NO822341L

NO822341L - METHOD AND APPARATUS FOR ANALYSIS OF BROWN FLUIDS USING PHOTO RADIATION

Info

Publication number: NO822341L
Application number: NO822341A
Authority: NO
Inventors: Philippe Chevalier
Original assignee: Schlumberger Ltd
Priority date: 1981-07-08
Filing date: 1982-07-05
Publication date: 1983-01-10
Also published as: FR2514139A1; CA1188013A; OA07146A; EP0069679A2; JPS5895279A; AU8482182A; MX153256A; AU558411B2; FR2514139B1; BR8203992A; EP0069679A3; IN157127B

Abstract

Det er tilveiebragt en fremgangsmåte for måling av absorpsjonen av en fotonfluks i det fluidum som strøm-. mer (76) i en oljebrønn, for det formål å bestemme sammensetningen av fluidet. Det beskrives også en loggesonde (60) for å utføre en slik fremgangsmåte.Fotonfluksen som frembringes ved hjelp av en kilde (80) slik som en røntgenstrålegenerator, bestråler hele fluidumvolumet som omgir sonden, og fotonenes energi er lavere enn en forutbestemt verdi, fortrinnsvis 100 keV, slik at veggene (44) i brønnen er i stand til hovedsakelig å absorbere fotonene som faller på dem.A method of measuring the absorption of a photon flux in the fluid flowing is provided. more (76) in an oil well, for the purpose of determining the composition of the fluid. A logging probe (60) is also described for performing such a method. The photon flux generated by a source (80) such as an X-ray generator irradiates the entire volume of fluid surrounding the probe, and the energy of the photons is lower than a predetermined value, preferably 100 keV, so that the walls (44) of the well are able to substantially absorb the photons falling on them.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører analyse av fluidetThe present invention relates to analysis of the fluid

i en oljebrønn og mer spesielt måling av brønnfluidets egenska-per med hensyn til fotonabsorpsjon, idet slike målinger tilveiebringer indikasjoner vedrørende fluidets sammensetning. in an oil well and more particularly measurement of the properties of the well fluid with regard to photon absorption, as such measurements provide indications regarding the composition of the fluid.

I US-patent nr. 2 961 539 er det beskrevet en sonde for å bestemme densiteten av fluidum i et borehull, omfattende en gammastrålekilde og en gammastråledetektor i avs'tand fra kilden og med en gammastråleabsorberende skjerm anordnet i den direkte banen fra kilden til detektoren. Den fluks som frembringes av kilden bestråler således fluidet utenfor sonden. US Patent No. 2,961,539 describes a probe for determining the density of fluid in a borehole, comprising a gamma ray source and a gamma ray detector spaced from the source and with a gamma ray absorbing screen arranged in the direct path from the source to the detector . The flux produced by the source thus irradiates the fluid outside the probe.

Det blir i dette patentet påpekt at noen av fotonene som treffer detektoren er blitt spredd fra formasjonen som gjennom-trenges av borehullet tilbake til detektoren. Under slike forhold kan en nøyaktig måling ikke oppnås. It is pointed out in this patent that some of the photons that hit the detector have been scattered from the formation that is penetrated by the borehole back to the detector. Under such conditions, an accurate measurement cannot be obtained.

For å løse dette problemet blir det i ovennevnte patent foreslått å anbringe en rørformet skjerm, f.eks. av bly, omkring kilden og detektoren for å absorbere de fotonene som spres tilbake fra formasjonene. To solve this problem, it is proposed in the above-mentioned patent to place a tubular screen, e.g. of lead, around the source and detector to absorb the photons that are scattered back from the formations.

Tilstedeværelsen av en slik skjerm er imidlertid ufordel-aktig idet den skaper en fluidumbane adskilt fra hovedstrømmen, og bare denne fluidumkahalen blir underkastet en måling. I denne forbindelse skal det påpekes at sammensetningen av flui-dumet inne i denne kanalen kan avvike fra sammensetningen i ho-vedstrømmen. Dette inntreffer spesielt i retningsbrønner fordi forskjeller i fluidumkomponentenes densitet.skaper en adskil-lelse av disse komponentene over brønnens .tverrsnitt. Dette hindrer igjen at nøyaktigé målinger kan oppnås. The presence of such a screen is, however, disadvantageous in that it creates a fluid path separated from the main flow, and only this fluid path is subjected to a measurement. In this connection, it should be pointed out that the composition of the fluid inside this channel may differ from the composition in the main stream. This occurs especially in directional wells because differences in the density of the fluid components create a separation of these components across the well's cross-section. This in turn prevents accurate measurements from being achieved.

Et annet forslag som er beskrevet i det ovennevnte patent under henvisning til fig. 7 (se også US-patentene .3 103 812, 3 123 709, 3 688 115, FR-patenter 1 283 068, 1 291 856), består i å måle absorpsjonen av gammastråler over den direkte banen fra kilden til detektoren. Dette krever at det skapes en flui-dumkanal inne i sonden og at denne fluidumkanalen omgis av et gammastråleabsorberende materiale. Denne løsningen medfører samme ulempe som den ovennevnte, dvs. at målingen gir informasjon omkring et meget begrenset utsnitt av brønnfluidet, som ikke behøver å være representativt for hovedfluidumstrømmen med hensyn til sammensetning. Another proposal which is described in the above-mentioned patent with reference to fig. 7 (see also US patents .3 103 812, 3 123 709, 3 688 115, FR patents 1 283 068, 1 291 856), consists in measuring the absorption of gamma rays over the direct path from the source to the detector. This requires that a fluid channel be created inside the probe and that this fluid channel be surrounded by a gamma ray absorbing material. This solution entails the same disadvantage as the one mentioned above, i.e. that the measurement provides information about a very limited section of the well fluid, which need not be representative of the main fluid flow with regard to composition.

I tillegg nevner alle de ovennevnte patenter bare at for- målet med målinger av gammastråleabsorpsjonen er å bestemme densiteten av brønnfluidet. Fluidet i en oljebrønn inneholder vanligvis en blanding av olje og vann, vanligvis saltvann. Olje og vann har densiteter som er ganske like, f.eks. 1 eller litt mer for vann og 0,8 for olje. Denne lille forskjellen representerer en hovedbegrensning når det gjelder nøyaktigheten av de oppnådde data. Når bare densitetsdata blir utledet fra målingene av gammastråle.absorps jonen og forholdet vann/olje blir beregnet fra disse data, vil derfor nøyaktighet av resultatet være middelmådig. Dessuten kan ingen nyttig indikasjon om saltholdigheten trekkes på grunnlag av densitetsdata siden densi-tetsvariasjonen med saltholdigheten er meget' liten. In addition, all the above-mentioned patents only mention that the purpose of measuring the gamma ray absorption is to determine the density of the well fluid. The fluid in an oil well usually contains a mixture of oil and water, usually salt water. Oil and water have densities that are quite similar, e.g. 1 or slightly more for water and 0.8 for oil. This small difference represents a major limitation in terms of the accuracy of the data obtained. When only density data is derived from the gamma ray absorption measurements and the water/oil ratio is calculated from these data, the accuracy of the result will therefore be mediocre. Moreover, no useful indication of salinity can be drawn on the basis of density data since the density variation with salinity is very small.

I Sovjetisk oppfinnersertifikat nr. 326 904 er beskrevet en fremgangsmåte for å bestemme saltholdighet, der X-fluoressenslinjen for klor blir detektert for. å bestemme mengden'av klor i vann og dermed saltholdigheten, i tillegg til den kon-vensjonelle absorpsjonsmåling. Denne fremgangsmåte er uprak-tisk fordi fluoressenslinjen for klor ligger ved 2,8 keV, noe som er godt under den minimumsenergi som kan detekteres av de fotondektektorer som er brukbare i loggesonder for borehull, hvilken minimumsenergi er omkring 20 keV. In Soviet inventor's certificate no. 326 904, a method for determining salinity is described, in which the X-fluorescence line for chlorine is detected for. to determine the amount of chlorine in water and thus the salinity, in addition to the conventional absorption measurement. This method is impractical because the fluorescence line for chlorine is at 2.8 keV, which is well below the minimum energy that can be detected by the photon detectors usable in borehole log probes, which minimum energy is about 20 keV.

I samsvar med oppfinnelsen blir fluidet utenfor sonden bestrålt med en fotonfluks som har et energispektrum under eh forutbestemt terskel slik at veggene i brønnforingen er i stand til hovedsakelig å absorbere.de fotonene som treffer dem, hvilket nivå fortrinnsvis er 100 keV. In accordance with the invention, the fluid outside the probe is irradiated with a photon flux having an energy spectrum below a predetermined threshold so that the walls of the well casing are able to mainly absorb the photons that strike them, which level is preferably 100 keV.

Det volum som utsettes for absorpsjonsmåling er derfor begrenset til brønnen siden brønnforingen virker som en fotonabsorberende skjerm, og på den annen side er den ikke begrenset til en del av brønnfluidet ettersom hele fluidumvolumet utenfor sonden blir bestrålt. Målingen vil derfor være fullstendig re-presentativ for brønnfluidet. The volume subjected to absorption measurement is therefore limited to the well since the well liner acts as a photon-absorbing screen, and on the other hand it is not limited to a part of the well fluid as the entire fluid volume outside the probe is irradiated. The measurement will therefore be fully representative of the well fluid.

I en foretrukken utførelsesform blir en fotonfluks med et kontinuerlig energispektrum frembragt ved hjelp av en røntgen-stråle-generator. In a preferred embodiment, a photon flux with a continuous energy spectrum is produced by means of an X-ray generator.

Røntgenstråle-generatoren kan bringes til å frembringe et energispektrum omfattende et nedre energiområde for hvilket fotoelektrisk absorpsjon av fluidet er betydelig, og et høyere energiområde for hvilket Thomson-spredning er fremherskende. The X-ray generator can be caused to produce an energy spectrum comprising a lower energy range for which photoelectric absorption by the fluid is significant, and a higher energy range for which Thomson scattering predominates.

Disse energiområdene er fortrinnsvis sentrert omkring henholds-These energy areas are preferably centered around

vis 30 keV og 60 keV. Ved hjelp av en spektralanalyse av den resulterende fluks blir det frembragt to målinger vedrørende henholdsvis det nedre og det øvre energiområde, fra hvilke både den fotoelektriske absorpsjonskoeffisient og fluidets densitet kan utledes. Med kjennskapet til densitetene og de fotoelektriske absorpsjonskoeffisientene til fluidets bestanddeler, show 30 keV and 60 keV. By means of a spectral analysis of the resulting flux, two measurements are produced regarding the lower and the upper energy range respectively, from which both the photoelectric absorption coefficient and the density of the fluid can be derived. Knowing the densities and photoelectric absorption coefficients of the fluid's constituents,

dvs. olje og vann, og når man kjenner disse koeffisientenes variasjon med saltholdigheten, kan mengdene av komponentene samt vannets saltholdighet bestemmes. Nøyaktigheten av resultatene vil være tilfredsstillende på grunn av den store 'forskjelle mellom olje og saltvann når det gjelder fotoelektrisk absorp- i.e. oil and water, and when one knows the variation of these coefficients with salinity, the quantities of the components and the salinity of the water can be determined. The accuracy of the results will be satisfactory due to the large 'differences between oil and salt water in terms of photoelectric absorp-

sjon.tion.

De ytterligere forklaringer og beskrivelsen av de eksemplerThe further explanations and the description of the examples

som følger, er gitt under henvisning til de vedføyde tegninger,as follows, is given with reference to the attached drawings,

hvor:where:

Fig. 1 representerer et diagram over fotonabsorpsjon somFig. 1 represents a diagram of photon absorption which

en funksjon av fotonenergi; a function of photon energy;

fig. 2 er et diagram som illustrerer forholdet mellom densiteten og en parameter som er karakteristisk for den fotoelektriske absorpsjon i sammensetninger av en blanding av hydrokar- fig. 2 is a diagram illustrating the relationship between the density and a parameter characteristic of the photoelectric absorption in compositions of a mixture of hydrocar-

boner og saltvann; beans and brine;

fig. 3 representerer skjematisk en oljeproduserende brønnfig. 3 schematically represents an oil-producing well

i hvilken en målesonde i henhold til oppfinnelsen er blitt sen-in which a measuring probe according to the invention has been sen-

ket; ket;

fig. 4 viser skjematisk konstruksjonen av én utførelsesformfig. 4 schematically shows the construction of one embodiment

av en sonde i henhold til oppfinnelsen; of a probe according to the invention;

fig. 5 representerer skjematisk røntgenstråle-generatorenfig. 5 schematically represents the X-ray generator

i sonden på fig. 4; in the probe in fig. 4;

fig. 6 er et diagram som illustrerer energispekteret de-fig. 6 is a diagram illustrating the energy spectrum de-

tektert fra vekselvirkningen mellom fotonene som utsendes av generatoren på fig. 5, og forskjellige medier; tected from the interaction between the photons emitted by the generator in fig. 5, and various media;

figurene 7 og 8 viser to utførelsesformer av kretsene for deteksjon og behandling av de signalene som leveres av sonden på fig. 4; figures 7 and 8 show two embodiments of the circuits for detection and processing of the signals delivered by the probe in fig. 4;

fig. 9 er et skjematisk diagram over en arbeidssekvensfig. 9 is a schematic diagram of a work sequence

for apparatet i henhold til én utførelsesform ; for the apparatus according to one embodiment;

fig. 10 illustrerer to energispektere for forskjellige fo-fig. 10 illustrates two energy spectra for different fo-

toner som utsendes i rekkefølge av den samme kilden; tones emitted in sequence by the same source;

fig. 11 er et diagram som en funskjon av tiden for signalet som oppnås ved hjelp av en sonde i henhold til en annen ut-førelsesform av oppfinnelsen. fig. 11 is a diagram as a function of time of the signal obtained by means of a probe according to another embodiment of the invention.

Det er kjent at et medium som utsettes for en fluks ty^ av innfallende fotoner med gitt energi, absorberer disse fotonene i samsvar med den gjennomløpte avstand x, og det er mulig å ut-trykke den resulterende fluks <J> ved forholdet: It is known that a medium subjected to a flux ty^ of incident photons with a given energy absorbs these photons in accordance with the distance x traveled, and it is possible to express the resulting flux <J> by the relation:

I denne ligningen er y en total dempningskoeffisient som varierer med beskaffenheten til det gjennomløpte medium og energinivået til den innfalne stråling-. In this equation, y is a total attenuation coefficient that varies with the nature of the medium passed through and the energy level of the incident radiation.

Ved energistråling i området under 150 keV blir den resulterende fluks påvirket av tre distinkte fysiske fenomener, Thompsoneffekten (koherent spredning), Comptoneffekten (kolli-sjoner med energitap) og den fotoelektriske effekt. De respektive deler av disse forskjellige fenomener varierer med den innfalne strålings energinivå. Det er mulig å definere, for hver av dem, ved et gitt energinivå, respektive koeffisienter y p for fotoelektrisk absorpsjon, y s for den spredning som er et resultat av Thompson- og Comptoneffektene, og y afor Comptonabsorpsjon, slik at: In the case of energy radiation in the area below 150 keV, the resulting flux is affected by three distinct physical phenomena, the Thompson effect (coherent scattering), the Compton effect (collisions with energy loss) and the photoelectric effect. The respective parts of these different phenomena vary with the energy level of the incident radiation. It is possible to define, for each of them, at a given energy level, respective coefficients y p for photoelectric absorption, y s for the scattering resulting from the Thompson and Compton effects, and y a for Compton absorption, so that:

For et gitt medium som erkarakterisert vedsin densitet og forholdet Z/A mellom dets atomnummer og dets atommasse, kan de respektive innvirkninger av de faktorer som påvirker strålin-gens utbredelse gjennom mediet, defineres ved følgende forhold: For a given medium which is characterized by its density and the ratio Z/A between its atomic number and its atomic mass, the respective effects of the factors that affect the propagation of radiation through the medium can be defined by the following relationship:

der N er Avogadros tall og o , ag og o&er mediets tverrsnitt for de betraktede innfallende fotoners energi, og massetetthe- where N is Avogadro's number and o , ag and o& are the cross-section of the medium for the energy of the considered incident photons, and mass density

ten eller densiteten p er forbundet med elektrondensiteten pten or the density p is connected to the electron density p

e for mediet ved forholdet: e for the medium by the ratio:

Fig. 1 viser et diagram som meget skjematisk illustrerer de respektive bidrag til den resulterende fluks <j> fra fotoelektrisk absorpsjon y . Ppå den ene side, og kombinasjonen av de andre effektene representert ved en koeffisient y = y + y Fig. 1 shows a diagram which very schematically illustrates the respective contributions to the resulting flux <j> from photoelectric absorption y. Pon the one hand, and the combination of the other effects represented by a coefficient y = y + y

esa esa

på den annen side, som en funksjon av energien E til de innfalne fotoner målt i keV. on the other hand, as a function of the energy E of the incident photons measured in keV.

I"det tilfellet hvor vekselvirkningsmediet er vann (heltrukne kurver), legger man f.eks. merke til at den del av den In the case where the interaction medium is water (solid curves), one notices, for example, that the part of the

fotoelektriske absorpsjon y er liten i forhold til de andre photoelectric absorption y is small compared to the others

pw pw

effektene i området ved relativt høye energier. Som for de fleste andre kjemiske sammensetninger begynner ikke innvirkningen av den fotoelektriske effekt å bli av særlig betydning før et energiområde for innfalne fotoner mindre enn 100 keV. Fig. 1 illustrerer det store fallet i den fotoelektriske absorpsjon antydet i logaritmisk skala, med en økning i den innfalne fotonenergi, idet denne absorpsjon er tilnærmet inverst proporsjonal med tredje potens av den innfallende energi. I det samme energiområde lavere enn 100 keV varierer imidlertid koeffisienten'ycwmeget mindre i forhold til energien for innfallende fotoner. Fig. 1 representerer også variasjonen i den fotoelektriske absorpsjon 'UpCfor karbon (kurve med brudte linjer) og<y>^g for saltmettet vann (prikket kurve). Variasjonene i uccfor karbon (kurve med brudt linje) og ycsfor salt (prikket kurve) er også vist skjematisk. the effects in the area at relatively high energies. As with most other chemical compounds, the impact of the photoelectric effect does not begin to become of particular importance until an energy range for incident photons less than 100 keV. Fig. 1 illustrates the large drop in the photoelectric absorption indicated on a logarithmic scale, with an increase in the incident photon energy, this absorption being approximately inversely proportional to the third power of the incident energy. In the same energy range lower than 100 keV, however, the coefficient 'ycw varies much less in relation to the energy of incident photons. Fig. 1 also represents the variation in the photoelectric absorption 'UpC for carbon (curve with broken lines) and<y>^g for salt-saturated water (dotted curve). The variations in uccfor carbon (broken line curve) and ycsfor salt (dotted curve) are also shown schematically.

For et gitt energinivå varierer vanligvis Thompson- og Compton-vekselvirkningene, representert ved koeffisienten ' u / lineært med atomnummeret Z til de elementer som utgjør blandingen, dvs. med dette mediets elektrondensitet, mens den fotoelektriske absorpsjon varierer med dette atomnummeret opphøyd i potensen 4,6. Den fotoelektriske absorpsjon for et medium på et gitt energinivå kan karakteriseres ved hjelp av en koeffisient U målt i g . cm 1 og definert ved forholdet: For a given energy level, the Thompson and Compton interactions, represented by the coefficient 'u/, usually vary linearly with the atomic number Z of the elements that make up the mixture, i.e. with the electron density of this medium, while the photoelectric absorption varies with this atomic number raised to the power of 4, 6. The photoelectric absorption for a medium at a given energy level can be characterized by means of a coefficient U measured in g. cm 1 and defined by the ratio:

hvor a Per det fotoelektriske tverrsnitt i barn ^pr. elektron for energien på 60 keV (barn er en enhet for tverrsnittsareal lik 10 -24 cm 2 ), og p er densiteten i gram pr. cm 3. where a Per the photoelectric cross-section in children ^pr. electron for the energy of 60 keV (barn is a unit for cross-sectional area equal to 10 -24 cm 2 ), and p is the density in grams per cm 3.

Ved 60 keV er den fotoelektriske absorpsjonskoeffisient At 60 keV it is the photoelectric absorption coefficient

således lik y = N — 2 U. For en annen verdi av den innfallendethus equal to y = N — 2 U. For a different value of the incident

p A at A

fotonenergi kan den totale absorpsjonskoeffisient uttrykkes på følgende form: photon energy, the total absorption coefficient can be expressed in the following form:

hvor a og 6 er koeffisienter som hovedsakelig avhenger av de innfallende fotoners energi. where a and 6 are coefficients that mainly depend on the energy of the incident photons.

U og p er parametre som er karakteristiske for det betraktede medium, på samme måte som Z/A. U and p are parameters that are characteristic of the considered medium, in the same way as Z/A.

Tabell I nedenfor gir verdien av disse parametre for et visst antall sammensetninger slik som vann, saltmettet vann, forskjellige flytende hydrokarbonsammensetninger, osv. Table I below gives the value of these parameters for a certain number of compositions such as water, salt-saturated water, various liquid hydrocarbon compositions, etc.

Mens forskjellen mellom densiteten til vann på den ene side og densiteten til de forskjellige råoljer som er nevnt i denne tabell er fra 1 til 0,8 eller til 0,9, fremgår det at While the difference between the density of water on the one hand and the density of the various crude oils mentioned in this table is from 1 to 0.8 or to 0.9, it appears that

■koeffisienten U oppviser en meget større forskjell mellom vann og disse forskjellige råoljetypene. Kontrasten er faktisk omkring 3, bortsett fra i tilfelle med råolje fra Kuwait, hvor den er omkring 2. ■the coefficient U shows a much greater difference between water and these different types of crude oil. The contrast is actually around 3, except in the case of crude oil from Kuwait, where it is around 2.

En måling i kombinasjon med densiteten av én koeffisient som er karakteristisk for den fotoelektriske absorpsjonen til et medium som skal analyseres, slik som koeffisienten U, vil således tilveiebringe et middel til å detektere andelene av de forskjellige bestanddeler i en blanding med meget god nøyaktig-het, f.eks. en blanding av petroleum og vann. A measurement in combination with the density of one coefficient characteristic of the photoelectric absorption of a medium to be analyzed, such as the coefficient U, will thus provide a means of detecting the proportions of the various constituents in a mixture with very good accuracy , e.g. a mixture of petroleum and water.

I samsvar med den ovenfor beskrevne fremgangsmåte blir den totale absorpsjon av innfallende fotonstråling ved to forskjellige energinivåer målt. En av disse målingene blir ut-ført ved et fotonenerginivå som er tilstrekkelig lavt til at den fotoelektriske absorpsjon spiller en betydelig rolle i det studerte medium. Resultatene av disse to målingene blir kombi-nert for å utlede en parameter som er karakteristisk for den fotoelektriske absorpsjon og en parameter som.er karakteristisk for det undersøkte mediets densitet. In accordance with the method described above, the total absorption of incident photon radiation at two different energy levels is measured. One of these measurements is carried out at a photon energy level that is sufficiently low for the photoelectric absorption to play a significant role in the studied medium. The results of these two measurements are combined to derive a parameter which is characteristic of the photoelectric absorption and a parameter which is characteristic of the density of the investigated medium.

Bruken av slike målinger i et forholdsvis lavt energiområde er spesielt fordelaktig i oljebrønner. Ved disse energi-områder, og spesielt ved nivåer lavere enn 100 keV, blir målingen av absorpsjon i brønnen faktisk ikke særlig påvirket av det medium som imgir de fluider som skal analyseres, nemlig stål-foringen, sementen og.den geologiske formasjon som brønnen tren-ger gjennom. Ettersom den fotoelektriske absorpsjonen i stål er ekstremt høy, blir praktisk talt alle de innfallende fotoner som kommer i kontakt med dette mediet, absorbert. Ingen stråling som kommer fra formasjonen treffer de detektorene som er plassert i fluidet. Det er f.eks. vist at for en innfallende fotonenergi på 50 keV i jern, er middelfriveien (£ = — ).for fotoner • I = 0,6 mm. Ved 100 keV er denne verdien ^ The use of such measurements in a relatively low energy range is particularly advantageous in oil wells. At these energy ranges, and especially at levels lower than 100 keV, the measurement of absorption in the well is actually not particularly affected by the medium containing the fluids to be analyzed, namely the steel casing, the cement and the geological formation that the well trains - gives through. As the photoelectric absorption in steel is extremely high, practically all the incident photons that come into contact with this medium are absorbed. No radiation coming from the formation hits the detectors placed in the fluid. It is e.g. shown that for an incident photon energy of 50 keV in iron, the mean free path (£ = — ).for photons is • I = 0.6 mm. At 100 keV this value is ^

% = 3,3 mm, sammenlignet med vanlige foringstykkelser på 10 mm. % = 3.3 mm, compared to normal liner thicknesses of 10 mm.

De oppnådde målingene blir således ikke påvirket av variasjoner i foringstykkelse eller andre faktorer som avhenger av omgivelsene til den brønn det målte fluidum strømmer i. The measurements obtained are thus not affected by variations in casing thickness or other factors that depend on the surroundings of the well in which the measured fluid flows.

Det lave energinivået til fotonene som brukes ved målingen i henhold til oppfinnelsen, er imidlertid ikke noe hinder for målingens nøyaktighet. Man kan jo frykte at den fotonfluksen som detekteres ved målingen etter vekselvirkning med det under-søkte medium i valgte energibånd, er vanskelig å utnytte pga. alt for stor energiforringelse som spesielt skyldes en høy Comptonabsorpsjon. However, the low energy level of the photons used in the measurement according to the invention is no obstacle to the accuracy of the measurement. One might fear that the photon flux detected during the measurement after interaction with the examined medium in selected energy bands is difficult to utilize due to far too great energy degradation which is particularly due to a high Compton absorption.

Ved de betraktede energinivåer har det imidlertid blitt bestemt at Comptonabsorpsjonen spiller en forholdsvis liten rolle og at hoveddelen av den detekterte energi, dvs. ikke absorbert på grunn av fotoelektrisk effekt, er spredt av Th<p>mp-soneffekten, dvs. uten noen resulterende fotonenergireduksjon i forhold til den innfallende bølge. For en innfallende fotonenergi på 50 keV, f.eks. i rent vann, representerer energitapet i den innfallende bølge pga. Comptonkollisjoner bare 8% av den totale spredte energi. Den innfangede fotonfluks etter vekselvirkning med det undersøkte medium i de to valgte energiintervaller er følgelig tilstrekkelig til å muliggjøre en nøyaktig måling, noe som er en ufravikelig betingelse for at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skål lykkes. At the considered energy levels, however, it has been determined that the Compton absorption plays a relatively small role and that the main part of the detected energy, i.e. not absorbed due to the photoelectric effect, is scattered by the Th<p>mp zone effect, i.e. without any resulting photon energy reduction in relation to the incident wave. For an incident photon energy of 50 keV, e.g. in pure water, represents the energy loss in the incident wave due to Compton collisions only 8% of the total scattered energy. The captured photon flux after interaction with the investigated medium in the two selected energy intervals is consequently sufficient to enable an accurate measurement, which is an indispensable condition for the method according to the invention to be successful.

Ved å frembringe koeffisientene U og p fra to målinger på to forskjellige innfallende fotonenerginivåer er tillatt pga. at den fotoelektriske absorpsjon på den ene side og Thompson-og Compton-vekselvirkningene på den annen side følger meget forskjellige varias.jonslover (se fig. 1) som funksjon av den innfallende fotonenergi, noe som gjør det mulig å oppnå nøyak-tig bestemmelse av disse koeffisientene. By producing the coefficients U and p from two measurements at two different incident photon energy levels is allowed due to that the photoelectric absorption on the one hand and the Thompson and Compton interactions on the other hand follow very different laws of variation (see Fig. 1) as a function of the incident photon energy, which makes it possible to achieve a precise determination of these coefficients.

Man ser av ligning (5) at det er mulig å oppnå en måling av koeffisientene U og p ved å måle dempningen av fotonfluksen pga. vekselvirkning med fluidet som skal undersøkes over en forutbestemt distanse i to tydelig valgte energiintervaller, idet ett av disse intervallene svarer til et høyt energinivå og det andre til et forholdsvis lavt energinivå. Det er f.eks. mulig å utføre en første måling av fotonfluksen som detekteres etter fotonenes vekselvirkning med blandingen som skal analyseres i det "lave" energiintervallet, sentrert omkring 30 keV, og en andre måling i et "høyt" energiintervall sentrert omkring It can be seen from equation (5) that it is possible to obtain a measurement of the coefficients U and p by measuring the attenuation of the photon flux due to interaction with the fluid to be examined over a predetermined distance in two clearly chosen energy intervals, one of these intervals corresponding to a high energy level and the other to a relatively low energy level. It is e.g. possible to perform a first measurement of the photon flux which is detected after the interaction of the photons with the mixture to be analyzed in the "low" energy interval, centered around 30 keV, and a second measurement in a "high" energy interval centered around

60 keV.60 keV.

I henhold til én utførelsesform blir den blandingen som skal undersøkes, bestrålt ved hjelp av en kilde av "kjemisk" type omfattende en radioaktiv isotop som utsender i det minste tp monokromatiske energilinjer, av hvilke minst den ene er lo-kalisert innenfor et forholdsvis lavt energiområde, lavere enn 100 keV. Det finnes flere kilder som oppfyller disse betingel-sene-, f.eks. barium 133 som leverer fotoner ved to energinivåer, henholdsvis 36 og 81 keV, eller americium 241. According to one embodiment, the mixture to be examined is irradiated by means of a "chemical" type source comprising a radioactive isotope emitting at least tp monochromatic energy lines, at least one of which is localized within a relatively low energy range , lower than 100 keV. There are several sources that fulfill these conditions, e.g. barium 133 which delivers photons at two energy levels, 36 and 81 keV respectively, or americium 241.

Blandingen som skal undersøkes, kan også bestråles ved hjelp av fotoner hvis energispektrum er kjent og dekker, et forholdsvis bredt energiområde. Man måler dempningen av fotonene etter vekselvirkning med mediet over en gitt distanse, i to distinkte energiintervaller innenfor det innfallende energispek- The mixture to be examined can also be irradiated using photons whose energy spectrum is known and covers a relatively wide energy range. One measures the attenuation of the photons after interaction with the medium over a given distance, in two distinct energy intervals within the incident energy spec-

trum.drum.

Et røntgenstrålerør kan med fordel brukes til å bestråle blandingen som- skal analyseres. Det er da mulig å utføre en måling i to distinkte energiintervaller innenfor utsendelses-spekteret for dette røret for en gitt verdi av dets aksellerasjonsspenning. An X-ray tube can advantageously be used to irradiate the mixture to be analysed. It is then possible to perform a measurement in two distinct energy intervals within the emission spectrum of this tube for a given value of its acceleration voltage.

En kilde for fotoner med variabel energi, slik som en rønt-gens trålegenerator, kan også brukes til å variere spekteret for de utsendte fotoner med tiden og til å utføre påfølgende målinger av fotonenes dempning for de forskjellige utsendte energier for å oppnå koeffisientene U og p. A variable-energy photon source, such as an X-ray beam generator, can also be used to vary the spectrum of the emitted photons with time and to perform successive measurements of the attenuation of the photons for the different emitted energies to obtain the coefficients U and p .

Spesielt er det mulig f.eks. å variere middelverdien til de utsendte fotoner på en kontinuerlig måte mellom et første og et annet ytternivå ved sinusformet modulasjon av røntgenstråle-rørets aksellerasjonsspenning. Den resulterende fotonfluks blir dermed modulert sinusformet mellom to tilsvarende ytter-verdier hvis avvik hovedsakelig er en funksjon av den fotoelektriske absorpsjon av fotonene i det analyserte medium. Middelverdien av denne resulterende fluks avhenger hovedsakelig av mediets densitet. Fra analysen av dette signalet kan man oppnå informasjon om U og p. In particular, it is possible e.g. varying the mean value of the emitted photons in a continuous manner between a first and a second extreme level by sinusoidal modulation of the x-ray tube acceleration voltage. The resulting photon flux is thus modulated sinusoidally between two corresponding extreme values whose deviation is mainly a function of the photoelectric absorption of the photons in the analyzed medium. The mean value of this resulting flux depends mainly on the density of the medium. From the analysis of this signal, information about U and p can be obtained.

Hvis man f.eks. filtrerer målesignalet fra den resulterende fotonfluks, kan amplituden av dets sinusformede komponent tilveiebringe en måling av den fotoelektriske absorpsjonskoeffisient U og likestrømkomponentens nivå kan tilveiebringe en måling av densiteten. If you e.g. filters the measurement signal from the resulting photon flux, the amplitude of its sinusoidal component can provide a measurement of the photoelectric absorption coefficient U and the level of the DC component can provide a measurement of the density.

Verdiene U og p gjør det mulig å bestemme sammensetningen av en ternær blanding, f.eks. en blanding av vann og flytende hydrokarbon i nærvær av en tredje bestanddel. The values U and p make it possible to determine the composition of a ternary mixture, e.g. a mixture of water and liquid hydrocarbon in the presence of a third component.

I en trefaseblanding av olje, vann og gass som omfatter prosentandeler på v^, v ? og v^ av henholdsvis vann, petroleum og gass, slik at v^+V2+ v^= 1, er det mulig å bestemme verdiene v^, v ^ 1 v-, ved å bruke ligningssettet: In a three-phase mixture of oil, water and gas comprising percentages of v^, v ? and v^ of water, petroleum and gas respectively, so that v^+V2+ v^= 1, it is possible to determine the values v^, v ^ 1 v-, by using the set of equations:

I disse ligningene er p og U de verdiene som kommer fra målingen, p^, p^, p^er de respektive densiteter for vannet og for de væskeformige og gassformige hydrokarboner som er tilstede og som kan oppnås f.eks. fra tabell I, likesom U , og U er verdiene av U i de samme bestanddeler. Hvis trykket av In these equations, p and U are the values that come from the measurement, p^, p^, p^ are the respective densities for the water and for the liquid and gaseous hydrocarbons that are present and that can be obtained e.g. from Table I, like U , and U are the values of U in the same constituents. If pressed off

de gassformige hydrokarboner er lavt, kan verdiene av -p og U neglisjeres. the gaseous hydrocarbons is low, the values of -p and U can be neglected.

Salt som er tilstede i vannet, har en tendens til å øke kontrasten mellom den fotoelektriske absorpsjon i vannet og den fotoelektriske absorpsjon i petroleum. Denne observasjonen kan med fordel brukes hvis man på annen måte kjenner saliniteten til vannet i blandingen. Denne kan f.eks. oppnås ved hjelp av en ytterligere måling som utføres ved å bruke et apparat av en annen type, eller i tilfellet av en produserende petroleumsbrønn, ved å stenge brønnen inntil separasjon og stabilisering av fa-sene.. Man utfører så en måling av absorpsjonen i fluidet nede i hullet for å tilveiebringe en måling som gjør det mulig å bestemme vannets salinitet. Det er også mulig å utføre en måling i den øvre del av brønnen hvor petroleum har samlet seg, for å bestemme nøyaktig de parametre som er karakteristiske for densiteten og for den fotoelektriske absorpsjon når de ikke er kjent. Ved fravær av gass gjør fremgangsmåten det mulig direkte å måle de respektive prosentandeler av petroleum og saltvann og vannets salinitet. Salt present in the water tends to increase the contrast between the photoelectric absorption in the water and the photoelectric absorption in petroleum. This observation can be used with advantage if the salinity of the water in the mixture is known in another way. This can e.g. is achieved by means of a further measurement which is carried out by using an apparatus of a different type, or in the case of a producing petroleum well, by closing the well until separation and stabilization of the phases.. One then carries out a measurement of the absorption in the fluid down the hole to provide a measurement that makes it possible to determine the salinity of the water. It is also possible to carry out a measurement in the upper part of the well where petroleum has accumulated, in order to determine exactly the parameters that are characteristic of the density and of the photoelectric absorption when they are not known. In the absence of gas, the method makes it possible to directly measure the respective percentages of petroleum and salt water and the salinity of the water.

I diagrammet på fig. 2 er det i et koordinatsystem med densiteten på absissen og koeffisienten U på ordinaten, plottet et punkt 20 hvis komponenter svarer til verdiene p og U for rent vann. På dette diagrammet i den øvre høyre del av figuren, er det også plottet inn et punkt 22 hvis koordinater er karakteristiske for saltmettet vann. In the diagram in fig. 2, in a coordinate system with the density on the abscissa and the coefficient U on the ordinate, a point 20 whose components correspond to the values p and U for pure water is plotted. On this diagram in the upper right part of the figure, a point 22 whose coordinates are characteristic of salt-saturated water is also plotted.

I den nedre venstre del av diagrammet på fig. 2 er det plottet inn flere punkter 24 - 28 som hver svarer til verdier av p og U for råolje som kommer fra et av de områder i verden som er antydet i tabell I. In the lower left part of the diagram in fig. 2 several points 24 - 28 are plotted, each of which corresponds to values of p and U for crude oil that comes from one of the areas of the world indicated in table I.

De forskjellige komponenter i en blanding påvirker målingene av densitetene og de fotoelektriske absorpsjonskoeffisien-ter U lineært i forhold til deres innhold i blandingen. Enhver måling som utføres i en blanding av Norsjøolje (punkt 25) og saltvann fører således til et punkt som er representativt for de målte verdiene p og U, slik som punktet 30 som ligger inne i et triangel vist med heltrukne linjer og hvis hjørner består av punktene 20, 22 og 25. The different components in a mixture affect the measurements of the densities and the photoelectric absorption coefficients U linearly in relation to their content in the mixture. Any measurement carried out in a mixture of Norsjø oil (point 25) and salt water thus leads to a point that is representative of the measured values p and U, such as point 30 which lies inside a triangle shown with solid lines and whose corners consist of points 20, 22 and 25.

Hvis vi kaller innholdet av saltvann for V, oljeinnholdet (1-V), og S er vekten av salt i vannet i kilogram pr. liter oppløsning, kan verdiene av V og S utledes fra ligningene (8) hvor densitetene er uttrykt i gram pr. kubikk centimeter (den- If we call the content of salt water V, the oil content (1-V), and S is the weight of salt in the water in kilograms per liter of solution, the values of V and S can be derived from equations (8) where the densities are expressed in grams per cubic centimeter (the

siteten av rent vann p = 1):the site of pure water p = 1):

w w

I disse ligningene er p og U de utførte målinger, p^og U, er koordinatene til punktet for råolje (punkt 25 i eksemplet på In these equations, p and U are the measurements performed, p^and U are the coordinates of the point for crude oil (point 25 in the example of

fig. 2), U og p er koordinatene til punktet 20, nemligfig. 2), U and p are the coordinates of the point 20, viz

w . ww. w

U = 0,358 og p = 1, og p og U er koordinatene til punktet 22. U = 0.358 and p = 1, and p and U are the coordinates of point 22.

Det følger nå en beskrivelse av en loggesonde som er anordnet for å bli senket ned i en oljebrønn med det formål å bestemme sammensetningen av brønnfluidet. There now follows a description of a logging probe which is arranged to be lowered into an oil well for the purpose of determining the composition of the well fluid.

En petroleumsbrønn 40 (fig. 3) gjennomtrenger, i dette eksemplet vertikalt, de geologiske formasjoner 42. Brønnen er A petroleum well 40 (Fig. 3) penetrates, in this example vertically, the geological formations 42. The well is

begrenset av en stålforing 44. Mellomrommet mellom f6ringen 44 og formasjonen 42 er fylt med en sement 46 som har til hensikt å forhindre enhver vertikal sirkulasjon av fluidum til den ytre del av foringen. Denne foringen fører ut til overflaten 48. limited by a steel liner 44. The space between the liner 44 and the formation 42 is filled with a cement 46 intended to prevent any vertical circulation of fluid to the outer part of the liner. This lining leads out to the surface 48.

i in

Et brønnhode som er vist skjematisk ved 50, lukker den øvre del av f6r'ingen og gjør det mulig å kontrollere fluidumstrømmen inne i produksjonsforingsrøret 52 som er montert koaksialt inne i foringen 44 ned til en dybde i' nærheten av et fluidumprodu-serende lag 54. En pakning er innsatt mellom enden 53 av pro-duks jonsf 6ringsrøret og foringen for å isolere det produserende lag 54. Ved nivået for dette laget er f6ringen perforert med åpninger 56 som tillater de produserte fluider å strømme inn i foringens indre 58 slik at de kan stige vertikalt opp gjennom produksjonsforingsrøret 52 til overflaten. A wellhead, shown schematically at 50, closes the upper portion of the casing and enables control of fluid flow within the production casing 52 which is mounted coaxially within the casing 44 down to a depth in the vicinity of a fluid producing layer 54 A gasket is inserted between the end 53 of the production casing and the casing to isolate the producing layer 54. At the level of this layer the casing is perforated with openings 56 which allow the produced fluids to flow into the casing interior 58 so that they may rise vertically through the production casing 52 to the surface.

For å bestemme fluidenes strømningsbetingelser, deres sammensetning og for å overvåke produksjonen til laget 54, er det vanlig å senke loggesonder ned gjennom produksjonsf6ringsrøret 52 for å gjøre det mulig å utføre de ønskede målinger. En slik sonde 60 er antydet i det rommet som adskiller den nedre ende av produksjonsf6ringsrøret 52 og perforeringene 56. Den er opp-hengt i enden av en kabel 62 som på overflaten løper over en trommel 64 ved brønnhodet og opp til en driftsenhet 66 fra hvilken kabelen kan vikles av og på. I tillegg til å tilveiebringe den mekaniske opphengning av- sonden 60, bærer kabelen 62 også de elektriske forbindelser som er nødvendige mellom sonden og driftsenheten 66. In order to determine the flow conditions of the fluids, their composition and to monitor the production of the layer 54, it is customary to lower log probes down through the production conduit 52 to enable the desired measurements to be made. Such a probe 60 is indicated in the space that separates the lower end of the production casing 52 and the perforations 56. It is suspended at the end of a cable 62 which on the surface runs over a drum 64 at the wellhead and up to an operating unit 66 from which the cable can be wound on and off. In addition to providing the mechanical suspension of the probe 60, the cable 62 also carries the electrical connections necessary between the probe and the operating unit 66.

Diameteren av sonden 60 er tilstrekkelig liten til at den kan passere inne i produksjonsforingsrøret 52 med liten diame-ter, og er for eksempel 43 mm (1 - 11/16 tommer). Den er ut-styrt med øvre og nedre fjærbelastede sentreringsinnretninger 68 og 69 som holder den i en hovedsakelig aksial posisjon inne i f6ringen 44 når den forlater produksjonsforingsrøret 52 over perforeringene 56. The diameter of the probe 60 is sufficiently small to pass inside the small diameter production casing 52, and is, for example, 43 mm (1 - 11/16 inches). It is equipped with upper and lower spring-loaded centering devices 68 and 69 which hold it in a substantially axial position within the casing 44 as it exits the production casing 52 above the perforations 56.

Sonden 60 er konstruert i form av en langstrakt kjerne omgitt av en rørformet kappe, skjematisk vist ved 70 (figurene 4 og 5), som er i stand til å motstå de mekaniske krefter og sjokk som sonden kan utsettes for, samt trykket av fluidene og temperaturen som hersker i brønnen. Mellom de øvre og nedre sentreringsfjærer 68 og 69 har sondekappen et midtparti 72 uten ruhet eller andre uregelmessigheter som sammen med f6ringen 44 avgrenser det ringformede mellomrom 74 i hvilket det kan etab-leres en stabil oppadrettet strøm av produksjonsfluidene i retning av pilen 76, hvis sammensetning bare endres minimalt ved tilstedeværelsen av sonden. The probe 60 is constructed in the form of an elongated core surrounded by a tubular sheath, schematically shown at 70 (Figures 4 and 5), which is capable of withstanding the mechanical forces and shocks to which the probe may be subjected, as well as the pressure of the fluids and the temperature prevailing in the well. Between the upper and lower centering springs 68 and 69, the probe sheath has a central portion 72 without roughness or other irregularities which, together with the ring 44, delimits the annular space 74 in which a stable upward flow of the production fluids can be established in the direction of the arrow 76, the composition of which is only minimally changed by the presence of the probe.

Henimot den nedre ende av dette midtpartiet 72 av kappen 70 har sonden 60 en røntgenstrålesenderanordning 80. Over og ved en første forutbestemt avstand fra senderen 80 er montert en første mottager 82. En annen mottager 84 er anordnet ved en annen forutbestemt avstand fra senderen 80, hvilken avstand er større enn den første avstanden. En skjerm 79 som er ugjen-nomtrengelig for røntgenstråler, er anbragt mellom senderen 80 og detektoren 82. Towards the lower end of this middle part 72 of the jacket 70, the probe 60 has an X-ray transmitter device 80. Above and at a first predetermined distance from the transmitter 80, a first receiver 82 is mounted. Another receiver 84 is arranged at another predetermined distance from the transmitter 80, which distance is greater than the first distance. A screen 79 which is impervious to X-rays is placed between the transmitter 80 and the detector 82.

Røntgenstrålesenderen eller generatoren 80 (fig. 5) omfatter et langstrakt hus 81 som er hermetisk lukket og befinner seg inne i kappen 70. Inne i huset 81 hersker et passende va- kuum for generering av røntgenstråler ved hjelp av elektronbom-bardering av en treffplate. Ved en av endene 83 til huset 81 er montert en katodeinnretning 85 som omfatter .et filament 86 hvis ende 87 er forbundet med apparatets jord. Dette filamen-tet er omgitt av en elektrode (Wehnelt) som gjør det mulig å regulere intensiteten av røntgenstrålefluksen. The X-ray transmitter or generator 80 (Fig. 5) comprises an elongated housing 81 which is hermetically closed and located inside the casing 70. Inside the housing 81 there is a suitable vacuum for the generation of X-rays by means of electron bombardment of an impact plate. At one of the ends 83 of the housing 81, a cathode device 85 is mounted which comprises a filament 86 whose end 87 is connected to the earth of the apparatus. This filament is surrounded by an electrode (Wehnelt) which makes it possible to regulate the intensity of the X-ray flux.

Ved den andre enden er veggen 92 i dette huset 81 gjennom-trengt koaksialt av en massiv anode 94 hvis utvidede ende 96 ender i en plate 95 som er perpendikulær til dens akse. Denne platen utgjør den røntgenstrålegenererende treffplaten for elek-tronstrålen som frembringes av katoden 86 og som fokuseres ved hjelp av elektroden 88 når enden 98 av anoden 94 utenfor huset 81 blir tilført en positiv høy liggespenning frembragt av en generator 100 (fig. 4) på omkring 10 watt, hvilken generator befinner seg inne i kappen 70 under senderen 80. Denne generatoren blir forsynt med vekselstrøm fra overflaten via to ledere inne i kabelen 62, og den kan frembringe en høy like-spenning som kan moduleres og heves til en verdi på omkring 100 kV med en strøm på omkring 100 mikroampere, eller endog 150 kV hvis det er nødvendig. At the other end, the wall 92 of this housing 81 is coaxially penetrated by a massive anode 94 whose extended end 96 terminates in a plate 95 perpendicular to its axis. This plate constitutes the X-ray-generating impact plate for the electron beam produced by the cathode 86 and which is focused by means of the electrode 88 when the end 98 of the anode 94 outside the housing 81 is supplied with a positive high lying voltage produced by a generator 100 (Fig. 4) of about 10 watts, which generator is located inside the casing 70 below the transmitter 80. This generator is supplied with alternating current from the surface via two conductors inside the cable 62, and it can produce a high DC voltage which can be modulated and raised to a value of about 100 kV with a current of about 100 microamps, or even 150 kV if necessary.

Det rørformede huset 81 omfatter i dets mellomliggendeThe tubular housing 81 comprises in its intermediate

del et sylindrisk vindu 104 i beryllium som ved hjelp av sylin-driske pakninger 105.og 106 er hermetisk forbundet til henholdsvis den øvre og den nedre enden av huset 81 (som i dette eksemplet er laget av glass eller keramikk). part a cylindrical window 104 in beryllium which by means of cylindrical gaskets 105 and 106 is hermetically connected to the upper and lower ends of the housing 81 respectively (which in this example is made of glass or ceramic).

I den arbeidsposisjonen som er vist på tegningene, er den nedre pakningen 106 for berylliumvinduet 104 anbragt i et plan under planet til platen 95. Frembragte røntgenstråler kan derfor passere i retninger som er praktisk talt tangentiale til denne platens plan, slik som retningen 110. Dets høyde er tilstrekkelig til å tillate utsendelse av stråling som frembringes av treffplaten 95, innenfor en romvihkel på omkring 75° for å danne en rotasjonsstråle omkring rørets akse, begrenset skjematisk på tegningene på fig. 5 ved linjene 110 og 112. In the working position shown in the drawings, the lower gasket 106 for the beryllium window 104 is placed in a plane below the plane of the plate 95. Generated X-rays can therefore pass in directions which are practically tangential to the plane of this plate, such as the direction 110. Its height is sufficient to permit the emission of radiation produced by the impact plate 95, within a spatial angle of about 75° to form a beam of rotation about the axis of the tube, limited schematically in the drawings of fig. 5 at lines 110 and 112.

Overfor vinduet 104 omfatter kappen 70 et sylindrisk vindu av tykt beryllium 116 hvis aksialdimensjon er tilstrekkelig til å tillate passasje av strålen som begrenses av linjene 110 og 112. Tykkelsen på dette vinduet er tilstrekkelig til at det kan motstå trykk på 1400 bar og temperaturer på 175°. På utsi- den er det dekket med et epoksylag som beskyttelse. Røritgen-strålegeneratoren 80 gjør det mulig å frembringe en fotonut-gangsfluks med energier lik eller høyere enn 20 keV og mer enn lO^ fotoner pr. sekund i et volum som stemmer med bruksbetin-gelsene i en loggesonde. I én utførelsesform er diameteren av huset 81 litt mindre enn 3 cm, og avstanden anode - katode som elektronene blir aksellerert over, er mindre enn 10 cm. Opposite the window 104, the jacket 70 comprises a cylindrical window of thick beryllium 116 whose axial dimension is sufficient to allow the passage of the beam limited by the lines 110 and 112. The thickness of this window is sufficient to withstand pressures of 1400 bar and temperatures of 175 °. On the outside, it is covered with an epoxy layer as protection. The Røritgen beam generator 80 makes it possible to produce a photon output flux with energies equal to or higher than 20 keV and more than 10^ photons per second in a volume that matches the conditions of use in a logging probe. In one embodiment, the diameter of the housing 81 is slightly less than 3 cm, and the anode-cathode distance over which the electrons are accelerated is less than 10 cm.

Kurvene 120 og 121 på fig. 6 representerer energispektrene for de mottatte fotonene ved en av detektorene etter vekselvirkning henholdsvis med en ren råolje og med saltvann for en konstant forsyningsspenning til generatoren lik 100 keV. Disse kurvene definerer den respektive mottagelseshyppighet for fotonene representert ved antall tellinger pr. sekund på ordinaten som en funksjon av deres energi i kiloelektronvolt på absissen. Disse kontinuerlige spektrene strekker seg mellom en nedre verdi, litt under 20 keV, som er transmisjonsgrensen for berylliumvin-duene 104 og 116, opptil en maksimum energiverdi på 100 keV. Curves 120 and 121 in fig. 6 represents the energy spectra for the received photons at one of the detectors after interaction respectively with a pure crude oil and with salt water for a constant supply voltage to the generator equal to 100 keV. These curves define the respective reception frequency for the photons represented by the number of counts per second on the ordinate as a function of their energy in kiloelectron volts on the abscissa. These continuous spectra extend between a lower value, slightly below 20 keV, which is the transmission limit of the beryllium windows 104 and 116, up to a maximum energy value of 100 keV.

Hver av mottagerne 82 og 84 omfatter (fig. 4) en sintil-lasjonsdetektor, henholdsvis 130 og 132, laget av et natrium-iodidkrystall som befinner seg i hvert sitt kammer som er av-grenset langs kappen 70 ved hjelp av berylliumvinduer, henholdsvis 131 og 133 (fig. 4), hvis spesifikasjoner er de samme som for vinduet 116 til generatoren 80. Each of the receivers 82 and 84 comprises (Fig. 4) a scintillation detector, respectively 130 and 132, made of a sodium iodide crystal which is located in a separate chamber which is delimited along the sheath 70 by means of beryllium windows, respectively 131 and 133 (FIG. 4), the specifications of which are the same as for the window 116 of the generator 80.

Mottagerne 82 og 84 omfatter hver en fotomultiplikator, henholdsvis 134 og 136, som er koblet til utgangene fra detektorene 130 og 132. Utgangene 135 og 137 fra fotomultiplikatorene 134 og 136 er koblet over ledere (ikke vist) til en sig-nalbehandlingsanordning 140 som er plassert ved det øvre parti av sonden over den annen mottager 84. The receivers 82 and 84 each comprise a photomultiplier, respectively 134 and 136, which are connected to the outputs of the detectors 130 and 132. The outputs 135 and 137 of the photomultipliers 134 and 136 are connected via conductors (not shown) to a signal processing device 140 which is placed at the upper part of the probe above the second receiver 84.

På fig. 7 er skjematisk vist en behandlingskrets ved utgangen av mottagerne 82 og 84. Hver puls ved utgangen 145 fra fotomultiplikatoren 134 har en amplitude som er proporsjonal med energien til det foton som detekteres av detektoren 130. Hver puls blir formet av en forforsterker 146. Etter forming In fig. 7 schematically shows a processing circuit at the output of the receivers 82 and 84. Each pulse at the output 145 of the photomultiplier 134 has an amplitude that is proportional to the energy of the photon detected by the detector 130. Each pulse is shaped by a preamplifier 146. After shaping

i forforsterkeren 146 blir pulsene tilført inngangen 151 tilin the preamplifier 146 the pulses are supplied to the input 151

en spenningsdiskriminator 150. Denne diskriminatoren har to utganger 152 og 154. På utgangen 152 opptrer et signal 1^(L) som er proporsjonalt med det antall fotoner som er innfanget pr. sekund av detektoren 130 innenfor et "lavt" energiin tervall omkring 30 keV representert ved L på fig. 6. Utgangen 154 fra diskriminatoren 150 frembringer et signal 1^(H) med en amplitude som er proporsjonal med tellehyppigheten for fotoner innfanget av mottageren 82 innenfor et "høyt" smalt energibånd sentrert på 60 keV, representert av bokstaven H på fig. 6. Diskriminatoren 150 omfatter for dette formål en gruppe spen-ningskomparatorer hvis nivåer V, (H) (H) på den ene side'og V^(L) og V_ (L) på den annen side (se fig. 6) definerer to a voltage discriminator 150. This discriminator has two outputs 152 and 154. At the output 152 a signal 1^(L) appears which is proportional to the number of photons that are captured per second of the detector 130 within a "low" energy interval of about 30 keV represented by L in fig. 6. The output 154 of the discriminator 150 produces a signal 1^(H) with an amplitude proportional to the count rate of photons captured by the receiver 82 within a "high" narrow energy band centered on 60 keV, represented by the letter H in FIG. 6. The discriminator 150 comprises for this purpose a group of voltage comparators whose levels V, (H) (H) on the one hand and V^(L) and V_ (L) on the other hand (see Fig. 6) define two

spenningsområder som henholdsvis svarer til det "høye" og det "lave" energiintervallet for mottatte fotoner. Ved utgangen av hvert komparatorpar er anordnet en teller for pulsene som mottas innenfor det betraktede spenningsområde, og som leverer signalene 1^(H) og 1^(L) som skal sendes til instrumentene på overflaten over kabelen. voltage ranges corresponding respectively to the "high" and the "low" energy interval for received photons. At the output of each comparator pair, a counter is arranged for the pulses received within the considered voltage range, and which delivers the signals 1^(H) and 1^(L) to be sent to the instruments on the surface above the cable.

Likeledes er utgangen 155 fra fotomultiplikatoren 136 koblet til en forforsterker 156 ved inngangen 161 til en diskri-minator 160 som på sine utganger 162 og 164 henholdsvis leverer to signaler (L) og I2(H), som henholdsvis svarer til det antall fotoner som er mottatt innenfor energiintervallet LQog innenfor energiintervallet Hg. Likewise, the output 155 of the photomultiplier 136 is connected to a preamplifier 156 at the input 161 of a discriminator 160 which on its outputs 162 and 164 respectively delivers two signals (L) and I2(H), which respectively correspond to the number of photons that are received within the energy interval LQand within the energy interval Hg.

Utgangssignalene fra diskriminatorene 150 og 160 blir over-ført til en koder 172 før de sendes via telemetreringssystemet langs kabelen 62 til en dekoder 174 som fører til overflateutstyret. Dette utstyret er anordnet for å frembringe en måling av fotonenes dempning i intervallene Lq og Hq over avstanden D som skiller mottagerne 82 og 84. The output signals from the discriminators 150 and 160 are transferred to an encoder 172 before being sent via the telemetry system along the cable 62 to a decoder 174 leading to the surface equipment. This equipment is arranged to produce a measurement of the attenuation of the photons in the intervals Lq and Hq over the distance D separating the receivers 82 and 84.

Fig. 7 representerer meget skjematisk funksjonene til dette utstyret ved hjelp av fire logaritmiske forsterkere 175 Fig. 7 very schematically represents the functions of this equipment by means of four logarithmic amplifiers 175

til 178 som frembringer utgangssignaler som er representative for parameterne Log 1^(L), Log 1^(H), Log I 2 (L) og Log I2(H), respektive. Disse signalene blir subtrahert to og to i kret-ser 180 og 182 som på sine respektive utganger 181 og 183 leverer signaler L' og H' som sendes til inngangen til en behand-lingsenhet 184. to 178 which produce output signals representative of the parameters Log 1^(L), Log 1^(H), Log I 2 (L) and Log I 2 (H), respectively. These signals are subtracted two by two in circuits 180 and 182 which on their respective outputs 181 and 183 deliver signals L' and H' which are sent to the input of a processing unit 184.

Under drift vil stråling som utsendes av røntgenstrålege-neratoren 80 i henhold til et kontinuerlig spektrum, vekselvirke med fluidumfyllingen til det ringformede rommet mellom sonden 60 og f6ringen over en avstand L^mellom generatoren 80 og den første detektoren 130 på den ene side, og over en avstand Ix^mellom denne generatoren 80 og den andre detektoren 132 på den annen side. During operation, radiation emitted by the X-ray generator 80 according to a continuous spectrum will interact with the fluid filling of the annular space between the probe 60 and the guide over a distance L between the generator 80 and the first detector 130 on the one hand, and over a distance Ix^ between this generator 80 and the second detector 132 on the other side.

Intensiteten av strålingen som innfanges av hver av mottagerne 82 og 84 innenfor et gitt energiintervall, avhenger av fluksen til de innfallende fotoner som er absorbert av det un-dersøkte mediet i dette intervallet. For hver av den første og annen mottager 82 og 84 kan de respektive intensiteter 1^bg I_ i dette energiintervallet uttrykkes ved hjelp av følgende forhold: The intensity of the radiation captured by each of the receivers 82 and 84 within a given energy interval depends on the flux of the incident photons absorbed by the investigated medium in that interval. For each of the first and second receivers 82 and 84, the respective intensities 1^bg I_ in this energy interval can be expressed using the following relationship:

I dette ligningssettet er Iq den intensitet som ville svare til en dempning ved null vekselvirkning, fi^og ^2er konstanter som er karakteristiske for første og annen mottager, og D er avstanden mellom de to mottagerne. In this set of equations, Iq is the intensity that would correspond to attenuation at zero interaction, fi^ and ^2 are constants characteristic of the first and second receivers, and D is the distance between the two receivers.

I det betraktede eksempel er avstandene L-^og L2henholdsvis 0,12 m og 0,32 m. In the example considered, the distances L-^ and L2 are respectively 0.12 m and 0.32 m.

Etter diskrimineringen av de fotonene som er mottatt i de to distinkte energiintervallene, det høye og lave henholdsvis H og L, vil beregningen som utføres av overflateutstyret tilveiebringe: After the discrimination of the photons received in the two distinct energy intervals, the high and low H and L respectively, the calculation performed by the surface equipment will provide:

hvor k er en konstant. where k is a constant.

Tilstedeværelsen av to detektorer som hver leverer en intensitet 1^og I2innenfor hvert energiintervall, gjør det mulig å oppnå forhold H<1>og L' som er uavhengige av fluktuasjoner i fluksen til innfallende fotoner på det undersøkte medium pga. ustabiliteter i røntgenstrålegeneratoren. Man kan faktisk se at den fluks som mottas av hver av de to mottagerne i hvert energiintervall er direkte proporsjonal med den innfallende fluks. Signalene H' og L<1>er representative for dempningen av fotonfluksen innenfor det tilsvarende energiintervall over av- The presence of two detectors, each delivering an intensity 1^ and I2 within each energy interval, makes it possible to obtain ratios H<1> and L' which are independent of fluctuations in the flux of incident photons on the investigated medium due to instabilities in the X-ray generator. One can actually see that the flux received by each of the two receivers in each energy interval is directly proportional to the incident flux. The signals H' and L<1> are representative of the attenuation of the photon flux within the corresponding energy interval over

standen D i det medium som analyseres.level D in the medium being analysed.

Det vises til uttrykk (5) hvor man legger merke til at signalene H' og L' direkte er en funksjon av den parameter som er karakteristisk for den fotoelektriske absorpsjon U og masse-densiteten p. Reference is made to expression (5) where it is noted that the signals H' and L' are directly a function of the parameter which is characteristic of the photoelectric absorption U and the mass density p.

Ved å fastslå en samsvarighet mellom parameterne og og H<1>og L' i henhold til følgende uttrykk: hvor k' og k11 er konstanter, kan forholdet mellom signalene som oppnås på utgangen av kretsen på fig. 7 og koeffisientene U og p uttrykkes på følgende form: By establishing a correspondence between the parameters and and H<1>and L' according to the following expression: where k' and k11 are constants, the relationship between the signals obtained at the output of the circuit of fig. 7 and the coefficients U and p are expressed in the following form:

Koeffisientene a, 3, a' og 6' avhenger av det betraktede energiintervall og middelenergien for spekteret som utsendes av røntgenstrålegeneratoren 80. De kan bestemmes ved kalibre-ring. The coefficients a, 3, a' and 6' depend on the considered energy interval and the average energy of the spectrum emitted by the X-ray generator 80. They can be determined by calibration.

Basert på den observasjon som er gitt i tabell I, om at parameteren Z/A varierer lite som en første tilnærmelse med hensyn til om fluidet er rent vann, saltvann eller petroleum, bestemmer behandlingsenheten 180 (ved å bruke verdien av dette forholdet i rent vann) en første verdi av parametrene H, og L, fra hvilke verdier av U og p kan beregnes eller utledes, som vist ved forholdet (11). Based on the observation given in Table I that the parameter Z/A varies little as a first approximation with respect to whether the fluid is pure water, salt water or petroleum, the processing unit 180 determines (using the value of this ratio in pure water ) a first value of the parameters H, and L, from which values of U and p can be calculated or derived, as shown by relation (11).

Ved begynnelsen av målingen blir inngangsdata vedrørende parametrene U, og p^levert til behandlingsenheten 180. Disse parametréne kan oppnås ved at man på forhånd kjenner sammensetningen av den råolje som produseres i området, og mer spesielt i den brønn og den oljeførende sone som betraktes. At the beginning of the measurement, input data concerning the parameters U, and p^ are delivered to the processing unit 180. These parameters can be obtained by knowing in advance the composition of the crude oil produced in the area, and more particularly in the well and the oil-bearing zone being considered.

Som antydet tidligere kan de også oppnås ved hjelp av en foreløbig måling i brønnen etter stopping av fluidumstrømmen og stabilisering. As indicated earlier, they can also be obtained by means of a preliminary measurement in the well after stopping the fluid flow and stabilization.

Behandlingsenheten er således i stand til ut fra verdiene U og p som tidligere er oppnådd, en første måling av forholdet V (totalt vann/fluidum) og av vekten S av salt pr.- volumenhet vann. The treatment unit is thus capable of, based on the values U and p previously obtained, a first measurement of the ratio V (total water/fluid) and of the weight S of salt per unit volume of water.

En finere måling av Z/A kan så oppnås fra disse verdiene ved hjelp av forholdet: A finer measurement of Z/A can then be obtained from these values using the ratio:

z z z hvor (—)ClNa, (—)H~0 og (■=-), henholdsvis er verdiene av forholdet Z/A for rent salt, for rent vann og/eller ren petroleum, slik de f.eks. er gitt i tabell I. z z z where (—)ClNa, (—)H~0 and (■=-), respectively, are the values of the ratio Z/A for pure salt, for pure water and/or pure petroleum, as they e.g. are given in Table I.

Fra denne nye verdien av forholdet Z/A utfører behandlingsenheten en nøyaktig bestemmelse av S og V ved suksessive itera-sjoner. From this new value of the ratio Z/A, the processing unit performs an accurate determination of S and V in successive iterations.

Verdiene U og p avhenger av temperaturen og trykket i fluidet, i henhold til kjente lover på grunnlag av hvilke behandlingsenheten er programmert for å utføre de nødvendige korrek-sjoner. The values U and p depend on the temperature and pressure in the fluid, according to known laws on the basis of which the treatment unit is programmed to carry out the necessary corrections.

I den nettopp beskrevne utførelsesform forblir kraftfor-syningsspenningen til røntgenstrålegeneratoren 80 den samme under hele målingen. Under disse forhold strekker energispekteret for fotonene som utsendes av røntgenstrålerøret seg kontinuerlig mellom tilnærmet 20 keV og 100 keV, og spektralutvel-gelsen av høyenergifotoner og lavenergifotoner finner sted ved In the embodiment just described, the power supply voltage to the X-ray generator 80 remains the same throughout the measurement. Under these conditions, the energy spectrum for the photons emitted by the X-ray tube extends continuously between approximately 20 keV and 100 keV, and the spectral selection of high-energy photons and low-energy photons takes place at

■ nivået til mottagerne 82 og 84 ved hjelp av amplitudevelgeren som avgrenser båndene Lq og Hq i diskriminatorene 150 og 160. ■ the level of the receivers 82 and 84 using the amplitude selector which delimits the bands Lq and Hq in the discriminators 150 and 160.

I henhold til en annen utførelsesform blir målingen utført ved å modulere energien til de utsendte fotoner. According to another embodiment, the measurement is performed by modulating the energy of the emitted photons.

I henhold til en annen utførelsesform er det mulig for dette formål å drive generatoren på pulset måte ved å forsyne den med pulser med forskjellige spenningsnivåer. I en første fase utsender således generatoren en første forholdsvis høy energipuls med en varighet på omkring 20 ms med en kraftforsy-ningsspenning på omkring 100 kV. Spekteret for den utsendte stråling svarer da til kurven 190 på fig. 10. Middelenergien E^for dette spektrum er omkring 60 keV som svarer til punktet 192 på kurven 190. According to another embodiment, it is possible for this purpose to operate the generator in a pulsed manner by supplying it with pulses of different voltage levels. In a first phase, the generator thus emits a first relatively high energy pulse with a duration of around 20 ms with a power supply voltage of around 100 kV. The spectrum for the emitted radiation then corresponds to curve 190 in fig. 10. The mean energy E^ for this spectrum is about 60 keV which corresponds to point 192 on curve 190.

I en andre fase blir røntgenstrålegeneratoren 80 forsynt med en spenning på 50 kV for å frembringe en annen forholdsvis lav energipuls hvis spektrum er representert ved kurven 191 på fig. 10. Maksimumsintensiteten for dette spektrum svarer hovedsakelig til en midlere fotonenergi på omkring E2= 30 keV, som representert ved punktet 193 på kurve 191. In a second phase, the X-ray generator 80 is supplied with a voltage of 50 kV to produce another relatively low energy pulse whose spectrum is represented by the curve 191 in fig. 10. The maximum intensity for this spectrum mainly corresponds to a mean photon energy of around E2= 30 keV, as represented by point 193 on curve 191.

I stedet for å telle pulsene som frembringes i løpet av hvert vindu ved utgangen av fotomultiplikatorene 134 og 136, blir den totale intensiteten av strålingen som innfanges av detektorene 130 og 132 målt (fig. 8). Ettersom tellehastighetene til detektorene 130 og 132 er meget høye, er det faktisk ikke lenger mulig å oppnå en spektralanalyse av fotonene. De respektive verdier av strømmene I<1>^og I'2som henholdsvis er til-gjengelige ved utgangene 145 og 155 fra fotonmultiplikatorene, er likevel representative for de fotonflukser som svarer til energiene E-^ og E2>Signalene 1'^og I'2blir omformet direkte ved hjelp av respektive logaritmiske forsterkere 202 og 204 hvis utganger er koblet til de respektive innganger 203 og 205 til en differensialforsterker 206 som ved sin utgang 208 leverer et Instead of counting the pulses produced during each window at the output of the photomultipliers 134 and 136, the total intensity of the radiation captured by the detectors 130 and 132 is measured (Fig. 8). As the counting rates of the detectors 130 and 132 are very high, it is actually no longer possible to achieve a spectral analysis of the photons. The respective values of the currents I<1>^ and I'2, which are respectively available at the outputs 145 and 155 from the photon multipliers, are nonetheless representative of the photon fluxes that correspond to the energies E-^ and E2> The signals 1'^ and I' 2 is transformed directly by means of respective logarithmic amplifiers 202 and 204 whose outputs are connected to the respective inputs 203 and 205 to a differential amplifier 206 which at its output 208 supplies a

signal proporsjonalt med Logy-j— over varigheten av hver høy-signal proportional to Logy-j— over the duration of each high-

2 2

energipuls og lavenergipuls. Signalene H' og L' som opptrer i. rekkefølge ved utgangen 208 i samsvar med høy- og lavenergipul-sene, blir overført til overflaten for behandling. energy pulse and low energy pulse. The signals H' and L' appearing in sequence at the output 208 in accordance with the high and low energy pulses are transmitted to the surface for processing.

For å kompensere for eventuell drift i forsterkningen til fotomultiplikatorene og de logaritmiske forsterkerne, er det tatt i bruk en lysemitterende diode (ikke vist) som er koblet til inngangen" til hver av de to fotomultiplikatorene 134 og 136 ved hjelp av optiske fibre inne i kappen 70. To compensate for any drift in the gain of the photomultipliers and the logarithmic amplifiers, a light emitting diode (not shown) is used which is connected to the input" of each of the two photomultipliers 134 and 136 by means of optical fibers inside the jacket 70.

Forsyningsspenningen til fotomultiplikatoren 136 blir re-gulert ved hjelp av en krets 210 som er koblet mellom utgangen 208 fra differensialforsterkeren 206 og en inngang 212 som sty-rer høyspenningen til fotomultiplikatoren 136 for å holde funk-I'1 re f The supply voltage to the photomultiplier 136 is regulated by means of a circuit 210 which is connected between the output 208 of the differential amplifier 206 and an input 212 which controls the high voltage of the photomultiplier 136 to keep the function I'1 re f

sjonen Log -=-j-x—'—=av de oppnådde strømmene I', r og I' £, 3 I' 2 ref ^ lref ^ 2ref henholdsvis ved utgangene 145 og 155 fra fotomultiplikatorene som respons på en lysreferansepuls frembraft av den lysemitterende diode, konstant gjennom generatorens 80 mørkeperioder. tion Log -=-j-x—'—=of the obtained currents I', r and I' £, 3 I' 2 ref ^ lref ^ 2ref respectively at the outputs 145 and 155 of the photomultipliers in response to a light reference pulse produced by the light-emitting diode , constant throughout the generator's 80 dark periods.

På fig. 9 er vist skjematisk nivåene for pulssignaleneIn fig. 9 shows schematically the levels for the pulse signals

220, 222 og 224 ved utgangen 208 som en funksjon av tiden og220, 222 and 224 at the output 208 as a function of time and

som respons på henholdsvis en første energipuls utsendt ved en "lav" spenning og så en annen energipuls utsendt ved en "høy" spenning, og så en eksiteringspuls for referansedioden. Hver av disse pulsene har en varighet på omkring 20 ms. De er adskilt av mørkeintervaller på omkring 20 ms og har en total sekvenstid på omkring 100 ms. . Kraftforsyningen til røntgenstrålegeneratoren i pulset modus har den fordel at rørets effekttap begrenses. Det gjør det også mulig å redusere' innvirkningen av mørkestrømmene på fotomultiplikatorene 134 og 136 ved høy temperatur, dvs. strøm-mer i fravær av stråling på detektorene 130 og 132. Signal/ støy-forholdet for målingen blir således betydelig forbedret. in response to respectively a first energy pulse emitted at a "low" voltage and then a second energy pulse emitted at a "high" voltage, and then an excitation pulse for the reference diode. Each of these pulses has a duration of around 20 ms. They are separated by dark intervals of about 20 ms and have a total sequence time of about 100 ms. . The power supply to the X-ray generator in pulsed mode has the advantage that the tube's power loss is limited. It also makes it possible to reduce the impact of the dark currents on the photomultipliers 134 and 136 at high temperature, i.e. more currents in the absence of radiation on the detectors 130 and 132. The signal/noise ratio for the measurement is thus significantly improved.

Pulseksitering av generatoren egner seg i tillegg godt til bruk av halvlederdetektorer, for eksempel kadmiumtellurid eller kvikksølvjodid, av liten størrelse, noe som skyldes det høye nivå på de samlede intensitetene I<1>^og l^- Disse detektorene kan spesielt være fordelaktige ved måling av homogeni-teten til det analyserte fluidum, spesielt i retningsbrønner. Pulse excitation of the generator is also well suited for the use of semiconductor detectors, for example cadmium telluride or mercury iodide, of small size, which is due to the high level of the combined intensities I<1>^and l^- These detectors can be particularly advantageous when measuring of the homogeneity of the analyzed fluid, especially in directional wells.

Bruken av en røntgenstrålegenerator slik som senderen 80 innenfor rammen av en måling i en petroleumsbrønn under produksjon er verdifull fordi den i motsetning til kjemiske kilder, dvs. bruk av et radioaktivt isotop, ikke utgjør noen risiko for å forurense brønnen i tilfelle sonden skulle gå tapt (noe som sjelden inntreffer, men som ikke er helt utelukket). The use of an X-ray generator such as the transmitter 80 in the context of a measurement in a petroleum well during production is valuable because, unlike chemical sources, i.e. the use of a radioactive isotope, it poses no risk of contaminating the well in the event of the probe being lost. (something that rarely occurs, but is not completely excluded).

En røntgenstrålegenerator slik som generatoren 80, har også den fordel at den leverer en høy fotonfluks og følgelig muliggjør hurtige målinger for dynamisk undersøkelse av strøm-mer. An X-ray generator such as the generator 80 also has the advantage that it delivers a high photon flux and consequently enables rapid measurements for dynamic investigation of currents.

Nøyaktigheten av de oppnådde målinger avhenger av telle-hastigheten til de brukte detektorene. Bruken av en høyfoton-flukskilde er derfor en gunstig faktor i dette henseende. The accuracy of the measurements obtained depends on the counting speed of the detectors used. The use of a high photon flux source is therefore a favorable factor in this respect.

Det er også mulig å bruke røntgenstrålegeneratoren 80 mens aksellerasjonsspenningen for elektronene på anoden 94 til rø-ret 80 moduleres på en måte- som kan være kontinuerlig og ikke-pulset. It is also possible to use the X-ray generator 80 while the acceleration voltage for the electrons on the anode 94 of the tube 80 is modulated in a way that can be continuous and non-pulsed.

For en aksell/\ erasjonsspenning Vn u er middelenergien til de utsendte fotoner E = 2/3 e Vq (hvor e er elektronladningen). Hvis aksellerasjonsspenningen blir bragt til å variere omkring For an accel/\ eration voltage Vn u, the average energy of the emitted photons is E = 2/3 e Vq (where e is the electron charge). If the acceleration voltage is made to vary about

spenningen Vq , er det mulig å påvirke denne middelenergien Ethe voltage Vq, it is possible to influence this mean energy E

og dermed for å variere graden av den fotoelektriske absorp-and thus to vary the degree of the photoelectric absorp-

sjon i det betraktede medium.tion in the considered medium.

Det signal som måles på en detektor 82 eller 84 har da følgende form: med The signal measured on a detector 82 or 84 then has the following form: med

hvor varierer lite med energien til fotonene. where varies little with the energy of the photons.

Ved å modulere energien til fotonene med et sinusformet spenningssignal ved å bruke en modulasjonshastighet på -AE/En(hvor EQsvarer til spenningen VQ) oppnår man: By modulating the energy of the photons with a sinusoidal voltage signal using a modulation rate of -AE/En (where EQ corresponds to the voltage VQ) one obtains:

Signalet ved utgangen fra detektoren er således en strøm sammensatt av en gjennomshittskomponent som avhenger av flere variable, innbefattet mediets densitet, og av en sinusformet komponent som hovedsakelig avhenger av den fotoelektriske ab-sorps jonskoef f isienten U for dette mediet. The signal at the output of the detector is thus a current composed of a through-hit component that depends on several variables, including the medium's density, and of a sinusoidal component that mainly depends on the photoelectric absorption ion coefficient U for this medium.

På fig. 11 er vist kurven 195 som representerer variasjoner som en funksjon av tiden i strømmen I ' som oppnås ved utgangen 108 fra forsterkeren 206 på fig. 8. Dette signalet er fremkommet ved hurtige variasjoner ved modulasjonsfrekvensen for forsyningsspenningen til røntgenstrålegeneratoren overlag-ret .på en middelverdi 1^^representert ved en prikket kurve-linjé på fig. 11 og hvis verdi spesielt varierer som en funksjon av densiteten. In fig. 11 shows the curve 195 which represents variations as a function of time in the current I' obtained at the output 108 of the amplifier 206 in fig. 8. This signal is produced by rapid variations in the modulation frequency of the supply voltage to the X-ray generator superimposed on a mean value 1^^ represented by a dotted curve line in fig. 11 and whose value in particular varies as a function of the density.

Amplituden AID av den sinusformede modulasjon som er over-lagret på middelamplituden IDQ, er derimot hovedsakelig en funksjon av den fotoelektriske absorpsjonskoeffisient U. The amplitude AID of the sinusoidal modulation superimposed on the mean amplitude IDQ is, on the other hand, mainly a function of the photoelectric absorption coefficient U.

Filtreringen av signalet ved hjelp av lavpass- og høypass-filtere (ikke vist) gjør det derfor mulig å separere likestrøm-kompohenten I^q og vekselstrømkomponenten av amplituden AID for å oppnå en direkte måling av verdiene p og U. The filtering of the signal by means of low-pass and high-pass filters (not shown) therefore makes it possible to separate the direct current component I^q and the alternating current component of the amplitude AID to obtain a direct measurement of the values p and U.

Takket være bruken av fotoelektrisk absorpsjon kan nøyak-tigheten av målingen av vann/petroleum-forholdet forbedres betydelig i forhold til hva som kan oppnås ved hjelp av densi-tetsmålingen alene. Målingen av verdien L' som utføres ved den "lave" energien, er faktisk omkring fire ganger mer følsom for variasjoner i dette forholdet enn målinger oppnådd ved "høy" energi. Thanks to the use of photoelectric absorption, the accuracy of the measurement of the water/petroleum ratio can be significantly improved compared to what can be achieved using the density measurement alone. The measurement of the value L' carried out at the "low" energy is actually about four times more sensitive to variations in this ratio than measurements obtained at "high" energy.

For eksempelvis en variasjon på 1% i det totale vann/flu-idumforholdet V, som svarer til en densitetsvariasjon på 0,002 g/cm 3, er således de respektive variasjoner dH'/H' og dL'/L' i verdiene H' ogL' 0,7% og 2,6%. For example, a variation of 1% in the total water/fluidum ratio V, which corresponds to a density variation of 0.002 g/cm 3 , the respective variations dH'/H' and dL'/L' in the values H' and L are thus ' 0.7% and 2.6%.

Målingen gjør det også mulig nøyaktig å bestemme saliniteten av formasjonsvannet. Målingen av L<1>ved "lav" energi er faktisk omkring 10 ganger mer følsom for variasjoner i saliniteten enn målingen ved "høy" energi. Den gjør det mulig spesielt å detektere variasjoner som svarer til 1,5 kg salt pr. m<3>råolje (10 3 liter) mens den tilsvarende densitetsvariasjon vanligvis ikke lar seg detektere. The measurement also makes it possible to accurately determine the salinity of the formation water. The measurement of L<1> at "low" energy is actually around 10 times more sensitive to variations in salinity than the measurement at "high" energy. It makes it possible in particular to detect variations corresponding to 1.5 kg of salt per m<3>crude oil (10 3 litres), while the corresponding density variation usually cannot be detected.

En slik nøyaktig måling av salinitet er fordelaktig spesielt når det gjelder å detektere for stor saltproduksjon i pe-troleumsstrømmen som oppnås fra et gitt produksjonslag. Det muliggjør også nøyaktig overvåkning av vanninnsprøytningstek-nikker i petroleumsførende lag for bedre produksjonseffektivi-tet. Such an accurate measurement of salinity is advantageous especially when it comes to detecting excessive salt production in the petroleum stream obtained from a given production layer. It also enables accurate monitoring of water injection techniques in petroleum-bearing layers for better production efficiency.

Et' apparat som det beskrevne med en røntgenstrålegenerator og detektorer (fig. 3) kan også brukes til å studere strømnings-betingelser i en petroleumsbrønn i produksjon, takket være de mulige målingshastigheter. Denne hastigheten gjør det faktisk mulig, å detektere forskyvningen av heterogensoner slik som olje-bobler i vann, eller gass i væske, mellom den første og den andré detektoren. An apparatus such as the one described with an X-ray generator and detectors (fig. 3) can also be used to study flow conditions in a petroleum well in production, thanks to the possible measurement speeds. This speed actually makes it possible to detect the displacement of heterogeneous zones such as oil bubbles in water, or gas in liquid, between the first and the second detector.

Claims

1. Method for measuring the absorption of a photon flux in a fluid flowing in an oil well lined with a metal liner, to produce at least one measurement indicating at least one characteristic regarding the composition of the fluid, characterized in that an elongated probe having a photon source and at least one detector arranged at longitudinally spaced locations is lowered into the well, that a photon flux with an energy spectrum below a predetermined level is produced by means of the source, whereby the walls of the well liner are able to mainly absorb the photons that hits it, that the photon flux is directed to irradiate the fluid that surrounds the probe symmetrically around its axis, that the resulting photon flux produced by the interaction between the emitted flux and the fluid is detected by means of the detector and that the measurement is derived from the output of the detector.

2. Method according to claim 1, characterized in that the energy of the emitted photons is lower than 100 keV.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the emitted flux comprises first photons with a low energy level at which photoelectric absorption is significant, and second photons with a high energy level at which Thompson scattering is predominant, and in that the first and second photons are detected in the resulting photon flux to produce first and second measurements, which measurements indicate the photoelectric absorption coefficient and the density of the fluid.

4. Method according to claim 1 or 2, characterized in that a photon flux with a continuous energy spectrum is produced by means of an X-ray generator.

5. Method according to claim 4, characterized in that the resulting photon flux is detected by means of another detector located at a predetermined longitudinal distance from the first detector, and in that. at least one measurement of the absorption over said distance in the fluid is derived from the outputs of the first and second detector.

6. Method according to claim 4 or 5, characterized in that the x-ray generator is operated to continuously produce a predetermined energy spectrum including a low energy range for which photoelectric absorption is significant, and a high energy range for which Thompson scattering is predominant, and in that the resulting flux are measured within a first and a second predetermined energy window to discriminate between photons emitted at the low energy range and photons emitted at the high energy range to produce • first and second measurements, which measurements indicate the photoelectric absorption coefficient and the density of the fluid.

7. Method according to claim 6, characterized in that the first and second energy windows are respectively centered around 30 keV and 60 keV.

8. Method according to claim 4 or 5, characterized in that the X-ray generator is driven to produce a photon flux with an energy spectrum that varies with time in accordance with a predetermined time function between a first predetermined energy spectrum that has a mean energy for which photoelectric absorption in the fluid is significant and a second predetermined energy spectrum having a mean energy for which Thompson scattering predominates.

9. Method according to claim 8, characterized in that the detection includes detection of the total intensity of the resulting photon flux.

10. Method according to claim 8 or 9, characterized in that the X-ray generator is operated to alternatively produce a first photon flux with the first predetermined energy spectrum and a second photon flux with the second predetermined energy spectrum, and in that the resulting first and second photon flux is alternatively detected in .temporal conditions of the alternating" operation of the X-ray generator .

11. Method according to claim 9, characterized in that the predetermined time function is a sine function, whereby the produced measurement has a mean value that indicates the density of the fluid, and period disk variations around the mean value whose amplitude indicates the photoelectric absorption coefficient of the fluid.

12. Method according to claim 8, characterized in that the first and the second predetermined energy spectrum have respective mean values of 30 keV and 60 keV.

13. 'Procedure for analyzing fluid flowing in an oil well lined with a metal liner, which fluid comprises a mixture of oil and salt water, characterized in that an elongated probe is lowered into the well, which has a photon source and at least one detector arranged at places separated in the longitudinal direction, that with the help of the source, a photon flux with an energy spectrum below a predetermined level is produced, whereby the walls of the well casing is able to mainly absorb the photons falling on it, the emitted flux comprising first photons with a first energy range in which photoelectric absorption is significant and second photons with a second energy range in which Thompson scattering is predominant, that the photon flux is directed to irradiate the fluid surrounding the probe symme tric about its axis, that the photons emitted at the first energy range and the photons emitted at the second energy range, in the resulting photon flux produced by the interaction between the emitted flux and the fluid, are detected, that a first and second measurement is derived from the output of the detector, that these measurements are combined to derive the photoelectric absorption coefficient and the density of the fluid mixture, and that the respective amounts of water and oil and the salinity of the water are derived from the coefficient and density ..

14. Probe for well logging arranged for guidance in an oil well with a metal guide for producing at least one measurement that indicates at least one characteristic regarding the composition of the well fluid, characterized by an elongate body, a photon source at a first location on the body, which source is arranged to produce a photon flux with an energy spectrum below a predetermined level at which the walls of the well casing are capable of substantially absorbing the photons incident thereon, at least one photon detector at a second location on the body at a longitudinal distance from the first location, a photon-absorbing screen on the body inserted between the source and the detector, a device for directing the flux from the source outwards from the body towards the detector symmetrically around the body, and a device for derive the measurement from the detector's output.

15. _ Probe according to claim 14, characterized in that the photon source is arranged to produce a photon flux with an energy spectrum below 100 keV.

16. Probe according to claim 14 or 15, characterized in that the photon source is arranged to produce first photons with a low energy level at which photoelectric absorption in the fluid is significant and second photons at an energy level at which Thompson scattering predominates, and in that the output device comprises a spectral selector device that provides first and second measurements in response to the detection of said first and second photons, which measurements indicate the photoelectric absorption coefficient and the density of the fluid.

17. Probe according to claim 14 or 15, characterized in that the photon source comprises an X-ray generator with a photon generating unit arranged to produce a photon flux with a continuous energy spectrum when energized with high voltage and a supply unit that can be brought to generate the photon generating unit.

18. Probe according to claim 17, characterized by another detector on the body at a predetermined longitudinal distance from the first detector.

19. Probe according to claim 17 or 18, characterized in that the supply unit is arranged to continuously generate such a voltage that the photon flux includes first photons at a low energy range for which photoelectric absorption in the fluid is significant, and second photons at a high energy range for which Thompson scattering is predominant, and at that the discharge device comprises a spectral selector device which produces first and second measurements in response to the detection of photons within a first and a second predetermined energy window respectively corresponding to the low and the high energy range, which measurements indicate the photoelectric absorption coefficient and the density of the fluid.

20. •' Probe according to claim 17 or 18, characterized in that the supply unit is arranged to produce a voltage that varies with time in accordance with a predetermined time function, between a low value and a high value, which values are such that at the mean value of energy spectrum when the low value is applied, the photoelectric absorption is significant, and Thompson scattering predominates when the high value is applied.

21. Probe according to claim 20, characterized in that the discharge device is arranged to produce a measurement of the total intensity of the resulting photon flux.

22. Probe according to claim 20 or 21, characterized in that the supply unit is arranged to alternately produce said low and said high voltage in the form of voltage pulses.

23. Probe according to claim 20 or 21, characterized in that the time function is a si nus function.

24. Probe according to claim 20, characterized in that the low voltage is around 50 kV and the high voltage is around 100 kV.