NO744403L - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til og en anordning for undersøkelse av jordformasjoner som omgir et borehull, hvor det i borehullet kontinuerlig sendes ut nøytroner med stort energi-innhold som bombarderer omgivelsene av borehullet for å frembringe nøytroner med mindre energi-innhold.

Det er to prinsipielle fremgangsmåter, for anvendelse av måling av nøytroner eller nøytronindusért. gammastråling i et borehull for å bestemme f.eks. tidsforsinkelseskarakteristikken for nøytroner med mindre energi-innhold i jordformasjonene. Disse målinger har vist å være særlig verdifulle ved bestemmelse av jordformasjoner som omgir borehull. Ved begge disse fremgangsmåter føres måleutstyret gjennom borehullet idet det anvendes en pulset- nøytron-kilde med høyt energi-innhold (14 MEV). I det første tilfellet pul-ses nøytronkilden gjentatte ganger. For hver nøytronpuls injiseres en sky av nøytroner stort energi-innhold i et symmetrisk område rundt kilden i detomgivende jordformasjoner. Denne nøytronsky passerer på sin vei fra kilden til jordformasjonene boreslammet, borehullkappen og sementen mellom borehullkappen og borehullet. Hver av disse nøy-tronpulser har tilnærmet konstant styrke og har en varighet på ca. 20-30 mikrosekunder som er tilstrekkelig til å danne nøytroner med mindre energi-innhold i jordformasjonene. Antallet nøytroner med mindre energi-innhold i denne sky avtar eksponentielt som følge av deres opptak ved kjerneomdanning. Etter en innføringstid (ca. 300 mikroåek-under) i løpet av hvilken resulterende gammastråleradioaktivitet som opptrer i borehullet, borslammet og borehullkappen hovedsakelig er forsvunnet,'foretas målinger av antallet nøytroner som har fått mindre

.energi-innhold i omgivelsene av måleinnretningen under to etter hverandre følgende tidsintervaller for å bestemme den eksponentielle fall-kurve. for nøytroner med mindre energi-innhold i jordformasjonen. De to tidsintervaller kan f.eks. ligge mellom 400 og 600 mikrosekunder

resp.' 700 til 900 mikrosekunder. Hvis man ser bort fra diffusjons-effekt, kan forholdet for reduksjon av nøytroner med mindre energi-innhold i et homogent medium med et makroskopisk opptakstverrsnitt Z uttrykkes:

hvor N, = åntallet nøytroner med lite energi-innhold i et første punkt på tidspunktet

Ng = antallet nøytroner med lite energi-innhold i et

etterfølgende punkt på tidspunktet

e = den naturlige logaritme

T = tiden mellom de to målinger (T2- T )

v = hastigheten av nøytronene med mindre energi-innhold.

Det makroskopiske opptakstverrsnitt Z for sten er avhengig av dets porøsitet, tilstedeværende vanns saltgehalt og meng-den og typen av olje i porene og således kan en verdifull måling opp-nås .

Når nøytroner med stort energi-innhold fra en kilde påvirker materialer eller media i borehullet og de omgivende jordformasjnner eller media, bremses de ned eller taper energi. En viktig faktor for nedbremsing av nøytronene er hydrogen som er lett tilgjengelig i vann og hydrokarboner. Etter at hurtige nøytroner er bremset ned, opptas de i kjerner i formasjonene, hovedsakelig klor, og frembringer karakteristisk opptaksgammastråling før de inntar en sta-bil tilstand. Det er denne opptaksgammastråling som detekterer i løpet av de to, forskjellige tidsintervaller. Antallet slike gammastråler som detekteres er proporsjonal med nøytronskyen med mindre energi-innhold som befinner seg rundt måleutstyret. Alternativt kan selve nøytronene med lite energi-innhold detekteres i løpet av disse inter-valler ved anvendelse av HE eller andre nøytrondetektorer, hvis ønskelig. Ved fastsatte tidsportmålinger kan således opptakstverrsnittet Z bestemmes.

En annen fremgangsmåte for måling av falltiden for nøytroner med mindre energi-innhold eller nøytronenes levetid, bruker den resiproke verdi av det makroskopiske opptakstverrsnitt Z 1" å betegnes med x (tidskonstanten for absorbsjon av nøytroner med mindre energi-innhold). Et forhold kan således defineres uttrykt i t :

hvor N = tettheten av nøytronene med lite energi-innhold på et tidspunkt T.

Nq = tettheten av nøytronene med mindre energi-innhold på begynnelsestidspunktet T .

e = den naturlige logaritme

x = den tid som er nødvendig for en nøytronsky med mindre energi-innhold å falle til l/E av sin verdi ved T .

o

Måleutstyret som anvendes i dette andre tilfelle teller opptak av gammastråling i løpet av to etter hverandre følgende tidsintervaller, for å bestemme, fallkurven hvor målingens to tidsintervaller defineres som en funksjon av verdien x som måles i virkelig-heten, idet verdien x anvendes for å. fastslå nøytronskyens bredde, intervallet mellom målingene og måleintervallene.

Begge disse, fremgangsmåter bestemmes falltiden for nøytroner med mindre energi-innhold som funksjon av tiden etter et nøytronbombardement med hovedsakelig konstant styrke. I. foreliggende oppfinnelse derimot, er målingene basert på, frembringelse av nøytroner med stort energi-innhold: fira en styrkemodulert kilde og faseforholdet til den resulterende nøytronsky med mindre energi-innhold definert ved gammastråling ved opptak av nøytroner med mindre energi-innhold.

Ved foreliggende oppfinnelse omfatter et bore-hullmåleutstyr en styrkemodulert kilde, for hurtige nøytroner, en detektor, for langsomme nøytroner, og en gammastråledetektor. Nø#-tronkilden frembringer en hovedsakelig harmonisk varierende sky av hurtige elektroner som funksjon av tiden, og som bombarderer media som omgir borehullet. Nøytronskyen.med mindre energi-innhold som er resultatet av bremsing av de hurtige nøytroner i de omgivende media, og som i seg selv omfatter en fasekohærent nøytronsky som detekteres av gammastråledetektoren (som befinner seg i en avstand for dette for-mål). Den relative fasevinkel for denne nøytronsky med mindre energi-innhold (som er styrkemodulert) i forhold til skyen av hurtige nøy-troner som leveres av nøytronkilden måles. Nøytrondetektoren befinner seg i avstand fra kilden for å detektere hovedsakelig nøytroner med mindre energi-innhold som tilskrives borehullet. Fasen for nøytron-skyen med mindre energi-innhold i forhold til den styrkemodulerte nøy- tronkilde måles. Den sammensatte fasevinkel målt i gammastråledetektoren (som kan tenkes som en kombinas j on. av en formasjonskom-ponent og en borehullkomponent) i forhold til nøytronkilden bestemmes av reaksjonen i gammastråledetektoren. Pasevinkelen for borehullkomponenten i forhold til nøytronkilden bestemmes fra reaksjonen av detektoren for nøytroner med mindre energi-innhold. Når fasevinkelen for borehullkomponenten subtraheres fra fasevinkelen for den samlede komponent, for borehull og, formasjon, vil den resulterende fasevinkel alene være formasjonskomponentens fasevinkel. Fas.evink&éne bestemmes ved å kombinere telling fra då to ovenfor nevnte detektorer på spesi-ell måte for å utlede tangensverdiene av fasevinkelen. Fra tangensverdien for fasevinkelen kan fallsiden x eller den tilsvarende makroskopiske opptakstverrsnittsverdi £ for formasjonenes nøytroner med mindre energi-innhold bestemmes.

Systemet for detektrering av falltiden for formasjonens nøytroner med mindre energi-innhold eller opptakstversnitts-verdiene omfatter et måleutstyr i borehullet for å tilveiebringe positive, sterkt toppede elektriske pulssignaler som representerer radio-aktiv teÆling fra en gammastråledetektor, en positiv stor synkroniseringspuls, for hver periode av styrkemodulerte hurtige nøytronér og negative sterkt toppede elektriske pulser som representerer nøytroner med mindre energi-innhold detektert ved hjelp av detektoren for nøy-troner med mindre energi-innhold. På jordoverflaten omfatter appa-ratet en registreringsinnretning for opptegning av målingene §om funksjon av borehullets dybde. Målingene nede i borehullet er atskilt slik at gammastråletellesignalene leveres til en behandlingskrets, og tellesignalene for nøytroner med mindre energi-innhold leveres til en andre behandlingskrets. Den første behandlingskrets bestemmer tangens til den ovenfor nevnte sammensatte fasevinkel, mens den andre behandlingskrets bestemmer tangens til fasevinkelen som tilskrives komponentene i borehullet. Den korrigerte tangensverdi for komponentene i jordformasjonen bestemmes ved subtraksjon av tangensverdien til borehullets komponentfasevinkel, fra tangensverdien for den sammensatte fasevinkel. Fra komponentverdien for jordformasjonene kan opptakstverrsnittet eller falltiden for nøytroner med mindre energi-innhold bestemmes og registreres.

De enkelte trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av de etterfølgende patentkrav.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere

under henvisning til tegningene.

Fig. 1 viser skjematisk et lengdesnitt gjennom

et borehull i jordformasjoner og målemetode og utstyr ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser i perspektiv en nøytronkilde for utstråling av styrkemodulerte nøytroner med stort energi-innhold. Fig. 3 viser en periode av nøytronutstrålingen hvor strålestyrken er tegnet opp som funksjon av tiden. Fig. 4 viser en periode av reaksjonen av nøy-troner med mindre energi-innhold tegnet opp med styrken som funksjon av tiden og i tidsforhold til kurven på fig. 3. Fig. 5 viser et blokkskjema for utstyret på jordoverflaten for behandling av signaler som er utledet med måleutstyret nede i borehullet. Fig. 6. viser i større detalj apppratet på fig. 5. Fig. 7 viser tidsforholdet av de elektriske signaler i forhold til de hurtige og langsomme nøytroner. Fig. 1 viser et borehull 10 i jordformasjonene 11, og borehullet kan være foret med en rørformet kappe som er inn-støpt i borehullet. En måleinnretning eller sonde 12 føres ned i borehullet 10 ved hjelp av en armert elektrisk kainel 13 som på jordoverflaten er spolet opp på en spole 14. En elektriske eller mekanisk mekanisme av vanlig konstruksjon er vist med strekede linjer 16 og overfører borehullsdata fra en blokkskive 16A til utstyr 15 som funksjon av måleinnretningens 12 dybde i borehullet. Målingene som foretas av måleinnretningen 12 kan overføres via kabelen 13 til utstyret 15, og der opptegnes på vanlig registreringsinnretning som funksjon av måleinnretningens dybde i borehullet.

Måleinnretningen 12 omfatter i den nedre ende et neseparti 12A, en nøytronfrembringende kilde 12B, en strålingsskjermet del 12C, en detektor .12D for nøytroner med mindre energi-innhold, en gammastråledetektor 12E og en elektronisk del 12F. Nøytrondetektoren 12D kan være basert på HE^ eller BF,3.Gammadetektoren 12E kan være et NaJ(Tl)-krystall som er optisk koplet med en fotomultiplikator. I den elektroniske del 12F er energiforskyning, en synkroniseringspulsgene-rator og signalnivådetektorer for frembringelse av elektriske signaler som representerer gammastrålingen og tellesignalene for nøytroner med lite energi-innhold fra detektorene 12D og 12E.

Energi til måleutstyret nede i borehullet leveres via ledere i den armerte kabel 13 fra utstyret 15 på jordoverflaten. Den armerte kabel kan være en vanlig flerledekabel eitler kan være en armert koaksialkabel. Nøytroner med mindre energi-innhold som er detektert av detektoren 12D tilføres kabelens ledere, for overføring til jordoverflaten som negative skarpt toppede spenningspulser frembrakt av den elektroniske del 12P. Gammastråler detektert ved hjelp av detektoren 12E tilføres kabelens ledere for overføring til jordoverflaten som positive^ skarpt toppede spenningspulser som frembringes i den elektroniske del 12F. En positiv puls med større amplitude over-føres også som synkroniseringspuls fra den elektroniske del 12P en

gang for hver hele periode av den harmoniskestyrkemodulerte kilde 12B.

Nøytronkilden 12B er fortrinnsvis en deutrium, tritium akselerator. Denne nøytronkilde akselererer deutronioner inn i et målmateriale som er impregnert med tritium. Deutriumionene leveres av et opptaksmateriale som vanligvis omfatter et materiale impregnert med deutrium og som avgis ved oppvarming. Deutriumatomene som tilveiebringes på denne måte tilføres en ionekilde som omfatter et område i røret i hvilket elektriske felter er tilveiebrakt for å ionisere deutriumet fra opptaksmaterialet og fokusere positive ioner inn i en. stråle som er egnet for akselerering inn i målmaterialet,som holdes på et høyt negativt potensial. Ionekilden er forsynt med en elektrodestruktur analogt med et vanlig trioderør og har et element som er analogt med styregitteret i et slikt rør. Ved å påtrykke en spenning som varierer med tiden på dette styregitterelement, kan den resulterende nøytronutstråling fra akseleratorrøret moduleres, for å gi en harmonisk varierende styrke av nøytronstrålingen.

Hvis det er ønskelig å anvende en mekanisk kilde heller enn en døuterium-tritium akselerator, kan det alternativte anvendes en kilde som vist på fig. 2. En sylhdrisk kjerne 20 av beryllium er anordnet for rotasjon om sin akse 21 drevet av en motor 22 med konstant vinkelhastighet. På den ytre overflate av beryllium-kjernen er det anordnet to i lengderetning forløpende segmenter 2 3 av nikkel, som hver dekker 90° i diametralt overfor hverandre liggende kvadranter. Konsentrisk om aksen 21 er anordnet en rørformet ytre kappe 23, som er stasjonær i forhold til kjernen 20. Diametralt an-brakt på innersiden av kappen 23 befinner det seg segmenter 25 av plutonium 238 eller aktinium 227. Segmentene 25 dekker hver 90° og befinner seg i diametralt beliggende kvadranter. Segmentene 25 og 23 er slik at de beveges med konstant hastighet forbi hverandre på

en jevn, harmonisk funksjon, slik at alfapartikler jevnt og harmonisk emitteres fra det radioaktive element og når beryllium. Ved rota-

sjon av kjernen 2 0 frembringes en styrkevariert nøytronsky som funksjon av tiden, og som er harmonisk styrkemodulert.

For bedre forståelse av oppfinnelsen, skal det først gis en første forklaring av dens grunnleggende prinsipper. I denne forklaring foretas visse forenklede antakelser for å lette analysen. F.eks. antas det at en romfordelt kilde av nøytroner med mindre energi-innhold dannes i jordformasjonene som følge av bombardementet fra nøytronkilden med stor energi. Bremsetiden Xg. for de hurtige nøy-troner som leveres av kilden antas å være betydeligere kortere enn falltiden x for nøytroner med mindre energi-innhold. Denne antakel-se er gyldig f.eks. i væskemettet sand med stor porøsitet.

Den nedenfor angitte differensialligning for tids-endrihgene for nøytronskyen N med mindre energi-innhold i jordforma-sj onene kan fra elementære prinsipper være:

hvor N o= det midlere antall hurtige elektroner som frembringes.

<5 NQe = antallet hurtige nøytroner som varierer harmonisk med t ved en frekvens W.

N = tettheten av nøytronskyen med lite energi-innhold. X = l/x hvor x er falltiden for nøytronene med mindre energi-innhold. er nedbremsningstiden for et nøytron.

hvor v er. frekvensen for den styrke-

modulerte hurtige nøytronkilde, og T er dens tids-periode.

Løsningen ifølge uttrykket (3) for tettheten av nøytronskyen med mindre energi-innhold som funksjon av tiden N(t) kan skrives:

hvor $ representerer verdien av en fasevinkel for styrken av nøy-

troner med mindre energiinnhold i jordformasjonene i forhold til styrken av neutronkilden. ^Denne fasevinkel kan ansees som en- tids-forsinkelse som skyldes dannelsen av neutronskyen med mindre energi-innhold fra de hurtige neutroner som er en funksjon- av jordforma-sj onenes egenskaper med hensyn på neutroner med mindre energi-innhold.

Fasevinkelen $ som tettheten av skyen av neutroner med mindre energiinnhold ligger etter styrken av neutronkilden kan uttrykkes :

Uttrykket (5) kan anvendes for å utlede en.måling for falltiden x for neutronene med mindre energiinnhold ved passering av j ordf ormas j onene ved måling av fas.evinkelen $. Bestemmelse av falltiden x ved en. fasevinkelmåling er i foreliggende oppfinnelse foretrukket fordi bakgrunnsstråling automatisk tas med i betraktning slik det vil fremgå av det nedenstående.

Verdier for fasevinkelen $ som kan ventes for. forskjellige frekvenser av neutronkilden og falltiden for neutronene med mindre energiinnhold er vist i tabell 1. Av denne tabell fremgår at lavere driftsfrekvens resulterer i et videre dynamisk område for fasevinkelmålingene.

Som et praktisk kompromiss mellom dynamisk område og størrelsen av faseforskyvningen, er en modulasjonsfrekvens på ca.

400^Hz og foretrekkes i forbindelse med foreliggende oppfinnelse. Det er imidlertid klart at andre modulasjonsfrekvenser eller bølgeformer en ren sinusform kan anvendes med lignende resultat og kan under bestemte forhold være å foretrekke.

Ved måling i borehull i praksis må innvirkningen av borehullets omgivelser også tas med i betraktning. Fasevinkelen $ som virkelig måles av måleutstyret er en sum av komponenter for borehullet og formasjonene, nemlig:

hvor R er den sammensatte amplitude av styrken av nøytronene.med mindre energiinnhold ved en fasevinkel i forhold til kilden Rg er amplituden av borehullkomponenten i styrken av nøytronene med mindre energiinnhold.

Rjjer amplituden av j ordformasjonskomkponenten i styrken av nøy-tronene med mindre energiinnhold.

$B er fasevinkelen som skyldes borehullkomponenten rer fasevinkelen som skyldes jordformasjonskomponenten.

Tangens for fas.evinkelen$ uttrykt ved resultanten av borehullkomponenten og jordformasjonskomponenten kan skives:

For de fleste vinkler som kommer i betraktning og frekvenser under 500Hz og som angitt i tabell II, kan forholdet

settes lik 1 uten at. feilen blir større enn noen få prosent.

Derfor kan uttrykket (7) med tilnærmelse skrives:

Når tangens $ nærmer seg tangens $p vil forholdet være lite sammenlignet med tangens $ . Falltiden for nøytroner med mindre energiinnhold i borehullkomponenten har vært målt i et typisk borehull på Gulf-kysten til en middelverdi på va. 35 mikrosekunder hvilket resultrer i en meget liten tangens $R. For å eliminere, feil som følge av borehullkomponenten, bør, forholdet måles samtidig med tangens $ fordi X er avhengig av porøsiteten. Forholdet X kan gjøres mindre ved å øke avstanden mellom nøytronkilden og detektoren som vist på tabell II, for PuBe - nøytroner og en AnJ (TL) på 5 x 10 cm i ferskvanns kalksten og kapslet borehull fylt med ferskvann.

Forbedringen av målingen av riktig fasevinkel for jord-formas j onene med avstand og reduksjon av X er vist i tabell III for kalkformasjonen i tabell II med 25.5% porøsitet.

Fra detaljerte studer av måling av klorborehull ved anvendelse av en NaJ(Te) -gammadetektor har det vist seg at gamma-komponenten som skyldes borehullets omgivelser i forhold til den samlede detektorreaksjon er direkte proporsjonal med nøytronstrømmen med mindre■energiinnhold inne i borehullet. Nøytronstrømmen med mindre energiinnhold i borehullet bestemmes ved en særskilt måling med en detektor for nøytroner med mindre energiinnhold som f.eks.

en He^- eller BF^- teller. Ved å anvende riktig kalibrering kan borehullkomponenten Rg i gammadetektormålingen subtraheres ved anvendelse av målingen av nøytroner med mindre energiinnhold, slik at man bare får. formasjonskomponenten R_. Borehullkomponentens fasevinkel $g kan også utledes fra målingen av borehullkomponenten. Når således Rg, Rp og $g er bestemt, kan den sanne, fasevinkel $p for jordformasjonene utledes fra den samlede fasevinkel $ , som er den sammensatte, fasevinkel for borehullkomponenten og jordformasjonskomponenten. Verdien av tangens $p kan utledes fra uttrykkene (7) og (8). Med verdien for tangens $p kan falltiden for nøytronene med mindre energiinnhold i jordinfområsjonene bestemmes fra uttrykket (5).

Det makroskopiske opptakstverrsnitt E. for nøytroner med mindre energiinnhold er en funksjon av falltiden xfor nøytroner med mindre energiinnhold og kan defineres som:

hvor x er i mikrosekunder og E er i cm. 2 /cm 3.

Falltiden for nøytroner med mindre energiinnhold i borehullkomponenten er vanligvis liten og praktisk talt konstant i et borehull som følge av jevnheten i borevæsken. Denne størrelse er ofte ogåå meget lik fra borehull til borehull i et visst geografisk område. I dette tilfellet er det ikke nødvendig å måle tangens $B og en representativ'verdi•for et spesielt geografisk område kan anses som en kalibreringskonstant.

Tangens.til fasevinklene $ og $ g måles ved å telle gammastråler som representerer opptaket av nøytroner med mindre energi-innhold og nøytroner med mindre energiinnhold som representerer strømmen av nøytroner med mindre energiinnhold i borehullet resp.

i løpet av etter hverandre følgende kvadranter av modulasjonsperioden for nøytronkilden. Fig. 3 viser en fullstendig styrke-modulasjonsperiode for nøytronkilden ved kurven N. Detektorkurven D er vist på fig. 4. Tidspunktet tQer begynnelsespunktet for . nøytronkildens strålingsperiode. I løpet av tidsintervallet tQ- t^. som er 1/4 av nøytronkildens modulasjonsperiode, blir telleverdien C-^fra detektoren akkumulert i en teller. For hver etter hverandre følge kvadrant, nemlig tidsintervallene t^ - t2,t2 -<t>^ og t-^ - t^ akkumuleres de tilsvarende telleverdier C2, C-^ resp. Cj. i

andre tellere. Paseforskyvningen mellom detektorkurven D og strålingskurven N for strålingskilden er en funksjon av tiden og fasevinkelen $ hvor

Tangensverdien av fasevinkelen. for detektorkurven D i forhold til kildekurven N er gitt ved uttrykket:

Av uttrykket (11) er det klart at enhver bakgrunn som skyldes naturlig radioaktivitet med en halveringstid vesentlig lengre enn nøytronkildens modulasjonsperiode automatisk sjaltes ut fra målingen. Dette skyldes at bakgrunnen fordi den har en lengre periode enn modulasjonen, kan betraktes som hovedsakelig konstant i hver tidskvadrant av modulasjonsperioden.

Pig. 5 viser et databehandlingsutstyr for av den sammensatte fasevinkel . $og borehullkomponentens fasevinkel $ g, å bestemme forholdet mellom borehullkomponenten og den sammensatte komponent

., falltiden x for nøytroner med mindre energiinnhold eller det makroskopiske opptakstverrsnitt Z. Dette utstyr 15 befinner seg på jordoverflaten på fig. 1. Den samlede jordformasjonskomponent RP+ RB>borehullkomponenten Rg og forholdet

er også bestemt.

Falltiden x for nøytroner med mindre energiinnhold for de samlede omgivende media bestemmes i en første behandlingskanal 30. FalltidenXg for borehullkomponenten bestemmes i en andre behandlingskanal 31. Størrelsen av den samlede jordformasjonskomponent R^+ Rg bestemmes i en tredje kanal 32. Størrelsen av borehullkomponenten Rgbestemmes i en fjerde kanal 33.

Som vist på'fig. 5 omfatter spenningssignalene synkroniseringspulsene med stor positiv verdi fra 12F på fig. 1, positive spenningspulser som representerer gammastrålemålingene. fra detektoren 12E på fig. 1 og negative pulser som representerer målinger av nøytroner med mindre energiinnhold fra detektoren 12 D på fig. 1,

og disse tilføres pulsseparatoren 4-0 hvor de positive synkroniseringspulser med stor amplitude<p>g gammastråledetektorens pulser med mindre positive amplituder skilles fra pulsene fra detektoren for nøytroner med mindre energiinnhold på basis av polaritet ved an-

vendelse av en diodelogikk. Synkroniseringspulsene og gammastrålepulsene tilføres en pulsforsterker 4l for forsterkning. En pulshøydeanalysator på 42 er forbundet med utgangen fra forsterkeren 41 og skiller gammastrålepulsene ut på basis av amplituden. Utgangen fra analysatoren 42 er via en ledning 43 forbundet med kanalene 30 og 32 når videre behandling,■skal foretas. Por tids-bestemmelse er også en annen pulshøydeanalysator 44 forbundet med forsterkeren 4l og skiller ut på basis av amplituden synkroniseringspulsene som leveres på en utgangsledning 45. Synkroniseringspulsene på ledningen 45 anvendes for synkronisering av tidsportkretser 46

og 47 som leverer utgangssignaler for styring av dataportkretser i bestemte tidsintervaller i forhold til modulasjonsperioden. En synkroniseringspuls frembringes for hver periode av modulasjonsperioden bak generatoren 12B på fig. 1, som tidligere nevnt.

Gammastrålepulsene fra- analysatoren 42 tilføres via ledningen 43 til en inngang i OG-portkretsen 50. Tidsportkretsen 46 styrer også OG-portkretsen 50 i etter hverandre, følgende gamma-strålepulser i løpet av fire like tidskvadranter som ligger mellom tidspunktene tQ'og t1, t- L og t2, t2og t-^, t^og t^(se fig. 4). Telleverdiene i disse tidsintervaller er C^, C2, CLog C^. Por en periode av den modulerte nøytrongenerator svarer tidsintervallene til 90° eller en kvadrant av per&dden. I den første kanal 30 blir den detekterte gammatelleverdi delt i fire like tidskvadranter og synkronisert med den modulerte nøytrnngenerator. fra tidspunktet

V

OG-portkretsen 50 leverer pulsede telleverdier C.^ og Cj.

til en logisk krets 51 som leverer pulser enten til oppovertelleinngangen eller nedovertelleinngangen- i en oppover- nedover-

teller 52. Telleverdiene og C^tilføres oppovertelleinngangen i telleren 52 og summeres således algebraisk. Den logiske krets 51' leverer telleverdien C2og til nedovertelleinngangen i telleren 52 slik at telleverdiene C2og subtraheres algebraisk fra telleverdiene CL + C^. I løpet av en periode svarende til en modulasjonsperiode, vil telleren 52 således algebraisk summere telleverdiene C 1 og Cjj og subtrahere telleverdiené C2og C-, og derved danner telleren i den høyre del av uttrykket (10).

På samme måte styres OG-portkretsen 50 av tidsportkretsen

46 og en logisk krets 53 for levering av pulsene C1 og C2til oppovertelleinngangen i telleren 54 som summerer datapulsene C1 og C*2. De logiske krets 53 leverer også pulsene ..og CL til nedover telleinngangen i telleren 54 og pulsene C^og Cj, subtraheres algebraisk fra pulsene og Cg. Resultatet er å akkumulere nevneren i uttrykket (10) i telleren 54. Tellerne 52 og 54 har tilhørende dekodere 55 og 56 som avleser telleverdien i tellerne ved mottakning av et overføringssignal. Por å oppnå et over-førings signal , er utgangsledningen 45 fra synkroniseringsanaly-satoren 44 forbundet med en teller 57 A som teller synkroniseringspulsene. Etter mottakning av et forhåndsbestemt antall perioder betjener telleren 57A en monostabilkrets 58A for å bevirke et overføringssignal til hver av dekoderne 55 og 56. Samtidig vil

den monostabile krets 58 påvirke en tilbakestillingskrets 59A for

v tilbakestilling av atellerne 52 og 54. Hver av dekddérne 55 og 56

er forbundet med en digital-analogomformer 57 resp. 58 for omforming av digitale tall til analoge signaler. Omformerne 57 og 58 er med sin utgang forbundet med en forholdskrets 59 som deler verdiene, fra tellerne. Porholdskretsens utgangssignal er da et uttrykk for tangensverdien av fasevinkelen for summen av borehullkomponenten og jordformasjonskomponenten. Som nevnt ovenfor er tangensverdien av fasevinkelen gitt ved uttrykket :

En integrator 60 mottar det analoge utgangssignal og leverer et utgangssignal til en analogregistreringsinnretning 6l. Registrerings'innretningen 6l registrerer tangensverdien av fasevinkelen

direkte eller ved omforming, falltiden t eller opptakstverrsnittet

Z .

Utgangssignalet fra analysatoren 42 tilføres også via ledningen 43 til en krets 65 i kanalen 32 som akkumulerer summen av pulsene C-^til C^fra jordformasjonen og opp borehullet. I

et andre intervall frembringes en synkroniseringspuls på ledningen 66 for å påvirke en overføringskrets 67 som betjener en dekoder 68. Dekoderen 68 avleser telleverdien i telleren 65 og tidspunktet for overføringspulsen. Utgangssignalet fra dekoderen 68 tilføres en digital-analogomformer 69 hvis utgangssignal er et analogt signal som funksjon av gammatellingen og dette tilføres en differensialforsterker 70. På dét tidspunkt da overføringspulsen frembringes i overføringskretsen 67 blir en tilbakestillingskrets 71 påvirket for tilbakestilling av telleren 65. Utgangssignalet fra- digital-analogomformeren 69 representerer den samlede størrelse av jordformasjonskomponenten og borehullskomponenten R^+ Rg.

Nøytronpulsene med mindre energiinnhold leveres fra separatoren 40 til pulsforsterkeren 58 som mater pulser til en analysator 49. Utgangssignalet fra analysatoren 49 tilføres en inngang i OG-portkretsen 72. Tidsportkretsen 47 styrer OG-portkretsen 72. for i'®tur og orden å levere pulstelleverdiene cj_ »^ 2, Cj,°S Cjj i fire like tidskvadranter på samme måte som beskrevet ovenfor.

OG-portkretsen 72 leverer pulser som er detektert under intervallene og C^til den logiske krets 73 som leverer pulser til oppover-telleinngangen i telleren 74. Telleren 74 summerer datapulsene og Cg. OG-portkretsen 72 leverer også pulsene Cg og C^til den logiske krets 73 som leverer pulser til nedovertelleinngangen i telleren 74. Pulsene Cg og C^subtraheres algebraisk i telleren 74 fra pulsene C^ og C^.

OG-portkretsen 72 leverer også pulsene. C^ og Cg til

en logisk krets 75 som leverer pulsene til oppovertelleinngangen og nedovertelleinngangen i en oppover-nedoverteller 76. Telleren 76 summerer datapulsene C^ og Cg som tilføres oppovertelleinngangen.

Den logiske krets 75 leverer pulsene C^og C^til nedovertelleinngangen i oppover-nedovertelleren 76 og pulsene C^og C^ subtraheres algebraisk fra pulsene C1 og Cg. Tellerne 74 og 676 er. forbundet med hver sin dekoder 77 og 78 som avleser telleverdien i tellerne ved mottakning av et overføringssignal. For å oppnå overføringssignalet er utgangsledningen 45. fra analysatoren 44 forbundet med en teller 80 som teller synkroniseringspulsene ved mottakning av et forhåndsbestemt antall perioder og betjener en monostabil krets 8l som leverer et overføringssignal til hver "av dekoderne 77 og 78. Samtidig betjener den monostabile krets 8l en tilbakestillingskrets 82

for tilbakestilling av tellerne 74 og 76. Hver av dekoderne 77 og 78 er forbundet med en digital-analogomformer 8l og 82 som omformer

digitalverdien til et analogsignal. Digital-analogomformerne 8l og

82 er med utgangen forbundet med en forholdskrets 83 som deler

verdiene fra de to tellere. Utgangssignalet er tangensverdien for fasevinkelen $g for borehullkomponenten ifølge uttrykket (10).

En integrator 84 mottar det analoge utgangssignal og leverer et utgangssignal til en aralogregistreringsinnretning 85.

Utgangssignalene fra analysatoren 49 tilføres også via ledningen 90 til en kanal 33 med en teller 91 som summerer telle verdien fra detektoren for nøytroner med mindre energiinnhold. I et andre intervall frembringes en synkroniseringspuls på ledningen 66 som påvirker overføringskretsen 92 som igjen påvirker dekoderen 91.

Dekoderen 91 avleser telleverdien i telleren 90 på tidspunktet

for overføringspulsen. Utgangssignalet fra dekoderen 91 tilføres en digital-analogomformer 94 hvis utgang leverer et analogt signal som funksjon av tellingen av nøytroner med mindre energiinnhold, til en analog multiplikator 95. Multiplikatoren har en justerings-krets 96 som gir en multipliserende funksjon. Utgangssignalet. fra multiplikatoren 95 tilføres, via en ledning 97 til differensialfor-sterkeren 70 og til en analog forholdskrets 98. Differensialfor-sterkeren 70 kombinerer funksjonene for FL, + FL, fra digital-analogomformeren 69 og RB. fra multiplikatoren 59, og leverer en

funksjon Rp. •Forholdskretsen 98 tilføres forholdet

og leverer

denne verdi til en registreringsinnretning 99.

Utgangssignalet fra integratoren 60 representerer tangensverdien for vinkelen $ mens utgangssignalet fra integratoren 85 leverer tangensverdien for vinkelen $B<Disse to utgangssignaler kombineres i en differensialforsterker 86 som leverer et utgangssignal som representerer differensen av tangensverdiene for vinkelen $ og $gOg differensverdien registreres i en registreringsinnretning 87.

Tangensverdien for vinkelen 0„ er:

som bestemmes ved kombinering av signalet __B fra forholdskretsen 98 med tangensverdien. for vinkelen F $ - tangensverdien for vinkelen $g fra forsterkeren 86 i en multiplikator 88. Utgangssignalet fra multiplikatoren 88 adderes til utgangssignalet fra integratoren 60 i en summeringskrets 89. .Utgangssignalet fra summeringskretsen representerer tangensverdien for vinkelen $p som opptegnes på en registreringsinnretning 89A.

Fig. 6 viser i detalj tidsportkretsen 46, OG-portkretsen 50, de logiske kretser 51 og 53 og tellerne og dekoderne. Lignende anordninger kan anvendes i de andre kanaler. Et synkroniserings-signal 100 (se fig. 7) tilføres hver av de fire tidsportkretser 46A - D som i tur ogOKden leverer portpulser 101 til 104 for hver 90° av modulasjonsperioden for nøytrongeneratoren (kurve N). Port- pulsene leveres til OG-portkretsene 50A-D. Opptreden av port-pulsene 101-104 åpner i tur og orden OG-portkretsene 50A-D for overføring av telleverdiene som opptrer i tidsrommene, for de

logiske kretser 51 og 53. De logiske kretser 51 og 53 er ELLER-portkreteer. En ELLER-portkrets 51A er forbundet med oppovertelleinngangen i en teller 52, mens en ELLER -portkrets 51B er forbundet med en nedovertelleinngang i telleren 52. Oppovertelleingangen i telleren 54 er forbundet med en ELLER-portkrets 53A, mens nedovertelleinngangen er. forbundet med en ELLER-portkrets 53B. OG-portkretsen 50A er forbundet med inngangen i ELLER-portkretséne 51A og 53A. OG-portkretsen 50B er forbundet med inngangen i ELLER-portkretsene 51B og 53A. OG-portkretsen 50C er forbundet med ELLER-portkretsene 51B og 53B. OG-portkretsen 50D er forbundet med ELLER-portkretsene 51A og 53B. ELLER-portkretsen 51A leverer således summen av CLog Cntil telleren 52, ELLER-portkretsen 51B leverer subtraksjonen av telleverdiene Cg eller C-^til telleren 52, ELLER-portkretsen 53A leverer summen av telleverdiene C^eller C^til telleren 54, og ELLER-portkretsen 53B leverer subtraksjonen av telleverdiene C^eller C^til telleren 54.

Tellerne 52 og 54 er forbundet med dekoderne 55 go 56. Telleverdien i en teller avleses av dekoderne 55 og 56 når det mottas en overføringspuls og tellerne tilbakestilles så av en tilbakestillingspuls. Ovefføringspulsene frembringes i samsvar med synkroniseringspulsene. Synkroniseringspulsene fra analysatoren 44 tilføres telleren 57A som teller synkroniseringspulsene. En', bryter 57B bestemmer antallet perioder eller synkroniseringspulser som er ønskelig før en overføringspuls. Bryteren 57B betjener en monostabil krets som frembringer en ovefføringspuls for hver dekoder 55 og 56 og trigger en tilbakestillingskrets 59 som leverer en tilbakestillingspuls til tellerne 52 og 54.

Som ovenfor nevnt beveges en måleinnretning 12 gjennom borehullet ved hjelp av en armert kabel 33. Utstyret 15 på jordoverflaten 15 anvendes en registreringsinnretning med bånd eller analogt opptegningsmedium f.eks. drevet av kabelens bevegelse, for å levere en registrering som funksjon av tiden. Måleinnretningen har en strålingskilde 12B for nøytroner med stort energiinnhold og denne styremoduleres for bestråling av det omgivende media.

Måleinnretningen omfatter en detektor 12D for nøytroner

med mindre energiinnhold og en ved siden av anordnet.gammastråle-

detektor 12E. Gammadetektoren 12E reagerer på gammastråler fra opptak av nøytroner med mindre energiinnhold fra de omgivende media og omfatter en komponent som tilskrives borehullet og en komponent som tilskrives jordformasjonene. Detektoren 12D for nøytronene med mindre energiinnhold reagerer på strømmen av nøy-troner med mindre energiinnhold i borehullet.

Por hver periode av nøytronstrålingen frembringes en synkroniseringspuls. Nøytrondetektoren frembringer negative, elektriske pulser som funksjon av nøytrontelling mens gammastråledetektoren leverer positive elektriske signaler som funksjon av opptak av nøytroner i de omgivende media. Disse elektriske signaler overføres til utstyret 15 på jordoverflaten.

I utstyret 15 skilles de elektriske pulser og nøytron-signalene tilføres en behandlingskanal og gammastrålesignalene tilføres en annen behandlingskanal. Matematisk kan tangensverdien av fasevinkelen bestemmes ved algebraisk behandling av telle-

og C1er telleverdiene som akkumuleres i hver kvadrant av strålingskildens modulasjonsperiode. Tangensverdien er basert på faseforskyvning av ,tettheten av nøytronene med mindre energiinnhold i forhold til tettheten av kildens nøytronutstråling og fra tangensverdien bestemmes, falltiden og opptakstverrsnittet.

Hver behandlingskanal er tidsstyrt av synkroniserings-pulsen og foretar behandling av funksjonen av tangensverdien for vinkélen $ ieet ønsket tidsintervall med multipla av kildéperioden.

Samtidig blir nøytronsignalene og gammasignalene tellet for hver annen periode og utgangssignalet tilføres en forholdskrets 98 slik at forholdet mellom borehullkomponenten Rg og jordformasjonskomponenten Rp kan bestemmes. Fasevinkelen og forholdet mellom borehullkomponenten og jordformasjonskomponenten kombineres for å utlede formasjonens fasevinkel og falltid eller opptakstverrsnitt som registreres.

HVis ønskelig kan borehullkomponenten Rg antas å være

en konstant og anvendes som inngangssignal i det ovenfor beskrevne forløp.

Claims (20)

1. Fremgangsmåte til undersøkelse av jordformasjoner som omgir et borehull, hvor det i borehullet kontinuerlig sendes ut nøytroner med stort energiinnhold som bombarderer omgivelsene av borehullet for å frembringe nøytroner med mindre energiinnhold,karakterisert vedat styrken av nøytronene med stort energiinnhold moduleres harmonisk for å modulere styrken av nøytronene med mindre energiinnhold som funksjon av tiden, og den tidsavhengige karakteristikk for nøytronene med mindre energi-innhold måles.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at målingen gjentas i forskjellig boredybde og de resulterende målinger registreres som funksjon av boredybden.

3.. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat de målte karakteristikker for nøytronene med mindre energiinnhold er fasen i forhold til nøytronene med stort ene rgi innhold.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisertved at karakteristikkene for nøytronene med mindre energiinnhold deles i fire like tidskvadranter målt som funksjon av tiden for hver gjentatt periode av de harmonisk modulerte nøytroner med stort energiinnhold, og at de målte karakteristikker for nøytronene med mindre energiinnhold kombineres for å utlede tangens for fasevinkelen mellom nøytronene med stort og mindre energiinnhold. .

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4 i avhengighet av krav2,karakterisert vedat. fasevinkelen omformes til en energifalltidverdi som registreres som funksjon av dybden i borehullet .

6. • Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4, i avhengighet av krav 2,karakterisert vedat fasevinkelen omformes til makroskopisk virkningstverrsnittsverdi som registreres £om funksjon av dybden i borehullet.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6,.karakterisert vedat målingen omfatter kontinuerlig detektering av nøytroner med mindre energiinnhold i de omgivende jordformasjoner og utledning av elektriske signaler som funksjon av detekteringen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7 i avhengighet av krav 3,karakterisert vedutledning av elektriske synkroniseringssignaler. for hver periode av nøytronene med modulert stort energiinnhold, og at synkroniseringssignalene og detekteringssignalene fra nøytronene med mindre energiinnhold kombineres, for å bestemme tidsforholdet mellom disse signaler.

9. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-8,.karakterisert vedat karakteristikken for nøytronkomponenten med mindre energiinnhold måles for seg.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9 i avhengighet av krav 4,karakterisert vedat karakteristikken for nøytron-komponenten med mindre energiinnhold i borehullet også deles i fire like tidskvadranter for .hver gjentatt periode av de harmoniske modulerte nøytroner med stort energiinnhold, og at tangenter til fasevinklene mellom nøytronene med stort energiinnhold og nøytron-komponenten med mindre energiinnhold i borehullet også utledes.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9 eller 10,karakterisert vedat karakteristikken for nøytronkomponenten med mindre energiinnhold i borehullet subtraheres fra karakteristikken for nøytronene med mindre energiinnhold i de omgivende jordforma- sj oner-, for å utlede karakteristikken for nøytronkomponenten med mindre energiinnhold som skyldes materialene i jordformasjonene.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11,karakterisertved at nøytronkomponenten med mindre energiinnhold for jord-formas j onene omformes til en representasjon av falltiden for materialene i jordformasjonene.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11,karakterisertved at nøytronkomponenten med mindre energiinnhold omformes til en representasjon av virkningstverrsnittsverdien for jord-formasjonsmaterialene.

14. Apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, omfattende måleutstyr for passering av borehullet inneholdende en kilde for kontinuerlig utsendelse av nøytroner med stort energi- .innhold i borehullet for bombardering av de omgivende materialer for. frembringelse av nøytroner med.mindre energiinnhold,karakterisert veden modulator for harmonisk modulering av styrken av nøytronene med stort energiinnhold for styrkemodulering av nøytronene med mindre energiinnhold som funksjon av tiden, en detektor for detektering av en tidsavhengig karakteristikk for styrken av nøytronene med mindre energiinnholld, og en måleinnretning for den detekterte karakteristikk.

15. Apparat ifølge krav 14, karakter, isert ved at måleinnretningen tjener til å bestemme fasen av karakteristikken for nøytronene med mindre energiinnhold i forhold til nøytronene med stort energiinnhold, omfattende hjelpemidler for å dele karakteristikken for nøytronene med mindre energiinnhold i fire like kvadranter for hver periode av nøytronene med stort energi-innhold, og anordning for beregning av tangentverdien av. fasen av karakteristikken i hver av kvadrantene.

166. Apparat ifølge krav 15,karakterisert ved at måleinnretningen omfatter en omformer for omforming av tangent-verdiene til falltidsverdier, og registreringsinnretning for opp tegning av falltidsverdiene som funksjon av dybden i borehullet.

17. Apparat ifølge et av kravene 14-16,karakterisert vedat detektoren omfatter en innretning for å utlede elektriske signaler som representerer summen av nøytroner med mindre energiinnhold som funksjon av tiden, at modulatoren leverer en elektrisk synkroniseringspuls for hver modulasjonsperiode, og at måleinnretningen omfatter en behandlingsinnretning for éignalene for å bestemme karakteristikken.

18. Apparat ifølge et av kravene 14-17,karakterisertved at detektoren også omfatter midler for særskiit detektering av nøytroner med mindre energiinnhold fra den umiddelbare.nærhet av borehullet og for levering av elektriske signaler som representerer nøytroner med mindre energiinnhold i borvæsken som funksjon av tiden, at måleinnretningen omfatter en andre behandlingsinnretning for de elektriske signaler som representerer nøytroner med mindre energiinnhold for bestemmelse av den tilsvarende karakteristikk for nøytronene med mindre energiinnhold i borehullet, og at måle innretningen også omfatter en innretning for subtraksjon av den sistnevnte karakteristikk fra karakteristikken, for nøytronene med mindre energiinnhold i jordformasjonene som omgir borehullet.

19. Apparat ifølge krav 14,karakterisert vedmåleutstyret omfatter en kilde for nøytroner med høyt energiinnhold, en detektor for nøytroner med mindre energiinnhold i avstand, fra den nevnte kilde, for bare å reagere på nøytroner med mindre energi-innhold som kan tilskrives borehullet, avskjerming for nøytroner med mindre energiinnhold mellom den nevnte kilde og detektoren, en gammastråledetektor i nærheten av den førstnevnte detektor for detektering av nøytroner med mindre energiinnhold i jordformasjonene som skyldes bremsing av nøytroner med høyt energiinnhold, og at måleinnretningen omfatter en innretning for mottakning av telling av nøytroner med mindre energiinnhold og synkroniseringspulser fra kilden for nøytroner med høyt energiinnhold og for å skille tellingene av nøytroner med mindre energiinnhold i atskilte signaler,, en første kanal for mottakning av tellingene av nøytroner med mindre energiinnhold, fra gammastråledetektoren og reagerer på synkroniseringspulser for kombinering av telling i samme tidskvadrant og for utledning av en fasefunksjon for kilden for nøytroner med høyt energiinnhold, en andre kanal for mottakning av telling av nøytroner med mindre energiinnhold fra detektoren for nøytroner med mindre energiinnhold og reagrer på synkroniseringspulsene for kombinering av telling i samme tidskvadrant og for utledning av en fasefunksjon for kilden, for nøytroner med høyt energiinnhold, 'og en innretning for å kombinere disse fasefunksjoner for å utlede en funksjon for jordformasjonene som omgir borehullet.

20. Apparat ifølge krav 19,karakterisert vedat måleinnretningen omfatter en innretning for å bestemme forholdet mellom tellingen av nøytroner med mindre energiinnhold, sammen med en innretning for kombinering av dette forhold med funksjonen for jordformasjonen. for å utlede en produktfunksjon, og en innretning for algebraisk summering av produktfunksjonen til jordforma-sj onfunksj onen.