project, a number of implementation-specific decisions must be made to achieve the developer's specific goals, such as adherence to system-related and business-related guidelines, which may vary from one implementation to another. other. Furthermore, it must be understood that such a development job can be complicated and time-consuming, but will nevertheless be a routine design, fabrication and production undertaking for the professional with support in this description.

[0017] Utførelsesformer av oppfinnelsen beskrevet her vedrører generelt systemer og fremgangsmåter for nøytronindusert gammastrålespektrometri. Spesielt vedrører oppfinnelsen beskrevet her teknikker for å bestemme absolutte grunnstoffkonsentrasjoner i en undergrunnsformasjon. Disse teknikkene kan inkludere det å bevirke til uelastiske spredningshendelser og nøytroninnfangingshendelser i en undergrunnsformasjon ved å bombardere formasjonen med nøytroner, noe som kan forårsake utsending av uelastiske gammastråler og nøytroninnfangings-gammastråler. De uelastiske gammastrålene og nøytroninnfangings-gammastrålene kan ha energispektre som er karakteristiske for grunnstoffene de stammer fra. [0017] Embodiments of the invention described here generally relate to systems and methods for neutron-induced gamma ray spectrometry. In particular, the invention described here relates to techniques for determining absolute element concentrations in an underground formation. These techniques may include inducing inelastic scattering events and neutron capture events in a subsurface formation by bombarding the formation with neutrons, which may cause the emission of inelastic gamma rays and neutron capture gamma rays. The inelastic gamma rays and neutron capture gamma rays can have energy spectra characteristic of the elements from which they originate.

[0018] Mengden av utsendte nøytroner kan bli overvåket eller være kjent på annen måte, og de resulterende gammastrålespektrene kan bli målt og normalisert til den overvåkede nøytronutmatingen. Det har blitt funnet at estimater av de absolutte grunnstoffkonsentrasjonene kan avledes fra de absolutte gammastrålespektrometri-baserte grunnstoffutbyttene, som refererer til det gammastrålespektrometri-baserte utbyttet normalisert med den overvåkede eller kjente nøytronutmatingen og forskjellige miljøkorrigeringer for å kompensere for formasjonens og/eller borehullets egenskaper. Som den anvendes her er ikke benevnelsen "absolutte utbytter" ment å innebære at gammastrålespektrometri-målingen blir utført med henvisning til et kjent grunnstoff i formasjonen. Tvert imot trenger ingen direkte måling av andre grunnstoffer å være nødvendig for å avlede en empirisk lukningsfaktor i henhold til metodene beskrevet nedenfor. [0018] The amount of emitted neutrons can be monitored or otherwise known, and the resulting gamma ray spectra can be measured and normalized to the monitored neutron output. It has been found that estimates of the absolute elemental concentrations can be derived from the absolute gamma-ray spectrometry-based elemental yields, which refer to the gamma-ray spectrometry-based yield normalized by the monitored or known neutron output and various environmental corrections to compensate for formation and/or borehole characteristics. As used herein, the term "absolute yields" is not intended to imply that the gamma ray spectrometry measurement is performed with reference to a known element in the formation. On the contrary, no direct measurement of other elements need be necessary to derive an empirical closure factor according to the methods described below.

[0019] På bakgrunn av det foregående illustrerer figur 1 et system 10 for å bestemme absolutte grunnstoffkonsentrasjoner i en undergrunnsformasjon som inkluderer et nedihullsverktøy 12 og et databehandlingssystem 14. Som et eksempel kan nedihullsverktøyet 12 være et vaierført eller kabelført verktøy for å logge en eksisterende brønn, eller kan være anordnet i en borehullsenhet for logging under boring (LWD - Logging While Drilling). Databehandlingssystemet 14 kan være innlemmet i nedihullsverktøyet 12 eller kan være fjernt. Nedihullsverktøyet 12 kan være omgitt av et hus 16. [0019] Based on the foregoing, Figure 1 illustrates a system 10 for determining absolute element concentrations in a subsurface formation that includes a downhole tool 12 and a data processing system 14. As an example, the downhole tool 12 can be a wireline or cabled tool for logging an existing well , or can be arranged in a borehole unit for logging while drilling (LWD - Logging While Drilling). The data processing system 14 may be incorporated into the downhole tool 12 or may be remote. The downhole tool 12 may be surrounded by a housing 16.

[0020] Nedihullsverktøyet 12 kan inkludere en nøytronkilde 18 innrettet for å sende ut nøytroner inn i en undergrunnsformasjon. Som et eksempel kan nøytronkilden 18 være en elektronisk nøytronkilde, så som Minitron™ fra Schlumberger Technology Corporation, som kan generere pulser av nøytroner gjennom d-D-og/eller d-T-reaksjoner. I tillegg eller alternativt kan nøytronkilden 18 være en radioaktiv kilde, så som en AmBe- eller<252>Cf-kilde. [0020] The downhole tool 12 may include a neutron source 18 arranged to emit neutrons into a subsurface formation. As an example, the neutron source 18 may be an electronic neutron source, such as the Minitron™ from Schlumberger Technology Corporation, which can generate pulses of neutrons through d-D and/or d-T reactions. In addition or alternatively, the neutron source 18 may be a radioactive source, such as an AmBe or<252>Cf source.

[0021] Nøytronutmatingen fra nøytronkilden 18 kan bestemmes med bruk av forskjellige metoder. Dersom foreksempel nøytronkilden 18 inkluderer en radioaktiv kilde, kan den absolutte utmatingen fra nøytronkilden 18 bestemmes gjennom kalibrering. I tillegg kan den absolutte utmatingen fra nøytronkilden 18 bestemmes ved å beregne endringen av aktiviteten til nøytronkilden 18 som funksjon av tiden siden kalibrering, siden en radioaktiv kilde kan følge en kjent eksponentiell nedbrytningslov og kan ha en kjent halveringstid. [0021] The neutron output from the neutron source 18 can be determined using different methods. If, for example, the neutron source 18 includes a radioactive source, the absolute output from the neutron source 18 can be determined through calibration. In addition, the absolute output from the neutron source 18 can be determined by calculating the change in activity of the neutron source 18 as a function of time since calibration, since a radioactive source may follow a known exponential decay law and may have a known half-life.

[0022] Dersom nøytronkilden 18 inkluderer en elektronisk nøytrongenerator, kan en gitt øyeblikksutmating fra nøytronkilden 18 avhenge av mange parametere som styrer genereringen av nøytroner og således nøytronutmatingen fra nøytronkilden 18. Disse parametrene kan inkludere ionestrålestrømmen som forsynes inne i nøytrongeneratorrøret, den akselererende høyspenningen som påføres på røret og virkemåten til ionekilden, blant annet. Selv om alle disse parametrene blir nøye reguler er en imidlertid ikke garantert en konstant nøytronutmating, ettersom kortsiktige fluktuasjoner i nøytronutmating vil kunne forekomme som følge av endringer i nøytrongeneratorens driftsegenskaper med tid og temperatur. I tillegg vil mer langsiktige endringer som følge av aldring av generatorrøret også kunne påvirke nøytronutmatingen fra nøytronkilden 18. [0022] If the neutron source 18 includes an electronic neutron generator, a given instantaneous output from the neutron source 18 may depend on many parameters that control the generation of neutrons and thus the neutron output from the neutron source 18. These parameters may include the ion beam current supplied inside the neutron generator tube, the accelerating high voltage applied on the tube and the operation of the ion source, among other things. Even if all these parameters are carefully regulated, a constant neutron output is not guaranteed, as short-term fluctuations in neutron output could occur as a result of changes in the neutron generator's operating characteristics with time and temperature. In addition, longer-term changes due to aging of the generator tube could also affect the neutron output from the neutron source 18.

[0023] I noen utførelsesformer kan således en nøytronovervåker 20 overvåke nøytronutmatingen fra nøytronkilden 18. Nøytronovervåkeren 20 kan for eksempel være en plast-scintillator og fotomultiplikator som primært kan detektere uspredte nøytroner direkte fra nøytronkilden 18, og kan avgi et telleratesignal som er proporsjonalt med nøytronutmatingsraten fra nøytronkilden 18. Som beskrevet nærmere nedenfor kan nøytronutmatingen, enten den blir bestemt gjennom kalibrering av nøytronkilden 18 og/eller passende beregninger, eller ved hjelp av nøytronovervåkeren 20, bli anvendt for å bestemme absolutte spektralutbytter som kan tilskrives forskjellige grunnstoffer i formasjonen. [0023] In some embodiments, a neutron monitor 20 can thus monitor the neutron output from the neutron source 18. The neutron monitor 20 can for example be a plastic scintillator and photomultiplier which can primarily detect unscattered neutrons directly from the neutron source 18, and can emit a count rate signal that is proportional to the neutron output rate from the neutron source 18. As described in more detail below, the neutron output, whether determined through calibration of the neutron source 18 and/or appropriate calculations, or by means of the neutron monitor 20, can be used to determine absolute spectral yields attributable to various elements in the formation.

[0024] Et nøytronskjold 22 kan skille nøytronkilden 18 fra forskjellige andre detektorer i nedihullsverktøyet 12. Et tilsvarende skjold 24, som kan inneholde stoffer så som bly, kan hindre at gammastråler vandrer mellom de forskjellige detektorene i nedihullsverktøyet 12. Nedihullsverktøyet 12 kan videre inkludere én eller flere gammastråledetektorer, og kan inkludere tre eller flere gammastråledetektorer. Nedihullsverktøyet 12 illustrert i figur 1 inkluderer to gammastråledetektorer 26 og 28. Den innbyrdes plasseringen av gammastråledetektorene 26 og/eller 28 i nedihullsverktøyet 12 kan variere. [0024] A neutron shield 22 can separate the neutron source 18 from various other detectors in the downhole tool 12. A corresponding shield 24, which can contain substances such as lead, can prevent gamma rays from traveling between the different detectors in the downhole tool 12. The downhole tool 12 can further include one or more gamma ray detectors, and may include three or more gamma ray detectors. The downhole tool 12 illustrated in Figure 1 includes two gamma ray detectors 26 and 28. The relative location of the gamma ray detectors 26 and/or 28 in the downhole tool 12 may vary.

[0025] Gammastråledetektorene 26 og/eller 28 kan være inneholdt i respektive hus 30. Scintillatorkrystaller 32 i gammastråledetektorene 26 og/eller 28 kan muliggjøre deteksjonstellinger av eller spektre til gammastråler ved å generere lys når gammastråler spres eller blir fanget i scintillatorkrystallene 32. Scintillatorkrystallene 32 kan være uorganiske scintillasjonsdetektorer som inneholder for eksempel Nal(TI), LaCI3, LaBr3, BGO, GSO, YAP og/eller andre passende materialer. Husene 34 kan omgi scintillatorkrystallene 32. Fotodetektorer 36 kan detektere lys sendt ut av scintillatorkrystallene 32 når en gammastråle blir absorbert og lyset har passert gjennom et optisk vindu 38. Gammastråledetektorene 26 og/eller 28 kan være innrettet for å frembringe en gammastråletelling og/eller gammastrålespektre, og kansåledes inkludere en enhet for å analysere høyden til gammastrålepulser. [0025] The gamma ray detectors 26 and/or 28 may be contained in respective housings 30. Scintillator crystals 32 in the gamma ray detectors 26 and/or 28 may enable detection counts of or spectra of gamma rays by generating light when gamma rays are scattered or trapped in the scintillator crystals 32. The scintillator crystals 32 can be inorganic scintillation detectors containing, for example, Nal(TI), LaCl 3 , LaBr 3 , BGO, GSO, YAP and/or other suitable materials. The housings 34 may surround the scintillator crystals 32. Photodetectors 36 may detect light emitted by the scintillator crystals 32 when a gamma ray is absorbed and the light has passed through an optical window 38. The gamma ray detectors 26 and/or 28 may be arranged to produce a gamma ray count and/or gamma ray spectra. , and thus can include a device for analyzing the height of gamma ray pulses.

[0026] Én eller flere nøytrondetektorer 21 kan være anordnet andre steder i nedihullsverktøyet 12, og kan bli anvendt for å bestemme forskjellige miljøkorrigeringsfaktorer, som beskrevet nedenfor. Spesielt kan den ene eller de flere nøytrondetektorene 21 være termiske, epitermiske eller hurtige nøytrondetektorer som kan gjøre det mulig å måle avhengighet av den termiske og/eller epitermiske nøytronfluksen i nærheten av gammastråledetektorene 26 og/eller 28. Denne termiske og/eller epitermiske nøytronfluksen kan bli målt eller estimert av den ene eller de flere nøytrondetektorene 21 som befinner seg vekk fra nøytronkilden 18. [0026] One or more neutron detectors 21 may be located elsewhere in the downhole tool 12, and may be used to determine various environmental correction factors, as described below. In particular, the one or more neutron detectors 21 can be thermal, epithermal or fast neutron detectors which can make it possible to measure the dependence of the thermal and/or epithermal neutron flux in the vicinity of the gamma ray detectors 26 and/or 28. This thermal and/or epithermal neutron flux can be measured or estimated by the one or more neutron detectors 21 which are located away from the neutron source 18.

[0027] Signalene fra nøytronovervåkeren 20, den ene eller de flere nøytrondetektorene 21 og gammastråledetektorene 26 og/eller 28 kan bli sendt til databehandlingssystemet 14 som data 40, og/eller kan bli behandlet eller forbehandlet av en integrert prosessor i nedihullsverktøyet 12. Databehandlingssystemet 14 kan inkludere en generell datamaskin, så som en personlig datamaskin, innrettet for å kjøre en rekke forskjellig programvare, inkluderende programvare som realiserer hele eller en del av teknikken ifølge oppfinnelsen. Alternativt kan databehandlingssystemet 14 inkludere, blant annet, en stormaskin, et distribuert datasystem eller en applikasjonsspesifikk datamaskin eller arbeidsstasjon innrettet for å realisere hele eller en del av teknikken her basert på spesialisert programvare og/eller maskinvare tilveiebragt som del av systemet. Videre kan databehandlingssystemet 14 inkludere enten én enkelt prosessor eller flere prosessorer for å lette realisering av funksjonaliteten beskrevet her. [0027] The signals from the neutron monitor 20, the one or more neutron detectors 21 and the gamma ray detectors 26 and/or 28 can be sent to the data processing system 14 as data 40, and/or can be processed or preprocessed by an integrated processor in the downhole tool 12. The data processing system 14 may include a general purpose computer, such as a personal computer, adapted to run a variety of different software, including software that realizes all or part of the technique of the invention. Alternatively, the data processing system 14 may include, among other things, a mainframe, a distributed computer system or an application-specific computer or workstation designed to realize all or part of the technique here based on specialized software and/or hardware provided as part of the system. Furthermore, the data processing system 14 can include either a single processor or several processors to facilitate realization of the functionality described here.

[0028] Generelt kan databehandlingssystemet 14 inkludere [0028] In general, the data processing system 14 may include

databehandlingskretser 44, som kan være en mikrostyringsenhet eller mikroprosessor, så som en sentralprosesseringsenhet (CPU), som kan kjøre forskjellige rutiner og prosesseringsfunksjoner. For eksempel kan databehandlingskretsene 44 eksekvere forskjellige operativsysteminstruksjoner og programvarerutiner som er innrettet for å utføre bestemte prosesser og lagret i eller blir forsynt av et produkt inkluderende et datamaskinlesbart medium, så som en minneanordning (f.eks. et direkteaksessminne (RAM) i en personlig datamaskin) eller én eller flere masselagringsanordninger (f.eks. en intern eller ekstern harddisk, en solid-state lagringsanordning, et CD-ROM, en DVD, eller en annen lagringsanordning). I tillegg kan databehandlingskretsene 44 behandle data forsynt som innmatinger til forskjellige rutiner eller dataprogrammer, inkluderende dataene 40. data processing circuitry 44, which may be a microcontroller or microprocessor, such as a central processing unit (CPU), which may run various routines and processing functions. For example, the computing circuitry 44 may execute various operating system instructions and software routines that are designed to perform certain processes and are stored in or provided by a product including a computer-readable medium, such as a memory device (e.g., a random access memory (RAM) in a personal computer ) or one or more mass storage devices (eg, an internal or external hard drive, a solid-state storage device, a CD-ROM, a DVD, or other storage device). In addition, the data processing circuits 44 can process data provided as inputs to various routines or computer programs, including the data 40.

[0029] Dataene i tilknytning til teknikken i oppfinnelsen kan være lagret i eller bli forsynt av minnet eller masselagringsanordningen i databehandlingssystemet 14. Alternativt kan disse dataene bli forsynt til databehandlingskretsene 44 i databehandlingssystemet 14 via én eller flere innmatingsanordninger. I én utførelsesform kan datafangstkretser 42 representere én slik innmatingsanordning, imidlertid kan innmatingsanordningene også inkludere manuelle innmatingsanordninger, så som et tastatur, en mus eller liknende. I tillegg kan innmatingsanordningene inkludere en nettverksanordning, så som et kabelbasert eller trådløst Ethernetkort, et trådløst nettverksadapter eller hvilke som helst av forskjellige porter eller anordninger innrettet for å lette kommunikasjon med andre anordninger over et hvilket som helst passende kommunikasjonsnettverk, så som et lokalt nettverk eller Internett. Ved hjelp av en slik nettverksanordning kan databehandlingssystemet 14 utveksle data og kommunisere med andre nettverkstilknyttede elektroniske systemer, som befinner seg lokalt ved eller fjernt fra systemet. Nettverket kan inkludere forskjellige komponenter som letter kommunikasjon, inkluderende switcher, rutere, tjenere eller andre datamaskiner, nettverksadaptere, kommunikasjonskabler og annet. [0029] The data in connection with the technique in the invention can be stored in or supplied by the memory or mass storage device in the data processing system 14. Alternatively, this data can be supplied to the data processing circuits 44 in the data processing system 14 via one or more input devices. In one embodiment, data capture circuits 42 may represent one such input device, however, the input devices may also include manual input devices, such as a keyboard, a mouse or the like. In addition, the input devices may include a network device, such as a wired or wireless Ethernet card, a wireless network adapter, or any of a variety of ports or devices adapted to facilitate communication with other devices over any suitable communications network, such as a local area network or Internet. By means of such a network device, the data processing system 14 can exchange data and communicate with other networked electronic systems, which are located locally at or distant from the system. The network can include various components that facilitate communication, including switches, routers, servers or other computers, network adapters, communication cables and others.

[0030] Nedihullsverktøyet 12 kan sende dataene 40 til datafangstkretsene 42 i databehandlingssystemet 14, for eksempel over en ned-kommunikasjonslinje i et telemetrisystem eller en kommunikasjonskabel. Etter mottak av dataene 40 kan datafangstkretsene 42 sende dataene 40 til databehandlingskretsene 44.1 henhold til én eller flere lagrede rutiner kan databehandlingskretsene 44 behandle dataene 40 for å bestemme én eller flere egenskaper ved en undergrunnsformasjon som omgir nedihullsverktøyet 12. Denne behandlingen kan for eksempel inkludere én eller flere metoder for å estimere absolutte utbytter av grunnstoffer i formasjonen basert på spektralutbytter av uelastiske gammastråler og/eller nøytroninnfangings-gammastråler. Databehandlingskretsene 44 kan deretter mate ut en rapport 46 som angir den ene eller de flere bestemte egenskapene ved formasjonen. Rapporten 46 kan bli lagret i minne eller kan bli forsynt til en operatør via én eller flere utmatingsanordninger, så som en elektronisk skjerm og/eller en skriver. [0030] The downhole tool 12 can send the data 40 to the data capture circuits 42 in the data processing system 14, for example over a down communication line in a telemetry system or a communication cable. After receiving the data 40, the data capture circuits 42 may send the data 40 to the data processing circuits 44.1 according to one or more stored routines, the data processing circuits 44 may process the data 40 to determine one or more characteristics of a subsurface formation surrounding the downhole tool 12. This processing may include, for example, one or several methods for estimating absolute yields of elements in the formation based on spectral yields of inelastic gamma rays and/or neutron capture gamma rays. The data processing circuitry 44 may then output a report 46 indicating the one or more particular characteristics of the formation. The report 46 may be stored in memory or may be provided to an operator via one or more output devices, such as an electronic display and/or a printer.

[0031] Figur 2 illustrerer en nøytronindusert gammastrålebasert brønnloggeoperasjon 48, som inkluderer utplassering av nedihullsverktøyet 12 i en omkringliggende undergrunnsformasjon 50.1 operasjonen 48 vist i figur 2 har nedihullsverktøyet 12 blitt senket inn i et borehull 52. Brønnloggeoperasjonen 48 kan begynne når nøytronkilden 18 mater ut nøytroner 54 inn i den omkringliggende formasjonen. Dersom nøytronkilden 18 sender ut nøytroner ved omtrent 14,1 MeV, foreksempel, kan disse 14,1 MeV nøytronene kollidere med kjerner i den omkringliggende formasjonen 50 gjennom uelastiske spredningshendelser 56, som kan generere uelastiske gammastråler 58 og kan gjøre at nøytronene i nøytronutbruddet 54 mister energi. Etter hvert som nøytronene 54 mister energi og blir til epitermiske og termiske nøytroner, kan de bli absorbert av kjerner i formasjonen 50 i nøytroninnfangingshendelser 60, som kan generere nøytroninnfangings-gammastråler 62. Dersom nøytronkilden 18 kun sender ut nøytroner 54 med en energi som ikke er tilstrekkelig til å forårsake uelastiske spredningshendelser, kan det hovedsakelig kun forekomme nøytroninnfangingshendelser 60. [0031] Figure 2 illustrates a neutron-induced gamma ray-based well logging operation 48, which includes deployment of the downhole tool 12 in a surrounding underground formation 50.1 the operation 48 shown in Figure 2, the downhole tool 12 has been lowered into a borehole 52. The well logging operation 48 can begin when the neutron source 18 is feeding out neutrons 54 into the surrounding formation. If the neutron source 18 emits neutrons at approximately 14.1 MeV, for example, these 14.1 MeV neutrons can collide with nuclei in the surrounding formation 50 through inelastic scattering events 56, which can generate inelastic gamma rays 58 and can cause the neutrons in the neutron burst 54 to lose Energy. As the neutrons 54 lose energy and become epithermal and thermal neutrons, they can be absorbed by nuclei in the formation 50 in neutron capture events 60, which can generate neutron capture gamma rays 62. If the neutron source 18 only emits neutrons 54 with an energy that is not sufficient to cause inelastic scattering events, mainly only neutron capture events 60 can occur.

[0032] De uelastiske gammastrålene 58 og/eller nøytroninnfangings-gammastrålene 62 kan bli detektert av gammastråledetektor 26 og/eller 28. Som nevnt kort over kan spektrene til gammastrålene 58 og 62 være karakteristiske for de grunnstoffene de stammer fra. Følgelig kan spektrene til gammastrålene 58 og/eller 62 bli analysert for å bestemme utbytter av grunnstoff. [0032] The inelastic gamma rays 58 and/or the neutron capture gamma rays 62 can be detected by the gamma ray detector 26 and/or 28. As mentioned briefly above, the spectra of the gamma rays 58 and 62 can be characteristic of the elements from which they originate. Accordingly, the spectra of the gamma rays 58 and/or 62 can be analyzed to determine yields of element.

[0033] Samtidig kan nøytronovervåkeren 20 nær nøytronkilden 18 måle den absolutte nøytronutmatingen fra nøytronkilden 18. Som beskrevet nærmere nedenfor kan en relasjon mellom de detekterte spektrene til gammastrålen 58 og/eller 62 og den absolutte nøytronutmatingen fra nøytronkilden 18 angi et absolutt grunnstoffutbytte. Flere komplikasjoner vil imidlertid kunne oppstå som følge av miljøpåvirkninger fra formasjonen 50 og borehullet 52. For eksempel kan gammastråledetektorene 26 og/eller 28 ofte kun være i stand til å detektere uelastiske gammastråler 58 og/eller nøytroninnfangings-gammastråler 62 som oppstår innenfor et bestemt område av formasjonen 50 i nærheten av den respektive gammastråledetektoren 26 eller 28. En andel av den totale nøytronfluksen vil kunne unnslippe fra disse områdene, og størrelsen av denne andelen kan avhenge av forskjellige miljøfaktorer. Når færre nøytroner 54 kommer frem til det området av formasjonen 50 som gammastråledetektorene 26 og/eller 28 er i stand til å avføle, kan færre detekterbare gammastråler 58 og/eller 62 bli generert. Nedbremsingslengden er én faktor som kan bidra til denne effekten. [0033] At the same time, the neutron monitor 20 near the neutron source 18 can measure the absolute neutron output from the neutron source 18. As described in more detail below, a relationship between the detected spectra of the gamma ray 58 and/or 62 and the absolute neutron output from the neutron source 18 can indicate an absolute element yield. However, several complications may arise as a result of environmental influences from the formation 50 and the borehole 52. For example, the gamma ray detectors 26 and/or 28 may often only be able to detect inelastic gamma rays 58 and/or neutron capture gamma rays 62 that occur within a certain area of the formation 50 in the vicinity of the respective gamma ray detector 26 or 28. A proportion of the total neutron flux will be able to escape from these areas, and the size of this proportion may depend on various environmental factors. When fewer neutrons 54 arrive at the area of the formation 50 that the gamma ray detectors 26 and/or 28 are capable of sensing, fewer detectable gamma rays 58 and/or 62 may be generated. The deceleration length is one factor that can contribute to this effect.

[0034] Tilsvarende, siden nøytronkilden 18 og gammastråledetektorene 26 og/eller 28 ikke befinner seg på samme sted, vil nøytrontelleraten målt av den ene eller de flere nøytrondetektorene 21 kunne måtte korrigeres for geometriske effekter på variasjonen i nøytronfluks i det området i formasjonen 50 som gammastråledetektorene 26 og/eller 28 er i stand til å avføle. Ytterligere målinger fra andre verktøy og/eller annen modellering kan anvendes for å estimere andelen tapte nøytroner 54, så vel som endringer i den effektive romvinkelen til gammastråledetektorene 26 og/eller 28. Flere faktorer kan bidra til denne effekten, som mange kan kompenseres for med bruk av forskjellige parametere, som beskrevet nedenfor. [0034] Correspondingly, since the neutron source 18 and the gamma ray detectors 26 and/or 28 are not located in the same place, the neutron counter rate measured by the one or more neutron detectors 21 may have to be corrected for geometric effects on the variation in neutron flux in the area of the formation 50 which the gamma ray detectors 26 and/or 28 are capable of sensing. Additional measurements from other tools and/or other modeling can be used to estimate the proportion of lost neutrons 54, as well as changes in the effective solid angle of the gamma ray detectors 26 and/or 28. Several factors can contribute to this effect, many of which can be compensated for by using different parameters, as described below.

[0035] En annen komplikasjon som kan oppstå kan være spesifikk for målingen av nøytroninnfangings-gammastråler 62. Spesielt kan den mengden termiske nøytroner som kommer frem til det volumet i formasjonen 50 som kan detekteres av gammastråledetektorene 26 og/eller 28 ikke være direkte proporsjonal med den absolutte nøytronutmatingen av høyenerginøytroner (f.eks. 14,1 MeV). Istedet kan den termiske nøytronfluksen avhenge av nøytrontransporten og levetiden til de termiske nøytronene gjennom formasjonen 50 før innfanging. Følgelig kan ytterligere målinger fra andre verktøy og/eller annen modellering bli anvendt for å estimere andelen termiske nøytroner som kommer frem til det volumet i formasjonen 50 som kan detekteres av gammastråledetektorene 26 og/eller 28. Én faktor i en slik beregning kan være en sigma-måling av formasjonen 50, som representerer et makroskopisk termisk nøytroninnfangingstverrsnitt for formasjonen 50. [0035] Another complication that may arise may be specific to the measurement of neutron capture gamma rays 62. In particular, the amount of thermal neutrons arriving at the volume of the formation 50 that can be detected by the gamma ray detectors 26 and/or 28 may not be directly proportional to the absolute neutron output of high-energy neutrons (eg 14.1 MeV). Instead, the thermal neutron flux may depend on the neutron transport and lifetime of the thermal neutrons through the formation 50 prior to capture. Accordingly, additional measurements from other tools and/or other modeling may be used to estimate the fraction of thermal neutrons arriving at the volume in the formation 50 that can be detected by the gamma ray detectors 26 and/or 28. One factor in such calculation may be a sigma - measurement of the formation 50, which represents a macroscopic thermal neutron capture cross-section of the formation 50.

[0036] Dempningen av gammastrålene 58 og/eller 62 vil også kunne påvirkes av miljøet i formasjonen 50. Ettersom denne gammastråledempningen kan påvirkes av tettheten i formasjonen 50 kan en slik måling bli anvendt for å kompensere for disse effektene. Endelig kan tilstedeværelsen av borehullet 52 også komplisere målingene av gammastrålene 58 og/eller 62 innhentet av gammastråledetektorene 26 og/eller 28. Miljøpåvirkningene i borehullet 52 kan bli kompensert for ved hjelp av ytterligere målinger av borehullsparametere og/eller modellering, som kan inkludere diameteren til borehullet 52 og/eller en måling eller estimering av sigma for borehullet 52. [0036] The attenuation of the gamma rays 58 and/or 62 can also be affected by the environment in the formation 50. As this gamma ray attenuation can be affected by the density in the formation 50, such a measurement can be used to compensate for these effects. Finally, the presence of the borehole 52 may also complicate the measurements of the gamma rays 58 and/or 62 obtained by the gamma ray detectors 26 and/or 28. The environmental influences in the borehole 52 may be compensated for by means of additional measurements of borehole parameters and/or modeling, which may include the diameter of the borehole 52 and/or a measurement or estimation of sigma for the borehole 52.

[0037] Dersom nedihullsverktøyet 12 inkluderer en nøytrondetektor 21 nærved gammastråledetektoren 26 og/eller 28, kan denne nøytrondetektoren 21 bli anvendt for å måle termisk og/eller epitermisk nøytronfluks i tilknytning til det området i formasjonen 50 og/eller borehullet 52 som kan avføles av gammastråledetektoren 26 og/eller 28. Disse målingene kan avdekke bestemte miljøegenskaper ved formasjonen 50, som kan bli korrigert for ved hjelp av metodene beskrevet nedenfor. [0037] If the downhole tool 12 includes a neutron detector 21 near the gamma ray detector 26 and/or 28, this neutron detector 21 can be used to measure thermal and/or epithermal neutron flux in connection with the area in the formation 50 and/or the borehole 52 that can be sensed by the gamma ray detector 26 and/or 28. These measurements can reveal certain environmental characteristics of the formation 50, which can be corrected for using the methods described below.

[0038] Figurene 3 og 4 representerer forskjellige utførelsesformer av fremgangsmåter for å bestemme absolutte grunnstoffutbytter fra detekterte gammastrålespektre. Teknikkene beskrevet i forbindelse med figurene 3 og 4 representerer teknikker som kan involvere bruk av nedihullsverktøyet 12 og/eller databehandlingssystemet 14. Først med henvisning til figur 3 begynner et flytdiagram 64 med et trinn 66, der nedihullsverktøyet 12 er senket inn i formasjonen 50 og nøytronkilden 18 i nedihullsverktøyet 12 sender ut nøytroner 54 inn i den omkringliggende formasjonen 50.1 trinn 68, som kan bli utført samtidig med trinn 66, kan den absolutte nøytronutmatingen fra nøytronkilden 18 bli målt med bruk av nøytronovervåkeren 20 nær nøytronkilden 18.1 tillegg eller alternativt kan den absolutte nøytronutmatingen fra nøytronkilden 18 bli estimert på et senere tidspunkt basert på kalibrering av nøytronkilden 18 og modeller for radioaktiv nedbrytning. I trinn 70 kan gammastråledetektorene 26 og/eller 28 måle spektrene til uelastiske gammastråler og nøytroninnfangings-gammastråler 58 og/eller 62 som kan bli generert når nøytronene 54 vekselvirker med formasjonen 50. [0038] Figures 3 and 4 represent different embodiments of methods for determining absolute elemental yields from detected gamma ray spectra. The techniques described in connection with Figures 3 and 4 represent techniques that may involve the use of the downhole tool 12 and/or the data processing system 14. Referring first to Figure 3, a flow diagram 64 begins with a step 66, where the downhole tool 12 is lowered into the formation 50 and the neutron source 18 in the downhole tool 12 emits neutrons 54 into the surrounding formation 50.1 step 68, which can be performed simultaneously with step 66, the absolute neutron output from the neutron source 18 can be measured using the neutron monitor 20 near the neutron source 18.1 additionally or alternatively the absolute neutron output can from the neutron source 18 be estimated at a later time based on calibration of the neutron source 18 and models for radioactive decay. In step 70, the gamma ray detectors 26 and/or 28 may measure the spectra of inelastic gamma rays and neutron capture gamma rays 58 and/or 62 that may be generated when the neutrons 54 interact with the formation 50.

[0039] Trinnene 71-76 kan generelt inkludere prosesseringstrinn som kan bli utført i en prosessor innlemmet i nedihullsverktøyet 12 og/eller i [0039] Steps 71-76 may generally include processing steps that may be performed in a processor incorporated in the downhole tool 12 and/or in

databehandlingssystemet 14.1 trinn 71 kan de målte gammastrålespektrene bli delt inn i grunnstoffbidrag, eller relative grunnstoffutbytter. I trinn 72 kan de relative grunnstoffutbyttene fra gammastråler som kan tilskrives et spektralområde av interesse bli normalisert til nøytronutmatingen fra nøytronkilden 18, hvilket kan gi et ukorrigert absolutt grunnstoffutbytte for formasjonen 50.1 trinn 74 kan forskjellige faktorer bli tatt i betraktning for å korrigere for miljøeffekter fra formasjonen 50 og/eller borehullet 52 som vil kunne påvirke de målte spektrene til the data processing system 14.1 step 71, the measured gamma ray spectra can be divided into element contributions, or relative element yields. In step 72, the relative elemental yields from gamma rays attributable to a spectral range of interest may be normalized to the neutron output from the neutron source 18, which may provide an uncorrected absolute elemental yield for the formation 50.1 step 74, various factors may be taken into account to correct for environmental effects from the formation 50 and/or the borehole 52 which will be able to influence the measured spectra

gammastrålene 58 og/eller 62.1 trinn 76, basert på relasjonene over, kan én eller flere absolutte grunnstoffkonsentrasjoner i formasjonen 50 bli bestemt, som beskrevet nedenfor i forbindelse med likning (1). Disse trinnene kan bli utført i en hvilken som helst rekkefølge, og kan for eksempel begynne med beregning av følgende relasjon: the gamma rays 58 and/or 62.1 step 76, based on the relationships above, one or more absolute element concentrations in the formation 50 can be determined, as described below in connection with equation (1). These steps can be performed in any order, and can, for example, begin with the calculation of the following relation:

[0040] I likning (1) over representerer Ai de absolutte utbyttene for hvert grunnstoff i. Yjrepresenterer de relative grunnstoffutbyttene, eller fraksjonen av de målte gammastrålespektrene som kan tilskrives grunnstoff i. TotCR representerer den totale telleraten innenfor området av spekteret anvendt i spektralanalysen for å trekke ut de relative utbyttene. nCR representerer den bestemte utmatingen av nøytroner 54 fra nøytronkilden 18, som funnet gjennom en absolutt nøytrontellingsmåling av nøytronovervåkeren 20 og/eller gjennom estimering gjennom kalibrering eller modeller for radioaktiv nedbrytning. F representerer en miljøkorrigeringsfaktor som tar i betraktning parametere for borehullet 52 og/eller formasjonen 50. Som angitt over kan slike miljøkorrigeringer kompensere for nøytrontransport og gammastråledempning, blant annet. Disse miljøkorrigeringene og parametrene er beskrevet nærmere nedenfor. [0040] In equation (1) above, Ai represents the absolute yields for each element i. Yjrepresents the relative element yields, or the fraction of the measured gamma ray spectra that can be attributed to element i. TotCR represents the total count rate within the range of the spectrum used in the spectral analysis to extract the relative yields. nCR represents the determined output of neutrons 54 from the neutron source 18, as found through an absolute neutron count measurement by the neutron monitor 20 and/or through estimation through calibration or radioactive decay models. F represents an environmental correction factor that takes into account parameters of the borehole 52 and/or the formation 50. As indicated above, such environmental corrections can compensate for neutron transport and gamma ray attenuation, among other things. These environmental corrections and parameters are described in more detail below.

[0041] I figur 4 viser et flytdiagram 78 en utførelsesform av en fremgangsmåte for å bestemme delvise absolutte utbytter av grunnstoffkonsentrasjoner i formasjonen 50 og borehullet 52. Flytdiagrammet 78 begynner med trinn 80, når nedihullsverktøyet 12 er senket inn i formasjonen 50 og nøytronkilden 18 i nedihullsverktøyet 12 sender ut nøytroner 54 inn i den omkringliggende formasjonen 50.1 trinn 82, som kan bli utført samtidig med trinn 80, kan den absolutte nøytronutmatingen fra nøytronkilden 18 bli målt ved anvendelse av nøytronovervåkeren 20 nær nøytronkilden 18.1 tillegg eller alternativt kan den absolutte nøytronutmatingen fra nøytronkilden 18 bli estimert på et senere tidspunkt basert på kalibrering av nøytronkilden 18 eller modeller for radioaktiv nedbrytning. I trinn 84 kan gammastråledetektorene 26 og/eller 28 måle spektrene til uelastiske gammastråler og nøytroninnfangings-gammastråler 58 og/eller 62 som kan bli generert når nøytronene 54 vekselvirker med formasjonen 50. [0041] In Figure 4, a flowchart 78 shows one embodiment of a method for determining partial absolute yields of element concentrations in the formation 50 and the borehole 52. The flowchart 78 begins with step 80, when the downhole tool 12 is lowered into the formation 50 and the neutron source 18 in the downhole tool 12 emits neutrons 54 into the surrounding formation 50.1 step 82, which can be performed simultaneously with step 80, the absolute neutron output from the neutron source 18 can be measured using the neutron monitor 20 near the neutron source 18.1 additionally or alternatively the absolute neutron output from the neutron source can 18 be estimated at a later time based on calibration of the neutron source 18 or models for radioactive decay. In step 84, the gamma ray detectors 26 and/or 28 may measure the spectra of inelastic gamma rays and neutron capture gamma rays 58 and/or 62 that may be generated when the neutrons 54 interact with the formation 50.

[0042] Trinnene 85-92 kan i alminnelighet inkludere prosesseringstrinn som kan bli utført i en prosessor innlemmet i nedihullsverktøyet 12 og/eller i databehandlingssystemet 14.1 trinn 71 kan de målte gammastrålespektrene bli delt inn i grunnstoffbidrag, eller relative grunnstoffutbytter. I trinn 86 kan de relative grunnstoffutbyttene fra gammastråler som kan tilskrives et spektralområde av interesse bli normalisert til nøytronutmatingen fra nøytronkilden 18, hvilket kan gi et ukorrigert absolutt grunnstoffutbytte for formasjonen 50.1 trinn 88 kan relative utbytter som kan tilskrives formasjonen 50 og borehullet 52 bli skilt fra hverandre, og i trinn 90 kan forskjellige faktorer bli tatt i betraktning for å korrigere for miljøpåvirkning fra formasjonen 50 og/eller borehullet 52 som vil kunne påvirke de målte spektrene til gammastrålene 58 og/eller 62.1 trinn 92 kan de delvise absolutte miljøutbyttene som kan tilskrives formasjonen 50 og borehullet 52 bli bestemt, som beskrevet nedenfor i forbindelse med likning (2). [0042] The steps 85-92 can generally include processing steps that can be carried out in a processor incorporated in the downhole tool 12 and/or in the data processing system 14.1 step 71 the measured gamma ray spectra can be divided into element contributions, or relative element yields. In step 86, the relative elemental yields from gamma rays attributable to a spectral range of interest may be normalized to the neutron output from the neutron source 18, which may provide an uncorrected absolute elemental yield for the formation 50.1 step 88 relative yields attributable to the formation 50 and the borehole 52 may be separated from each other, and in step 90 various factors may be taken into account to correct for environmental influence from the formation 50 and/or the borehole 52 which would affect the measured spectra of the gamma rays 58 and/or 62.1 step 92 the partial absolute environmental yields attributable the formation 50 and the borehole 52 be determined, as described below in connection with equation (2).

[0043] Spesielt, for grunnstoffer som eksisterer sammen i formasjonen 50 og borehullet 52 kan det målte absolutte utbyttet Ai bli betraktet som en sum over de delvise absolute utbyttene i formasjonen 50 Ar og borehullet 52 Abhi- Under slike forhold kan det være mulig å skille mellom to muligheter, nemlig at det kan være en betydelig spektralforskjell mellom de andelene av spektrene til gammastrålene 58 og/eller 62 som kommer fra formasjonen 50 og fra borehullet 52, eller at det ikke er noen anvendelig detekterbar forskjell. Dersom det er forskjell mellom målet for formasjonen 50 og borehullet 52, kan det bli anvendt for å dele opp det absolutte utbyttet A i en formasjonsutbyttekomponent Afj og en borehullsutbyttekomponent Abhj- En nyttig utførelse kan anvende det ene eller det andre av de to målene for seg, eller kan anvende formasjonsmålet og forskjellen mellom formasjonsmålet og borehullsmålet. I et slikt tilfelle kan korrigeringsfaktoren F også deles opp uavhengig for formasjonen og borehullsseksjonen. Trinnene 85-92 kan bli utført i en hvilken som helst rekkefølge, og kan for eksempel begynne med beregning av følgende relasjon: [0043] In particular, for elements that coexist in the formation 50 and the borehole 52, the measured absolute yield Ai can be considered as a sum over the partial absolute yields in the formation 50 Ar and the borehole 52 Abhi- Under such conditions, it may be possible to separate between two possibilities, namely that there may be a significant spectral difference between the portions of the spectra of the gamma rays 58 and/or 62 that come from the formation 50 and from the borehole 52, or that there is no usable detectable difference. If there is a difference between the measure of the formation 50 and the borehole 52, it can be used to divide the absolute yield A into a formation yield component Afj and a borehole yield component Abhj- A useful embodiment can use one or the other of the two measures separately , or can use the formation measure and the difference between the formation measure and the borehole measure. In such a case, the correction factor F can also be divided independently for the formation and the borehole section. Steps 85-92 may be performed in any order, and may, for example, begin with the computation of the following relation:

[0044] I likning (2) over representerer Ai de absolutte utbyttene for hvert grunnstoff i, og Afiog Abhirepresenterer de delvise absolute utbyttene for grunnstoff i henoldsvis i formasjonen 50 og i borehullet 52. YR og YBHirepresenterer de relative grunnstoffutbyttene for formasjonen 50 og borehullet 52, eller fraksjonen av de målte gammastrålespektrens som følge av grunnstoff i som kan tilskrives henholdsvis formasjonen 50 og borehullet 52. TotCR representerer den totale telleraten innenfor det området av spekteret som anvendes i spektralanalysen for å trekke ut de relative utbyttene. nCR representerer den bestemte utmatingen av nøytroner 54 fra nøytronkilden 18, som bestemt gjennom en absolutt nøytrontellingsmåling av nøytronovervåkeren 20 og/eller gjennom estimering ved kalibrering eller modeler for radioaktiv nedbrytning. Ff og Fbhrepresenterer miljøkorrigeringsfaktorer som kompenserer henholdsvis for formasjons- og borehullsparametere. [0044] In equation (2) above, Ai represents the absolute yields for each element i, and Afi and Abhirepresent the partial absolute yields for element i in the formation 50 and in the borehole 52, respectively. YR and YBHirerepresent the relative element yields for the formation 50 and the borehole 52 . nCR represents the determined output of neutrons 54 from the neutron source 18, as determined through an absolute neutron count measurement by the neutron monitor 20 and/or through estimation by calibration or radioactive decay models. Ff and Fbhrepresent environmental correction factors that compensate for formation and borehole parameters respectively.

[0045] I begge de ovenfor beskrevne utførelsesformene av fremgangsmåter vist i figurene 3 og 4 og likningene (1) og (2) kan miljøkorrigeringsfaktoren(e) F kan være en nokså komplisert funksjon. Miljøkorrigeringsfaktoren(e) F kan være faktorisert og avhengigheten av de fleste parametrene kan bestemmes gjennom en serie av Monte Carlo-beregninger. Miljøkorrigeringsfaktoren(e) F kan også inkludere en skaleringsfaktor bestemt ved kalibrering av utstyr i det endelige nedihullsverktøyet 12.1 tillegg eller alternativt kan skaleringsfaktoren bli bestemt fra en egenkonsistensanalyse fra resultatene av lukningsnormaliseringen beskrevet over av likning (1) eller (2). Et eksempel på en skaleringsfaktor er gitt nedenfor. [0045] In both of the above-described embodiments of methods shown in figures 3 and 4 and equations (1) and (2), the environmental correction factor(s) F can be a rather complicated function. The environmental correction factor(s) F can be factored and the dependence of most parameters can be determined through a series of Monte Carlo calculations. The environmental correction factor(s) F may also include a scaling factor determined by calibration of equipment in the final downhole tool 12.1 appendix or alternatively the scaling factor may be determined from a self-consistency analysis from the results of the closure normalization described above by equation (1) or (2). An example of a scaling factor is given below.

[0046] Parametrene som anvendes av miljøkorrigeringsfaktoren(e) F (f.eks. parameter-1, etc.) kan enten være vanlige fysiske parametere målt for eksempel av andre seksjoner av nedihullsverktøyet 12 innrettet for dette formålet, eller av andre verktøy. Som et eksempel kan slike vanlige fysiske parametere inkludere, blant annet, målinger eller estimater av porøsitet, målinger eller estimater av nedbremsingstid, målinger eller estimater av tetthet, målinger eller estimater av termisk nøytroninnfangingstverrsnitt for formasjonen eller borehullet, og annet. Én eller flere andre parametere kan være avledet fra et annet sett av fysiske parametere som ikke vanligvis rapporteres av loggeverktøy, som ikke nødvendigvis har en eksplisitt fysisk tolkning. For eksempel kan slike andre parametere inkludere, blant annet, lokale nøytronfluksestimater i nærheten av gammastråledetektorene 26 og/eller 28, lokale nøytronenergifordelingsestimater i nærheten av gammastråledetektor 26 og/eller 28, ubehandlede tellerater fra nøytronovervåkeren 20, ubehandlede tellerater fra gammastråledetektor 26 og/eller 28, og annet. Disse andre parametere kan involvere målinger med bruk av den ene eller de flere nøytrondetektorene 21 som befinner seg nærmere gammastråledetektorene 26 og/eller 28 enn nøytronkilden 18. [0046] The parameters used by the environmental correction factor(s) F (e.g. parameter-1, etc.) can either be ordinary physical parameters measured for example by other sections of the downhole tool 12 arranged for this purpose, or by other tools. By way of example, such common physical parameters may include, but are not limited to, measurements or estimates of porosity, measurements or estimates of retardation time, measurements or estimates of density, measurements or estimates of thermal neutron capture cross section of the formation or borehole, and others. One or more other parameters may be derived from another set of physical parameters not typically reported by logging tools, which do not necessarily have an explicit physical interpretation. For example, such other parameters may include, among others, local neutron flux estimates in the vicinity of the gamma-ray detectors 26 and/or 28 , local neutron energy distribution estimates in the vicinity of the gamma-ray detector 26 and/or 28 , raw count rates from the neutron monitor 20 , raw count rates from the gamma-ray detector 26 and/or 28 , and other. These other parameters may involve measurements using the one or more neutron detectors 21 which are located closer to the gamma ray detectors 26 and/or 28 than the neutron source 18.

[0047] Én eller flere av faktorene F anvendt på utbyttet fra nøytroninnfangings-gammastrålen 62 kan inneholde en avhengighet av den termiske nøytronfluksen i nærheten av gammastråledetektorene 26 og/eller 28. Én variant en slik faktor F kan inneholde en fraksjon mellom termisk nøytronfluks nær gammastråledetektor 26 og/eller 28 og en målt nøytronfluks, som er målt av den ene eller de flere nøytrondetektorene 21 og/eller som er estimert basert på andre målinger av formasjonen 50. Én eller flere av faktorene F anvendt på utbyttet fra den uelastiske gammastrålen 58 kan inneholde en avhengighet av den epitermiske nøytronfluksen i nærheten av gammastråledetektor 26 og/eller 28. Den termiske og/eller epitermiske nøytronfluksen kan bli målt eller estimert av én eller flere nøytronovervåkere 20 vekk fra nøytronovervåkeren nær nøytronkilden 18, eller kan bli estimert basert på andre målinger i formasjonen 50. [0047] One or more of the factors F applied to the yield from the neutron capture gamma ray 62 may contain a dependence on the thermal neutron flux in the vicinity of the gamma ray detectors 26 and/or 28. One variant such a factor F may contain a fraction between thermal neutron flux near the gamma ray detector 26 and/or 28 and a measured neutron flux, which is measured by the one or more neutron detectors 21 and/or which is estimated based on other measurements of the formation 50. One or more of the factors F applied to the yield from the inelastic gamma ray 58 can contain a dependence on the epithermal neutron flux in the vicinity of gamma ray detector 26 and/or 28. The thermal and/or epithermal neutron flux may be measured or estimated by one or more neutron monitors 20 away from the neutron monitor near the neutron source 18, or may be estimated based on other measurements in formation 50.

[0048] Én eller flere av faktorene F kan inneholde en avhengighet av gammastråledempningen i nærheten av gammastråledetektor 26 og/eller 28. Én eller flere av faktorene F kan inneholde en korrigering for variasjoner i gammastråledempningen i verktøyhuset 16, som kan være på grunn av miljømessige endringer og/eller slitasje. Én eller flere av faktorene F kan inneholde en korrigering for støy fra nedihullsverktøyet 12 som følge for eksempel av nøytroninnfangingshendelser 60 som kan forekomme i materialene som danner nedihullsverktøyet 12. Én eller flere av faktorene F kan inneholde et estimat av det effektive atomnummeret til grunnstoffene i nærheten av gammastråledetektor 26 og/eller 28, som bestemt ved hjelp av andre nedihullsmålinger eller med bruk av forskjellige andre formasjonsmodelleringsmetoder. [0048] One or more of the factors F may contain a dependence on the gamma ray attenuation in the vicinity of the gamma ray detector 26 and/or 28. One or more of the factors F may contain a correction for variations in the gamma ray attenuation in the tool housing 16, which may be due to environmental changes and/or wear and tear. One or more of the factors F may include a correction for noise from the downhole tool 12 due, for example, to neutron capture events 60 that may occur in the materials forming the downhole tool 12. One or more of the factors F may include an estimate of the effective atomic number of nearby elements. of gamma ray detector 26 and/or 28, as determined by other downhole measurements or using various other formation modeling methods.

[0049] Ett eksempel på en formulering av korrigeringsfaktoren F er beskrevet nedenfor som likning (3). Eksempelet på korrigeringsfaktor F beskrevet av likning (3) kan være avhengig av totalt formasjonsnøytroninnfangingstverrsnitt (If), nøytronnedbremsingslengde (Ls), bulktetthet (pb), borehullsfluidets nøytroninnfangingstverrsnitt (£b) og borehullsdiameter (Db), og kan være representert ved følgende relasjon: [0049] One example of a formulation of the correction factor F is described below as equation (3). The example of correction factor F described by equation (3) can be dependent on total formation neutron capture cross-section (If), neutron slow-down length (Ls), bulk density (pb), borehole fluid neutron capture cross-section (£b) and borehole diameter (Db), and can be represented by the following relation:

der gi ogQ2avhenger av Db, g3avhenger av Ls og g4avhenger av Ib. where gi and Q2 depend on Db, g3 depends on Ls and g4 depends on Ib.

[0050] Figur 5 viser et flytdiagram 96 for å bestemme en grunnstoffkonsentrasjon i formasjonen 50. Trinnene i flytdiagrammet 96 kan generelt inkludere prosessering som kan bli utført i en prosessor innlemmet i nedihullsverktøyet 12 og/eller i databehandlingssystemet 14. Spesifikt kan et første trinn 96 inkludere det å finne et absolutt utbytte av et grunnstoff eller et delvis utbytte av et grunnstoff, som kan bli bestemt i henhold til flytdiagrammene 64 eller 78 i figurene 3 eller 4.1 trinn 98 kan trekk spesifikke for grunnstoffet som evalueres bli tatt i betraktning og anvendt på det absolutte utbyttet av grunnstoffet. Disse trekkene kan bli kompensert for med en grunnstoff-avhengig følsomhetsfaktor, som for eksempel kan ta hensyn til tverrsnitt, gammastrålemultiplisiteter, responsen til gammastråledetektor 26 og/eller 28 og/eller atomvekt. I trinn 100 kan forskjellige fysiske egenskaper ved grunnstoffet, miljøet og/eller verktøyet bli kompensert for ved å anvende en passende skaleringsfaktor. I trinn 102, basert på korrigeringene over, kan en deltetthet for grunnstoffet i formasjonen 50 bli bestemt. [0050] Figure 5 shows a flowchart 96 for determining an element concentration in the formation 50. The steps in the flowchart 96 may generally include processing that may be performed in a processor incorporated in the downhole tool 12 and/or in the data processing system 14. Specifically, a first step 96 include finding an absolute yield of an element or a partial yield of an element, which may be determined according to flow charts 64 or 78 in Figures 3 or 4.1 step 98 features specific to the element being evaluated may be taken into account and applied to the absolute yield of the element. These features can be compensated for with an element-dependent sensitivity factor, which can for example take into account cross section, gamma ray multiplicities, the response of gamma ray detector 26 and/or 28 and/or atomic weight. In step 100, different physical properties of the raw material, the environment and/or the tool can be compensated for by applying an appropriate scaling factor. In step 102, based on the corrections above, a partial density for the element in the formation 50 can be determined.

[0051] Som angitt over kan trinnene 96-102 inkludere prosessering som kan finne sted i en prosessor innlemmet i nedihullsverktøyet og/eller i [0051] As noted above, steps 96-102 may include processing that may take place in a processor incorporated in the downhole tool and/or in

databehandlingssystemet 14. Spesifikt kan trinnene 96-102 bli utført ved for eksempel å beregne likning (4) nedenfor. Deltettheten til et gitt grunnstoff i kan beskrives som følger: the data processing system 14. Specifically, steps 96-102 can be performed by, for example, calculating equation (4) below. The partial density of a given element in can be described as follows:

der Si er den grunnstoff-avhengige følsomheten som tar hensyn blant annet til tverrsnitt, gammastråle-multiplisiteter, responsen til gammastråledetektor 26 og/eller 28 og/eller atomvekt, og f er en skaleringsfaktor. where Si is the element-dependent sensitivity which takes into account, among other things, cross-section, gamma-ray multiplicities, the response of gamma-ray detector 26 and/or 28 and/or atomic weight, and f is a scaling factor.

[0052] Som et eksempel kan skaleringsfaktoren f være en konstant bestemt fra beregning av en første naturlov, som kan være avledet fra de fysiske konstantene for det aktuelle grunnstoffet (f.eks. masse) og/eller annen fysisk informasjon om miljøet (f.eks. bulktetthet). I tillegg eller alternativt kan skaleringsfaktoren f være avledet, eller inneholde en fraksjon, fra en kalibrering mot målinger under gitte forbestemte eller velkjente forhold. I én utførelsesform kan faktoren f være konstant langs dypet i formasjonen 50. [0052] As an example, the scaling factor f can be a constant determined from the calculation of a first natural law, which can be derived from the physical constants for the element in question (e.g. mass) and/or other physical information about the environment (e.g. e.g. bulk density). In addition or alternatively, the scaling factor f may be derived, or contain a fraction, from a calibration against measurements under given predetermined or well-known conditions. In one embodiment, the factor f may be constant along the depth of the formation 50.

[0053] For å muliggjøre ytterligere tilpasninger for å kompensere for sekundære effekter som ikke er tatt hensyn til i beregningen av absolutte utbytter Ai, som beskrevet over, kan skaleringsfaktoren f være en varierende funksjon heller enn en konstant. Effekter som kan bli tatt hensyn til ved å anvende skaleringsfaktoren f som en varierende funksjon kan for eksempel inkludere ytterligere instrumenteffekter som avdrift av gammastråledetektor 26 og/eller 28 og/eller forringelse av oppløsningen. I tillegg eller alternativt kan slike effekter videre inkludere miljøpåvirkninger som ikke tidligere har blitt tatt hensyn til i beregningen av absolutte utbytter A, fra de målte rådataene. Som et eksempel kan miljøpåvirkninger som er forårsaket av temperatur og/eller trykk, og som ikke har blitt tatt hensyn til i faktorene F i likning (1) eller (2), bli kompensert for ved å anvende en skaleringsfaktorfunksjon f som tar hensyn til slike effekter. [0053] To enable further adaptations to compensate for secondary effects not taken into account in the calculation of absolute yields Ai, as described above, the scaling factor f can be a varying function rather than a constant. Effects that can be taken into account by using the scaling factor f as a varying function can for example include additional instrument effects such as drift of the gamma ray detector 26 and/or 28 and/or degradation of the resolution. In addition or alternatively, such effects may further include environmental impacts that have not previously been taken into account in the calculation of absolute yield A, from the measured raw data. As an example, environmental influences which are caused by temperature and/or pressure, and which have not been taken into account in the factors F in equation (1) or (2), can be compensated for by applying a scaling factor function f which takes into account such effects.

[0054] De bestemte delvise grunnstofftetthetene for formasjonen 50 kan bli verifisert med bruk av en rekke forskjellige metoder. I ett eksempel kan summen av alle målbare deltettheter 2j(pF,i) korrelert med formasjonen 50 være mindre enn eller lik bulktettheten pb.efftil formasjonen 50, som beskrevet av følgende relasjon: [0054] The determined partial element densities for the formation 50 can be verified using a number of different methods. In one example, the sum of all measurable partial densities 2j(pF,i) correlated with the formation 50 may be less than or equal to the bulk density pb.efftil the formation 50, as described by the following relation:

I alminnelighet, fordi ikke alle grunnstoffer i formasjonen 50 kan bli målt med bruk av teknikkene beskrevet her, vil summen av alle målbare deltettheter £j(pF,i) være mindre enn bulktettheten pb,efftil formasjonen 50 i de fleste tilfeller. In general, because not all elements in the formation 50 can be measured using the techniques described herein, the sum of all measurable partial densities £j(pF,i) will be less than the bulk density pb,eff of the formation 50 in most cases.

[0055] I et annet eksempel, vist av et flytdiagram 104 i figur 6, kan resultatene oppnådd for grunnstoffkonsentrasjonen basert på absolutte utbytter A bli kontrollert for konsistens med bruk av metoder som inkluderer relative utbytter. Spesifikt kan i et første trinn 106 en grunnstoffkonsentrasjon i formasjonen 50 bli bestemt basert på metodene som inkluderer absolutte utbytter, som beskrevet over. I et andre trinn 108 kan grunnstoffkonsentrasjonen i formasjonen 50 bli bestemt basert på metoder som inkluderer grunnstoff-lukning eller oksydlukning med relative utbytter, som beskrevet nedenfor i forbindelse med likningene (6) og (7) og/eller likning (8). I trinn 110 kan grunnstoffkonsentrasjonen bli verifisert. I noen utførelsesformer kan verifikasjonstrinnet 110 inkludere det å kombinere grunnstoffkonsentrasjonen bestemt basert på relative utbytter med grunnstoffkonsentrasjonen bestemt basert på absolutte utbytter for å frembringe et vektet gjennomsnitt av resultatene, der vektingen kan være konstant eller bli justert basert på konfidensestimater. [0055] In another example, shown by a flowchart 104 in Figure 6, the results obtained for the element concentration based on absolute yields A can be checked for consistency using methods that include relative yields. Specifically, in a first step 106, an element concentration in the formation 50 may be determined based on the methods that include absolute yields, as described above. In a second step 108, the element concentration in the formation 50 can be determined based on methods that include element closure or oxide closure with relative yields, as described below in connection with equations (6) and (7) and/or equation (8). In step 110, the element concentration can be verified. In some embodiments, the verification step 110 may include combining the element concentration determined based on relative yields with the element concentration determined based on absolute yields to produce a weighted average of the results, where the weighting may be constant or be adjusted based on confidence estimates.

[0056] Slike oksydlukningsmetoder kan bli anvendt som et sekundært estimat av grunnstoffkonsentrasjoner for å verifisere de beregnede deltetthetene pi basert på absolutte utbytter Ai, som beskrevet over. Oksydlukningsprosessen kan anvende nøytronfangsspektrometridata sammen med uavhengige målinger av aluminium (Al) og kalium (K). Modellen kan anta at grunnstoffene i formasjonen 50 detektert av nøytronfangstspektrometrimålingene kvantitativt kan henge sammen med deres oksyder eller en mest vanlig form i formasjonen, og at summen av alle oksydene vil være lik én. Modellen tar form av følgende relasjon: [0056] Such oxide closure methods can be used as a secondary estimate of elemental concentrations to verify the calculated partial densities pi based on absolute yields Ai, as described above. The oxide closure process can use neutron capture spectrometry data along with independent measurements of aluminum (Al) and potassium (K). The model can assume that the elements in the formation 50 detected by the neutron capture spectrometry measurements can be quantitatively associated with their oxides or a most common form in the formation, and that the sum of all the oxides will be equal to one. The model takes the form of the following relationship:

der Xi er faktoren som konverterer et grunnstoff til dets oksyd eller dets mest vanlige assosiasjon (for eksempel blir Ca vanligvis konvertert til CaC03i stedet for CaO), W er vektandelen av grunnstoffet i formasjonen, Y er det relative utbyttet av grunnstoffet avledet fra innfangingsspekteret og S er en forbestemt målefølsomhet som avhenger av innfangingstverrsnittet til det aktuelle grunnstoffet og verktøyets følsomhet for den karakteristiske strålingen til dette grunnstoffet. Etter at en har løst for F kan vektandelen av hvert grunnstoff beregnes som: where Xi is the factor that converts an element to its oxide or its most common association (for example, Ca is usually converted to CaC03 instead of CaO), W is the weight fraction of the element in the formation, Y is the relative yield of the element derived from the capture spectrum and S is a predetermined measurement sensitivity that depends on the capture cross-section of the element in question and the tool's sensitivity to the characteristic radiation of this element. After solving for F, the weight share of each element can be calculated as:

[0057] I tillegg eller alternativt kan tilnærmingen beskrevet over bli anvendt for spektre som fremkommer fra de uelastiske gammastrålene 58. Med bruk av tilnærmingen beskrevet over kan flere grunnstoffer bli målt ved hjelp av uelastiske spektralutbytter. Disse utbyttene kan beskrives som absolutte grunnstoffutbytter gjennom normalisering til utmatingen fra nøytronkilden 18. Grunnstoffer som Al, Mg, Ca, Si, S kan forefinnes i spektrene til både den uelastiske gammastrålen 58 og nøytroninnfangings-gammastrålen 62. Bruken av absolutte, miljøkorrigerte utbytter gjør det mulig å kombinere resultatene fra spektrene til uelastiske gammastråler 58 og til nøytroninnfangings-gammastråler 62 eller å anvende de uelastiske spektrene som en selvstendig løsning. [0057] In addition or alternatively, the approach described above can be used for spectra arising from the inelastic gamma rays 58. Using the approach described above, several elements can be measured by means of inelastic spectral yields. These yields can be described as absolute element yields through normalization to the output from the neutron source 18. Elements such as Al, Mg, Ca, Si, S can be found in the spectra of both the inelastic gamma ray 58 and the neutron capture gamma ray 62. The use of absolute, environmentally corrected yields makes possible to combine the results from the spectra of inelastic gamma rays 58 and of neutron capture gamma rays 62 or to use the inelastic spectra as an independent solution.

[0058] På en måte tilsvarende sammenlikningen av absolutte og relative spektralutbytter som følge av nøytroninnfangings-gammastråler 62, kan uelastiske absolutte utbytter og uelastiske relative utbytter som følge av uelastiske gammastråler 58 bli sammenliknet og, der det er hensiktsmessig, kombinert til et vektet gjennomsnittlig utbytte. I tillegg kan de absolutte uelastiske utbyttene som følge av uelastiske gammastråler 58 og nøytroninnfangings-utbyttene som følge av nøytroninnfangings-gammastråler 62 for grunnstoffer som forefinnes i både uelastiske spektre og innfangingsspektre bli anvendt for å bedre nøyaktigheten og presisjonen til resultatet over. Miljøkorrigeringene forde uelastiske utbyttene kan også være enklere, ettersom de uelastiske utbyttene kan være upåvirket av det termiske nøytroninnfangings-tverrsnittet til formasjonen 50 eller borehullet 52. Dette gjør uelastiske utbytter spesielt verdifulle ved høy salinitet i borehullet 52 og et tilhørende stort nøytroninnfangingstverrsnitt. [0058] In a manner similar to the comparison of absolute and relative spectral yields due to neutron capture gamma rays 62 , inelastic absolute yields and inelastic relative yields due to inelastic gamma rays 58 may be compared and, where appropriate, combined into a weighted average yield . In addition, the absolute inelastic yields due to inelastic gamma rays 58 and the neutron capture yields due to neutron capture gamma rays 62 for elements present in both inelastic spectra and capture spectra can be used to improve the accuracy and precision of the result above. The environmental corrections for the inelastic yields may also be simpler, as the inelastic yields may be unaffected by the thermal neutron capture cross section of the formation 50 or the borehole 52. This makes inelastic yields particularly valuable at high salinity in the borehole 52 and an associated large neutron capture cross section.

[0059] I tillegg eller alternativt kan en andre lukningsmodell bli anvendt for å verifisere de beregnede deltetthetene pi basert på absolutte utbytter A, som spesifikt kan bli anvendt i tilfeller der bare nøytroninnfangstspektrometridata er tilgjengelig, som beskrevet i US-patentet 5,471,057, "METHOD AND APPARATUS [0059] Additionally or alternatively, a second closure model can be used to verify the calculated partial densities pi based on absolute yields A, which can be specifically used in cases where only neutron capture spectrometry data is available, as described in US patent 5,471,057, "METHOD AND APPARATUS

FOR DETERMINING ELEMENTAL CONCENTRATIONS FOR GAMMA RAY FOR DETERMINING ELEMENTAL CONCENTRATIONS FOR GAMMA RAY

SPECTROSCOPY TOOLS", som inntas ved referanse her i sin helhet. Denne modellen kan være identisk med modellen illustrert av likningene (6) og (7) over, bortsett fra at ikke inkluderer leddene med aluminium (Al) og kalium (K). I tillegg modifiserer denne modellen assosiasjonsfaktorene (Xi) for å kompensere for mangelen på målinger av aluminium (Al) og kalium (K), som beskrevet av følgende relasjon: SPECTROSCOPY TOOLS", which is incorporated by reference herein in its entirety. This model may be identical to the model illustrated by equations (6) and (7) above, except that it does not include the aluminum (Al) and potassium (K) terms. I in addition, this model modifies the association factors (Xi) to compensate for the lack of measurements of aluminum (Al) and potassium (K), as described by the following relation:

[0060] Etter at en grunnstoffkonsentrasjon i formasjonen er bestemt med en metode som inkluderer absolutte utbytter og grunnstoffkonsentrasjonen i formasjonen er bestemt ved anvendelse av en oksydlukningsmetode, kan de to beregningene bli kontrollert mot hverandre. Deretter kan grunnstoffkonsentrasjonen bestemt basert på absolutte utbytter bli kombinert med grunnstoffkonsentrasjonen bestemt basert på relative utbytter og oksydlukning for å frembringe et vektet gjennomsnitt av resultatene. Dette vektede gjennomsnittet kan ha en konstant vekt eller en konfidensestimat-justert vekt. Sammenlikningen av grunnstoffkonsentrasjonene basert på relative utbytter og lukning med grunnstoffkonsentrasjonene basert på absolutte utbytter kan også bli anvendt for å bestemme skaleringsfaktoren f, ved å tvinge de to avledede konsentrasjonene til å sammenfalle i kjente eller enkle soner, eller over en stor andel av hele det målte området. [0060] After an element concentration in the formation has been determined with a method that includes absolute yields and the element concentration in the formation has been determined using an oxide closure method, the two calculations can be checked against each other. Then, the element concentration determined based on absolute yields can be combined with the element concentration determined based on relative yields and oxide closure to produce a weighted average of the results. This weighted average can have a constant weight or a confidence estimate-adjusted weight. The comparison of the element concentrations based on relative yields and closure with the element concentrations based on absolute yields can also be used to determine the scaling factor f, by forcing the two derived concentrations to coincide in known or simple zones, or over a large proportion of the entire measured the area.

[0061] Selv om bare utvalgte trekk er illustrert og beskrevet her, vil mange variasjoner og endringer sees av fagmannen. Det må derfor forstås at de vedføyde kravene er ment å dekke alle slike variasjoner og endringer som faller innenfor den sanne idéen til foreliggende oppfinnelse. [0061] Although only selected features are illustrated and described herein, many variations and changes will be seen by those skilled in the art. It must therefore be understood that the appended claims are intended to cover all such variations and changes as fall within the true spirit of the present invention.

Claims

1. System, comprising: a downhole tool comprising: a neutron source arranged to emit neutrons into a subsurface formation to cause inelastic scattering events and neutron capture events, a neutron monitor arranged to detect a count rate of the emitted neutrons, and a gamma ray detector arranged to obtain gamma ray spectra derived at least in part from inelastic gamma rays generated by the inelastic scattering events and neutron capture gamma rays generated by the neutron capture events, and data processing circuitry adapted to determine a relative element yield from the gamma ray spectra and to determine an absolute element yield based at least in part on one of: an environmental correction factor that at least partially compensates for environmental effects of the emitted neutrons, the inelastic gamma rays, the neutron capture gamma rays, or any combination thereof, an environmental correction factor that is a function of one or more parameters relating to one or more physical features of the underground formation, an environmental correction factor which is a function of one or more parameters relating to one or more physical features of the underground formation, where the one or more parameters include: a porosity in the underground formation, a deceleration time in the subsurface formation, a density in the subsurface formation, a thermal neutron capture cross section in the subsurface formation, a thermal neutron capture cross section in a borehole in the subsurface formation, an estimate of neutron flux in an area of the subsurface formation to which the gamma ray detector is sensitive, an estimate of neutron energy distribution in that area of the subsurface formation which the gamma ray detector is sensitive to, a raw count rate from the neutron monitor, or a raw gamma ray count rate from the gamma ray detector, or any combination thereof, or a product of the relative toff the yield multiplied by a quotient comprising the total gamma ray count within a range of the gamma ray spectra used to extract the relative yield divided by the count rate of the emitted neutrons.

2. Method, comprising: emitting, by means of a neutron source, a known approximate amount of neutrons into a subsurface formation to cause inelastic scattering events and neutron capture events, measuring, by means of a gamma ray detector, gamma ray spectra from inelastic gamma rays caused by the the inelastic scattering events and neutron capture gamma rays caused by the neutron capture events, determine, by means of a processor, a relative yield of an element from the gamma ray spectra, and determine, by means of the processor, an absolute yield of the element based at least in part on an element-dependent sensitivity, where the element-dependent sensitivity is adjusted to take into account: a cross-section of the element, gamma-ray multiplicities associated with the element, the response of the gamma-ray detector to gamma rays originating from the element, or the atomic weight of the element, or any combination of this.

3. Method according to claim 2, comprising determining, by means of the processor, a concentration of the element in the underground formation based at least partially on the absolute yield and a scaling factor.

4. Method according to claim 2 or 3, comprising determining, by means of the processor, a weighted average of the concentration of the element in the underground formation based at least in part on the absolute yield of the element and the concentration of the element in the underground formation based at least in part on the closure normalization of the relative yield of the element, where the weighting in the weighted average is constant or is adjusted based on confidence estimates.

5. Method according to claim 2 or 3, comprising determining, by means of the processor, a scaling factor for the concentration of the element in the underground formation based at least in part on a comparison of the absolute yield of the element with the concentration of the element in the underground formation based on each fall in part on the closure normalization to the relative yield of the element.

6. System, comprising: a downhole tool arranged to emit a known approximate amount of neutrons into a subsurface formation and to detect gamma ray spectra from gamma rays produced when the emitted neutrons interact with the subsurface formation, and wherein the downhole tool is arranged to emit a known approximate amount of neutrons using a calibrated radioactive source that emits neutrons at a predictable rate, or an electronic neutron generator whose neutron output is monitored by a neutron monitor.

7. System according to claim 6, wherein the downhole tool is arranged to emit the known approximate amount of neutrons into the subsurface formation with an energy sufficient to cause inelastic scattering events.

8. The system of claim 6, wherein the downhole tool is arranged to emit the known approximate amount of neutrons into the subsurface formation at an energy sufficient to cause neutron capture events but not inelastic scattering events.

9. System according to claim 6, where the downhole tool is arranged to detect a quantity of neutrons arriving at an area of the underground formation to which the downhole tool is sensitive.

10. System according to claim 6, where data processing circuits are arranged to determine an absolute yield of an element based at least in part on an environmental correction factor, where the environmental correction factor is one of: a factored function, a function that depends on one or more parameters relating to a or more physical features of the subsurface formation, and wherein the data processing circuitry is adapted to determine dependencies of the environmental correction factor and the one or more parameters through a sequence of Monte Carlo calculations, a scaling factor based on a calibration of the downhole tool, or a scaling factor determined from a relation between the determined absolute yield of the element and a determination of an absolute concentration of the element in the underground formation, and where the determination of the absolute concentration is not based on normalization of the relative yield of the element to the known approximate amount of emitted neutrons.

11. Method, comprising: emitting, by means of a neutron source in a downhole tool, a known approximate amount of neutrons into a subsurface formation from a borehole to cause inelastic scattering events and neutron capture events, measuring, by means of a gamma ray detector in the downhole tool , gamma ray spectra from inelastic gamma rays caused by the inelastic scattering events and neutron capture gamma rays caused by the neutron capture events, determine, using a processor, a partial relative yield of an element in the subsurface formation from the gamma ray spectra, determine, using a processor, a partial relative yield of the element in the borehole from the gamma ray spectra, and determine, by means of the processor, a partial absolute yield of the element in the subsurface formation based at least in part on a normalization of the partial relative yield of the element in the subsurface formation based on: a sp spectral measure of the element in the underground formation and where the partial relative yield of the element in the borehole is determined based on a spectral measure of the element in the borehole, or a spectral measure of the element in the underground formation and where the partial relative yield of the element in the borehole is determined based on a difference between the spectral measure of the element in the subsurface formation and a spectral measure of the element in the borehole.

12. System, comprising: a downhole tool comprising: a neutron source arranged to emit neutrons into a subsurface formation, a neutron monitor arranged to determine a neutron count rate of the neutrons emitted by the neutron source, a gamma ray detector arranged to measure gamma ray spectra and a gamma ray count rate of gamma rays resulting from interactions of the emitted neutrons with the subsurface formation, and data processing circuits adapted to determine a relative yield of an element based at least in part on the gamma ray spectra and to determine an absolute yield of the element in the subsurface formation based at least in part on the relative the yield of the element multiplied by a quotient comprising the gamma ray count rate divided by the neutron count rate.

13. System according to claim 12, wherein the downhole tool comprises a neutron detector closer to the gamma ray detector than the neutron source.

14. System according to claim 12, wherein the data processing circuitry is arranged to determine the absolute yield of the element based at least in part on an environmental correction factor, wherein the environmental correction factor: is dependent on a thermal neutron flux in an area of the subsurface formation to which the gamma ray detector is sensitive, contains a fraction of a thermal neutron flux in an area of the subsurface formation to which the gamma ray detector is sensitive to the neutron counter rate depends on an epithermal neutron flux in the area of the subsurface formation to which the gamma ray detector is sensitive depends on a gamma attenuation in the area of the subsurface formation to which the gamma ray detector is sensitive , contains a correction for variations in a gamma-ray attenuation in a casing of the downhole tool, or contains an estimate of an atomic number of elements in the region of the subsurface formation to which the gamma-ray detector is sensitive, or any combination of this.