NO344437B1 - Anordning og fremgangsmåte for pulset nøytrongenerering inkludert en krafttilførsel for høy spenning - Google Patents

Description

BAKGRUNN

[0001] US 3,133,195 vedrører nøytronbrønnloggningsmetoder, hvor hurtig nøytronfluks blir syklisk eller periodisk variert for å bestråle en grunnformasjon som er krysset av et borehull for å tillate måling av tidssekvensielt forskjellige strålinger som resulterer når hurtige nøytroner blir dempet ned til epitermiske og termiske energier ved en serie av kollisjoner eller interaksjoner med ukjente kjerner innenfor og rundt borehullet, hvor strålingene måles før og/eller etter fangst av de termiske nøytroner med kjerner av elementer i formasjonen. Pulsete nøytronmålingsverktøy blir anvendt i nedihullsmiljøer for en rekke forskjellige formål, så som nøytronbaserte tetthets- og porøsitetsmålinger og spektralmålinger av nøytroninduserte gammastråler.

[0002] Pulsete nøytrongeneratorer for brønnloggingsanvendelser består normalt av et forseglet nøytronrør, en anordning for å generere ioner i en andel av røret og en anordning for å trekke ut og akselerere ionene generert inn på et målmateriale. Akselerasjonen av ionene oppnås i alminnelighet ved hjelp av en krafttilførsel i stand til å påtrykke tilstrekkelig spenning til å bevirke til den ønskede reaksjonen på en effektiv måte. De geometriske begrensningene som følger med et nøytronkildehus, så som en sonde eller et vektrør, sammen med hensynene som påtvinges av den høye spenningen, håndteres typisk gjennom en lineær koblingsstruktur mellom den høyspente krafttilførselen (HVPS - High Voltage Power Supply) og nøytrongeneratorrøret. Disse begrensningene hindrer ofte posisjonering av emittere og detektorer på optimale steder i måleanordninger.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0003] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkrav. En anordning for å bestråle en grunnformasjon omfatter: en bærer innrettet for å utplasseres i formasjonen; et nøytronrør anordnet på bæreren og beliggende på en akse; og en høyspent kraftkilde anordnet på bæreren og elektrisk koblet til nøytronrøret, der den høyspente kraftkilden er sideforskjøvet fra aksen.

[0004] En anordning for å estimere minst én egenskap ved en grunnformasjon omfatter: en bærer innrettet for å utplasseres i formasjonen; minst én detektor anordnet på bæreren; et nøytronrør anordnet på bæreren og beliggende på en akse; og en høyspent kraftkilde anordnet på bæreren og elektrisk koblet til nøytronrøret, der den høyspente kraftkilden er sideforskjøvet fra aksen.

[0005] En fremgangsmåte ved estimering av minst én egenskap ved en grunnformasjon omfatter trinnene med å: utplassere en bærer i et borehull i grunnformasjonen, der bæreren omfatter et nøytronrør beliggende på en akse og minst én detektor; forsyne kraft til nøytronrøret ved å aktivere en høyspent kraftkilde elektrisk koblet til nøytronrøret, der den høyspente kraftkilden er sideforskjøvet fra aksen; sende ut eller emittere nøytronpulser fra nøytronrøret inn i formasjonen; detektere minst én av nøytroner og gammastråler utsendt fra formasjonen ved den minst ene detektoren; og estimere den minst ene egenskapen basert på minst én av de detekterte nøytronene og de detekterte gammastrålene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0006] Idéen som betraktes som oppfinnelsen, er spesifikt angitt og krevet beskyttelse for i kravene som følger beskrivelsen. De foregående og andre trekk og fordeler med oppfinnelsen vil tydeliggjøres av den følgende detaljerte beskrivelsen, sett sammen med de vedlagte tegningene, der:

[0007] Figur 1 er et snitt gjennom en utførelse av et undergrunnssystem for boring, evaluering, utforsking og/eller produksjon av brønner;

[0008] Figur 2 er et lengdesnitt gjennom en utførelse av et verktøy som innbefatter et nøytronrør og en høyspent kraftkilde;

[0009] Figur 3 er et aksielt tverrsnitt gjennom et sideforskjøvet ledningssegment i verktøyet i figur 2;

[0010] Figur 4 er en graf som viser et elektrisk felt i det sideforskjøvne ledningssegmentet i figur 3;

[0011] Figur 5 er et lengdesnitt gjennom en utførelse av et nedihulls, pulset nøytronmåleverktøy;

[0012] Figurene 6A og 6B er henholdsvis et lengdesnitt og et aksielt tverrsnitt gjennom en utførelse av et nedihulls, pulset nøytronmåleverktøy; og

[0013] Figur 7 er en perspektivbetraktning av det pulsete nøytronmåleverktøyet i figurene 6A og 6B.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0014] Anordninger og fremgangsmåter for pulsete nøytronmålinger er beskrevet her. Anordningene og fremgangsmåtene omfatter en pulset nøytrongenerator som innbefatter en høyspent kraftkilde for å forsyne akselerasjonsspenning og -strøm, som er innrettet for å muliggjøre effektiv plassering av detektorer som anvendes i pulsete nøytronmålinger og andre strålingsmålinger. I en utførelsesform er den pulsete nøytrongeneratoren innrettet for å utplasseres i et nedihullsmiljø, for eksempel i en kabelbasert eller logging-under-boring-(LWD)-brønnloggingsoperasjon for å lette målinger så som nøytronbaserte tetthets-, porøsitetsmålinger og spektralmålinger av nøytroninduserte gammastråler. I en utførelsesform innbefatter den pulsete nøytrongeneratoren en høyspent kraftkilde i en forskjøvet stilling for å muliggjøre bedre målefunksjon ved å gjøre det mulig å posisjonere detektorer mer hensiktsmessig i forhold til en nøytronavgivende andel av den pulsete nøytrongeneratoren.

[0015] I en utførelsesform omfatter verktøyet en pulset nøytronkilde som innbefatter et nøytronrør og en fjern høyspent kraftkilde samt én eller flere detektorer, så som strålingsdetektorer. I en utførelsesform er den ene eller de flere detektorene anordnet nær ved nøytronrøret. For eksempel kan nøytronrøret og den ene eller de flere detektorene være plassert på linje med nøytronrøret og/eller være plassert tilstøtende nøytronrøret for optimal respons til formasjonsvariabler.

[0016] Med henvisning til figur 1 omfatter et eksempel på utførelse av et undergrunnssystem 10 for boring, evaluering, utforsking og/eller produksjon av brønner en borehullstreng 12 som er vist utplassert i et borehull 14 som strekker seg gjennom minst én grunnformasjon 16 under en undergrunnsoperasjon. Med "formasjoner" menes her de forskjellige trekk og materialer som kan møtes i et undergrunnsmiljø og som omgir borehullet. I en utførelsesform er borehullet 14 et fôret borehull eller et åpent borehull. I en utførelsesform omfatter borehullstrengen et nedihullsverktøy 18, så som et brønnloggingsverktøy. I dette eksempelet er nedihullsverktøyet 18 et kabelført verktøy, men er ikke begrenset til dette. For eksempel kan nedihullsverktøyet 18 være innlemmet med en borestreng for logging-under-boring-(LWD)-operasjoner, for eksempel når borehullet 14 ikke er komplettert med et fôringsrør. Nedihullsverktøyet 18 er ikke begrenset til utførelsene beskrevet her, og kan bli utplassert med en hvilken som helst passende bærer. Med en "bærer" menes her en hvilken som helst anordning, anordningskomponent, kombinasjon av anordninger, medier og/eller elementer som kan bli anvendt for å frakte, huse, støtte eller på annen måte lette bruk av en annen anordning, anordningskomponent, kombinasjon av anordninger, medier og/eller elementer. Ikke-begrensende eksempler på bærere omfatter borestrenger av kveilrørtypen, av skjøterørtypen og en hvilken som helst kombinasjon eller andel av dette. Andre eksempler på bærere omfatter fôringsrør, kabler, kabelsonder, glattlinesonder, "drop shots", nedihulls rørkomponenter, bunnhullsenheter og borestrenger.

[0017] Nedihullsverktøyet 18, i en utførelsesform, er utført som et pulset nøytronspektroskopiverktøy. Verktøyet 18 omfatter for eksempel minst én pulset nøytronkilde 20 og minst én detektor 22. Eksempler på den minst ene detektoren omfatter strålingsdetektorer, så som gammastråledetektorer og nøytrondetektorer. I en utførelsesform er elektronikk 24 også innlemmet for å styre den pulsete nøytronkilden 20 og/eller den minst ene detektoren 22, og/eller for å lagre, sende og/eller prosessere signaler og/eller data generert av den minst ene detektoren 22. Antallet pulsete nøytronkilder 20 og detektorer 22 er ikke begrenset. I en utførelsesform er den minst ene gammastråledetektoren 22 en scintillasjonsdetektor som er innrettet for å detektere tilstedeværelse av gammastråler og gammastrålers energinivåer. Scintillasjonsdetektorer er generelt i stand til å generere signaler og/eller data representative for energispektre for både uelastiske og innfangningsgammastråler.

[0018] Nedihullsverktøyet 18 omfatter et hus 26 så som en sonde innrettet for å romme i hvert fall nøytronkilden 20 og den minst ene detektoren 22. I en utførelsesform inneholder huset også elektronikken 24. I en utførelsesform er verktøyet 18 utstyrt med overføringsutstyr for å kommunisere, eventuelt via mellomledd, til en prosesseringsenhet 28 på overflaten. Slikt overføringsutstyr kan være av en hvilken som helst type, og forskjellige overføringsmedier og -metoder kan bli anvendt.

Eksempler på forbindelser omfatter kabelbaserte, fiberoptiske og trådløse forbindelser.

[0019] Med henvisning til figur 2 omfatter et eksempel på utførelse av verktøyet 18 en nøytronkilde eller nøytrongenerator 30 som innbefatter et nøytronrør 32 elektrisk koblet til en høyspent krafttilførsel (HVPS) 34. I en utførelsesform omfatter "høy spenning" en spenning fra omtrent 75 kilovolt (kV) eller høyere. I en utførelsesform er HVPS 34 innrettet for å levere en spenning på minst omtrent 90 kV. Med et "nøytronrør" menes her en hvilken som helst anordning innrettet for å akselerere ioner og sende ut nøytroner som reaksjon på påføring av passende energi, for eksempel av HVPS 34. Nøytronrøret 32 tjener således som en nøytronemitter eller -kilde og kan omfatte forskjellige komponenter for å sende ut nøytroner, herunder ionekilder, ioneoptiske elementer og strålemål (beam targets). Komponentene er anordnet i et hus, så som en vakuumtett innkapsling. I en utførelsesform er nøytronrøret 32 et sylindrisk rør, selv om en hvilken som helst passende form eller utførelse kan bli anvendt.

[0020] I en utførelsesform er HVPS 34 plassert fjernt fra nøytronrøret 32 i en valgt avstand og posisjon i forhold til nøytronrøret 32 i et hus egnet for utplassering i et nedihullsmiljø, så som en sonde eller "cartridge". HVPS 34 kan være den geometrisk største komponenten i nøytronkilden 30. Den fjerne plasseringen av HVPS 34, eller alternativt den fjerne posisjoneringen av nøytronrøret 32, gjør det mulig å plassere detektoren på steder som ellers ikke ville være mulig. I en utførelsesform er HVPS 34 sideforskjøvet i forhold til nøytronrøret 32. For eksempel kan nøytronrøret 32 ligge langs en akse 35, og HVPS 34 være sideforskjøvet fra aksen 35. Aksen 35, i en utførelsesform, er hovedaksen til nøytronrøret 32, selv om aksen 35 kan krysse nøytronrøret 32 på et hvilket som helst ønsket sted og ha en hvilken som helst ønsket orientering. I ett eksempel innebærer "sideforskjøvet" en posisjon hvor hovedaksen eller et annet sted i HVPS 34 ikke krysser aksen 35.

[0021] HVPS 34, i en utførelsesform, er elektrisk koblet til nøytronrøret 32 via minst én leder 36 i stand til å overføre høyspent elektrisitet. I en utførelsesform er lederen 36 et sideforskjøvet ledningssegment 36 som kan være krumt eller bøyd, eller på annen måte innrettet for å skape en elektrisk forbindelse mellom nøytronrøret 32 og HVPS 34. Det sideforskjøvne ledningssegmentet 36 kan være bøyd i forskjellige former eller retninger. I en utførelsesform omfatter det sideforskjøvne ledningssegmentet 36 en støttestruktur, som for eksempel innbefatter én eller flere fastformige dielektriske støtter med valgt spenningsmotstandsevne, og et jordplan for å slutte en elektrisk krets mellom nøytronrøret 32 og HVPS 34. Det sideforskjøvne ledningssegmentet 36 er i en utførelsesform en rørformet og/eller sylindrisk struktur, selv om en hvilken som helst passende form kan bli anvendt. I en utførelsesform omfatter jordplanet et utvendig strømledende hus 38 med en strømledende ledning 40 og ett eller flere isolasjonsmaterialer 42 anordnet i dette. Isolasjonsmaterialene 42 omfatter ett eller flere fastformige dielektriske materialer. I en utførelsesform omfatter isolasjonsmaterialene 42 ett eller flere gassformige og/eller flytende dielektriske materialer som kan være plassert inne i det utvendige huset 38 og/eller bli tilført inn i det utvendige huset 38, for eksempel gjennom en inngangsport 44 i HVPS 34 eller på et annet ønsket sted.

[0022] I en utførelsesform er nøytronrøret 32, HVPS 34 og det sideforskjøvne ledningssegmentet 36 anordnet i et hus 46. Huset 46 kan være laget av et hvilket som helst ønsket metallisk eller annet materiale som tåler nedihullsmiljøer. Eksempler på slike materialer omfatter materialer valgt for å redusere eller minimere strålingsgenerering, så som titan, rustfritt stål og legeringer, herunder superlegeringer (f.eks. Inconel™, Special Metals Corporation). Formen til huset 46 kan være sylindrisk, men er ikke begrenset til dette. Formen og størrelsen til huset 46, nøytronrøret 32, HVPS 34 og det sideforskjøvne ledningssegmentet 36 kan ha forskjellige former og størrelser.

[0023] Med henvisning til figur 3 innbefatter, i en utførelsesform, det sideforskjøvne ledningssegmentet 36 en metalleder, så som ledningen 40, og forskjellige isolasjonsmaterialer 42 for å støtte ledningen 40 og/eller styre elektriske belastninger rundt ledningen 40. Ledningen 40 kan for eksempel være en metalltråd med en diameter som er optimalisert for å redusere elektrisk belastning på de støttende isolasjonsmaterialene 42.

[0024] Ledningen 40 har en første diameter "d" og det strømledende huset 38 har en større, andre diameter "D". Forholdet mellom d og D kan velges eller optimaliseres basert på de dielektriske egenskapene til isolasjonsmaterialene 42, som i noen utførelsesformer er innrettet som strukturelle støtteelementer for det sideforskjøvne ledningssegmentet 36. I en utførelsesform omfatter isolasjonsmaterialene 42 flere dielektriske materialer 48, 50 og 52, hvert med forskjellig permittivitet "ε". De dielektriske materialene 48, 50 og 52 kan være valgt for å gi mekanisk støtte og/eller for å styre elektriske gradienter eller belastninger slik at muligheten for katastrofalt høyspent gjennomslag kan utelukkes eller reduseres.

[0025] I eksempelet vist i figur 3 omfatter ledningssegmentet 36 tre lag av dielektrisk materiale. Selv om denne utførelsesformen omfatter tre sylindriske lag, er ikke antallet og formen til slike lag begrenset til dette. For eksempel kan de dielektriske lagene være en hvilken som helst kombinasjon av fastformige, væskeformige og/eller gassformige lag. Innlemmelse av ett eller flere fastformige lag kan gi tilstrekkelig mekanisk støtte for å gjøre det mulig å innlemme ett eller flere gassformige og/eller væskeformige / flytende dielektriske lag.

[0026] I en utførelsesform er de dielektriske lagene 48, 50 og 52 innrettet for å kontrollere elektriske belastninger, for eksempel ved å gjøre det elektriske feltet fra ledningen 40 med høyt potensial til det jordede utvendige huset 38 mer uniformt enn et elektrisk felt som fremkommer fra ett enkelt dielektrisk materiale.

[0027] I eksempelet vist i figur 3 omgir et indre dielektrisk lag 48 ledningen 40 (med en radius "R1" og et påtrykket potensial "V") og har permittivitet "ε1" og utvendig diameter "R2", et mellomliggende dielektrisk lag 50 omgir det indre laget 48 og har permittivitet "ε2" og utvendig diameter "R3", og et ytre dielektrisk lag 52 omgir det mellomliggende laget 50 og har permittivitet "ε3" og utvendig diameter "R4". Det utvendige huset 38 er jordet, omgir det ytre laget 52 og har en innvendig diameter som er litt større enn "R4". Diameteren til hvert lag kan bli valgt basert på lagmaterialets permittivitet. For eksempel, for et materiale med en gitt dielektrisk konstant eller permittivitet, kan tykkelsen eller diameteren bli valgt for å holde maksimalamplituden til felter i laget lavere enn den dielektriske styrken til materialet for gitte temperaturer, for eksempel for høytliggende temperaturer. Slike høytliggende temperaturer omfatter for eksempel de temperaturene som typisk råder i nedihullsmiljøer. I et annet eksempel er diameteren og/eller permittiviteten til hvert lag valgt slik at det elektriske feltet er omtrent proporsjonalt med 1/x i grenseflaten mellom to forskjellige lag, der "x" er radiell avstand fra senteraksen til ledningen 40.

[0028] Figur 4 illustrerer et eksempel på det elektriske feltet E i forskjellige radielle avstander fra ledningen 40. Det resulterende elektriske feltet 51 har en maksimalverdi i hvert lag som er mye lavere enn maksimalverdien for et elektrisk felt 53 generert i ett enkelt lag av isolerende eller dielektrisk materiale. Denne oppbygningen begrenser således det maksimale feltet i hvert isolasjonsmateriale 42 til et nivå som er lavere enn materialets dielektriske styrke, og reduserer sannsynligheten for elektrisk gjennomslag i de enkelte isolasjonslag, så som de dielektriske lagene 48, 50 eller 52.

[0029] Med henvisning til figur 5 omfatter et eksempel på utførelse av verktøyet 18 en pulset nøytronkilde eller generator 20, 30 og én eller flere detektorer 22. Denne oppbygningen gir et kompakt og integrert apparat for å måle egenskapene til grunnformasjoner rundt et borehull, herunder termisk eller epitermisk nøytronporøsitet, sigma, mineralogi, karbon/oksygen-forhold, som kan bli anvendt for eksempel som en angivelse av formasjonsfluid eller -væske og kildeløs tetthet eller densitet. I en utførelsesform er verktøyet 18 utført som et kabelverktøy, så som i systemet i figur 1.

[0030] I en utførelsesform er detektorene 22 utført som strålingsdetektorer. Slike strålingsdetektorer er innrettet for å detektere forskjellige typer stråling og/eller strålingspartikler så som nøytroner, alfapartikler, betapartikler, røntgenstråler, elektroner, protoner, gammastråler og annet. Eksempler på strålingsdetektorer omfatter nøytrondetektorer, proton-, elektron-, alfa- og betapartikkeldetektorer, røntgen- og gammastråledetektorer, og annet. Fagmannen vil vite at strålingspartikler og strålingsdetektorer kan være i mange former.

[0031] Nøytrongeneratoren 30 omfatter nøytronrøret 32 og den sideforskjøvne høyspent-strømforsyningen 34 koblet til nøytronrøret 32 via det sideforskjøvne ledningssegmentet 36. Detektorene 22 omfatter forskjellige detektorer, så som strålingsdetektorer 54, 56. Strålingsdetektorene 54 kan for eksempel omfatte én eller flere scintillasjonsgammastråledetektorer 54 og strålingsdetektorene 56 kan omfatte én eller flere nøytrondetektorer 56. I en utførelsesform er én eller flere ytterligere strålingsdetektorer 58 innlemmet for å detektere naturlig bakgrunnsstråling utsendt fra formasjonen. De ytterligere detektorene 58 kan være posisjonert tilstrekkelig langt fra og/eller avskjermet fra nøytrongeneratoren 30. For eksempel kan de ytterligere detektorene være plassert langs forsiden og/eller baksiden av verktøyet 18. De ytterligere detektorene 58 gjør det mulig å måle naturlig radioaktive bestanddeler i en formasjon, så som K-U-Th, langs den fremre enden av huset 46 og/eller aktiveringsprodukter langs den bakre enden. De "fremre" og "bakre" endene er definert i forhold til hvor nøytronrøret 32 befinner seg. For eksempel er den fremre enden den enden av verktøyet 18 som passerer et referansested før nøytronrøret 32 når verktøyet 18 blir beveget under en måleoperasjon.

[0032] HVPS 34 sitter i en forskjøvet posisjon i forhold til nøytronrøret 32 slik at detektorene 22 kan posisjoneres nær ved nøytronrøret 32. Denne løsningen gjør at strålingsdetektorene 54, 56 kan bli plassert optimalt i forhold til nøytronkilden 32. I en utførelsesform er en "nær" posisjon en posisjon som ville være utilgjengelig dersom HVPS 34 skulle plasseres på linje med nøytronrøret 32. Eksempler på slike nære posisjoner omfatter posisjoner tilstøtende og/eller i umiddelbar nærhet av nøytronrøret 32.

[0033] Andre nære posisjoner omfatter steder som ligger langs samme akse som nøytronrøret 32. For eksempel er én eller flere av strålingsdetektorene 54, 56 plassert langs aksen til nøytronrøret 32, dvs. plassert på linje med nøytronrøret 32 på samme side i verktøyet 18. Figur 5 viser nøytronrøret 32 og strålingsdetektorene 54, 56 beliggende langs en akse 60. Aksen 60 er for eksempel hovedaksen til nøytronrøret 32.

[0034] I en utførelsesform befinner strålingsdetektorene 56 seg på baksiden av nøytronrøret 32 siden de er ufølsomme for formasjonsaktiveringsgammastråler.

Dersom både termiske og epitermiske detektorer 56 er innlemmet, er de små nok til at de kan bli plassert ved siden av hverandre i lommene. Posisjonen og størrelsen til alle strålingsdetektorene 54, 56 kan bli justert for å optimalisere måleresultatene, og posisjonen til nøytronrøret 32 kan også bli justert for å oppnå bedre målinger.

[0035] Figurene 6A, 6B og 7 viser et eksempel på utførelse av verktøyet 18. Figurene 6A og 6B er henholdsvis et lengdesnitt og et aksielt tverrsnitt gjennom verktøyet 18, og figur 7 er en perspektivbetraktning av verktøyet 18. I en utførelsesform er verktøyet 18 utført som et LWD-verktøy, og huset 46 omfatter én eller flere hylser 61 for å beskytte nøytrongeneratoren 30 og strålingsdetektorene 54, 56. Verktøyet 18, i denne utførelsesformen, omfatter nøytrongeneratoren 30 med nøytronrøret 32, det sideforskjøvne strømledende segmentet 36 og HVPS 34. Som illustrert går ledningssegmentet 36 i en jevn bøy mellom nøytronrøret 32 og HVPS 34, selv om ledningssegmentet kan følge en hvilken som helst ønsket bane mellom nøytronrøret 32 og HVPS 34. Én eller flere strålingsdetektorer 54, 56 er plassert langs en samme akse 62 som nøytronrøret 32. For eksempel kan strålingsdetektorene 54 omfatte én eller flere gammastråledetektorer 54, og strålingsdetektorene 56 kan omfatte én eller flere nøytrondetektorer 56.

[0036] I en utførelsesform er nøytronrøret 32, HVPS 34 og/eller strålingsdetektorene 54, 56 anordnet i respektive beskyttende hus eller kamre. Husene eller kamrene kan være laget av materialer, så som metaller, i stand til å beskytte komponentene mot nedihullsmiljøer eller til å isolere komponenter. I ett eksempel er strålingsdetektorene 54 anordnet i et tilhørende strålingsdetektorkammer 64, strålingsdetektorene 56 er anordnet i et tilhørende strålingskammer 66 og nøytronrøret 32 er anordnet i et nøytronrørkammer 67. I figur 7 er kun to kamre for strålingsdetektorer vist, men generelt kan det finnes et hvilket som helst antall kamre for strålingsdetektorer.

[0037] I en utførelsesform er en intern kanal så som en slamkanal 68 dannet i verktøyet 18, og er innrettet for å stå i væske- eller fluidkommunikasjon med borehullet og/eller andre komponenter i systemet 10, så som slamkanaler i tilstøtende LWD-vektrør. Slamkanalen 68 kan følge en hvilken som helst ønsket bane gjennom verktøyet 18, for eksempel for å muliggjøre ønsket posisjonering av strålingsdetektorene 54, 56. For eksempel kan en skråttløpende slamkanal 68 bli anvendt for å muliggjøre en annen komplementær posisjonering av detektorer for å oppnå spesifikke forbedringer. I en utførelsesform er HVPS 34, slamkanalen 68 og strålingsdetektorene 54, 56 plassert i samme langsgående område i huset 46, slik at alle komponentene kan være fordelt uniformt i huset 46, som vist i figur 6B. I en utførelsesform er HVPS 34, nøytronrøret 32 og/eller detektorene 54, 56, 58 anordnet på en innvendig overflate i huset 46 eller en utvendig overflate av slamkanalen 68.

[0038] Verktøyet 18 kan innlemme en rekke forskjellige andre trekk og følere utover det som er beskrevet i utførelsesformene over. For eksempel kan strålingsavskjerming laget av Bor eller andre passende materialer være anordnet inne i huset 46 og/eller rundt valgte detektorer for å utelukke nøytronaktivering av selve verktøyet. I tillegg kan verktøyet 18 omfatte eller på annen måte bli anvendt sammen med et hvilket som helst antall ytterligere måleverktøy, så som kjernemagnetisk resonans-(NMR)-verktøy, kjernekvadrupolresonans-(NQR)-verktøy, resistivitetsverktøy, seismiske verktøy, porøsitetsfølere og annet.

[0039] Systemene og/eller anordningene beskrevet over kan bli anvendt i en fremgangsmåte ved estimering av minst én egenskap ved en grunnformasjon. Fremgangsmåten kan bli utført i forbindelse med systemet 10 og/eller nedihullsverktøyet 18, men er ikke begrenset til dette.

[0040] I et første trinn i fremgangsmåten blir det pulsete nøytronverktøyet 18 utplassert i borehullet 14, og én eller flere målinger blir gjort. Målinger blir gjort ved å aktivere nøytronkilden 20, 30 og detektere resulterende gammastrålefotoner og/eller nøytroner via detektorene 22, 54, 56 og/eller 58. I en utførelsesform blir én eller flere målinger gjort for hvert av et flertall borehullsdyp. Målinger kan omfatte målinger av både innfangningsvekselvirkninger og uelastiske vekselvirkninger.

[0041] Målinger kan bli gjort ved å forsyne kraft til den pulsete nøytronkilden ved å aktivere HVPS 34 koblet til det pulsete nøytronrøret 32, sende ut nøytroner fra det pulsete nøytronrøret 32 inn i formasjonen, og detektere minst én av nøytroner og gammastråler utsendt fra formasjonen ved den minst ene detektoren.

[0042] I en utførelsesform blir signalene generert av detektorene 22, 54, 56 og/eller 58 mottatt og/eller behandlet av elektronikken 24 og/eller overflateprosesseringsenheten 28. Signalene kan bli analysert for å bestemme uelastiske og innfangningsmålinger, og energi- og/eller tidsspektre for målingene kan bli beregnet.

[0043] I en utførelsesform blir målingene fra verktøyet 18 registrert som funksjon av dypet og/eller posisjonen til verktøyet 18, noe som omtales som "logging", og en journal av slike målinger omtales som en "logg". Eksempler på loggeprosesser som kan bli utført av systemet 10 og i forbindelse med fremgangsmåtene beskrevet her omfatter måling-under-boring-(MWD)-prosesser og logging-under-boring-(LWD)-prosesser. Ytterligere eksempler på loggeprosesser omfatter loggingsmålinger etter boring, kabellogging, rørførte loggeoperasjoner og "drop shot"-logging. Dataene som innhentes under disse prosessene kan bli sendt til overflaten, og kan også bli lagret med verktøyet 18 for senere uthenting.

[0044] I et andre trinn 42 blir forskjellige egenskaper ved formasjonen estimert.

Eksempler på slike egenskaper omfatter porøsitet, metning, sigmaverdier, mineralogi og et karbon/oksygen-forhold.

[0045] Anordningene og fremgangsmåtene beskrevet her har forskjellige fordeler i forhold til kjente apparater og teknikker. Anordningene og fremgangsmåtene muliggjør plassering av detektorer på steder nær ved nøytronrøret som ellers vil være utilgjengelig i utførelser fra kjent teknikk. Utførelser fra kjent teknikk anvender i alminnelighet en nøytronkilde som omfatter en HVPS koblet ved nøytronrøret via en høyspent-koblingsenhet. En typisk kilde i kjent teknikk omfatter et nøytronrør og en HVPS pakket sammen i et samme sylindrisk metallrør. Anordningene og fremgangsmåtene beskrevet her har HVPS'en koblet fjernt fra og/eller i en forskjøvet posisjon i forhold til nøytronrøret, noe som tillater at detektorer blir posisjonert på steder nær ved og/eller tilstøtende nøytronrøret som er utilgjengelige i kjente verktøy. I tillegg kan en fjernt plassert HVPS gi mer plass til scintillasjonsdetektorer, spesielt i et verktøy med liten radius.

[0046] I forbindelse med idéene her kan forskjellige analyser og/eller analysekomponenter bli anvendt, herunder digitale og/eller analoge systemer. Systemet kan ha komponenter så som en prosessor, lagringsmedier, minne, innmating, utmating, kommunikasjonsforbindelse (kabelbasert, trådløs, pulset slam, optisk eller annet), brukergrensesnitt, dataprogrammer, signalprosessorer (digitale eller analoge) og andre slike komponenter (så som resistorer, kondensatorer, induktorer og annet) for å muliggjøre bruk av og analyse med anordningene og fremgangsmåtene vist her på en hvilken som helst av flere mulige måter velkjent for fagmannen. Det anses at disse idéene kan, men ikke trenger å bli, realisert i forbindelse med et sett av datamaskineksekverbare instruksjoner lagret på et datamaskinlesbart medium, herunder minne (ROM, RAM), optisk (CD-ROM), eller magnetisk (platelagre, harddisker) eller en hvilken som helst annen type, som når de blir eksekvert, bevirker en datamaskin til å utføre fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. Disse instruksjonene kan sørge for aktivering av utstyr, styring, innsamling og analyse av data og andre funksjoner anses som relevant av en utvikler, eier eller bruker av systemet og annet slikt personell, i tillegg til funksjonene beskrevet i denne beskrivelsen.

[0047] Fagmannen vil gjenkjenne at de forskjellige komponenter eller teknologier kan tilveiebringe bestemte nødvendige eller fordelaktige funksjonaliteter eller trekk. Disse funksjonene og trekkene, som kan være nødvendige i støtte for de vedføyde kravene og variasjoner av disse, anses således som naturlig innlemmet som en del av idéene her og en del av den viste oppfinnelsen.

[0048] Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet under henvisning til eksempler på utførelser, vil det forstås av fagmannen at forskjellige endringer kan gjøres og at ekvivalenter kan bli anvendt i stedet for elementer i disse uten å fjerne seg fra oppfinnelsens ramme definert av de vedføyde patentkrav. I tillegg vil mange modifikasjoner sees av fagmannen for å tilpasse et gitt instrument, scenario eller materiale til oppfinnelsen uten å fjerne seg fra dennes ramme definert av de vedføyde patentkrav. Det er derfor meningen at oppfinnelsen ikke skal begrenses til den konkrete utførelsesformen omtalt som den forventet beste måten å realisere denne oppfinnelsen.

Claims (20)

PATENTKRAV

1. Anordning for bestråling av en grunnformasjon (16), omfattende:

en bærer innrettet for å bli utplassert i formasjonen (16);

et nøytronrør (32) anordnet på bæreren og beliggende på en akse (35, 60, 62); og

en høyspent kraftkilde (34) anordnet på bæreren og elektrisk koblet til nøytronrøret (32), der den høyspente kraftkilden (34) er sideforskjøvet fra aksen (35, 60, 62), hvor nøytronrøret (32) er koblet til den høyspente kraftkilden (34) via minst én leder (36) som innbefatter minst ett dielektrisk materiale (48, 50, 52), hvert med valgt spenningsmotstandsevne.

2. Anordning ifølge krav 1, hvor den minst ene lederen (36) omfatter et sideforskjøvet ledningssegment (36) koblet til nøytronrøret (32) og den høyspente kraftkilden (34).

3. Anordning ifølge krav 2, der det sideforskjøvne ledningssegmentet (36) omfatter en langstrakt leder (40) og et flertall isolerende materialer (42) som omgir den langstrakte lederen (40), der hvert av de flere isolasjonsmaterialene (42) har forskjellig permittivitet.

4. Anordning ifølge krav 1, der bæreren omfatter et hult rørformet element (46).

5. Anordning ifølge krav 4, der nøytronrøret (32) og den høyspente kraftkilden (34) befinner seg i det indre av det hule rørformede elementet (46).

6. Anordning ifølge krav 5, der det indre av det hule rørformede elementet (46) er fylt med minst ett dielektrisk materiale.

7. Anordning ifølge krav 4, der nøytronrøret (32) og den høyspente kraftkilden (34) er anordnet på en innvendig overflate i det hule rørformede elementet (46).

8. Anordning ifølge krav 1, der bæreren omfatter en innvendig kanal (68).

9. Anordning ifølge krav 8, der nøytronrøret (32) og den høyspente kraftkilden (34) er anordnet på en utvendig overflate av kanalen (68).

10. Anordning for estimering av minst én egenskap ved en grunnformasjon (16), omfattende:

en bærer innrettet for å bli utplassert i formasjonen (16);

minst én detektor (22, 54, 56, 58) anordnet på bæreren;

et nøytronrør (32) anordnet på bæreren og beliggende på en akse (35, 60, 62); og

en høyspent kraftkilde (34) anordnet på bæreren og elektrisk koblet til nøytronrøret (32), der den høyspente kraftkilden (34) er sideforskjøvet fra aksen (35, 60, 62), hvor nøytronrøret (32) er koblet til den høyspente kraftkilden (34) via minst én leder (36) som innbefatter minst ett dielektrisk materiale (48, 50, 52), hvert med valgt spenningsmotstandsevne, og

hvor den minst ene egenskapen kan være minst én av: porøsitet, metning, sigma, kildeløs tetthet eller densitet, mineralogi og/eller et karbon/oksygen-forhold.

11. Anordning ifølge krav 10, hvor den minst ene lederen (36) omfatter et sideforskjøvet ledningssegment (36) koblet til nøytronrøret (32) og den høyspente kraftkilden (34).

12. Anordning ifølge krav 11, der det sideforskjøvne ledningssegmentet (36) omfatter en langstrakt leder (40) og et flertall isolerende materialer (42) som omgir den langstrakte lederen (40), der hvert av de flere isolasjonsmaterialene (42) har forskjellig permittivitet.

13. Anordning ifølge krav 10, der den minst ene detektoren (22, 54, 56, 58) omfatter minst én strålingsdetektor.

14. Anordning ifølge krav 10, der bæreren omfatter et hult rørformet element (46).

15. Anordning ifølge krav 14, der nøytronrøret (32), den minst ene detektoren (22, 54, 56, 58) og den høyspente kraftkilden (34) befinner seg i det indre av det hule rørformede elementet (46).

16. Anordning ifølge krav 15, der det indre av det hule rørformede elementet (46) er fylt med minst ett dielektrisk materiale.

17. Anordning ifølge krav 10, der bæreren omfatter en innvendig kanal (68).

18. Anordning ifølge krav 17, der nøytronrøret (32), den minst ene detektoren (22, 54, 56, 58) og den høyspente kraftkilden (34) er anordnet på en utvendig overflate av kanalen (68).

19. Fremgangsmåte for å estimere minst én egenskap ved en grunnformasjon (16), omfattende trinnene med å:

utplassere en bærer i et borehull i grunnformasjonen (16), der bæreren omfatter et nøytronrør (32) beliggende på en akse (35, 60, 62) og minst én detektor (22, 54, 56, 58);

forsyne kraft til nøytronrøret (32) ved å aktivere en høyspent kraftkilde (34) elektrisk koblet til nøytronrøret (32), der den høyspente kraftkilden (34) er sideforskjøvet fra aksen (35, 60, 62);

koble nøytronrøret (32) til den høyspente kraftkilden (34) via minst én leder (36) som innbefatter minst ett dielektrisk materiale (48, 50, 52), hvert med valgt spenningsmotstandsevne,

sende ut eller emittere nøytronpulser fra nøytronrøret (32) inn i formasjonen (16);

detektere minst én av: nøytroner og/eller gammastråler utsendt eller emittert fra formasjonen (16) ved den minst ene detektoren (22, 54, 56, 58); og

estimere den minst ene egenskapen basert på minst én av: de detekterte nøytronene og/eller de detekterte gammastrålene,

hvor den minst ene egenskapen kan være minst én av: porøsitet, metning, sigma, kildeløs tetthet eller densitet, mineralogi og/eller et karbon/oksygen-forhold.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, der nøytronrøret (32) kobles til den høyspente kraftkilden (34) ved hjelp av et sideforskjøvet ledningssegment (36) som omfatter en langstrakt leder (40) og et flertall isolasjonsmaterialer (42) som omgir den langstrakte lederen (40), der hvert av de flere isolasjonsmaterialene (42) har forskjellig

permittivitet.