NO302981B1 - Fremgangsmåte og apparat til nukleær logging med bruk av litiummontasjer og anordning for gammastrålestripping - Google Patents

Fremgangsmåte og apparat til nukleær logging med bruk av litiummontasjer og anordning for gammastrålestripping Download PDF

Info

Publication number
NO302981B1
NO302981B1 NO911380A NO911380A NO302981B1 NO 302981 B1 NO302981 B1 NO 302981B1 NO 911380 A NO911380 A NO 911380A NO 911380 A NO911380 A NO 911380A NO 302981 B1 NO302981 B1 NO 302981B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
spectrum
gamma
detector assembly
raw
sleeve
Prior art date
Application number
NO911380A
Other languages
English (en)
Other versions
NO911380D0 (no
NO911380L (no
Inventor
Carl A Perry
Guy A Daigle
William D Bruck
Roy Nordstrom
Steven Rountree
Jr Joseph Dudek
James Tsang
Leonard Goldman
Original Assignee
Teleco Oilfield Services Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Teleco Oilfield Services Inc filed Critical Teleco Oilfield Services Inc
Publication of NO911380D0 publication Critical patent/NO911380D0/no
Publication of NO911380L publication Critical patent/NO911380L/no
Publication of NO302981B1 publication Critical patent/NO302981B1/no

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/04Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
    • G01V5/08Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays
    • G01V5/10Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using neutron sources
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/01Devices for supporting measuring instruments on drill bits, pipes, rods or wirelines; Protecting measuring instruments in boreholes against heat, shock, pressure or the like
    • E21B47/017Protecting measuring instruments

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

Denne søknad er forbundet med følgende søknader som alle ble inngitt samtidig med denne søknad: (1) US patentsøknad nr. 511537 (norsk patentsøknad 911377), nå US-patent 5 144 126, medtittelen "Method and Apparatus for Nuclear Logging Using Lithium Detector Assemblies and Gamma Ray Stripping Means", oppfinnere Carl A. Perry, Guy A. Daigle, William Bruck, Roy Nordstrom, Steven Rountree, Joseph Dudek, James Tsang og Leonard Goldman; (2) US patentsøknad nr. 510082, nå US-patent 5 126 564, søkt 17. april 1990 med tittelen "Apparatus for Nuclear Logging Employing Sub Wall Mounted Nuclear Source Container and Nuclear Source Mounting Tool", oppfinnere Carl A. Perry og Guy A. Daigle; (3) US patentsøknad nr. 511538, nå US-patent 5 083 134, søkt 17. april 1990 med tittelen "Nuclear Logging Tool Electronics Including Programmable Gain Amplifier and Peak Detection Curcuits", oppfinner Roy Nordstrom.
Oppfinnelsen angår generelt et apparat for borehullogging og fremgangsmåte for å utføre strålingsbaserte målinger. Mer spesielt angår denne oppfinnelse et nytt og forbedret apparat for å foreta nøytronporøsitetslogging i sann tid hvor det forbedrede kjerneloggeapparat omfatter et måling-under-boring-(MWD-) verktøy.
Oljebrønnlogging har vært kjent i mange år og gir en olje- og gassbrønnborer informasjon om den bestemte jordformasjon som er blitt boret. I vanlig oljebrønnlogging vil etter at en brønn er blitt boret, en sonde senkes ned i borehullet og benyttes til å bestemme noen av karakteristikkene til formasjonene som brønnen går igjennom. Sonden er typisk en hermetisk forseglet stålsylinder som henger i enden av en lang kabel som gir mekanisk feste til sonden og skaffer strøm til instrumenteringen inne i sonden. Kabelen (som er forbundet med et eller annet mobilt laboratorium på overflaten) er også middelet hvormed informasjon sendes opp til overflaten. Det blir således mulig å måle en eller annen parameter for jordens formasjoner som funksjon av dybden, dvs. mens sonden trekkes oppad. Slike målinger utføres vanligvis i sann tid (imidlertid tas disse målinger lenge etter at den virkelige boring har funnet sted).
En sonde inneholder vanligvis en eller annen kildetype (kjernefysisk, akustisk eller elektrisk) som overfører energi til formasjonen såvel som en passende mottager for å detektere den samme energien som kommer tilbake fra informasjonen. Den foreliggende oppfinnelse angår loggeapparatur hvor kilden sender ut kjerneenergi og mer bestemt nøytroner. Ved bruk av denne type kilde, sender kilden ut "hurtige" (høyenergiske) nøytroner til formasjonen. De hurtige nøytronene forlater kilden og kommer inn i formasjonen og bremses ved å tape energi som et resultat av kollisjoner med kjerner i formasjonen og blir endelig termiske. Ved at de blir termiske menes at nøytronene i gjennomsnitt taper så mye energi som de får som resultat av kollisjonene, dvs. at de kommer i termisk likevekt med kjernene i formasjonene. Etter at noen tid er medgått hvor de diffunderer som termiske nøytroner, kan de fanges av en av formasjonskjernene, hvilket resulterer i utsendelse av en gammastråle. Energien til den utsendte gammastråle er karakteristisk for den bestemte kjerne som er involvert. Det er i denne sammenheng at uttrykket "thermal capture gamma-ray spectra" benyttes. Eksempler på brønnloggingsverktøy av denne art er vist i US-PS nr. 3 379 882, 3 662 179, 4 122 338, 4 223 218, 4 224 516, 4 267 447, 4 292 518, 4 326 129 og 4 721 853.
Hurtige nøytroner som en sondekilde er anvendelig av flere grunner. F.eks. er kjemiske kilder for hurtige nøytroner såsom Am<24l>Be og Pu<238g>e lett tilgjengelige. Hurtige nøytroner har også en rimelig grad av inntrengning i materie og hva som endelig er mest viktig, kan nøytroner spesielt være nyttige til deteksjon av hydrogen. For å forstå virkningen av hydrogen kan det være hensiktsmessig å benytte analogien med en gruppe biljardkuler hvor nøytronet og hydrogenkjernen er kuler som hovedsakelig har samme masse, mens kjernen til de andre elementer i formasjonene er kuler med langt større massser. Hvis således et nøytron kolliderer med kjernen til et element som ikke er hydrogen, vil det generelt tape meget lite energi. Hvis det kolliderer med en hydrogenkjerne, kan det miste all sin energi fordi massene er nesten like. Evnen en formasjon har til å bremse hurtige nøytroner til termisk energi, avhenger derfor hovedsakelig av hydrogentettheten.
Med hensyn til hydrogentettheten i en formasjon må to diametralt motsatte situasjoner betraktes. I det første tilfellet forlater en gruppe hurtige nøytroner en kilde og bremses ned i en formasjon som er fri for hydrogen og i det annet tilfelle forlater en gruppe hurtige nøytroner en kilde og bremses ned i en formasjon som har en stor mengde hydrogen. Man venter å finne at nøytronene har fjernet seg meget lenger fra kilden i det første tilfellet enn i det annet tilfelle. Som et resultat av dette er en teknikk som er blitt benyttet i "wireline oil well logging" i mer enn tredve år, målingen av den romlige fordeling av bremsede nøytroner. Denne teknikken blir vanligvis beskrevet som nøytronporøsitetslogging fordi porøsiteten til formasjonen kan avledes fra målingen. Her er det stilltiende antatt at porene i formasjonen er fylt med enten vann eller olje (en antagelse som ikke alltid er sann, da det kan forekomme gass eller en blanding av alle tre komponenter). Det antas også at hydrogentettheten til olje og vann er lik (denne antagelsen er heller ikke strengt tatt sann, men kan trygt antas for alle praktiske formål).
For å konstruere en nøytronporøsitetssonde som ser på den romlige fordeling av bremsede nøytroner, trenger man en kilde med tilstrekkelig intensitet (f.eks. IO? nøytroner/s) og en detektor adskilt fra kilden (f.eks. med 38 cm). Det må dessuten være tilstrekkelig skjerming mellom kilde og detektor for å holde strålingen som kommer direkte gjennom sonden, på et minimum. Ytterligere trekk som kreves av sonden, angår reduksjon av sondens respons på andre faktorer enn porøsitet, såsom borehullstørrelse, saltholdighet etc. Utviklingen i kjent teknikk for denne art av sonde har hovedsakelig bestått i forandringer i den benyttede detektortype. Opprinnelig ble geigertellere med tykke vegger benyttet. Disse tellerne detekterte ikke nøytroner, men gammastråler som ble dannet i formasjonen som resultat av innfanging av termiske nøytroner. Gammastrålene treffer veggene til telleren og frigjør fotoelektroner som i sin tur forårsaker ionisasjon som kan detekteres av telleren. Selv om slike detektorer er meget solide, lider de av den ulempe at de ikke direkte teller de bremsede nøytroner.
For en termisk eller epitermisk nøytrondetektor plassert på tilstrekkelig stor avstand, f.eks. 38 cm fra kilden, kan det ses at tellesraten til detektoren er av formen A e("<r/L>) hvor A er en konstant som avhenger av avstanden kilde-detektor og tellingseffektiviteten til detektoren, r er avstanden mellom kilde og detektor og L er en parameter som avhenger av bremseegenskapene (for nøytroner) til formasjonene, dvs. porøsiteten. For en formasjon som ikke inneholder noe hydrogen, vil L være relativt stor sammenlignet med en formasjon som er temmelig porøs, hvor L vil være vesentlig mindre.
Det er viktig å merke seg at transporten av hurtige nøytroner gjennom en formasjon erkarakterisertav tre faser: (1) bremsing på grunn av termisk energi, (2) diffusjon ved termisk energi og (3) innfanging av en formasjonskjerne ledsaget av utsendelse av en karakteristisk gammastråle av den eksiterte kjerne. Bare den første fase gir informasjon som er direkte forbundet med nærværet av hydrogen.
Da nøytroner ikke er ladede partikler, byr deres deteksjon på noen spesielle problemer. De bedre detektorene avhenger vanligvis av at nøytronene gjennomgår en eller annen art kjernereaksjon, en hvis produkter i sin tur danner en ioniserende partikkel såsom en alfapartikkel. Som et resultat av forbedringer i teknologien ble en-detektornøytronsonden som benyttet en tykkvegget geigerteller modifisert ved å skifte ut geigertelleren med en He^-proporsjonalteller (vanlig He er He^). He^ har et usedvanlig høyt innfangingstverrsnitt for termiske nøytroner og reaksjonsproduktene (ioniserende) er et proton og et triton (H^). En proporsjonalteller benyttes da den gir god diskriminering overfor gammastråler.
Den ene He-* detektor-nøytronsonde (detekterer epitermiske nøytroner) ble deretter skiftet ut med en to-detektornøytronsonde (detekterer termiske nøytroner). Todetektorsonden ble sett på som mindre følsom for virkninger av borehulltilstandene. Termisk deteksjon av nøytroner ble valgt fordi telleratene var høyere enn ved epitermisk deteksjon. Ved denne utvikling ble forholdet mellom telleratene til de to detektorer (nær og langt borte fra kilden) bestemt. I stedet for å se på den romlige fordeling av nøytronene, ble forandringer i den romlige fordeling observert. En ytterligere forbedring av denne teknikken er å se på forandringsratene for den romlige fordeling av epitermiske nøytroner.
Den foregående beskrivelse av kjente kjerneformasjonsloggeinnretninger, angår hovedsakelig "wire line"-innretninger hvor formasjonsevalueringer foretas etter at boringen er utført. I den senere tid er det blitt utviklet en ny generasjon av formasjonsevalueringsverktøy som evaluerer jordformasjonen uten å avbryte boringen i borehullet. Disse verktøyene er kjent som måling-under-boring eller MWD-verktøy. Et typisk kommersielt MWD-verktøy (såsom kan fås fra Teleco Oilfield Services, Inc., søkeren ved den foreliggende søknad) kan måle slike betingelser nede i hullet som den såkalte vekten på borkronen eller "WOB" såvel som dreiemomentet som virker på borkronen, asimutretningen og inklinasjonsvinkelen til borehullet, borehulltemperaturen, slamresistiviteten og forskjellige karakteristikker for jordformasjonene som gjennombores av borkronen. Utgangssignalene fra de forskjellige sensorer kobles til kretser som selektivt styrer en trykkpuls-generator nede i hullet i verktøyet for suksessivt å overføre og/eller registrere kodede datasignaler (dvs. trykkpulser) som er representative for disse sanntidsmålinger, gjennom slamstrømmen i borehullstrengen til passende deteksjons- og registreringsapparatur på overflaten.
Det vil naturligvis skjønnes at MWD-verktøy har vært foreslått tidligere for å skaffe sanntidsmålinger av forskjellige radioaktivitetskarakteristikker for jordformasj onene som gjennombores av borekronen. Da måling av naturlig gammastråling bare krever en gammastråledetektor og typiske kretser for å kontrollere signalgiveren, har det ikke vært vanskelig å skaffe MWD-verktøy med denne instrumentering. For å måle andre radioaktivitetskarakteristikker i jordformasj oner, må omvendt et MWD-verktøy også ha en passende strålingskilde (en radioaktiv kjemisk kilde) som beskrevet ovenfor. Det er meget vanskeligere å konstruere et MWD-verktøy av denne art (som innbefatter en strålingskilde). Selv om slike verktøy er kjent (se f.eks. US-PS nr. 4 814 609 og 4 829 176), er det stadig behov for forbedret MWD-verktøy til nukleær brønnlogging og som innbefatter nukleære kilder.
Et slikt forbedret MWD-apparat er frembragt i form av et nukleært loggeapparat samt en fremgangsmåte til nukleær logging i samsvar med de selvstendige kravs karakteriserende deler.
I samsvar med den foreliggende oppfinnelse skaffes et nytt og forbedret MWD-verktøy for å utføre nøytronlogging. Den foreliggende oppfinnelse omfatter et to-detektors nøytronverktøy. I samsvar med et viktig trekk av oppfinnelsen innbefatter detektorene Li^ isotopene av litium (dvs. Li^I-krystall eller Li^-dopet glass). Reaksjonsproduktene som skyldes at et nøytron vekselvirker med Li^, er en alfapartikkel og et triton. Litiumkrystallet eller -glasset festes til siden på et fotomultiplikatorrør og lysscintillasj onene som forekommer i dette som et resultat av nøytroner som vekselvirker med litium detekteres, og det resulterende signal forsterkes av fotomultiplikatoren. Litiumkrystallet eller -glasset er omviklet med et reflekterende materiale for å forbedre lysinnsamlingen til fotomulti-plikatorrøret. Disse detektorkomponenter er alle passende pakket inn for å redusere vibrasjonsskade. En detektor for registrering av nøytroner og bestående av litium-dopet glass er beskrevet i US-patent 4 454 424. Bruk av litiumdetektormontasje i et MWD-verktøy er foreslått i US-patent 4 904 865.
Hittil har det generelt vært akseptert at litiumkrystall- eller -glassdetektorer ikke var praktiske for verktøy av denne art på grunn av problemene forbundet med gammastrålediskriminering. I tilfellet av He^-proposjonaltelleren er pulshøydene på grunn av nøytroner vanligvis en størrelsesorden større enn dem som skyldes gammastråler, hvilket gjør diskriminering meget enkelt. For Li^I og Li^-glass er pulshøyden fra nøytroner og gammastråler av sammenlignbar størrelse. Av de to scintillatorer er Li^I-typen iboende mere følsom overfor gammastråler på grunn av nærværet av jod som er et materiale med høyere Z (atomnummer). Ikke desto mindre fjerner ikke valget av Li^-glass problemet med gammastrålediskriminering. I samsvar med et annet viktig trekk av oppfinnelsen blir imidlertid gammastrålediskriminering oppnådd med bruk av en ny databehandlingsteknikk. Med bruk av denne teknikken etter at spekteret av partikkelenergien er blitt samlet inn, vil en mikroprosessor til spekteret tilpasse en eksponensialkurve som approksimerer partiet av spekteret som skyldes gammastrålene. Etter at gammakarakteriseringen er foretatt, fjerner den nye programvare deretter gammastrålene fra råspekteret. Dette oppnås ved å subtrahere gamma-strålespekteret fra råspekteret. Som et resultat av denne subtraksjonen er gammatoppen nå borte og spekteret inneholder tellinger som bare skyldes nøytroner. Hvis mikroprosessoren integrerer tellingene under nøytrontoppen, så vil den resulterende summering gi totale antall eller bruttoantallet nøytroner i spektret. Den virkelige nøytrontellerate blir deretter beregnet ved å dividere bruttonøytrontellingen med tiden over hvilken dets spektrum ble registrert. Denne beregningen vil gi en verdi hvis enheter er nøytroner pr. sekund.
Denne viktige programvareteknikk for fjerning av gammastråler tillater praktisk bruk av litiumdetektorer hvilke som nevnt tidligere har vært ansett å være problematiske som detektorer i et nukleært brønnloggeverktøy. Bruken av litiumdetektorer gir betydelige fordeler fremfor både kjente He^- detektorer og geigertellere. He^-detektorer er ofte ute av stand til korrekt å arbeide i det barske vibrasjonsmiljø som forekommer under boringen av en oljebrønn. Selv om geigertellere og proporsjonaltellere har lik geometri, er de siste skjørere og de krever generelt en meget finere sentraltråd for sin drift. Tilsvarende er litiumdetektorene i denne oppfinnelse mer solide og kan motstå det ekstremt barske boremiljø nede i hullet.
Den foreliggende oppfinnelse skaffer også databehandlingsanordning for å bestemme totale bakgrunnsgammatellinger detektert av detektormontasjene.
Nøytronverktøyet i henhold til denne oppfinnelse omfatter en stålvekt-rørseksjon (muffe). Effekt- og signaltransmisjonen frembringes ved å benytte en enkelt kraft- og signalbuss (f.eks. en ledning) som strekker seg langsetter verktøyet. Denne kraftbussen slutter ved hver ende av verktøyet ved et modulært koblingsstykke bestående av en ledende metallring som er plassert inne i en isolator. Alle komponentene av innretningen er montert i vektrør-veggen innbefattet den radioaktive kilde, detektormontasjer og alt forbundet elektronikk. Tre avdelinger eller rom (utstyrt med avtagbare høyttrykksluker) er anordnet inne i veggen på vektrøret for å motta verktøyelektronikken. Et første rom (kjent som detektorrommet) omfatter nær- og fjerndetektormontasjene og et signaldebuggerkort. Et annet rom (kjent som det modulære verktøygrensesnitt- eller MTI-rom) inneholder en lavspennings strømkilde (for å drive vanlige elektroniske komponeter) og et modem på et MTI-kort og en høyspenningskilde for å drive fotomultiplikatorene. Et tredje rom (kjent som prosessorrommet) omfatter en multikanalanalysator og en mikroprosessor for å sammenligne og lagre spektre i forhåndsvalgte tidsperioder og deretter behandle disse spektre for å skaffe nøytrontellinger og gamma-tellinger.
Monteringen av detektorenhetene og andre elektroniske komponenter inne i subveggen under en avtagbar høytrykksluke frembyr mange fordeler i forhold til tidligere monteringsmetoder for detektorer, herunder letting av installasjon og fjerning, lett tilgang for diagnostikk og justering, tett nærhet av detektorene til verktøyets utside og den virkelige formasjonsvegg og forenkler anbringelsen av skjermingen omkring detektorene.
Den nukleære kilde er plassert i en ny nukleær kildebeholder som er kompatibel med omgivelsene som påtreffes i MWD-boring og -logging nede i hullet. Kildebeholderen er en solid enhet som er utført for å motstå påkjenninger, trykk og temperaturer som påtreffes ved oljeboring nede i hullet. Den rommer en dimensjonsmessig liten loggekilde godkjent av Nuclear Regulatory Commission (NRC) og tilpasser den til stort utstyr til bruk i brønnen ved hjelp av en nøye kontrollert diameter, lengde og gjenging. På den motsatte ende av gjengingen som fester den til loggeinnretningen, er det en ny type bajonettfatning som er utført til å fatte og sperre kildemontasjen i mottageren på et nytt installasjons- og uttagnings verktøy av ny type. Tangen på den gjengede ende er mindre og således svakere enn bajonetten for å sikre vellykket fjerning av kilden fra loggeverktøyet. Denne nye bajonettkonstruksjon sørger også for at en person uten kompatibelt utstyr ikke vil være i stand til å håndtere kilden, og at fjerningen av kilden vil foregå hurtig og sikkert.
I samsvar med enda et trekk av denne oppfinnelse er senterlinjen for den nukleære kilde plassert ortogonalt til verktøyets akse i en tykkvegget seksjon av verktøyet slik at senterlinjen til det aktive parti av kilden befinner seg omtrent på linje med aksen til detektorene som benyttes.
Elektronikken forbundet med det nukleære loggeverktøy i henhold til oppfinnelsen benytter multikanalanalyse hvor inngangssignalet omfatter et tog av analogpulser som hver svarer til absorpsjonen av et nøytron eller en gammastråle, og hvor det forsterkede utgangssignal observeres over et valgt tidsintervall og det derav dannes en pulshøydefordeling. De elektroniske behandlingskretser omfatter minst to nye komponenter, nemlig en forsterker med programmerbar forsterkning (PGA) og en høyhastighetstoppverdi-detektor.
Hovedtrekket ved PGA'en er at dens forsterkning kan varieres og styres digitalt (med bruk av en digitalbuss). PGA'en både forsterker detektorpulser og modifiserer frekvenskarakteristikkene til signalene som kommer inn i dem. PGA'en innbefatter en lavpassfilterfunksjon som vesentlig forbedrer signal/støy forholdet og opprettholder systemoppløsningen ved å begrense høyfrekvenssignalinnholdet i hver puls. Ved å begrense høyfrekvens-signalinnholdet blir pulsamplituder mye lettere kvantifisert ved multikanalanalyse-(MCA-)funksjonen, hvilket resulterer i spektre med bedre kvalitet.
Høyhastighetstoppverdidetektoren mottar utgangssignalet fra PAG'en og er viktig, da den omdanner en kort, transient amplitude til et stabilt DC-signal som lett kan måles med en A/D-omformer.
De ovenfor omtalte og andre trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil forstås av fagfolk fra den etterfølgende detaljerte beskrivelse og tegningen.
På tegningen har like elementer de samme henvisningstall på de forskjellige figurer. Fig. 1 viser et skjematisk riss av nøytronporøsitetsverktøyet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et oppriss, delvis i tverrsnitt av det nukleære loggeverktøy i samsvar med den foreliggende oppfinnelse.
Fig. 3 viser et tverrsnitt langs linjen 3-3 på fig. 2.
Fig. 4 viser et grunnriss av detektor-, prosesserings- og MTI-rommene i verktøyet på fig. 2 med lukene fjernet og med verktøyets omkrets vist i et enkelt plan. Fig. 5 viser et skjematisk riss av verktøyet på fig. 2 innbefattet detektor-, prosesserings- og MTI-rommene. Fig. 6 viser et forstørret riss av en modulær koblingsforbindelsesrom i verktøyet på fig. 2.
Fig. 7 viser et tverrsnitt langs linjen 7-7 på fig. 2.
Fig. 8 viser et tverrsnitt langs linjen 8-8 på fig. 2.
Fig. 9 viser et tverrsnitt langs linjen 9-9 på fig. 6.
Fig. 10 viser et delvis utsnitt av verktøyet på fig. 2.
Fig. 11 viser den modulære koblingsmontasje sett fra enden.
Fig. 11A,1 IB og 11C er oppriss av tverrsnitt henholdsvis langs linjene 11A-11A, 11B-11B og 11C-11C på fig. 11. Fig. 1 ID viser et oppriss, delvis i tverrsnitt, av verktøyet på fig. 2 koblet til et annet modulært verktøy.
Fig. 11E er et forstørret oppriss av et parti av fig. 1 ID.
Fig. 12 er et oppriss, delvis i tverrsnitt av den nukleære kildebeholder til bruk i den foreliggende oppfinnelse.
Fig. 12A viser et riss langs linjen 12A-12A på fig. 12.
Fig. 13 viser kildebeholderen på fig. 12 sett fra venstre ende.
Fig. 14 viser et tverrsnitt av et håndteringsverktøy og en nukleær kilde i samsvar med den foreliggende oppfinnelse.
Fig. 14A viser et enderiss langs linjen 14A-14A på fig. 14.
Fig. 15 viser et forstørret riss som gjengir kildebeholderen på fig. 12 avtagbart forbundet med håndteringsverktøy et på fig. 14. Fig. 16 viser et skjematisk riss av elektronikken og pulsformene forbundet med nær- og fjerndetektorer.
Fig. 17 viser et tverrsnitt av en detektormontasje.
Fig. 18 er typisk spektrum for Li^-glass scintillator.
Fig. 19A er en graf som gjengir tilpasningen av en eksponensialfunksjon til gammastråledelen av spekteret på fig. 18. Fig. 19B er en graf som gjengir spekteret på fig. 18 etter subtraksjon av eksponensialfunksjonen i samsvar med gammafjerningsteknikken i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 20 viser et blokkdiagram av et blokkdiagram av detektorromelektronikk gjengitt på fig. 4. Fig. 21 viser skjematisk grunnriss av et kretskort for detektorelektronikken.
Fig. 22 viser et elektrisk koblingsskjema for kretskortet på fig. 21.
Fig. 23A viser en graf av en typisk utgangspuls fra en nøytrondetektor.
Fig. 23B viser en graf av en typisk utgangspuls fra en forsterker med programmerbar forsterkning.
Fig. 24 viser et blokkdiagram av prosessorromelektronikken.
Fig. 25A-C viser elektriske koblingsdiagrammer for prosessorromelektronikken . Fig. 26 viser skjematisk multikanalanalysefunksjonen i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 27 viser et elektrisk koblingsdiagram for forsterkeren med programmerbar forsterkning i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 28 og 28B viser et par av grafer som gjengir inngangssignalet og utgangssignalet for toppverdidetektorfunksjonen benyttet i den foreliggende oppfinnelse.
Fig. 28C viser et tidsdiagram for toppverdidetektorkretsen.
Fig. 29 viser et tidsdiagram for pulsinnsamlingene foretatt av detektoren og elektronikken ved den foreliggende oppfinnelse. Fig. 30A-C er et flytdiagram av den digitale behandlingsteknikk for gammastrålefjerning. Fig. 31 A-B er elektriske koblingsdiagrammer. for elektronikken i MTI-rommet.
På fig. 1 viser et diagram av grunnkomponentene i et nøytron-porøsitetsverktøy (10) i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Verktøyet omfatter et vektrør som inneholder en nøytronkilde (12) og to adskilte nøytrondetektormontasjer 14 og 16. Alle tre komponenter er plassert langs en enkelt akse som er blitt anbragt parallelt med verktøyets akse. Detektoren nærmest detektorkilden vil bli betegnet som "nærdetektoren" og den lengst borte blir betegnet som "fjerndetektoren".
Verktøyet 10 klargjøres for bruk ved å lade det med en forseglet kjemisk kilde (typisk en 5 Curie Americium Beryllium) og senke den ned i en formasjon. Hurtige nøytroner (tilnærmet gjennomsnitt 4,4 MeV) blir kontinuerlig emittert av kilden og forplanter seg ut og inn i formasjonen. De hurtige nøytronene vekselvirker med formasjonen og bremses ned
(termaliseres) av hydrogen som forekommer i omgivelsene omkring verktøyet.
De fleste nøytronene som emitteres av kilden blir termalisert og absorbert av formasjonen som omgir verktøyet. Noen av de resterende termiske nøytroner vil da bli tellet enten av nær- eller fjerndetektorene og bidra til dataene samlet inn av verktøyet.
Kalibrering av verktøyet oppnås med bruk av laboratorieformasjoner. Disse spesialbygde formasjonene tillater verktøyresponsen å karakteriseres for forskjellige porøsiteter, volumstørrelser og litologier. I en gitt laboratorieformasjon er den basismåling som tas fra verktøyet forholdet. Forholdet beregnes ved å dividere nærtellingsraten med fjerntellingsraten. Etter at forholdet er blittkarakterisertfor alle laboratorieformasjonene, er det mulig å generere kalibreringskurver. Disse kalibreringskurvene oversetter verktøy forhold til porøsiteten av en formasjon som logges.
På fig. 1 er verktøyet 10 fortrinnsvis forbundet med et måling-under-boring-(MWD-)system og omfatter en vektrørseksjon av en borestreng 18 som vender ved en borkrone 20. Borestrengen 18 har en åpen innvendig diameter 22 hvori boreslam strømmer fra overflaten, gjennom borestrengen og ut av borkronen. Borekaks frembragt ved driften av borkronen 20 føres bort av slamstrømmen som stiger opp gjennom det fri ringrom 24 mellom borestrengen og brønnveggen. Slamsøylen i borestrengen 18 kan også tjene som transmisjonsmedium for å føre signaler med parameterne nede i hullet og opp til overflaten. Denne signaltransmisjon oppnås ved den velkjente metode med slampulsgenerering hvorved trykkpulser genereres i slamsøylen i borestrengen 18 og er representative for de detekterte parametre nede i brønnen. Boreparametrene detekteres i en sensorenhet i et vektrør 26 nær ved eller tilstøtende borkronen. Trykkpulser dannes i slamstrømmen inne i borestrengen 18 og disse trykkpulsene mottas av en trykktransduser og blir deretter overført til signalmottagerenhet som kan registrere, vise og/eller utføre beregninger på signalet for å skaffe informasjon om forskjellige forhold nede i brønnen. Fremgangsmåten og apparatet for denne slam-pulstelemetri er beskrevet mer detaljert i US-PS nr. 3 982 431, 4 013 945 og 4 021 774, som alle er overført til den nærværende søker og som det her skal henvises til.
På fig. 2-5 er det nukleære loggeverktøy i henhold til oppfinnelsen vist generelt ved 10 på fig. 2 og skjematisk ved 10 på fig. 5. Det vil skjønnes at fig. 4 er en gjengivelse av hele omkretsen av det sentrale parti av verktøyet 10 vist i et enkelt plan. Verktøyet omfatter en vektrørmuffe 27 av stål med en aksial åpning 28 langsetter. Som best vist på fig. 3 og 4 omfatter muffen 27 tre kamre eller rom 30,32 og 34 med samme innbyrdes avstand for å romme verktøyelektronikk og detektorer. Rommet 30 vil betegnes som detektorrommet, rommet 32 vil betegnes som prosesseringsrommet og rommet 34 vil betegnes som det modulære verktøygrensesnitt- eller MTI-rom. Rommene 30,32 og 34 er maskinerte fordypninger og hver omfatter en presisjons-overflate 36,38 og 40 for å tillate dannelse av høytrykksforsegling med henholdsvis en luke 42,44 og 46 (med lukene fjernet på fig. 4). Et spor er dannet i hver luke 42,44 og 46 for å motta en passende høyttrykks tetningsanordning såsom en O-ring 48. Det vil skjønnes at hver overflate 36,38 og 40 virker både som tetningsflater for borevæsken såvel som en lastbærende overflate for de respektive luker. Som vist på fig. 2 er hver luke 42,44 og 46 festet til en respektiv overflate 36,38 og 40 med høyfaste, korrosjonsbestandige bolter 50 av tilstrekkelig størrelse og antall (fortrinnsvis 22) for å sikre tetningsintegritet over et bredt område av betingelser nede i hullet, herunder trykk, temperatur, vridning og bøyning. Rommet 30 er forbundet med rommet 32 med en passasje 52 gjennom muffeveggen 27. Tilsvarende er rommet 32 forbundet med rommet 34 av en passasje 54 og rommet 34 er forbundet med rommet 30 av en passasje 56 (se fi. 4). Det sentrale parti 29 i verktøyet 10 som omfatter rommene 30,32 og 34 har en øket diameter relativt til motsatte ender av verktøyet 10. Hvis f.eks. enden av verktøyet 10 har en ytre diameter OD på 6 3/4", kan det sentrale parti 29 ha en ytre diameter på 7 1/2". Innenfor dette forstørrede sentrale parti 29 og mellom hver luke 42,44 og 46 has det en langsgående passasje 56. Passasjene 56 sikrer øket strøm og borevæske mellom verktøyet 10 og borehullveggen.
Av fig. 2,4,6,7 og 9 kan det ses at muffen 27 også omfatter et forbindelsesrom 58 opp i hullet (fig. 2) og et forbindelseshull 60 (fig. 6) ned i hullet. Som ved de tidligere omtalte rom, er hvert forbindelsesrom 58,60 forbundet med henholdsvis en forbindelsesromluke 62,64. Luken 62 benytter en O-ring 66 for å danne en fluidtett høyttrykksforsegling ved en plan overflate 72 som omgir rommet 58 (fig. 7). Tilsvarende benytter forbindelsesromluken 64 en O-ring 70 for å danne fluidtett høyttrykksforsegling med en plan overflate 68 som omgir rommet 60 (fig. 9). Slik det vil bli omtalt nedenfor, skaffer hvert forbindelsesrom 58,60 et kammer for å frembringe elektrisk forbindelse mellom elektronikken anordnet i rommene 30,32 og 34 og et modulært koblingsstykke anordnet på hver ende av verktøyet 10. I tillegg tjener hvert forbindelsesrom 58,60 som et trykkskott, slik at i tilfellet av en svikt (f.eks. lekkasje) i den modulære koblingsbuss (omtalt nedenfor) vil borevæske for-hindres fra å strømme inn i rommene 30,32 og 34.
Den tykkveggede muffe 27 er det konstruktive parti av verktøyet 10 som overfører dreiemoment og vekt til det nedre parti av borestrengen og fremgangsmåten til å montere detektorenheter og elektroniske komponenter innenfor den tykke muffevegg 27 er et viktig trekk ved oppfinnelsen. Montering av detektormontasjen og annen elektronikk inn i rommene 30,32 og 34 under en henholdsvis avtagbar høyttrykks luke 42,44 og 46 skaffer mange av trekk og fordeler, innbefattet letthet ved installasjon og fjerning av komponenter fra rommene og lett tilgang til detektorene og de elektroniske komponenter for diagnose og justering. Bruken av kammerne 30,32 og 34 tillater også posisjonering av detektorene (identifisert som 74 og 76 i kammeret 30 på fig. 4) så nær som mulig både til verktøyets utside og formasjonsveggen.
Som ovenfor kort nevnt, benytter det nukleære loggeverktøy 10 i henhold til oppfinnelsen en buss som omfatter en enkelt ledning (se objekt 78 på fig. 2 og 5) som går gjennom hele lengden av verktøymuffen 27 gjennom en langsgående O-ring 80 (parallell til verktøyets senterlinje) og benyttes til å forsyne alle steder i verktøyet med både strøm og kommunikasjoner. En kraftretur oppnås for systemet ved å benytte stålvektrøret 27 (som utgjør hoveddelen av verktøyet 10) som felles returvei og systemets jord.
Et vesentlig trekk ved verktøyet 10 er dets evne til å kunne benyttes i et modulært system. Konstruksjonen av vektrør 27 omtalt ovenfor (innbefattet kraft- og kommunikasjonsbussen 78 og rommet 30,32 og 34) gjør det egnet for bruk ikke bare som en nøytronporøsitetsinnretning, men også i andre anvendelser såsom et gammatetthetsverktøy eller andre MWD-verktøy til bruk nede i hullet. Følgelig er hver ende av verktøyet 10 innrettet til å frembringe hva som er kjent som en modulær verktøykobling 30. På fig. 2,11 og 11 A-E hvor stiften 82 og boksen 84 for to tilstøtende modulære verktøy er paret, etablerer ringkoblinger 86 (av den type som er vist i US-PS nr. 3 696 332) innenfor skjøten kontinuitet av den modulære verktøybuss. Kraftreturen til de to verktøy blir også koblet sammen fordi stift og boks gjengene danner elektrisk kontakt (se fig. 1 ID). Således er verktøyetet toledersystem frembragt av bussen 80 (fig. 2) og vektrøret 27 (fig. 3).
Som best vist på fig. 11 og 11 A-E, omfatter den modulære kobling en metallring 86 (se også fig. 2) som er omgitt på tre sider av en sylindrisk seksjon av det elektrisk isolerende materiale 88. Et klebemiddel 90 er anordnet for å feste ringen 86 til en isolator 88. En montasje 89 av en metallring 86/isolator 88 er anordnet i et sylindrisk spor 92 i hver ende av verktøyet 10 og festet til dette med et elastisk klebemiddel (se fig. 2). Koblingene er dimensjonert slik at de rager noe ut fra skulderflaten for å sikre positiv elektrisk kontakt når de to parede, roterende koblinger blir strammet til (se fig. 1 ID). Som vist på fig. 11 A-C, er et gummirør 91 festet på montasjen 89 og anbragt i sporet 92 slik at montasjen vil forbelastes slik at montasjen 89 tvinges utad fra enden av verktøyet 10 (og således sikrer god elektrisk forbindelse til dets tilstøtende muffe som vist på fig. 1 ID). Som vist på fig. 1 IB omfatter isolatoren 88 et innebygget rotasjonsstoppøre 93 som mottas i muffen 26 for å forhindre rotasjon av montasjene 89. Ringen 86 omfatter også innebygget rotasjonsstoppøre 95 som forhindrer rotasjon av ringen 86. Det vil forstås at det er viktig å hindre rotasjon av montasjen 89 for å forhindre brudd av ledningen 78. En langsgående boring 80 strekker seg fra et sted i sporet 92. Ved krysningen mellom boringen 80 og sporet 92 er det en kobling 94 som bevirker elektrisk forbindelse mellom ledningen 78 og ringen 86.
På fig. 1 ID har stiftenden av den modulære kobling en rekke modifikasjoner i forhold til en standard API-kobling. Den første er en underskåret hulkil 101 i skulderen på forbindelsen. Den annen er en forlenget hals 103 på stiften. Disse to trekk øker utmatingslevetiden og forbedrer belastningsfordelingen langs skulderen av den roterende kobling. Denne forbedrede belastnings-fordeling er nødvendig for å sikre en forsegling metall mot metall og forhindre borevæsker fra å komme i kontakt med koblingsmontasjen.
Smøring av dette modulære koblingssystem i henhold til oppfinnelsen oppnås med bruk av en 0,0025 til 0,025 mm tykt kobberbelegg (se objekt 103 på fig. 11E) og bruk av et høytemperaturs, ikke elektrisk ledende smøremiddel 105 med høy skjærfasthet. Kobberbelegget påføres enden og gjengene i stiftforbindelsen. Beleggingen er nødvendig for å forhindre riving av den roterende kobling når metallbasert smøremiddel (typisk benyttet på umagnetiske vektrør og komponenter) ikke kan benyttes (den ville kortslutte den elektriske kobling til foringen).
Både boksforbindelsen og stiftforbindelsen har et omkretsspor 107 plassert i skulderen på forbindelsen. Plasseringen av sporet tar sikte på å skaffe tilstrekkelig tetningsevne mot hydrostatiske slamtrykk nede i hullet når de utsettes for borebelastninger (bøying, vekt på borkrone etc.). Inne i dette spor er det en rekke langsgående "gun"-borede hull 80,80' som mottar anti-rotasjonsankeret 93 for den elektriske koblingsmontasje og som virker som passasje for bussledningen som skal føres inn i koblingsboksen plassert inne i muffen. Disse hullene bores med høy posisjonsnøyaktighet for å muliggjøre ombygging av rotasjonsforbindelsen og/eller omhugging som ville resultere i at avskjæring av det nettopp maskinelte koblingspor til disse hull.
Det vil således skjønnes at hvis en ende av verktøyet 10 skades, kan muffen 26 kappes av ved skadepunktet med et nytt spor 92 og ny ring 86 anordnet ved kappeseksjonen (sammen med ommaskinert gjenging) for å tillate gjenbruk av verktøyet.
Det vil også skjønnes at trådbussen 78 er forbundet til elektronikken i rommene 30,32 og 34 via elektriske koblinger 96 (fig. 4,8), 98 (fig. 4,9) i henholdsvis forbindelsesrommene 58 og 60. Som vist på fig. 4, strekker hullet 80 seg mellom de to forbindelsesrom 58,60 og et modulært verktøy - grensesnittrom 34.
Fig. 5 viser på systemnivå elektronikken til det modulære nøytron-porøsitetsverktøy i henhold til oppfinnelsen. Som beskrevet ovenfor er elektronikken blitt delt slik at den passer inne i tre rom 30,32 og 34. Idet det fortsatt skal henvises til fig. 5, er en første funksjon som den modulære verktøybuss skal oppfylle, å levere kraft til ethvert verktøy som er forbundet til systemet. En kraftforsyning forbundet med måling-under-boring-elektronikkpakken (i muffen 26 på fig. 1) frembringer et nominelt 30 volts likespenningssignal som leveres til den modulære verktøybuss 78. Kretser inne i det modulære verktøygrensesnitt-(MTI-)rom 34 tar dette 30 volts likespenningssignal og omdanner det til +5, +15 og -15 volts forsynings- signaler. Det nøyaktige elektroniske opplegg av kraftforsynings-/grense-snittkretsen eller MTI-kortet vist ved 100 på fig. 4 er gjengitt på de elektriske koblingsdiagrammer på fig. 3 IA og 3 IB. De elektroniske komponenter på fig. 31 A-B er identifisert i tabell 1.
En annen funksjon av den modulære verktøybuss er å tillate toveis kommunikasjon mellom alle medlemmer av bussen. Et medlem kan ses på som ethvert intelligent stykke utstyr som lytter eller taler over bussen. Fordi bussen har flere medlemmer, benyttes en programvareprotokoll som forhindrer mer enn et medlem fra å tale på samme tid. Hvis to medlemmer forsøkte å tale samtidig, ville det oppstå konflikt og mesteparten av kommunikasjonene ville sansynligvis bli ødelagt. Hvis således et medlem taler, må alle de andre medlemmer lytte.
Tale- og lyttefunksjonene implementeres over bussen via frekvensmodulasjonen over 1/2 volts topp til topp sinusbølge. Sinusbølgen adderes til det 30 volts likespenningssignal og vil når den iakttas på et oscilloskop, synes å være overlagret en positiv 30 volts likespennings-forskyvning. Et 273 kHz signal representerer en digital "en" og et 235 kHz signal representerer en digital "null". Maskinvaren som koder og dekoder disse frekvensmodulerte signaler, er anbragt inne i rommet 34 på det ene MTI-kort 100 hvis elektriske koblingsdiagram er vist på fig. 31 A-B. Det vil således skjønnes at MTI-kortet 100 kan betraktes som en kraftforsyning og et modem kombinert i en enhet.
Kjernekilden og monteringen av denne i verktøyet 10 skal nå beskrives med henvisning til fig. 2,4, 6-9 og 12-15. Kjernekildebeholderen er vist ved 102 på fig. 12. Kildebeholderen er en solid enhet som er innrettet til å tåle påkjenninger, trykk og temperaturer som påtreffes ved oljeboring nede i hullet. Den benytter en liten NRC-godkjent loggekilde 104 såsom Amercium 24l/Beryllium og tilpasser den til stort utstyr til bruk nede i hullet ved hjelp av en nøyaktig kontrollert diameter, lengde og gjenging 106 som fester kilden 102 til loggeverktøyet og er anbragt på den fjerne høyre ende av beholderen 102. På den motsatte ende av gjengen 106 er det en bajonettfatning 110 som er innrettet til å fatte og sperre kildemontasjen i mottageren på et installasjons- og fjerningsverktøy vist ved 112 på fig. 14 og 14A. Tangen 114 på den gjengede ende 106 er mindre og således svakere enn bajonettfatningen 110 for å sikre vellykket fjerning av kilden 102 fra loggeverktøyet. Som beskrevet nedenfor, sikrer den nye bajonettutførelse også at ingen uten kompatibelt utstyr vil være i stand til å håndtere kilden sikkert.
Som best vist på fig. 8, blir en kilde 102 montert i en åpning 116 gjennom muffeveggen 27. Åpningen 116 er plassert tangensialt i verktøyet 10 slik at den langsgående senterlinje for den radioaktive del av den nukleære kilde 102 vil være plassert ortogonalt til lengdeaksen 10 av verktøyet inne i en seksjon av muffeveggen 27. På denne måte vil senterlinjen for kilden 102 være innrettet med eller i det minste nominelt, (dvs. hovedsakelig) innrettet med aksen til detektorene 74 og 76. Åpningen 116 omfatter et parti 118 med større diameter som er dimensjonert for å motta hodet av installasjons- og ekstraksjons verktøy et 112 og en seksjon 115 med mindre diameter med innvendig gjenging for gjengbart inngrep med den gjengede ende 106 på kilden 102. Kilden 102 forlater seg således på elastisk deformasjon (på grunn av dreiemomentet) av den gjengede ende 106 som hovedmiddel for feste til muffeveggen 27. Som et reservetiltak er det sørget for en bolt 117 gjennom en åpning 119 (som strekker seg fra den ytre vegg på muffen 12 og skjærer åpningen 116) og kommer til anlegg mot den ytre ende av kilden 102 for ytterligere å sikre fastholdelse i muffen 27.
Slik det fremgår av fig. 8, blir kilden 102 festet slik at den er åpen til slamomgivelsene, men ikke utsatt for slamstrøm. Monteringen av kilden 102 til muffeveggen 27 tillater hurtig og lett fjerning fra verktøyet, spesielt i nødstilfelle. Plasseringen av kilden langs senterlinjen av verktøyet skaffer også optimering av nøytronemisjonen til formasjonen.
Som vist på fig. 14 og 14A omfatter det nuklære kildeladeverktøy 112 et innvendig rør 118 med en fjærpådratt stang 120. Stangen 120 er forspent ved en ende av en fjær 122 og ender ved en bajonettfatning 124. En låsstift 126 kan være plassert gjennom senteret av stangen 120 og røret 118. I tillegg innbefatter verktøyet 106 et par av håndtak 125 og 127 som er kollineære med det innvendige rør 118. Endelig er det festet en forhåndsinnstilt dreiemomentnøkkel 128 til røret 118 slik at når låsstiften 126 låser stangen 120 til røret 118, vil nøkkelen 128 dreie både røret 118 og stangen 120 for å stramme kildebeholderen 102 (som er blitt festet til bajonetten 124) til en forhåndsvalgt dreiemomentverdi.
Som best vist på fig. 13, 14A og 15, innbefatter enden av bajonetten 110 en sirkulær skulder 130 som har et par av motsatte slisser 132. Bajonetten 124 har et komplementært par av motsatte gripetunger 134 som er dimensjonert slik at de kan mottas i slissen 132. Når gripetungene 134 mottas i slissen 132, forspennes fjærene 122 og verktøyet 112 roteres med eller mot urviseren slik at greptungene 134 holdes stramt av skulderen 130.
På fig. 4,10,16 og 17 er henholdsvis de "nære" og "fjerne" nøytrondetektorer 74 og 76 anbragt i detektorrommet 30. Hver detektor 74,76 består av et stykke Li^-anriket scintillerende glass 136 utført som en 25 cm lang sylinder med en 1,25 cm diameter som er festet av hvert klebemiddelsjikt 138 til en fotomultiplikator 140 med sammenlignbar diameter. Alternativt kan scintillatoren 136 inneholde Li^ i form av et Li^I-krystall. Fotomulti-plikatorrøret 140 ender ved et første kretskort 142. Et annet kretskort 144 er adskilt fra kretskortet 142 med en gruppe motstander 146 forbundet mellom kretskortene 142 og 144. Et par av kondensatorer 148 og 150 er også anbragt på kretskortet 144. Gruppen av motstander pluss kondensatorer utgjør et spenningstellernettverk som er ment å skulle levere spenninger til de forskjellige elektroder på fotomultiplikatoren. Tre ledninger 152,154 og 156 ender ved kretskortet 144 med ledningen 152 forbundet med en høyspen-ningskilde 158 (fig. 4) i rom 34 (fig. 5) og ledningene 154 og 156 forbundet med prosessorkortet i rommet 32 (fig. 5). Hver detektormontasje 74,76 er kapslet i en passende kapslingforbindelse 160 såsom en silikongummi- forbindelse (fig. 17). Kapslingsforbindelsen 160 har en rekke ribber 162 som er innstøpt for å tillate ekspansjons- og støtabsorpsjon.
Nøytroner og gammastråler som går gjennom glasset 136 frembringer lysscintillasjoner som omformes av fotomultiplikatoren PMT 140 til spenningspulser med forskjellige høyder. En pulshøydeanalysatorkrets frembringer deretter et spektrum av den art som er vist på fig. 18. Dette spekteret blir deretter utsatt for ytterligere analyse for å trekke gammastrålepartiet fra. Et forhold blir deretter tatt mellom nettonøytrontellingen i nærdetektoren og tellingen i fjerndetektoren. Dette forhold som er basert på en tidligere kalibrering i laboratoriet, kan relateres til en porøsitet, gitt at arten av bergmassen er kjent.
Den elektroniske puls som genereres av scintillatoren PMT er av liten verdi med mindre den undergis en eller annen analog signalbehandling. Amplituden til pulsen er typisk meget lav og har meget kort varighet. Ved å forsterke pulsen og føre den gjennom et lavpassfilter, blir råpulsen modifisert til en form hvis amplitude lettere kan måles. (Se fig. 16 for en grafisk representasjon av pulsformen etter å ha blitt ført gjennom en puls forsterker).
Som nevnt, er et typisk spektrum for Li^-glass vist på fig. 18. Den vertikale akse gir mengden av pulser og den horisontale akse er proporsjonal med pulsamplituden. Undersøkelse av dette spektrum viser at det gjengir to deler, nemlig gammastrålebakgrunnen og nøytrontoppen. Gammastrålepartiet forekommer fordi Li^-glass også er følsomt for gammastråler som alltid forekommer i en situasjon hvor nøytroner logges. Nøytrontoppen er hovedsakelig forårsaket av termiske nøytroner som vekselvirker med glasscintillatoren.
Hittil har det vært antatt av fagfolk at Li^-glass (eller andre Li^-detektorer) ville være problematiske i loggemålinger på grunn av vansken med å fjerne gammastrålebakgrunnen. Den foreliggende oppfinnelse har overvunnet slike tidligere praktiske problemer ved å registrere sanntidsspektra og underkaste disse spektra digitalbehandlingsmetoder.
Slik det vil bli omtalt mer detaljert nedenfor, vil en mikroprosessor etter at et spektrum er blitt registrert, tilpasse en eksponensialkurve til spekteret slik at den approksimerer det parti av spekteret som skyldes gammastrålene. En typisk eksponensialfunksjon er vist overlagret et råspektrum på fig. 19A. Etter at gammakarakteriseringen er foretatt, er det mulig å fjerne gammastrålene fra råspekteret. Dette oppnås ved å trekke gammafunksjonen fra råspekteret.
Resultatet av denne subtraksjon er vist på fig. 19B. Bemerk at gammastrålebakgrunnen nå er borte og spekteret bare inneholder tellinger som skyldes nøytroner. Hvis mikroprosessoren integrerer tellingene under nøytrontoppen, så vil den resulterende summering gi det totale antall nøytroner i spekteret. Det skal bemerkes her at brutto nøytrontall ikke har samme verdi som nøytrontelleraten. Nøytrontelleraten betegnes ved å dele brutto nøytrontall med tiden hvorunder et spektrum ble registrert. Denne beregningen vil gi en verdi hvis enheter er nøytroner pr. sekund.
Det vil skjønnes at mens to detektormontasjer foretrekkes, kan denne oppfinnelsen også benyttes i samband med en detektormontasje eller flere enn to detektormontasjer.
Fig. 20 viser et blokkdiagram av elektronikken forbundet med detektorrommet 30 og anbragt på et kretskort 166 vist på fig. 4 og 21 og som et elektrisk koblingsdiagram på fig. 22. Alle de elektroniske komponentene
gjengitt på fig. 21 og 22 er identifisert i fig. 22 (idet komponentene Ul og U2 omfatter operasjonsforsterkere). Bemerk at nær- og fjerndetektormontasjene er benevnt slik på grunn av deres avstand fra nøytronkilden. Hver detektor er blitt utført slik at den bare trenger tre koblinger for å gjøre den driftsklar. Ved å benytte 1,5 KV DC på dens høyspenningsinngang og jorde effektreturen, vil pulsene da fås på utgangsklemmen.
Når det ikke has noen nøytroner eller gammastråler, vil en detektor 74,76 (fig. 10) være i hviletilstand og utgangssignalet skulle ligge kloss ved et jordingsnivå. Hvis en nøytron- eller gammafluks foreligger, vil det observeres slumpmessige negative pulser på detektorutgangen. Fig. 23A gjengir en typisk utgangspuls. De fleste detektorer ville frembringe en amplitudefordeling som begynner på null og ender med et maksimum på omtrent 1 volt.
De 1,5 KV likespenning som er nødvendig for å drive detektorene leveres av en tidligere omtalt høyspenningsforsyning 158 (fig. 20). Denne forsyningen benytter +15V ved sin inngang og skaffer den faste høyspenning som systemet trenger. Utgangen fra HVPS (høyspenningskilden) kan ikke benyttes direkte av fotomultiplikatorene fordi den har en støy på omtrent 1 volt fra topp til topp. Hvis høyfrekvensstøyen foreligger på høyspenningsinn-gangen til en fotomultiplikator, vil den kobles direkte til utgangen. Dette problemet elimineres ved først å føre den støybelastede høyspenning gjennom et lavpassfilter 168 (fig. 20). Filteret 168 fjerner uønsket støy og ren høyspenning fordeles til de to detektorer 74,76.
Kretskortet 166 (fig. 4) som inneholder HV-filteret 168, inneholder også to forforsterkere 170 som benyttes til å justere signalforsterkningen fra nær- og fjerndetektorene. Forsterkningen til fotomultiplikatorrørene 140 varierer vanligvis mellom enhetene og krever således en forsterkningsnormalisering av utstyret når systemet settes opp første gang. Denne forsterknings-justeringen sikrer at nøytrontoppen forekommer i den korrekte stilling i spektrene.
En annen fordel ved forforsterkerne er at de gir en høy inngangsimpedans til detektorene 74,76. Dette er viktig da detektorene har en meget svakt lastdrivekapasitet og arbeider ikke bra når de driver lange signallinjer eller høye laster. Ved således å plassere forforsterkeren 170 nær detektorene, minimeres signalforvrengning og forforsterkeren driver de ønskede laster.
Det vil skjønnes at fig. 20 viser HVPS 158 som plassert i detektorrommet. Teknisk er dette ukorrekt, da den i realiteten er plassert inne i MTI-rommet 34 (fig. 4). Denne forenkling ble foretatt for å gjøre detektorrom-elektronikken lettere forståelig.
Fig. 24 viser et blokkdiagram av elektronikken plassert inne i prosessorrommet 32. Denne elektronikken er plassert på et prosessorkort 172 vist på
fig. 4 og i det elektriske blokkdiagram på fig. 25A-C. De enkelte elektroniske komponenter vist på fig. 25A-C er identifisert i tabell 2. Denne elektronikken registrerer spektra fra detektorene 74,76 og behandler deretter spektrene for å fremstille detektortelleratene. En 80C31 mikroregulatormodul 174 (fig. 24)
benyttes til å utføre alle funksjoner som krever beregning og kommunikasjon med innretninger utenfor verktøyet.
Fra et nukleærelektronisk standpunkt, implementerer disse kretser en funksjon kjent som multikanalanalyse. Inngangs- og utgangssignalet til denne funksjonen er vist på fig. 26. Inngangssignalet består av et tog av analogpulser som hver svarer til absorpsjonen av et nøytron eller en gammastråle av detektoren. Funksjonen observerer forsterkerutgangssignalet i et forhåndsvalgt tidsrom (f.eks. 30 s) og konstruerer en pulshøydefordeling.
Kanaltallet er middelet hvormed amplituden til en gitt puls beskrives av denne funksjon. Kanaltallene starter på null og ender med en maksimalverdi bestemt av oppløsningen til systemet. I en foretrukket utførelse har systemet åtte bits oppløsning som betyr at kanaltallene starter på null og når en maksimalverdi på 255. Hver kanal kan anses som om den har sin egen teller som teller opp når en puls faller i en gitt kanal. Således blir de minste pulser tellet i kanal null og de største pulser i kanal 255.
På fig. 24 kan det ses at nær- og fjerndetektorsignalene kommer til prosessorkortet over en analog multiplekser 176. Denne multiplekser er nødvendig fordi MCA (multikanalanalysatoren) kan registrere spektra bare på en detektor av gangen. Denne begrensningen løses ved å multiplekse nær-og fjernsignalene i den ene MCA på kortet. En ulempe ved dette multi-pleksingsopplegg er at noen tellinger i den ubrukte kanalen går tapt mens den ikke er i bruk.
Under en typisk registreringssyklus nede i hullet med en varighet på ca. 30 s, vil MCA bruke ulik tid på nær- og fjerndetektorene. Registreringene blir interfoliert ved å bruke henholdsvis 1 s og 5 s på nær- og fjerndetektorene. Denne 17-83% arbeidssyklus gjentas inntil de tilordnede 30 s innsamlingstid har medgått.
Nær- og fjerndetektorsignalene gir ulike innsamlingstider på grunn av deres iboende forskjellige tellerater. Da nærtelleratene er meget større enn fjerntelleratene, er det meget lett å få god statistikk på nærkanalen. Omvendt krever telleratene på fjerndetektoren at mesteparten av MCA's innsamlingstid tilbringes på denne kanalen for å få godtagbar statistikk.
Den neste funksjonsblokk i systemet er en ny forsterker med programmerbar forsterkning (PGA) 178 (fig. 24). Dette er en forsterker hvis forsterkning kan kontrolleres digitalt. Ved siden av å forsterke detektorpulsene modifiserer PGA 178 også frekvenskarakteristikkene til signaler som kommer inn i den. Pulser som gis til PGA har de samme former som de vist på fig. 23A. I dette tilfellet vil imidlertid amplitudefordelingen nå variere fra null til omtrent -10 volt på grunn av forsterkningen som forforsterkeren bidrar med.
Fig. 23B viser en typisk PGA 178 utgangspuls. Bemerk at pulsen fortsatt er enpolet, men at den nå er et positivt signal. Et annet viktig trekk ved denne pulsen er at den er mykere avrundet enn bølgeformen vist på fig. 23A. Formen på inngangsbølgeformen er blitt modifisert ved å la den passere gjennom et lavpassfilter. Dette svekker høyfrekvenssignalinnholdet i hver puls og bidrar således til en mykere bølgeform på PGA-utgangen.
Det er to viktige grunner til å innbefatte en lavpassfilterfunksjon i PGA. Ved å begrense høyfrekvenssignalinnholdet i hver puls, vil signal/støyforholdet signifikant forbedres og systemoppløsningen beholdes. Alle fotomulti-plikatorer frembringer noe høyfrekvensstøy og innbefatning av filter-funksjonen hjelper MCA å plassere en puls i den korrekte kanal.
En annen viktig fordel ved filtreringen angår formen på utgangsbølgeformen. Hvis det gjøres en sammenligning mellom fig. 23A og 23B, kan det ses at toppamplituden til den første bølgeform ville være meget vanskelig å måle da den bare varer noen få nanosekunder. Den annen bølgeform har imidlertid en toppamplitude som varer meget lengere og vil derfor være lettere å måle. Evnen til presist å kvantifisere pulsamplituder er et viktig trekk ved denne oppfinnelsen, da den vil ha en vesentlig innvirning på kvaliteten til spektrene samlet inn av verktøyet 10.
Forsterkningstrinnet i PGA har et analogområde fra 0-5 som styres med 6 bits oppløsning. Når verktøyet til å begynne med settes i gang, blir forsterkingstrinnet stilt inn på 2,3 og det tas en kort innsamlingssyklus på hver detektor for å lokalisere nøytrontoppene. På tidspunktet for verktøy-montasjen blir forforsterker-forsterkningene stilt slik at nøytrontoppen for begge detektorer vil finne sted ved kanalen 140-160 med PGA på den normale forsterkning på 2,3. Ved å plassere nøytrontoppene innenfor disse grenser (ved romtemperatur) vil verktøyet alltid være i stand til å lokalisere nøytrontoppen for hver detektor under betingelser med forhøyet temperatur.
Forut for starten av de første reelle 30 sekunders innsamlingssyklus, blir forsterkningen til PGA justert ved å plassere nøytrontoppen mellom kanalene 90 og 110. Nøytrontoppen holdes stabilisert innenfor disse grenser for å hjelpe prosesseringsalgoritmen til å frembringe nøyaktige nøytrontellerater. Man skal huske på at hver gang mikroregulatoren svitsjer detektorer må den forekommende PGA-forsterkning (for den valgte detektor) skrives til PGA. Det er mulig å plassere nøytrontoppen i en kjent stilling da mikroregulatoren kjenner den nærværende PGA-forsterkning og den nærværende topplassering. Ved bruk av en enkel formel kan en ny PGA-forsterkning beregnes og benyttes til å drive nøytrontoppen til de ønskede grenser. Straks før start av hver ny 30 sekunders innsamlingssyklus, blir nøytrontopplokaliseringene kontrollert ved å benytte spektre fra den foregående 30 sekunders syklyus. Hvis en av nøytrontoppene ikke befinner seg innenfor de korrekte grenser, vil en ny PGA-forsterkning beregnes og benyttes i den kommende 30 sekunders syklus.
De spesielle kretser til PGA 178 skal nå beskrives med henvisning til fig. 27. PGA 178 forener en rekke funksjonelle funksjoner i et enkelt system. Inngangen til PGA 178 er vist på fig. 27, seksjon A. Ul er utført som en ikke-inverterende spenningsfølger som gir enhetsforsterkning. Dette gir PGA 178 en høyimpedansinngang som ikke vil forvrenge utgangssignalet til forforsterkeren som driver PGA.
Seksjon B på fig. 27 viser lavpassfilteret til PGA. Dette er et tredje ordens besselfilter som har en grensefrekvens på 250 kHz. Et lavpassfilter benyttes til å dempe frekvensene over 250 kHz i en inngangspuls. Ved å begrense høyfrekvenssignalinnholdet til en inngangspuls, blir systemets signal-/støy-forhold forbedret. Dette resulterer i en mer mykt avrundet bølgeform på utgangen av lapassfilteret. Funksjonen av besseltype ble valgt fremfor andre filterfunksjoner på grunn av en spesiell egenskap den viser. Dette filter har et lineært faseskift for de fleste inngangs frekvens er, hvilket betyr at en enpolet inngangspuls gir en enpolet utgangspuls. De fleste andre lavpassfilter vil omdanne et enpolet inngangssignal til et topolet utgangssignal. En topolet utgangspuls er uønsket da den øker systemets dødtid.
Forsterkningen til PGA 178 er bestemt av seksjonene C og D. Seksjon C kan modelleres som en ekvivalentmotstand som mater summeringskoblingen til U6 (fig. 27). B5,B4,B3,B2,B1 og BO er de digitale innganger som stiller motstandsnettverket inn på en spesifikk ekvivalent motstand. Den totale forsterkning skaffet av U6 beregnes ved å summere bidraget av hver bit som vist av den følgende ligning: GAIN = B5 (-R16/R4) + B4 (-R16/2R4) + B3 (-R16/4R4) + B2
(-R16/8R4) + Bl (-R16/16R4) + BO (-R16/32R4)
hvor:
R4 = R6 = R8 = RIO = R12 = R14 = R15
R5 =R7 = R9 = R11 =R13
R4 = 2 (R5)
Med motstandsverdiene vist i seksjonene C og D (fig. 27), kan forsterkningen i denne konstruksjonen variere fra 1 til omtrent 5. Ved å forandre verdiene benyttet i den ovenstående ligning, er det mulig å endre det dynamiske område til å passe for en annen anvendelse. Det er også mulig å øke forsterkningsoppløsningen ved å føye flere brytere og motstander til summeringsporten U6.
Seksjon E på fig. 27 er en utgangsnivåbegrenserkrets innrettet til å begrense maksimalamplituden som PGA kan frembringe. Dette er et nyttig trekk, da nukleære detektorer hendelsesvis vil frembringe store utgangspulser som kan ødelegge følsom elektronikk. Begrenserkretsen vil begynne å virke når U6 avgir en utgangspuls hvis amplitude er +6,2V eller større. I dette øyeblikk blir zenerdioden Dl ledene og begrenser utgangssignalet fra U6 til +6,2V. Den resulterende begrensede spenning blir deretter trimmet til den ønskede verdi ved bruk av RI7 og RI8. Ved verdiene på fig. 27 vil begrensning finne sted (ved utgangen på PGA) ved 5,0V. Hvis det er ønskelig med et begrensningsnivå som er høyere enn +6,2V, kan en zenerdiode med høyere verdi benyttes og forskjellige trimmeselektorer og andre trimmemotstander velges. U7 i seksjon E er utgangsdriveren for PGA. Den har den samme konfigurasjon som Ul og gir PGA en lav utgangsimpedans. Dette er viktig, da den tillater PGA å drive andre kretser med et minium av signalforvrengning.
Et annet nyttig trekk ved denne forsterker er dens evne til å blokkere likespenningsnivåer ved sin inngang. Dette kan være viktig hvis forforsterkeren gir betydelige likespenningsforskyvninger. En forsterker som ikke blokkerer disse forskyvninger kunne eventuelt bli ubrukbar ved å mette seg selv. Økt effektforbruk ville også være en uheldig sideeffekt. Likespen-ningsblokkering forekommer på to separate steder inne i PGA med bruk av et CR-høypassfilter. Det første filter befinner seg ved C6 på fig. 27. Motstands-grenen av filteret kan ses som ekvivalentmotstanden som fører til summeringsporten U6. Det annet filter er ved Cl8. Motstandsdelen av filteret er dannet av summen av R17 og RI 8.
På fig. 24 er neste funksjonsblokk på prosessorkortet toppverdidetektoren 180. Toppverdidetektoren 180 er gjengitt med strekpunkterte linjer på fig. 25A. Det skal bemerkes her at toppverdidetektorfunksjonen ikke er forbundet til nøytrontoppen funnet i spektrene. Fig. 28A og 28B viser inngangs- og utgangssignalet til toppverdidetektoren 180. Pulser som kommer inn av PGA's 178 utgang mates direkte til inngangen på toppverdidetektoren 180. Etter hvert som inngangspulsen stiger mot sin maksimale amplitude, vil utgangssignalet fra toppverdidetektoren følge dens inngangssignal. Straks inngangspulsen har nådd sin toppverdi og går ned igjen, vil utgangssignalet stoppe å følge inngangssignalet. Utgangen på toppverdidetektoren frembringer nå en likespenning hvis amplitude er identisk med toppamplituden til inngangspulsen.
Inngangspulsen kan ha enhver amplitude fra 200 mV til 5 V. Det er topp-verdidetektorens funksjon å fange toppamplituden for inngangspulsen og omforme denne amplitude til en stabil likespenning som vist på fig. 28B. Utgangssignalet fra toppverdidetektoren blir deretter sendt til en A/d-omformer hvor den digitaliseres.
Inngangspulsen på fig. 28A kan ikke sendes direkte til en A/D-omformer fordi toppamplituden bare forekommer i omtrent 100 ns. De fleste A/D-omformere er ikke hurtige nok til nøyaktig å omforme et høyhastighetssignal som dette og krever at deres inngangssignaler begrenses til en maksimal følgerate. Hvis således frembringer i toppverdidetektorkretsen en bro mellom høyhastighetsanalogpulser og hastighetsbegrensningene til A/D-omformere.
For å forstå virkemåten til kretsen 180 skal det henvises til fig. 28C som illustrerer en normal toppdeteksjonssyklus. Når inngangssignalet til kretsen begynner å stige (på grunn av ankomsten av en puls) vil høyhastighets-komparatoren UIO føle at inngangssignalet er større enn utgangssignalet. Dette får komparatorutgangen til å svitsje fra en logisk 0 til en logisk 1 som gjør at bryteren 1 forblir i en lukket, (ledende) tilstand.
Da bryteren 1 nå er lukket, vil den tillate enhetsforsterkningsfølgeren U9 å lade hukommelseskondensatoren C57 med samme spenning som foreligger på inngangen. En annen enhetsforsterkningsfølger Ul2 benyttes til å isolere minnekondensatoren fra utgangen på kretsen. Med henvisning til fig. 28C kan det ses at utgangssignalet bare følger inngangssignalet når inngangspulsen fortsatt stiger.
Straks etter at inngangspulsen har nådd sin toppverdi, vil inngangs-spenningen være noe mindre enn den eksisterende utgangsspenning. Som vist på fig. 28C, får dette komparatorutgangen UIO til å forandre seg fra en logisk 1 til logisk 0. Dette får i sin tur bryteren 1 til å åpne seg (og bli ikke-ledende) og forhindrer minnekondensatoren C57 fra å lade seg ut gjennom U9. Da ladningen i minnekondensatoren nå er isolert fra eventuelle lavim-pedansveier, vil den effektivt opprettholde en konstant spenning på utgangen til U12.
Et viktig trekk ved toppverdidetektorkretsen 180 er en digital inngang kalt HLD. HLD-linjen benyttes til å deaktivere toppverdidetektoren etter at en puls er blitt fanget. Hvis en 1 V puls allerede er blitt fanget og en 2 V puls deretter har kommet til inngangen, da vil den 1 V utgangssignal skrives over av 2 V pulsen. Dette problemet elimineres ved å forandre HLD-signalet fra en logisk 1 til en logisk 0 etter at en puls er fanget. Fig. 28C viser en passende bruk av HLD-utgangen. Så lenge som HLD-linjen forblir på logisk 0, vil inngangen til toppverdidetektoren være deaktivert.
Etter at A/D-omformeren har fullført sin omforming, må systemet omfatte et organ for å initialisere toppverdidetektoren slik at den kan fange en annen puls. Denne funksjon skaffes ved bruk av en digital inngang kalt RES. Hvis RES stilles inn på logisk 0, så vil bryteren 2 lukke seg (bli ledende) og få minnekondensatoren til å lade ut til jord. Fig. 28C viser den korrekte anvendelse av RES-inngangen.
I toppverdidetektorkretser av denne type er det mulig at små mengder støy (på enten inngang eller utgang) kan føre til feilaktig svitsjing av høyhastighetskomparatoren UIO. Denne uønskede svitsjing vil utvilsomt redusere nøyaktigheten av kretsen, da bryteren 1 ikke vil være i sin korrekte tilstand. Mye av denne støyfølsomhet er blitt avbøtet ved å føre komparator-inngangene gjennom et lavpassfilter. Et RC-lavpassfilter er frembragt for henholdsvis de positive og negative komparatorinnganger ved R38, C63 og R41, C64. Dette lavpassfilter utgjør et viktig trekk ved toppverdidetektoren i henhold til oppfinnelsen.
Et annet viktig trekk ved toppverdidetektoren 180 er at dens utgangssignal faller mot en basistilstand. Alle toppverdidetektorer har en tilstand kalt et fall. Dette forårsakes av en liten kontinuerlig bevegelse av ladning inn eller ut av minnekondensatoren på grunn av IC-forspenningsstrømmer eller motstandsveier. Dette vil føre til en tidsavhengig spenningsforsterkning eller -tap på utgangen av toppverdidetektoren. Hvis fallet skjer i en positiv retning, så kunne toppverdidetektoren gradvis bygge opp en stor nok amplitude (på sin utgang) til å låse seg selv. Dette problemet unngås i kretsen 180 ved tilføyelse av R24. Denne motstanden med stor verdi gir en liten lekkasjestrøm som forhindrer IC-forspenningsstrømmer fra å anbringe en netto positiv ladning i minnekondensatoren C57.
I noen kjente toppverdidetektorkretser av typen beskrevet her, er det mulig å påvise en feiltilstand som kan føre til termisk utbrenning av U9, bryter 1 og bryter 2. Hvis RES-signalet er lavt når HLD er høyt, så er det mulig at begge brytere forekommer i en lukket (ledende) tilstand. Ved å se på enhets-forsterkningsfølgerutgangen U9, er det mulig å følge en strømbane gjennom bryterne 1 og 3 til jord. I praksis ville IC U9 drive en kortslutning til jord hvilket kunne ødelegge den eller bryterne. Toppverdidetektorkretsen 180 i henhold til oppfinnelsen tar denne mulige feiltilstand i betraktning ved å benytte RES-signalet til å styre ikke bare bryter 2, men også bryter 1. Med henvisning til fig. 25A blir bryter 1 (som ble brukt for å lade minnekondensatoren) styrt via utgangen på porten U22. Hvis RES-signalet er lavt, så vil porten U22 alltid åpne bryter 1 og således hindre U9 fra å drive en kortslutning. En feiltilstand som involverer bruken av både HLD- og RES-signalene vil således ikke forårsake utstyrsfeil i krets 180.
På dette punkt skal det henvises til fig. 29 for en forklaring på analoge og digitale hendelser. Når en puls forlater PGA 178, blir den også matet inn i komparatoren 182 såvel som toppverdidetektoren 180. Hvis utgangen fra PGA overskrider 200 mV, så vil komparatorens utgangssignal (CMP) angis som lavt. Den fallende kant av CMP er et signal til hele systemet om at en gyldig puls har forlatt utgangen til PGA. Pulser som befinner seg nedenfor komparatorterskelen ignoreres av systemet og vil derfor ikke bli en del av spekteret.
Når en fallende kant detekteres på CMP, starter et koblingsur og slår ut etter omtrent 2,5 ms. Etter at 2,5 ms er medgått, vil READ- og HLD-linjene angis som lave, som vist på fig. 29. READ-linjen anmoder A/D-omformeren 184 om å starte en omforming av analogsignalet levert til den av toppverdidetektoren 180.
HLD-linjen tjener tre formål ved den foreliggende oppfinnelse. Den første av disse er å fortelle toppverdidetektoren at ingen flere pulser skal tillates å komme inn i dens analoge hukommelse. Etter at HLD-linjen går lav blir derfor etterfølgende pulser låst ute fra toppverdidetektoren 180.
Den annen funksjon av HLD-linjen er å generere et avbrudd til mikroprosessoren 174. Dette avbrudd vil fortelle mikroprosessoren at en puls har undergått omforming og venter på å bli lest. Da mikroprosessoren tar omtrent 8 ms for å komme til sitt avbrudd, vil A/D-omformingen 184 allerede være fullført når servicerutinen starter.
Den siste funksjon som HLD-linjen yter er å aktivere og deaktivere koblingsuret som er forbundet med mikroprosessorenes avbruddslinje. Hver gang HLD-linjen er lav, vil dette koblingsur (som er bygget inn i mikroprosessoren) slås av. Dette koblingsuret er nødvendig for å holde rede på hva som er kjent som aktiv tid.
Aktiv tid er definert som tidsperioden under hvilken MCA ikke er travelt opptatt med å behandle pulser. Tilsvarende er dødtid tidsperioden som tilbringes av MCA med faktisk å betjene pulsene som kommer inn. For å belyse aktiv tid og dødtid, skal det antas at MCA skal samle inn et spektrum i et sekund i sann tid. Hvis hver puls tar 50 (is å betjene og det er 1000 eventer under innsamlingsperioden, så vil den totale dødtid være 50 ms. Aktiv tid for dette scenario ville være 950 ms.
Den aktive tid er viktig når tellerater fra nøytrondetektorene beregnes. Behandling av spektra gir brutto nøytrontelling som deretter deles med aktiv tid for å gi nøytrontelleraten. Enhetene for telleratene er nøytroner/sekund.
Når mikroregulatoren 174 starter å betjene sin avbruddsrutine, er det første handling den foretar å sette CNT-linjen lav. Denne utgangen på mikro regulatoren gir mikroregulatoren styring over pulsinnsamlingsutstyret. Så lenge som CNT-linjen er lav, kan ingen andre pulser komme inn i pulsinnsamlingsutstyret. Etter at mikroregulatoren har opphørt å betjene avbruddsrutinen, er det siste den gjør å frigjøre denne linjen.
Nær enden på avbruddsservicerutinen pulser mikroregulatoren RES-linjen lav i omtrent 1 ms. Denne linjen tjener to formål. Den tilbakestiller samtidig analogminner i toppverdidetektoren 180 og utstyret som styrer READ-linjen på A/D-omformeren 184.
Under avbruddstjenesteveien vil mikroprosessoren oppdatere sitt spektrum til å innbefatte pulsen som nettopp er blitt fanget inn. Ved begynnelsen av tjenesterutinen vil en av dens første handlinger være å lese data fra A/D-omformeren 184. Databussen til A/D har blitt lagt inn i minnet til mikroprosessoren og en enkel programvareleseinstruksjon gjør at mikroprosessoren kan aksessere omformingen.
Etter at A/D-omformeren er blitt lest, benytter mikroprosessoren den 8 bits verdi som peker til den korrekte kanal lagret i mikroprosessorens minne. Den eksisterende telling i denne kanalen økes med 1 og den nye telling legges tilbake i minnet. Denne prosessen gjentas mange ganger for å få nok statistikk slik at et tydelig spektrum frembringes.
Hvis en puls kommer inn i systemet mens HLD-linjen er lav, vil den ignoreres og ikke ha noen virkning på systemet. Således er systemet "dødt".
Fig. 29 viser at HLD er lav under nesten hele pulsinnsamlingssyklusen. Hvis telleratene er meget høye, så vil dødtiden bli en signifikant fraksjon av den virkelige innsamlingstid. Det er av denne grunn at en MCA er innrettet til å minimere dødtiden for hver pulsinnsamlingssyklus.
Etter at en forhåndsvalgt innsamlingssyklus er blitt fullført, vil mikroregulatoren 174 behandle begge spektre og beregne resulterende tellerater. De nære og fjerne tellerater er deretter tilgjengelige for enten å lagres i minneverktøyet eller nær/fjern-forholdet kan beregnes og overføres opp av hullet via slampulssystemet plassert i borestrengseksjonen 26 på fig. 1. Høyoppløsningsloggene frembringes etter at boringen er stoppet og innholdet i minneverktøyet blir lest på overflaten.
TABELL 2
KOMPONENT (FIG. 21A-C) BESKRIVELSE
Ul Multiplekser
U22 NOG-port
U23 Hybrid PGA
U9,U12 Operasjonsforsterker U10,U15 Komparator
Ull Bryter
Ul 3 A/D-omformer
U14 Spenningsreferanse Ul6 NOG port-schmittrigger U17 Programmerbar
portmatrise
Ul 8 SeriellROM
Ul 9 Mikroregulator-tilbakestillingsfunksj on U20 Sendermottager
U21 Mikroregulator
XI Hybrid oscillator
Som allerede nevnt er et viktig trekk ved denne oppfinnelsen en digital behandlingsmetode for spektre og som resulterer i det gammafrie spektrum på fig. 19B. Denne behandlingsmetoden og den forbundne programvare vil nå beskrives med hensyn til flytkartet på fig. 30A-C.
Det skal erindres at råspekteret på fig. 18 må gjennomgå databehandling for å oppnå de gammafrie spektre på fig. 19B. Databehandlingen består av tre deler. Del 1 involverer glatting av råspektre. I del 2 blir formen av det glattede spektrumkarakterisert vedsine to topper, en dal mellom disse og det benyttes en minste kvadraters tilpasning for å frembringe gammastråle-bakgrunnsspektrumkurven (fig. 19A) som trekkes fra det opprinnelige spektrum for å gi det foreløpige nøytronspektrum (fritt for gammastråler). I den tredje del blir nøytronspektret analysert statistisk for å modifisere det og som et endelig resultat gi det totale antall nøytrontellinger.
Del I. Med bruk av SMOOTH-rutinen blir råspekteret (som på fig. 18) glattet ved å føre et 11 punkts vindu suksessivt gjennom histogrammet og midle hver gruppe på 11 punkter. Denne prosessen blir deretter gjentatt med ytterligere glatting som formål. Hvis f.eks. kanalene 1-11 er midlet, blir den midlede verdi satt inn ved kanal 6 (midtpunktet). Det 11 kanalers vindu blir flyttet opp i en kanal og kanalene 12-22 midles med middelverdien innsatt ved kanalen 17. Denne prosessen føres fremad gjennom 256 kanaler. For å finne den glattede verdi for kanal null, antas det at det er kanaler -1 til kanal -5 som har samme verdi som kanal null og at vinduet går fra kanal -5 til kanal +5. En tilsvarende prosedyre forekommer ved kanal 256. Resultatene av denne rutine blir deretter ført til SMOOTH-rutinen for ytterligere glatting av det allerede behandlede råspektrum.
Del II. Spekteret som nå er blitt glattet, må karakteriseres i henhold til sin form, sine to topper og dalen mellom dem. Letingen etter gammastråletoppen blir foretatt med bruk av PEAK-rutinen. Med start i kanal 1, foretas et søk med bruk av et tikanals vindu og bestemmelse av kanalene ved den høyeste telling i dette vindu. Søket blir deretter gjentatt med vinduet forskjøvet slik at den første kanal av vinduet svarer til kanalen ved den høyeste telling tidligere funnet. Prosessen fortsetter inntil toppkanaltallet ikke forandrer seg. Toppkanaltallet blir betegnet som NGAMMA. Ved bestemmelse av gamma-toppkanaltallet NGAMMA, utføres en integrasjon av råspektralkurven fra kanal 2 til (2xNGAMMA) for å bestemme totale bakgrunnsgammatellinger. Denne verdi er en sekundær måling til nøytrontellemålingen.
Dernest foretas søkingen av dalen mellom gammastråletoppen og nøytron-toppen med bruk av VALLEY-rutinen. Med start i kanalen (NGAMMA + 10) foretas et søk med bruk av et tikanals vindu og det ses etter den laveste telling. Når den laveste telling er funnet, blir vinduet forskjøvet slik at den første kanal i vinduet svarer til denne laveste telling. Denne prosessen fortestter inntil det kanaltall som finnes med den laveste telling, ikke forandrer seg og NV ALLE Yl er resultatet. Det skal bemerkes at på grunn av formen til spekteret, ville VALLEY-rutinen ikke feilaktig finne dalen i området bortenfor nøytrontoppen.
Nøytrontoppen finnes med bruk av PEAK-rutinen på følgende måte. Et søk foretas fra (NVALLEY1 + 10) gjennom kanal 256 med bruk av et 100 kanals vindu for å finne kanalen med den høyeste telling. Søket blir deretter gjentatt med vinduet forskjøvet slik at den første kanal i vinduet svarer til kanalen ved den høyeste telling tidligere funnet. Denne prosessen fortsetter inntil dette toppkanaltallet ikke forandrer seg og resultatet er NNEUTRON.
Til slutt blir det foretatt et søk i en revidert dal mellom gammatoppen og nøytrontoppen. Denne prosedyren utgjør en kontroll av den initiale verdi i NV ALLE Yl med resultatet kalt NVALLEY. Med bruk av et 100 kanals vindu, foretas et søk fra kanal (NVALLEY-10) til kanal 256 for den laveste telling. Når den laveste telling er funnet, blir vinduet forskjøvet slik at den første kanal i vinduet svarer til den laveste telling. Prosessen fortsetter inntil kanaltallet med den laveste telling ikke lenger forandrer seg og NVALLEY er resultatet.
Etter å ha evaluert formen på kuben som omfatter både nøytron- og gammastråletopper, er det nå mulig å fjerne partiene av kurven som skyldes hver av dem. For å gjøre dette gjøres et første estimat av gammastrålebakgrunnen med bruk av en prosedyre som skal beskrives. Det er kjent fra andre betraktninger at gammastrålebakgrunnen vil ha form av en utsvingende eksponensialkurve. En slik utsvingene eksponensialkurve kan skrives på formen
Y = A(X<B>) (1)
hvor A og B er to parametre som skal tilpasses denne kurven med en minste kvadraters tilpasningsrutine og X er kanaltallet. Hvis logaritmene på begge sider av (1) tas, så blir (1): log y = log A + b(log X) (2)
ligningen for en rett linje. Ved bruk av en programvarerutine kjent som LLSFIT, gjøres den minste kvadraters tilpasning til en rett linje slik at linjen tvinges til å passere gjennom de følgende fire punkter:
NI = NGAMMA + .1 (NVALLEY - NGAMMA)
N2 = NGAMMA + .9(NVALLEY - NGAMMA)
N3 = NNEUTRON + 1.67(NNEUTRON - NVALLEY),
men hvis N3 er større enn 226, så er N3 = 216 og N4 = 246. Valget av disse fire punkter er ikke fullstendig vilkårlig, men basert på erfaring og eksperiment.
Bakgrunnsgammastrålekurven som således utledes, blir deretter subtrahert kanal for kanal mellom kanalene NI og N4 inklusive fra det tidligere glattede spektrum. Denne subtraksjonen utføres ved hjelp av en programvarerutine kjent som BCKGRND. Den resulterende kurve representerer et spektrum med bare nøytroner.
spektrum med bare nøytroner utsettes nå for noe mer raffinert analyse med bruk av en programvarerutine kjent som STATS (en statistisk analyse). Denne rutine ser på spektret med bare nøytroner fra kanalen NNEUTRON -
(NNEUTRON - NVALLEY) til kanal NNEUTRON + (NNEUTRON - NVALLEY). Med andre ord ser den på en region som er symmetrisk omkring nøytrontoppen. Den beregner deretter de følgende:
(1) SIGMA, standardavvik omkring nøytrontoppen; (2) MEAN, det midlere kanaltall, det statistiske senter for nøytrontoppen; og (3) COUNTS, det totale antall nøytrontellinger funnet ved å integrere under den resulterende kurve (idet den resulterende kurve er gaussisk).
Del III. I denne del erstattes det første estimat av gammastrålebakgrunnskurven av en mer sofistikert analyse. Verdiene NI til N4 beregnes på ny med bruk av den nettopp beregnede verdi av SIGMA (som antar en gaussisk form for nøytrontoppen). De nye verdier er som følger: NI = NNEUTRON - (6 x SIGMA), men begrenset til en minimalverdi for
NI fra den tidligere passasje;
N2 = NNEUTRON - (3 x SIGMA), men begrenset til en maksimalverdi på
NVALLEY (bemerk antagelsen av tre standardavvik fra middelet må være meget nær minimumsverdi);
N3 = NNEUTRON + (4 x SIGMA), men begrenset til et maksimalt kanaltall
på 216; og
N4 = NNEUTRON + (9 x SIGMA), men begrenset til et maksimalt kanaltall
på 251.
De nye verdier for NI til N4 kjøres gjennom LSFIT-rutinen som før for å skaffe et mer nøyaktig estimat av gammastrålebakgrunnskurven. Igjen benyttes subtraksjonsrutinen BCKGRND med de nye verdier NI til N4.
De nettopp utledede kurver for bare nøytroner blir nå igjen underkastet STATS-rutinen for å beregne MEAN og COUNTS. Når dette gjøres, benyttes
SIGMA skaffet i den første gangs behandling til å bestemme endepunktene for denne STATS-behandling: Kanalene NNEUTRON - (3 x SIGMA) til
NNEUTRON + (3 x SIGMA).
For hver innsamling foretas den ovenfor omtalte behandling separat for nær-og fjerndetektoren.
Selv om foretrukne utførelser er blitt beskrevet og omtalt, kan det gjøres forskjellige modifikasjoner og endringer i disse uten å avvike fra ånden og rammen for oppfinnelsen. Følgelig skal det forstås at den foreliggende oppfinnelse er beskrevet med tanke på å belyses og ikke å begrense.

Claims (44)

1. Nukleært loggeapparat til logging av en formasjon som omgir et borehull, hvor loggeapparatet omfatter en vektrørmuffe (27), en radioaktiv kilde (12) i muffen, minst en litiumdetektormontasje (14, 16) i muffen, hvor detektormontasjen (14, 16) er adskilt fra den radioaktive kilde (12) og detektormontasjen (14, 16) er anordnet for å detektere stråling som skyldes nøytroner emittert av kilden (12), og en elektronisk kretsanordning som står i forbindelse med detektormontasjen (14, 16), hvor den elektroniske kretsanordning omfatter en mikroprosessanordnig for å analysere strålingen detektert av detektormontasjen og å skaffe en nukleær logg av formasjonen,karakterisert vedat den elektroniske krets er innrettet til å danne et rått strålingsspektrum basert på inngangssignaler fra detektormontasjen, idet det rå strålingsspektrum innbefatter en gammastrålebakgrunn basert på detekterte gammastråler og en nøytrontopp basert på detekterte nøytroner, og innbefatter en digital behandlingsordning for enten å fjerne gammastrålebakgrunnen fra det rå spektrum for å bestemme et gammafritt spektrum, eller for å bestemme de totale bakgrunnsgammatellinger fra gammastrålebakgrunnen til det rå spektrum.
2. Apparat i henhold til krav 1, karakterisert vedat detektormontasjen innbefatter et Li^I-kry stall.
3. Apparat i henhold til krav 1, karakterisert vedat detektormontasjen omfatter Li^-dopet glass.
4. Apparat i henhold til krav 1, karakterisert vedat detektormontasjen omfatter en litiumdetektor festet til et fotomultiplikatorrør.
5. Apparat i henhold til krav 4, karakterisert vedat det innbefatter en potte som omgir litiumdetektoren og fotomultiplikatorrøret.
6. Apparat i henhold til krav 5, karakterisert vedat det innbefatter ribber på potten for å skaffe sjokkabsorbsjon.
7. Apparat i henhold til krav 1, karakterisert vedat den digitale behandlingsanordning omfatter en anordning for definere et gammastrålebidrag til spekteret ved å tilpasse til det rå spektrum en eksponentialkurve som approksimerer det parti av det rå spektrum som skyldes gammastrålene, og en anordning for å subtrahere gammastrålebidraget til spekteret fra det rå spektrum for å frembringe det gammafrie spektrum.
8. Apparat i henhold til krav 7, karakterisert vedat det omfatter en anordning for å glatte det rå strålingsspekteret forut for tilpasning til eksponentialkurven.
9. Apparat i henhold til krav 7, karakterisert vedat den digitale behandlingsanordning dessuten omfatter en anordning for å analysere det gammafrie spektrum for å skaffe antallet nøytroner detektert av detektormontasjen pr. tidsenhet.
10. Apparat i henhold til krav 1, karakterisert vedat det inkluderer en forsterkeranordning med programmerbar forsterkning for å justere nøytrontoppen til en forhåndsvalgt posisjon på det rå strålingsspektrum.
11. Apparat i henhold til krav 10,karakterisert veden toppverdidetektoranordning som står i forbindelse med utgangen på forsterker-anordningen med programmerbar forsterkning, idet toppverdidetektoranordningen omformer utgangssignalet fra forsterkeranordningen med programmerbar forsterkning til et stabilt like-strømsignal innrettet til å måles av en analog/digitalomformer.
12. Apparat i henhold til krav 1, karakterisert vedat bakgrunnsgammatellingene bestemmes ved å integrere gammastrålebakgrunnen til det rå spektrum.
13. Apparat i henhold til krav 1, hvor muffen innbefatter en vegg,karakterisert vedat kilden er montert i veggen til muffen.
14. Apparat i henhold til krav 1, hvor muffen innbefatter en muffevegg,karakterisert ved. at muffen dessuten omfatter en rekke kammere i muffeveggen, en rekke kammerdeksler, idet hver av kammer-dekslene innbefatter en festeanordning for å danne et fluidfast og løsbart feste til hvert av kammerne, og at minst en detektormontasje er anbragt i et av kammerne.
15. Apparat i henhold til krav 14, karakterisert vedat tre kammere er anordnet innrettet med lik avstand omkring den ytre omkrets av muffen, med minst en detektormontasje plassert i det første av de tre kammere, en mikroprosessoranordningen plassert i det andre av de tre kammere, og en strømkilde og en strøm-forsyningskretsanordning plassert i det tredje av de tre kammere.
16. Apparat i henhold til krav 14, karakterisert vedat hvert av kammerne er forbundet av en passasje gjennom muffeveggen.
17. Apparat i henhold til krav 1, hvor vektrørmuffen (27) har en lengdeakse og hvor muffeveggen har en ytre omkrets,karakterisert vedat muffen innbefatter en første passasje gjennom minst et parti av muffeveggen, idet den første passasje ender ved en første åpning på den ytre omkrets av muffeveggen og med den radioaktive kilde montert i den første passasje.
18. Apparat i henhold til krav 17, karakterisert vedat kilden er ortogonal til lengdeaksen av muffen.
19. Apparat i henhold til krav 18, karakterisert vedat kilden hovedsakelig står på linje med minst en detektormontasje.
20. Apparat i henhold til krav 17, karakterisert vedat kilden er montert i en beholder, og at beholderen har en første ende med utvendig gjenging og innbefatter gjenging i den første passasje, idet den utvendige gjenging på den første enden av beholderen er paret med gjengingen i den første passasje.
21. Apparat i henhold til krav 17, karakterisert vedat det omfatter en annen passasje som strekker seg mellom den ytre omkrets av muffeveggen og den første passasje, og at en bolt i den annen passasje står i inngrep med kilden.
22. Apparat i henhold til krav 17, karakterisert vedat den første passasje er anordnet på en korde med hensyn til den ytre omkrets av muffeveggen.
23. Apparat i henhold til krav 1, karakterisert vedat den innbefatter minst et kammer i muffeveggen, og minst et kammerdeksel, idet kammerdekselet innbefatter en festeanordning for å danne et fluidtett og løsbart feste til minst et av kammerne, og at detektormontasjen er anordnet i minst et av kammerne.
24. Nukleært loggeapparat til logging av en formasjon som omgir et borehull, hvor loggeapparatet omfatter en vektrørmuffe (27), en radioaktiv kilde i muffen, minst en detektormontasje i muffen, hvor detektormontasjen er adskilt fra den radioaktive kilde og detektormontasjen er anordnet for å detektere stråling som skyldes nøytroner emittert av kilden, en elektronisk kretsanordning som står i forbindelse med detektormontasjen, hvor den elektroniske kretsanordning innbefatter en mikroprosessoranordning for å analysere stråling detektert av detektormontasjen og å skaffe en nukleær logg av formasjonen karakterisert vedat detektormontasjen er innrettet til å danne et rått strålingsspektrum basert på inngangssignaler fra detektormontasjen og idet det rå strålingsspektrum innbefatter en gammastrålebakgrunn basert på detekterte gammastråler og en nøytrontopp basert på detekterte nøytroner, og en digital behandlingsanordning for å fjerne gammastråletoppen fra det rå spektrum for å definere et gammafritt spektrum.
25. Apparat i henhold til krav 24, karakterisert vedat den digitale behandlingsanordning omfatter en anordning for å definere et gammestrålebidrag til spekteret ved å tilpasse til det rå spektrum en eksponentialkurve som approksimerer det parti av det rå spektrum som skyledes gammastrålene, og en anordning for å subtrahere gammestrålebidraget til spekteret fra det rå spektrum for å frembringe det gammafrie spektrum.
26. Apparat i henhold til krav 25, karakterisert vedat den omfatter en anordning for å glatte det rå strålingsspekteret forut for tilpasning til eksponentialkurven.
27. Apparat i henhold til krav 25, karakterisert vedat den digitale behandlingsanordning dessuten omfatter en anordning for å analysere det gammafrie spektrum for å skaffe antallet nøytroner detektert av detektormontasjen pr. tidsenhet.
28. Nukleært loggeapparat til logging av en formasjon som omgir et borehull, hvor loggeapparatet omfatter en vektrørmuffe (27), en radioaktiv kilde i muffen, en detektormontasje i muffen, hvor detektormontasjen er adskilt fra den radioaktive kilde og detektormontasjen er anordnet for å detektere stråling som skyldes nøytroner emittert av kilden, en elektronisk kretsanordning som står i forbindelse med detektormontasjen, hvor den elektroniske kretsanordning innbefatter en mikroprosessoranordning for å analysere stråling detektert av detektormontasjen og å skaffe en nukleær logg av formasjonen, karakterisert vedat detektormontasjen er innrettet til å danne et rått strålingsspektrum basert på inngangssignaler fra detektormontasjen, idet det rå strålingsspektrum innbefater en gammastrålebakgrunn basert på detekterte gammastråler og en nøytrontopp basert på detekterte nøytroner, og en digital behandlingsanordning for å fjerne de samlede bakgrunnsgammatellinger fra gammastrålebakgrunnen til det rå spektrum.
29. Apparat i henhold til krav 28, karakterisert vedat bakgrunnsgammatellingene bestemmes ved å integrere gammastrålebakgrunnen til det rå spektrum.
30. Fremgangsmåte til nukleær logging av en formasjon som omgir et borehull ved bruk av et loggeverktøy som omfatter en vektrørmuffe (27), en radioaktiv kilde i muffen, minst en litiumdetektormontasje i muffen, hvor detektormontasjen er adskilt fra den radioaktive kilde og detektormontasjen er anordnet for å detektere stråling som skyldes nøytroner emittert av kilden, og en elektronisk kretsanordning som står i forbindelse med detektormontasjen, hvor den elektroniske kretsanordning innbefatter en mikro-prosessanordning for å analysere stråling detektert av detektormontasjen og skaffe en nukleær logg av formasjonen, og hvor fremgangsmåten erkarakterisert vedat den omfatter trinn for å danne et rått strålingsspektrum basert på inngangssignaler fra detektormontasjene, idet det rå strålingsspektrum omfatter en gammastråletopp basert på detekterte gammastråler og en nøytrontopp basert på detekterte nøytroner, og enten å fjerne gammastrålebakgrunnen fra det rå spektrum for å definere et gammafritt spektrum, eller å bestemme de totale bakgrunnsgammatellinger fra gammastrålebakgrunnen til råspekteret.
31. Fremgangsmåte i henhold til krav 30, karakterisert vedat litiumdetektormontasjen innbefatter Li^I-krystall.
32. Fremgangsmåte i henhold til krav 30, karakterisert vedat litiumdetektormontasjen innbefatter Li^-dopet glass.
33. Fremgangsmåte i henhold til krav 30, karakterisert vedat det for å skaffe det gammafrie spektrum benyttes digital behandling, idet den digitale behandling innbefatter å definere et gammastrålebidrag til spekteret ved å tilpasse til spekteret en eksponensialkurve som approksimerer det parti av det rå spektrum som skyldes bidraget fra gammastråler, og å subtrahere gammastrålebidraget fra det rå spektrum for å danne det gammafrie spektrum.
34. Fremgangsmåte i henhold til krav 33, karakterisert vedat det omfatter å glatte det rå strålingsspektrum før tilpasning av eksponensialkurven.
35. Fremgangsmåte i henhold til krav 33, karakterisert vedat den digitale behandling dessuten omfatter å analysere det gammafrie spektrum for å skaffe antallet nøytroner detektert av detektormontasjen pr. tidsenhet.
36. Fremgangsmåte i henhold til krav 30, karakterisert vedå bestemme bakgrunnsgammatellingene ved å integrere gammastrålebakgrunnen til det rå spektrum.
37. Fremgangsmåte til nukleær logging av en formasjon som omgir et borehull, ved bruk av et boreverktøy som omfatter en vektrørmuffe (27), en radioaktiv kilde i muffen og minst en detektormontasje i muffen, hvor detektormontasjen er adskilt fra den radioaktive kilde og detektormontasjen er anordnet for å detektere stråling som skyldes nøytroner emittert av kilden, hvor en elektronisk kretsanordning som står i forbindelse med detektormontasjen, hvor den elektroniske kretsanordning innbefatter en mikro-prosessanordning for å analyse stråling detektert av detektormontasjen og å skaffe en nukleær logg av formasjonen, og hvor fremgangsmåten erkarakterisert vedå utvikle et rått strålingsspektrum basert på inngangssignaler fra detektormontasjen, idet det rå strålingsspektrum innbefatter en gammastrålebakgrunn basert på detekterte gammastråler og en nøytrontopp basert på detekterte nøytroner, og å fjerne gammastrålebakgrunnen fra det rå spektrum for å bestemme et gammafritt spektrum.
38. Fremgangsmåte i henhold til krav 37, karakterisert vedat det for å skaffe det gammafrie spektrum benyttes digital behandling, idet den digitale behandling innbefatter å definere et gammastrålebidrag til spekteret ved å tilpasse en eksponensialkurve til spekteret som approksimerer det parti av det rå spektrum som skyldes gammastrålebidraget, og å subtrahere gammastrålebidraget fra det rå spektrum for å danne det gammafrie spektrum.
39. Fremgangsmåte i henhold til krav 38, karakterisert vedat det omfatter å glatte det rå strålingsspektrum før tilpasning av eksponensialkurven.
40. Fremgangsmåte i henhold til krav 38, karakterisert vedat den digitale behandling dessuten omfatter å analysere det gammafrie spektrum for å skaffe antallet nøytroner detektert av detektormontasjen pr. tidsenhet.
41. Fremgangsmåte i henhold til krav 37, karakterisert vedå bestemme de totale bakgrunnsgammatellinger fra gammastrålebakgrunnen til det rå spektrum.
42. Fremgangsmåte i henhold til krav 41, karakterisert vedå bestemme bakgrunnsgammatellingene ved å integrere gammastrålebakgrunnen til det rå spektrum.
43. Fremgangsmåte til nukleær logging av en formasjon som omgir et borehull, ved bruk av et boreverktøy som omfatter en vektrørmuffe (27), en radioaktiv kilde i muffen, og minst en detektormontasje i muffen, hvor detektormontasjen er adskilt fra den radioaktive kilde og detektormontasjen er anordnet for å detektere stråling som skyldes nøytroner emittert av kilden, hvor en elektronisk kretsanordning som står i forbindelse med detektormontasjen, hvor den elektroniske kretsanordning innbefatter en mikro-prosessanordning for å analyse stråling detektert av detektormontasjen og å skaffe en nukleær logg av formasjonen, og hvor fremgangsmåten erkarakterisert vedå utvikle et rått strålingsspektrum basert på inngangssignaler fra detektormontasjen, idet det rå strålingsspektrum innbefatter en gammastrålebakgrunn basert på detekterte gammastråler og en nøytrontopp basert på detekterte nøytroner, og å bestemme de totale bakgrunnsgammatellinger fra gammastrålebakgrunnen til det rå spektrum.
44. Fremgangsmåte i henhold til krav 43, karakterisert vedå bestemme bakgrunnsgammatellingene ved å integrere gammastrålebakgrunnen til det rå spektrum.
NO911380A 1990-04-17 1991-04-09 Fremgangsmåte og apparat til nukleær logging med bruk av litiummontasjer og anordning for gammastrålestripping NO302981B1 (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/513,953 US5278758A (en) 1990-04-17 1990-04-17 Method and apparatus for nuclear logging using lithium detector assemblies and gamma ray stripping means

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO911380D0 NO911380D0 (no) 1991-04-09
NO911380L NO911380L (no) 1991-10-18
NO302981B1 true NO302981B1 (no) 1998-05-11

Family

ID=24045232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO911380A NO302981B1 (no) 1990-04-17 1991-04-09 Fremgangsmåte og apparat til nukleær logging med bruk av litiummontasjer og anordning for gammastrålestripping

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5278758A (no)
GB (1) GB2243175B (no)
NL (1) NL9100532A (no)
NO (1) NO302981B1 (no)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5126564A (en) * 1990-04-17 1992-06-30 Teleco Oilfield Services Inc. Apparatus for nuclear logging employing sub wall mounted nuclear source container and nuclear source mounting tool
US5242020A (en) * 1990-12-17 1993-09-07 Baker Hughes Incorporated Method for deploying extendable arm for formation evaluation MWD tool
GB2252623B (en) * 1991-01-15 1994-10-19 Teleco Oilfield Services Inc A method for analyzing formation data from a formation evaluation measurement while drilling logging tool
US5120963A (en) * 1991-01-15 1992-06-09 Teleco Oilfield Services Inc. Radiation detector assembly for formation logging apparatus
US5608214A (en) * 1995-10-30 1997-03-04 Protechnics International, Inc. Gamma ray spectral tool for well logging
US6633164B2 (en) 2000-01-24 2003-10-14 Shell Oil Company Measuring focused through-casing resistivity using induction chokes and also using well casing as the formation contact electrodes
US6715550B2 (en) 2000-01-24 2004-04-06 Shell Oil Company Controllable gas-lift well and valve
US7259688B2 (en) * 2000-01-24 2007-08-21 Shell Oil Company Wireless reservoir production control
US6662875B2 (en) 2000-01-24 2003-12-16 Shell Oil Company Induction choke for power distribution in piping structure
US20020036085A1 (en) * 2000-01-24 2002-03-28 Bass Ronald Marshall Toroidal choke inductor for wireless communication and control
US6840316B2 (en) 2000-01-24 2005-01-11 Shell Oil Company Tracker injection in a production well
US6817412B2 (en) 2000-01-24 2004-11-16 Shell Oil Company Method and apparatus for the optimal predistortion of an electromagnetic signal in a downhole communication system
US7114561B2 (en) 2000-01-24 2006-10-03 Shell Oil Company Wireless communication using well casing
US6679332B2 (en) 2000-01-24 2004-01-20 Shell Oil Company Petroleum well having downhole sensors, communication and power
WO2001065056A1 (en) 2000-03-02 2001-09-07 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Wireless downhole measurement and control for optimizing gas lift well and field performance
WO2001065061A1 (en) 2000-03-02 2001-09-07 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Electro-hydraulically pressurized downhole valve actuator
US7073594B2 (en) 2000-03-02 2006-07-11 Shell Oil Company Wireless downhole well interval inflow and injection control
MY128294A (en) 2000-03-02 2007-01-31 Shell Int Research Use of downhole high pressure gas in a gas-lift well
WO2001065054A1 (en) * 2000-03-02 2001-09-07 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Power generation using batteries with reconfigurable discharge
DE60123759T2 (de) 2000-03-02 2007-10-11 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Drahtlos-kreuzschienenschalter zur leistungs- und datenverteilung
US7170424B2 (en) * 2000-03-02 2007-01-30 Shell Oil Company Oil well casting electrical power pick-off points
OA12225A (en) * 2000-03-02 2006-05-10 Shell Int Research Controlled downhole chemical injection.
GB2405527B (en) * 2000-04-27 2005-06-29 Hamamatsu Photonics Kk Light receiving module and radiation detecting apparatus equipped with the same
US7322410B2 (en) 2001-03-02 2008-01-29 Shell Oil Company Controllable production well packer
US6584837B2 (en) 2001-12-04 2003-07-01 Baker Hughes Incorporated Method and apparatus for determining oriented density measurements including stand-off corrections
US7168506B2 (en) * 2004-04-14 2007-01-30 Reedhycalog, L.P. On-bit, analog multiplexer for transmission of multi-channel drilling information
US8849573B2 (en) * 2010-03-15 2014-09-30 Baker Hughes Incorporated Method and apparatus for neutron porosity measurement using a neural network
US9304214B2 (en) * 2010-06-30 2016-04-05 Schlumberger Technology Corporation Neutron detection using a shielded gamma detector
WO2012012101A2 (en) * 2010-06-30 2012-01-26 Schlumberger Canada Limited Neutron detection based on a boron shielded gamma detector
US8861167B2 (en) 2011-05-12 2014-10-14 Global Plasma Solutions, Llc Bipolar ionization device
US10385670B2 (en) * 2014-10-28 2019-08-20 Eog Resources, Inc. Completions index analysis
CN109143318B (zh) * 2017-06-16 2023-09-15 中国辐射防护研究院 利用硅PIN探测器降低γ射线干扰的中子探测方法及设备
RU176509U1 (ru) * 2017-07-18 2018-01-22 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ВНИИГИС-Забойные телеметрические комплексы" (ООО НПФ "ВНИИГИС-ЗТК") Наддолотный модуль с набором детекторов естественного гамма-излучения горной породы
US20190187325A1 (en) 2018-02-14 2019-06-20 Philip Teague Methods and means for neutron imaging within a borehole
US11163089B2 (en) * 2019-07-26 2021-11-02 Schlumberger Technology Corporation Neutron imaging devices for cased wells and open boreholes
US11692400B2 (en) * 2021-03-24 2023-07-04 Halliburton Energy Services, Inc. Formation evaluation based on pulse power electrode discharge measurements

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4216536A (en) * 1978-10-10 1980-08-05 Exploration Logging, Inc. Transmitting well logging data
US4829176A (en) * 1986-06-11 1989-05-09 Nl Industries, Inc. Logging apparatus and method
JPH0795220B2 (ja) * 1986-10-31 1995-10-11 パイオニア株式会社 地図の表示方法
US4943925A (en) * 1987-10-30 1990-07-24 Aisin Aw Co., Ltd. Navigation apparatus based on present position calculating system
US4879463A (en) * 1987-12-14 1989-11-07 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for subsurface formation evaluation
US4904865A (en) * 1988-04-01 1990-02-27 Exploration Logging, Inc. Externally mounted radioactivity detector for MWD
US4862374A (en) * 1988-05-13 1989-08-29 Ziemann Erich T Navigational plotting system
US5083124A (en) * 1990-04-17 1992-01-21 Teleco Oilfield Services Inc. Nuclear logging tool electronics including programmable gain amplifier and peak detection circuits
US5144126A (en) * 1990-04-17 1992-09-01 Teleco Oilfied Services Inc. Apparatus for nuclear logging employing sub wall mounted detectors and electronics, and modular connector assemblies
US5126564A (en) * 1990-04-17 1992-06-30 Teleco Oilfield Services Inc. Apparatus for nuclear logging employing sub wall mounted nuclear source container and nuclear source mounting tool

Also Published As

Publication number Publication date
NO911380D0 (no) 1991-04-09
GB9108268D0 (en) 1991-06-05
NL9100532A (nl) 1991-11-18
GB2243175B (en) 1994-08-31
US5278758A (en) 1994-01-11
GB2243175A (en) 1991-10-23
NO911380L (no) 1991-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO302981B1 (no) Fremgangsmåte og apparat til nukleær logging med bruk av litiummontasjer og anordning for gammastrålestripping
NO304048B1 (no) Nukleµrt loggeapparat og MWD-verkt°y til formasjonsevaluering
US5083124A (en) Nuclear logging tool electronics including programmable gain amplifier and peak detection circuits
US5126564A (en) Apparatus for nuclear logging employing sub wall mounted nuclear source container and nuclear source mounting tool
US5061849A (en) Externally mounted radioactivity detector for MWD employing radial inline scintillator and photomultiplier tube
US4904865A (en) Externally mounted radioactivity detector for MWD
CN103328768A (zh) 包括电子辐射发生器的随钻测井工具及使用该随钻测井工具的方法
NO343346B1 (no) Borehullsmålinger som anvender en hurtig og høyenergioppløsnings gammastråledetektorsammenstilling
US8975574B2 (en) Well-logging tool with azimuthal and spectral radiation detectors and related methods
EP0096975B1 (en) Gamma ray spectral tool for borehole use
US20200096668A1 (en) Methods and means for azimuthal neutron porosity imaging of formation and cement volumes surrounding a borehole
CN107083955B (zh) 一种高温高压数字地热测井系统
US5196698A (en) Method and apparatus for nuclear logging using lithium detector assemblies
CN208564530U (zh) 一种随钻可控源密度测井装置
US11940591B2 (en) Gamma ray logging tool with detector window
GB2276898A (en) Nuclear logging apparatus
GB2275529A (en) Nuclear logging apparatus
GB2271233A (en) Peak detector circuitry for use in nuclear logging apparatus
CN207249137U (zh) 一种用于脉冲中子饱和度测井仪的伽马探测器
US11275195B2 (en) Methods and means for azimuthal neutron porosity imaging of formation and cement volumes surrounding a borehole
CN207245697U (zh) 一种脉冲中子饱和度测井仪通讯模拟放大组件
CN117468912A (zh) 一种孔隙度与俘获截面量值传递装置及处理方法
SU410353A1 (no)

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees