NO303597B1 - FremgangsmÕte og innretning for mÕling av den midlere metningsgrad for flere fluidfaser i en pr°ve av et por°st medium - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en innretning for måling av den midlere metningsgrad for flere fluidfaser i en prøve av et porøst medium, basert på kollimering av gammastråling fra to radioaktive strålekilder med innbyrdes forskjellig energistrålingsnivå. Særlig blir strålekildene aktivert vekselvis, og målingen utføres særlig for de tre faser vann, olje og gass i et hydrokarbonfluid som kan strømme gjennom det porøse medium, på forskjellige steder på dette og ved forskjellige tids-punkter, spesielt for å undersøke interessante parametre i for-bindelse med utvinning av hydrokarboner og analyse av petroleum-forekomster.

Absorpsjonsmålinger ved hjelp av gammastråler og to radioaktive kilder som aktiveres etter tur for å utføre målinger over en bestemt fysisk utstrekning og over tid, er allerede kjent fra blant annet en artikkel SOIL SCIENCE, Vol. 141, nr. 2, februar 1986, hvor det beskrives et målesystem som nettopp benytter to radioaktive kilder og absorpsjonsmåling for å måle mengden vann og mengden salter i jord eller grunn. Systemets radioaktive kilder er plassert i hver sin koaksialt dreibare beholder med tilhørende kollimeringsåpning, hvorved den utstråle energi fra kildene alternativt kan bringes til å falle inn på ett og samme kollimeringsvindu slik at et bestemt volum av det prøve-stykke som skal analyseres kan gjennomsøkes individuelt (eller også simultant) i korte tidsintervaller for hver av kildene. Den ene kilde er anordnet sentralt i den innerste beholder, mens den andre er anordnet i eller på den ytterste beholder og nær om-kretsen. Kildene er ikke ved samme dybde i forhold til kolli-meringsvinduet for utstrålingene, følgelig er det slik at de volumer som blir bestrålt av hver av kildene ikke vil være det samme i begge tilfeller, derfor vil de måleresultater som kan utledes fra de såkalte Beer-Lambert-likninger og som forutsetter eksakt like volumer, ikke gi særlig stor nøyaktighet ved analysen.

Oppfinnelsens mål er å bedre dette, videre å tillate automatisk punktmåling i det medium som det undersøkte fluid kan strømme i, og hvor målingen kan utføres på forskjellige steder i mediet, hvilket for eksempel kan være en kjerneprøve av grunn-fjell. Således har man kommet frem til en fremgangsmåte som er slik det er angitt i patentkrav 1 på side 5, og med en tilhørende innretning angitt i krav 2.

Oppfinnelsen skal nå gjennomgås i form av et utførel-seseksempel som er vist på de tilhørende tegninger, hvor fig. 1 skjematisk viser en måleoppstilling for å utføre oppfinnelsens fremgangsmåte og hvor innretningen for absorpsjonsmåling kommer til anvendelse, fig. 2 viser en skjematisk oversikt over oppfinnelsens absorpsjonsmåleinnretning alene, mens fig. 3 viser i større målestokk innretningens avskjermede boks med innvendige, radioaktive kilder.

Fig. 1 illustrerer hvordan oppfinnelsens innretning for absorpsjonsmåling kan innpasses i en måleoppstilling som omfatter et porøst medium 1, gjerne i form av en prøve og innlagt i en målecelle 3. I mediet eller prøven kan det strømme et fluid ved gitt trykk og temperatur, idet fluidet føres inn i og ut fra mediet via rør indikert med pilene 2 og 2' . Fluidet kan bestå av i alt tre faser, nemlig vann, olje og gass i det aktuelle tilfelle, og det er disse fluidfasers enkelte midlere metnings-trykk som skal undersøkes. Mediet kan være en grunnprøve for passasje av hydrokarbon, undersøkelse av en slik prøve vil kunne gi opplysninger om de forhold som eksisterer nede i en petroleum-forekomst, og ved å innstille trykk og temperatur vil forholdene på det aktuelle sted kunne simuleres. På motsatte sider av mediet eller prøven er det anordnet en vogn, nemlig en første vogn 5 som tjener som bærer for to radioaktive strålekilder 21, 25, og en andre vogn 7 som tjener som mottakervogn for den utstrålte energi fra kildene. Vognene 5, 7 er fast forbundet med hverandre, for eksempel ved hjelp av et nedre ben 9 som kan forskyves vertikalt. Vognene kan følgelig også forskyves vertikalt, parallelt med prøvens lengdeakse, idet prøven holdes på plass mellom vegger 11 som er gjennomtrengelige for bestråling og er stilt vertikalt.

Til den første vogn 5 er det festet en avskjermet boks 13 som omslutter absorpsjonsmåleinnretningens radioaktive strålekilder. Boksen 13 sørger for kollimering av en stråle mot og gjennom mediet 1 eller prøven innenfor et volum 15 med hovedsakelig lineær utstrekning slik som indikert med stiplede linjer på fig. 1 og 2. Strålingen vil i større eller mindre grad absorberes av mediet og fluidet i dette, og en detektor 17 anordnet sentralt i forhold til innretningens kollimeringsakse 19 og festet til den andre vogn 7 registrerer den stråling som har trengt gjennom mediet 1. Både detektoren 17 og den avskjermede boks 13 kan som nevnt forskyves vertikalt, dvs. langsetter mediet eller prøven, hvorved målinger på forskjellige målesteder langs denne kan utføres. Det er mest naturlig å utføre disse målinger i trinn, ved at boks 13 og detektor 17 er i ro når selve målingen utføres.

Fig. 2 viser noen ytterligere detaljer ved oppfinnelsens absorpsjonsmåleinnretning hvor målecellen 3 bare er indikert med et rektangel. Elementene er dreid 90° i forhold til den stilling de har på fig. 1. Den avskjermede boks 13 er følgelig vist nederst på fig. 2. Sentralt i boksen er den første radioaktive strålekilde 21 lagt inn i en fast posisjon, gjerne med det radioaktive grunnstoff americium. Et øvre avstengbart kollimatorelement 23 og et tilsvarende nedre element 25 danner et system for vekselvis stråling fra strålekildene, og det nedre element 25 har som vist på sin øverste flate, den flate som vender inn mot midten av beholderen, et element eller en brikke av radioaktivt cesium, som utgjør den andre radioaktive kilde 27. Den avskjermede boks 13 er av et kompakt materiale som tilnærmet er ugjennomtrengelig for radioaktiv stråling, og boksen har gjerne sirkulært sylindrisk form og dimensjoner slik at dens diameter tilnærmet er lik høyden. Kollimeringsaksen 19 sammenfaller med den sirkulært sylindriske boks' 13 symmetriakse, og begge akser går gjennom den første kilde 21. De to elementer 23 og 25 er lagt inn i boksen 13 slik at deres respektive sentrale lengdeakse går parallelt med kollimeringsaksen 19, men ikke innbyrdes sammen-fallende. Det avstengbare kollimatorelement har et langsgående hull som danner en kollimatoråpning 29 med liten diameter og tjener som vindu eller strålepassasje for den radioaktive stråling når elementet 23 er dreid om sin rotasjons- eller lengdeakse til aksesåmmenfall, men som sperrer for stråling når kollimatoråpningen er svingt ut fra denne stilling. Det. nedre element 25 er anordnet tilnærmet symmetrisk i forhold til elementet 23, med symmetripunkt i sentralt plasserte første strålekilde 21. Den andre kilde med cesium som radioaktivt materiale og hvis energinivå er høyere enn nivået for den første kilde er slik det fremgår av fig. 2 anordnet på den øvre flate av elementet 25 og ved en radius som tillater at den andre radioaktive kilde 27 kan innta en posisjon rett under den første kilde, ved en bestemt vinkelstilling av elementet 25, idet også dette kan dreies om sin sentrale lengdeakse. Ved enhver annen vinkelstilling av også det nedre element 25 sperres den radioaktive utstråling, hvilket hindrer interferens med den svakere første kilde, slik at denne kan utføre separat bestråling av det porøse medium uten parasittær innvirkning fra den andre og sterkere strålekilde. Slik parasittær stråling er kjent under benevnelsen compton-effekten.

Fig. 3 viser hvordan begge elementer 23 og 25 kan dreies om sin rotasjonsakse ved hjelp av sin respektive aksel 31, 33 med opplagring i boksen 13. Dreiningen kan skje ved hjelp av en eller flere elektriske motorer (ikke vist på figuren).

Detektoren 17 er fortrinnsvis en fotomultiplikator av kjent type og beregnet for radioaktiv stråling. Som tidligere forklart er detektoren 17 anordnet sentralt i forhold til kollimeringsaksen 19 gjennom det øvre element 23 som tjener som kollimatorelement, og detektoren 17 kan forskyves sammen med boksen 13, på motsatt side av denne og langs prøven av mediet 1.

Innretningen virker slik:

Under målingen forskyves boksen 13 og detektoren 17 ved hjelp av det mobile utstyr med vogner 5, 7 langs mediet 1, inntil selve målingen skal foretas, idet vognene da stanses. En første måling utføres med den noe svakere radioaktive kilde 21 med kildematerialet americium, den sterkere, andre radioaktive kilde 27 med cesium som kildemateriale er under denne første måling dreid bort fra kollimeringsaksen 19. Målingen utføres ved at elementet 23 er dreid slik at kollimeringsåpningen 29 flukter med kollimeringsaksen 19, mens det nedre element 25 er dreid slik at utstrålingen fra cesiumet hindres. En andre måling utføres deretter ved å tillate stråling fra også den andre radioaktive kilde 27, ved at elementet 25 dreies inn til cesiummaterialet blir liggende i kollimeringsaksen 19.

Bevegelsene under og mellom de enkelte målinger skjer fortrinnsvis under kommando av en styreenhet som kan omfatte en mikrodatamaskin.

Oppfinnelsen er her beskrevet ved anvendelse av to radioaktive kilder med innbyrdes forskjellig energinivå, men det kan likeledes være anordnet flere radioaktive kilder, for eksempel en fast og flere fordelt i det nedre element, og slike løsninger vil også høre til oppfinnelsen. To faste radioaktive kilder kan også være anordnet i innretningen, og strålevariasjon kan oppnås ved at en bevegelig skjerm føres inn og hindrer utstråling fra den ene av kildene, dette vil også være innenfor rammen av oppfinnelsen som kun avgrenses av ordlyden i patent-kravene nedenfor.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for måling av den midlere metningsgrad for flere fluidfaser i en prøve av et porøst medium (1), basert på kollimering av gammastråling fra to radioaktive strålekilder (21, 27) med innbyrdes forskjellig energistrålingsnivå, ved regi-strering av strålingsintensiteten fra hver av strålekildene før og etter at strålingen fra dem har passert prøven ved flere målesteder på denne, og beregning ved subtraksjon, KARAKTERISERT VED å føre et mobilt utstyr (5, 7, 9) med en første og en andre vogn (5, 7) stivt forbundet med hverandre, langs prøven, særlig med en vogn på hver side av denne, idet den første vogn (5) bærer de to strålekilder (21, 27) og et system (23, 25) for kollimering av deres stråling, mens den andre vogn (7) har et instrument (17) tilpasset kollimeringssystemet (23, 25) for å måle gammastrål-ingsintensiteten etter at strålingen har passert prøven, idet den første strålekilde (21) har lavest strålingsenergi og i den første vogn (5) er fast rettet inn for stråling langs systemets kollimeringsakse (19), mens den andre strålekilde (27) er koplet til forskyvningsmidler for å kunne forskyves mellom en stilling nær den første strålekilde (21) og i kollimeringsaksen (19), til en stilling i en avstand fra disse.

2. Innretning for måling av den midlere metningsgrad for flere fluidfaser i en prøve av et porøst medium (1), om-fattende to gammastrålekilder (21, 27) med forskjellig energinivå, et kollimeringssystem (23, 25) for å kollimere strålingen fra strålekildene, og et instrument (17) for å registrere strålingsintensiteten fra hver av strålekildene før og etter at strålingen fra dem har passert prøven ved flere målesteder på denne, KARAKTERISERT VED et mobilt utstyr (5, 7, 9) med en første og en andre vogn (5, 7) som er stivt forbundet med hverandre og kan forskyves samtidig på hver sin side av prøven, fra det ene målested til det neste, at den første strålekilde (21) har lavest energinivå og i den første vogn (5) er fast rettet inn for stråling langs systemets kollimeringsakse (19), mens den andre strålekilde (27) er koplet til forskyvningsmidler for å kunne forskyves mellom en stilling nær den første strålekilde (21) og i kollimeringsaksen (19), til en stilling i en avstand fra disse.

3. Innretning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at en mobil avskjermet boks (13) omslutter de to radioaktive strålekilder (21, 27) som aktiveres vekselvis og hvis utstrålte energi kollimeres i systemet (23, 25), idet dette omfatter et avstengbart kollimatorelement (23) med en kollimatoråpning (29), og at den første strålekilde (21) med lavest energiutstråling er anordnet permanent hovedsakelig sentralt i den avskjermede boks (13) og i innretningens kollimeringsakse (19).

4. Innretning ifølge ett av kravene 2 eller 3, KARAKTERISERT VED at den første radioaktive strålekilde (21) består av en blokk av americium, mens den andre strålekilde (27) består av en blokk av cesium.

5. Innretning ifølge ett av kravene 2-4, KARAKTERISERT VED at det avstengbare kollimatorelement danner en avskjermet beholder (23) som, er tilnærmet ugjennomtrengelig for radioaktiv stråling og er anordnet i den avskjermede boks' (13) midte mellom strålekildene (21, 27) og det område som skal undersøkes, og at kollimeringsåpningen (29) har en optisk akse som sammenfaller med kollimeringsaksen (19).

6. Innretning ifølge ett av kravene 2-5, KARAKTERISERT VED at den andre strålekilde (27) er festet på et nedre element (25) som er dreibart anordnet inne i den avskjermede boks (13) for å kunne innta en bestemt vinkelstilling som bringer den andre strålekilde (27) nær den første strålekilde (21) og inn i kollimeringsaksen (19).

7. Innretning ifølge ett av kravene 2-6, KARAKTERISERT VED at både kollimatorelementet (23) og det nedre element (25) i boksen (13) er dreibart om sin respektive rotasjonsakse, hvilke akser er parallelle med kollimeringsaksen (19), at elementene (23, 25) videre hovedsakelig er anordnet i symmetri i forhold til den første strålekilde (21), og at den andre strålekilde (27) er anordnet på den innerste flate på det nedre element (25).

8. Innretning ifølge ett av kravene 2 eller 7, KARAKTERISERT VED at beholderne (23, 25) er innrettet for å dreies av elektriske motorer, og at vognene (5, 7) i den mobile enhet står under kommando av en hensiktsmessig styreenhet.

9. Innretning ifølge ett av kravene 2-8, KARAKTERISERT VED at det nedre element (25) bærer flere radioaktive strålekilder.

10. Innretning ifølge ett av kravene 2-9, KARAKTERISERT VED at den avskjermede boks (13) har form av en sylinder hvis sentrale lengdeakse sammenfaller med kollimeringsaksen (19), og at boksens (13) diameter hovedsakelig er lik dens høyde.