DE2245851B2 - Geophysikalisches Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften von ein Bohrloch umgebenden Erdformationen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein geophysikalisches Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften von ein Bohrloch umgebenden Erdformationen, wobei die Erdformationen in der Umgebung des Bohrlochs wiederholt mit energiereichen Neutronenimpulsen relativ kurzer Zeitdauer bestrahlt werden und beim Auftreten des jeweiligen Neutronenimpulses die auf unelastischer Streuung der energiereichen Neutronen beruhende Gammastrahlung gemessen wird.

Bei einem derartigen Verfahren ist es an sich erwünscht, die energiereichen Neutronenimpulse, die typischerweise eine Energie von 14 MeV haben, mit einer möglichst hohen Wiederholungsrate auszusenden. Wenn jedoch eine Erdformation mittels einer gepulsten Neutronenquelle mit einer hohen Wiederholungsrate bestrahlt worden ist, können einige Neutronen vom vorhergehenden Neutronenimpuls in thermischem Zustand noch vorhanden sein, wenn der nächstfolgende Neutronenimpuls ausgesandt wird. Diese thermischen Neutronen können eine entsprechende Gammastrahlung erzeugen, die während des nachfolgenden Neutronenimpulses sich der zu messenden, auf unelastischer Streuung der energiereichen Neutronen beruhenden Gammastrahlung überlagert. Die zu messende unelastische Gammastrahlung muß nämlich im wesentlichen während des eingeschalteten Zustands der Neutronenquelle gemessen werden, da die energieraichen Neutronen aufgrund der unelastischen Streuung, bei-der es sich um eine starke Wechselwirkung handelt, sehr schnell abgebaut werden.

Bei einem aus der DE-AS 12 93 928 bekannten Verfahren der eingangs genannten Art wird die vorgenannte Schwierigkeit dadurch überwunden, daß erstens der Neutronenimpuls eine sehr kurze Dauer hat, z. B. nur 1 μϊ, so daß sich in dieser Zeit nur eine relativ geringe thermische Neutronenflußdichte aufbauen kann, und zweitens der zeitliche Abstand zwischen den Neutronenimpulsen so groß gemacht wird, daß bei Auftreten eines Neutronenimpulses die vom vorhergehenden Neutronenimpuls herrührenden thermischen Neutronen im wesentlichen abgebaut sind. Beide vorgenannten Maßnahmen wirken sich dahingehend aus, daß die Anzahl der in einer bestimmten Zeit erhaltenen Zählimpulse relativ gering ist, wodurch die statistische Zuverlässigkeit der in dieser Zeit erhaltenen Ergebnisse entsprechend gering ist. Man kann zwar grundsätzlich höhere Zählraten erzielen, wenn man die momentane Zählimpulsanzahl pro Zeiteinheit durch geeignete Maßnahmen, z. B. eine Verringerung des Abstands der Neutronenquelle vom Detektor, erhöht; einer solchen Erhöhung sind jedoch durch das zeitliche Auflösungsvermögen der verwendeten Apparatur und der Übermittlungswege Grenzen gesetzt.

Bei einem aus der US-PS 35 10 655 bekannten Verfahren zur radiologischen Bohrlochvermessung wird in einem Zeitintervall, das in zeitlichem Abstand auf die Aussendung eines energiereichen Neutronenimpulses folgt, die durch thermische Neutronen hervorgerufene Gammastrahlung gemessen. Während eines noch später liegenden Zeitintervalls, in dem die durch thermische Neutronen hervorgerufene Gammastrahlung abgeklungen ist, wird ferner eine Hinlergrundstrahlung gemessen, die in erster Linie auf Neutronen beruht, die vom Neutronenstrahler unvermeidbarerweise in dessen Ruhepause erzeugt werden. Das während des erstgenannten Intervalls erhaltene Meßergebnis wird dann hinsichtlich dieser Hintergrundstrahlung korrigiert.

Aus der DE-OS 15 48 153 ist es bekannt, die durch thermische Neutronen in einer Erdformation hervorgerufene Gammastrahlung in zwei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen zu messen zu dem Zweck, daraus das Abklingen der thermischen Neutronenflußdichte zu ermitteln. Zuvor wird jeweils von einem Neutronenstrahler ein Neutronenimpuls ausgestrahlt, und die beiden Meßinturvalle liegen beliebig innerhalb der Ruhepause des Neutronenstrahlers, d. h. sie können sowohl mehr zum Anfang dieser Ruhepause hin oder mehr zum Ende dieser Ruhepause hin liegen. Im letzteren Fall folgt dem Meßintervall unmittelbar eine erneute Neutronenbestrahlung.

Es ist ferner z. B. aus der l.iteraturstelle 7.. Instr. 69 (1961), Heft 12, S. 321, bekannt, einen vorher aufgenommenen Nulleffekt oder vorher aufgenommene Normalspektren zu speichern, um diese gespeicherten Ergebnisse dann von dem an einer Probe erhaltenen

Meßergebnis subtrahieren zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß unter Aufrechterhaltung des Vorteils einer Eliminierung der vom Einfang thermischer Neutronen herrührenden Gammastrahlung die statistische Genauigkeit der erhaltenen Meßergebnisse verbessert wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß d'c Wiederholungsfrequenz des Neutronenimpulses so hoch gewählt wird, daß die auf thermischen Neutronen beruhende Gammastrahlung einen wesentlichen Beilrag zu der beim Auftreten des jeweiligen Neutronenimpulses gemessenen Gammastrahlungs-Zählrate liefert, und daß in einem Zeitintervall unmittelbar vor der Aussendung eines cnergiereichen Neutronenimpulses die im wesentlichen auf dem Einfang von thermischen Neutronen beruhende Hintergrund-Gammastrahlung zwecks Korrektur der beim Auftreten des Neutronenimpulses ermittelten Zählrate hinsichtlich der darin enthaltenen Hintergrund-Zählrate gemessen wird.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung v-jrd durch die Erhöhung der Wiederhoiungsfrequenz des Neutronenimpulses eine höhere Gesamtzählrate und damit eine bessere statistische Genauigkeit erzielt, in derselben Richtung wirkt sich die Tatsache aus, daß aufgrund der gesonderten Ermittlung und Berücksichtigung der Hintergrundstrahlung die Zeitdauer des Neutronenimpulses und damit die Zeitdauer der jeweiligen Messung der unelastischen Gammastrahlung größer als bei dem oben erörterten bekannten Verfahren, bei dem eine sehr kurze Dauer des Neutronenimpulses gewählt wird, um der. Aufbau einer thermischen Neutronenflußdichte möglichst gering zu halten, sein können.

Cie Erfindung wird nachstehend anhand eines Aus.uhrungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig.2 ein Zeitdiagramm, das die Einschaltzeiten der Neutronenquelle und des Detektors in bezug auf unelastisch gestreute Neutronen und thermische Neutronen in der Umgebung des Bohrlochs veranschaulicht; und

F i g. S eine Grafik eines Gammastrahlungsspektrums, das sich aus der unelastischen Neutronenstreuung ergibt, wobei ein Kohlenstoff-Zählfenster und ein Sauerstoff-Zählfenster für die unelastische Gammastrahlung gezeigt sind.

In der Anordnung von F i g. I ist ein durch Erdforn.ationen 3 niedergebrachtes Bohrloch 2 mit einer Stahlverrohrung 4 ausgekleidet und mit einer Bohrlochflüssigkeit 5 gefüllt. Die Erfindung kann ebenso bei leeren oder luftgefüllten Bohrlöchern Anwendung finden. Die Stahlverrohrung 4 ist vermittels einer Zementschicht 6 fest einzementiert, die gleichermaßen dazu dient, eine Flüssigkeitsverbindung zwischen nebeneinander liegenden Produktionsformationen in der Erde 3 zu verhindern.

Der innerhalb des Bohrlochs befindliche Teil der Meßanordnung besteht grundsätzlich aus einer langgestreckten, flüssigkeitsdichten Sonde 7. die während des Meßvorgangs in Längsrichtung durch die Verrohrung 4 durchgeführt wird. Das dargestellte Oberflächengerät dient zur Verarbeitung und Aufzeichnung der von de¹" Sonde 7 gelieferte . elektrischen Meüdaten. Ein

ίο

Bohrlochmeßkabel 8, das Qber eine Rolle 9 geführt ist, hält die Sonde 7 innerhalb des Bohrlochs und bildet außerdem einen Verbindungsweg für elektrische Signale zwiscnen dem Oberflächengerät und der Sonde 7, Das Kabel 8 kann ein herkömmliches gepanzertes Bohrlochmeßkabel sein und eine oder mehrere elektrische Leitungen zur Übertragung derartiger Signale zwischen Sonde 7 und Oberflächengerät aufweisen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält die Sonde 7 eine gepulste Quelle oder einen Beschleuniger zur Erzeugung energiereicher Neutronen 11, welche nach dem Prinzip der Deuterium-Tritium-Reaktion arbeitet Andere Typen gepulster Neutronenquellen können nach Wunsch verwendet werden. Ein Strahlungsdetektor mit einer Fotovervielfacherröhre 10 und einem Detektorkristall 12 befindet sich innerhalb der Sonde 7 und dient zur Anzeige von Gammastrahlung, die sich aus der unelastischen Streuung energiereicher Neutronen durch die das Bohrloch 2 umgebenden Erdformationen 3 ergibt. Ein Strahlungsschutz 13 aus Eisen, Blei oder einem anderen Werkstoff ist zwischen dem Neutronenbeschlenniger 11 und dem Dc-cektorkristall 12 der Vorrichtung angeordnet. Außerdem kann ein Schutzschild 15 gegen thermische Neutronen in der dargestellten Weise um den Detektorkristall 12 herum entweder auf einem Innen- oder einem Außenwandabschnitt der Sonae vorgesehen sein. Eine Schutzscheibe 16 gegen thermische Neutronen ist zwischen dem Strahlungsschutz 13 und dem Detektorkristall 12 angeordnet und verringert die Wahrscheinlichkeit, daß thermische Neutronen zu dem Detektorkristall gelangen. Der Detektorkristall 12 kann aus mit Thallium dotiertem Natriumjodid, Cäsiumjodid oder einem anderen, ähnlichen aktivierten Stoff bestehen, und ist optisch mit dem Fotovervielfacher 10 gekoppelt.

Der Strahlungsschutz 13 verringert die Wahrscheinlichkeit einer direkten Bestrahlung des Detektorkristalls durch von der gepulsten Neutronenquelle 11 emittierte Neutronen. Die Schutzscheibe 16 gegen thermische Neutronen und der den Detektorkristall umgebende Zylinder 15 können aus Bor oder einem anderen Γ laterial großen Einfangquerschnitts für thermische Neutronen bestehen. Der Schutzschild dient außerdem dazu, die Wahrscheinlichkeit herabzusetzen, daß sich auf einem gewundenen Weg fortbewegende und durch die Bohrlochflüssigkeit 5 oder den Strahlungsschutz 13 verlangsamte thermische Neutronen in die Nähe des Detektorkristalls 12 gelangen und möglicherweise zur Neutronenaktivierung von Jod oder anderen, im Kristall enthaltenen Elementen führen. Außerdem setzt der Schutzschild 15, 16 gegen thermische Neutronen die Wahrscheinlichkeit herab, daß thermische Neutronen, die von einem vorhergehenden Beschleunigerntutronen'mpuls stammen, mit den Werkstoffen der Sonde selbst oder dem Detektorkristall selbst in Wechselwirkung treten und die Emission von Gammas;rahlung während der Zeitdauer der Beobachtung der unelastischen Neutronengammastrahlung bewirken.

Der Szintillationskristall 12 erzeugt bekanntlich einen diskreten Lieh blitz beim Durchgang eines Gammastrahls, der Energie mit dem Kristallgitter austauscht. Die Fotovervielfacherröhre 10 erzeugt einen Spannungsimpuls, dessen Höhe der Intensität der in dem Kristall 12 auftretenden Szintillation proportional ist. Die Intensität der Szintillationen ist eine Funktion der Energie des de!· Lichtblitz verursachenden Gamma· Strahls, so daß die Amplitude eines durch die Fotovervielfacherröhre 10 erzeugten Spannungsimpul-

ses in einer bestimmten Funktionsbe/iehung zur Energie des entsprechenden Gammastrahls steht. Diese von der Fotoverviclfacherröhre IO erzeugten proportionalen Spannungsimpulse stellen ein Detektorsignal dar, das über einen Diskriminator 18 einem Linearverslärker 17 zugeführt wird. Der Diskriminator 18 kann dazu verwendet werden, energieschwachc Hintergrundpnmmastrahlung auszufiltern, die sich aus der thermischen Aktivierung des Detektorkristalls durch die Reaktion /'" (N.) /^l28 ergibt. Ein bestimmter Vorspannungswert kann dazu verwendet werden, daß nur diejenigen Impulse der Fotovervielfacherröhre 10 durchgelassen werden, welche eine größere Höhe haben als die von Gammastrahlen von 1,78 MeV, die bei der unelastischen Neutronenstreuung durch Silizium erzeugt werden. Auf diese Weise läßt sich andere energieschwache Hintergrundgammastrahlung, welche zur Impulsanhäufung oder zur Zählfolgegeschwindigkeitserhöhung beiträgt, eliminieren. Der innerhalb des Bohrlochs befindliche Diskrimator verringert außerdem die dem Kabel 8 zugeführte Zählfolgegeschwindigkeit und vergrößert damit die Aussicht, daß keine Impulsanhäufung auftritt.

Der Neutroncnbeschleuniger 11 wird vorzugsweise durch einen Impulsgeber 14 betrieben, der von an sich bekannter Ausführung sein kann und Beschleunigerimpulse kurzer Zeitdauer hervorruft. Die Impulsdauer wird vorzugsweise so kurz wie möglich gehalten (im Bereich von 5 Mikrosekunden), um so thermische Neutronenwechselwirkungen während jedes Impulses schneller Neutronen zu minimieren. Taktimpulse werden von einem Oberflächentaktgeber 39 erzeugt und über Leiter des Kabels 8 zugeführt. Die Taktimpulse für den Beschleuniger 11 werden einem Impulsgeber 14 und ebenso einem Bezugsimpuls-Taktgeber 20 zugeführt, der in der Sonde angeordnet ist. Zum Beispie! könnte der Impulsgeber 14 von einem Taktimpuls des Oberflächentaktgebers 39 aktiviert werden, um so einen Neutronenstoß von einer spezifischen minimalen Zeitdauer (ungefähr 5 Mikrosekunden) zu bewirken. Die Wiederholiingsfrequenz solcher Neutronenstöße wird durch die Taktfrequenz des Oberflächentaktgebers 39 gesteuert. Der Oberflächentaktgeber 39 kann nach Bedarf auch in der Sonde angeordnet werden, und die Impulse synchronisieren in gleicher Weise wie von der Oberfläche aus die Operationen des Systems.

Rs ist wünschenswert bei der Erstellung unelastischer .Streuungsmessungen und bei Verwendung von Neutronenimpulsen von ungefähr 5 Mikrosekunden Dauer, die Impulse mit einer angenäherten Wiederholungsfolge von 20 000 oder mehr pro Sekunde zu wiederholen. Es ist desweiteren wünschenswert, eine möglichst hohe Wiederholungsfolge aufrechtzuerhalten, so daß man eine große integrale Zählrate erhält ohne daß eine unerwünschte Impulsanhäufung auftritt Die Impulsanhäufung ist ein Phänomen, das bei zu schneller Zählfolgegeschwindigkeit (Zählrate) auftritt Aufgrund der elektronischen Schaltkreise und der begrenzten Bandbreite des Kabels weist das System eine begrenzte Fähigkeit in der augenblicklichen Zählfolgegeschwin digkeit auf. Durch Aufrechterhaltung eines optimalen Abstandes der Neutronenquelle vom Detektor, kann man sich der augenblicklichen Zählfolgegeschwindigkeit ohne diese zu überschreiten, nähern. Durch eine größtmögliche Impulsfolge wird eine große Anzahl Zählungen ermöglicht die die statistische Genauigkeit der Messung verbessern.

Aufgrund der sehr hohen Impulsfolge tendieren die Neutronen des vorhergehenden Impulses dazu, in thermischer Verfassung zu verweilen, bis der nachfolgende Neutronenimpuls ausgesendet wird. Dieser Umstand bewirkt einen sehr schnellen Zählimpulsauf-

') bau aufgrund des kombinierten Effektes der thermischen Neutronen und der unelastischen Gammastrahlung, der, falls nicht kompensiert, zu Schwierigkeiten führen könnte. In F i g. 2 ist die zeitliche Zuordnung der vorgenannten Neutronenstöße oder -impulse zur

in Gammastrahlungsdetektorperiode und der Bevölkerung an unelastischen und thermischen Neutronen dargestellt. Die Beschleunigerperiode ist durch die Vollinie 33 dargestellt. Die Bevölkerung an unelastischen Gammastrahlen in der Nachbarschaft des Detektorkristalls 12 ist durch die Strichlinie 31 dargestellt. Die Bevölkerung an thermischen Einfanggammastrahlen in der Nachbarschaft des Detektors ist durch die Strichlinic 32 dargestellt. Die Betriebsperiode des Detektors ist durch die getrennte, ausgezogene

ι\> rvui τ». _»-» um gCin_Mi. /-»π GicscT .V,c!!c so" aus Vjryriccr; einer nachfolgenden Diskussion gesagt werden, daß für jeden Neutronenimpuls zwei zeitlich voneinander getrennte Gatterschaltvorgänge 35, 36 des Detektors durch die Gatter 22 und 25 geschaffen werden. Der zweite Schaltvorgang 36 durch das Gatter 25 ist so ausgewählt, daß er mit der Arbeitsperiode des Beschleunigers ungefähr zur Deckung gelangt, während der Schaltvorgang 35 so ausgewählt wurde, daß die Neutrc.jcnbevölkerung im Bereich des Detektors abgetastet wird, und zwar durch Prüfung der Gammastrahlung im interessierenden Energiebereich kurz vor Einleitung einer Arbeitsperiode des Beschleunigers. Zurückkommend auf F i g. 2 findet dort ein plötzlicher und schneller Aufbau der Bevölkerung an unelastischen Gammastrahlen entsprechend der Kurve 31 statt, und dieser ist im wesentlichen nur während des Neutronenimpulses vorhanden. Die Bevölkerung an thermischen Einfanggammastrahlen entsprechend Kurve 32 wächst wesentlich langsamer an und erreicht einen Spitzenwert

an erst nach Ablauf des 5 Mikrosekunden dauernden Neutronenimpulses.

Zurückkommend auf F i g. 1 läßt sich unter Beachtung dieser zeitlichen Reihenfolge ersehen, daß während der Betriebszeit des Neutronenbeschleunigers 11 die von

4i der Fotovervielfacherröhre 10 abgegebenen Ausgangssignale über den Diskriminator 18 und den Linearverstärker 17 an einen Kabelverstärker 19 bekannter Ausführung abgegeben werden. Ein Bezugssignai bekannter Amplitude wird außerdem durch den

vt Impulsgeber 20 an den Kabelverstärker 19 angelegt. Das Bezugssignai des Impulsgebers 20 wird in einem Verstärkungsregler oder Spektrumstabilisator "L, dazu verwendet, den Verstärkungsgrad des Systems zu steuern. Diese Steuerung erfolgt natürlich in der Hauptsache zwischen Neutronenimpulsen, da der Spektrumstabilisator 23 kontinuierlich oder in einer gewünschten Folge mit Signalen von dem Impulsgeber 20 beschickt werden kann.

Elektrische Energie kann von einer (nicht dargestell-

Ki ten) an der Oberfläche befindlichen (nicht dargestellten) Stromquelle über das Bohrlochmeßkabel 8 zu der im Bohrloch befindlichen Sonde 7 abgegeben werden, auch wenn dieses nicht in F i g. 1 dargestellt ist In der Sonde 7 befinden sich entsprechende (nicht dargestellte) Speise-

r quellen zur Speisung des im Bohrloch befindlichen Teils der Vorrichtung.

Da sowohl der im Bohrloch befindliche impulsgeber 14 als auch das im Oberflächengerät befindliche

Signalgatter 22, welche die von der Bohrlochsonde abgegebenen Datemmpulse steuern, von ein und demselben Taktgeber 39 angesteuert werden, ist offensichtlich, daß ein synchroner Betrieb von Oberflächengerät und Bohrlochsonde aufrecht erhalten werden kann. Die Datensignale können an der Oberfläche in einer solchen Weise gesteuert werden, daß zeitlich in '-estimmter Weise in bezug auf die Neutronenemission abgestimmte Signalabschnitte verarbeitet werden, wie weiter oben anhand F i g. 2 erläutert worden ist.

Die Aus,»angssignale des Gatter', 22 bestehen aus einer Zählimpulsfolge, die sich aus von dem im Bohrloch befindlichen Detektorkristall 12 während des Betricbsintervalls 35 aufgefangenen Gammastrahlen ergeben. Diese Impulse stellen Daten hauptsächlich von Gammastrahlen dar, die von Kernen in der Nachbarschaft des Delektorkristalls 12 stammen, welche durch thermische und andere Hintergrund-Neutronen in der zeitlich ahuplrpnntpn Pprirulp IS rrrpgt worden sind Die Gammastrahlen, die durch Absorption thermisierter Neutronen erzeugt wurden, werden nachfolgend als thermische Gammastrahlung bezeichnet.

Die thermischen Gammastrahlen, die während des Gatterintervalls 35 (Fig. 2) auftreten, werden einem ersten Impulshöhenanalysator 24 zugeführt. Der Impulshöhcnanalysator kann von bekannter Ausbildung sein und weist beispielsweise vier oder mehr Kanäle oder F.nergieunterteilungen auf, welche den Quantisierungen der Impulshöhen der Eingangsimpulse entsprechen. In dem Impulshöhenanalysator 24 wird die laufende Summe der eingehenden Impulse in mehrere Speicherstellen und -kanäle auf der Grundlage der Höhen der zugeführten Impulse sortiert, die in direkter Beziehung zur Energie der den Impuls auslösenden Gammastrahlen stehen. Der Impulshöhenanalysator 24 arbeitet als Speichereinrichtung wie auch als Energie-Sortierer. Auf diese Weise können Impulse, die in den einzelnen Energie-Fenstern auftreten, von der Gesamtheit der Impulse, die während des Gatterintervalles 35 auftreten, separiert werden. Eine erste Gruppe von Hintergrundstrahlungs-Zählimpulsen. die in dem in Fig. 3 dargestellten Bereich des Energiespektrums als Kohlenstoff- und Sauerstoff-Fenster (abgekürzt Cs und Ob genannt) auftreten, sind Ausgangssignale des Impulshöhenanalysators 24. Andere Energie-Fenster Ausgangssignale (mit Si_fl und Ca₈ bezeichnet) können zur Korrektion der Hintergrundstrahlung anderer Datenverarbeitungs-Schaltkreise 27 benutzt werden. Alle die Zählungen können so gedacht sein, daß sie angehäuft und gespeichert werden bis sie vom Impulshöhenanalysator 24 für die Hintergrundstrahlung benötigt werden.

In F i g. 3 ist die relative Zählfolgegeschwindigkeit als Funktion der Energie einer typischen Erdformation dargestellt Zwei Energie-Fenster sind so gewählt worden, daß sie die unelastischen Streuungs-Spitzenwerte des Kohlenstoffes und des Sauerstoffes überlagert über das Gammastrahlungs-Energiespektrum zeigen. Es hat sich als zweckmäßig gezeigt ein Kohlenstoffenergiefenster im Bereich von 3,17 bis 4,65 MeV zu verwenden. Das Sauerstoffenergiefenster erstreckt sich vorzugsweise von 4,86 bis 634 MeV. Die unelastischen Streuungs-Spitzenwerte des Kohlenstoffs und des Sauerstoffs werden mit ihren entsprechenden Einfach- und Doppelpaar-Entkommens-Spitzenwerten mit umfaßt Die optimale Wahi des Energiebereiches für das Silizhimfenster schließt den Photospitzenwert für Silizium bei 1,78MeV ein. Das in Fig.3 dargestellte Calciumenergiefeiister schließ! aufgrund von Kohlenstoffinterferenz den Calcium-Photo-Spitzenwert bei 3,73 MeV aus, umfaßt jedoch die entsprechenden Einfach- und Doppel-Entkommens-Spitzenwerte. Selbstverständlich läßt sich die Lage dieser Energiefenster nach Wunsch geringfügig verändern.

Die Ausgangssignale des zweiten aktivierten Gatters 25 bestehen gleichfalls aus einer Zählimpulsfolge, die sich aus der unelastischen Gamma-Strahlung ergibt, die

ίο während des Betriebsintervalles 36 im Bereich des Detektorkristalles 12 auftritt. Die unelastische Gammastrahlungs-Zählung, die während des Betriebsintervalles 36 auftritt, kann nachdem die Hintergrundstrahlung korrigiert wurde, zur Errechnung des C/O-Verhältnisses z.B. in einem Verhältnisrechner 26 benutzt werden. Diese Daten können bei Bedarf anderen Datenverarbeitungs-Schaltkreisen 27 zugeführt werden, in denen andere Parameter, wie z. B. die Wassersättigung S„ in der Weise ausgerechnet werden kann.

Die Zuführung unelastischer Gammastrahlungs-Zählungen vom Gatter 25 zu einem zweiten Impulshöhenanalysator 28, kann in dem entsprechenden Energie-Fenster abgebrochen und gespeichert werden und zwar in der gleichen Weise, wie es schon bei der Verarbeitung der Zählungen für die Hintergrundstrahlung durch den Impulshöhenanalysator 24 beschrieben wurde. (Die Impulshöhenanalysatoren 24 und 28 können zwei Speicherbereiche einer einzelnen Einrichtung aufweisen). Die unelastischen Gamma-Strahlungsdaten des

ίο Kohlenstoffs und des Sauerstoffs (abgekürzt C und O) können auf diesem Weg dem C/O-Verhältnisrechner zugeführt werden. Durch angemessene Plazierung der Betriebsintervalle 35 und 36 relativ zueinander, können die Zählungen C/iund Ogder Hintergrundstrahlung von den Zählungen C und O der unelastischen Gammastrahlung, bevor das C/O-Verhältnis im Verhältnisrechner 26 ausgerechnet wird, subtrahiert werden.

Aus diesem Grund ist die Plazierung des ersten Betriebsintervalls 35 in seiner zeitlichen Folge so dicht wie möglich zum Beginn des Detektor-Arbeitsintervalles für die unelastische Gamma-Strahlung geleg . Der Betriebsintervall 35 endet kurz vor Beginn des Betriebsintervalles 36 des Detektors. Auf diese Weise ist die abgetastete Neutronenbevölkerung praktisch die gleiche, die den Zählungsanteil während des unelastischen Gatterintervalles, hervorgerufen durch die thermischen Neutronen, beisteuert. Als bevorzugte Zeitdauer des Betriebsintervalls 35 zur Abschätzung der thermischen Hintergrundstrahlung hat sich die Zeit von

so etwa 5 Mikrosekunden herausgestellt. Die Zeitdauer kann jedoch in Abhängigkeit von den Bohrlochbedingungen variiert werden. Dieses Intervall sollte so gewählt werden, daß die Neutronenbevölkerung zu einem Zeitpunkt abgetastet wird, wenn ungefähr am meisten thermische Neutronen vom vorhergehenden energiereichen Neutronenimpuls noch vorhanden sind. Durch Subtratkion der unerwünschten Hintergrundstrahlung von den thermischen Neutronen im C/O-Verhältnisrechner 26, wird ein genaueres Kohlenstoff/ Sauerstoff-Verhältnis erzeugt Dieses Verhältnis kann durch eine Aufzeichnungseinrichtung 30 auf einem Aufzeichnungsstreifen 29 festgehalten werden, wobei die Aufzeichnungseinrichtung als Funktion der Bohrlochtiefe von einer Rolle 9 angetrieben wird. Werden weitere Energie-Fenster wie z.B. für Silizium und Calcium verwendet, wie ir. F i g. 1 dargestellt kann das Prinzip der Subtraktion der Hintergrundstrahlung entsprechend Anwendung finden.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   J. Geophysikalisches Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften von ein Bohrloch umgebenden Erdformationen, wobei die Erdformationen in der Umgebung des Bohrlochs wiederholt mit energiereichen Neutronenimpulsen relativ kurzer Zeitdauer bestrahlt werden und beim Auftreten des jeweiligen Neutronenimpulses die auf unelastischer Streuung der energiereichen Neutronen beruhende Gammastrahlung gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederholungsfrequenz des Neutronenimpulses so hoch gewählt wird, daß die auf thermischen Neutronen beruhende Gammastrahlung einen wesentlichen Beitrag zu der beim Auftreten des jeweiligen Neutronenimpulses gemessenen Gammastrahlungs-Zählrate liefert,
   und daß in einem Zeitintervall unmittelbar vor der Aussendung eines energiereichen Neutronenimpulses die im wesentlichen auf dem Einfang von thermischen Neutronen beruhenden Hintergrund-Gammasirahlung zwecks Korrektur der beim Auftreten des Neutronenimpulses ermittelten Zählrate hinsichtlich der darin enthaltenden Hintergrund-Zählrate gemessen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Neutronenimpuls eine möglichst hohe Wiederhofungsfrequenz, vorzugsweise von 20 000 Impulsen oder mehr pro Sekunde, gewählt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, r!a3 die Messung der Hintergrund-Gammastrahlung jeweils während eines Zeitintervalls von ungefähr fiini Mikivsekunden durchgeführt wird und für den Ncutroneninipuls ebenfalls eine: Zeitdauer von ungefähr fiin. Mikrosekunden gewählt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen in einem Kohlenstoff anzeigenden Gammastrahlungs-Energiebereich von 3,17 bis 4,65 MeV und in einem Sauerstoff anzeigenden Gammastrahlungs-Energiebereich von 4,86 bis 6,34 MeV durchgeführt werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen ferner in Silicium und Calcium anzeigenden Gammastrahlungs-Energiebereichen durchgeführt werden.