DE2461743A1

DE2461743A1 - Verfahren zur simultanen bestimmung des sauerstoff- und siliziumanteiles von erdformationen im bereich eines bohrloches

Info

Publication number: DE2461743A1
Application number: DE19742461743
Authority: DE
Inventors: Harold Elmer Peelman
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1974-01-18
Filing date: 1974-12-28
Publication date: 1975-07-24
Also published as: AU7720475A; CA1022691A; DK691974A; IE40854L; NO750126L; YU6575A; FR2258641A1; US3943362A; IE40854B1; GB1450259A

Description

Verfahren zur simultanen Bestimmung des Sauerstoff- und Siliziumanteiles von Erdformationen im Bereich eines Bohrloches

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur simultanen Bestimmung des Sauerstoff- und Siliziumanteiles von Erdfor- . mationen im Bereich eines Bohrloches, um aus diesen Meßdaten unmittelbar ölführende Sande von wassergefüllten Sauden unterscheiden zu:können. Das Verfahren wird mit Hilfe einer Bohrloch-Meßsonde durchgeführt, die eine Neutronen aussendende Quelle aufweist.

Mit dem Aufkommen der gepulsten Neutronen-Meßsonden wurde es allgemeine Praxis, die Wassersättigung und den Kohlenwasserstoff gehalt in den Formationen bzw. Sänden außerhalb der ausgefutterten Bohrungen zu bestimmen. Während die Neutronen-Meßsonden" eine gepulste Neutronenquelle aufxifiesen, konnten genaue und zuverlässige Messungen gemacht werden,

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aus denen abgeleitet werden konnte, wie hoch der Salzwassergehalt in den Poren zwischen den Sandkörnern der Formationen war, kam es in vielen ölhöffigen Gebieten der Weit vor, daß die im Porenrauni der Formationen befindlichen Kohlenwasserstoffe eher zusammen mit Süßwasser als mit Salzwasser auftraten. Da die Zerfallszeit von thermischen Neutronen sehr stark vom Chlorgehalt des den Porenraum der

, Formation, im Bereich der Bohrung ausfüllenden Fluids ab- .

• hängt, ,.ist die Messung in den Fällen mehrdeutig, in denen * die Kohlenwasserstoffe eher mit Süßwasser als mit Salzwasser auftreten. In diesen Fällen ist es wünschenswert, andere Meßsonden-Typen zu verwenden, mit denen Süßwasser enthaltende Erdformationen von Salzwasser oder Kohlenwasserstoff führenden Formationen unterschieden werden können.

Es wurden schon Verfahren vorgeschlagen, die auf der Neutronenaktivierung des Elementes Sauerstoff, der in den Erdformationen vorhanden ist, basierten. Ebenso wurde schon ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Neutronenaktivierung des Elementes Silizium erfolgte.

Bei den bekannten Verfahren wurde niemals vorgeschlagen, den Sauerstoff- und Siliziumgehalt der die Bohrung umgebenden Erdformationen simultan mittels Neutronenaktivierungstechniken zu messen. Typisch für die bekannten Meßverfahren ■ mit Neutronenaktivierüng war, daß die das Bohrloch umgebenden Erdformationen-mit Neutronen bestrahlt wurden und ein möglichst weit von der Neutronenquelle angeordneter Detek-

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tor verwendet wurde, der die Gammastrahlen, die vom Zerfall des instabilen radioaktiven Isotops des Aluminiums 28 herrührten, das durch die Neutronenaktivierung des Siliziums

ermittelte, in der Erdformation erzeugt wurde/Da jedoch Aluminium 28 eine relativ lange Hal"bwertzeit von 2,3 Minuten hat, mußte die Entfernung zwischen dem Gammastrahlen-Detektor und der Neutronenquelle extrem groß gewählt werden.

Bei den bekannten Meßsonden und Meßverfahren zur Sauerstoffaktivierung der Erdformationen im Bereich des Bohrloches wurden im wesentlichen diese mit hochenergetischen Neutronen ausreichender Stärke "bestrahlt, um die Umwandlung des Sauerstoffs 16-Kernes in den instabilen radioaktiven Kern des Stickstoffes 16 zu bewirken. Die .Aufzeichnung des 6,13 MeV-' Gammastrahls, der beim Zerfall des instabilen Stickstoffs 16 zu einem stabilen Isotop ausgestrahlt wird, dient zur Messung des Sauerstoffgehaltes in der Erdformation. Die radioaktive ■·-: Halbwertzeit dieser Kernreaktion beträgt 7»3 Sekunden und ist damit verglichen mit den 2,3 Minuten der Halbwertzeit von Aluminium 28 sehr kurz. Aus diesem Grund war eine simultane Messung der Silizium- und Sauerstoffkomponenten der Erdformationen im Bereich des Bohrloches nicht durchführbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bahrlochmeß-Verfahren zu schaffen, bei dem die Neutronenaktivierung der Sauerstoff- und Siliziumkomponente simultan erfolgt unter Verwendung einer einzigen Neutronenquelle und eines einzigen

als Detektors, und bei dem die Meßwerte/direkte Anzeichen von

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_ 4 Kohlenwasserstoffen interpretierDar sind.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine gleichzeitige Bestimmung des relativen Anteiles der Elemente Silizium und Sauerstoff der das Bohrloch umgebenden Erdformationen ermöglicht. Für das Verfahren wird eine flüssigkeitsdichte Meßsonde benötigt, die eine gepulste 14 MeV-Neutronenquelle vom Deuterium-Tritium-Typ aufweist. Außerdem beinhaltet die-Meßsonde noch einen Thallium-aktivierten Natriumjodid-Kristall-Detektor, der optisch mit einer Photovervielfacherröhre gekoppelt ist, die den Gammastrahlen entsprechende elektrische Impulse erzeugt. Die der Energie der vom Detektor ermittelten Gammastrahlen proportionalenSpannungsimpulse werden von der Bohrloch-Meßsonde zu einer obertägig angeordneten Verarbeitungsanlage übermittelt. Vergleichs-Spannungs-Impulse bekannter Amplitude werden zur Stabilisierung der Verstärkung der elektronischen Schaltkreise des Systems zur Erzeugung linearer Messungen der Höhe der entsprechenden

erzeugt.

Gammastrahlen /Impulshöhenstabilisations-Signale und Synchronisationssignale werden ebenfalls von~'der Meßsonde der obertägig angeordneten Verarbeitungsanlage übermitte]b.

In der Verarbeitungsanlage werden die Gammastrahl-Sponnungsimpuls-Signale zeitlich in Bezug zur Aktivierung der neutronenquelle gesteuert und einem Mehrkanal-Impulshöhenanalysator^% zugeführt, der die durch den Zerfall des instabilen radioaktiven Isotops Stickstoff 16 und durch den Zerfall des instabilen radioaktiven Isotops Aluminium 28 erzeugten

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Gammastrahlen voneinander trennt. Die vom Sauerstoff herrührenden Gammastrahlsignale werden einem Aufzeichnungsgerät zugeführt, das als Funktion der Bohrlochtiefe angetrieben wird-, sowie einem Verhältnis-Rechner» Die vom Aluminium 28 herrührenden Gammastrahl-Signale werden einem Schaltkreis zur Korrigierung der Hintergrundstrahlung und danach dem Aufzeichnungsgerät und dem Verhältnisrechner zugeführt. Der Verhältnisrechner wird zur Bildung des Verhältnisses des Siliziums zum Sauerstoffgehalt benötigt und zeichnet seine Verhältniswerte ebenfalls'in Bezug zur Bohrlochtiefe auf.· Die korrigierten Silizium-Gammastrahl-Zählsignale werden ebenso als Funktion der Tiefe des Bohrloches aufgezeichnet.· Die aufgezeichneten Signale können dann als Werte interpretiert werden, die dem Fluidanteil des Porenraumes der For- ' mation im Bereich des Bohrloches entsprechen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen: .

Fig. 1 ein schematisiertes Blockdiagramm des zur

Durchführung des Verfahrens verwendeten Bohrloch-Meßsystems,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines typischen Gammastrahlungs-Spektrums, das die relative Lage der Energiefenster zur Diskriminierung der Silizium aktivierten Gammastrahlen von. den Sauerstoff-aktivierten Gammastrahlen darstellt,

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Fig. 3 ein Steuerdiagramm, aas die Breite des

Neutronenausstoß-Impulses und die nachfolgende Zählperiode zur Ermittlung der Gammastrahlen durch den Detektor darstellt,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der relativen Zählvorgänge im Sauerstoffenster und im Siliziumfenster (korrigiert um die Hintergrundstrahlung) ,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Größe der Hintergrundstrahlung, die durch Detektorkristall-Aktivierung erzeugt wird als Funktion der Entfernung zwischen der Neutronenquelle und dem Gammastrahl-Detektor und

Fig. 6 eine diagrammartige Darstellung einer Bohrlochvermessung gemäß der Erfindung.

Es wurde, wie vorhergehend schon "beschrieben, vorgeschlagen, die Sauerstoff-Aktivierungsmessung und die Silizium-Aktivierungsmessung durch Bestrahlen der das Bohrloch umgebenden Erdformationen mit hochenergetisehen Neutronen durchzuführen. Aufgrund der Diskrepanzen in der Art der Messung dieser beiden unterschiedlichen Kernreaktionen wurde eine gleichzeitige Bestimmung dieser Reaktionen jedoch noch nicht vorgeschlagen. Sauerstoff- und Silizium-Aktivierungsmessungen sind dienlich der Messung der relativen Sauerstoff- und Siliziumkonzentrationen in elementarer Form in den das Bohrloch umgebender Erdformationen und den Formationsfluiden,

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durch das die Meßsonde geführt wird. Eine Süßwasser enthaltende Sandformation hat. einen größeren elementaren Sauerstoff anteil als eine Kohlenwasserstoff-führende Sandformation. Daher ist ein Abfallen der Sauerstoff-Zählrate in '-'-·'· solchen Zonen ein Anzeichen dafür, daß die Zone möglicherweise von Interesse für die Eohlenwasserstoffförderung ist. Weisen die Süßwasser und Kohlenwasserstoff enthaltenden Sande die gleiche Porosität auf, tritt keine Veränderung ' """" '·'' in der Zählrate des elementaren Siliziums in dieser Zone auf.

Voraussetzung für die Durchführung einer Sauerstoff-Aktivierungsmessung durch Bestrahlen der das Bohrloch umgehenden Erdformationen mit !Neutronen ist, daß die Neutronenwolke für die Bestrahlung ausreichend .hochenergetische Neutronen:·--' enthält, die die Reaktion bewirken können. Die spezielle Reaktion, die für die Sauerstoff-Aktivierungsmessung von Interesse-.ist, ist die θ"¹⁶ (N,P) N¹⁶ - Reaktion. Diese Reak- -■ tion kann durch Überwachung des 6,13 MeV-Wertes gemessen werden, der 'ausgestrahlt wird, wenn das radioaktive Isotop Stickstoff 16 in ein stabiles Isotop zerfällt. Die Hälbwertzeit dieser Reaktion beträgt etwa 7>3 Sekunden. Die Reaktion, die für die Silizium-Aktivierungsmessung von Interesse ist, ist die Si (Ν,Ρ)ΑΙ -Reaktion. Diese Reaktion kann, durch Überwachung des 1,78 MeV-Wertes gemessen werden, der durch den Zerfall des radioaktiven Isotops Aluminium 28 entsteht. Die Halbwertzeit dieser Reaktion beträgt ungefähr 2,3 Minuten.

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Das Meßsystem zur gleichzeitigen Durchführung der Siliziumünd Sauerstoffmessung ist in 2Pi g. 1 schematisiert dargestellt. Ein fluidgefülltes Bohrloch 11 durchdringt die Erdformationen 12, 13, 14- und 15, deren Eigenschaften gemessen werden sollen. Das Bohrloch 11 ist mit einem stählernen Futterrohr 16 ausgekleidet, das in seiner Lage durch eine Zementschicht 17 gehalten wird. Eine flüssigkeitsdichte Meßsonde 18 ist an einem armierten Meßkabel 19 hängend im Bohrloch 11 angeordnet'. Das Meßkabel 19 verbindet die Meßsonde 18 mit der ober-tägig angeordneten Verarbeitungsanlage, wie nachfolgend noch näher beschrieben.

Das Meßkabel 19, das als herkömmliches Mehrleiter-Kabel oder als armiertes Koaxialkabel ausgebildet sein kann, läuft an der Erdoberfläche über eine Rolle 20. Die Rolle 20 ist entweder elektrisch oder mechanisch mit einem Aufzeichnungsgerät 21 gekoppelt, das die interessierenden Meßwerte auf einem Aufzeichnungsträger 22 als Punktion der Tiefe der Meßsonde 18 im Bohrloch 11 aufzeichnet.

Die Meßsonde 18 weist in ihrem Innenraum eine Neutronenquelle 10 des Deuterium-Tritium-Typs auf. Ein Pulser 23 erzeugt elektrische Steuersignale für die Neutronenquelle 18. Schaltungen von herkömmlicher Ausbildung (nicht dargestellt) empfangen das Signal vom Pulser 23 und bewirken eine Aktivierung der Neutronenquelle 10 über eine vorbestimmte Zeitperiode, die mit dem Empfang des Signals vom Pulser 23 beginnt. Der Pulser 23 übermittelt weiterhin noch über eine Leitung 24 einen stabilisierten Amplituden-Steuerimpuls zu einem Ver-

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stärker-Schaltkreis 25 innerhalb des Gehäuses der Heßsonde 18. An der Erdob er fläche wird dieser Impuls für die Synchronisation des Betriebs der obertagig angeordneten Verarbeitungsanlage mit der untertägig operierenden Meßsonde -_:- 18 und zur Steuerung des Verstärkungsfaktors der Verstärker-Schaltung zwecks Erzeugung linearisierter Messungen verwendet.

Die Meßsonde 18 weist außerdem noch einen Thallium-aktivierten Natriumiodid .KaJ (TJ.) -Detektor 26 auf. Mit diesem Detektor 26 ist optisch eine herkömmliche Photovervielfacherröhre 27 gekoppelt. Die Funktion eines Gammastrahlen-Detektors mit einer Photovervielfacherronre zwecks Erzeugung der Strahlung proportionaler Spannungs-Impulse ist allgemein bekannt.

Die Impuls-Signale der Photovervielfacherröhre 2? werden „ ;,.·. über eine Leitung 28 einem Diskriminator 29 zugeführt, der zur Diskriminierung gegen niedrigenergetische Hintergrundstrahlung, die von der natürlichen Radioaktivität der Bohrlochumgebung herrühren kann, verwendet wird. In der Praxis hat es sich als wünschenswert herausgestellt, den Diskriminator auf'einen Wert von 0,5 MeV einzustellen, so daß nur höhere Energien den Diskriminator passieren und das Meßkabel erreichen können. Die Ausgangssignale vom Diskriminator 29 werden über eine Leitung 30 dem Verstärker-Schaltkreis 25 zugeführt, um vor der Weiterleitung zur obertagig angeordneten Verarbeitungsanlage eine LinearverStärkung durchzuführen.

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einem

Der Ausgang des Verstärker-Schaltkreises 25 isx; mit/Steuerverstärker 31 verbunden, der die Signale auf einen Wert verstärkt, der zur Übertragung über das Meßkabel in linearer Weise geeignet ist, und der die Zählvorgangs-Signale 'ange-' messen an den Leiter im Meßkabel 19 zwecks Weiterleitung zur Erdoberfläche gibt. Die Energie für den Betrieb der Meßsonde kann über das Meßkäbel 19 von einer obertägig angeordneten Stromquelle 32 der Sonde zugeführt werden. In .der Meßsonde wird die Energie in an sich bekannter Weise auf

die zum Betrieb der Meßsonde benötigten Spannungswerte umgewandelt.

An der Erdoberfläche werden die den Gammastrahlen entsprechenden Spannungsimpulse und die Stabilisations- und Syn- · chronisationsimpulse einem Verstärker 33 zugeführt, dessen Verstärkungsfaktor von einem Impuls-Stabilisierungs-Schaltkreis 34 gesteuert, wird. Die Signale werden ebenso dem Im- - · puls-Stabilisierungs-Schaltkreis 34· über eine Leitung 35 direkt zugeführt. Der an sich bekannte Schaltkreis 34 (z.B. gemäß der US-PS 3 767 921) erzeugt Ausgangssignale, die den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 33 zwecks Erzeugung einer linearen Verstärkung der •Zählvorgangs-Signale des Detektors 26 steuern. Der Verstärker 33 arbeitet somit als Verstärkungsfaktor-steuernder Linearverstärker, dessen Verstärkungsfaktor stets auf ein einem solchen Wert durch den ■ Impuls-Stabilisierungs-Schaltkreis 34- gehalten wird, daß sichergestellt ist, daß die Amplitude der den Gammastrahl repräsentierenden Spannung für die Eingänge der verbleibenden Schaltkreise auf einem konstanten Wert verbleibt.

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Der Impuls-Stabilisierungs-Schaltkreis 34- erzeugt außerdem Steuerimpulse für einen· Zeitsteuer-Schaltkreis 36. Der Zeitsteuer-Schaltkreis 36 läßt Zählvorgangs-Impulse der Meßsonde, die im Verstärker 33 verstärkt wurden, zu den nachfolgenden Schaltkreisen nur nach Empfang eines Konditionierungs-Signals des Impuls-Stabilisierungs-Schaltkreises 34- durch; Diese Signale werden zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Empfang eines Spannungs-Stabilisationssignals von der Meßsonde durch den Impuls-Stabilisierungs-Schaltkreis 34- erzeugt. Somit ist der Betrieb der ah der Erdoberfläche angeordneten Ausrüstung mit dem Betrieb der untertägigen Neutronenquelle 10 synchronisiert.

In Fig.-.3 ist schematisch die zeitliche Steuerung des Meß---^ ^ systems dargestellt. Es hat sich als günstig herausgestellt, daß der Pulser 23 Steuerungssignale für die Neutronenquelle 10 mit einer Wiederholungsrate von-ungefähr 100 Impulse pro-· Sekunde erzeugt. Diese Impulse werden dann zur Aktivierung der Neutronenquelle 10 zwecks Erzeugung von Entladungsstößen schneller Neutronen mit einer jeweiligen Zeitdauer von ungefähr 1 Millisekunde (siehe Fig. 3)-benutzt. Dadurch wird gleichermaßen ein Zeitintervall von ungefähr 9 Millisekunden zwischen den Entladungsstoßen der Neutronenquelle 10 erzeugt. Um eine der Neutronenentladung folgende Stabilisierung der thermischen Neutronen zu ermöglichen, und es der vom Einfang thermischer Neutronen durch die in der Formation vorhandenen Elemente her resultierende Gammastrahlung zu ermöglichen, ab-,zuklingen und im wesentlichen nur Gammastrahlen belassend,

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die aus der Aktivierung von relativ langlebigen radioaktiven Isotopen her resultieren, werden die Detektor-Signale über eine Zeitspanne von ungefähr drei Millisekunden nach dein Entladungsstoß nicht durchgelassen. Der Impuls-Stabilisierungs-Schaltkreis 34- erzeugt ein Steuersignal für den Zeitsteuer-Schaltkreis 36 ungefähr vier Millisekunden nach dem Empfang des Eich- und S^abilisierungs-Impulses des Pulsers 23.

Die Spannungs-Impuls-Ausga_#ngs-Signale vom Zeitsteuer-Schaltkreis 36 werden einem Mehrkanal-Impulshöhenanalysator 37 zugeführt. Der Mehrkanal-Impulshöhenanalysator 37 trennt die Gammastrahl-Spannungsimpulse auf der Basis ihrer Impulshöhe.

Gemäß Fig. 2 sind die Gammastrahl-Impulse in zwei Regionen oder Energiefenster, wiederum basierend auf der Höhe der Impulse, unterteilt. Diese zwei in Fig. 2 dargestellten Energiefenster sind das "Silizium-Fenster" und das "Sauerstoff-Fenster". Das Energiefenster des Siliziums umfaßt Gammastrahlen, die in einen Energiebereich von ungefähr 0,5 bis 2,0 MeV fallen. Das Energiefenster des Sauerstoffes umfaßt Gammastrahlen, die in einen Energiebereich von ungefähr 2,0 bis 7,25 MeV fallen.

Das Sauerstoff-Fenster beinhaltet Gammastrahlen-Vorgänge mit einem Spitzenwert von 6,13 MeV, die beiden Entladungsspitzen von der paarweisen Erzeugung und einige Gammastrahlen von der Compton-Streustrahlung «

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Zur Erhöhung der Sauerstoff-Zählvorgänge und Erhalt einer optimierten Zählstatistik ist das Sauerstoff-Fenster in dieser Breite gewählt worden.

Das Silizium-Fenster beinhaltet den 1,78 MeV Photospitzenwert des Aluminiums 28 zusammen mit Energiebereichen, die einigen Compton-Strahlungen entsprechen. Die paarweise erzeugten Entladungsspitzen (escape peaks) fallen jedoch nicht in das Silizium-Fenster. In dieses Energiefenster fällt ein Teil der Hintergrund-Gammastrahlung, die von der Kristall-Aktivierung durch thermische Neutronen erzeugt wurde sowie Gammastrahlen, die durch Compton-Streuung entartet sind. Die Hintergrundstrahlung dieser beiden Quellen kann durch eine entsprechende Eichung korrigiert werden. Die Zählrate der kristallaktivierten Hintergrundstrahlung ist durch Messung der Zählrate im Energiefenster des Siliziums mit einer in Luft aufgehängten Meßsonde 18 bestimmt, nachdem eine Messung in einem Testbohrloch durchgeführt wurde. Die in das Silizium-Fenster fallende Hintergrundstrahlung entarteter Compton-Streustrahlung aufgrund der Sauerstoffaktivierung kann durch Messen der Zählrate im Silizium-Fenster bestimmt werden, indem man die Meßsonde in eine reine Kalksteinformat i-on (d.h. eine Formation ohne Silizium) hängt.' Unter diesen Bedingungen ist die gemessene"Zählrate die Summe, aufgrund der Kristallaktivierung und der Sauerstoff-aktiviert.en Hintergrundstrahlung der Compton-Streuung. Die Zählrate, die auf die Hintergrundstrahlung des Sauerstoffes entfällt, erhält man durch Subtraktion der Zählrate in Luft von der Zählrate in reinem Kalkstein (im Silizium-Energiefenster).

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Durch diese Technik werden zwei Korrektur-Werte erzeugt, ■ die den Zählungen aus dem Energiefenster des Siliziums im Meßkabel-Impulshöhenanalysator 37 durch den Korrektur-Schaltkreis J8 (Fig. 1) für die'Hintergrundstrahlung zugeführt werden. Der Korrektur-Schaltkreis 38 subtrahiert diese beiden vorbestimmten Verte von den im Silizium-Fenster ermittelten Zählungen des Mehrkanal-Impulshöhenanalysators 37 und gibt diese als Eingangs-Werte in die. Eingangsleitung 39· Der Ausgang des Korrektur-Schaltkreises 38 wird zum einen an einen Verhältnis-Rechner 40 und zum anderen an ein Aufzeichnungsgerät 21 gelegt. Das Aufzeichnungsgerät plottet die vom Ausgang des Schaltkreises 38 kommenden Werte direkt als Funktion der Bohrlochtiefe auf einen Aufzeichnungsträger 22. ·

Die Gammastrahlen-Zählungen aufgrund der Säuerstoffaktivierung aus dem Mehrkanal-Impulshöhenanalysator 37 werden dem anderen Eingang des Verhältnis-Rechners 40 zugeführt. Der Verhältnisrechner 40 erzeugt, seinerseits ein Ausgangssignal, das dem Verhältnis der beiden Eingangssignale (Silizium/Sauerstoff) entspricht und ebenfalls dem Aufzeichnungsgerät 21 zugeführt wird. Das Verhältnis wird ebenfalls als !Punktion der Bohrlochtiefe geplottet. Schließlich werden die Sauerstoff-Zählungen ebenfalls vom Mehrkanal-Impulshöhenanalysator 37 dem Aufzeichnungsgerät 21 zugeführt und als Funktion der Bohrlochtiefe geplottet.

Obwohl die Meßsonde 18 mit einem Schutsschild 41 zwischen der Neutronenquelle 10 und dem Detektor 26 ausgerüstet ist,

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tritt doch eine geringe unmittelbare Neutronenbestrahlung auf, so daß eine Kristall-Aktivierung erfolgt, wenn die Neutronen nicht vollständig durch das Material des Schutzschildes 41 gestoppt werden. Dieser Umstand muß in Rechnung gezogen werden bei der Bestimmung der optimalen Entfernung zwischen der neutronenquelle und dem Detektor, um eine wirtschaftlich vertretbare Meßgeschwindigkeit zu erreichen, ohne daß die unerwünschte Aktivierung des Detektor-Kristalles erfolgt, die den Hintergrundstrahlungswert auf eine unerwünschte Höhe bringen würde.

Die Mg. 5 zeigt eine Aufzeichnung von Zählvorgängen pro Sekunde aufgrund von Kristall-Aktivierung in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen der Neutronenquelle und dem Detektor. Aus der Darstellung ist ersichtlich, wie rapide die Neutronenaktivierung des Detektor-Kristalles ansteigt, wenn die Entfernung der Neutronenquelle zum Detektor von 635 mm auf 508 mm absinkt. Eine Erhöhung der Entfernung von 635 auf 762 mm vermindert die Kristall-Aktivierung nicht wesentlich. Aufgrund dieser Darstellung und anderer Versuche, wurde eine optimale Entfernung zwischen der Neutronenquelle und dem Detektor ermittelt, die bei 644,5 mm liegt und eine wirtschaftlich vertretbare Meßsonden-Geschwindigkeit von ungefähr 30,5 m/min erlaubt.

Fig. 4- zeigt eine Koordinaten-Darstellung der im Silizium-Fenster ermittelten Zählrate gegen die in Erdformationen mit bekanntem Wassersättigungsgrad zwischen 0 und 100 % ermittelten Zählraten im Sauerstoff-.Fenster.

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Es ist ersichtlich, daß diese Daten entlang eruier Schar von Linien fallen, deren Vereinzelung auf dem Sauerstoffgehalt zwischen den unterschiedlich starken Wassersättigungslinien basiert. Durch die Verwendung einer Eich-Kurvenschar, wie .- , sie in Pig. 4 dargestellt ist, ist es möglich, den Prozentsatz der WasserSättigung einer gegebenen Erdformation im Bereich des Bohrloches durch Vergleichen der korrigierten Zählraten im Silizium-Fenster und im Sauerstoff-Fenster in der dargestellten Weise zu bestimmen. Diese Vergleichsoperation kann sowohl am Bohrplatz als auch später von einem Digitalrechner durchgeführt werden.

Der Sandanteil einer gegebenen Formation kann durch Aufzeichnen des Verhältnisses der Zählraten von Silizium/Sauerstoff als Funktion der Bohrlochtiefe erfolgen. Es hat sich herausgestellt, daß dieses Verhältnis halbwegs unabhängig von der Porosität ist, aber es tritt ein großer Wechsel in . dem Verhältnis auf, wenn die Formation von Sand ( der einen höheren Prozentsatz Silizium enthält) auf Kalkstein (der, wenn überhaupt, nur eine Spur von Silizium aufweist).wechselt, Somit kann die in Fig. 1 dargestellte Verhältnis-Kurve als Lithologie-Anzeige und Sandstein-Detektor angesehen werden. Die einzelnen Silizium- und Sauerstoff-Kurven können zur Wassersättigungsbestimmung gemäß Fig. 4 verwendet werden.

Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt aus einer Bohrlochvermessung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. In diesem Bohrloch ist die Zone von einer Teufe von 1621 m bis zum Bohrlochgrund perforiert und produziert täglich 51,875 n? OeI.

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Es wird darauf hingewiesen, daß in Fig. δ diö. relativen Zählvorgänge der Silizium-Aktivierung und der Sauerstoff-Aktivierung "beide als Funktion der Bohrlochtiefe aufgezeichnet sind, nicht jedoch in dieser speziellen Messung das Verhältnis von Silizium/Sauerstoff. In der Oelzone (at) m) ist ein starker Abfall der Sauerstoff-Zählrate zu sehen, während die SiIiziura-Zählrate relativ unverändert bleibt. Dieses ist ein Anzeichen einer Kohlenwasserstoffführenden Sandformation.

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Claims

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Patentansprüche

1) Verfahren zur.simultanen Bestimmung des Sauerstoffund-Siliziumanteiles von Erdformationen im Bereich eines Bohrloches, dadurch gekennzeichnet , daß eine pulsierende Neutronenquelle schneller Neutronen durch ein Bohrloch verfahren wird und dabei die Erdformationen im.Bereich des Bohrloches in sich wiederholender Weise mit Neutronen-Entladungsstößen bestrahlt, die eine ausreichende Energie zur Bewirkung der Kernreaktion 0 (N,P) N aufweisen, daß die vom Zerfall instabiler radioaktiver Isotopen von Elementen in der Formation im Bereich-des Bohrloches aufgrund des Einfanges der schnellen Neutronen her auftretende Strahlung ermittelt wird und der Energie der · ermittelten Strahlung entsprechende Spannungs-Signale erzeugt werden, daß in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten energetischen Beziehung zueinander die ermittelten Strahlungen in mindestens zwei Energie-Komponenten, die dem Zerfall der radioaktiven Isotope entsprechen, die aus,dem Neutroneneinfang durch die Elemente Silizium und Sauerstoff erzeugt werden, vereinzelt v/erden, daß diesem Zerfall entsprechende Zählvorgänge durchgeführt werden und daß diese Zählvorgänge als Funktion der Bohrlochtiefe aufgezeichnet werden.

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2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß vor dem Aufzeichnen der Zählvorgänge diese durch den Zerfall instabiler Isotope erzeugte Strahlung, die durch den Einfang von Neutronen durch das Silizium erzeugt wird, um die Hintergrund-Strahlung gemäß der Degradation der Gamma-Strahlung, erzeugt durch den Zerfall radioaktiver Isotope aufgrund des Neutroneneinfangs des Sauerstoffs durch Öompton-Streuung, korrigiert wird. -.--·■

5) Verfahren nach Anspruch A oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß aus dem korrigierten Zählvorgang des Siliziums und - aus dem Zählvorgang des Sauerstoffes ein Verhältnissignal gebildet und als !Funktion der Bohrlochtiefe aufgezeichnet wird.

A) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,

die

daß/Vereinzelung der ermittelten Strahlung m mindestens zwei Energie-Komponenten in den Bereichen von ungefähr 0,5 MeV bis 2,0 MeV für vom Silizium erzeugten Isotope und von ungefähr 2,0 MeV bis 7>25 MeV für vom Sauerstoff erzeugte Isotope durchgeführt wird.

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5) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich wiederholende Bestrahlung der Erdformation mit ungefähr 14 MeV-Neutronen eines Deuterium-Tritium-Beschleunigers erfolgt.

6) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Neutronenausstoß aus der Neutronenquelle über einen Zeitraum von ungefähr 1 Millisekunde erfolgt.

7) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der auftretenden Gammastrahlung ein Thallium-aktivierter Natriumjodid-Eristall-Detektor verwendet wird, der mit einer Pho^vervielfacherröhre optisch verbunden ist.

8) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Gammastrahlung ungefähr drei Millisekunden nach der beendeten KeutronenausSendung erfolgt.

9) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Gammastrahlung über einen Zeitraum von ungefähr sechs Millisekunden erfolgt.

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10). Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet , daß als Detektor ein Kristall von im wesentlichen zylindrischer Ausbildung mit einem ungefähren Durchmesser von 50,8 mm und einer Länge von ungefähr 101,6'mm verwendet wird, dessen Mittelpunkt vom Mittelpunkt der Neutronenquelle ungefähr 621,52 mm entfernt angeordnet ist.

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