NO823635L - Fremgangsmaate og apparat for logging i grunnformasjoner som omgir et borehull. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt en fremgangsmåte og et apparat for radiométrisk-borehulls-logging for under-søkelse, av grunnformas joner-.som gjennomtrenges av et borehull,

og mer spesielt en forbedret fremgangsmåte og apparat for høy-frekvens-pulset nøytron-gammastråle-logging•hvor gammastråling som -er et resultat av uelastisk nøytronspredning og termisk nøytroninnfangning. selektivt blir detektert og' den spektralé for-'deling av den detekterte gammastråling blir bestemt..

Ét antall'brønnlpggingsteknikker som. brukes kan generelt klassifiseres■som nøytron-indusert.radiométrisk borehulls-logging.

I sin' grunnleggende form medfører .disse fremgangsmåtene bestråling av'under jordiske jordf ormas joner med nøytroner qg så bestemmels.e

av virkningen a-v. val.gte formas jonsbestanddéler på nøytronene ved å måle enten gammastråler som frembringes ved uelastisk spredde

nøytroner eller gammastråler som er et resultat av termisk nøytron-innfangning. Deteksjonen av disse-radioaktive signalene som stråles tilbake til borehullet,, gir informasjon om.'porøsitet, litologi og. nærvær eller fravær av hydrokarboner i. de undersøkte formasjoner.

I det vanlig brukte instrument for nøytron-indusert gammastråle-logging blir en nøytron-generator pulset ved-én frekvens opp til omkring 20-KHz. Hver nøytronpuls frembringer uelastisk spredt gammastråling .som blir detektert i løpet av et tidsintervall som faller sammen med hver utsendelse av nøytroner fra nøytronkilden, og termisk nøytron-innfangnings-gammastr.åling som blir detektert i løpet av et'tidsintervall som følger etter opp-høret av hver nøytronpuls-. En deteksjonspuls blir overført til

overflate-elektronikken- for- behandling under ' hvert av de. to deteks jonsintervallene sammen med en synkroniser.ingspuls. Synkroniseringspulsene blir brukt i overflate-elektronikken til.å dirigere den puls som opptrer i løpet av det uelastisk spredte deteksjonsintervall til'en seksjon av en flerkanal-analysator. Likeledes blir den.puls som opptrer i det termiske nøytron-innf angnings-déteks jonsintervall dirigert til en annen seksjon av, flerkanal-analysatoren. Bruken av lager, adresse-dekodere, subtraherere og forholdskretser gjør det mulig å frembringe in-' formasjon som indikerer valgte karakteristikker ved borehull og formasjon.

Det er kjent at med en kilde med pulsfrekvens på omkring

. 20 KHz må logg.e.instrumentet for den nøytron-induserte gammastråling gjennomløpe, borehullet med en .hastighet som er mindre, enn fem- fot pr. minutt for' å .oppnå pålitelig informasjon. Ved. økte loggehastigheter er den oppnådde informasjon.betydelig dårligere på grunn av at et .'utilstrekkelig antall nøytroner bombarderer formasjonsinteirvallene, og på grunn av' minskede tellehastigheter av de detekterte gammastråler. Økning i logge-, hastigheten krever derfor en proporsjonal økning i nøytron-kildens pulsfrekvens. Økning.av pulsfrekvénsen til -nøytron-kilden minsker i be- tydelig grad den tid som ér tilgjengelig for deteksjon av tilbake-stråling. Som et resultat.blir det tidsintervall som skiller intervallet for deteksjon av uelastisk gammastråling og intervallet for deteksjon av termisk nøytron-innfangnings-gammastråling sterkt redusert. En reduksjon i det tidsintervallet som skiller de to deteksjonsintervallene, resulterer i at de pulsene, som detekteres innenfor hvert intervall, har' lettere for å.hope seg ■opp eller spre seg inn i hverandre under overføring til overflate-elektronikken over loggekabelen. Slik, pulsspredning resulterer i .hva som på overflaten synes'å være en større puls i stedet for separate og uavhengige pulser. De energiene som måles i den forvrengte pulsen, er ikke. lenger direkte avhengig av ■•• elementer i den nøytron-bestrålte undergrunnsformasjon og er- derfor uegnet for bruk ved vurdering av disse formasjonene.-Ved øket pulshastighet av en nøytrpn-kilde er det følgelig .vanskelig å fastslå nøyaktige-målinger av karakteristikker ved borehullet -og formasjonen. Disse og andre ulemper blir over-vunnet ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse der det tilveiebringes, en fremgangsmåte og et apparat for drift av en pulset' . ; nøytron-kilde ved forholdsvis høye pulsfrekvenser uten opphopning av de detekterte pulsene under overføring over loggekabelen. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer én forbedret .fremgangsmåte og apparat for pulset nøytron-gammastrålelogging. 'En nøytron-geherator som er anordnet i'et borehulls-loggeinstru- ■ ■

ment blir gjentatt' pulset ved en forutbestemt pulsfrekvens. Hvert utbrudd eller hver puls av høyenergi-nøytroner frembringer gammastråler på grunn av uelastisk spredning og gammastråler på.grunn

av termisk, nøytron-innfangning. Gammastråling på grunn av uelastisk spredning blir detektert bare i løpet av et deteksjons-

intervall som faller sammen med pulsingen av nøytron-kilden for et forutbestemt antall utbrudd av høytron-generatoren. Gammastråling på grunn av innfangning bliir detektert bare i løpet av et deteksjonsintervall som følger etter opphøret av nøytron-utbruddene for et annet forutbestemt antall utbrudd av nøytron-generatoren.. For hvert deteksjonsintervall blir bare en enkelt puls overført- til Overflaten.. Synkrohiseringspulser som.genereres i lOggeinstrumentet blir skalert til en lavere - frekvens og overført.til overflaten sammen med deteksjonspulsene. Synkroniseringspulsene blir brukt i elektronikk-kretsene på overflaten til å dirigere pulser som inntreffer i de uelastiske deteksjoris-periodene til en seksjon av en flerkanal-analysator Og pulser som opptrer i innfangnings-deteksjonsintervallet til en annen seksjon av f lerkanal-a-nalysatoreh. Adresse dekodere, subtra-^-herere og forholdskretser blir'brukt til å generere signaler som eir representative for forekomsten og kvantiteten av valgte elementer i de bestrålte formasjoner... Figur 1 er et sideriss, delvis i tverrsnitt, av et borehulls-.loggeinstrument ifølge den foreliggende oppfinnelse. 1 Figur 2 er et blokkskjema over instrumentets- undergrunns-kretser ifølge den foreliggende oppfinnelse. Figur 3 er et elektrisk skjema over en del av undergrunns-

kretsen på figur 2.

Figurene 4A - 4H er et sett med tidsmessig innrettede bølge-form-diagrammer ved forskjellige sighalpunktef i undergrunns-■kretsen Figur. 5 er et blokkskjema over overflatekretsen ifølge den

foreliggende oppfinnelse.

Det vises nå til tegningene mer detaljert, spesielt tri figur 1, hvor det skjematisk .er vist on radiométrisk undersøkelses-operasjon i et borehull der en del av jorden 10 er vist i vertikal-sn-itt. Borehullet 12- gjennomtrenger jordoverflaten og. kan være . foret. Inne i borehullet 12 er undergrunnsinstrumentet 14 for loggesystemet anordnet. Undergrunnsinstrumentet 14 omfatter et

.deteksjonssystem 16 og en pulset nøytron-kilde .18 som er adskilt ved hjelp av et strålingsskjold 20. Instrumentet 14 henger i en. loggekabel 22 i borehullet 12 og inneholder de nødvendige, ledere for å.forbinde undergrunnselektronikken 24 i instrumentet 14 elektrisk med overf la teapparature.n. Kabelen 22 blir viklet på

eller av en trommel 26 ved heving og senkning av instrumentet.

14 slik at det gjennomløper borehullet 12.

Ved opptakelse av en radioaktivitetslogg for formasjonene som omgir borehullet 12, blir instrumentet 14 brakt til å gjennom-løpe "borehullet 12. Nøytroner fra kilden 18 bestråler de.formasjoner som omgir borehullet og tilbakevendende stråling som er-påvirket av formasjonene, blir detektert ved hjelp av deteksjons-systemet 16. Dé resulterende signaler - blir sendt til undergrunnselektronikken 24 for behandling og overføring, til overflaten gjennom"kabelen 22. Over sleperinger på enden av trommelen 26 blir signalene koblet ved hjelp av ledere 28 til overflate-elektronikken 30, hvor signalene blir behandlet og så registrert på en registrer.ingsanordning 32. Registreringsanordningen 32

er også forsynt med. en dybdeindikasjons-inrigang på leder 34 slik at de data som'registreres på•registreringsanordningen 32, er i korrelasjon med dybden av instrumentet 14 etter hvert som.instrumentet 14 gjennomløper borehullet 12. Elementene på figur 1 • er vist' skjematisk, og man" vil forstå at de tilhørende kretser og kraftforsyninger er anordnet på en konvensjonell.måte. Det er også slik å forstå.at.instrumenthuset vil være konstruert

for å motstå de trykk og mekaniske og termiske påkjenninger som'man støter på ved logging av et dypt borehull, og for å tilveiebringe tilstrekkelig rom til å huse. den nødvendige apparatur

og tillate overføring av- stråling gjennom•dette.

Det vises hå til figur 2 hvor det i form av et blokkskjema er vist.den undergrunnselektronikken 24' som er. forbundet med detektoren 16 og kilden 18. Detektoren 16 er en scintillasjons-teller anordnet for sprektral-analyse av gammastråling. I den foretrukne utføre!sesform er detektoren 16 et natriumjodid-krystall. Krystallet er.koblet til et fotomultiplikator-rør, slik som modell nr.. 4523 fra The. Radio Corporation of America. For å beskytte' detektoren fra de høye temperaturer som finnes i. borehull, kan detektoren være montert i en termosflaske.

Utgangen fra detektoren 16 er koblet til en emitter-følgér-krets 36 i undergrunnselektronikken 24. Utgangen fra emitter-følger-kretsen 36 er .koblet, til en diskriminator-krets 38 som har. sin utgang koblet til en inngang på en OG-port 40 med tp i n-n r ganger. Diskriminatorkretsen 3-8 blir' brukt til å fjerne pulser som har amplituder under en valgt terskelverdi som.ellers kan forårsake opphopning på den overføringslinjen som normalt er koblet til utgangsklemmen 80.. En diskrimihator-innstilling på. 400 kéV er vanligvis egnet for dette formål. Pulsutgangen fra emitter-f ølgeren.. 36 er også koblet til. en forsinkelseslinje 42, som normalt er innstilt for å istand bringe en forsinkelse på'

0,4 mikrosekunder, hvis utgang er koblet.til en grunnlinje-, justeringskrets 4.4 hvis utgang er koblet til en lineær port-krets 4 6.

Utgangssignalet fra en klokkekrets 48 er koblet til inngangen på en buffer-krets 50 hvis utgang er koblet til en kilde-pulserings-krets 52. Utgangen fra pulseringskretsen 52 er koblet til kilden 18 og bringer kilden 18 tii å emittere et utbrudd med høyenergi-nøytronér. med en varighet .som er lik puls-tidsbredden fra. høyspennings-pulseringskretsen 52. Kilden 18, vil typisk emittere nøytroner med et tilnærmet enefgi-nivå på

14 MeV for en • tidsperiode på omkring 6 mikrosekunder.' Utgangen .fra pulseringskretsen 52 blir også koblet til inngangen på en referanseforsterker-krets 54, hvis- utgang tilveiebringer inngangen til komparator-kretsen 56. Utgangen fra komparator-kretsen 56 er koblet til portpOsisjons-kretsen.58 hvis utgang er koblet-til inngangen på en uelastisk monostabil forsinkelses-krets 60, en monostabil innfangningsforsinkelses-krets.62 og en portklarg jørings-krets 64.

Utgangen f ra . den monostabile uelastiske f orsinkelseskretsen 60 er koblet til den uelastiske monostabile' portkretsen 66 hvis

utgang er koblet til en inngang på ELLER-port '68 med to innganger. Utgangen fra den monostabile innf.angningsforsinkelses-kretsen 62 er koblet til en monostabil innfangningsport-krets 70 hvis utgang er koblet til den andre inngangen på ELLER-porten-68. Utgangen fra EL.LÉR-port 68 er koblet til den andre inngangen på OG-port 40 hvis utgang er forbundet med én monostabil multivibrator-krets 72. Utgangen fra den monostabile multivibrator-kretsen 7 2 er koblet til styreinngangen på den. lineære port- • kretsen 46, tilbakéstillingsinngangen på den monostabile uelastiske portkretsen 66 og tilbakéstillingsinngangen på den monostabile innfangningsport-kretsen 70.

Som nevnt blir inngangen til portklargjørings-kretsen 64 tilveiebrakt fra utgangen fra portposisjons-kretsen 58. En utgang fra portklargjørings-kretsen 64 blir samtidig koblet til tilbakéstillingsinngangen på den monostabile innfangnings forsinkelses-kretsen 62 og til tilbakéstillingsinngangen på den monostabile uelastiske forsinkelses-kretsen 60. En annen utgang fra portklargjørings-kretsen 64 er koblet til en monostabil posisjons-krets 7 4 for synkroniseringspulsén, hvis utgang- er koblet til inngangen på synkroniseringsforsterker-kretsen. 76. Utgangen- fra synkroniser ingsf or stérker-kre.tsen 76 utgjør en inngang til forsterker 78 hvis annen inngang blir. levert fra utgangen av den lineære port-kretsen 46. Den forsterkede utgangen fra forsterker 78. blir koblet til utgangsklemmen 80 for-overf øring over elektriske ledere i' kabelen-22 til overflate-elektronikken 30 for ytterligere behandling.

Under drift av den elektroniske kretsen på figur 2 passerer pulser fra -klokke-kretsen 48 (vist på figur 4A) gjennom buffer-kretsen -5 0 til inngangen på pUlseringskretsen 5.2. I den foretrukne. utf-ørelsesf orm er klokke-kretsen 48 innstilt til å arbeide ved en frekvens på omkring: 50 KHz. Utgangen fra pulserings-'kretsen 52 er en.høyspénnings-puls -på omkring 20 kV som forårsaker en utmatning av- høyenergi-nøytronér- fra kilden 18 med omkring 6 mikrosékunders varighet med en repetisjonsfrekvens svarende til frekvensen fra klokkekretseh,. 48 .

Bestråling.av undergrunnsformasjoner med høyenergi-nøytronér forårsaker flere -nukleære reaksjoner innbefattet.uelastisk' spredning- av gammastråling og gammstråling som er. et resultat av termisk nøytron-innfangning. Som. forklart i det etter-følgende, inntreffer et første deteksjonsport-intervall i løpet av den tid nøytron-kilden er slått på for å emittere nøytroner,. . noe som tillater deteksjon av radioaktivitet som skyldes uelastisk spredning", og ' et annet deteks jonsport-iriterva.ll som inntreffer etter utbruddet fra nøytron-kilden for deteksjon av radioaktivitet som'skyldes innfangning av termiske nøytroner. Gammastråling fra u'elastisk spredning og innfangningsreaksjoner faller inn på detektoren 1& og blir koblet gjennom émitter-følgeren 36 til forsinkelseslinjen 42 og diskriminator-kretsen.

38. Diskriminator-kretsen 38 fjerner pulser som har amplituder

under en valgt terskel-yerdi og som ellers kunne forårsake puls-opphopning på-overføringslinjen sOm normalt er forbundet med utgangsklemmen 80. Som nevnt er diskriminator-injistillingen på 400 keV vanligvis egnet for dette formål. Pulser som overstiger diskriminator-terskeien utgjør en inngang til OG-port 40.

Som nevnt blir;disse.detekterte strålingspulsene også koblet til forsirikelseslinjen 42 som vanligvis er innstilt til å forårsake en forsinkelse•på 0,4 mikrosekunder. Det forsinkede, utgangssignalet blir koblet til grunnlinje-justéringskretsen 44

■ som blir regulert for å fjerne ikke-linearitet forårsaket . av de elektroniske .kretsene nede i hullet og på overflaten. - -Ut--•gangssignalet. fra grunnlinje-justéringskretsen 44' blir koblet

til en inngang på den lineære porten 46.

For å besørge korrekt tidsmessig innstilling blir deteksjons-. t:j.ds-intervallene for uelastisk stråling og innfangningsstråling referert til utløsningen av nøytron-kilden 18 ved' hjelp av utgangssignalet fra ref erans'e-f or stérkeren 54 som ér koblet til komparator-kretsen 56, hvor signalet' for å tilveiebringe støy-immunitet, blir sammenlignet med et fast referansenivå. Utgangen .fra.komparator-kretsen 56 blir koblet til inngangen på portposisjons-kretsen '58. Portposisjons-kretsen 58 er en regulerbar monostabil multivibrator sOm muliggjør samtidig posisjonering,

av begge- deteksjonsportene i forhold til utløsningen av nøytron-kilden 18 mens det ønskede tidsforhold mellom begge deteksjons--portene opprettholdes. Utgangen fra portposisjons-krets.en 58 blir samtidig koblet til den uelastiske monostabile forsinkelses-kretsen 60, den monostabile innfangningsforsihkelsés-kretsen 62 og portklargjørings-kretsen 64. Den monostabile uelastiske forsinkelseskretsen 60 er innstilt-for å forsinke starten av den uelastiske deteksjonsporten som genereres ved hjelp av den monostabile uelastiske portkretsen 66 med en fastsatt tid etter begynnelsen av utløsningen av nøytron-kilden 18. Denne forhånds-innstilte tiden er tilnærmet lik påslagstiden for kilden 18. Den monostabile uelastiske port-kr-etsen 66 er innstilt .for å tilveiebringe et portintervall som fullstendig er'innenfor kildens akt-iveringsperiode . I den foretrukne utfør el sesf orm er den monostabile . uelastiske forsinkelseskretsen 60 innstilt for å ha en forsinkelse på omkring 2 mikrosekunder fra det tidspunkt utgangen fra pulserings-kretsen 52 blir. tilført nøytron-kilden 18 og den uelastiske deteksjonsporten.er innstilt for å ha et tidsintervall på.omkring 6 mikrosekunder.

Den monostabile innfangningsforsinkelsés-kretsen 62 er innstilt for å forsinke starten av innfarighingsdeteksjons-porten som. genereres ved hjelp av den monostabile innfangn-ingsport-. kretsen 70 med en forutbestemt tid etter utløsning eller akti-vering • av, nøytron-kilden 18. Den monostabile "innfang.ningsport- kretsen 70 er innstilt for å tilveiebringe et portintervall som ligger fullstendig innenfor den tid kilden er i en av-tilstand. I den foretrukne utførelsesform er den monostabile innfangningsforsinkelses-kretsen 62 innstilt for å ha en forsinkelse på'.omkring 12 mikrosekunder fra opphør av ■ nøytron-kilden 18 og innfangningsdeteksj.ons-porten er innstilt for å

ha et tidsintervall på omkring 6 mikrosekunder.

Som nevnt er utgangen fra port-posisjons-kre.tsen 58 også'koblet til portklargjørings-kretsen 64. Portklargjørings-kretsen 64 er som forklart mer detaljert senere, innstilt for å klargjøre den monostabile uelastiske f orsinkelses-kretsen. 6.0 for,et.forutbestemt tidsintervall mens den monostabile inn-.. f angningsf orsinkelses-kretsen' 62 frakobles, og for å klargjøre den monostabile innfangningsforsinkelses-kretsen 62 for et forutbestemt tidsintervall mens den monostabile uelastiske. f orsinkelses-kretsen 60 frakobles. Ved å gjøre dette blir bare uelastisk gammastråling målt for et forutbestemt antall pulseringer av nøytron-kilden og bare innfangnings-gammastråling blir målt for et annet forutbestemt antall pulseringer av nøytron-kilden. I den foretrukne utførelsesform er forholdet mellom pulseringer av nøytron-kilden for deteksjon av uelastisk spredt gammastråling og de som brukes for deteksjon av innfangnings-gammastråling omkring tre-til-en. For hver åtti aktiveringer av. nøytron-kilden blir nærmere bestemt seksti aktiveringer brukt, bare for uleastisk gammastråle-målingbg tyve aktiveringer blir brukt utelukkende, for mål ing av ■• innf angninas-gammastrå llng .

Når enten en uelastisk deteksjonsport eller en innfangnings-deteks jonsport blir generert, blir den tilført den annen inngang på OG-porten 40. Utgangssignalet. fra OG-porten ■- 4 0 trigger den monostabile multivibrator-kretsen. 72 som nominelt er innstilt for å .'ha en utgangspulsbredde på 1,6 mikrosekunder for styring av -den lineære porten 46. Åpningen av den lineære porten 46 blir således synkronisert med pulseringen av nøytron-kilden 18 for å tilveiebringe et uelastisk portintervall eller, et inn-f angningsportintervall...Den monostabile uelastiske pOrt-kr.etsén 66 og den'monostabile innfangningsport-kretsen 70 er multivibra-torer av den ti-lbakestillbare typen med en. tilbakestillings-inngang på hver koblet til utgangen på den mo-nostabile multivibrator-kretsen ■ 7 2. ■ Virkemåten av kretsene er slik at hvis en trigger-puls blir tilført tilbakestillingsinirgangen. før ■ slutten. av den.periode som innledes ved.hjelp av en tidligere trigger-puls, vi! periodetiden bli tilbakestilt og startet.på nytt.

Etter at kretsen er aktivert 'ved hjelp av en trigger-puls ,■ vil

også utgangen forbli høy inntil slutten'av periodetiden eller

• inntil en tilbakestillingspuls blir , tilført,. avhengig,, av hva

som først inntreffer. Resultatet av denne .tilbakestillings-.konfigurasjonen er å nullstille den monostabile kretsen så snart den første.gammastrålen med energi over diskriminator-terskelen blir. detektert. Ved å bruke'en multivibrator-krets med denne tilbakestillingsfunksjonen, tilveiebringer den monostabile kretsen•portbredde-tidssginalet for bestemmelse av den maksimale lengde av deteks jonsporten og d e-n sørger for å avslutte. porten når den første gammastrålepulsen over diskriminator-terskeleh'er detektert i

En annen utgang fra portklarg j ør ings-kretsén 6.4 er koblet til den monostabile posisjonerings-kretsen 74 for synkroniserings-

<:>pulsen.- POrtklargjøring-kretsen _ 64' er innstilt for å trigge,

den monostabile posisjons-krétsen 74 for'synk-roniseringspulsen omkring hvert 1600 mikrosekund. Synkroniseringspulsen blir forsterket ved hjelp av forsterker-krets 76 og kombinert med deteksjonssignalet ved hjelp av summeringsforsterker 78 for . kobl in.g' til • den overføringslinjen som er tilkoblet utgangsklemmen 80.

Det vises nå til figur 3 hvor en del av undergrunnselektronikken 24 er vist mer detaljert, spesielt komparator-krets .56. portposisjonerings-kretsén 58, portklargjørings-kretsen 64 og den.monostabile ■ synkroniseringsposisjons-kretsen 74.

Komparator-kretsens.56 inngangsklemmie 8 2 er koblet til en

induktor 84.hvis annen side er forbundet med innganaen, ben 2,

på komparator 86 og.med kondensator 88 .hvis annen side .er tilkoblet et felles referansepotensial, slik som for eksempel jord.

Ben .1 på komparator 86 er forbundet med .ben 7 gjennom en motstand' 90'og kondensator 92 som er elektrisk parallel1-koblet med hverandre, og det er.koblet til det.felles referansepotensial gjennom motstand 94.. Utgangen fra komparatoren 86 er koblet gjennom kondensator 9 6 til knutepunktet mellom en diode 98 og en motstand 100 hvis annen side er koblet til det felles referanse-, potensial. Anoden på dioden 98 er koblet gjénnom kondensator;102 til knutepunktet.mellom motstand 10.4 og emitteren i en transistor 106. Den andre siden' av. motstanden 10'4 og basisen i transistor

106, er forbundet med et første positivt spenningspotensial ,

■i den foretrukne uff ørelsesf orm 15 volt likespenning.. Kollektoren i transistor 106 er forbundet med det felles referansepotensial gjennom motstand 108 og utgjør videre inngangen til.' en monostabil multivibrator 110.

En mOtstand 112 og poténsiometér 114 er koblet i serie mellom det første positive spenningspotensial og den monostabile multivibratoren 110. Utgangen fra den.monostabile multivibratoren 110 er koblet til knutepunkt 116 som er forbundet; méd kondensator .118 hvis andre side er koblet til det felles referansepotensial gjennom motstanden 120; Diodens 122 katode er forbundet med knutepunktet mellom kondensatoren 118 og motstanden. 120 med diodens 122 anode koblet til motstand 124 hvis andre side er forbundet med det felles referansepotensial, og kondensator 12.6. Den andre siden av kondensatoren 126 er forbundet med en- side av motstand 128 hvis andre- side er forbundet med et annet'positivt spenningspotensial, , og til basis i transistor 13 0. Emitteren i transistor 13 0 er ogs.å koblet til det annet positive spenningspotensial V 2 1 som fortrinnsvis består av en-.likespenningskilde på + 5 . volt . Kollektoren i transistor 130 er koblet gjennom motstand 132 til det felles referanse-potensialog til utgangsklemmen 134 som utgjør- en inngang til. den monostabile uelastiske•forsinkelseskretsen 60 og den monostabile innfangningsforsinkelses-kretsen 62 som er vist.på figur 2 .

Utgangen fra den monOstabile multivibratoren. 110 som -ér koblet^til knutepunkt 116, er videre koblet til inngangen på teller/delekrets 136. Utganaén fra teller/delekretsen 136" er .koblet til inngangen på teller/delekrets 138. En første utgang, ben 1, på teller/delekretsen-138 er koblet til en første inngang på en NOG-port 140 med to innganger og en'annen utgang, ben 2,

på teller/delekrets 138 ér koblet til en annen inngang på.NOG-port' 140. Utgangen fra NOG-port 140 er koblet-til en buffer-' krets 14 2 og ér samtidig forbundet med begge inngangene på NOG-. porten 14-4 med to innganger, hvis utgang er koblet til buffer-. kretsen 142. En første utgang, ben '4, -på' buffer-kretsén 142 er'forbundet med klemme -146 som er en inngang til den monostabile. uelastiske f orsinkelseskretsen 60, den annen inngang.,. ben 2, på bufferkretsen 142 er koblet til klemme 148, en inngang til den'monostabile innfangningsforsinkelses-kretsen 62.

En tredje utgang fra'teller/delekretsen' 138, ben 12, utgjør inngangen til en monostabil multivibrator 150.. I serie mellom det første positive spenningspotensiale V^ . og den monostabile. multivibratoren 150 er koblet en. motstand 152 og et potensiometer 154. Utgangen fra den monostabile multivibratoren 150 er koblet gjennom kondensator 15.6 til basis i en transistor 158. Basisen i transistor 158 er -også koblet til det annet positive spenningspotensial, V2 / gjennom motstanden 160. I tillegg er emitteren i transistor 158 koblet til det annet positive

spenningspotensial, V2. • Kolléktoren i transistor 158 er for-,

bundet med knutepunktet mellom induktor 162 'og motstand 164 hvis

andre side er koblet, til det felles differanse-potensial. Den andre siden av induktoren 162 er forbundet med knutepunktet mellom kondensator 164 og potensiometer 166, idet den andre siden av. begge er koblet til det felles referansepotensial. Armen til • potensiometer 166 er koblet til klemme 168 som er inngangen til synkroniseringsforsterker-kretsen 76 på figur 2.

Tabell I er en liste over' komponenter, som brukes i den foretrukne utførelsesform av den krets som'er vist på figur 3.i

Virkemåten av den detaljerte kretsen på figur 3 kan best forklares i forbindelse med bølgeform-diagrammene på figur 4. Inngangen til komparator-kretsen 56, ved klemme 82, består av

en rekke pulser fra referanseforsterkeren 54. Disse pulsene er ved en pulsfrekvens på 50 KHz som.svarer til utgangen fra klokke-krétseh 48, som illustrert på figur 4A. Pulsene blir koblet til komparatoren .86 hvor de blir sammenlignet med en forutbestemt ref eranseverdi,. slik som for eksempel en verdi lik omkring 80 ■%

av den typiske topp-amplitudeverdien av utgangen fra referanseforsterker 54. Piilsutgangen fra komparatoren 8.6 blir koblet gjennom transistor 106 til inngangen på.den monostabile multi-,vibrator 110. Potensiometere 114 er koblet i serie med motstand 112 mellom det første positive spenningsnivå, , og den monostabile multivibrator 110 og blir regulert for å forandre tidsstyringen av utgangen fra den monostabile multivibratoren 110. I den foretrukne utførelsesform er utgangen fra den mono-. stabile multivibratoren en port på 20 mikrosekunder referert

til pulseringen av kilden.

Utgangen fra den monostabile multivibrator.en 110 blir koblet gjennom transistor 130 til klemme 134 som forbinder "D"-inngangen på den monostabile innfangningsforsinkelses-. kretsen 62 og "D"-inngangén på den monostabile uelastiske for--sinkelses-kretsen 60. Utgangen fra den monostabile multivibratoren. :110 er også koblet til klokkeinngangen, ben 14, på teller/- delekretsen 136. Utgangen, ben 12, fra teller/delekretsen .136 . som er representert på figur 4b, er en firkantbølge på 20.0 mikrosekunder som blir koblet til klokkeinngangen, ben 14, på teller/- . delekre.ts 138. Teller/delekrets 138 består av en teller som deler med 8. Dekodings-portstyrings-utgangene fra 'teller/dele-, krets 138. er vanligvis "lave" og går "høye" bare ved deres respektive dekodede tidsspaltér. Hver diodeport-utgang forblir "høy" for en hel klokkeperiode. Utgangen fra ben 1 på teller/dele-krets 138 representerer "1"-utgangen- og er vist på figur 4C. Ut-,

■gangen ved ben 2 på tel 1-er/delekrets 138 representerer "0"-utgangen og er vist på figur 4D. I tillegg kompleterer utførelses-signalet, ben 12, en periode for hver åttende klokkeinngångs-periode," idet dette utgangssignalet' er vist på figur 4G, som er "høyt" i 800 mikrosekunder og "lavt" i 800 mikrosekunder.<;>Utgangen fra ben 1 vil være "høy", i . ti.klokkeoverganger på inngangen., ben 14, og utgangen på ben 2 vil være "høy" i de neste ti klokkepulser på inngangen, ben 14.

De.to utgangssignalene fra ben 1 og 2 på teller/delekrets 138 blir koblet til de to inngangene på NOG-port 1.40 og forårsaker at dennes utgang er "lav" i en tid.som ér lik tyve inngangs-pulser på ben 14 på'teller/delekrets 138. Denne utgangen vil være lav i 400 mikrosekunder i den foretrukne utf ørelsesf orm.. Utgangen fra NOG-port 140 er koblet til en inngang, ben 5, på bu ff er-kretsen 142.. Buffer-kretsen 142 er fortrinnsvis én ikke-inverterende heksa-buffer/omformer som omformer inngangsnivået til et passende utgangsnivå. Som vist vil inngarigssignaléts . nivå på mellom 0 og ■+■ V-^ bli omformet til. mellom 0 og: + • Ut-'. gangen, ben 4 , blir som vist på figur 4F, så koblet til tilbakéstillingsinngangen på den monostabile' uelastiske.forsinkelsés-kretsen 60. Dette signalet vil frakoble den monostabile uelastiske f orsinkelses-kretsen 60 i tyve klokkepuls.er som svarer til tyve pulseringer, av kilden.

Utgangen fra NOG-port 140 blir også koblet til begge inngangene på NOG-port 144'hvis utgang opptre invertert. Utgangen fra NOG-port. 1.44 blir koblet til en annen inngang, ben .3, på buffer-krets 142 hvis utgang vil opptre som inversjonen av den første utgangen, ben .4, figur 4E. Denne utgangen blir koblet til tilbakéstillingsinngangen på'den monostabile innfangningsforsinkelses-kretsen 62 og vil frakoble innfangnings-forsinkelses-krets.en i' 60 klokkepulser. Det er således blitt beskrevet og illustrert en krets hvorved bare en innfangningsmålirig vil bli foretatt alene i tyve aktiveringer av kilden, eller Omkring 25 % av de totale kilde-aktiveringene, med en uelastisk måling foretatt alene i. seksti kilde-aktiveringer, eller omkring 75 % av de totale aktiveringer av kilden; .

Utgangen- fra teller/delekretsen- 138, ben 12, som er vist på figur 4G, blir. koblet til inngangen på den monostabile multivibrator 150. Utgangen fra den monostabile multivibratoren 150. blir koblet gjennom transistor 158 og dens tilhørende krets til"ut<g>angsklemmen 168. Signalet ved klemmen 168 representerer en synkroniseringspuls for hvert 1600 mikrosekund,.som illustrert på figur 4H. Synkroniseringspulsen kobles -til summerings-forsterker 78 ved hjelp av synkroniseringsforsterker 76 for' .overføring sammen med de detekterte pulser til overflate-elektronikken .

Det vises.nå til figur 5 hvor elektronikk-kretsen 30 på overflaten er illustrert mer detaljert. Pulser fra den elektriske lederen i logge-kabelen -22 blir koblet gjennom inngangsklemme 170 til en forsterker-krets 172 hvis utgangssignal kobles til en synkroniserings- og signal-separator-krets 174. Hvis synkroniser ingspulsene og signalpulsene er av motsatt polaritet, kan de separeres ved hjelp av en polaritets-følsom krets, og hvis de-., er .av samme polaritet, kan de separeres ved hjelp av en spennings- diskriminator-krets. I en foretrukket utførelsesfofra blir

synkroniseringssignalet overført med en polaritet som ér motsatt polariteten av de detekterte pulsene. Om ønsket kan detektorens port-inter.valler også port-styres av under overføring av synkroniseririgsintervallet. Detektorsignalene blir koblet fra

. synkroniserings-., og signal-separator-kretsen 174 på den elek- - triske.leder 176 til tidsstyre-kretsen 178 på overflaten. Synkroniseringssignaléné fra synkroniserings- og signal-separator-kretsen 174 blir koblet til en fasedetektor-krets 180 hvis ut-

gangssighal- kobles gjennom en lavpassfilter-krets 182 til en spenningsstyrt oscillator-krets 184. Utgangen fra den spenningsstyrte oscillator-kretsen 184 bl ir - koblet til en skalerings-krets 186 og også til.tidsstyre-kretsen'178' på overflaten ved hjelp av en elektrisk leder 188..Utgangssignalet fra skalerings-k.retsen 1.86-blir koblet tilbake til fasedetektor-kretsen .180.

Under drift av den kretsen som er vist på figur 5 blir de kombinerte synkroniseringspulsene.og signalpulsene koblet til

synkroniserings- og signal-separator-kretsen 174 hvor synkroniseringspulsene blir separert og formet-for å 'tilveiebringe en

.referansefrekvens for fasedetektor-kretsen 180.. Utgangssignalet. fra fasedetektoren blir filtrert og- brukt som styrespenning for' den spenningsstyrte oscillator-kretsen 184. Utgangssignalet .fra oscillatoren blir skalert ved hjelp av en frekvénsdeler og koblet til. den annen inngang på fasedetektor-kretsen 180. Når sløyfen er i faselåsing, er utgangssignal-frekven.sen den spenningsstyrte oscillatoren .184 lik produktet av referanseinrigangsfrekvensen og

skaleringsforholdet. Hvis derfor systemet -på overflaten arbeider ved.en klokkefrekvens på 50 KHz og synkroniseringspulsene blir

skalert og overført som et signal på 500 Hz, som nå er i faselåsing med klokkekretsen i borehullet, tilveiebringes synkroni-seringen mellom systemene nede i borehullet og på overflaten. 'En mer detaljert beskrivelse åv synkroniserings-ovefførings-systemet kan man finne i US-patent hr. 4 168.428.

Lederne 176 og 188 er koblet til tidsstyre-kretsen 178 på Overflaten, som omfatter en flerkanal-analysator og en rekke adresse-dekodere og behandlings-kretser. Virkemåten av fler- . kanal-analysatoren og adresse-dekoderne er forklart i detalj i US-patent nr. 4 013 874. Kort forklart .blir utgangene fra en flerkanal-analysator koblet til en rekke adresse-dekodere idet en. slik adresse-dekoder er tilveiebrakt for hvert energi- område av interesse i spektret for de detekterte gammastråler som frembringes eller opptrer i formasjonene som omgir et borehull. Utgangen fra adresse-dekoderné. tilveiebringer informasjon med hensyn til karbon,-oksygen, silisium, kalsium og

andre elementer av interesse. Disse- signalene kan behandles videre ved å ta forhold mellom to eller flere av signalene, eller-de kan korrigeres ved å bruke kompensasjonsfaktorer, eller de kan registreres direkte. - ,

Det er således blitt beskrevet og illustrert her et system

i samsvar med den foreliggende oppfinnelse hvor en ny og forbedret fremgangsmåte og et apparat'er beskrevet, som tilveiebringer borehullslogging ved hjelp av nøytron-indusert gammastråling. Fagfolk på, området vil imidlertid innse at opplagte

modifikasjoner kan foretas uten å avvike fra oppfinnelsens idé., Man vil således forstå at utførelsesformene av oppfinnelsen som er.beskrevet og vist, bare er eksempler og ikke har, til 'hensikt .; å begrense rammen for den foreliggende oppfinnelse:

Claims (28)

1. Fremgangsmåte, for logging av grunnformasjoner som omgir et borehull, karakt, erisert. ved. at formasjonene bestråles med en første rekke utbrudd av høyenergi-nøytronér, av stråling som stammer fra formasjonene under den første rekke utbrudd av nøytroner, detekteres, at formasjonene bestråles med en annen rekke utbrudd av ' høyenergi-nøytronér,.og ved at stråling som stammer fra formasjonene etter den annen rekke utbrudd av nøytroner, detekteres.'

2. Fremgangsmåte. ifølge krav 1, ka,r akt er i sert ved. at den stråling som detekteres under den første rekke utbrudd av nøytroner,'er representativ for, gammastråling som skyldes uelastisk spredning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav' 2, karakterisert v ed at stråling som detekteres etter den annen rekke utbrudd av nøytroner, er representativ fOr gammastråling på grunn av termisk nøytron—innfangning.

4. Fremgangsmåte for undersøkelse av de omgivelser som omgir et borehull , k a r a. k t e r i s e' r t ved at omgivelsene bestråles cyklisk med tidsadskilte utbrudd av høyenergi-nøytronér,, at strålingen som kommer fra omgivelsene under en første, rekke utbrudd av høyenergi-nøytronér detekteres, at stråling som kommer fra omgivelsene etter en annen rekke utbrudd av høyenergi-nøytronér detekteres, at det utledes en spektral representasjon av strålingen som detekteres i løpet av den første rekke med utbrudd av høyenergi-nøytronér, og ved at det utledes en spektral representasjon av den stråling som detekteres etter den annen rekke med utbrudd av.høyenergi-nøytronér.

5. '.' Fremgangsmåte ifølge, krav. 4, karakterisert ■ved at strålingen som detekteres under den første rekke med utbrudd er gammastråling som skyldes uelastisk spredning.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at den stråling som detekteres etter den annen rekke med utbrudd er gammastråling som skyldes termisk nø ytroninnfangning.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at den første rekke med nøytron-utbrudd omfatter omkring 75 % av de totale utbrudd i en bestrålingssyklus.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert v e d at den annen rekke med nøytron-utbrudd omfatter omkring 25 av de totale utbrudd i en bestrålingssyklus.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6, k a r a k t e r i s é r t ved at hver bestrålingssyklus har 80 nøytron-utbrudd.

10.. Fremgangsmåte ifølge krav. 9 k. a r a k t e r i ,s e r t ved at den. gammastråling som skyldes' uelastisk spredning, blir detektert i løpet av 60 utbrudd av nøytroner.

11. Fremgangsmåte ifølge.krav 10,. karakterisert ved . at den gammastråling som skyldes termisk nøytron-innf angning, blir detektert etter 20 nøytron-utbrudd. .

12. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at en bestrålingssyklus av nøytron-utbrudd er omkring 1.6 00 mikrosekunder i varighet.

13. Fremgangsmåte for undersøkelse av jordmaterialer, karakterisert ved at' jordmaterialene bestråles cyklisk med et tog av nøytron-utbrudd, at gammastråling som skyldes uelastisk spredning detekteres under et forutbestemt antall av .utbruddene, at gammastråling som skyldes termisk nøytron-innfangning,: detekteres etter et annet forutbestemt antall av utbruddene, at det genereres en spektral-representasjon av den gammastråling som skyldes uelastisk spredning, og ved at- det genereres en spektral-representasjon-av den detekterte gammastråling som skyldes - termisk nøytron- innf angning.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert v ed at gammastrålingen som skyldes uelastisk spredning, blir detektert under omkring 7 5'."% av toget med nøytron-utbrudd og at gammastråling'som skyldes termisk nøytron-innfangning, blir detektert etter omkring 25 % av toget med nøytron-utbrudd.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14 , k a r a ' k t e -r i. s e r . t v e d at en bestrålingssyklus omfatter 80 utbrudd av nøytroner over en tidsvarighet på 1600 mikrosekunder...

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert ved- at. gammastrålingen som skyldes uelastisk spredning, blir detektert under omkring 60 nøytron-utbrudd.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at. gammastrålingen som skyldes termisk nøytron-innfangning, ■blir detektert etter omkring 25 nøytron-utbrudd.

18. Apparat for logging av undergrunnsformasjoner som omgir-et borehull, karakterisert ved én kilde for bestråling av formasjonene med en rekke utbrudd, av høyenergi-nøytronér,-en strålingsdetektor for å detektere stråling som kommer fra formasjonene, og en anordning for å generere et første elektrisk signal som er funksjonsmessig avhengig av den stråling som' detekteres under en første rekke av utbruddene og et-annet elektrisk signal som er funksjonsmessig avhengig av den stråling som detekteres etter en annen rekke av utbruddene.

19. Apparat ifølge krav 18, karakterisert ved at strålingen, som detekteres under den første rekke med utbrudd, er representativ for gammastråling' som skyldes uelastisk spredning.

20. Apparat ifølge krav 19., karakterisert ved at den stråling som detekteres i løpet av den annen flerhet med utbrudd, er representativ for gammastråling som skyldes termisk nøytron-innfangning.

21. Apparat for undersøkelse av de omgivelser som omgir et borehull, karakterisert ved en anordning for cyklisk bestråling av omgivelsene med et tog av tidsadskilte utbrudd av høyenergi-nøytronér, en anordning for å detektere stråling som kommer.fra omgivelsene, en anordning for å utlede en spektral-representasjon av den stråling som detekteres under en første rekke med ut brudd av høyenergi-nøytronér, og en anordning for å utlede en spektral-representasjon av den stråling som detekteres etter en annen rekke med utbrudd av høyenergi-nøytronér.

22. Apparat ifølge krav 21, karakterisert ved at den stråling som detekteres under den første rekke med- utbrudd, er gammastråling som skyldes uelastisk spredning.

23. Apparat ifølge krav 22, k a r å k t e r i s e r t ved at den stråling som detekteres under den annen rekke med ut brudd, er gammastråling ■ som skyldes termisk nøytron-innf angning..

24. Apparat ifølge krav 23, karakterisert , v -ed' at den gammastråling som skyldes uelastisk spredning, blir ... detektert under omkring 75 % av toget med utbrudd av nøytroner, og den gammastråling som skyldes termisk nøytron-innfangning, blir detektert etter omkring 25 % 'av toget med utbrudd av nøy-., tronor.

25. Apparat ifølge krav 24, karakterisert ved at en bestrålingssyklus omfatter 8 0 utbrudd av nøytroner.

26. Apparat' ifølge krav 25, karakterisert ved ; at den gammastråling som skyldes uelastisk spredning, blir detektert under omkring 60 utbrudd av nøytroner.

2 7. Apparat ifølge krav 2.6, karakterisert ved at den gammastråling som skyldes termisk nøytron-innfangning, blir detektert etter omkring 20 utbrudd av nøytroner.

28. Apparat ifølge krav 27, karakterisert ved ' at bestrålingssyklene omfatter en. tidsvarighet på 1600.mikrosekunder . -