DE3616399A1 - Vorrichtung zur simultanen gamma-gamma-formationsdichtemessung beim bohren - Google Patents
Vorrichtung zur simultanen gamma-gamma-formationsdichtemessung beim bohrenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Bohrlochmessung bei unterirdischen Formationen zur Bestimmung der Formationsdichte
unter Verwendung von Gammastrahlen, und insbesondere auf die Bestimmung der Formationsdichte beim Bohren
5
eines Bohrloches, das die Erdformation durchquert. Hauptsächlich
bezieht sich die Erfindung auf die Bestimmung der Formationsdichte ohne Berücksichtigung der Radialstellung
der Bohrlochmeßsonde nahe des Bohrloches oder der Kollimierung der zum Erhalten der Dichtemessungen verwendeten
Gammastrahlung.
Beim Bohren von Bohrlöchern in Formationen in der Erde ist es äußerst wünschenswert, während des Bohrens die Formation
zu erhalten, die sich auf die Natur und die Struktur ^ der Formation bezieht, durch die das Bohrloch hindurchtritt.
Die Möglichkeit, dem Bohr-Bedienungsmann Information über die Eigenschaften der Formation während des
Bohrens zur Verfügung zu stellen, ermöglicht eine Bohrlochmessung während des Bohrens, und damit eine effizientere
Arbeitsweise. Eine solche Protokollierung mit dem "Messen beim Bohren" (measuring while drilling (MWD)
beseitigt ganz oder teilweise die Notwendigkeit, daß der Bohrvorgang unterbrochen wird um den Bohrstrang aus dem
Loch zu entfernen und um am Übertragungskabel (Seil) hängende Bohrlochmeßsonden in das Bohrloch einzuführen um
die Eigenschaften der an ihm entlang liegenden Formationen zu messen. Weiterhin vergrößert die Fähigkeit, die
Eigenschaften der Formation zu messen, durch die der Bohrmeißel durchtritt, beispielsweise die Dichte der
Formation, die Sicherheit des Bohrvorganges. Der Bohrbedienungsmann kann auf diese Weise über den Eintritt des
Bohrlochs in Formationen unterrichtet werden, bei denen leicht gefährliche Bohrbedingungen, wie z.B. Eruptionen
auftreten können.
Bisher sind Techniken bei der Bohrlochmessung in Seilar-
beit an Bohrlöchern verwendet worden, um die Natur der Formation zu bestimmen, durch die das Bohrloch hindurchtritt.
Eine Technik zur Bestimmung der Formationsdichte umfaßt Gammastrahlendichtesonden, welche Vorrichtungen mit
einer Gammastrahlenquelle und einem Gammastrahldetektor sind, die voneinander abgeschirmt sind, um zu verhindern,
daß von dem Detektor Gammastrahlung gezählt wird, die direkt von der Sonde austritt. Während des Betriebs der
Sonde werden Gammastrahlen (Photonen) von der Quelle immitiert und sie treten in die zu untersuchende Formation
ein. In der Formation tritt eine Wechselwirkung mit den Atomelektronen des Materials der Formation aufgrund von
photoelektrischer Absorption, Compton-Streuung oder durch Paar-Erzeugung auf. Sowohl bei dem Phänomen der photoelektrischen
Absorption wie bei dem der Paar-Erzeugung werden die einzelnen Photonen, die an dem Wechselwirkungsprozeß
teilnehmen, aus den Gammastrahlen entfernt.
Bei dem Vorgang der Compton-Streuung verliert das Photon etwas von seiner Energie, wobei es die ursprüngliche
Laufrichtung verändert, und der Energieverlust eine Funktion des Streuwinkels ist. Dementsprechend werden
einige ausr der Quelle in das Formationsmaterial emittierte Photonen zu dem Detektor zurückgestreut. Viele rückgestreute
Strahlen erreichen nicht den Detektor, weil ihre Richtung erneut durch eine zweite Compton- Streuung
verändert wird oder sie danach bei einem photoelektrischen Absorptionsvorgang oder bei einem Paarerzeugungsprozeß
absorbiert werden. Die gestreuten Photonen, die den Detektor erreichen und mit ihm wechselwirken, werden mit
einer elektronischen Zählvorrichtung, die dem Zähler zugeordnet ist, gezählt.
Die Hauptschwierigkeiten, die die konventionelle Gammastrahlendichtemessung
mit sich bringt, umfassen die genaue Definition der Probengröße, die begrenzte effektive Tiefe
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und die Abtastzeiten. Weitere Hauptschwierigkeiten betreffen
Störeffekte von unerwünschten und störenden Materialien, die sich zwischen der Dichtesonde und der
Formationsprobe befinden, wie z.B. Bohrschlamm oder Schlammverkrustungen an der Bohrlochwand, die es notwendig
machten, daß die Sonde direkt an der Bohrlochwand positioniert wird.
Verschiedene Seil-Gammastrahlungs-Meßsonden (wire line gamma radiation logging probes) nach dem Stand der Technik
sind erprobt worden, um die Auswirkung, die von der Dichte der Schlammverkrustung an den Bohrlochwänden auf die
Formationsdichtemessung ausgeübt wird, zu kompensieren, indem zwei Detektoren vorgesehen werden, die entlang des
Bohrloches in axialer Richtung im Abstand mit unterschiedlichen Entfernungen zur Strahlungsquelle angeordnet sind.
Der nahe oder kurz beabstandete Detektor dient zum Empfang der Strahlung, die hauptsächlich in den Materialien in der
Nähe der Bohrlochwand und somit in Schlammverkrustungen gestreut werden. Der entferntere oder weiter beabstandete
Detektor dient zum Empfang der Strahlung, die hauptsächlich in der Formation gestreut wurde.
Die meisten Gamma-Bohrlochmeßsysteme nach dem Stand der
Technik erfordern komplexe Kollimierungssysteme, um den aus der Strahlungsquelle austretenden Strahl eng zu
begrenzen und ihn auf ein spezifisches Gebiet der Formation zu richten, oder auch um den von dem Detektor
wieder aufgefangenen Strahl eng zu begrenzen, um sicherzustellen,
daß nur die aus einem bestimmten Gebiet der Formation rückgestreute Strahlung erfaßt wird. Weiterhin
sind Seil-Gammastrahlungsmeßsonden in hohem Maße anfällig gegenüber Änderungen in den Dichtemessungen aufgrund der
Dichte des Bohrschlammes wie auch der Schlammverkrustungen auf den Wänden des Bohrloches, durch die die Strahlung
durchtreten muß, und damit wird die Genauigkeit der
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Messung stark durch die Exzentrizität des Werkzeuges innerhalb des Bohrloches beeinflußt. Aus diesem Grunde
enthalten Werkzeuge nach dem Stand der Technik ausgeklügelte Mechanismen, um die Oberfläche des Werkzeuges fest
gegen die Wand des Bohrloches an der Seite, des Bohrloches an der Stelle des Bohrloches anzupressen, an der die
Punktmessung durchgeführt wird. Selbstverständlich werden die Schwierigkeiten, die das Seil-Gammastrahl-Meßverfahren
nach dem Stand der Technik zeigt, weiter kompliziert, wenn
*0 das Dichtemeßwerkzeug als Teil des Bohrstranges ausgeführt
wird und während des Bohrens des Bohrloches betrieben wird. Die einzige bekannte Gammastrahlformationsdichtemeßsonde,
die in einem Geräte der Art des "Messens während des Bohrens" einsetzbar ist, ist in dem US-Patent Serial
No. 478.979 vom 25. März 1983 von Daniel Coope mit dem Titel "Formation Density Logging While Drilling" beschrieben,
die an den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen wurde. Diese Anmeldung offenbart ein Verfahren
zur Gamma-Gamma-Formationsdichtemessung beim Bohren, die auf einer Kollimierung der Gammastrahlung und einem
entlang des Bohrloches in axialer Richtung im Abstand voneinander und von der Strahlungsquelle angeordneten
Detektoren beruht, um die aus zwei unterschiedlichen Gebieten innerhalb der Formation an unterschiedlichen
Abständen von den Wänden des Bohrloches rückgestreute Strahlung zu untersuchen.
Eine Seil-Dichtemeßsonde, die unabhängig von der Dicke und der chemischen Zusammensetzung der zwischen der Dichtesonde
und der Probe vorhandenen Materialien arbeitet, ist im Stand der Technik in dem US Patent 3,84 6,631 beschrieben.
Dieses Verfahren sieht vor, daß zwei Gammastrahlen aus zwei intermittierend betriebenen Grauquellen in die
Probe geleitet werden, daß die rückgestreute Strahlung von jeder dieser beiden Quellen durch zwei getrennte Detektoren
empfangen wird, und daß Verhältnisse aus den Produkten
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der vier separaten Zählraten in solcher Weise gebildet werden, daß das numerische Ergebnis einer Anzeige der
Dichte der Probe ist. Bei solchen Sonden mit zwei im longitudinalen Abstand angeordneten Detektoren, die man
gegenüber der Bohrlochwand verteilt, ist der Abstand zwischen den Detektoren eine kritische Größe. Wenn die
dazwischen liegenden Materialien über Abstände, die dem Abstand der beiden Detektoren vergleichbar sind, ungleichmäßig
sind, so wird die gemesse Dichte fehlerhaft.
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10
Bei Gammastrahlungsformationsdichtesonden, die eine Kollimierung
der Gammastrahlung umfassen, wird vorausgesetzt, daß das Gebiet der Wechselwirkung zwischen der Strahlung
und der Formation eng begrenzt und auf ein schmales Gebiet beschränkt wird. Es ist nicht nur schwierig, eine
Kollimierung der Gammastrahlbundel zu erreichen, sondern es ist auch die Annahme fehlerhaft, daß ein kollimierter
Strahl nur mit einem präzise abgegrenzten Teil der das Bohrloch umgebenden Formation eine Wechselwirkung eingeht.
Es wäre daher vorteilhaft, die Beschränkungen und Unge-
A nauigkeiten des Standes der Technik durch ein System zum
Messen der Dichte der unterirdischen Formationen beim Bohren eines Bohrloches, das die Formation durchdringt, zu
beseitigen, ohne daß es notwendig ist, ein schmales Gebiet der Wechselwirkung der Gammastrahlung mit der Formation
abzugrenzen, eine Kollimierung der Strahlung zu verwenden oder das Werkzeug gegenüber der Bohrlochwand zu verteilen.
Die vorliegende Erfindung liefert ein solches System mittels einer neuen Geometrie der Gammastrahlungsquelle
und der Detektoren, die eine Messung der Formationsparameter aus der rückgestreuten Gammastrahlung erlaubt
ungeachtet einer exzentrischen Stellung des Werkzeuges innerhalb der Bohrwand. Die Messung wird ebenfalls ohne
Berücksichtigung irgendwelcher Annahmen bezüglich eines
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bestimmten Gebietes der Formation, von der die Strahlung rückgestreut wird, ausgeführt.
Die= vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und
auf ein Verfahren zum Messen der Formationsdichte mittels rückgestreuter Gammastrahlung in einem "Messen-beim-Bohren"-System.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zum Messen der Dichte der Formation, die
ein Bohrloch umgibt, welches die Formation durchdringt.
^ Die Vorrichtung ist geeignet für die Verwendung in einem
Bohrstrang und umfaßt eine Vorrichtung zum Emittieren von
Gammastrahlung in die Formation und eine Anzahl von Detektorvorrichtungen zum Zählen der in der Formation
zurück in die Vorrichtung gestreuten emmitierten Gammastrahlung. Jede der Zählvorrichtungen ist entlang des
Gerätes im gleichen axialen Abstand von der Quelle und symmetrisch zu der Longitudinalachse des Gerätes angeordnet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die Vorrichtung eine erste und eine zweite
Detektorvorrichtung, die bei symmetrischen Winkeln von 180° an einander gegenüberliegenden Seiten der Vorrichtung
angeordnet sind.
Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der mittleren Dichte
der Erdformation, die ein Bohrloch umgibt, das die Formation durchdringt, und die der Meßvorrichtung benachbart
ist. Das Verfahren umfaßt die Schritte der Emission einer Gammastrahlung in die Formation und das Messen der
Menge der von der Formation rückgestreuten Gammastrahlung bei einer Anzahl von DetektorStellungen. Die Detektorstellungen
sind entlang der Achse des Bohrloches im gleichen Abstand zu der Quelle, von der die Strahlung emittiert
wird, angeordnet, und sie sind symmetrisch zu der Longitudinalachse des Meßgerätes angeordnet.
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IS
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel umfaßt die Erfindung eine Gammastrahlformationsdichtebestimmungsvorrichtung
zur Verwendung in einem Bohrloch, das eine Erdformation durchquert. Die Vorrichtung umfaßt eine
längliche Sonde mit einer Longitudinalachse und eine Gammastrahlungsquelle, die innerhalb der Sonde angeordnet
ist. Die Gammastrahlungsdetektoranordnung ist innerhalb der Sonde montiert und umfaßt erste und zweite Gammastrahldetektoren,
die in longitudinaler Richtung der Sonde
I^ mit gleichem Abstand in gleicher Richtung von der
Strahlungsquelle angeordnet sind. Die Detektoren sind einander diametral gegenüberliegend auf einem gemeinsamen
Kreis angeordnet, der in einer fiktiven Ebene senkrecht zur Longitudinalachse liegt. Die Ausgangssignale der
ersten und zweiten Detektoren, die man während einer Rotation der Sonde um ihre Längsachse innerhalb des
Bohrloches erhält, werden dazu verwendet, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das proportional zu der Matrixdichte der
das Bohrloch im Gebiet der Sonde umgebenden Formation ist.
Die Sonde kann eine zylindrische Baugruppe ("sub") umfassen, die als Teil des Bohrstranges in einem System
des Messens während des Bohrens eingebaut ist.
Nach einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung umfaßt ein Verfahren für die Bohrloch-Formationsdichtemessung mit
Gammastrahlen den Verfahrensschritt des Rotierens einer länglichen Sonde innerhalb des Bohrloches unter Emission
von Gammastrahlung von einer ersten Stelle innerhalb der Sonde in die _Formation. Die von der Formation rückgestreute
Gammastrahlung wird an einer zweiten und einer dritten Stelle innerhalb der Sonde abgetastet, wobei die
zweite und die dritte Stellung diametral an einander gegenüberliegenden Seiten der Sonde angeordnet sind und in
longitudinaler Richtung von der ersten Stelle gleichen Abstand haben. Es wird ein Ausgangssignal in Abhängigkeit
von der an den zweiten und den dritten Stellungen
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lh
*■ abgetasteten Gammastrahlung erzeugt, das proportional zu
der Matrixdichte der das Bohrloch im Gebiet der Sonde umgebenden Formation ist.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt umfaßt die Erfindung eine rotierende Vorrichtung zur Verwendung in einem eine
Erdformation durchquerenden Bohrloch mit einem das Bohrloch füllenden Bohrschlamm von unbekannter Dichte, die
eine Einrichtung zur Emission von Gammastrahlung in die
1^ das Bohrloch umgebende Formation aufweist. Erste und
zweite Gammastrahldetektorvorrichtungen sind auf einem gemeinsamen Kreis an einander diametral gegenüberliegenden
Punkten angeordnet, wobei die erste und die zweite Vorrichtung in der gleichen axialen Richtung von der
Emissionsvorrichtung den gleichen axialen Abstand haben. Weiter ist eine Vorrichtung zur Berechnung der Matrixdichte (Dichtematrix) vorgesehen, die auf die folgenden
Größen anspricht: die Ausgangssignale der Detektoren, den Wert der Schlammdichte, einen ersten, dem ersten Detektor
zugeordneten Werkzeugkalibrierungsfaktor, der auf den Abstand zwischen dem ersten Detektor und der Emissionsvorrichtung bezogen ist, das Metall zwischen den Detektor
und der Bohrlochwand und die Ausbeute des ersten Detektors, einen zweiten Werkzeugkalibrierungsfaktor, der dem
zweiten Detektor zugeordnet ist und sich auf den Abstand zwischen dem zweiten Detektor und der Emissionsvorrichtung
bezieht, das Metall zwischen dem Detektor und der Bohrlochwand und die Ausbeute des zweiten Detektors, und
einen dritten Werkzeugkalibrierungsfaktor,, der auf die Differenz zwischen dem Durchmesser des Werkzeuges und dem
Durchmesser des Bohrloches bezogen ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Fig. dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben und näher
erläutert.
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Fig. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht den Vorgang des Bohrens eines Bohrloches und stellt
ein System zur Formationsdichtebestimmung während des Bohrens dar, das nach der Lehre der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist.
Fxg. 2 zeigt eine Seitenansicht mit teilweise aufgebrochener Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispieles
einer ins Bohrloch abgesenkten Baugruppe für die Formationsdichtemessung mit Gammastrahlung
während des Bohrens, die nach der Lehre der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist.
Fig. 3 stellt einen entlang der Linie 3-3 der Fig. 2 gezogenen Querschnitt dar und zeigt die Stellung
der Strahlungsdetektoren innerhalb der Vorrichtung der Fig. 2.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des Verarbeitungssystems zur Berechnung der Formationsmatrixdichte nach der
Lehre der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt in einem Schaubild die Eichkurve für den Strahlungsdetektor, in der die Zählrate gegen die
Formationsdichte aufgetragen ist.
Fig. 6 veranschaulicht eine Familie von Eichkurven, die sich auf die durch einen Detektor in dem vorliegenden
System gemessene Formationsdichte beziehen, und die tatsächliche Formationsdichte für verschiedene
"standoff"-Abstände zwischen der Seite der Baugruppe und der Wand des Bohrloches entlang
dem gemeinsamen Durchmesser des Paares von Detektoren und
Fig. 7 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem
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Werkzeug-"standoff"-Abstand zu der "standoff"Kurve
und ermöglicht die Bestimmung der Werkzeugkonstanten k, und k«.
Die Fig. 1 zeigt einen Bohrturm 11, der an dem oberen Ende eines Bohrloches 12 angeordnet ist. Ein System 10 für eine
Gamma-Gamma-Formationsdichte-Bohrlochvermessung wird von einer Sonde oder Baugruppe 14 getragen, die einen Teil
eines Meißelschaftes 15 umfaßt und für die Messung der ^ Dichte der das Bohrloch umgebenden Formationen während der
Ausführung des Bohrvorganges vorgesehen ist.
An dem unteren Ende des Bohrgestänges 18 ist ein Bohrmeißel 22 angeordnet, der aus den Erdformationen 24 ein
1^ Bohrloch 12 ausmeißelt, während Bohrschlamm aus der
Bohrlochkammer 28 gepumpt wird. Ein Oberflächen-Metallgehäuse
29 ist in das Bohrloch 12 oberhalb des Bohrmeißels 22 eingesetzt, um die Unversehrtheit des
Bohrloches 12 in der Nähe der Oberfläche aufrechtzuerhalten. Der Ringraum 16 zwischen dem Bohrgestänge 18 und
der Bohrlochwand 20 schafft theoretisch einen geschlossenen Schlammflußweg. Der Schlamm wird aus der Bohrlochkammer
28 mit einem Pumpsystem 30 durch eine an das Bohrgestänge 18 angeschlossene Schlammversorgungsleitung
31 gepumpt. Auf diese Weise wird der Bohrschlamm entlang
des zentralen axialen Durchtritts des Bohrgestänges 18 abwärts gedrückt und tritt an dem Bohrmeißel 22 aus um das
abgeschlämmte Material, das die ausgebohrten Abschnitte von Erde, Fels und zugehörigem Material umfaßt, von dem
Bohrmeißel aufwärts zur Oberfläche zu bringen. Eine Leitung 32 ist an der Bohrlochkammer angeschlossen, um den
Schlamm von dem Bohrloch 18 zu einer Schlammgrube 34 zu befördern. Der Bohrschlamm wird typischerweise an der
Oberfläche durch verschiedene nicht dargestellte Apparatüren behandelt und verarbeitet wie z.B. Entgasungseinheiten
und Zirkulationstanks, um eine bestimmte Viskosität
IO
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und Konsistenz des Schlamms aufrechtzuerhalten. Das vorliegende GammastrahlformationsdichtebohrJochvermessungssystem
erlaubt die Messung der Formationsdichte in den das Bohrloch umgebenden Gebieten während des Durchpumpens
von Bohrschlamm durch das Bohrgestänge und das Bohrloch.
Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, umfassen die Baugruppe 14 und der Meißelschaft 15 einen Teil des Formationsdichtebohrlochvermessungssystems
10 der vorliegenden Erfindung und die Bohrlochumgebung. Das System 10 is so aufgebaut,
daß eine Serie von Signalen für die Telemetrie zur Bohrlochkammer oder einem in der Bohrlochtiefe befindlichen
Aufzeichnungssystem erzeugt werden, wobei diese signale die Formationsdichtematrix der Erdformationen
anzeigt, die dem Bohrloch benachbart sind. Die notwendigen Telemetrie- und Analysesysteme können von konventioneller
Art sein und werden hier nicht näher angegeben. Das Verfahren und die Vorrichtung zur Messung der Formationsdichte
wird jedoch nachfolgend im einzelnen beschrieben und ist Bestandteil der vorliegenden Erfindung.
In der Fig. 2 ist schematisch und teilweise im Querschnitt eine Baugruppe 14 dargestellt, die ein nach der Lehre der
vorliegenden Erfindung aufgebautes System trägt. Die Baugruppe 14 umfaßt vorzugsweise den Meißelschaft 15, der
als Teil des Bohrgestänges angeschlossen ist, und, obgleich er so dargestellt ist, daß er unmittelbar über
dem Bohrmeißel angeordnet ist, ist dies nur illustrativ
und die Baugruppe 14 kann an anderen Stellungen des Bohrstranges angeordnet sein.
Die Baugruppe 14 wird von einem Abschnitt des Meißelschaftes gebildet, der eine zylindrische innere Bohrung 41
aufweist, um unter Druck stehende Flüssigkeit von der Oberfläche zu dem Bohrmeißel 22 zu leiten. Der Meißel-
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schaft 15 ist so modifiziert, daß er ein Paar von Gammastrahlungsquellen 42 und 43 aufweist, die jeweils
einen mit Gewinde versehenen Einsatz umfassen, um in Gewindeöffnungen in den Seitenwänden des Meißelschaftes 15
augenommen werden zu können. Die Gammastrahlungsquellen 42 und 43 können konventionelle Quellen sein, wie z.B. Cäsium
137. Zwar arbeitet das System der vorliegenden Erfindung mit einer einzelnen Quelle hinreichend, die Verwendung von
zwei Quellen 4 2 und 43 stellt jedoch sicher, daß der
1^ Strahlungspegel eine ausreichende Amplitude besitzt, um
große Ausgangssignale der Detektoren zu erzeugen. Jede der beiden Quellen 42 und 43 ist vorzugsweise an einer
gleichen axialen Stellung entlang der Achse des Werkzeuges 10 angeordnet, und nach der Darstellung liegen sie auf
einem gemeinsamen Durchmesser 44, der senkrecht zur Mittelachse 46 des Meißelschaftes 15 ist.
Der Meißelschaft enthält eine vergrößerte zentrale zylindrische Kammer 61, die koaxial zur Bohrung 41 verläuft und
sich teilweise in Längsrichtung des Schaftes 15 erstreckt. Ein Paar von Gammastrahlungsdetektoren 52 und 53 ist mit
axialem Abstand von den Strahlungsquellen 42 und 43 innerhalb eines größeren Einsatzes 62 zum Abschirmen und
Abdichten der Detektoren am unteren Ende der zentralen Kammer 61 angeordnet. Die beiden Detektoren 52 und 53 sind
beide mit dem gleichen axialen Abstand von den Gammastrahlungsquellen 42 und 43 angeordnet und nach der
Darstellung liegen sie auf der gleichen fiktiven Ebene 54, die ebenfalls senkrecht zur Zentralachse 4 6 des Meißelschaftes
15 ist. Zwischen den Quellen 42 und 43 und den Detektoren 52 und 53 ist ein ringförmiger Wolframabschirmeinsatz
55 angeordnet, der als Teil des Einsatzes 62 augebildet ist und in dem Körper des Meißelschaftes 15
angeordnet ist um das Erfassen von Gammastrahlen aus den Quellen, die die Detektoren durch "streaming" (Kanalwirkung)
der Strahlung in axialer Richtung entlang des
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Meißelschaftes und der Bohrung 41 erreicht, zu minimieren.
Die Strahlungsdetektoren 52 und 53 können beliebige konventionelle Gammastrahlungsdetektorvorrichtungen wie
z.B. eine Anordnung von Geiger-Mueller-Zählrohren umfassen oder können aus Natriumjodid-Scintillatoren bestehen.
Die Fig. 3 stellt einen oberen Querschnitt entlang den Linien 3-3 der Fig. 2 dar und zeigt die relative Stellung
der Gammastrahlungsdetektoren 52 und 53 innerhalb des Körpers des Meißelschaftes 15. Der linke Detektor 52
enthält nach der Darstellung eine Anordnung von drei Geiger-Mueller-Zählrohren 52a, 52c, während der rechte
Detektor 53 nach der Darstellung eine Anzahl von drei Geiger-Mueller-Zählrohren 53a, 53c aufweist. Ein Abschirm-
*5 teil 56 aus Wolfram ist ebenfalls als Teil des Einsatzes
62 ausgebildet und befindet sich nach der Darstellung zwischen dem linken Detektor 52 und der Bohrung 41,
während eine ähnliche Abschirmung 57 sich zwischen der Bohrung 41 und dem rechten Detektor 53 befindet. Die
Abschirmteile 56 un 57 minimieren die Erfassung solcher Strahlung, die nicht von der Formation herrührt, durch die
Detektoren 52 und 53.
Ein wichtiger Gesichtspunkt der neuen Geometrie des Gamma-Gammastrahlungsdichte-Bohrlochvermessungssystems der
vorliegenden Erfindung besteht darin, daß zwei Detektoren 52 und 53 symmetrisch zur Längsachse des Meißelschaftes 15
mit gleichen azimuthalen Trennwinkeln voneinander, d.h. 180°, auf einander diametral gegenüberliegenden Seiten des
Meißelschaftes angeordnet sind. Die beiden Detektoranordnungen 52 und 53 liegen beide auf einem gemeinsamen
Durchmesser 58 eines gemeinsamen Kreises innerhalb der fiktiven Ebene 54, die senkrecht zur Achse des Meißelschaftes
\5 ist. Beide Detektoren haben ebenfalls einen gleichen Abstand von den Strahlungsquellen 42 und 43. Wie
weiter in der Fig. 3 dargestellt ist, liefert das System
- 21 -
der vorliegenden Erfindung eine genaue Messung der Formationsdichte ungeachtet einer exzentrischen Stellung
des Meißelschaftes innerhalb des Bohrloches 12, weil die Abstände zwischen dem exzentrischen Werkzeug und der
Bohrlochwand automatisch mathematisch kompensiert werden, ebenso wie durch Mittelungseffekte, die auftreten, wenn
das Werkzeug während des Bohrlochvermessungsvorganges gedreht wird.
Um die Bedeutung der einzigartigen Geometrie der Komponenten der vorliegenden Erfindung und deren mathematische
Konsequenzen darzustellen, müssen einige Größen definiert werden. Der linke Seitenabstand zwischen der Seitenwand
des Bohrloches 12 und dem Meißelschaft 15 ist "A" und wird
*5 entlang dem gemeinsamen Durchmesser 58 gemessen. In
gleicher Weise ist "B" der rechte Abstand zur Seite des Meißelschaftes 15 ebenfalls entlang des gemeinsamen
Durchmessers 58 gemessen. Der Abstand "TD" entlang dem gemeinsamen Durchmesser 58 ist der Durchmesser des
Werkzeuges. "BD" ist der Durchmesser des Bohrloches. Die beiden Detektoren 52 und 53 sind an einander gegenüberliegenden
Seiten des Meißelschaftes 15 und mit gleichen Abständen von den Gammastrahlungsquellen 42 und
43 (oder von einer einzelnen Quelle, wenn eine solche eingesetzt wird) angeordnet. Damit kann man die Geometrie
des Bohrloches selbst einarbeiten, um die drei Gleichungen simultan zu lösen und die Grundmassendichte der Formation
zu bestimmen.
Verwendet man |L zur Bezeichnung der von dem Detektor
auf der linken Seite der Fig. 3 gemessenen Dichte, so sieht man, daß die Formationsdichte gegeben wird:
/? - 1(/-Φ)&α. +φβΚΐ-*) + */^ ' oder (6)
' 'L = >
rw«. (1- *»<
) + «"i Zyn t wobei (7)
'ma. - Grundmassendichte der Formation (Formationsdichte)
- 22 -
OBKMNAL IMSPECTEO
Φ — Porosität der Formation
β = Dichte der Flüssigkeit in der Formation
D - Schlammdichte
rm
rm
&. = Anteil der Gammastrahlung, die in dem Schlamm
eine Wechselwirkung eingehen
und
P = (l-ßf)O +γ/r= Scheindichte der Formation
und
P = (l-ßf)O +γ/r= Scheindichte der Formation
Es ist zu bemerken, daß die Gleichungen 6 und 7 ebenso für Werkzeugkonfigurationen mit Seilarbeit (wire line) wie
auch für Gamma-Formationsbestimmung bei Anwendungen im "Messen während des Bohrens" gelten.
Wenn wir fJL verwenden, um die von dem Detektor auf der
rechten Seite der Fig. 3 gemessene Formationsdichte zu bezeichnen, so sieht man, daß die Formationsdichte
ebenfalls durch die folgende Gleichung gegeben wird:
wobei /2 der Anteil der Gammastrahlen ist, die mit dem
Schlamm eine Wechselwirkung eingehen. Aufgrund der Geometrie wissen wir auch, daß der Werkzeugdurchmesser, TD,
und der Bohr loch durchmesser BD nach der folgenden Gleichung mit der Position des Werkzeuges im Bohrloch in
Beziehung stehen:
A + B + TD = BD (9)
wobei A der senkrechte Abstand von der linken Werkzeugfläche zur linken Bohrlochfläche (dem linken Abstand) ist,
und B der Abstand zwischen der rechten Seite des Werkzeugs, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Es ist zu
bemerken, daß die Wahrscheinlichkeit dafür, daß ein Photon (ein Gammastrahl) eine Entfernung A zurücklegt, bevor er
einen Stoß eingeht, einfach exp (-k,A) ist. Die Wahr-
- 23 -
scheinlichkeit dafür, daß eine Wechselwirkung bei irgendeinem Abstand, der kleiner als A ist, eingegangen wird,
ist durch (l-exp(-k,A)) gegeben. In gleicher Weise ist die
Wahrscheinlichkeit dafür, daß innerhalb des Abstandes B eine Wechselwirkung auftritt, durch (l-exp(-k„B)) gegeben.
Die Werte k, und k„ sind geometrische Konstanten, die
weiter unten näher spezifiziert werden. Wenn wir die obigen Beziehungen unterstellen, so können wir die
folgenden Gleichungen ansetzen:
10
10
Cx = l-eklA (10)
und
"k2B
β = l-e"k2B (11)
- 24 -
Wir implizieren, daß «und β die Wahrscheinlichkeiten
dafür sind, daß die Gammastrahlen im Schlamm eine Wechselwirkung eingehen und (1-oC) und (1-β ) sind die
Wahrscheinlichkeiten dafür, daß die Photonen innerhalb der Grundmasse der Formation eine Wechselwirkung eingehen und
nicht in dem Schlamm.
Wenn wir nun die Gleichungen 7 und 10 kombinieren, so finden wir:
Die Geometrie erzwingt, daß sich das Werkzeug physisch im Bohrloch befindet, so daß man die folgende Beziehung
verwenden kann:
A= BD-TD -B= K3-B (13)
so daß wir die Gleichung 10 in den Größen des Abstandes B wie folgt ausdrücken können:
Wir können auch die Gleichung 8 in den Größen des Abstandes B wie folgt schreiben:
25
oder, wenn man dies . in die Potenz k,/k2 erhebt, so kann
man Gleichung 15 wie folgt schreiben:
Wird die Gleichung 16 in Gleichung 14 eingesetzt, so erhält man: v
(18)
d - Ä
die nach der Formationsdichte wie folgt aufgelöst werden
kann:
- 25 -
Wenn nun k,=k„ ist und es wird später gezeigt, daß sie
gleich sein können, so kann man k=k =k„ schreiben und die
Gleichung 19 ergibt die folgende Aussage:
Aufgrund dieser Ableitungen kann man im Prinzip die Formationsdichte auf der Grundlage der beobachteten
Dichten, die durch den linken und den rechten Detektor
I^ aufgezeichnet wurden, und auf der Grundlage der Dichte des
zur Zeit der Messungen verwendeten Schlammes bestimmen. Die Zahl der Konstante k, wird direkt aus der Differenz
zwischen dem Werkzeugdurchmesser und dem Durchmesser des Bohrloches, in dem es eingesetzt wird, bestimmt. Die
1^ Werkzeugkonstanten k, und k~ werden aus den Abständen
zwischen den Detektoren und der Quelle, der Dicke der Meißelschaftwand zwischen dem Detektor und der Außenfläche
des Meißelschaftes und der Ausbeute der Detektoren bestimmt. Für aufeinander abgestimmte Detektoren und einen
symmetrischen Meißelschaft wird k,=k2· Die Werkzeugkonstanten
k, und k„ werden während der Eichung des Werkzeuges in einer Weise bestimmt, die ähnlich derjenigen
ist, mit der konventionelle Seilarbeitswerkzeuge (wire line tools) in einer Schürfgrube geeicht werden, wie voran
beschrieben wurde.
Während der Eichung wird eine Schürfgrube mit einer Anzahl von Formationen von bekannten Gesteinsbeschreibungen
.verwendet indem das Werkzeug bekannten Dichtebedingungen ausgesetzt wird. Es wird Fig. 5 angefertigt, die den
Logarithmus der Detektorzählrate (in willkürlichen Einheiten)
in eine Dichtebestimmung umwandelt, wobei die Werkzeugoberfläche direkt an die Oberfläche der Formation
angrenzt.
Danach wird das Werkzeug mit einem vorgegebenen Seitenab-
- 26 -
stand angeordnet und es wird eine Reihe von Formationen bekannter Dichte durchgemessen, um eine Anzeige der
gemessenen Dichte für jeden Wert zu erhalten, wie die Fig. 6 zeigt. Das Werkzeug wird dann in einer Reihe von
verschiedenen Seitenabständen angeordnet, und der Vorgang wird wiederholt, um eine Familie von Kurven entsprechend
der Fig. 6 zu erzielen. Der Logarithmus einer jeden Kurvenneigung bei der Familie von Kurven in Fig. 6 wird
entsprechend der Fig. 7 auf halblogarithmischem Papier ^ gegen den Seitenabstand aufgetragen, um eine gerade Linie
mit negativer Neigung zu ergeben. Die Neigung dieser Linie ist dann die Werkzeugkonstante k, oder k2, die dem
Detektor zugeordnet ist.
1^ Entsprechend der Fig. 4 wird je Zeiteinheit das Zählergebnis
des linken Detektors 52 bei 62 bestimmt, während das Zählergebnis je Zeiteinheit für den rechten Detektor 53
bei 63 bestimmt wird und in konventioneller Weise wird der Formationsdichtewert bei 64 und 65 für den linken bzw. den
rechten Detektor bestimmt. Danach wird diese Information in den Prozessor 66 zusammen mit entweder einer gemessenen
oder einer bekannten Schlammdichte 67 und den gemessenen Werkzeugeichkonstanten k, und k„ aus dem Speicher 68
eingegeben. Der Prozessor erzeugt einen berechneten Wert der Formationsgrundmassendichte, und die Porosität kann in
Übereinstimmung mit Standardpraktiken der Industrie abgeleitet werden.
Die vorliegende Technik schließt drei grundlegende Annahmen ein, die die Effektivität der vorliegenden Werkzeuggeometrie
in der zu benutzenden Technik erlauben. Zunächst wird angenommen, daß das Bohrloch relativ nahe am
Normalmaß liegt und keine große Zahl von Auswaschungen oder Aushöhlungen enthält. In dem Gebiet des Bohrloches,
das nahe dem Bohrmeißel ist, ist dies eine zuverlässige Annahme. Wenn dies jedoch nicht der Fall ist, so kann ein
- 27 -
Tastwerkzeug in dem System der vorliegenden Erfindung enthalten sein, um Änderungen im Bohrlochdurchmesser zu
kompensieren. Diese Beschränkung ist jedoch nicht so kritisch im Fall mit Seil-Gammastrahlungsdichtedetektoren,
weil das vorliegende Werkzeug die Gültigkeit seiner Arbeitsweise nicht auf einem Wandkontakt begründet, wie
dies die überwiegende Mehrzahl der Seil-Detektoren tut. Die zweite Annahme ist, daß Schlammverkrustungen auf den
Wänden des Bohrloches sich während der Bohrlochvermessung nicht ausbilden konnten. Da das vorliegende Werkzeug im
"Messen während des Bohrens" an einem dem Bohrmeißel nahen Punkt arbeitet, ist diese Annahme vernünftig. Die dritte
Annahme ist, daß die Schlammdichte bekannt oder leicht bestimmbar ist. Dies ist auch eine sehr gute Annahme.
Das Gammastrahlformationsdichtebohrlochmeßsystem der vorliegenden Erfindung kann anstelle der zwei in dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel geschilderten Detektoren auch drei oder mehr Detektoren umfassen. In jedem dieser
Fälle muß ein jeder der Detektoren in einer fiktiven, zur Achse des Gehäuses senkrechten Ebene liegen, und sie
müssen mit azimutal symmetrischen gleichen Winkeln voneinander angeordnet sein, d.h. mit Rotationssymmetrie um
die Bohrlochachse. Natürlich sind die Gleichungen zur Bestimmung der Formationsgrundmassedichte zunehmend komplexer
bei Strukturen mit mehr als zwei Anordnungen, aber sie können in der gleichen Weise gelöst werden wie bei den
voran diskutierten Konfigurationen mit zwei Detektoren.
Die vorliegende Bohrlochvermessungsvorrichtung ist als in einem Gehäuse oder einer Sonde befindlich dargestellt, die
den Meißelschaft als Teil des Bohrgestänges umfaßt. Während das vorliegende System bei Systemen des "Messens
während des Bohrens" nützlich ist, kann die besondere Werkzeuggeometrie auch bei einer Nicht-MWD- Sonde des
Seil-(wireline)-Typs verwendet werden.
- 28 -
Claims (26)
1. Gammastrahlungsformationsdichte-Bohrlochmeßgerät zur
Verwendung in einem Bohrloch 12, das eine Erdformation durchquert, gekennzeichnet durch
eine längliche Sonde 14 mit einer Longitudinalachse 46,
eine Quelle 42, 43 für Gammastrahlung, die innerhalb der Sonde angeordnet ist, und durch
eine Gammastrahlungsdetektoranordnung 52, 53 innerhalb der Sonde, die eine Anzahl von Gammastrahlungsdetektoren
52a-52c, 53a-53c aufweist, die entlang der Sonde in der gleichen Richtung mit gleichem Abstand
von der Strahlungsquelle angeordnet sind und wobei jeder Detektor symmetrisch zu der Longitudinalachse 46
der Sonde angeordnet ist, und durch
eine Einrichtung, 62, 63, 64, ,65, die auf die Ausgangssignale der Anzahl der Detektoren anspricht,
um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das proportional
zur Grundmassedichte der das Bohrloch im Gebiet der Sonde umgebenden Formation ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde 14 eine zylindrische Baugruppe umfaßt,
die als Teil des Meißelschaftes 15 in einem System des "Messen während des Bohrens" angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Detektor und ein zweiter
Detektor vorgesehen ist, die mit symmetrischen Winkeln von 180° auf einander diametral gegenüberliegenden
Seiten der Sonde 14 angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Ausgangssignal im Ansprechen auf Signale erzeugt wird, die von den Detektoren
erhalten werden, wobei die Sonde um ihre Longitudinalachse innerhalb des Bohrloches gedreht wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsabschirmvorrichtung
55, 56, 57 vorgesehen ist, die in der Sonde in dem Gebiet zwischen der Strahlungsquelle 42, 43 und den
Detektoren 52, 53 angeordnet ist um die Menge der direkt von der Strahlungsquelle empfangenen Strahlung
zu begrenzen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsabschirmvorrichtung innerhalb der
Sonde radial einwärts von jedem Detektor 52, 53 angeordnet ist um die Menge der Strahlung zu begrenzen,
die von ihm empfangen wird und die von einer , Formation auf der gegenüberliegenden Sondenseite
hervortritt.
7. System zur Gammastrahlungsformationsdichtebestimmung
in Bohrlöchern, die eine Erdformation durchqueren, gekennzeichnet durch
ein längliches Gehäuse, das als Teil des Bohrgestänges angeschlossen ist,
eine Gammastrahlungsquelle 42, 43, die innerhalb des
Gehäuses 14 angeordnet ist,
eine Gammastrahlungsdetektoranordnung, die innerhalb
des Gehäuses angeordnet ist und eine Anzahl von Gammastrahlungsdetektoren aufweist, die entlang dem
Gehäuse in gleicher longitudinaler Richtung und in gleichem Abstand von der Quelle und symmetrisch zur
longitudinalen Achse des Gehäuses angeordnet sind, und durch
eine Einrichtung, die auf die von den Detektoren produzierten Ausgangssignale anspricht, während das
Gehäuse innerhalb des Bohrloches angeordnet ist um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das der Grundmassedichte
der das Bohrloch umgebenden Formation proportional ist.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in das Bohrgestänge 18 in der Nähe des
Bohrmeißels 22 eingeschaltet ist, wobei der Durchmesser des Bohrloches relativ konstant ist.
9. System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsabschirmvorrichtung innerhalb des
Gehäuses in dem Gebiet zwischen der Strahlungsquelle und den Detektoren angeordnet ist um die Menge der
direkt von der Quelle empfangenen Strahlung zu begrenzen.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsabschirmvorrichtung innerhalb des Ge-
häuses radial einwärts von jedem Detektor angeordnet ist um die Menge von Strahlung zu begrenzen, die von
ihm empfangen wird und die aus einem Gebiet der Formation austritt, die auf der vom Detektor gegenüberliegenden
Sondenseite austritt.
11. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle der Gammastrahlung zwei Strahlungsquellen
52, 53 aufweist, die an einer gemeinsamen axialen
^q Stellung angeordnet sind und auf einer fiktiven Ebene
liegen, die senkrecht zu der Achse des Gehäuses ist.
12. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Detektoren vorhanden sind, die bei
,p. symmetrischen Winkeln von 180° auf einander diametral
gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sind.
13. System nach einem der Ansprüche 7 oder 11, dadurch
„» gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle Cäsium 137
ist.
14. System nach einem der Ansprüche 7 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangssignal im Ansprechen
nr. auf Signale erzeugt wird, die von den Detektoren
erzielt werden, während das Gehäuse um seine longitudinale Achse im Borhloch gedreht wird.
15. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahlungsdetektoren jeweils eine Anzahl von Geiger-Mueller-Zählrohren aufweisen.
16. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Detektoren ein Feld von Scintillationsdetektoren
aufweisen.
35
35
17. Verfahren zur Gammastrahlungsformationsdichte-Bohrlochvermessung
zur Verwendung in einem Bohrloch, das eine Erdformation durchquert, mit folgenden Verfahrensschritten:
5
5
Anbringen einer länglichen: Sonde innerhalb des Bohrloches,
'-.=';
Emittieren von Gammastrahlung in die Formation aus einem ersten Platz nahe der Sonde,
Feststellen der von der 'Formation rückgestreuten
Feststellen der von der 'Formation rückgestreuten
·*· emittierten Gammastrahlung ,an einer Anzahl von Plätzen
innerhalb der Sonde, wobei diese Plätze symmetrisch um die Longitudinalachse der Sonde und in der gleichen
longitudinalen Richtung mit gleichem Abstand von der ersten Stelle angeordnet sind, und
Erzeugen eines Ausgangssignals nach Maßgabe der an der Anzahl von Stellen festgestellten Gammastrahlung, die
proportional der Grundmassedichte der das Bohrloch im Gebiet der Sonde umgebenden Formation ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verfahrensschritt des Positionierens eine Rotation der Sonde innerhalb des Bohrloches umfaßt und
wobei der Schritt des Feststeilens das Abtasten der emittierten Strahlung bei einer zweiten und dritten
Stelle umfaßt, welche bei einem Winkel von 180° und einander diametral gegenüberliegend an gegenüberliegenden
Seiten der Sonde angeordnet sind.
19. Drehvorrichtung zur Verwendung in einem Bohrloch, das eine Erdformation durchquert, wobei Bohrschlamm unbekannter
Viskosität das Bohrloch ausfüllt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Emission von Gammastrahlung
in die Formation, die das Bohrloch umgibt,
eine erste und eine zweite Gammastrahlungsdetektorvorrichtung, die auf einem gemeinsamen Kreis an diametral gegenüberliegenden Punkten angeordnet sind,
eine erste und eine zweite Gammastrahlungsdetektorvorrichtung, die auf einem gemeinsamen Kreis an diametral gegenüberliegenden Punkten angeordnet sind,
wobei die erste und die zweite Vorrichtung in der gleichen axialen Richtung und mit gleichem axialen
Abstand von der Emissionsvorrichtung angeordnet sind,
eine Vorrichtung, die auf die Ausgangssignale der Detektoren, die Schlammdichte und die folgenden Werkzeugeichfaktoren für die Berechnung der Grundmassedichte anspricht:
eine Vorrichtung, die auf die Ausgangssignale der Detektoren, die Schlammdichte und die folgenden Werkzeugeichfaktoren für die Berechnung der Grundmassedichte anspricht:
ein erster Werkzeugeichfaktor, der dem ersten Detektor
zugeordnet ist und sich auf den Abstand zwischen dem ersten Detektor und der Emissionsvorrichtung, dem
Metall zwischen dem Detektor und der Bohrlochwand' und der Ausbeute des ersten Detektors bezieht,
einen Werkzeugeichfaktor, der dem zweiten Detektor zugeordnet ist und sich auf den Abstand zwischen dem zweiten Detektor und der Emissionsvorrichtung, dem Metall zwischen dem Detektor und der Bohrlochwand und der Ausbeute des zweiten Detektors bezieht, und
ein dritter Werkzeugeichfaktor, der sich auf die Differenz zwischen dem Durchmesser des Werkzeugs und dem Durchmesser des Bohrloches bezieht.
einen Werkzeugeichfaktor, der dem zweiten Detektor zugeordnet ist und sich auf den Abstand zwischen dem zweiten Detektor und der Emissionsvorrichtung, dem Metall zwischen dem Detektor und der Bohrlochwand und der Ausbeute des zweiten Detektors bezieht, und
ein dritter Werkzeugeichfaktor, der sich auf die Differenz zwischen dem Durchmesser des Werkzeugs und dem Durchmesser des Bohrloches bezieht.
20. Verbessertes System zur Gammastrahlungsformationsdichte-Bohrlochvermessung
zur Verwendung in einem Bohrloch, das eine Erdformation durchquert, der Art/ bei
der eine Gammastrahlenquelle und eine Detektorvorrichtung innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, das
geeignet ist, innerhalb des Bohrloches zur Emission und zum Erfassen von Gammastrahlen, die sich durch die
Erdformation ausbreiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse geeignet ist, longitudinal als Teil des
Bohrgestänges angeschlossen zu werden, das sich in das Bohrloch erstreckt,
daß die Gammastrahlungsdetektorvorrichtung eine Anzahl von Gammastrahlungssensoren aufweist,, die innerhalb
des Gehäuses mit gleichem Longitudinalabstand von der Quelle in einer gemeinsamen fiktiven zur Longitudinal-
achse des Gehäuses senkrecht liegenden Ebene und mit gleichen Winkeln voneinander angeordnet sind, und
daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die auf die Ausgangssignale der Sensoren anspricht um ein der ° Grundmassedichte der angrenzenden Erdformation proportionales Ausgangssignal zu erzeugen.
daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die auf die Ausgangssignale der Sensoren anspricht um ein der ° Grundmassedichte der angrenzenden Erdformation proportionales Ausgangssignal zu erzeugen.
21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine zylindrische Sonde ist, die in das
Bohrgestänge in der Nähe des Bohrmeißels eingebaut ist, wo der Durchmesser des Bohrloches relativ
konstant ist.
22. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gammastrahlungsdetektorvorrichtung erste und zweite
Sensoren aufweist, die mit 180° voneinander an einander gegenüberliegenden Seiten der Sonde angeordnet
sind.
23. System nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignalerzeugungsvorrichtung
auf Signale der Sensoren anspricht, die während einer Drehung des Bohrgestänges und des
Gehäuses erzielt werden.
24. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle zwei Strahlungsquellen an der gleichen
axialen Stelle und in einer gemeinsamen fiktiven Ebene angeordnet sind, welche senkrecht zur Achse des
Gehäuses verläuft.
25. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung Felder von Scintillationsdetektoren
aufweist.
26. Verbessertes System zur Gammastrahlungsformationsdich-
te-Bohrlochvermessung zur Verwendung in einem Bohrloch, das eine Formation durchquert, bei dem die
Gammastrahlenquelle und die Detektorvorrichtung innerhalb eines zylindrischen Gehäuses angeordnet sind, das
geeignet ist, innerhalb des Bohrloches angeordnet zu werden zur Emission und zum Feststellen von Gammastrahlen,
die sich durch die Erdformation und den im Bohrloch vorhandenen Bohrschlamm auszubreiten, dadurch
gekennzeichnet, daß
••■Ο das Gehäuse für eine longitudinale Ankopplung als Teil
des sich in das Bohrloch erstreckenden rotierenden Bohrgestänges geeignet ist,
daß die Gammastrahlungsdetektorvorrichtung erste und zweite Gammastrahlungssensoren aufweist, die in geometrischer
Hinsicht in dem Gehäuse bei gleichem Longitudinalabstand von der Quelle und in einer
gemeinsamen fiktiven, zur Longitudinalachse des Gehäuses senkrechten Ebene und mit gleichem Abstand zu
deren Achse angeordnet sind, und daß
eine Einrichtung vorgesehen ist, um ein Formationsgrundmassedichteausgangssignal
zu erzeugen, während das Bohrgestänge und das Gehäuse gedreht werden, wobei das Signal proportional zu den Ausgangssignalen von
jedem der Sensoren, der Dichte des BohrSchlammes innerhalb des Bohrloches, der geometrischen Konfiguration
der Sensoren relativ zu der Strahlungsquelle und dem Bohrlochdurchmesser relativ zu dem Gehäusedurchmesser
und einer eingesetzten Wahrscheinlichkeit für den mit der Formation und dem Bohrschlamm
wechselwirkenden Gammastrahlung proportional ist.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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