NO313438B1 - Fremgangsmåte og apparat for bestemmelse av grunnformasjoners densitet - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår generelt undersøkelse av underjordiske grunnformasjoner, og mer spesielt en fremgangsmåte og et apparat for å foreta nøytronakselerator-baserte densitetsmålinger. I sine bredeste aspekter er noen av de beskrevne teknikker relatert til vaierlogging og måling under boring.

Måling av porøsitet i underjordiske grunnformasjoner rundt et brønnhull ved hjelp av svekningen av nøytronfluks med avstand fra nøytronkilden, er vel kjent i

vaierlogging. Spesielt er epitermiske loggeverktøy følsomme for hydrogendensite-ten eller -konsentrasjonen i en formasjon. Siden hydrogen generelt finnes i forma-sjonsfluida, er hydrogenkonsentrasjonen relatert til mengden av porerom, og således porøsiteten av formasjonen. For en gitt porøsitet kan imidlertid en økning i

matriksdensitet (mens man beholder den samme kjemiske sammensetning av matriks) forårsake en reduksjon i en epitermisk nøytrondetektors telletakt (for en

kilde til detektoravstand på 60 cm). Denne endringen i telletakten er i den samme retning som den som ville oppstå hvis porøsiteten øket for en gitt matriksdensitet. En nøytron-porøsitetsmåling kan således ikke alene gi en utvetydig bestemmelse av porøsiteten i en formasjon med ukjent sammensetning.

Det er derfor konvensjonelt i vaierlogging, å utføre målinger av masse-tetthet for en interessant formasjon ved å kjøre en annen sonde, basert på Compton-spredning av gammastråler fra elektroner, over samme dybdeintervall som nøy-tron-porøsitetssonden. En økning i matriksdensiteten forårsaker også en reduksjon i detektorens tellingstakt i densitetssonden. På den annen side, hvis porøsi-teten avtar for en gitt matriksdensitet, vil telletakten i densitetssondens detektor

øke. Endringer i matrisedensitet og porøsitet har således komplementære virkninger på densitetssonden basert på nøytronporøsitet og Compton-spredning, hvilke virkninger kan nullstilles ved kryssplotting av responsene for de to sondene. Ved bruk av slike kryssplottinger, kan fysikken løses, og endringer i matriksdensitet og sammensetning (litologi) kan bestemmes. På grunn av at inntrenging av gass i matriksens porerom også påvirker nøytronporøsitet- og densitets-sonder, er det mulig under visse forhold å detektere nærvær av gass ved hjelp av nøytron-densitet-kryssplotting.

Den konvensjonelle teknikk for måling av bulk-tetthet (bulk density), krever imidlertid en kilde for gammastråler, typisk en 137 CS isotop-kilde. Slike radioaktive kjemiske kilder har åpenbare ulemper fra et strålingssikkerhets-synspunkt. Dette er av spesiell interesse ved anvendelse til måling under boring, hvor opera-sjonsforholdene gjør både tap av kilden mer sannsynlig og gjenvinning mer vanskelig enn i vaieroperasjoner. De tidligere nevnte patenter for måling under boring har faktisk fokusert i vesentlig grad på hindring av tap, eller hvis tapt, gjenvinning av slike kjemiske kilder.

Skjønt akselerator-baserte vaier-porøsitetsverktøy (eller -sonder) er kjent,

se for eksempel US patent nr 4,760,252 til Albats m.fl., er det for tiden ingen prak-tiske og økonomiske akselerator-baserte alternativer til 137 CS gammastrålekilden for densitetslogging. Det eksisterer derfor et behov for et akselerator-basert verk-tøy som ville eliminere behovet for den radioaktive kjemiske kilde i konvensjonelle bulktetthets-verktøy.

Oppfinnelsen frembringer apparatet og fremgangsmåter som omfatter en høyenergi (fortrinnsvis 14 MeV) nøytron akselerator i et vaierverktøy eller en vekt-rørseksjon av en borestreng, og minst en gammastråledetektor adskilt fra akseleratoren for å måle strålingen som resulterer fra nøytronbestrålingen av de omliggende grunnformasjoner, og som indikerer densiteten av disse. I en foretrukket ut-førelse, er en nær avstands nøytrondetektor for å overvåke nøytronkildefluks, en mellomavstands epitermisk nøytrondetektor som er primært følsom for formasjonens hydrogenkonsentrasjon, og en fjernadskilt gammastråledetektor som er føl-som for formasjonens densitet, anordnet i verktøyet. Utgangen fra den nære detektor brukes til å normalisere de andre detektorutganger for variasjoner i kildens styrke. Den normaliserte utgang fra den mellomliggende epitermiske nøytronde-tektor og den normaliserte utgang fra den fjerne detektor kombineres, på en måte som er konseptuelt lik den konvensjonelle nøytronporøsitet-densitets kryssplotting, for å oppnå målinger av formasjonens porøsitet, bulktetthet og litologi og/eller for å detektere gass. Målingene utføres og registreres som en funksjon av borehullets dybde, vinkel- eller azimut-orientering i borehullet.

Den nære detektor er fortrinnsvis en epitermisk nøytrondetektor skjermet med et nøytronmodererende-absorberende materiale, slik at den er tilnærmet ufølsom for nøytroner med opprinnelse i formasjonen. Alternativt kan den omfatte en MeV nøytrondetektor, så som en 4 He detektor eller en væske-scintillator nøy-trondetektor, skjermet med et høy-Z materiale. Den mellomliggende epitermiske detektor kan være en av flere lignende adskilte detektorer som danner et detektor-system. Systemet kan omfatte et antall like epitermiske detektorer adskilt perifert rundt den indre vegg av vektrøret for å gi bedre horisontal oppløsning. En eller flere gammastråle-detektorer og/eller termiske nøytrondetektorer kan også være inkludert i systemet om ønsket, hvor systemdetektorene kan være vertikalt adskilt for forbedret vertikal oppløsning. Den fjerne detektor er fortrinnsvis en gammastråledetektor, men kan også omfatte en høyenergi (>0,5 MeV) nøytrondetektor, for eksempel en 4 He eller væske-scintillatordetektor. Alternativt kan både en fjern gammastråledetektor og en fjern nøytrondetektor anordnes. Når en væske-scintillator er brukt, kan den være utformet til å detektere både nøytroner og gammastråler.

I et tilfelle med måling under boring, er nøytron-akseleratoren og den nære detektor fortrinnsvis koaksialt innrettet, og av senter på en side av vektrøret for å gi rom på boreflu id kanalen på den andre side av vektrøret. For å forbedre følsom-heten for formasjonen, er systemdetektorene fortrinnsvis av senter mot den indre vegg av vektrøret og bak-skjermet mot borehullet og vektrørtransporterte nøytro-ner. Den fjerne detektor eller detektorer er fortrinnsvis koaksiale med akseleratoren og den nære detektor. Denne er også skjermet mot nøytroner som strømmer langs borehullet og vektrøret. Et nøytron-gjennomsiktig vindu er fortrinnsvis anordnet overfor hver nøytrondetektor i systemet for videre å forbedre formasjonsføl-somheten og å øke dybden av undersøkelser. En foretrukket konstruksjon av nøytronvinduet omfatter materiale med lavt spredende tverrsnitt, så som titan, inn-lagt i bor eller annet nøytron-absorberende materiale for å minimalisere lekkasje av nøytroner til vektrøret. Et eksternt nøytron-absorberende lag, utformet med åpninger på stedene for nøytronvinduene, kan også være anordnet for ytterligere å redusere strømmen av nøytroner inn i vektrøret. Som en alternativ konstruksjon av nøytronvinduer, kan transversale og/eller longitudinale lag av nøytron-absorberende materiale anordnes i vektrøret for å dempe langsgående og/eller perifer nøy-tronstrøm i dette.

t tillegg til den ovennevnte kryssplottings-teknikk, kan utgangene fra den mellomliggende detektor og den fjerne detektor også behandles separat om ønsket, for å oppnå annen informasjon av interesse. For eksempel kan målinger av

porøsitet og avstand utledes fra sakkings-tidskurven generert av systemets epitermiske nøytrondetektorer, og informasjon om den kjemiske sammensetning av formasjonen kan oppnås fra en spektral analyse av gammastråleenergien registrert i gammastråledetektoren. En slik spektral analyse kan alternativt baseres på ut-

gangssignalet fra den fjerne detektor hvor denne detektoren detekterer gammastråler. Utgangssignalet fra den termiske nøytrondetektor er nyttig til å bestemme formasjonens makroskopiske innfangnings-tverrsnitt og til å måle avstand. Det termiske nøytron-makroskopiske innfangningstverrsnitt, eller den tilsvarende termiske nøytron hendøings-tidskonstant, kan også bestemmes fra gammastråle de-tektorutgangssignalet. Disse tilleggsmålinger er nyttige alene eller til å tolke pre-sentasjonen av den grunnleggende kryssplotting.

Den foreliggende oppfinnelse bruker gammastråler produsert ved gjensidig påvirkning av nøytroner med kjerner inne i formasjonen, som virker effektivt som en «sekundær» gammastrålekilde i motsetning til en «primær» kilde i verktøyet, så som en kjemisk kilde. Nøytroner som kommer fra akseleratoren trenger inn i borehullsfluidet og fjell i formasjonen rundt verktøyet. Disse nøytronene påvirker gjensidig kjernene i de elementer som utgjør verktøyet, borehullsfluidet og formasjonen, og produserer gammastråler som beveger seg tilbake til en detektor inne i verktøyet. Gammastrålene kan bli produsert enten ved elastisk spredning eller termisk innfanging. Gammastråler fra begge typer av gjensidig påvirkning kan brukes som en sekundær kilde av gammastråler for en densitetsmåling. Lokaliteten (dybden) av den sekundære kilde inne i formasjonen må imidlertid forbli effek-tiv konstant når formasjonens egenskaper endrer seg, ellers kan en endring i antallet detekterte gammastråler være på grunn av variasjoner i posisjonen til den sekundære kilde istedenfor endringer i formasjonens densitet. Dybden av gjen-nomtrengning av termiske nøytroner i formasjonen avhenger av størrelsen av termiske tverrsnitt av formasjonen. Dette kan variere dramatisk, avhengig av kon-sentrasjonene av høyt absorberende kjerner så som bor og klor i formasjonen eller borehullsfluidet. Som en følge av dette kan lokaliseringen av kilden av termisk innfanging sekundære gammastråler avhenge av det termiske tverrsnitt av borehullsfluidet og formasjonen. På den annen side, blir gammastråler produsert via inelastisk gjensidig påvirkning av hurtige nøytroner skapt i samme område («het flekk») selv om formasjonens egenskaper endres. Denne virkning kommer av to faktorer. For det første er tverrsnittet for hurtige nøytroner i de fleste elementer forskjellige med bare en faktor på to, hvilket gjør det totale tverrsnitt av formasjonen/borehullet forholdsvis ufølsomt for endringer i sammensetningen. For det annet, siden den største elementbestanddel i de fleste sedimentære bergarter er oksygen, og konsentrasjonen av oksygen varierer lite blant forskjellige typer av sten, er hurtig nøytrontverrsnittet for de fleste sedimentære bergarter nesten konstant. Dette sikrer at lokaliteten av den sekundære uelastiske gammastrålekilde vil være effektivt stasjonær.

Intensiteten av den sekundære gammastrålekilde avhenger av to faktorer (eksklusive solid vinkeleffekter) - nøytrondempning og oksygenatom-konsentrasjon. Nøytroner emittert fra kilden påvirkes gjensidig av kjerner i verktøyet, borehullet og formasjonen. De hurtige nøytroner blir dempet både ved absorpsjon og spredning til lavere energier. Siden de fleste inelastiske tverrsnitt har høye tersk-elverdier (dvs. mange MeV) er reduksjonen av nøytronenes energi ekvivalent med absorpsjon når det gjelder redusert gammastråleproduksjon. Styrken av den sekundære gammastrålekilde avhenger således meget sterkt (eksponensielt) av antallet høyenerginøytroner som er tilgjengelig for å produsere inelastiske gammastråler. Som en følge av dette, er det ønskelig for en densitetsmåling som benytter denne tilnærming å inkludere en nøyaktig korreksjon for effekten av nøytron-dempning på intensiteten av den sekundære gammastrålekilde. I tillegg er den sekundære kildes intensitet proporsjonal med atomkonsentrasjonen av det materialet som brukes i den sekundære gammastrålekilde. Siden formasjonen er kilden for gammastråler, er det klart at oksygen inelastiske gammastråler er den foretrukne kilde for måling av formasjonsdensitet. Dette er tilfellet for minst to grun-ner. For det første, siden oksygen er den største bestanddel av sedimentært fjell og dens konsentrasjon varierer bare litt fra bergart til bergart, vil dens bruk bare medføre små korreksjoner på densitetsmålingen. For det annet, oksygen emitte-rer flere høyenergi elastiske gammastråler som lett kan skilles fra forstyrrende gammastråler ved hjelp av enkel energidiskriminering, og krever ikke den mere kompliserte form for spektral utrulling.

Nøytrondempnings-effekten kan korrigeres ved å bruke et signal som reflekterer oppførselen til den hurtignøytron fluks som er ansvarlig for å skape sek-undærkilden av inelastiske gammastråler. Dette kan oppnås ved å bruke en separat hurtignøytron detektor inne i verktøy for å gi en uavhengig overvåkning av hurtignøytron dempningen. Mer enkelt, kan hurtignøytron dempning oppnås ved å gjøre bruk av det faktum at nøytroner som gjensidig påvirker de forskjellige komponenter i verktøyet resulterer i produksjon av både inelastisk og epitermisk innfanging av gammastråler. For eksempel, hurtige nøytroner som gjensidig påvirker jern i verktøyet gir inelastiske gammastråler, hvis intensitet varierer på en måte som er meget lik de nøytroner som kommer ut av elastiske gammastråleproduksjon i oksygen, den sekundære gammastrålekilde. Gammastråler fra jern er gan-ske prominente i det inelastiske gammastråle-spektrum, og som en følge er de lett å bruke uten komplisert spektral utrullingsteknikk. Alternativt, epitermiske nøytro-ner som gjensidig påvirkes av en krystalldetektor i verktøyet er kjent for å resultere i et signal som oppfører seg på en måte som er meget lik en termisk nøytron porø-sitetsmåling. Siden denne krystallbakgrunnen typisk omfatter fra 50 % til 90 % av det totale inelastiske gammastråle-spektrum, er det ikke vanskelig å utlede et korrigert signal som reflekterer oppførselen til hurtignøytron fluksen. Dette kan også brukes som et korreksjonssignal for nøytrondempning for denne densitetsmåling.

Oppfinnelsen er definert i patentkravene.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 er et skjematisk diagram, delvis i blokkform, av en utførelse av et apparat for måling under boring, som er konstruert i henhold til oppfinnelsen og som omfatter en borestreng som henger fra en roterende boreplattform; Fig. 2 er et vertikalt tverrsnittsriss, delvis i skjematisk form, av en utførelse av måle-subenheten for borehullet, omfattende nøytron-akselleratoren og tilhørende strålingsdetektorer; Fig. 3 er et horisontalt tverrsnittsriss tatt langs linjen 3-3 på figur 2, og viser den foretrukne plassering av den nære detektor i forhold til vektrøret; Fig. 4 er et horisontalt tverrsnittsriss tatt langs linjen 4-4 på figur 2, og viser en utførelse av systemdetektorene og tilhørende nøytronvinduer i forhold til vektøret; Fig. 5 er et delvis horisontalt tverrsnittsriss, som viser en annen utforming av en system-epitermisk nøytrondetektor og tilhørende nøytronvindu; Fig. 6 er et delvis tverrsnittsriss av en annen utførelse av måle-subenheten i borehullet, og viser en alternativ utførelse av et nøytronvindu; Fig. 7 er et eksternt riss tatt langs linjen 7-7 på figur 6, og viser den eks terne utforming av nøytronvinduet på figur 6; Fig. 8 er et eksternt riss i likhet med figur 7, og viser den eksterne utforming av en annen utførelse av et nøytronvindu; Fig. 9 er et skjematisk riss av et vaier-loggeverktøy ifølge en utførelse av oppfinnelsen; Fig. 10 er en plotting av oksygen-atomdensitet mot formasjons-elektronden sitet for et antall formasjoner, og Fig. 11 er en plotting av oksygen-tellertakt mot formasjons-elektrondensitet for den formasjonen som er plottet på figur 10.

Den foreliggende oppfinnelse er spesielt nyttig i anvendelser både for vaierlogging og for måling under boring. Figurene 1 til 8 viser en utførelse av oppfinnelsen for måling under boring.

Som vist på figur 1, er en plattform og et boretårn 10 plassert over et borehull 12. En borestreng 14 henger inne i borehullet, og omfatter en borekrone 16 ved sin endre ende. Borestrengen 14 og borekronen 10 som er festet til den roteres ved et roterende bor 18 (energisert ved en anordning som ikke er vist), som engasjerer et drivrør 20 ved den øvre ende av borestrengen. Borestrengen henger fra en krok 22 som er festet på en bevegelig blokk (ikke vist). Drivrøret er for-bundet med kroken gjennom en roterende svivel 24 som tillater rotasjon av borestrengen i forhold til kroken. Alternativt kan borestrengen 14 og borekronen 16 roteres fra overflaten ved en «toppdreven» type borerigg. Borefluidum eller slam 26 blir oppbevart i en slamtank 28 nær boretårnet 10. En pumpe 30 pumper borefluidet inn i borestrengen 24 for å strømme nedover (som indikert ved strømnings-pilen 32) gjennom sentrum av borestrengen 14. Borefluidet kommer ut av borestrengen via porter i borekronen 16 og sirkulerer så oppover i ringrommet mellom utsiden av borestrengen og periferien av borehullet, som indikert ved strømnings-pilene 34. Borefluidet smører dermed borekronen og bærer borekaks fra formasjonen til jordoverflaten. Ved overflaten blir boreslammet returnert til slamtanken 28 for resirkulering.

Montert inne i borestrengen 14, fortrinnsvis nær borekronen 16, er det en bunnenhet (indikert generelt ved henvisningstallet 36), som omfatter subenheter, for å gjøre målinger, prosessering og lagring av informasjon og for å kommunisere med jordoverflaten. Bunnenheten er fortrinnsvis lokalisert innen noen få vektrør-lengder fra borekronen 16. I den illustrerte bunnanordning på figur 1, er en stabili-sator-seksjon 38 vist umiddelbart ovenfor borekronen 16, fulgt i oppadgående retning av en vektrørseksjon 40, en annen stabilisatorrør-seksjon 42 og en annen vektrørseksjon 44. Denne anordningen av vektrør og stabiliseringsrør er bare illu-strerende, og andre arrangementer kan selvfølgelig brukes. Behovet eller ønsket for stabilisator-vektrør vil avhenge av boreforholdene. I den utførelsen som er vist på figur 1, er komponentene for måle-subenheten i borehullet fortrinnsvis plassert i vektrørseksjonen 40 ovenfor stabilisatorrøret 38. Slike komponenter kunne, om ønsket, bli plassert nærmere eller fjernere fra borekronen 16, så som for eksempel enten i stabilisatorseksjonen 38 eller 42, eller vektrørseksjonen 44.

Bunnenheten 36 omfatter også en telemetri-subenhet (ikke vist) for data og styringskommunikasjon med jordoverflaten.

Bunnenheten 36 omfatter fortrinnsvis også konvensjonell innsamlings- og prosesseringselektronikk (ikke vist) bestående av et mikroprosessorsystem (med tilhørende hukommelse, taktenhet og timing-kretser, og grensesnitt-kretser) i stand til å time operasjonen av akseleratoren og data-målesensorene, lagring av data fra målesensorene, prosessering av dataene og lagring av resultatene, og kopling av ønskede deler av dataene til telemetri-komponentene for sending til overflaten. Alternativt kan dataene blir lagret nede i borehullet og hentet til overflaten etter fjerning av borestrengen. Passende kretser for borehullet for dette formål er beskrevet i US-patenter nr 4,972,082 og nr 5,051,518. For å lette elek-triske forbindelser og signaltransmisjon mellom måle-subenheten, datainnsam-lings- og prosesserings-subenheten, og datatelemetri-subenheten, er disse komponentene fortrinnsvis plassert nær hverandre i borestrengen. Hvor dette ikke er praktisk mulig, kan datakommunikasjonssystemet ifølge det ovennevnte US-patent nr 5,235,285, som er anordnet for både lokale borehullskommunikasjon over korte avstander og kommunikasjon fra borehullet til overflaten, benyttes. Kraftforsyning for elektronikken nede i borehullet kan leveres av et batteri eller ved en tur-bin-generator i borehullet, drevet av boreslammet.

En foretrukket utførelse av måle-subenheten nede i borehullet er vist på figurene 2 til 4, hvor vektrørseksjonen 40 er vist liggende rundt et verktøychassis av rustfritt stål 54. Vektrørseksjonen kan være av hvilken som helst passende stør-relse, for eksempel med en 8" ytre diameter og 5" indre diameter. Utformet i chassiset 54 på en side av dets lengdeakse, som best sett på figurene 3 og 4, er det en langsgående slamkanal 56 for å lede boreslammet nedover gjennom borestrengen. Utenfor sentrum på den andre siden av chassiset 54 er det en nøytron-aksellerator 58, dens tilhørende styrings- og høyspennings-elektronikkpakke 60 og en koaksialt innrettet, nær detektor 62. Akseleratoren er fortrinnsvis av en D-T type (14 MeV) kilde som er kjent i teknikken.

Næravstandsdetektoren 62 skulle primært være følsom for akseleratorut-gang, med minimum formasjonspåvirkning. For dette formål, kan detektoren 62 omfatte en epitermisk nøytrondetektor, for eksempel en 3 He proporsjonal teller, som er plassert nær akseleratoren uten mellomliggende høy densitets skjerming. Det følsomme volum av detektoren 62 er kledd i kadmium eller annet materiale med høy termisk nøytron-innfangningstverrsnitt (ikke vist) for å heve deteksjons-terskelen til epitermiske nivåer. Detektoren 62 er altså omgitt, fortrinnsvis på alle overflater unntatt den som er nær akseleratoren 58, ved en skjerm 64 av kombi-nert nøytronmodererende/nøytronabsorberende materiale, så som borkarbid (eller annet W type absorberende materiale) fordelt i en epoksy- (eller annen hydrogenøst materiale) bindemateriale (B4CE). Mer detaljert informasjon angående struk-turen av funksjonen av skjermingen på en slik næravstands 3HE detektor er frem-satt i US-patent nr 4,760,252 (tatt inn her som referanse).

Alternativt kan den nære detektor 62 være en høyreenergi (MeV) detektor, så som en 4 He detektor, omgitt av wolfram, tungmetall eller annen høy-Z skjerming både for å skjerme detektoren fra formasjonen og å multiplisere antallet av ikke-formasjonsnøytroner som faller på detektoren. Multipliseringseffekten er på grunn av det store (n, 2n) og (n, 3n) tverrsnitt av høy-Z materiale, som omformer 14 MeV kilde nøytroner til to og tre nøytroner nedenfor omkring 6 MeV, hvor det 4 He spredende tverrsnitt er stort. Høy-Z skjerming vil således ikke bare redusere følsomheten av den nære detektors signal for formasjonsspredte nøytroner, men vil også effektivt dempe kilde- (14 MeV) nøytronfluks langs verktøyet.

Hvis, som beskrevet nedenfor, de fjerne nøytrondetektorer er skjermet i et B4CE (eller lignende modererende-absorberende) materiale, kan nedsaknings-kraften for hydrogen i B4CE brukes til ytterligere å redusere energien av nøytron-ene mens absorberingskraften av bor tjener til å dempe fluksen av lav energinøy-troner. Rekkefølgen av skjermingsmaterialer, høy-Z materialet nær nøytronkilden og B4CE (eller lignende) materialer som følger, er kritisk, siden den motsatte rek-kefølge er ineffektiv til å skjerme høyenergi nøytroner.

Hvor vidt den nære detektor 62 er en eV detektor eller en MeV detektor, bør den kombinerte virkning av den detekterte energi, plassering og skjerming av den nære detektor være slik at den gjør detektorens utgang forholdsvis følsom for formasjonens porøsitet, og primært proporsjonal med nøytronfluks fra akselleratoren. Utgangen av den nære detektor 62 kan så brukes til å normalisere andre detektorutganger for variasjoner i kildestyrken.

Plassert longitudinalt nær den nære detektor 62 er det et antall systemer av detektorer 66a, 66b, 66c og 66d. Systemet omfatter minst en, og fortrinnsvis flere, epitermiske nøytrondetektorer og minst en gammastråledetektor, en eller flere termiske nøytrondetektorer kan om ønskes inkluderes. Som illustrert på figur 4, er det to epitermiske detektorer 66a og 66b, en termisk nøytrondetektor 66c og en gammastråledetektor 66d. Et annet antall eller blanding av detektorer kan brukes om ønsket.

Den viktigste hensikt med de epitermiske nøytrondetektorer 66a, 66b er å måle epitermisk nøytronfluks i formasjonen i en avstand som er tilstrekkelig nær nøytronkilden til å minimalisere, eller i det minste vesentlig å redusere, virkning av detektorutgangen på de tyngre formasjonselementer, så som oksygen, silikon, karbon, kalsium o.s.v., som dominerer romvekten, og å maksimalisere, eller i det minste vesentlig å øke, påvirkningen av formasjonshydrogen på detektorutgang-ene. Slik plassert, vil den epitermiske nøytrondetektors følsomhet primært avhenge av hydrogenindeksen, men bare resterende litologieffekt. For å øke føl-somheten for formasjonen, er de epitermiske detektorer 66a, 66b, som kan være 3 He proporsjonale tellere, fortrinnsvis plassert nær vektrørets vegg, og bakskjermet, som vist ved 68a og 68b, for å redusere følsomheten for borehullsnøytroner. Skjermingsmaterialet er fortrinnsvis det samme som beskrevet ovenfor i forbind-else med den nære detektor 62, d.v.s. kadmium kledning eller B4CE. Som beskrevet nærmere nedenfor, er nøytron-gjennomsiktige vinduer 70a og 70b fortrinnsvis utformet i vektrøret for videre å øke detektorens følsomhet og å gi en større undersøkelsesdybde.

Som illustrert på figur 4, er de epitermiske nøytrondetektorer 66a, 66b og

de tilhørende vinduer 70a, 70b fortrinnsvis perifert adskilt på vektrøret 10 for å øke vinkel- eller azimut-oppløsning. Hvilken som helst ønsket perifer adskillelse av detektorene kan brukes. Skjønt detektorene 66a, 66b er vist med den samme longitudinale avstand fra akseleratoren 58, kunne en eller flere tilleggsdetektorer bli anordnet med forskjellige longitudinale avstander for øket vertikal oppløsning. Perifert og horisontalt adskilte detektorsystemer, så vel som ytterligere detaljer angå-

ende utformingen av de individuelle detektorer og deres skjerming, er beskrevet i mer detalj i US-patenter nr 4,60,252 og nr 4,972,082. Den høye romoppløsning av målingen av nedsakkings-tiden, som beskrevet i det nevnte 082 patent, gjør azimut-målinger av nedsakkingstiden i henhold til den foreliggende oppfinnelsen spesiell interesse og verdi. Det skal bemerkes at kilde/detektor-avstandene som beskrevet i patent 4,760,252 og 4,972,082 er for vaier-verktøy. Noe større avstander bør benyttes i et verktøy for måling under boring på grunn av det faktum at detektorene ser på formasjonen gjennom vektrøret.

Den termiske nøytrondetektor 66c kan likeledes være en 3 He proporsjonal teller, skjermet som ved 68c, i likhet med de epitermiske detektorer 66a, 66b, unntatt at kadmium-kledningen er utelatt på formasjonsside for å gjøre detektoren føl-som for termiske nøytroner for formasjonen. Et nøytron-gjennomsiktig vindu 70c kan være anordnet i vektrøret 4 nær den termiske detektor 66c. Ytterligere termiske nøytrondetektorer kan anordnes etter behov for å oppnå den ønskede hori-sontale og/eller vertikale oppløsning. Utgangssignalene fra de termiske nøytron-detektorer 66c kan bli behandlet som beskrevet i de inkluderte deler av US-patent nr 4,760,252 for å utlede et mål for termisk nøytronporøsitet og/eller i henhold til beskrivelsene i US-patent nr 5,235,185, for å utlede et mål for formasjonens sigma og avstand.

Gammastråledetektoren 66d kan bestå av hvilken som helst passende type detektor, så som Nal, BGO, Csl, antrasen o.s.v., men er fortrinnsvis en serium-aktivert gadolinium ortosilikat (GSO) -detektor som beskrevet i US-patenter nr

4,647,781, og nr 4,883,956. Som beskrevet i disse patentene, er GSO-detektoren fortrinnsvis omgitt av bord for å redusere påvirkningen av termiske og epitermiske nøytroner på detektorens følsomhet. Også en Wolfram- eller annen høydensitets skjerm (ikke vist) kan plasseres mellom akselleratoren 58 og GSO-detektoren 66d for å redusere fluks av høyenergi nøytroner som faller på detektoren.

Skjønt det ikke er vist, vil man forstå at passende tidskontroll- og styrings-kretser vil bli anordnet for å operere akseleratoren 58 i en pulset modus, og å elde detektoren 66c som nødvendig for selektivt å detektere inelastiske og/eller fangede gammastråler. Energi-deteksjonsområdet er fortrinnsvis bredt, for eksempel fra 0,1 til 11 MeV. En viktig hensikt med detektoren 66d er å frembringe energi-spektra for inelastiske og/eller innfangede gammastråler, og tellingstakt for energi-vinduet. Spesielt kan energispektrene bli spektralt analysert for å utlede informasjon angående elementsammensetningen av formasjonen under undersøkelse.

Den foretrukne teknikk for å analysere de spektrale data fra gammastråledetektoren 66d for å oppnå element-spektroskopi og litologi-informasjon er beskrevet i US-patent nr 5,440,118. I korthet, er spektra for inelastisk spredte gammastråler, analysert ved en minste kvadrat type spektral tilpasningsprosess for å bestemme de relative elementbidrag til denne av kjemiske elementer som antas å være til stede i en ukjent grunnformasjon og som bidrar til de målte spektra fra formasjonen. De relative bidrag for silisium, kalsium kalibreres for å gi enkle estimater av de respektive elementkonsentrasjoner for disse elementene og de volumet-riske fraksjoner av elementer eller tilhørende stentyper, så som sandsten, kalksten og dolomitt, i formasjonen. Forholdet mellom de relative inelastiske bidrag for magnesium og kalsium gir en indikasjon av graden av dolomittisering av en formasjon. Basert på de kalibrerte inelastiske bidrag for silisium og/eller kalsium, kan kalibrerte estimater av elementbidragene fra de målte spektra av termisk nøytron og fangede gammastråler også bestemmes, fra hvilke ytterligere informasjon angående formasjonens litologi kan utledes.

Måling av sakkingstiden for epitermiske nøytroner og verktøyets avstand fra borehullsveggen kan utledes fra utgangene av de epitermiske nøytrondetektorer 66a, 66b. Fordi den store mengden av stål som er til stede i vektrøret 40 og chassiset 54 virker som et lang levetids lager for nøytroner, er følsomheten av detektorene 66a, 66b for sakkingstiden for epitermiske nøytroner vesentlig redusert. For å måle sakkingstiden for epitermiske nøytroner under boring, er det derfor viktig å lokalisere detektorene 66a, 66b korrekt i forhold til vektrøret 40, for å gi riktig konstruerte nøytronvinduer 70a, 70b, og å bakskjerme detektorene 66a, 66b. Som vist på figur 4 og som bemerket ovenfor, er de følsomme volumer av detektorene 66a, 66b fortrinnsvis montert på verktøychassiset 54 nær den indre vegg av vektrøret 40, og umiddelbart ovenfor de respektive nøytronvinduer 70a, 70b i vektrøret. Hver detektor er også fortrinnsvis bakskjermet (med B4CE eller lignende) på begge ender og på alle sider unntatt den siden som ender mot vektrøret. Vinduene 70a, 70b er fortrinnsvis laget av titan eller annet materiale med stor styrke og lavtspredende tverrsnitt, som er lagt inn i bor. For ytterligere å redusere inngang av nøytroner i vektrøret 40, er et lag av boronkarbid 72 med hull tilpasset stedene fra vinduene 70a, 70b fortrinnsvis anordnet på utsiden av vektrøret 40 i området for detektorene. Modellering og eksperimentelle data har vist at følsom-heten av kurvene får epitermisk nøytron sakningstid mot porøsitet fra detektorer som er plassert, skjermet og med vinduer på denne måten, er større enn for detektorer uten vinduer eller ekstern bor-skjerming.

Som vist alternativt på figur 5, er det mulig å forbedre detektor-følsomheten ytterligere ved å plassere detektorene 74 i selve vektrøret 40, med borkarbid bak-skjerming 76 og et eksternt borkarbilag 72 med tilpassede hull som på figur 4. Denne kombinasjonen, skjønt den er mulig, utsetter detektorene for stor risiko for skade under boring, og kreves også tilpassing av vektrøret for å ta mot detektorene.

Som et alternativ til bruken av borbelagte nøytrongjennomsiktige vinduer 70a, 70b som vist på figur 4, kan følsomheten for sakningstid og tellingstakt av de epitermiske nøytrondetektorer 66a, 66b økes ved å anordne transversale lag av bor eller annet høyt absorberende tverrsnittsmateriale i vektrøret 40 i området med de epitermiske nøytrondetektorer. Dette er illustrert på figurene 6 til 8.

Figur 6 viser en epitermisk nøytrondetektor 78 plassert eksentrisk mot vektrørveg-gen og bakskjermet som på figur 4. Et antall transversale borkarbidlag 80 er inn-lagt i vektrørveggen, hvor de virker som en «persienne» for å tillate bevegelse av nøytroner på tvers over vektrøret til detektoren mens de blokkerer strøm av nøy-troner langs vektrøret. Figur 7 illustrerer det eksterne mønster av borkarbidlag 80 på figur 6. Et alternativt mønster av borkarbidlag 82 er vist på figur 8. Dette møn-steret tjener til å minimalisere strøm av nøytroner langs vektrøret i både longitudinale og perifere retninger, uten å påvirke den transversale strøm. Borkarbidlag-ene 80 og 82 virker derfor som i det vesentlige som et nøytronvindu for de epitermiske eller termiske nøytrondetektorer.

Bruken av nøytronabsorberende lag som vist på figurene 6 til 8 er funnet å være spesielt viktig for å redusere nøytronstrømmen i materialer med lavt spred-ningstverrsnitt, som titan, hvilket er ønskelig som et vektrørmateriale i anvendelser for måling under boring på grunn av den relative gjennomsiktighet for nøytroner, men som, på grunn av sin lave densitet, ikke demper komponenten av nøytron-transport parallelt med eller perifert med vektrøret i samme utstrekning som stål. For ytterligere effektivitet, kunne laget av boronkarbid inkluderes i verktøychassi-set 54 på akseleratorsiden, eller på begge sider, av nøytrondetektorene.

Det henvises igjen til den totale måle-subenhet form vist på figur 2, hvor en fjern detektor 84 er plasser nedstrøms fra systemdetektorene 66a til 66d med en mellomliggende nøytronskjerm 86. Detektoren 84 og skjermen 86 er fortrinnsvis koaksiale med akseleratoren 58. Ifølge oppfinnelsen, er den fjerne detektor 84 selektivt plassert i forhold til nøytronkilden for å være følsom for MeV energinøy-troner (eller fortrinnsvis MeV nøytron-induserte gammastråler) som trenger inn i relativt lange avstander i formasjonen. Siden transporten av MeV energinøytroner har redusert følsomheten for hydrogeninnholdet i formasjonen og forbedret føl-somheten for densiteten av tyngre formasjonselementer, sammenlignet med KeV-eV energinøytroner, vil responsen av detektoren 84 bli sterkt påvirket av formasjonens romvekt. Og på grunn av det nære forhold mellom densitet og matrisetype formasjonslitologi.

Detektoren 84 omfatter fortrinnsvis en GSO gammastråledetektor som beskrevet i tidligere nevnt US-patent nr 4,647,782 og nr 4,883,956, skjønt hvilken passende type, så som antrasen, Nal, BGO, Csl osv. kan brukes så lenge en aks-eptabel telletakt-statistikk og energioppløsning oppnås. Det foretrukne energi-deteksjonsområdet er fra 0,1 MeV til 11 MeV. Alternativt kan en nøytrondetektor som er følsom for MeV området nøytroner, for eksempel >0,5 MeV, brukes. De foretrukne nøytrondetektorer er 4He type eller en væske-scintillatortype.

Hvor en gammastråledetektor benyttes som den fjerne detektor 84, er den mellomliggende skjerm 86 fortrinnsvis B4CE eller lignende nøytronmoderer-ende/absorberende materialer. Hvis en MeV nøytrondetektor brukes, er skjermen 86 fortrinnsvis et høy-Z materiale så som Wolfram, unntatt hvor den nære detektor 62 også er en 4He (eller annen MeV detektor) skjermet med et høy-Z materiale. I sistnevnte tilfelle, bær skjermen 86 også være B4CE eller lignende for å ta full for-del av den nevnte nøytronmodererende effekt av høy-Z skjermmateriale 64 som omgir den nære detektor 62.

Skjønt den fjerne detektor 84 kan være enten en gammastråledetektor eller en MeV nøytrondetektor, er en gammastråledetektor fortrukket fordi gammastråler har bedre følsomhet for gass enn nøytroner i noen situasjoner, og dermed letter identifiseringen av gassførende formasjoner. Også, som beskrevet ovenfor i for-bindelse med system-gammastråledetektor66d, vil bruken av en gammastråledetektor muliggjøre en spektral analyse for å oppnå informasjon av elementsammen-setning og litologi i formasjonen. En slik spektralanalyse kan utføres ved begge, eller bare den ene, av systemdetektorene 66d og en fjerne detektor 84. Utgangen av den ene (eller begge) gammastråledetektorer kunne i tillegg benyttes å utlede målinger av formasjonens makroskopiske innfangnings-tverrsnitt for termiske nøy-troner (I) eller dens tilsvarende termiske nøytron - reduksjons-tidskonstant (t). Hvilken som helst av de kjente teknikker for å utlede 2 eller x kan brukes for dette formål. Hvor den fjerne detektor 84 er en gammastråledetektor, kan gammastråledetektoren utelates hvis rom eller andre hensyn tilsier det.

En annen fjern detektor (ikke vist) kan anordnes om ønsket. I så fall skal den fortrinnsvis plasseres koaksialt nær detektoren 84. Hvis detektoren 84 er en gammastråledetektor, er den andre fjerne detektor fortrinnsvis en nøytrondetektor og vice versa. Skjønt det ikke er spesielt vist, vil det bli forstått at de ovenfor beskrevne detektorer omfatter all forsterkning, pulsforming, kraftforsyning og andre kretser som er nødvendig for å generere utgangssignaler som representerer den detekterte stråling. Alle slike kretser er vel kjent i teknikken.

Signalene fra de forskjellige detektorer som er plassert i dette verktøyet kan behandles på forskjellige måter for å oppnå den ønskede petrofysiske informasjon. Ytterligere detaljer av behandlingen kan finnes i søknad nr 08/307,894 (tatt inn her ved referanse).

Figur 9 viser et skjematisk diagram av en utførelse av en vaier-loggeverktøy ifølge oppfinnelsen. Dette verktøy, tilgjengelig som RST-B verktøy fra Schlumberger, omfatter et verktøylegeme 100 som kan bli senket og logget gjennom en brønn på vanlig måte. Vaierkabelen, telemetrielektronikk og overflateut-styr er utelatt for klarhet. Inne i verktøylegemet 100 er det en 14 MeV D-T akselerator nøytronkilde 110 som er i hovedsak som beskrevet ovenfor. Adskilt fra denne med et skjermområde 120 er det nære og fjerne detektorer 130, 140. Hver detektor 130, 140 består av et scintillatorkrystall 132, 142 så som en GSO (eller BGO eller LSO hvis det passer), et tilhørende fotomultiplikatorrør 134, 144 og elektronikk-pakke 136,146 som gir ut signaler som overføres til overflaten for analyse.

Omformingen av målinger utført ved gammastråledetektor kan bli analysert i henhold til den følgende plan, i hvilken responsen av en detektor på en fluks av gammastråler som kommer fra en sekundær kilde kan skrives som:

hvor: C = kalibreringskonstant, Ns = nøytronkildens styrke, e"<aXn> = hurtig nøytron svekning, pox = formasjonens oksygenkonsentrasjon, og e"<bXc>"<cXpp> = gammastråle-svekning.

Ligning (1) forutsetter et fast detektorsted, og omfatter ikke romvinkel-effek-ter. Disse er tatt vare på ved å inkludere dem i kalibreringskonstanten C. Nøy-tronkildens styrke Ns er utgangsnivået av nøytronkilden (minitron) i nøytro-ner/sekund.

Hurtig nøytron-dempning avhenger av hurtig nøytron tverrsnitt Xn som bestemmes ved sammensetningen av det omliggende borehull/formasjon-miljø. Hurtig nøytrontverrsnittet er summen av alle de forskjellige reaksjoner som påvirker hurtig nøytrontransport, inkludert elastisk spredning, inelastisk spredning, og produksjon av ladede partikler. Av disse er elastisk spredning fra hydrogen den viktigste. Derfor skulle hurtig nøytrontransport være sterkt avhengig av nedsak-ningslengden av borehull/formasjon-miljø på en måte som ligner på målingen av termisk nøytronporøsitet, men med et meget mindre dynamisk område. Av denne grunn, kan hvilket som helst detektert signal som utviser denne type av avhengig-het brukes som et korreksjonssignal for denne densitetsmåling. Korreksjonssig-nalet kan være fra en hurtig nøytrondetektor, en termisk nøytrondetektor, FS eller fra den inelastiske måling selv, så som det inelastiske jern- eller krystall-bak-grunnssignal.

Siden det er foreslått at denne densitetsmåling benytter høy energi gammastråler fra oksygen som en sekundær kilde, vil intensiteten av de detekterte gammastråler være avhengig av den atomiske konsentrasjon av oksygen i borehullet og formasjonen. I alminnelighet er oksygenkonsentrasjonen ukjent, men det kan bli vist (se figur 10) at for mest fluidumførende sedimentær sten (sandsten, kalksten, dolomitt, kloritter, anhydritter, biotitter, sideritter og granat er plottet), kan oksygenkonsentrasjonen bli relatert til stenens tetthet ved et enkelt lineært forhold:

hvor d og e er konstanter, og pe er stenens elektrondensitet.

Leddet for gammastråledempning beskriver avhengigheten av den inelastiske oksygen-telletakt på Compton spredning og parproduksjons-absorpsjon. Telletakten avhenger eksponensielt av både Compton (Xc) og parproduksjon (Xpp) tverrsnittene. Parproduksjons-tverrsnittet avhenger av kvadratet av det gjennomsnittlige atomtall Z i formasjonen. Gjennomsnittlig formasjon Z kan man slutte seg til fra det inelastiske gammastrålespektrum ved bruk av forholdet mellom lav energi og høy energivinduer for å måle formasjonens Pe på en måte som er identisk med metoden for standard måling av densitet/litologi. Man kan således utføre en Pe-måling som vil gi et estimat av den korreksjon som er nødvendig for parproduksjon absorpsjonseffekten i ligning (1)

Ved omskrivning av leddene, kan ligning (1) skrives

hvor nå inneholder normaliseringskonstant, nøytronkildens styrke, nøytrontransport-ledd, og parproduksjon-absorpsjonsledd. Skråningen i ligningen (2) er meget mindre enn 1, så i en god tilnærming Innføring av ligning (5) i ligning (3),

Compton tverrsnitt Xc er proporsjonalt med elektron-densitetsindeks pe av formasjonen

og nye normaliseringskonstanter kan defineres og slik at

Fra ligning (6) kan man se at leddet for oksygenkonsentrasjon er absorbert i densitets-avhengigheten av ligning (1), og tjener bare til å redusere følsomheten av den inelastiske gammastråle densitetsmåling.

Ved å definere en ny følsomhetskonstant

får vi eller som er identisk med responsligningen for densitetsmåling med en kjemisk kilde. Det er viktig å notere fra ligning (8) at det er den korrigerte oksygen-tellingsrate Nox/Ks som viser eksponensiell dempning mot elektrondensitet, og ikke bare Nox. Ved bruk av ligning (4) til å utvikle den venstre side av ligning (8), får vi

hvor oksygen-tellingsraten er korrigert for parproduksjon, nøytrontransport, nøy-tronkildestyrke og normaliseringskonstant. I alminnelighet er ikke nøytronkildens styrke konstant, og må overvåkes og korrigeres for.

Monte Carlo simuleringer kan utføres for å sjekke gyldighetene av ligning (7). En modell av et minitron-basert 6,5" verktøy i et 8,5" ferskvanns borehull er brukt til å beregne intensiteten av inelastiske gammastråler fra verktøyet, borehullet og formasjonen. Gammastrålespekteret fra hvert element blir beregnet for hvert tilfelle som er studert, såvel som hurtig nøytron spekteret. Hurtig nøytron signalet og det kjente gjennomsnittlige sett for formasjonen brukes til å beregne Ks for hvert tilfelle. Logaritmen til Nox/Ks er plottet på figur 2 mot elektrondensitet pe for hver formasjon.

Beregninger for vann- og gassfylt sandsted, kalksten, dolomitt og leire og evaporitter kan sees på figur 11. Fra figuren er det klart at den inelastiske gammastråle densitetsmåling kan være en gyldig erstatning for densitetsmålinger basert på en kjemisk kilde. De eneste datapunkter som ikke faler på responskurven er de som hører til evaporitter som ikke faller på kurven på figur 10 som relaterer oksygenkonsentrasjon til formasjonens elektron-densitet. I disse tilfellene, er oksygenkonsentrasjonen lav sammenlignet med den fluidumfylte sedimentærsten, selv om densiteten er høy. Dette resulterer i en lav inelastisk oksygen-tellingstakt og en kunstig høy densitetsavlesning. I praksis kan disse tilfellene identifiseres ved å bruke spektralanalyse for å oppløs det inelastiske spektrum i sine element-komponenter, og deretter ved å bruke denne informasjonen til å flagge loggen for evaporitter eller andre formasjonstyper som ikke tilfredsstiller ligning (2).

Den utbredte bruk av vannbaserte borefluida nødvendiggjør korreksjon av inelastisk gammastråle densitetsverdier for virkningen av vekslende borehulls-miljø, siden vannbaserte borefluida inneholder betydelige oksygenkonsentrasjoner. Borehulls-kompensasjon kan utføres på en lignende måte som den som brukes ved densitetsmålinger med en kjemisk kilde. Det vil si, inklusjon av en annen detektor som er nærmere nøytronkilden vil gi et middel for å måle verktøyets avstand, ujevnhet og borehullets utvaskningseffekt. Korreksjon av densitetsloggen kan oppnås ved bruk av hvilken som helst plan som utnytter forskjellen i de radi-elle følsomheter for de to detektorer. For å utføre en nøyaktig korreksjon, kan informasjon om slammets sammensetning, som generelt er tilgjengelig, være nødvendig.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for å bestemme densiteten i undergrunnsformasjoner rundt et borehull, omfattende a) bestråling av formasjonene med høyenergi-nøytroner fra inne i borehullet; b) utføring av en spektral gammastråle-måling og identifisering av gamma-stråling som er en følge av den uelastiske spredning av de bestrålte nøytroner ved oksygenatomer i formasjonene; karakterisert ved : c) analysering av de identifiserte gammastråler for å bestemme formasjonenes densitet; og d) å bruke den spektrale gammastråle-måling til å identifisere formasjons-litologier, som brukes til å korrigere bestemmelsen av densiteter.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter bestemmelse av svekningen av høyenergi-nøytroner i borehullet og formasjonene og analysering av de detekterte gammastråler ved bruk av den bestemte svekning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trinnet med å analysere de detekterte gammastråler omfatter bestemmelse av oksygenkonsentrasjoner i formasjonene og bestemmelse av densitetene fra oksygenkonsentrasjonene.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den videre omfatter bestemmelse av elektrondensitetsindekser for formasjonen og bruk av indeksene ved bestemmelsen av densiteter.

5. Fremgangsmåte for å bestemme densiteten i undergrunnsformasjoner rundt et borehull, omfattende a) å skape en kilde for gammastråler i formasjonen ved å bestråle forma sjonene fra inne i borehullet med høyenergi nøytroner, karakterisert ved skapelsen av gammastrålene som en følge av den uelastiske spredning av de bestrålte nøytroner ved oksygenatomer i hovedsakelig den samme regionen i formasjonen; b) å detektere gammastråler fra kilden, og c) å analysere de detekterte gammastråler ved å benytte identifiserte for-masjonslitologier for å bestemme formasjonenes densitet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, omfattende bestråling av formasjonene med en høyenergi-nøytron-kilde anbrakt inne i borehullet; og videre karakterisert ved : måling av nøytronutmating fra kilden og analysering av de identifiserte gammastrålene ved å bruke den målte nøytron-utmating.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, hvor trinnet å analysere de detekterte gammastråler omfatter å bestemme oksygenkonsentrasjoner i formasjonene, og videre karakterisert ved : å bestemme elektrondensitetsindekser for formasjonene og bruk av indeksene sammen med de bestemte oksygenkonsentrasjonene for å bestemme densiteten til formasjonene.

8. Apparat for å bestemme densiteten av undergrunnsformasjoner rundt et borehull under boring av borehullet, karakterisert ved : a) et verktøylegeme (54) tilpasset logging-under-boring; b) en høyenergi nøytronkilde (58) i verktøylegemet for å bestråle formasjonene fra inne i borehullet; c) en kilde-monitor for å bestemme nøytronutmatingen fra kilden; d) en detektor (62) som detekterer gammastråler i borehullet som er en følge av bestrålingen av formasjonen med høyenergi nøytroner; og e) en anordning for å analysere de detekterte gammastråler for å bestemme formasjonenes densitet.

9. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved at kilden (54) for høyenergi nøytroner omfatter en 14 MeV D-T akselerator-kilde.

10. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved at detektoren (62) omfatter en spektral gammastråledetektor.

11. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at anordningen for å analysere de detekterte gammastråler analyserer utgangssignalet fra detektoren (54) for å måle gammastråler som oppstår fra den uelastiske spredning av nøytroner ved oksygenatomer i formasjonen.