NO301612B1 - Fremgangsmåte til analyse av formasjonsdata fra et formasjonsevaluerende loggeverktöy for måling under boring - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til analyse av formasjonsdata fra et loggeapparat for et borehull og mer bestemt fra et nytt og forbedret apparat for å tilveiebringe forma-sjonstetthetslogging i sanntid med bruk av gammastråler og som omfatter et måling-under-boring-(MWD- eller MUB-verktøy.

Oljebrønnlogging har vært kjent i flere år og skaffer en olje/gassbrønnborer informasjon om den bestemte jordformasjon som bores. I vanlig oljebrønnlogging blir, etter at en brønn er blitt boret, et instrument kjent som en sonde firt ned i borehullet og benyttet til å bestemme noen av karakteristikkene til formasjonen som brønnen går gjennom. Sonden er typisk en hermetisk forseglet stålsylinder som henger i enden av en lang kabel som gir mekanisk støtte til sonden og skaffer kraft til instrumenteringen inne i sonden. Kabelen (som er festet til et eller annet mobilt laboratorium på overflaten) er også middelet hvorfra informasjon sendes opp til overflaten. Det blir således mulig å måle en eller annen parameter av jordens formasjoner som en funksjon av dybden, dvs. mens sonden hales opp. Slike "kabel"-målinger foretas normalt i sanntid (imidlertid tas disse målinger lenge etter at den virkelige måling har funnet sted).

En kabelsonde inneholder vanligvis en viss kildetype (kjerne-fysisk, akustisk eller elektrisk) som sender energi inn i formasjonen såvel som en egnet mottaker for å detektere den samme energi som returnerer fra formasjonen. Den foreliggende oppfinnelse angår et loggeapparat for å måle tettheten av formasjonen og hvor kilden emitterer kjerneenergi og mer bestemt gammastråler. Kabel-gammastråletetthetssonder er velkjente og omfatter innretninger som innbefatter en gammastrålekilde og en gammastråledetektor, skjermet fra hverandre for å forhindre telling av stråling som emitteres direkte fra kilden. Under bruk av sonden kommer gammastråler (eller fotoner) emittert fra kilden inn i formasjonen som skal undersøkes, og vekselvirker med de atomære elektroner i materialet i formasjonen ved fotoelektrisk absorpsjon, comptonspredning eller parproduksjon. I fotoelektriske ab- sorpsjons- og parproduksjonsfenomener fjernes de spesielle fotoner som er involvert i vekselvirkningen, fra gammastrålen.

I comptonspredningsprosessen taper det involverte foton noe av sin energi, mens det forandrer sin opprinnelige bevegelsesret-ning, idet tapet er en funksjon av spredningsvinkelen. Noen av fotonene emittert fra kilden og inn i prøven blir følgelig spredt mot detektoren. Mange av disse når aldri detektoren da deres retning forandres av en comptonspredning nummer to eller de absorberes ved den fotoelektriske absorpsjonsprosess i parproduksjonsprosessen. De spredte fotoner som når detektoren og vekselvirker med den, telles av det elektroniske utstyr som er forbundet med detektoren.

Eksempler på kjente kabeltetthetsinnretninger er vist i US-PS nr. 3 202 822, 3 321 625, 3 846 631, 3 858 037, 3 864 569 og 4 628 202. Kabelformasjonsevalueringsverktøy såsom de ovennevnte gammastråletetthetsverktøy har mange ulemper, herunder tap av boretid, utgiften og forsinkelsen involvert i utkobling av borestrengen for å sette kabelen i stand til å fires ned i borehullet og både oppbyggingen av en vesentlig slamkake og invasjonen av formasjonen ved borevæsker under tidsrommet mellom boringen og målingene. En forbedring i forhold til disse kjente metoder er den nylig utviklede teknikk for måling-under-boring (MWD eller MUB) hvor mange av karakteristikkene til formasjonen bestemmes hovedsakelig samtidig med boringen av borehullet. MUB-logging eliminerer enten helt eller delvis nødvendigheten av å avbryte boreoperasjonen for å fjerne borestrengen fra hullet med tanke på å gjøre de nødvendige målinger med kabelmetoder. I tillegg til evnen til å logge karakteristikkene til formasjonen hvorigjennom borkronen passerer, kan denne informasjonen på en sanntidsbasis gi betydelige sikkerhetsfordeler for boreoperasjonen. Eksempler på MUB-tetthetsinnretninger er vist i US-PS nr. 4 596 926, 4 814 609 og 4 829 176.

US-PS nr. 5 017 778 viser et loggeinstrument som har en strålingssensor som måler langs borehullets omkrets under rotasjonen, og foretar en RMS-midling av målingene, og bestemmer via statistiske metoder om borehullet har elliptisk eller sirkulær form. Fra US-PS nr. 4 705 944 er det videre kjent å inndele målingene i sektorer og å lagre dem for hver omdreining, føre målingene over i et annet lager og multiplisere dem.

Det foreligger et vedvarende behov for nye og forbedrede MUB-tetthetsverktøy som overvinner begrensningene forbundet både med kjente kabel- og MUB-tetthetsmålinger. F.eks. kan det forestilles forbedringer med hensyn til å oppnå mer nøyaktige og pålitelige målinger uansett tilbakespredning av gammastråler gjennom verktøyet og nærværet av borevæske (slam) mellom verktøyets detektorer og kjernekilden og formasjonen.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en fremgangsmåte som skal benyttes med et måling-under-boring-(MUB-)loggeverktøy for formasjonsevaluering, idet fremgangsmåten minimerer feil i formasjonsdata fra et borehull og mottatt av verktøyet.

For å oppnå denne hensikt benyttes trinnene:

å dele et tverrsnitt av borehullet i en rekke valgte seksjoner; å motta signaler fra formasjonen som logges mens MUB-loggeverktøyet (10) roterer og å dele de mottatte signaler med hensyn til den valgte borehullseksjon hvorfra signalene mottas; idet fremgangsmåten erkarakterisert vedde ytterligere trinn: å bestemme et spektrum for hver av de valgte seksjoner; å analysere hver av de bestemte spektra for å bestemme formasjonsdatafeilen i hvert av spektrene; og å minimere den beregnede feil ved å vurdere formasjonsdatafeilen i hvert spektrum og ved å velge et bestemt spektrum eller ved å kombinere minst to spektra.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse skaffes det en MUB-formasjonstetthetsmuffe som innbefatter en enkelt gammastrålekilde og et par av langsforskjøvne og detektormontasjer i innbyrdes anordnet linje (f.eks. doble scintillasjonstellere). En kjernekilde monteres i en lomme i muffeveggen og omgis delvis av gammastråleskjerming. Muffeveggseksjonen tilstøtende kilden er utvidet radialt slik at det defineres et fremspring som fortrenger slammet og således reduserer borehull- og slamkakeeffekter. I en alternativ utførelse erstattes fremspringet av en pågjenget væskefortrengningshylse som beskrevet nedenfor. De to detektormontasjer monteres inne i et hulrom eller en luke dannet i muffeveggen og lukkes av et detektor-lukedeksel under omgivende trykk. Detektormontasjene festes adskilt fra kilden og er også delvis omgitt av gammastråleskjerming for å gi god formasjonsrespons. Lukedekselet festes til muffen med bolter og inneholder strålingsgjennomsiktige vinduer på linje med detektormontasjene.

Tetthetsmuffen kan innbefatte en usentrert gjennomgående boring for den innvendige strøm av borevæske. I tillegg til luken for å huse detektormontasjene innbefatter muffen to ytterligere luker med samme avstand for å romme ytterligere kontroll-elektronikk og en kraftforsyning.

En pågjenget væskeforsyningshyIse anordnes på muffen over detektorlukedekselet. I en alternativ utførelse av denne oppfinnelse omtalt ovenfor, fjernes fremspringet fra naboskapet til kildens og væskefortrengningshylsen strekker seg over kildeåpningen. Denne hylse har en rekke viktige funksjoner innbefattet fortrengningen av borehul1væsker, reduksjon av slamkakedannelse som kan ha en negativ virkning på målingen, og å holde relativt konstant avstand mellom formasjon og detektor. Hylsen har fullt mål (med hensyn til borehulldiameteren) og innbefatter strålingsgjennomsiktige vinduer som er anordnet over lukedekselvinduene på en måte som optimerer verktøyets respons. Hylsen innbefatter blader som er utført slik at de skaffer tilstrekkelig strømningsareal for borevæskene som strømmer gjennom ringrommet mellom tetthetsmuffen og formasjonsveggen og allikevel reduserer til et minimum mengden av boreslam mellom kilde- og detektormontasjene på den ene side og formasjonen på den annen. Disse blader er hardsveiset med et slitefast materiale. Gjengingen og skuldrene på hylsene er utført slik at de i tilstrekkelig grad fester hylsen til muffeveggen uten rotasjon (kjent som "make-up") under boring. Hylsen kan skiftes ut på borestedet når den er slitt eller skadd.

De to gammastråledetektormontasjene benytter et natriumjodid-krystall og et glassfotorør og er hver anbragt i et nytt monteringsarrangement som gir tilstrekkelig gammastråleskjerming såvel som beskyttelse mot støt og vibrasjon. Det aktuelle krystall er montert i et hermetisk forseglet hus med bruk av standardmetoder. Den ytre utførelse av huset tillater stivt feste til et magnetisk skjold (mumetall). Dette skjold skaffer magnetisk beskyttelse for fotorøret slik at det unngås uønskede forstyrrelser i rørets utgangssignal under drift. Et lag av elastomert materiale forsynt med hulrom for volumetrisk utvidelse er innsatt mellom krystallhuset og det magnetiske skjold. Det magnetiske skjold tjener også som et konstruktivt element ved å beskytte glassfotorøret mot ytre krefter såsom de frembragt ved volumetrisk utvidelse av elastomeren under forhold med forhøyet temperatur. Et ytre isolerende rør blir deretter solid festet til en ende av mumetallhuset med et klebemiddel. Dette rør tjener i kombinasjon med en beskyttende endehette til å "lukke inn" og miljømessig beskytte dynodeelektronikkmontasjen som er nødvendig for fotorørdriften. Som nevnt er fotorøret og elektronikken inne i det magnetiske skjold tilstrekkelig kapslet innenfor det isolerende rør slik at de beskyttes mot skade forårsaket av omgivelsene, spesielt mot støt og vibrasjoner. Den optiske vei mellom krystall og fotorøret frembringes ved å benytte et gjennomsiktig medium. Hele detektorpakken så langt beskrevet, er kapslet i en kapslingforbindelse (dvs. ett elastomer) som har en bestemt geometri og benytter en konstruksjon av støpte ribber for å gi de ønskede stivhets- og vibrasjonskarakteristikker. Denne fremgangsmåte gir en liten, solid pakke som deretter kan settes inn i luken i muffeveggen til tetthetsverktøyet uten å gripe til standard festeanordninger for montering.

Til forskjell fra en vanlig kabeltetthetssonde vil MUB— tetthetsverktøyet i henhold til denne oppfinnelse typisk bli anvendt i samband med rotasjonsboring og vil derfor rotere (sammen med resten av borestrengen) under måleperiodene. Følgelig er det behov for å ta hensyn til slike rotasjoner når gammastrålemålingene evalueres. I den første utførelse av denne oppfinnelsen benyttes en fremgangsmåte kjent som "kvadratur". Kvadratur betyr å dele signalet fra formasjonen opp i fire forskjellige seksjoner: topp, bunn, høyre, venstre. Etter hvert som verktøyet roterer, vil det raskt gå gjennom disse fire kvadranter. Hver gang det passerer en grense, økes en teller og viser til neste kvadrant. Dette vil tillate å dele dataene i fire spektra for hver detektor. Hver av disse fire spektra vil fås i løpet av fjerdeparten av den totale registreringstid. Langromdataene såvel som kortromdataene vil ha tilstrekkelig statistisk signifikans for bruk til målingen av tettheten. På denne måte kan fire kompenserte tetthetsmålinger fås for hvert sampel. Disse fire målinger kan sammenlignes og kombineres for å skaffe en optimal tetthet og en pseudogeometrimåling. Hvis borehullet utsettes for minimal utvasking kunne alle fire kompenserte tetthetsmålinger benyttes i beregningen av sann tetthet. Hvis borehullet utsettes for mer omfattende utvasking, kan bunnmålingen og de to sidemålinger benyttes til å beregne sann tetthet. Hvis borehullet utsettes for ekstrem utvasking, ville bare bunnmålingen benyttes. Naturligvis er den samme fremgangsmåte like anvendbar på et system som deler signalet i mindre enn fire eller mer enn fire seksjoner.

I en annen utførelse av denne oppfinnelse kombineres tetthetsmålingen med målingen fra en borehullkaliper, fortrinnsvis en akustisk kaliper. Den akustiske kaliper kan kontinuerlig montere avstanden mens verktøyet roterer over borehullet. Hvis kaliperen plasseres på linje med tetthetskiIden og detektorene, kan den bestemme avstanden foran detektorene på et hvert gitt tidspunkt. Denne informasjon kan benyttes til å skille tetthetsdataene i et antall sett basert på graden av avstand. Etter et forhåndsinnstilt tidsintervall kan tetthetsmålingen deretter utføres. Det første trinn i denne prosess er for kortrom- og langromtettheter som skal beregnes fra dataene i hvert sett. Deretter blir disse tetthetsmålinger kombinert på en måte som minimerer den totale feil i tetthetsberegningen. Minimering av feil i tetthetsberegningen krever betraktning av to hovedfeilkilder, statistiske fluktua-sjoner i telleratene og den økte usikkerhet i målinger forbundet med øket avstand. Størrelsen av den statistiske usikkerhet er proporsjonal med kvadratroten til den inverse av registreringstiden. Økningen i usikkerhet med avstand er verktøyavhengig og må beregnes for hvert verktøy.

De ovenfor omtalte og andre trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil skjønnes og forstås av vanlige fagfolk fra den følgende detaljerte beskrivelse og tegningen. Fig. 1 viser et skjematisk riss av et gammastråletetthetsverk-tøy i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et oppriss fra siden, delvis i tverrsnitt, av kjerneloggeverktøyet i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2A viser et oppriss i tverrsnitt som gjengir et kjernelog-geverktøy likt verktøyet på fig. 2, men med bruk av en modifisert væskefortrengningshylse. Fig. 3 viser et forstørret riss av en modulær koblingsover-gangsluke i verktøyet på fig. 2. Fig. 4 viser et oppriss i tverrsnitt langs linjen 4-4 på fig. 3.

Fig. 5 viser et oppriss i tverrsnitt langs linjen 5-5 på fig. 2.

Fig. 6 viser et oppriss i tverrsnitt langs linjen 6-6 på fig. 2. Fig. 6A viser et oppriss i tverrsnitt langs linjen 6A-6A på fig. 2, men som bare gjengir detektorlukedekselet. Fig. 7 viser et oppriss delvis i snitt langs linjen 7-7 på fig. 2.

Fig. 8 viser et oppriss langs linjen 8-8 på fig. 7.

Fig. 9 viser et oppriss i tverrsnitt langs linjen 9-9 på fig. 2. Fig. 10 viser et oppriss i tverrsnitt langs linjen 10-10 på fig. 2.

Fig. 11 viser verktøyet på fig. 3 sett fra høyre ende.

Fig. 12 viser et grunnriss av detektoren, behandlings- og MTI-lukene til verktøyet på fig. 2 med lukedekslene fjernet og med omkretsen av verktøyet vist i et enkelt plan. Fig. 13 viser et grunnriss av skjermingen av den nedre kilde. Fig. 14viser et oppriss i tverrsnitt langs linjen 14-14 på fig. 13. Fig. 15 viser et grunnriss sett ovenfra og gjengir skjermingen for den øvre kilde. Fig. 16 viser et oppriss i tverrsnitt langs linjen 16-16 på fig. 15. Fig. 17 viser et oppriss i tverrsnitt langs linjen 17-17 på fig. 16. Fig. 18 viser et oppriss fra siden av en væskefortrengningshylse i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Fig. 19 viser et oppriss i tverrsnitt langs linjen 19-19 på fig. 18. Fig. 20 viser et oppriss i tverrsnitt langs linjen 20-20 på fig. 18.

Fig. 21 viser et grunnriss av en detalj på fig. 20.

Fig. 22 viser et oppriss i tverrsnitt langs linjen 22-22 på fig. 18.

Fig. 23 viser et grunnriss langs linjen 23-23 på fig. 22.

Fig. 24 viser et oppriss, delvis i tverrsnitt, av en detektor-montas je. Fig. 25 viser et oppriss i tverrsnitt langs linjen 25-25 på fig. 24. Fig. 26 viser et skjematisk oppriss fra siden av dynodemontasjen vist på fig. 24. Fig. 27A-D viser skjematiske grunnriss tatt langs linjene 27A-27A, 27B-27B, 27C-27C, 27D-27D, henholdsvis for kretskortene benyttet i dynodemontasjen på fig. 26. Fig. 28 viser et oppriss fra siden av dynodemontasjekapselen benyttet i detektormontasjen på fig. 24. Fig. 29 viser et skjematisk tverrsnittsriss av verktøyet på fig. 1 delt i fire kvadranter.

På fig. 1 er det vist et diagram av basiskomponentene for et gammatetthetsverktøy 10 i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Dette verktøy omfatter et vektrør som inneholder en gammastrålekilde og to adskilte gammastråledetektormontasjer 14 og 16. Alle tre komponenter er plassert langs en enkelt genererende linje som er anordnet parallelt til verktøyets akse. Detektoren 14 nærmest gammastrålekilden vil bli betegnet som "kortromdetektoren" og den som er lengst borte,16, betegnes som "langromdetektoren". Slik det vil bli omtalt i det følgende, er gammastråleskjermingen plassert mellom detektor-montas jene 14,16 og kilden 12. Vinduer vender mot formasjonen fra begge detektormontasjene og kilden. Et lag av borevæske (slam) befinner seg mellom formasjonen og detektormontasjen og kilden.

Verktøyet 10 tas i bruk ved at det får innsatt en forseglet kjemisk kilde (typisk cesium 137) og fires det ned i en formasjon. Gammastråler blir kontinuerlig emittert fra kilden og disse forplanter seg ut og inn i formasjonen.

To fysiske prosesser dominerer spredningen og absorpsjonen av gammastråler ved energier benyttet i tetthetsverktøy. De er comptonspredning og fotoelektrisk absorpsjon. Den makroskopiske comptonspredningstverrsnitt (dvs. sannsynligheten for spredning ved passasje gjennom en gitt materialtykkelse) er proporsjonal med elektrontettheten i formasjonen og er svakt avhengig av energien av den innfallende gammastråle (det faller forholdsvis langsomt med økende energi). Da elektrontettheten for de fleste formasjoner er tilnærmet proporsjonal med volumtettheten, er comptontverrsnittet proporsjonalt med formasjonstetthet. Den makroskopiske fotoelektriske absorpsjonstverrsnitt Pe er også proporsjonalt med elektrontettheten. Til forskjell fra comptontverrsnittet er det sterkt avhengig av energien til de innfallende gammastråler og materialene i formasjonen (litolo-gien).

Formasjonstettheten bestemmes ved å måle svekkingen av gammastråler gjennom formasjonen. Slik det vil bli omtalt mer detaljert i det følgende, minimerer skjermingen i verktøyet fluksen av gammastråler rett gjennom verktøyet. Denne fluksen kan betraktes som bakgrunnsstøy for formasjonssignalet. Vinduene (i detektorlukedekselet og fluidfortrengningshylsen 134) øker antallet gammastråler som går fra kilden til formasjonen og fra formasjonen til detektorene. Slamlaget mellom verktøyet og formasjonen minimeres ved bruk av "diameter" -hylsen 134. Etter at slamlaget er minimert, blir tetthetsmålingene foretatt og de to detektorer kombinert til en kompensert måling.

Som nevnt oppnås kompansasjonen for slamawiket vanligvis ved bruk av to detektorer: en kortrom- og en langromdetektor. Da gammastrålene går gjennom mer av formasjonen for å nå langromdetektoren enn de gjør for å nå kortromdetektoren, viser langromdetektoren en signifikant større forandring i telleraten for en gitt forandring i formasjonstettheten. Dette muliggjør kompensasjonen ved bruk av to detektor responser og en " ribbe •'-algoritme. Ribbefunksjonen tillater beregningen av kompensasjon (som skal være lik forskjellen mellom sann og målt langromtett-het) som en funksjon av forskjellen mellom kort- og langrom-tetthetene.

Fortsatt med henvisning til fig. 1 er verktøyet 10 fortrinnsvis forbundet med et måling-under-boring-(MUB-)system og omfatter en overgangsseksjon av en borestreng 18 som ender ved en borkrone 20. Borestrengen 18 har en åpen innvendig diameter 22 hvori boreslammet 17 strømmer fra overflaten, gjennom borestrengen og ut av borkronen. Borekaks dannet ved arbeidet til borkronen 2 0 føres bort av en slamstrøm som stiger opp gjennom det frie ringrom 24 mellom borestrengen og brønnveggen. Slamsøylen i borestrengen 18 kan også tjene som overføringsme-dium til overføring av signaler for nedhullsparametrene til overflaten. Denne signaloverføring oppnås ved den velkjente fremgangsmåte med slampulsgenerering hvorved trykkpulser genereres i slamsøylen i borestrengen 18 og er representative for de detekterte parametre nede i brønnen. Boreparametrene detekteres i en sensorenhet i et vektrør 26 nær eller tilstøt-ende borkronen. Trykkpulser dannes i slamstrømmen inne i borestrengen 18 og disse trykkpulser mottas av en trykktrans-duser og blir deretter overført til en signalmottakerenhet som kan registrere, vise og/eller utføre beregninger på signalene for å skaffe informasjon om forskjellige forhold nede i brønnen. Fremgangsmåten og apparatet for denne slampulsteleme-tri er beskrevet mer detaljert i US-PS nr. 3 982 431, 4 013 945 og 4 021774 som samtlige her skal henvises til i en helhet. Med henvisning til fig. 1-12 er kjerneloggeverktøyet i henhold til denne oppfinnelse vist generelt ved 10 på fig. 2. Det vil skjønnes at fig. 12 er en gjengivelse av hele omkretsen av det sentrale parti av verktøyet 10 vist i et enkelt plan. Verktøyet omfatter en stålvektrørmuffe 27 med langsgående åpning eller boring 28 som strekker seg i lengderetningen av muffen. Åpningen 28 er aksial (dvs. konsentrisk med verktøyet) bare ved de to ender (i området for gjengekoblingene). I det resterende sentrale parti av muffen 27 kan åpningen 28 være forskjøvet med hensyn til den sentrale vertikale akse av verktøyet. Denne forskjøvede åpning skaffer rom for en dyp kildeåpning som vil bli beskrevet i det følgende. En slik forskyvning kan være nødvendig i verktøy med mindre diametre såsom 171 mm og behøver ikke å være nødvendig i verktøy med større diametre såsom 197 mm og større dimensjoner.

Generelt er konstruksjonen av muffen 27 temmelig lik konstruksjonen av muffen som ble benyttet til nøytronporøsitetsverk-tøyet beskrevet i de norske patentsøknader nr. 91 1378, 91 1377, 91 1379 og 91 1380 som ble inngitt 9. april 1991 og som det her skal henvises til i sin helhet. Mer bestemt er beskrivelsene i avsnitt av de ovennevnte patentsøknader angående verktøykonstruksjon og montering av elektroniske komponenter og detektorer og verktøyets kraft- og kommunika-sjonsbuss og modulær grensesnittlukeelektronikk i like høy grad relevant for tetthetsverktøyet 10 i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Selv om disse tidligere inngitte søknader bør konsulteres med hensyn til detaljerte forklaringer av disse felles trekk, skal det nå gis en kort beskrivelse med tanke på å lette forståelsen.

Som best vist på fig. 6 og 12, innbefatter muffen 27 tre kamre eller luker 30,32 og 34 med samme avstand for å romme verktøy-elektronikken og detektorene. Luke 30 vil betegnes som "detektor"-luken, luke 32 vil bli betegnet som "prosessor"-luken og luke 34 vil bli betegnet som "den modulære verktøy-grensesnitt"- eller "MTI"-luke. Lukene 30,32 og 34 er mas-kinerte lommer og hver innbefatter en presisjonsoverflate 36,38 og 40 for å tillate dannelsen av en høytrykkspakning med et lukedeksel 42,44 og 46 respektive (med lukedekslene fjernet på fig. 12). Et spor er anordnet i hvert lukedeksel 42,44 og 46 for å motta en passende høyttrykkspakningsanordning såsom en O-ring 48. Det vil skjønnes at hver overflate 36,38 og 40 virker både som en borevæsketetningsoverflate såvel som en lastbærende overflate for hvert respektive lukedeksel. Som vist på fig. 2 er hvert lukedeksel 42,44 og 46 festet til den respektive overflate 36,38 og 40 med høystrekkfaste, korrosjonsfaste bolter 50 med tilstrekkelig størrelse og antall, (fortrinnsvis 22) for å opprettholde pakningsintegriteten over en lang rekke nedhulls betingelser innbefattet trykk, temperatur, vridning og bøying. Luke 30 er forbundet med luke 32 av en passasje 52 gjennom muffeveggen 27. Tilsvarende er luke 32 forbundet med luke 34 av en passasje 54 og luke 34 er forbundet med luke 30 av en passasje 56 (se fig. 12).

Lukedekselet 42 innbefatter et par av gjennomgående, adskilte åpninger 58 og 60 (se fig. 2,6 og 6A) som står på linje med hver detektormontasje 14 og 16 (se fig. 12). Hver åpning 58,60 står i forbindelse med en flat, U-formet kanal 62 som strekker seg i lengderetningen langs den indre overflate av lukedekselet 42. Inne i hver åpning 58,60 er det et strålingsgjennomsiktig vindu 64,66 bestående av et høyfast materiale med lav Z. Et foretrukket materiale for vinduene 64,66 er berylium. Høyfast-heten er nødvendig på grunn av det store trykkfall over vinduene (da detektormontasjene 12,14 inne i luken 30 vil befinne seg ved omgivelsestrykk). Hvert vindu 64,66 er kjegleformet og stråler eller divergerer utad fra detektormon-tas jen 14,16 med en vinkel som maksimerer gammastråledetek-sjon. Fortrinnsvis er denne vinkel ca. 60°.

Med henvisning til fig. 2 og 6A er hvert vindu 58,60 festet til lukedekselet 42 av en ring 61 og fire gjengede bolter 63. Hvert vindu 64,66 innbefatter en skulder 65 som har samme utstrekning som en fordypning 67 i lukedekselet 42. Ringen 61 ligger

således an opp mot både skulderen 65 og fordypningen 67 slik at den fast kommer til inngrep med hvert vindu inne i lukedek-

selet. En O-ring 69 skaffer en fluidtett pakning mellom vinduet 64 og lukedekselet 42.

Med henvisning til fig. 2,3,6,10 og 12 innbefatter muffen 27 også en opphulls forbindelsesluke 68 (fig. 2,10 og 12) og en nedhulls forbindelsesluke 70 (fig. 3,4 og 12). Som i de tidligere omtalte luker er hver forbindelsesluke 68,70forbundet med forbindelseslukedeksel 72,74 respektive. Dekselet 72 benytter en O-ring 76 for å danne en høytrykks fluidtett pakning med en flat overflate 78 som omgir luken 68 (fig.10). Tilsvarende benytter et forbindelseslukedeksel 74 en O-ring 80 for å danne et høytrykks fluidtett pakning med en flat overflate 82 som omgir luken 70 (fig. 10). Som det vil bli omtalt nedenfor, skaffer hver forbindelsesluke 68,70 et kammer for å danne en elektrisk forbindelse mellom elektronikken anordnet i lukene 30,32 og 40 og et modulært koblingsstykke anordnet på hver ende av verktøyet 10. I tillegg tjener hver forbindelsesluke 68,70 som et trykkskjold slik at i tilfelle av svikt (f.eks. lekkasje i den modulære koblingsbuss omtalt nedenfor), vil borevæske bli forhindret fra å strømme inn i lukene 3 0,32 og 34.

Den tykkveggede muffe 27 er det konstruktive parti av verktøyet10 som overfører dreiemoment og vekt til det nedre parti av borestrengen. Montering av detektormontasjen og annen elektro-nikk inne i lukene 30,32 og 34 under et avtagbart høyttrykks-lukedeksel 42,44 og 46 respektive skaffer en rekke trekk og fordeler, blant annet lettes installasjon og fjerning av komponenter inne i lukene og det fås lett adgang til detektorene og de elektroniske komponenter for diagnose og juster-ing. Bruken av kamrene 30,32 og 34 tillater også posisjonerin-gen av detektorene (identifisert ved 12 og 14 i kammeret 30 på fig. 12) så nær som mulig til både utsiden av verktøyet og formasjonsveggen.

Som beskrevet i detalj i de ovennevnte patentsøknader under behandling, benytter kjerneloggeverktøyet 10 i henhold til denne foreliggende oppfinnelse en buss som omfatter en enkelt ledning (se del 84 på fig. 2 og 12) som går gjennom hele lengden av verktøymuffen27 og gjennom en langsgående åpning 86 (parallell med verktøyets senterlinje) og benyttes til å skaffe både kraft og kommunikasjon til alle steder i verktøyet. En kraftretur er tilveiebragt i systemet ved å benytte stål-vektrøret 27 (som utgjør hovedlegemet av verktøyet 10) som den felles returvei og systemjord. Et vesentlig trekk ved verktøyet 10 er dets evne til å benyttes i et modulært system. Konstruksjonen av muffen 27 omtalt ovenfor (innbefattet kraft- og kommunikasjonsbussen 84 og lukene 30,32 og 34) gjør den egnet til bruk ikke bare som gammatetthetsinnretning, men også i andre anvendelser såsom et nøytronporøsitetsverktøy eller andre nedhulls MUB-verktøy. Følgelig er hver ende av verktøyet 10 utført for å frembringe hva som er kjent som en "modulær verktøykobling" og beskrevet i detalj med henvisning til fig. 2,11 og 11A-E i de ovennevnte patentsøknader som er under behandling. Det vil skjønnes at MTI-luken 34 vist på den herværende fig. 10 hovedsakelig er identisk med MTI-luken beskrevet og vist på fig. 4,5 og 31A-B i de ovennevnte patentsøknader som er under behandling.

Med henvisning til fig. 2 og 5 skal kjernekilden og monteringen av denne i verktøyet 10 nå beskrives. Kjernekildeholderen er vist generelt ved 88 på fig. 2 og 5. Kildebeholderen er en solid enhet utført for å motstå belastninger, trykk og temperaturer som den utsettes for ved nedhulls oljeboring og er hovedsakelig identisk i utforming med kjernekildebeholderen vist ved 102 på fig. 12 i de ovennevnte patentsøknader. Den rommer en liten NRC-godkjent loggekilde såsom cesium 137 og tilpasser den til stort nedhullsutstyr ved hjelp av en nøye kontrollert diameter, lengde og gjenging 90 som fester kilden 88til loggeverktøyet og er plassert på den bortre høyre ende av beholderen 88. På den motsatte ende av gjengingen 88 er det en bajonett 92 som er innrettet til å komme til inngrep med og å låse kildemontasjen i mottaket på et installasjons- og uttrekningsverktøy vist ved 112 på fig. 14 og 14A i de ovennevnte patentsøknader.

Som best vist på fig. 5, er kilden 88 montert i en åpning eller lomme 94 gjennom muffeveggen 27. Åpningen 94 er plassert tangensialt til verktøyet 10 slik at den langsgående senterlinje av det radioaktive parti av kjernekilden 88 vil være anordnet ortogonalt til lengdeaksen av verktøyet 10 inne i en seksjon av muffeveggen 27. På denne måte vil senterlinjen av kilden 88 være på linje med eller i det minste nominelt (f.eks. hovedsakelig) på linje med aksen for detektorene 14 og 16. Åpningen 94 innbefatter et parti 96 med større diameter dimensjonert til å motta hodet på et installasjons- og uttrekningsverktøy og en seksjon 98 med mindre diameter og innvendig gjenging for gjengeinngrep med den gjengede ende 100 på en kilde 88. Som et reservetiltak er det anordnet en bolt 102 gjennom en åpning 104 ( som strekker seg fra ytterveggen av muffen 12 og krysser åpningen 94) og som ligger an mot den ytre ende av kilden 88 for ytterligere å sikre fastholdelse i muffen 27.

Slik det kan ses på fig. 5, er kilden 88 festet slik at den er åpen til slammiljøet, men ikke utsatt for slamstrømmen. Monteringen av kilden 88 i muffeveggen 27 tillater rask og lett fjerning fra verktøyet, spesielt i en nødsituasjon. Posi-sjoneringen av kilden langs senterlinjen av verktøyet skaffer også optimal gammastråleemisjon inn i formasjonen.

Et delt gammaskjold omgir kildebeholderen 88 og omfatter et bunnskjold 106 (fig. 13 og 14) og et toppskjold 108 (fig. 15-17). Deling av kildeskjoldet gir en sikkerhetsmekanisme i tilfelle av en svikt i kildeskjoldfestet 126. I tilfelle av en slik svikt vil det relativt tunge toppskjold 108 forlate verktøyet og etterlate kilden upåkjent og inntakt innenfor muffeveggen. Bunnkildeskjoldet 106 omfatter en rektangulær blokk med avrundede hjørner og har en halvsylindrisk kanal 110 som går gjennom tykkelsen av en øvre overflate 112. Bunnskjol-det 106 er festet til et komplementært utført og formet fordypning 113 (se fig. 5) i muffeveggen 27. Behovet for en usentrert åpning 28 er lett tilkjennegitt på fig. 5 i lys av dybden fordypningen 113 krever med tanke på husskjoldene 106. Den halvsylindriske kanal 110 er formet slik at den mottar og bærer det sylindriske ytre hus av kildebeholderen 88.

Det øvre eller toppskjoldet 108 innbefatter en innvendig bunnseksjon 114 og en smalere forlengelsesseksjon 116 (se fig. 15-17). Bunnseksjonen 114 innbefatter en halvsylindrisk kanal 118 som er innrettet til å motta og bære kildebeholderen 88 på samme måte som kanalen 110. I tillegg er kanalen 118 anbragt i bunnstykket 114, slik at den vil ha samme utstrekning som kanalen 110 når det øvre skjold 108 og det lavere skjold 106 er parret som vist på fig. 5. Gjennom toppskjoldet 108 og i forbindelse med kanalen 118 strekker det seg en kollimator 120 som divergerer utad fra kanalen 118. Kollimatoren 120 har en generelt kjegleformet utførelse og har en divergeringsvinkel på ca. 40°. Et smultringformet spor 122 er dannet sideveis gjennom den kjegleformede kollimator 120 med det formål å deri feste et gjennomsiktig vindu 121. I tillegg er sporet 122 eksentrisk til senterlinjen av den kjegleformede kollimator 120 for å forhindre rotasjon av det gjennomsiktige vindu. Det vil skjønnes at kollimatoren er formet og utført slik at den optimalt retter og fokuserer gammastrålene fra kildebeholderen 88 inn i formasjonen på en måte som gjør at detektormontasjene optisk kan detektere retursignaler. Kollimatoren 120 er fyllt med et materiale 124 med lav Z og som har lav tetthet og gode sliteegenskaper såsom gummi eller epoksid.

Begge skjoldene 106 og 108 er dannet av et egnet gammaskjold-materiale såsom wolfram, bly eller brukt uran. Wolfram såsom "Densalloy" fremstilt av Teladyne Powder Alloys, USA, er foretrukket.

Toppskjoldet 108 holdes på plass av et kildeskjoldfeste 126 som best vist på fig. 2. Skjoldfestet 12 6 er generelt "T"-formet med en stor, rektangulær, sentral åpning 128. Som vist på fig. 5, er de nedhengende sidevegger 130 av skjoldholderen 126 utført for å motta forlengelsesseksjonen 116 og toppskjoldet 108 og dermed holde toppskjoldet 108 i en forhåndsbestemt stilling med hensyn til kilden 88 og muffeveggen 27. Festet 126 er gjengeforbundet med muffeveggen 27 med bruk av fire bolter 132 *.

I samsvar med et annet viktig trekk av en utførelse av denne oppfinnelse er et rektangulært område av muffen 27 og som omgir holderen 126 (og derfor kildebeholderen 88) opphøyet for å definere et væskefortrengende fremspring 132. Fremspringet 132 fortrenger boreslam mellom muffen 27 og borehullveggen og forbedrer dermed tetthetsmålingen (da mengden av boreslam hvorigjennom gammastrålene fra kilden 188 vil passere, således reduseres til et minimum). Fremspringet 132 har en høyde som er fullt dimensjonert til borehullet som bores. Fremspringet 132 er foretrukket for verktøy med mindre diameter såsom 171 mm verktøy. Slik det vil bli omtalt senere med henvisning til fig. 2A, kan fremspringet 132 være fjernet i verktøy med større diameter på 197 mm og mer.

Med henvisning til fig. 2,6-8 og 18-23, som et tiltak for å fortrenge borehul1væsker, redusere slamkaken som kan ha en uheldig virkning på målingen og opprettholde en konstant avstand mellom formasjon og detektor, er i samsvar med et viktig trekk i henhold til den foreliggende oppfinnelse en fluidfortrenger 134 av gjenget eller hylsetype gjengeforbundet over muffen 127 i et område som omgir de tre luker og lukedeksler og spesielt de to vinduer 58 og 60 og lukedekselet 42. Den ytre overflate av hylsen 134 er forsynt med tre blader 136,138 og 140. Som best vist på fig. 6, ligger hvert blad 136,138 og 140, når de er fullt montert, i et plan som er parallelt med hvert lukedeksel 42,44,46. Hvert blad 136,138 og 140 kan være dannet ved en rekke kjente metoder. Fortrinnsvis er hvert blad dannet ved å maskinere området mellom bladene som vist på fig. 6, hvilket gir en ujevn overflate. Alternativt kan arealet mellom hvert blad være maskinert slik at det skaffes en glatt overflate som vist på fig. 19. På en måte lik fremspringet 132 er hvert blad i hylsen 134 er helt dimensjonert til diameteren av borehullet og forsynt med en herdet overflate 142 på sine ytterkanter, fremstilt av et passende materiale såsom wolfram-karbid. Hvert av bladene 136 og 138 har hovedsakelig rektan gulær, plan form over hele sin lengde. Imidlertid har bladet 140 som strekker seg over lukedekselet 142, en nedre divergerende seksjon 144 (se fig. 18) som befinner seg på linje med fremspring 132. Den divergerende seksjon 144 har sin største bredde på et sted nærmest fremspringet 132 og den endelige bredde av den divergerende seksjon 144 er tilnærmet lik fremspringet 132. Det vil skjønnes at bunnområdene mellom hvert av bladene 136,138 og 140 er optimert slik at de gir tilstrekkelig strømningsareal for borevæsken som strømmer gjennom ringrommet mellom borehullveggen og tetthetsverktøyet 10. Et par av åpninger 146,148 er dannet gjennom bladet 140 og er adskilt fra hverandre slik at de er plassert over vinduene 58 og 60. Det vil skjønnes at åpningen 146 er hovedsakelig rektangulær (med avrundede hjørner), mens åpningen 148 er noe forlenget eller kapselformet med hensyn til utseende. Hvert vindu 146,148 inneholder et lavtetthets, høyt slitefast fyllmateriale 149 med lav tetthet såsom gummi eller epoksid som benyttet i kollimatoren 120. Det vil skjønnes at da vinduene 58,60 i lukedekselet utsettes for den fulle virkning av trykkfallet, behøver ikke lav-Z-materialet 149 i vinduene 146,148 fastheten til vinduene 58,60. Imidlertid krever materialet 149 i vinduene 146,148 høy slitefasthet i lys av vinduenes kontakt med det abrasive boreslam og borehullveggen.

Gjengingen 150 på den ytre overflate av muffen 27 (se fig. 2) passer med gjengingen 152 som er innvendig anordnet på hylsen 134 (se fig. 22) for å frembringe feste av hylsen 134 til muffen 27. Gjengene har en stump trapes-utførelse og er i stand til å bære betydelige belastninger. Gjengene er ikke avsmal-nende og derfor foreligger det ikke noe problem ved å tilpasse stigningsdiametrene til to passende deler (hylsen 134, muffen 27). Langsposisjoneringen av hylsen 134 relativt til muffen 27 (og spesielt detektormontasjen og kilden) er kritisk for den optimale ytelse av tetthetsverktøyet 10. I en foretrukket utførelse oppnås nøyaktig langsposisjonering ved å plassere stigningsdiameteren til en "nøkkel"-gjenge på hylsen 134 i vinkel på 0° fra senterlinjen til vinduene 146,148. Tilsvarende posisjoneres en "nøkkel"-gjenge på muffen 27 relativt til detektormontasjene. Med bruk av denne metode blir innrettingen i lengderetningen korrekt når hylsen 13 6 er innstallert på en muffe 27 i det korrekte vinkelforhold. Vinkelinnretning mellom kilden og detektormontasjen oppnås ved å velge det korrekte avstandsstykke (vist ved 149' på fig. 2) som vil gi en akseptabel "tildragnings"-dreiemoment når den befinner seg i stilling. Tildragning kan utføres med tenger eller med en frittstående tildragningsmaskin. Som vist på fig. 7,8 kan en kile (f.eks. et rektangulært innlegg 158) benyttes til å sikre at hylsen ikke "dras til" nedhulls. Dette oppnås ved å skaffe en rektangulær åpning 154 gjennom hylsen 134. En bolt 156 er anordnet gjennom et rektangulært innlegg 158 som sitter i en fordypning 160 i veggen på muffen 27. Åpningen 154 i hylsen134er utført noe større enn innlegget 158 slik at det fås en smal spalte 162. Ved å måle spalten kan denne "kile"-montasje benyttes til å sikre at hylsen 13 6 ikke dras til eller fra under bruk nedhulls. En annen viktig funksjon av denne "kile"-montasje er å sikre at stabilisatoren ikke roterer forbi akseptable grenser (som er definert av spalten 162). Således fungerer også "kilen" som en antirotasjonsinnretning.

Hver åpning 146,148 er forsynt med et adskilt sett av målepunk-ter 164,166. Målepunktene 164,166 benyttes til å tømme en eventuell borevæske mellom den innvendige diameter av slusen134 og den utvendige diameter av muffen 27. Dessuten benyttes målepunktene 164,166 til nøyaktig å lokalisere en tetthets verktøykalibreringsverifikator (ikke vist).

Det vil skjønnes at væskefortrengningshylsen 134 av dortypen lett kan skiftes ut på riggstedet når den er slitt eller skadd. Bruken av denne hylsen forlenger derfor sterkt levetiden til tetthetsverktøyet 10 ved å tillate lett og økonomisk utskifting av denne seksjon av verktøyet 10 som er mest tilbøyelig til å skades eller slites under bruk. Dessuten bidrar utførelsen og nærværet av de gjennomsiktige vinduer 146,148 sammen med vinduene 58 og 60 til å redusere svekkingen av gammastrålene som kommer tilbake fra formasjonsveggen såvel som til å optimere responsen av tetthetsverktøymontasjen.

Med henvisning til fig. 2A er det vist en alternativ væskefortrengningshylse 136'. Hylsen 136' er foretrukket for større verktøy med diametre på 197 mm og over. Hylsen 136' strekker seg fra over en rekke detektormontasjer og lukedeksler opp til og over området som omgir kildeskjoldholderen 126'. Følgelig vil det opphøyde fremspring 132 ikke lenger være nødvendig da hylsen 136' vil utføre væskefortrengningsfunksjonen til fremspringet 132. Dette kan være av betydning da fremspringet 132 er utsatt for slitasje og vanskelig å reparere, mens hylsen 136' lett kan skiftes ut når den er slitt. Hylsen 136' er i alle andre henseender lik hylsen 136 bortsett fra et ekstra gjennomsiktig vindu 161 som er anbragt direkte over kildevin-duet 121'.

Som omtalt tidligere, er hver detektormontasje 12 og 14 omgitt av den tidligere omtalte skjerming som delvis omgir hver av detektormontasjene og forhindrer både tilbakespredning fra de detekterte gammastråler såvel som eventuelle gammastråler som går direkte fra kilden 88 gjennom verktøyet mot detektormontasjene.

I tilknytning til fig. 24-2 6 vil utformingen av hver detektor-montas je 12,14 nå beskrives. Hver detektormontasje 12,14 omfatter et kommersielt tilgjengelig hus 164 som rommer et krystall 163 (f.eks. et natriumiodidkrystall) som står i optisk forbindelse med et glassfotorør 166. Krystallet er montert i det hermetisk forseglede hus 164 med bruk av standardmetoder. Huset 164 er festet til et glassvindu 168.Glassvinduet 168 er deretter festet til krystallet 136 via et optisk grensesnitt av gjennomsiktig silikon 170. I sin tur er glassvinduet 168 festet til fotorøret 166 med bruk av et klebemiddel 172 (fortrinnsvis et silikonklebemiddel). En dynodemontasje 174 står i elektronisk forbindelse med fotomul-tiplikatorrøret 166. En hylse 176 er adskilt fra og omgir fotomultiplikatorrøret 166 og fremstilt av en høypermeabili-tetslegering såsom en nikkel/jernlegering (f.eks. mumetall). Hylsen 176 skaffer magnetisk beskyttelse for fotorøret slik at det unngås uønskede forstyrrelser i rørets utgangssignal under drift. Røret 176 tjener også som et konstruksjonselement ved å beskytte glassfotomultiplikatorrøret mot ytre krefter såsom de frembragt ved volumetrisk ekspansjon av en elastomert materiale 200 som er anordnet mellom hylsen 176 og innerveggene av luken og lukedekselet. Hylsen 176 er gjengeforbundet med huset 164, som vist på fig. 24. På den motsatte ende av huset 164 er hylsene 166 glidepasset og deretter festet til en plastinnluk-ning 180 (se fig. 28) som omgir dynodestrukturen 174 (fig. 26). Plastinnelukningen 180 innbefatter en rekke gjennomgående, avlange åpninger 181 med det formål å skaffe en bærende støtte såsom RTV for å feste kretskortet 189,191 til innelukningen 180. Endelig lukker en endehette 182 det isolerende rør 180. I kombinasjon med endehetten 182 lukker røret 180 og beskytter miljømessig dynodeelektronikkmontasjen som er nødvendig for fotorørdriften.

En elastomermateriale 178 er anordnet i rommet mellom den magnetiske skjerming 176 og fotorøret 166. Dette elastomer-materialet omfatter fortrinnsvis materiale solgt under varemerket ECCOSIL av Emerson og Cumming, USA. Fortrinnsvis med henvisning til fig. 25, er rom 184 dannet i den elastomere lag 178 slik at det skapes et åpent rom for utvidelse av elastomeren 178 under tilstander med forhøyet temperatur.

En liten, gjenget radioaktiv<M>så"-kilde 186 er gjengeforbundet med huset 164. Kilden 186 innbefatter en brøkdel av en mikrocurie og benyttes til å "så" kilden med tanke på en detekteringstopp. Dynodestrukturen vist på fig. 26 består av tre adskilte, sirkulære kretskort som bærer en ny anordning av motstander, kondensatorer og andre elektroniske komponenter som vist på fig. 27A-D. Som skjematisk vist på fig. 27A-D innbefatter dynodemontasjen en ny anordning av de mange resistorer 188 i et sirkulært opplegg anordnet sirkumferensielt mellom et par av sirkulære kretskort 189,190 med kretskortet 189 (og motstandene 1-11) vist skjematisk på fig. 27A. En tredje sirkulær krets 191 er adskilt fra og på linje med kretskortene 189,190. Dette motstandsarrangementet er viktig da rommet som står til rådighet for dynodemontasjen er lite og derfor er arrangementet av de elektroniske komponentene som skaffes særlig fordelaktig. Det vil skjønnes at selv om den spesielle sirkulære utforming av dynodemontasjen er ny ved denne oppfinnelse, er de funksjonelle trekk ved dynodemontasjen velkjent for fagfolk og det anses derfor ikke nødvendig med noen ytterligere omtale av den.

Hele detektormontasjen 12,14 er kapslet i et ytre lag 200 av et kapslingsmateriale, fortrinnsvis en elastomer som har en bestemt geometri og med bruk av en konstruksjon av støpte ribber 2 02 for å gi de ønskede vibrasjonskarakteristikker. Resultatet er at det frembringes en liten, solid pakke som kan settes inn i luken og verktøyets muffervegg uten å benytte standard festeanordninger for monteringsformål.

Støy er et alvorlig problem i MUB-logging. Den ekstreme vibrasjon som påtreffes i et boremiljø kan frembringe støy i en rekke detektorer (f.eks. He3-rør og fotomultiplikatorrør). Det ville således være svært nyttig å bestemme når støy forekommer. For å gjøre dette deler tetthetsverktøyet i henhold til den foreliggende oppfinnelse det observerte energispektrum i fem områder. Det laveste energiområde benyttes til støydeteksjon. De fire høyere energiområdene benyttes til å bestemme tetthet og Pe for formasjonen.

Dette gir en nedhulls kvalitetsindikator for tetthetsverktøyet. Så lenge som telleraten i det laveste området ligger innenfor et akseptabelt område, er støyen et minimalt problem. Når telleraten er over dette området, kan man anta at vibrasjonsin-dusert støy forekommer. Avhengig av størrelsen av den observerte støy kan noen eller alle de resterende energivindudata forkastes. Hvis støyen befinner seg like over grensene, er bare vinduet med den nest høyeste energi mistenkelig. Hvis støyni-vået er meget høyt, er alle energivinduene mistenkelige. På denne måte kan man maksimere informasjonen som fås fra tetthetsverktøyet samtidig som det utføres en viktig kvalitets-kontroll.

I lys av det faktum at MUB-tetthetsverktøyet i henhold til den foreliggende oppfinnelse typisk benyttes i samband med rotasjonsboring og derfor vil rotere (sammen med resten av borestrengen) under måleperiodene, er det behov for å ta hensyn til slike rotasjoner når gammastrålemålingen evalueres. I en første utførelse av denne oppfinnelse benyttes en fremgangsmåte kjent som "kvadratur". I en annen utførelse av denne oppfinnelse kombineres tetthetsmålingen med en måling ved hjelp av en borehullkaliper, fortrinnsvis en akustisk kaliper.

Kvadratur betyr å dele signalet fra formasjonen i fire seksjoner: topp, bunn, høyre, venstre. Etter hvert som verktøyet roterer vil det raskt gå gjennom disse fire kvadranter. Hver gang den passerer en grense, økes en teller og viser til neste kvadrant. Dette vil tillate deling av dataene i fire spektra for hver detektor. Hver av disse fire spektra vil fås i løpet av fjerdeparten av den totale registreringstid (f.eks. vil 30 sekunders sampler resultere i fire 7,5 sekunders registreringer). Langromdataene såvel som kortromdataene vil ha tilstrekkelig statistisk signifikans til bruk i måling av tettheten. På denne måte kan fire kompenserte tetthetsmålinger fås for hvert sampel. Disse fire målinger kan sammenlignes og/eller kombineres for å skaffe en optimal tetthet Pe og pseudokalipermåling. Kombinasjonen av målinger kan være enkle gjennomsnitt eller et veiet gjennomsnitt, idet det siste er beskrevet i den kaliperbaserte teknikk vist i tabell 2. Hvis borehullet utsettes for minimal utvasking, kan alle de fire kompenserte tetthetsmålinger benyttes i beregningen av sann tetthet. Hvis borehullet utsettes for mer omfattende utvasking, kan bunn- og de to sidemålingene benyttes til å beregne sann tetthet. Hvis borehullet lider av ekstrem utvasking, vil bare bunnmålingen bli benyttet.

En pseudokalipermåling kan fås av kompensasjonen målt i en av kvadrantene. For en gitt slamtype og -vekt has det en eksperimentelt utledet relasjon mellom graden av kompensasjon målt av et tetthetsverktøy og graden av observert avvik. Da slamvekten vanligvis er forholdsvis godt kjent, vil dette tillate beregning av avviket til fire kvadranter fra kompensasjonen i disse fire kvadranter. Disse fire awiksmålinger kan deretter kombineres med verktøystørrelsen for å skaffe en toaksig pseudo-kalipermåling.

Minimale, mer omfattende og ekstreme utvaskinger vil bli definert uttrykt ved ribbekorreksjonen som står til rådighet for verktøyet. Minimal utvasking benytter en liten ribbekor-reks jon og foretas lett. Etter hvert som utvasking blir mer omfattende, blir ribbekorreksjonen større og feil iboende anvendelsen av korreksjonen vokser. Valget av en eller flere av disse kvadranter er avhengig av kompromisset mellom feilen forbundet med den større ribbekorreksjon og økningen i den statistiske feil forbundet med bare bruk av noen av dataene. Ribbefeilen bestemmes med eksperimentelle målinger på velkjent måte og vil være entydig for hvert loggeverktøy. Den statistiske feil er omvendt proporsjonal med kvadratroten av de totale tellinger benyttet. For å oppsummere minimerer fremgangsmåten i henhold til denne oppfinnelse feil i forma-sjonsdataene ved: 1) å dividere et tverrsnitt av borehullet som logges, i en rekke seksjoner (fortrinnsvis fire like seksjoner), 2) å motta signaler fra formasjonen som logges, mens logge-verktøyet roterer og å dele de mottatte signaler med hensyn til den valgte borehullseksjon hvorfra signalene mottas,

3) å bestemme et spektrum for hver av de valgte seksjoner,

4) å analysere hver av de bestemte spektra for å bestemme den relative feil i hvert spektrum og 5) å minimere den relative feil ved å sammenligne den relative feil i hvert spektrum og å velge et bestemt spektrum eller ved å kombinere minst to spektra.

Det vil skjønnes at den relative feil er en kombinasjon av ribbefeilen og den statistiske feil. Den virkelige prosess for å minimere disse feil kan utføres ved å benytte kommersielt tilgjengelige funksjonsminimeringsrutiner såsom kan fås fra IMSL, Houston, Texas under handelsnavnet UNLSF. Med hver forbedring i tilgjengelig ribbekorreksjon, kan grensene for bruk av fire, tre og en kvadrant utvides. Da felteksempler imidlertid har vist et stort område av utvasking i borehull, fra nesten null til flere tommer, vil kvadratur komplementere enhver ribberespons.

Et viktig trekk ved denne kvadraturteknikk er det å nøyaktig dele borehullet i fire kvadranter (som skjematisk vist på fig. 29). Dette kan gjøres med informasjon levert fra målinger gjort inne i tetthetsverktøyet selv eller med informasjon som er levert gjennom kommunikasjonsbussen 84 fra et annet verktøy. Med bruk av informasjon fra tetthetsverktøyet selv har den fordelen at kommunikasjonslinjen ikke er belastet. Fire ganger pr. omdreining kommer signalet fra kvadraturdetektoren og pekeren (n på fig. 29) økes. Ved slutten av akumuleringstiden analyseres fire korte romspektra og fire ganger romspektret for å skaffe telleratene i områdene av interesse. Disse tellerater vil lagres for senere behandling. Den samme teknikk kan benyttes for kommunikasjon på bussen 84. Fire ganger pr. omdreining vil et signal sendes fra et akselerometer eller et magnetometer til tetthetsverktøyet. Da dette signal må være i sanntid, vil det ha prioritet fremfor all annen kommunikasjon. Da borerotasjonsratene dessuten ofte ligger i området 120 omdreininger/min, må informasjonen sendes med en rate på omtrent 8 pr. s.

Et alternativt opplegg er å sende noe forskjellig informasjon ved regulært planlagte mellomrom. I stedet for å sende informasjon til varierende tidspunkter, men med eksakte omdreininger, kunne kommunikasjonsbussen sende informasjon med regulære intervaller, men med et variabelt totalt antall omdreininger. F.eks. kunne det totale antall omdreininger sendes hvert halvsekund. (Dette antallet kunne benytte klokkearitmetikk til å minimere antallet biter som behøves). Fra dette ville svitsjetidspunktene for settet for det neste halvsekund beregnes. Et eksempel på dette alternativ er vist i tabell 1.

I enda et alternativt opplegg kan en borehullkaliper benyttes til å kommunisere med tetthetsverktøyet og dele borehullet i seksjoner (kvadranter) basert på midlere avvik i disse seksjoner. Foretrukne kalipere skal beskrives i det følgende med henblikk på den annen utførelse.

Det vil skjønnes at den ovenfor omtalte kvadraturteknikk i like høy grad kan benyttes på et system som deler tetthetssignalet i mindre enn fire eller mer enn fire seksjoner.

I henhold til en annen utførelse kombineres tetthetsmålingen med målingen fra en borehullkaliper for å ta hensyn til rotasjonen av tetthetsverktøyet ved evaluering av målinger. Borehullkaliperen er fortrinnsvis en akustisk borehullkaliper forbundet med borestrengen såsom beskrevet i US-PS nr. 4 661 933, 4 665 511 og 4 867 265 som det samtlige her skal henvises til.

Som nevnt utføres formasjonstetthetsmålinger med gammastråle-verktøy best når det er et minimum av avvik mellom kilden og detektorene på den ene side og formasjonen på den annen. Med kabelverktøy er en best mulig indikasjon på avvik kompensa-sjonskurven. Imidlertid er den mekaniske kaliper som et kabelverktøy benytter, ofte temmelig unøyaktig. Videre måler den totale borehullstørrelse, ikke avviket foran detektoren.

MUB-anvendelser tilbyr en annen type omgivelser. For det første er verktøyet roterende. Således ville detektorene kunne finne vesentlig forskjellig avvik på et gitt tidspunkt. Korreksjons-kurven som fås fra en gjennomsnittsverdi, kunne således ikke benyttes til å bestemme brøkdelen av omdreining for hvilken det has minimalt avvik og brøkdelen for hvilken det has et betydelig avvik. For det annet skiller typen av kaliper som benyttes, seg sterkt fra kabel- til- MUB-miljø. Kabelverktøy benytter en mekanisk kaliper som måler hullstørrelsen langs aksen av kaliperen. I motsetning hertil vil en akustisk kaliper for MUB-bruk benytte avviket foran seg så hyppig som100ganger pr. sekund. Dette gir en klar fordel når det kombineres med en tetthetsmåling. Den akustiske kaliper kan kontinuerlig måle avviket etter hvert som verktøyet roterer i borehullet. Hvis kaliperen står på linje med tetthetskiIden og detektorene, kan den bestemme avviket foran detektorene for ethvert tidspunkt. Denne informasjon kan benyttes til å skille tetthetsdataene i en rekke sett basert på graden av avvik.

Etter et forhåndsgitt tidsintervall kan tetthetsmålingen deretter utføres. Det første trinn i denne prosess er beregning av kortrom- og langromtettheter fra dataene i hvert sett. Deretter kan disse tetthetsmålingene kombineres på en måte som minimerte den totale feil i tetthetsberegningen.

Minimering av feilene i tetthetsberegningen krever betraktning av to hovedfeilkilder: statistiske fluktasjoner i telleraten og den økede usikkerhet i målingene forbundet med det økede avvik. Størrelsen av den statistiske usikkerhet er proporsjonal med kvadratroten av den inverse av registreringstiden. Økningen i usikkerhetene med avviket er verktøyavhengig og må beregnes for hvert verktøy. Man kan se hvordan kompromiss kan gjøres ved å betrakte disse to eksempler. I det første eksempel, vist i tabell 2, tilbringer verktøyet mesteparten av sin tid med minimalt avvik gjennom tetthetsdetektoren og formasjonen. Således kan den beste tetthetsmåling gjøres ved bare å ta data fra det første sett. I det annet eksempel, vist i tabell 3, har tetthetsverktøyet i mesteparten av tetthetsintervallet mer enn minimalt avvik. Hvis bare minimale awiksdata ble benyttet, ville den statistiske usikkerhet være meget høy. Av denne grunn benyttes veiet middel for de tre første sett som den endelige tetthet. Det kan ses at vektene for hvert sett, også vist i tabell 3, er forbundet med registreringstiden for hvert sett, men er ikke eksakt proporsjonale med denne tid. I stedet gjenspeiler vektene referansen for data fra det første sett hvor feilen på grunn av avvik er mindre.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte til minimering av feil i formasjonsdata fra et borehull, mottatt av minst en detektormontasje (14,16) i et måling-under-boring-(MUB-)loggeverktøy (10) for formasjonsevaluering, omfattende trinnene: å dele et tverrsnitt av borehullet i en rekke valgte seksjoner; å motta signaler fra formasjonen som logges mens MUB-loggeverktøyet (10) roterer og å dele de mottatte signaler med hensyn til den valgte borehullseksjon hvorfra signalene mottas;karakterisert vedde ytterligere trinn: å bestemme et spektrum for hver av de valgte seksjoner; å analysere hver av de bestemte spektra for å bestemme formasjonsdatafeilen i hvert av spektrene; og å minimere den beregnede feil ved å vurdere formasjonsdatafeilen i hvert spektrum og ved å velge et bestemt spektrum eller ved å kombinere minst to spektra.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat borehullet er delt inn i fire seksjoner som definerer kvadranter.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2,karakterisert vedat MUB-loggeverktøyet omfatter et gammastråletetthetsverktøy.

4. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-3,karakterisert vedat formasjonsdatafeilen er en kombinasjon av ribbefeil og statistisk feil.

5. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-4,karakterisert vedat trinnet for å dele borehullet omfatter bruk av et akselerometer og/eller magnetometer for å bestemme posisjonen av MUB-loggeverktøy i borehullet for å utlede et posisjonssignal med hensyn på tid, idet posisjonssignalet benyttes til å utlede tverrsnittsdelingen av borehullet.

6. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-4,karakterisert vedat trinnet for å dele borehullet omfatter bruk av et akselerometer og/eller magnetometer for å bestemme en grense av et valgt tverrsnittsdel av borehullet, og å sende et signal til MUB-loggeverktøyet om at grensen for en valgt deling er blitt overskredet.

7. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-4,karakterisert vedat trinnet for å dele borehullet omfatter bruk av en kaliperanordning forbundet med MUB-loggeverktøyet for å bestemme avvik mellom borehullet og MUB-loggeverktøyet, idet avviket benyttes til å bestemme tverrsnittsdelingen av borehullet.

8. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-7,karakterisert vedat trinnet for å kombinere spektrene innbefatter bruk av veiede gjennomsnitt.

9. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-8,karakterisert vedå bestemme kompenserte tetthetsmålinger for hvert spektrum.

10. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-8,karakterisert vedå bestemme kompensasjonen valgt for hvert spektrum.

11. Fremgangsmåte i henhold til krav 10, hvor borevæske strømmer mellom formasjonen og MUB-loggeverktøyet,karakterisert vedat karakteristikkene for borevæsken benyttes sammen med den målte kombinasjon for å utlede awiksmålinger mellom formasjonen og MUB-loggeverktøyet for hver seksjon.

12. Fremgangsmåte i henhold til krav 11,karakterisert vedå kombinere a wiksmå lingene for å utlede et pseudo-kalipermåling.