DE2613259C2

DE2613259C2 -

Info

Publication number: DE2613259C2
Application number: DE2613259A
Authority: DE
Inventors: Stephen Antkiw; Richard D. Ridgefield Conn. Us Murphy
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1975-03-31
Filing date: 1976-03-27
Publication date: 1989-06-22
Also published as: FR2308937B1; NO144650C; IT1067520B; MX3468E; OA05294A; AU1202976A; TR19525A; JPS62473B2; NL7603328A; DE2613259A1; NO144650B; BR7601955A; NO761005L; JPS51121401A; EG13061A; AU500341B2; FR2308937A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kernphysikalischen Bohrlochuntersuchung und zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtungen, insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zum Gewinn zusätzlicher und genauerer Informationen betreffend die Fundstelle und Gewinnbarkeit von Kohlenwasserstoffen in unterirdischen Erdformationen durch kombiniertes Untersuchen von Neutronen charakteristikdaten und Gammastrahlungsspektroskopiedaten.The invention relates to a method for nuclear physical borehole investigation and its Implement suitable devices, especially on Methods and devices for gaining additional and more detailed information regarding the site and Recoverability of hydrocarbons in underground Earth formations through combined investigation of neutrons characteristic data and gamma radiation spectroscopy data.

Im allgemeinen ist es bei der Untersuchung von Erd formationen zur Identifikation von öl- oder gasführenden Zonen nicht nur wichtig, das Vorhandensein von Kohlen wasserstoffen festzustellen, sondern auch die relative Gewinnbarkeit (Sättigung) und die Abbauwürdigkeit zu be stimmen. In diesem Zusammenhang ist es wünschenswert, daß man Informationen erhält bezüglich solcher Formationspara meter wie Lithologie, Schieferhaltigkeit, Porosität und Salzgehalt, das solche Informationen brauchbar sein kön nen für die Durchführung quantitativer Abschätzungen be züglich des Kohlenwasserstoff- bzw. Wassersättigungspegels wie auch bezüglich der Abbauwürdigkeit einer vorliegenden Formation.Generally it is when examining earth Formations for the identification of oil- or gas-bearing Zones not only important to the presence of coals determine hydrogen, but also the relative Profitability (saturation) and the degradability to be vote. In this context it is desirable that one receives information regarding such formation pair meters such as lithology, schist, porosity and Salinity that such information may be useful to carry out quantitative assessments regarding the hydrocarbon or water saturation level as well as the degradability of an existing one Formation.

Ein Beispiel für den Stand der Technik ist gegeben durch die US-PS 35 21 064. In diesem bekannten System wird ein erfaßtes Gammastrahlungsenergiespektrum, beispielsweise das thermische Neutroneneinfanggammastrahlungsspektrum einer Erdformation unbekannter Zusammensetzung analysiert durch Anpassung an ein zusammengesetztes Spektrum, aufgebaut aus gewichteten Spektren bekannter Bestandteilmaterialien. Durch Vergleich der Größe des erfaßten Gammastrahlungsenergie spektrums an einer großen Anzahl separater Punkte oder Energiepegel mit der Größe des zusammengesetzten Spektrums kann man, um die bestmögliche Anpassung zu erreichen, eine genaue Analyse der Formationszusammensetzung erzielen. Durch entsprechende Selektion der Bestandteilspektren kann man auch spektroskopische Ausgangsdaten erhalten, die repräsen tativ sind für interessierende Formationseigenschaften, wie Porosität, Schieferhaltigkeit, Salzgehalt, Lithologie und dergleichen. Vorrichtungen für die Durchführung dieses Konzepts waren jedoch Störeffekten und statistischen Unsicherheiten unterworfen, die seine Brauchbarkeit für die Praxis unter bestimmten Umständen einschränkten.An example of the prior art is given by US-PS 35 21 064. In this known system a detected gamma radiation energy spectrum, for example the thermal neutron capture gamma radiation spectrum of a Earth formation of unknown composition analyzed by Adaptation to a composite spectrum, built up from weighted spectra of known constituent materials. By Comparison of the size of the gamma radiation energy detected spectrum at a large number of separate points or Energy level with the size of the composite spectrum one can, in order to achieve the best possible adaptation achieve accurate analysis of the formation composition. By You can select the component spectra accordingly also receive spectroscopic data that represent are tative for interesting formation properties, such as porosity, slate, salinity, lithology and the same. Implementation devices this concept, however, were disruptive and statistical Subject to uncertainties that make it usable for the Restrict practice under certain circumstances.

Andere bekannte Formen der kernphysikalischen Bohr lochuntersuchung umfassen die Bestimmung einer oder mehrerer ausgewählter Neutronencharakteristiken einer Formation ein schließlich beispielsweise der thermischen Neutronenlebens dauer oder -zerfallszeit (τ), des makroskopischen Ein fangquerschnitts (Σ) und der Neutronenverzögerungszeit. Systeme, die geeignet sind für die Ableitung von Messungen dieser Kennwerte, sind beschrieben in den US-Patentschriften 35 66 116, 35 52 179 und in der US-Patentanmeldung SN 3 56 151 vom 1. 5. 1973. Eine ganze Reihe wertvoller Informationen, brauchbar insbesondere für die Unterscheidung zwischen Salz wasser und Öl, und zur Erfassung von Änderungen der Wasser sättigung, wird durch diese Systeme geliefert. Die Inter pretation der Neutronencharakteristiklogs, z. B. Der τ- und Σ-Logs, wird jedoch verbessert durch zuverlässige und korrigierbare Daten der Formationslithologie, Porosität und Schieferhaltigkeit. Dies trifft insbesondere zu für schwach salzhaltige Formationen, wo die τ- und Σ-Logs weniger verlässlich sind, und wo unterschiedliche Formationen ähnliche τ- und Σ-Werte ergeben.Other well-known forms of downhole nuclear investigation include determining one or more selected neutron characteristics of a formation including, for example, thermal neutron lifetime or decay time ( τ ), macroscopic capture cross-section ( Σ ), and neutron delay time. Systems which are suitable for the derivation of measurements of these characteristic values are described in US Pat. Nos. 35 66 116, 35 52 179 and in US Patent Application SN 3 56 151 of May 1, 1973. A whole range of valuable information, usable especially for the distinction between salt water and oil, and for the detection of changes in water saturation is provided by these systems. The interpretation of the neutron characteristic logs, e.g. B. The τ and Σ logs, however, are improved by reliable and correctable data on formation lithology, porosity and schist retention. This is especially true for low saline formations, where the τ and Σ logs are less reliable, and where different formations give similar τ and Σ values.

Zwar ist bereits in US-PS 34 13 471 allgemein ange deutet, daß brauchbare Korrelationen zwischen den thermischen Neutronenlebendauerlogs und bestimmten Gammastrahlungsspektros kopielogdaten bestehen, doch wurde bisher keine Integration von Neutronencharakteristiklogs und Gammastrahlungsspektros kopielogfunktionen derart vorgenommen, daß in einem einzigen System genügend Informationen geliefert wurden unter Berück sichtigung der verschiedenen interessierenden Formationspara meter, daß eine vollständige und genaue Abschätzung von kohlenwasserstofführenden Zonen ermöglicht worden wäre.Although already in US-PS 34 13 471 is generally indicates that useful correlations between the thermal Neutron lifetime logs and certain gamma radiation spectra copy log data exist, but so far no integration of neutron characteristic logs and gamma radiation spectros copy log functions made so that in a single System enough information has been provided under consideration view of the different formation pairs of interest that a complete and accurate estimate of hydrocarbon-bearing zones would have been made possible.

Ausgehend von dem Verfahren, dessen Merkmale im Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1 genannt sind und das aus der US-PS 35 66 116 bekannt ist, die oben diskutiert wurde, liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, die Zeitlage der Meßperiode nach dem Neutronenimpuls zu op timieren, da dieses Optimum abhängt von den sich ändernden Neutronen absorptionseigenschaften der jeweils angetroffenen Formation. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 defi niert; die Ansprüche 2 und 3 definieren bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens. Zur Durchführung des Verfahrens konzipierte Vorrich tungen sind in den Ansprüchen 4 bis 12 definiert.Based on the process, the characteristics of which are in the preamble of Pa Tent claims 1 are mentioned and known from US-PS 35 66 116 , which was discussed above, the object of the invention reasons, the timing of the measurement period after the neutron pulse to op time, since this optimum depends on the changing neutrons absorption properties of each formation encountered. The Solution to this problem according to the invention is defi in claim 1 kidney; Claims 2 and 3 define preferred configurations of the procedure. Vorrich designed the procedure are defined in claims 4 to 12.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen erläutert.The invention is described below with reference to the accompanying ones Drawings explained in detail.

Fig. 1 ist eine schematische Blockdiagrammdar stellung eines Ausführungsbeispieles für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 1 is a schematic Blockdiagrammdar position of an embodiment of a device according to the invention,

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung der Zeit verteilung von Einfanggammastrahlen, auf getragen als Funktion von τ nach Be strahlung einer Formation mit einem Impuls schneller Neutronen, wobei bevorzugte Zeit lagen der Spektroskopie und Abkling zeit-Erfassungsperioden gemäß der Erfindung dargestellt sind, Fig. 2 is a graphical representation of the time distribution of capture gamma rays, on worn as a function of τ after working radiation of a formation with a pulse of fast neutrons, preferred timings of the spectroscopy and decay time are shown detection periods in accordance with the invention,

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen grundsätzlichen Betriebszyklus für die kombinierten Abklingzeit-Spektroskopie funktionen gemäß der Erfindung, und Fig. 3 shows an embodiment of a basic operating cycle for the combined decay time spectroscopy functions according to the invention, and

Fig. 4 illustriert ein typisches Schema für die Übertragung von Eichimpulsen auf die Spektroskopieschaltkreise. Figure 4 illustrates a typical scheme for the transmission of calibration pulses to the spectroscopy circuits.

Wie oben erwähnt, ist die vorliegende Erfindung in breitestem Sinne dazu bestimmt, erweiterte oder verbesserte Informationen zu liefern im Zusammenhang mit der Lokalisierung und Abschätzung ölführender und gasführender Zonen in Erd formationen. Insbesondere findet die Erfindung Anwendung in ausgekleideten Bohrlöchern, d. h. für Förderbohrlöcher zur Identifikation nicht erschöpfter Ölzonen und dergleichen, doch kann sie auch in offenen Bohrlöchern Anwendung finden. Eine Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, wie sie besonders vorteilhafte Ergebnisse liefert, ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Sie umfaßt eine Vorrichtung für gleichzeitiges Ableiten von Meßwerten bezüglich τ und Σ der interessierenden Formationen, wie sie oben in den erwähnten US-Patentschriften zum Stand der Technik generell beschrieben sind, und zur Analyse ausgewählter Abschnitte des Einfanggammastrahlenspektrums der Formationen, insbesondere gemäß der Kurvenanpaßtechnik, wie sie in der oben erwähnten US-PS 35 21 064 beschrieben ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die zu beschreibende Vorrichtung nur als Beispiel gelten kann, daß sie Anwendung finden kann für die Messung anderer Neutronencharakteristiken, und daß Gammastrahlungsenergiespektren abweichend oder zu sätzlich zum Einfanggammastrahlungsspektrum analysiert werden können.As mentioned above, the present invention is broadly intended to provide expanded or improved information related to the location and assessment of oil and gas zones in earth formations. In particular, the invention finds application in lined boreholes, ie for production boreholes for the identification of unexhausted oil zones and the like, but it can also be used in open boreholes. A device for carrying out the method according to the invention, as it delivers particularly advantageous results, is shown schematically in FIG. 1. It comprises a device for simultaneous derivation of measured values with respect to τ and Σ of the formations of interest, as are generally described above in the mentioned U.S. patent documents relating to the prior art, and for analysis of selected sections of the trapping gamma ray spectrum of the formations, in particular according to the curve fitting technique, such as it is described in the above-mentioned US-PS 35 21 064. It is pointed out, however, that the device to be described can only be taken as an example, that it can be used for the measurement of other neutron characteristics, and that gamma radiation energy spectra can be analyzed differently or in addition to the capture gamma radiation spectrum.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung eine fluiddichte druck- und temperaturresistente Sonde 10, die hängend an einem bewehrten Kabel 14 in einem Bohrloch 12 aufgehangen ist, um unterirdische Erdformationen 16 zu untersuchen. Das Bohrloch 12 ist mit Bohrlochflüssigkeit 18 gefüllt und mit einer Stahlauskleidung 20 sowie einer Zementierung 22 versehen. Zwar ist kein Rohrstrang im Bohrloch darge stellt, doch kann die Sonde, falls erwünscht, auch für die Benutzung mit einem Rohrstrang dimensioniert werden.Referring to FIG. 1, the apparatus comprises a fluid-tight pressure and temperature resistant probe 10, which is hanging suspended on an armored cable 14 in a borehole 12, in order to investigate subsurface earth formations sixteenth The borehole 12 is filled with borehole liquid 18 and provided with a steel lining 20 and a cement 22 . Although there is no tubing string in the borehole, the probe can, if desired, also be sized for use with a tubing string.

Die Sonde 10 enthält eine gepulste Neutronenquelle 24 und einen Strahlungsdetektor 26, der im Abstand bezüglich der Quelle 24 angeordnet ist. Eine Neutronenabschirmung 28 konventioneller Zusammensetzung ist vorzugsweise zwischen der Quelle 24 und dem Detektor 26 angeordnet, um die direkte Neutronenbestrahlung des Detektors zu reduzieren. Die Neu tronenquelle 24 ist so ausgebildet, daß sie diskrete Im pulse schneller Neutronen erzeugt, z. B. 14 Mev, und ge eignete Bauarten solcher Neutronenquellen sind in den US-Patentschriften 29 91 364 und 35 46 512 beschrieben. Der Detektor 26 kann irgendeine Konstruktion haben, ge eignet für die Erfassung von Gammastrahlen und für die Erzeugung eines Impulssignals im Ansprechen auf jeden er faßten Gammastrahl mit einer Amplitude, die repräsentativ ist für die Energie des betreffenden Gammastrahls. Typischer weise umfaßt der Detektor einen Szintillationskristall 30, der optisch in üblicher Weise mit einer Fotovervielfacher röhre 32 gekoppelt ist. Der Kristall 30 ist vorzugsweise vom Thallium-aktivierten Natriumjodidtyp, obwohl irgendein geeigneter Kristall verwendet werden könnte, beispiels weise Thallium- oder Natrium-aktiviertes Cäsiumjodid. Alternativ kann man auch einen Festkörperdetektor ver wenden, beispielsweise mit einem Germanium-(Lithium) Kristall. Die Betriebsleistung für die Sonde 10 wird über das Kabel 14 von einer an der Erdoberfläche befind lichen, nicht dargestellten Quelle geliefert, und es ver steht sich, daß entsprechende Stromversorgungsgeräte (nicht dargestellt) in der Sonde 10 vorgesehen sind, um die Neu tronenquelle 24, den Detektor 26 und andere Sondengeräte zu betreiben.The probe 10 includes a pulsed neutron source 24 and a radiation detector 26 spaced from the source 24 . A neutron shield 28 of conventional composition is preferably placed between the source 24 and the detector 26 to reduce the direct neutron radiation from the detector. The Neu tronenquelle 24 is designed so that it generates discrete pulses in the fast neutrons, z. B. 14 Mev, and ge suitable types of such neutron sources are described in US Pat. Nos. 29 91 364 and 35 46 512. The detector 26 may be of any construction suitable for the detection of gamma rays and for the generation of a pulse signal in response to each gamma ray it detects with an amplitude representative of the energy of the gamma ray concerned. Typically, the detector comprises a scintillation crystal 30 , which is optically coupled to a photomultiplier tube 32 in a conventional manner. Crystal 30 is preferably of the thallium activated sodium iodide type, although any suitable crystal could be used, for example thallium or sodium activated cesium iodide. Alternatively, a solid-state detector can also be used, for example with a germanium (lithium) crystal. The operating power for the probe 10 is supplied via the cable 14 from a source located on the surface of the earth, not shown, and it is understood that corresponding power supply devices (not shown) are provided in the probe 10 to the new tronenquelle 24 , operate the detector 26 and other probe devices.

Eine Borkarbid-imprägnierte Muffe 34 umschließt die Sonde 10 im Bereich der Quelle 24 und des Detektors 26. Die Muffe ist in Längsrichtung geschlitzt, um den Durch tritt von Bohrlochflüssigkeit längs der Sonde zu ermöglichen, und vorzugsweise hat die Muffe einen Durchmesser, der die freie Bewegung der Sonde innerhalb der Auskleidung 20 gerade noch gestattet. Die Muffe 34 verringert die Anzahl unerwünschter Gammastrahlen, die den Detektor 26 auf ver schiedenen Wegen erreichen; sie verdrängt die Bohrloch flüssigkeit 18 aus der Nachbarschaft der Sonde, womit Gammastrahlung, herrührend von Neutronenwechselwirkungen mit der Bohrlochflüssigkeit, minimal gemacht wird, und schließlich dient sie als Ableitung für Neutronen im un mittelbaren Bereich des Detektors, um so Gammastrahlen zu verringern, die herrühren von Neutronenwechselwirkungen mit der Auskleidung oder dem Rohrstrang oder von der Akti vierung von Eisen oder anderen Elementen in der Sonde selbst.A boron carbide-impregnated sleeve 34 surrounds the probe 10 in the area of the source 24 and the detector 26 . The sleeve is longitudinally slotted to allow passage of borehole fluid along the probe, and preferably the sleeve has a diameter which just barely permits free movement of the probe within the liner 20 . The sleeve 34 reduces the number of unwanted gamma rays that reach the detector 26 in various ways; it displaces the borehole liquid 18 from the vicinity of the probe, thereby minimizing gamma radiation due to neutron interactions with the borehole liquid, and finally serves as a derivative for neutrons in the immediate area of the detector so as to reduce gamma rays resulting from Neutron interactions with the lining or tubing or the activation of iron or other elements in the probe itself.

Impulse vom Fotovervielfacher 32 werden in einem Vorverstärker 36 verstärkt und dann einerseits über eine Leitung 38 an den Eingang eines Verstärkers 40 gelegt zur Ableitung von τ und andererseits über einen Leiter 42 an den Eingang eines Verstärkers 44 für die Spektral analyse. Falls erwünscht, können getrennte Detektoren für die τ- und Spektroskopiefunktionen eingesetzt werden. In diesem Falle sollte der für die Spektroskopie vorgesehene Detektor vom Gammastrahlungsenergie-empfindlichen Typ sein, wie beschrieben, doch braucht dies nicht für den für die τ-Messung bestimmten Detektor zuzutreffen; bei spielsweise könnte der für die τ-Messung bestimmte De tektor gegenüber thermischen Neutronen empfindlich sein, etwa einen Helium-3-gefüllten Proportionalzähler umfassen. In jedem Falle wird während und unmittelbar nach einem von der Quelle 24 erzeugten Neutronenimpuls ein extrem starker Einfall von Gammastrahlen am Detektor 26 (oder den De tektoren) vorliegen, womit eine entsprechend hohe Rate von Impulsen im Fotovervielfacher 32 erzeugt würde. Falls nicht ausnahmsweise Gammastrahlung während dieser Zeit periode zu messen ist, wird der Fotovervielfacher vorzugs weise während des Neutronenimpulses und während einer kurz darauf folgenden Periode gesperrt, um den Fotovervielfacher 32, die Verstärker 40 und 44 und andere Signalverarbeitungs schaltkreise gegen nachteilige Effekte zu schützen, die von ungewöhnlich hohen Zählraten herrühren. Wie später noch im einzelnen zu erläutern, wird der Betrieb der Quelle 24 vorteilhafterweise durch Signale gesteuert, die von einer Programmiereinrichtung 46 erzeugt werden und zu ihr über einen Leiter 48 übertragen werden. Diese Signale können auch, wie durch den Leiter 50 angedeutet, zum Abschalten des Fotovervielfachers während der gewünschten Zeitdauer benutzt werden. Pulses from the photomultiplier 32 are amplified in a preamplifier 36 and then placed on the one hand via a line 38 to the input of an amplifier 40 for deriving τ and on the other hand via a conductor 42 to the input of an amplifier 44 for spectral analysis. If desired, separate detectors can be used for the τ and spectroscopy functions. In this case the detector intended for spectroscopy should be of the type sensitive to gamma radiation energy as described, but this need not apply to the detector intended for τ measurement; for example, the detector intended for τ measurement could be sensitive to thermal neutrons, for example include a helium-3-filled proportional counter. In any case, during and immediately after a neutron pulse generated by the source 24 there will be an extremely strong incidence of gamma rays at the detector 26 (or the detectors), which would generate a correspondingly high rate of pulses in the photomultiplier 32 . Unless exceptionally gamma radiation is to be measured during this period, the photomultiplier is preferably blocked during the neutron pulse and for a short period thereafter in order to protect the photomultiplier 32 , the amplifiers 40 and 44 and other signal processing circuits against adverse effects which come from unusually high count rates. As will be explained in more detail later, the operation of the source 24 is advantageously controlled by signals which are generated by a programming device 46 and are transmitted to it via a conductor 48 . These signals can also be used, as indicated by conductor 50 , to switch off the photomultiplier during the desired period of time.

Impulse vom Verstärker 40 werden angelegt an einen Diskriminator 52, der nur jene Impulse passieren läßt, die über einem vorgegebenen Amplitudenpegel liegen, und der die einlaufenden Impulse auf standardisierte Ausgangs impulse bringt. Diese Impulse werden dann über einen Lei ter 54 den τ-Rechnerschaltkreisen 56 zugeführt, deren ge nauer Aufbau sich der US-PS 36 62 179 entnehmen läßt.Pulses from the amplifier 40 are applied to a discriminator 52 , which only allows those pulses to pass which are above a predetermined amplitude level, and which brings the incoming pulses to standardized output pulses. These pulses are then fed via a conductor 54 to the τ computer circuits 56 , the exact structure of which can be found in US Pat. No. 3,662,179.

Wie in jener Druckschrift beschrieben, umfaßt der t-Rechnerschaltkreis 56 Gatter-, Zähl-, Komparator- und Oszillatorschaltkreise, die ansprechen auf vom Diskriminator 52 während einer Erfassungsperiode variabler Zeitdauer des Auftretens durchgelassene Impulse nach ausge wählten Neutronenimpulse zwecks Lösung der Gleichung:As described in that document, the t computation circuit 56 includes gate, counter, comparator and oscillator circuitry responsive to pulses passed by discriminator 52 during a variable period of occurrence detection period after selected neutron pulses to solve the equation:

N = ½ (N₁ + N₃) - N₂ (1) N = ½ (N ₁ + N ₃) - N ₂ (1)

worin
N₁ die Anzahl von Zählungen während eines ersten Erfassungsintervalls oder Gatters (I) von 1τ Dauer ist, das 2τ nach dem Ende des vorangehenden Neutronenimpulses beginnt,
N₂ die Anzahl von Zählungen ist während eines zweiten Erfassungsintervalls oder Gatters (II), das beginnt unmittelbar nach dem ersten Intervall und eine Dauer von 2τ besitzt,
N₃ die Anzahl von Zählungen ist während eines dritten Erfassungsintervalls oder Gatters (III), das 6τ nach dem Ende des vorangehenden Neutronenimpulses ausgelöst wird und eine Dauer von 3t besitzt.wherein
N ₁ is the number of counts during a first acquisition interval or gate (I) of 1 τ duration that starts 2 τ after the end of the preceding neutron pulse,
N ₂ is the number of counts during a second acquisition interval or gate (II), which begins immediately after the first interval and has a duration of 2 τ ,
N ₃ is the number of counts during a third detection interval or gate (III), which is triggered 6 τ after the end of the preceding neutron pulse and has a duration of 3 t .

N₃ ist bestimmt, die Zählungen N₁ und N₂ der Haupt intervalle I bzw. II zu korrigieren bezüglich der Hinter grundgammastrahlung und kann deshalb weggelassen werden, wenn der für τ bestimmte Detektor nicht auf Gammastrahlung anspricht. N ₃ is determined to correct the counts N ₁ and N ₂ of the main intervals I and II with respect to the background gamma radiation and can therefore be omitted if the detector intended for τ does not respond to gamma radiation.

Wenn die Lösung der Gleichung (1) ergibt, daß N=0, kann der scheinbare Wert der Abklingzeit, abgeleitet durch die Schaltkreise 56, als tatsächliche Abklingzeit der Formation, die gerade untersucht wird, betrachtet werden. Wenn N von 0 abweicht, wird ein Fehlersignal innerhalb der Schaltkreise 56 durch Regulierung eines variablen Frequenzoszillators erzeugt, mit der Tendenz, das System auf den Zustand N=0 zurückzuführen. Wie in der erwähnten US-PS 36 62 179 erläutert, kann der variable Frequenzoszil lator einen Digitaloszillator mit einem 100 KHz Taktsignal schaltkreis umfassen und einer gewünschten Anzahl von Os zillatorflipflopschaltkreisen. Die Flipflopschaltkreise ändern den Schaltzustand in Übereinstimmung mit dem 100 KHz Taktsignal, und die Schaltzustände der Flipflops werden kontinuierlich verglichen mit einer entsprechenden Anzahl von Flipflops in den Detektorsignalzählschaltkreisen (der τ-Rechnerschaltkreise 56) mittels einer entsprechen den Anzahl von Komparatoren. Wenn die Zähler und Oszillator flipflopschaltkreise im gleichen Schaltzustand sind, wird ein Impuls erzeugt, der alle Oszillatorflipflops zurücksetzt. Diese Technik wandelt tatsächlich ein Zählratesignal in ein Zeitsignal, da die Oszillatorflipflopschaltkreise den Schalt zustand einzeln ändern, bis sie sich an die Schaltzustände der Zählerflipflopschaltkreise angepaßt haben, welche die beobachtete Strahlung, registriert von dem Zähler, repräsen tieren. Demgemäß repräsentieren die Ausgangssignale, erzeugt von dem Oszillator, die Zeit, die erforderlich ist für den Oszillator, bis zu einem vorgegebenen Pegel der Radioaktivi tät zu zählen, und sind demgemäß repräsentativ für die ther mische Neutronenabklingzeit der Formation. Die Oszillator ausgangssignale werden über eine Leitung 58 als Fehler- oder Steuersignal für die Steuerung des Betriebes der Programmiereinrichtung 46 angekoppelt.If the solution to equation (1) shows that N = 0, the apparent value of the decay time derived by the circuitry 56 can be considered the actual decay time of the formation being examined. If N deviates from 0, an error signal is generated within circuits 56 by regulating a variable frequency oscillator, with a tendency to return the system to the state N = 0. As explained in the aforementioned US Pat. No. 3,662,179, the variable frequency oscillator can comprise a digital oscillator with a 100 KHz clock signal circuit and a desired number of oscillator flip-flop circuits. The flip-flop circuits change the switching state in accordance with the 100 KHz clock signal, and the switching states of the flip-flops are continuously compared with a corresponding number of flip-flops in the detector signal counting circuits (the τ computer circuit 56 ) by means of a corresponding number of comparators. If the counters and oscillator flip-flop circuits are in the same switching state, a pulse is generated which resets all oscillator flip-flops. This technique actually converts a counting rate signal into a time signal, since the oscillator flip-flop circuits change the switching state individually until they have adapted to the switching states of the counter flip-flop circuits, which represent the observed radiation registered by the counter. Accordingly, the output signals generated by the oscillator represent the time required for the oscillator to count to a predetermined level of radioactivity and are accordingly representative of the thermal neutron decay time of the formation. The oscillator output signals are coupled via a line 58 as an error or control signal for controlling the operation of the programming device 46 .

Ein größerer Grad der Verläßlichkeit in dem abge leiteten Wert für τ kann erzielt werden durch Erhöhung der Frequenz des Taktes oder durch Zufügen von mehr Stufen des taktbeaufschlagten Netzwerks von Flipflopschaltkreisen. Beispielsweise kann eine Frequenz von 300 KHz verwendet werden. Auch kann das taktgetriebene Netzwerk von Flip flops so bemessen werden, daß sich eine hohe Anfangs zählrate ergibt, die exponentiell mit der Zeit nach einem Neutronenimpuls sich verringert. Dies würde eine größere Stabilität der τ-Berechnungsschaltkreise 56 ergeben, insbesondere bei niedrigen τ-Werten, da die Änderung von τ, hervorgerufen durch das erzeugte Fehlersignal, immer verhältnismäßig klein wäre relativ zu dem absoluten Wert von τ. Dies würde es auch ermöglichen, einen Zähler kleinerer Kapazität zu benutzen.A greater degree of reliability in the derived value for τ can be achieved by increasing the frequency of the clock or by adding more stages of the clocked network of flip-flop circuits. For example, a frequency of 300 kHz can be used. The clock-driven network of flip-flops can also be dimensioned so that there is a high initial count rate that decreases exponentially with time after a neutron pulse. This would result in greater stability of the τ calculation circuits 56 , particularly at low τ values, since the change in τ caused by the generated error signal would always be relatively small relative to the absolute value of τ . This would also allow a smaller capacity counter to be used.

Die Programmiereinrichtung 46 kann einen Zähler umfassen mit geeigneten Diodenmatrixlogikschaltkreisen. Programmiereinrichtungen dieser Bauart sind in den US-PSen 35 66 116, 36 09 366 und 36 62 179 beschrieben. Die Pro grammiereinrichtung kann die üblichen Logik- und Signal kombinationsschaltkreise umfassen, die in US-PS 36 62 179 beschrieben sind, die erforderlich sind, um in Abhängigkeit von der Ausgangssignalfolge vom Oszillator der τ-Rechner schaltkreise 56 Gatterentsperrsignale für die τ-Erfassungs intervalle I, II und III zu erzeugen. Diese Signale werden übertragen zu den τ-Rechnerschaltkreisen 56 über eine Leitung 60, wo sie den Betrieb der Gatterschaltkreise und der Impulszählerschaltkreise in der oben be schriebenen Weise steuern. Die Programmiereinrichtung 46 umfaßt ferner Schaltkreise für die Erzeugung von Steuersignalen, welche die Dauer und Folgefrequenz der Neutronenimpulse regulieren, die emittiert werden von der Quelle 24. In soweit, als die Zeit des Auftretens (Beginn und Beendi gung) der τ-Erfassungsintervalle I, II und III in Be ziehung stehen mit der Auftrittszeit der zugeordneten Neutronenimpulse, werden die τ-Gatterentsperrimpulse auf Leitung 60 auch synchron in Beziehung gesetzt zu den Steuersignalen, die über Leitung 48 zu der Neutronenquelle 24 übertragen werden. Eine bevorzugte Pulssequenz für die Quelle 24 und Gattersequenz für die t-Rechnerschaltkreise 56 wird nachstehend noch in Verbindung mit Fig. 2 und 3 beschrieben.The programmer 46 may include a counter with suitable diode matrix logic circuitry. Programming devices of this type are described in US Pat. Nos. 35 66 116, 36 09 366 and 36 62 179. The programming device can comprise the usual logic and signal combination circuits described in US Pat. No. 3,662,179, which are required to switch 56 gate unlock signals for the τ detection intervals I depending on the output signal sequence from the oscillator of the τ computer , II and III to generate. These signals are transmitted to the τ computer circuits 56 via a line 60 , where they control the operation of the gate circuits and the pulse counter circuits in the manner described above. The programmer 46 also includes circuitry for the generation of control signals that regulate the duration and repetition rate of the neutron pulses emitted by the source 24 . To the extent that the time of occurrence (start and end) of the τ detection intervals I, II and III is related to the time of occurrence of the associated neutron pulses, the τ gate unlock pulses on line 60 are also synchronously related to the control signals which are transmitted to the neutron source 24 via line 48 . A preferred pulse sequence for the source 24 and gate sequence for the t computer circuits 56 will be described below in connection with FIGS. 2 and 3.

Die Programmiereinrichtung 46 kann ferner aufge baut sein für die Erzeugung eines Signals, das repräsen tativ ist für τ (oder Σ) zwecks Übertragung zur Erd oberfläche, und auch dies kann wie in US-PS 36 62 179 beschrieben erfolgen. Alternativ kann die Anzahl von Malen, wo die Neutronenquelle 24 gepulst wird, und vorzugsweise ge rade jene Male, nach denen τ-Erfassungsperioden sequen tiert werden, für eine vorgegebene Zeitperiode gezählt werden. Da die Folgefrequenz der Neutronenimpulse als Funktion von τ gesteuert wird, ist die Anzahl von Impulsen, die während der vorgegebenen Zeitperiode erzeugt werden, proportional zu Σ und demgemäß zu τ. Die Zählzeitperiode sollte na türlich eine hinreichend lange Dauer besitzen für statistisch verläßliche Messungen und sollte wiederholt werden mit einer Frequenz entsprechend der gewünschten vertikalen Auflösung in den τ-Σ-Logs. Entsprechende Schaltkreise für diesen Zweck könnten gemäß Fig. 1 ein UND-Gatter 62 umfassen, das anspricht auf ein Entsperrsignal auf Leitung 63 von der Programmiereinrichtung 46 zum Durchlaß von Impulsen auf einer Leitung 65, erzeugt von der Programmiereinrich tung 46, synchron mit den Steuersignalen für die jeweiligen zu zählenden Neutronenimpulse. Die gegatterten Impulse wer den über eine Leitung 67 an einen Binärzähler 69 angelegt. Nach Beendigung der Zählperiode instruiert ein Verzögerungs monovibrator 71, erregt beispielsweise durch die Abfall flanke des Gatterentsperrsignals auf Leitung 63, den Zähler 69, zunächst binär-kodierte Parallelsignale auszugeben, die indikativ sind für die registrierte Impulszählung über ein Leitungsbündel 73 an die Signalverarbeitungs- und Kabeltreiberschaltkreise 64, und dann in Nullstellung zu rückgesetzt zu werden.The programming device 46 can also be built up for the generation of a signal which is representative of τ (or Σ ) for the purpose of transmission to the earth's surface, and this can also be done as described in US Pat. No. 3,662,179. Alternatively, the number of times the neutron source 24 is pulsed, and preferably just those times after which τ acquisition periods are sequenced, can be counted for a predetermined period of time. Since the repetition frequency of the neutron pulses is controlled as a function of τ , the number of pulses that are generated during the given time period is proportional to Σ and accordingly to τ . The count period should of course have a sufficiently long duration for statistically reliable measurements and should be repeated with a frequency corresponding to the desired vertical resolution in the τ - Σ logs. Corresponding circuitry for this purpose could include an AND gate 62 , as shown in FIG. 1, which is responsive to an unlock signal on line 63 from the programmer 46 for passing pulses on a line 65 generated by the programmer 46 , in synchronism with the control signals for the respective neutron pulses to be counted. The gated pulses are applied to a binary counter 69 via a line 67 . After the counting period has ended, a delay monovibrator 71 , excited, for example by the falling edge of the gate unlock signal on line 63 , instructs the counter 69 to initially output binary-coded parallel signals which are indicative of the registered pulse count via a bundle of lines 73 to the signal processing and cable driver circuits 64 , and then to be reset to zero.

Es sei nun der Spektrokopieteil der Vorrichtung be trachtet. Ausgangsimpulse vom Verstärker 44 werden über eine Leitung 66 an einen Pulshöhenanalysator 68 geführt. Der Pulshöhenanalysator 68 kann von konventioneller Bauart sein, etwa die Wilkinson-Bauart mit einer einzigen Rampe, und der Impulshöhenanalysator 68 dient dazu, Impulse ent sprechend ihrer Amplitude auszuwählen und sie vorzugsweise in binär-kodierter Parallelform an entsprechende Kanäle in einem Ausgangsleitungsbündel 70 anzulegen zwecks Zu fuhr zu den Signalverarbeitungs- und Kabeltreiberschalt kreisen 64. Es versteht sich, daß die üblichen Niederpegel- und Hochpegeldiskriminatoren vorgesehen werden für die Aus wahl des zu analysierenden Energiebereichs, und lineare Gatterschaltkreise für die Steuerung des Zeitanteils der zu analysierenden, vom Detektor erzeugten Impulse. Zu die sem Zweck werden entsprechende Signale erzeugt von der Programmiereinrichtung 46 und auf Leitungen 72, 74 bzw. 76 gegeben, um die Diskriminatoren zu justieren und die linearen Gatterschaltkreise zu entsperren. Während der Anteil der Zeitverteilung der Signale nach jedem Neutronen impuls, ausgewählt für die Analyse, jedem gewünschten Anteil der Zeitverteilung von Gammastrahlen entsprechen kann, die herrühren von dem Neutronenimpuls, werden sie vorzugsweise den Gammastrahlen entsprechen, erzeugt durch die thermischen Neutroneneinfangwechselwirkungen mit Nuklei der Formation. Die Programmiereinrichtung 46 ist deshalb vorzugsweise so aufgebaut, daß sie die Entsperrsignale auf Leitung 76 so erzeugt, daß die linearen Gatterschaltkreise während einer Zeitperiode öffnen, die jedem Neutronenimpuls folgt, wenn die Formationseinfanggammastrahlen prädominant sind.It is now the spectrocopy part of the device. Output pulses from amplifier 44 are fed to a pulse height analyzer 68 via line 66 . The pulse height analyzer 68 may be of conventional design to be, such as the Wilkinson-type with a single ramp, and the pulse height analyzer 68 serves pulses accordingly amplitude select and place them preferably encoded in binary in parallel form to respective channels in an egress trunk group 70 in order to drove to the signal processing and cable driver circuits 64 . It is understood that the usual low level and high level discriminators are provided for the selection of the energy range to be analyzed, and linear gate circuits for the control of the time portion of the pulses to be analyzed, generated by the detector. For this purpose, appropriate signals are generated by the programming device 46 and given on lines 72, 74 and 76 in order to adjust the discriminators and to unlock the linear gate circuits. While the proportion of the time distribution of the signals after each neutron pulse selected for analysis may correspond to any desired proportion of the time distribution of gamma rays resulting from the neutron pulse, they will preferably correspond to the gamma rays generated by the thermal neutron capture interactions with nuclei of the formation. The programmer 46 is therefore preferably designed to generate the unlock signals on line 76 so that the linear gate circuits open for a period of time following each neutron pulse when the formation trapping gamma rays are predominant.

Die Auftrittszeit dieser Gatter- oder Erfassungsperiode wird gesteuert in Relation zu dem vorhergehen den Neutronenimpuls als eine Funktion von τ, gemessen durch die Schaltkreise 56. Zu diesem Zweck enthält die Programmiereinrichtung 46 geeignete Logik- und Signal kombinationsschaltkreise für die Erzeugung der gewünschten Gatterentsperrsignale synchron mit dem Auftreten der zu geordneten Neutronenimpulse.The occurrence time of this gate or acquisition period is controlled in relation to the previous neutron pulse as a function of τ measured by the circuitry 56 . For this purpose, the programming device 46 contains suitable logic and signal combination circuits for generating the desired gate unlock signals in synchronism with the occurrence of the neutron pulses to be assigned.

Der Anteil des gesamten Energiespektrums der Gamma strahlen entsprechend den gegatterten Detektorsignalen, der zu analysieren ist, kann auch je nach Wunsch ausge wählt werden und kann sich beispielsweise erstrecken von 1,5 MeV bis 7,5 MeV. Die Anzahl von Kanälen, die über dem interessierenden Energiebereich verwendet werden, hängt natürlich ab von der gewünschten Analysiergenauigkeit und der Auflösungsqualität des verwendeten Szintillations kristalls. Mit einem Thallium-aktivierten Natriumjodid kristall hat sich eine Größenordnung von 200 Kanälen über dem Energiebereich von 1,5 MeV bis 7,5 MeV als geeignet erwiesen, eine befriedigende Spektralanalyse zu liefern. Weniger Kanäle jedoch, z. B. 50 etwa, können, falls er wünscht, verwendet werden. Generell können die Anzahl der Kanäle, die Kanalbreite, der Gesamtenergiebereich und andere Kennwerte des Analysators 68 bestimmt werden in Über einstimmung mit der Lehre des US-PS 35 21 064.The proportion of the total energy spectrum of the gamma rays corresponding to the gated detector signals to be analyzed can also be selected as desired and can for example range from 1.5 MeV to 7.5 MeV. The number of channels that are used over the energy range of interest depends of course on the desired accuracy of analysis and the resolution quality of the scintillation crystal used. With a thallium-activated sodium iodide crystal, an order of magnitude of 200 channels over the energy range from 1.5 MeV to 7.5 MeV has proven to be suitable for providing a satisfactory spectral analysis. However, fewer channels, e.g. 50, for example, can be used if desired. In general, the number of channels, the channel width, the total energy range and other parameters of the analyzer 68 can be determined in accordance with the teaching of US-PS 35 21 064.

Die Verarbeitungs- und Treiberschaltkreise 64 können konventionell aufgebaut sein für das Kodieren, Zeitmulti plexen oder andersartiges Aufbereiten der an sie angeleg ten datenrepräsentativen Signale in irgendeiner gewünschten Weise für die Übertragung auf dem Kabel 14, und die spezi fischen Formen dieser Schaltkreise, welche eingesetzt werden, sind für die Erfindung nicht maßgebend.The processing and driver circuits 64 may be conventionally constructed for encoding, time multiplexing, or otherwise processing the data representative signals applied to them in any desired manner for transmission on the cable 14 , and the specific forms of these circuits used. are not decisive for the invention.

An der Erdoberfläche werden die Σ-bezüglichen Signale von dem Binärzähler 69 und die Zählung-pro-Kanalsignale vom Pulshöhenanalysator 68 verstärkt, dekodiert und in anderer Weise verarbeitet, je nach Bedarf, mittels Schaltkreisen 78 für die Ankopplung über ein Leiterbündel 80 an einen Rechner 82. Der Rechner entwickelt Werte für Σ und/oder τ und der gewünschten spektroskopischen Ausgangswerte, beispielsweise für Werte, die typisch sind für Wassersättigung, Schiefergehalt, Lithologie, Porosität, Wassersalzgehalt usw. Bevorzugte Ausführungsformen der spektroskopischen Ausgangswerte sollen nachstehend noch beschrieben werden. Digitalanzeigen dieser Werte werden über Leitungen 84 A-84 H einem Magnetbandaufzeichnungsgerät 86 zugeführt sowie einem Digital-Analog-Wandler 88, der Analogsignale erzeugt proportional den jeweiligen Eingängen für das Anlegen an ein Sichtaufzeichnungsgerät 90. Über wachungsdaten (nicht dargestellt), wie etwa die mittlere Zählrate während des ersten τ-Erfassungsintervalls (I) oder beispielsweise auch der Kopfspannung, können mit aufgezeichnet werden. Das Magnetbandaufzeichnungsgerät 86 und das Sichtaufzeichnungsgerät 90 sind konventionell und geeignet für die Erzeugung der üblichen Logs als Funktion der Sondentiefe. Das übliche mit dem Kabel 14 mechanisch gekoppelte Gestänge ist bei 92 in Fig. 1 diagrammartig dargestellt und dient diesem Zweck.On the surface of the earth, the Σ -related signals from the binary counter 69 and the count-per-channel signals from the pulse height analyzer 68 are amplified, decoded and processed in another way, as required, by means of circuits 78 for coupling via a bundle of conductors 80 to a computer 82 . The computer develops values for Σ and / or τ and the desired spectroscopic output values, for example for values that are typical for water saturation, shale content, lithology, porosity, water salt content, etc. Preferred embodiments of the spectroscopic output values will be described below. Digital displays of these values are fed via lines 84 A - 84 H to a magnetic tape recorder 86 and to a digital-to-analog converter 88 which generates analog signals in proportion to the respective inputs for application to a visual recorder 90 . Monitoring data (not shown), such as the average counting rate during the first τ detection interval (I) or, for example, also the head voltage, can also be recorded. Magnetic tape recorder 86 and visual recorder 90 are conventional and suitable for generating the usual logs as a function of probe depth. The usual linkage mechanically coupled to the cable 14 is shown diagrammatically at 92 in FIG. 1 and serves this purpose.

Die Störeffekte für die Analyse der Formationseinfang gammastrahlungsspektren von Gammastrahlung, herrührend von Neutronenwechselwirkungen mit Materialien in der un mittelbaren Nachbarschaft der Neutronenquelle 24 und des Detektors 26 (Sondengehäuse, Bohrlochfluid 18, Auskleidung 20, Zementringraum 22 usw.), die sogenannten "Bohrlocheffekte", werden reduziert, durch Steuerung der Auftrittszeit der spektroskopischen Erfassungsperiode relativ zur Auftritts zeit des zugeordneten Neutronenimpulses in Übereinstimmung mit einem gemessenen Wert von τ der jeweils zu analy sierenden Formation. Dies ist in Fig. 2 dargestellt, die schematisch zeigt, wie die Einfanggammastrahlungszählrate typischerweise sich mit der Zeit ändern kann, ausgedrückt in Termen der Abklingzeit τ nach einem Burst 98 schneller Neutronen. An der äußersten linken Seite der Verteilungs kurve 100 findet sich ein Bereich schnellen Abklingens infolge früher Bohrlocheffekte, d. h. infolge hoher Ab sorptionsraten der thermischen Neutronen in den Bohrloch medien, welche unmittelbar Quelle und Detektor umgeben. Danach folgt ein praktisch geradliniger Bereich, der brauchbare Teil für die Bestimmung der thermischen Neu tronenabklingzeit ist und auf einer halblogarithmischen Darstellung dem exponentiellen Abklingen der Neutronen dichte in der Formation entspricht. Schließlich wird die Kurve 100 nach rechts abgeflacht, wobei die Zählraten in diesem Bereich der Hintergrundradioaktivität in der Formation und im Bohrloch entsprechen.The interference effects for the analysis of the formation trapping gamma radiation spectra of gamma radiation, resulting from neutron interactions with materials in the immediate vicinity of the neutron source 24 and the detector 26 (probe housing, borehole fluid 18 , lining 20 , cement annulus 22 , etc.), the so-called "borehole effects" reduced, by controlling the occurrence time of the spectroscopic acquisition period relative to the occurrence time of the assigned neutron pulse in accordance with a measured value of τ of the formation to be analyzed in each case. This is shown in Figure 2, which shows schematically how the capture gamma radiation count rate typically can change with time, expressed in terms of the decay time τ after a burst of 98 fast neutrons. On the far left side of the distribution curve 100 there is an area of rapid decay due to early borehole effects, ie due to high absorption rates of the thermal neutrons in the borehole media, which immediately surround the source and detector. This is followed by a practically rectilinear area, which is a useful part for determining the thermal neutron decay time and corresponds to the exponential decay of the neutron density in the formation on a semi-logarithmic representation. Finally, curve 100 is flattened to the right, the count rates in this area corresponding to the background radioactivity in the formation and downhole.

Für die Berechnung von τ ist in der oben erwähnten US-PS bestimmt worden, daß eine 2-τ-Ver zögerung nach dem Neutronenimpuls vor Beginn der Erfassungs periode die meisten unerwünschten Bohrlocheffekte eliminiert und den Anfangsteil des ersten Erfassungsintervalls (I) auf den exponentiellen Abklingbereich der Kurve 100 placiert; und dementsprechend werden auch die Gatterschaltkreise der τ-Rechnerschaltkreise 56 gesteuert. Die oben beschriebene τ-Gattersequenz (zwei aneinander anschließende Haupt intervalle I und II von 1 τ bzw. 2 τ und ein Hintergrund intervall III von 3 τ Dauer, um eine Dauer von 1 τ vom Intervall II getrennt, für eine Gesamterfassungsperiode von 7 τ) ist in Fig. 2 dargestellt, doch können, wie die erwähnte Druckschrift beschreibt, andere Gesamt-τ-Er fassungsperioden und andere Erfassungsintervalle inner halb der Gesamtperiode verwendet werden. In jedem Falle wird die zeitliche Plazierung der τ-Erfassungsperiode automatisch gesteuert in Übereinstimmung mit dem τ der jeweils untersuchten Formation.For the calculation of τ it has been determined in the above-mentioned US-PS that a 2- τ delay after the neutron pulse before the start of the detection period eliminates most undesirable borehole effects and the initial part of the first detection interval (I) on the exponential decay range placed on curve 100 ; and accordingly, the gate circuits of the τ computer circuits 56 are controlled. The τ gate sequence described above (two adjacent main intervals I and II of 1 τ and 2 τ and a background interval III of 3 τ duration, separated by a duration of 1 τ from interval II, for a total acquisition period of 7 τ ) is shown in Fig. 2, but, as the above-mentioned document describes, other total τ detection periods and other detection intervals can be used within the total period. In any case, the timing of the τ acquisition period is automatically controlled in accordance with the τ of the formation under investigation.

Für den Zweck der Einfanggammaspektroskopie hat es sich erwiesen, daß eine spektroskopische Erfassungs periode, die in Fig. 2 mit 102 bezeichnet ist, und eine Dauer von 2 τ aufweist, beginnend nach einer Verzögerung von 1 τ nach Beendigung des vorangehenden Neutronenimpulses 98 in befriedigender Weise frühe Bohrlocheffekte eliminiert und gleichzeitig hohe Zählraten für verbesserte Statistik und bessere Vertikalauflösung liefert. Da demgemäß die Zeitlage der spektroskopischen Erfassungsperiode ebenfalls mit einer gemessenen Neutronencharakteristik der Formation verknüpft wird, wird die Spektroskopieperiode automatisch in richtiger Weise von Formation zu Formation gesteuert. Andere Zeitlagen der Erfassungsperiode 102 können natürlich auch verwendet werden. Im allgemeinen sollte die Zeitlage der Periode so gewählt werden, daß Formationseinfang gammazählraten relativ zur Hintergrundzählrate maximiert werden in einer Weise, bei der auch der Unterdrückung von Bohrlocheffekten Rechnung getragen wird.For the purpose of Einfanggammaspektroskopie It has been found that a spectroscopic detection period, which is designated in Fig. 2 at 102, and has a duration of 2 τ, beginning after a delay of 1 τ after completion of the preceding neutron pulse 98 in a satisfactory manner eliminates early borehole effects while delivering high count rates for improved statistics and better vertical resolution. Accordingly, since the timing of the spectroscopic acquisition period is also linked to a measured neutron characteristic of the formation, the spectroscopic period is automatically controlled correctly from formation to formation. Other time slots of the acquisition period 102 can of course also be used. In general, the timing of the period should be chosen to maximize formation capture gamma counts relative to the background count rate in a manner that also takes into account the suppression of well effects.

Um die Wirksamkeit des Untersuchungssystems weiter zu verbessern und die Zählraten weiter zu steigern, werden auch die Dauer und die Wiederholungsrate der Neutronenimpulse in Übereinstimmung mit τ gesteuert. In order to further improve the effectiveness of the examination system and to further increase the counting rates, the duration and the repetition rate of the neutron pulses are also controlled in accordance with τ .

Die einzelnen Neutronenimpulse haben vorzugsweise 1 τ Dauer. Darüber hinaus wird vorzugsweise eine vorge gebene Anzahl von in zeitlichem Abstand liegenden Neu tronenimpulsen zyklisch während jeder von einer Reihe von Zeitintervallen oder Zyklen erzeugt. Ein bevorzugter Grund zyklus von 31 τ Dauer ist schematisch in Fig. 3 wiederge geben. Er umfaßt einen 20-τ-Spektroskopieunterzyklus, einen 10-τ-Abklingzeitunterzyklus und eine 1-τ-Pausenperiode. Der spektroskopische Unterzyklus besteht aus einer Gesamtan zahl von 5 Intervallen, die mit A, B, C, D, E be zeichnet sind, von denen jedes eine Dauer von 4 τ hat und jeweils einen Neutronenimpuls 104 A-104 E von 1 τ Dauer und eine zugeordnete spektroskopische Erfassungsperiode 106 A-106 E von 2 τ Dauer umfaßt. Jede Erfassungsperiode von 106 A-106 E ist in ihrer Zeitlage festgelegt bezüglich des zugeordneten Neutronenimpulses 104 A-104 E in der oben be schriebenen Weise in Verbindung mit dem Spektroskopie gatter 102 nach Fig. 2. Vorzugsweise wird jeder Neutronen impuls 104 A-104 E gemeinsam erzeugt mit der Beendigung der vorhergehenden spektroskopischen Erfassungsperiode 106 A-106 E, so daß während des spektroskopischen Unterzyklus die Neu tronenimpulse mit Intervallen von 4τ auftreten.The individual neutron pulses have preferably 1 τ duration. In addition, a predetermined number of time-spaced neutron pulses is preferably generated cyclically during each of a series of time intervals or cycles. A preferred basic cycle of 31 τ duration is shown schematically in FIG. 3. It includes a 20 τ spectroscopy subcycle, a 10 τ decay sub cycle, and a 1 τ pause period. The spectroscopic subcycle consists of a total of 5 intervals, which are labeled A, B, C, D, E , each of which has a duration of 4 τ and each has a neutron pulse 104 A - 104 E of 1 τ duration and an associated spectroscopic acquisition period 106 A - 106 E of 2 τ duration comprises. Each acquisition period of 106 A - 106 E is fixed in time with respect to the associated neutron pulse 104 A - 104 E in the manner described above in connection with the spectroscopy gate 102 according to FIG. 2. Preferably, each neutron pulse is 104 A - 104 E jointly generated with the completion of the preceding spectroscopic detection period 106 A - 106 e, so that occur during the τ spectroscopic subcycle the New tronenimpulse with intervals. 4

Der Abklingzeitunterzyklus beginnt mit dem sechsten Neutronenimpuls 104 F in dem 31τ dauernden Gesamtzyklus. Dieser Impuls tritt vorzugsweise unmittelbar nach der vorangehenden spektroskopischen Erfassungsperiode 106 E auf. Obwohl die Hauptfunktion des Abklingzeitunterzyklus darin besteht, die Bestimmung von τ zu ermöglichen, ist in diesem Unterzyklus auch eine sechste spektroskopische Erfassungsperiode 106 F eingebaut. Der Abklingzeitunter zyklus umfaßt natürlich auch zwei Haupterfassungsperioden für τ (I und II) und, wenn der für τ bestimmte Detektor ein Gammastrahlendetektor ist, ein Hintergrunderfassungs intervall (III), das wie in Fig. 2 beschrieben placiert wird. Das am Ende stehende 1-τ-Intervall ist in den 31-τ-Zyklus eingebaut, um die Programmiereinrichtung 46 zurückzusetzen und für die Stabilisierung der Spektroskopie, wie nachstehend noch zu erläutern.The decay time sub -cycle begins with the sixth neutron pulse 104 F in the overall 31 τ cycle. This pulse preferably occurs immediately after the previous spectroscopic acquisition period 106 E. Although the main function of the decay time sub-cycle is to enable the determination of τ , a sixth spectroscopic acquisition period 106 F is also built into this sub-cycle. The decay time sub cycle of course also includes two main acquisition periods for τ (I and II) and, if the detector intended for τ is a gamma ray detector, a background acquisition interval (III), which is placed as described in FIG. 2. The 1- τ interval at the end is built into the 31- τ cycle in order to reset the programming device 46 and for the stabilization of the spectroscopy, as will be explained below.

Der vorstehend beschriebene 31-τ-Gesamtzyklus wird sukzessiv wiederholt bei der Bewegung der Sonde durch das Bohrloch, die Abklingzeit wird wiederholt bestimmt durch die τ-Rechnerschaltkreise 56, und unter Steuerung durch die Programmiereinrichtung 46 werden die Auftrittszeiten der Neutronenimpulse 104 A-104 F, die zugeordneten spektroskopi schen Erfassungsperioden 106 A-106 F und die τ-Erfassungs intervalle (I, II und III) kontinuierlich nachgestellt in Übereinstimmung mit dem gemessenen Wert von τ. Die spektrosko pischen Erfassungsperioden 106 A-106 F und die τ-Erfassungs periode werden demgemäß automatisch in den richtigen Be reich der Gammastrahlungszeitverteilungskurve placiert, die jedem Neutronenimpuls folgt für optimale Messung der Gammastrahlenaktivität für die jeweiligen spektroskopischen und τ-Bestimmungsfunktionen. Darüber hinaus liefern die Neutronenquellenpulsansteuerung und die Detektorgatter sequenzen, welche den 31-τ-Gesamtzyklus bilden, sowohl ein hohes spektroskopisches Tastverhältnis (12 τ von je weils 31 τ) mit entsprechend hohen Zählraten für die Spektralanalyse und eine häufige τ-Abtastung (einmal alle 31 τ) für schnelles Ansprechen auf Änderungen in den Formationsbedingungen.The overall 31 τ cycle described above is successively repeated as the probe moves through the borehole, the decay time is repeatedly determined by the τ computer circuitry 56 , and under the control of the programmer 46 , the occurrence times of the neutron pulses 104 A - 104 F , the associated spectroscopic acquisition periods 106 A - 106 F and the τ acquisition intervals (I, II and III) continuously adjusted in accordance with the measured value of τ . The spectroscopic acquisition periods 106 A - 106 F and the τ acquisition period are accordingly automatically placed in the correct area of the gamma radiation time distribution curve, which follows each neutron pulse for optimal measurement of the gamma ray activity for the respective spectroscopic and τ determination functions. Moreover, the neutron source pulse drive and the detector gate provide sequences which form the 31- τ -Gesamtzyklus, both a high spectroscopic duty cycle (12 τ of each weils 31 τ) with suitably high counting rates for spectral analysis and a common τ scan, (once every 31 τ ) for quick response to changes in formation conditions.

Die Auflösungsqualität der Gammastrahlungsenergie spektren, geliefert von der Sonde 10, ist natürlich ab hängig von der Stabilität des Energieansprechens des Detektor-Analysator-Systems. Wenn darüber hinaus die Spektrumanpaßtechnik, welche in der oben erwähnten Druck schrift erläutert ist, verwendet wird, ist es für genaue Ergebnisse wichtig, daß die Energieabhängigkeitscharakteristik des Systems im wesentlichen die gleiche ist, wenn Eich spektren bekannter Zusammensetzung gemacht werden und wenn ein Formationsspektrum ermittelt wird. Deshalb ist es wünschens wert, die Ansprechcharakteristik im Gebrauch wiederholt zu überprüfen und alle dabei ermittelten Instabilitäten sofort zu kompensieren. Solche Instabilitäten ergeben sich bei spielsweise üblicherweise aus der Empfindlichkeit des De tektorkristalls, des Fotovervielfachers und der im Bohrloch befindlichen Elektronik im Hinblick auf Temperaturänderungen im Bohrloch wie auch aufgrund anderer Betriebsparameter, und sehr oft führen sie zu Änderungen in der Pulsverstärkung des Detektor-Analysatorschaltkreises oder in der Pulshöhen- Kanalbeziehung der Pulsortierschaltkreise des Pulshöhen analysators. Erfassung und Kompensation solcher Fehler können zu einem beliebigen Zeitpunkt in geeigneter Weise bewirkt werden. Bequem ist es jedoch, des während der Periode von 24 τ bis 31 τ durchzuführen (in Fig. 3 als gesonderte Periode ausgewiesen) innerhalb jedes 31-τ-Gesamtzyklus und in Übereinstimmung mit einer der nachfolgend beschriebenen Prozeduren.The resolution quality of the gamma radiation energy spectra, supplied by the probe 10 , is of course dependent on the stability of the energy response of the detector-analyzer system. In addition, when the spectrum matching technique described in the above-mentioned publication is used, it is important for accurate results that the energy dependency characteristic of the system is substantially the same when calibration spectra of known composition are made and when a formation spectrum is determined . Therefore, it is desirable to check the response characteristics repeatedly during use and to immediately compensate for all instabilities found. Such instabilities typically result in, for example, the sensitivity of the detector crystal, the photomultiplier and the downhole electronics with regard to temperature changes in the downhole as well as due to other operating parameters, and very often they lead to changes in the pulse gain of the detector-analyzer circuit or in the pulse height channel relationship of the pulse sorting circuits of the pulse height analyzer. Such errors can be detected and compensated for at any time in a suitable manner. Convenient, however, is the during the period from 24 to 31 τ τ perform (in Fig. 3 shown as a separate period) within each 31- τ -Gesamtzyklus and in accordance with one of the procedures described below.

Ein natürlicher Gammastrahlenemitter, vorzugsweise mit einer Energiespitze unterhalb des Gammaenergiebereichs, der zu analysieren ist, z. B. 1,5 bis 7,5 MeV, wird nahe am Detektor 26 angeordnet, und ein bestimmter Kanal oder Kanalanteil wird der Spitzenenergie innerhalb des Puls höhenanalysators 68 zugeordnet. Beispielsweise könnte eine Zink⁶⁵-Quelle mit einer 1,11-MeV-Gammastrahlung für diesen Zweck eingesetzt werden. Die Energieempfindlichkeit des Detektor-Analysator-Systems im Betrieb kann dann bezüglich der Genauigkeit geprüft werden durch Feststellen, ob die festgelegte Energie/Kanalbeziehung, welche für die Zink⁶⁵- Spitze vorgesehen war, aufrechterhalten wird. Dies kann erfolgen durch Zählen der Anzahl von Zink⁶⁵-Impulsen, die in eine bestimmte Anzahl von Kanälen (Energiebändern) beidseits des dem 1,11-MeV-Energiepegel zugeordneten Kanals fallen, Vergleichen der jeweiligen Zählungen mit einander und Erzeugung eines Fehlersignals, wenn eine Gesamtzählung größer ist als die andere, um so die Em pfindlichkeit des Detektor-Analysator-Systems nachzuregeln, z. B. durch Nachstellung der Spannung der Stromversorgung für den Fotovervielfacher 32, womit der 1,11-MeV-Energie pegel wieder für die vorgesehene Kanallokalisierung her gestellt wird. Diese Prozedur korrigiert irgendwo in dem Detektor-Analysator-System auftretende Verstärkungsfaktor änderungen.A natural gamma ray emitter, preferably with an energy peak below the gamma energy range to be analyzed, e.g. B. 1.5 to 7.5 MeV, is arranged close to the detector 26 , and a certain channel or channel portion is assigned to the peak energy within the pulse height analyzer 68 . For example, a Zinc ⁶⁵ source with 1.11 MeV gamma radiation could be used for this purpose. The energy sensitivity of the detector analyzer system in operation can then be checked for accuracy by determining whether the specified energy / channel relationship that was intended for the zinc ⁶⁵ tip is maintained. This can be done by counting the number of zinc ⁶⁵ pulses that fall into a certain number of channels (energy bands) on both sides of the channel assigned to the 1.11 MeV energy level, comparing the respective counts with one another and generating an error signal if one Total count is greater than the other so as to readjust the sensitivity of the detector-analyzer system, e.g. B. by adjusting the voltage of the power supply for the photomultiplier 32 , whereby the 1.11 MeV energy level is again made for the intended channel localization. This procedure corrects gain changes anywhere in the detector-analyzer system.

Schaltkreise für die Durchführung dieser Verstärkungs faktorsteuerfunktion in einer Bohrlochsonde sind in US-PS 29 56 165 beschrieben. Alternativ könnten die Zähl- und Vergleichsschritte ohne weiteres vom Rechner 82 durchge führt werden. Der dann ein Fehlersignal entsprechender Höhe und Polarität für die Steuerung der Fotoverviel facherstromversorgung erzeugen würde. In einer anderen Ausführungsform könnte der Rechner so ausgebildet werden, daß er das Centroid der Zink⁶⁵-Spitze in Termen ihrer Kanallokalisierung aus Zählungen berechnet, die einen kleinen Bereich von Gammastrahlungsenergien unter Über deckung der Spitze repräsentieren, entweder mit oder ohne Subtraktion des Hintergrundes, wonach das gewünschte Fehler signal erzeugt wird, um die vorgeschriebene 1,11-MeV-Kanal beziehung wiederherzustellen. Circuits for performing this gain control function in a borehole probe are described in US Pat. No. 2,956,165. Alternatively, the counting and comparison steps could easily be carried out by the computer 82 . Which would then generate an error signal of appropriate height and polarity for the control of the photo multiplier power supply. In another embodiment, the calculator could be designed to calculate the centroid of the zinc ⁶⁵ tip in terms of its channel location from counts representing a small range of gamma ray energies covering the tip, either with or without background subtraction, after which the desired error signal is generated to restore the prescribed 1.11 MeV channel relationship.

Um nicht den Pulshöhenanalysator 68 während der Spektroskopieerfassungsperioden 106 A-106 F infolge des Beitrags der Zink⁶⁵-Quelle zu "verstopfen", wird sein unterer Diskriminatorpegel vorzugsweise so eingestellt, daß nur Impulse oberhalb 1,11 MeV durchgelassen werden. Der untere Pegel kann beispielsweise nahe bei 1,5 MeV eingestellt werden und würde normalerweise bei diesem Pegel gehalten während jedes 31-τ-Zyklus mit Ausnahme der Stabilisierperiode von 24 τ bis 31 τ. Bei 24 τ in jedem Verstärkungssteuerzyklus wird der untere Diskrimina torpegel nach unten verschoben, um Impulse passieren zu lassen entsprechend den Zink⁶⁵-Gammastrahlen, und er wird an dem unteren Pegel bis 31 τ gehalten, wonach er wieder auf den hohen Pegel verschoben wird. Steuersignale für diesen Zweck werden von der Programmiereinrichtung 46 erzeugt, welche logische und Signalkombinierschaltkreise enthält, die für diesen Zweck ausgelegt sind und an den Pulshöhenanalysator 68 über Leitung 72 (Fig. 1) ange koppelt sind. In ähnlicher Weise werden Gatterentsperr signale von der Programmiereinrichtung 46 erzeugt und über Leitung 76 an die linearen Gatterschaltkreise (nicht dargestellt) des Pulshöhenanalysators 68 angekoppelt, um den Durchlaß der Zink⁶⁵-Impulse an die Pulssortierschalt kreise während der Stabilisierperiode zu entsperren.In order not to "clog" the pulse height analyzer 68 during the spectroscopy acquisition periods 106 A - 106 F due to the contribution of the zinc ⁶⁵ source, its lower discriminator level is preferably set so that only pulses above 1.11 MeV are passed. The lower level may be set, for example, close to 1.5 MeV, and would normally be maintained at this level during each cycle with the exception of 31- τ Stabilisierperiode 24 to 31 τ τ. At 24 τ in each gain control cycle of the lower Diskrimina is shifted gate level down to pass to pulses corresponding to the zinc ⁶⁵ -Gammastrahlen, and it is held at the lower level to 31 τ after which it is moved back to the high level. Control signals for this purpose are generated by the programming device 46 , which contains logic and signal combining circuits that are designed for this purpose and are coupled to the pulse height analyzer 68 via line 72 ( FIG. 1). Similarly, gate unlock signals are generated by the programmer 46 and coupled via line 76 to the linear gate circuits (not shown) of the pulse height analyzer 68 to unlock the passage of the zinc ⁶⁵ pulses to the pulse sorting circuits during the stabilization period.

Zusätzlich zu der vorbeschriebenen Verstärkungs steuerung ist es auch wünschenswert, Drift- oder Arbeits punktverschiebungen in der Impulshöhen/Kanalbeziehung des Pulshöhenanalysators zu kompensieren. Eine Ausführungs form einer Vorrichtung, die besonders geeignet ist für eine solche Arbeitspunktverschiebungssteuerung ist in der US-Patentanmeldung SN 5 63 510 vom 31.3.1975 erläutert. In addition to the reinforcement described above control, it is also desirable to drift or work point shifts in the pulse heights / channel relationship of the To compensate for the pulse height analyzer. An execution form of a device that is particularly suitable for such an operating point shift control is in of the US patent application SN 5 63 510 from 31.3.1975 explained.

Nach diesem älteren Vorschlag ist ein Pulsgeberschalt kreis 77 an den Pulshöhenanalysator 68 über Verstärker 44 angekoppelt und überträgt zu ihm bei Empfang über Leitung 79 eines Kommandosignals von der Programmiereinrichtung 46 alternierend einen Impuls niedriger Amplitude und einen Impuls hoher Amplitude, deren Verhältnis über einen weiten Temperaturbereich im wesentlichen konstant ist. Die Über tragung des Impulses zu dem Analysator kann phasenmäßig eingepaßt werden bezüglich der Übertragung der Zink⁶⁵-Im pulse in irgendeiner bequemen Weise. Beispielsweise kann der Diskriminator des Analysators so justiert werden, daß die Zink⁶⁵-Impulse während der Stabilisationsperioden jedes zweiten 31-τ-Zyklus eingegeben werden wie in dem ersten und dritten 31-τ-Zyklus der Sequenz aus Fig. 4 dargestellt, und die Impulse niedriger und hoher Amplitude werden über tragen während der Stabilisationsperioden von jedem oder jedem zweiten der verbleibenden 31-τ-Zyklen. Fig. 4 illu striert die Übertragung der Impulse hoher Amplitude während des zweiten 31-τ-Zyklus und die Übertragung von Impulsen niedriger Amplitude während des vierten 31-τ-Zyklus. Die Kanalzuordnung zu den entsprechenden Impulsen nie driger bzw. hoher Amplitude durch den Analysator 68 wird festgelegt, z. B. durch die gleichen Techniken, die ver wendet werden für die Zuordnung der Zink⁶⁵-Spitze, und das Verhältnis der Kanalzuordnungen wird gebildet. Da die Impulssortierschaltkreise des Analysators 68 die Impulse nach ihrer Beeinflussung durch irgendwelche Arbeitspunktverschiebungen in der Impulshöhen/Kanalbe ziehung empfangen, wird das Verhältnis der Kanallokali sierungen, denen sie zugeordnet sind, in gleicher Weise durch solche Arbeitspunkt-verschiebungen beeinflußt. Durch Vergleich dieses Verhältnisses mit dem bekannten Verhältnis der Pulsierschaltkreisausgänge kann auf diese Weise ein Fehlersignal erzeugt werden, falls irgendeine Differenz zwischen den beiden Verhältnissen erfaßt wird, derart, daß die entsprechende Arbeitspunktverschiebung eliminiert wird und die korrekte Impulshöhen/Kanalbeziehung wieder hergestellt wird. Bequemerweise kann dies erfolgen durch entsprechende Nachregelung des Nulldiskriminatorpegels des Pulshöhenanalysators.According to this older proposal, a pulser circuit 77 is coupled to the pulse height analyzer 68 via amplifier 44 and transmits to it, when received via line 79 a command signal from the programming device 46, alternately a pulse of low amplitude and a pulse of high amplitude, the ratio of which over a wide temperature range is essentially constant. The transmission of the pulse to the analyzer can be phased in with respect to the transmission of the zinc ⁶⁵ pulses in any convenient manner. For example, the analyzer discriminator can be adjusted to input the zinc ⁶⁵ pulses during the stabilization periods every other 31- τ cycle as shown in the first and third 31- τ cycles of the Fig. 4 sequence, and the pulses low and high amplitudes are transmitted during the stabilization periods of every or every other of the remaining 31- τ cycles. Fig. 4 illustrates the transmission of high amplitude pulses during the second 31- τ cycle and the transmission of low amplitude pulses during the fourth 31- τ cycle. The channel assignment to the corresponding pulses of never third or high amplitude is determined by the analyzer 68 , z. B. by the same techniques that are used ver for assigning the zinc ⁶⁵ tip, and the ratio of the channel assignments is formed. Since the pulse sorting circuitry of the analyzer 68 receives the pulses after being influenced by any working point shifts in the pulse heights / channel relationship, the ratio of the channel locations to which they are associated is equally affected by such working point shifts. By comparing this ratio to the known ratio of the pulsing circuit outputs, an error signal can be generated in this way if any difference between the two ratios is detected such that the corresponding operating point shift is eliminated and the correct pulse height / channel relationship is restored. This can conveniently be done by corresponding readjustment of the zero discriminator level of the pulse height analyzer.

Als eine alternative Prozedur kann eine zweite typische Gammastrahlungsspitze verwendet werden in Ver bindung mit der Zink⁶⁵-Spitze oder irgendeiner anderen Energiespitze anstelle der Pulsierschaltkreisanordnung wie vorbeschrieben. Die zweite Spitze braucht sich von der ersten nur in bezug auf die Energie zu unterscheiden und könnte unterhalb, innerhalb oder jenseits des zu analysierenden Energiebereichs liegen. Die 0,51-MeV- Spitze von Zink⁶⁵ kann beispielsweise verwendet werden oder Natrium 24 mit 1,38-MeV- und 2,76-MeV-Gammaspitzen kann anstelle von Zink⁶⁵ verwendet werden. Auch kann man die Einfanggammaspitze für Sauerstoff bei 6,1 MeV ein setzen zusammen mit einem natürlichen Emitter niedriger Energie. Die Kanalzuordnung der zweiten Spitze würde auf die gleiche Weise bestimmt wie die Zink⁶⁵ 1,11-MeV-Spitze, und das Verhältnis der beiden Kanallokalisierungen wird gebildet. Dieses Verhältnis wird dann verglichen mit dem geeichten Kanalverhältnis für die beiden betreffenden Energiespitzen, und ein Fehlersignal zwecks Korrektur irgendeiner Disparität zwischen dem erfaßten Verhältnis und dem korrekten Verhältnis wird entwickelt. Wie bei dem Pulsiersystem könnte das Fehlersignal an den Null diskriminator des Pulshöhenanalysators 68 angelegt werden, um die den Fehler hervorrufende Arbeitspunktverschiebung oder Drift zu eliminieren. As an alternative procedure, a second typical gamma radiation peak can be used in conjunction with the zinc ⁶⁵ peak or any other energy peak in place of the pulsing circuitry as previously described. The second peak only needs to differ from the first in terms of energy and could be below, within or beyond the energy range to be analyzed. For example, the 0.51 MeV tip of zinc ⁶⁵ can be used, or sodium 24 with 1.38 MeV and 2.76 MeV gamma tips can be used instead of zinc ⁶⁵ . You can also use the oxygen capture gamma tip at 6.1 MeV along with a natural low energy emitter. The channel assignment of the second tip would be determined in the same way as the zinc ⁶⁵ 1.11 MeV tip, and the ratio of the two channel localizations is formed. This ratio is then compared to the calibrated channel ratio for the two energy peaks in question, and an error signal is developed to correct any disparity between the detected ratio and the correct ratio. As with the pulsation system, the error signal could be applied to the zero discriminator of the pulse height analyzer 68 to eliminate the operating point shift or drift causing the error.

Wenn eine oder beide Eichenergiespitzen, die ge wählt worden sind, in den zu analysierenden Energiebereich fallen, wie dies beispielsweise für die 6,1-MeV-Sauerstoff einfanggammaspitze im Falle des oben erwähnten 1,5- bis 7,5-MeV-Bereiches gilt, würde sie natürlich zu den er faßten Gammastrahlen bei der spektroskopischen Erfassungs periode 106 A-106 F beitragen. Sie müßte daher Berücksichti gung finden, wenn die Analyse erfolgt mittels der Spektrum anpaßtechnik gemäß US-PS 35 21 064. Dies könnte erfolgen durch Einfügen der Einfanggammastrahlungsspektren jenes Emitters in die konstituenten Spektren, die verwendet werden bei dem Aufbau des zusammengesetzten Spektrums, mit dem das erfaßte Spektrum verglichen wird.If one or both of the oak energy peaks that have been selected fall within the energy range to be analyzed, such as for the 6.1 MeV oxygen capture gamma peak in the case of the 1.5 to 7.5 MeV range mentioned above , it would of course contribute to the gamma rays detected during the spectroscopic detection period 106 A - 106 F. It should therefore be taken into account if the analysis is done using the spectrum matching technique according to US-PS 35 21 064. This could be done by inserting the capture gamma radiation spectra of that emitter into the constituent spectra that are used in building the composite spectrum with which the recorded spectrum is compared.

Es sei nun im einzelnen auf die Analyse der er faßten Einfanggammastrahlungsspektren und die spektrosko pischen Ausgangssignale, entwickelt vom Rechner 82, einge gangen. Der Rechner erfüllt im wesentlichen die gleichen Funktionen wie der Bestandteilsanteilrechner 39 nach US-PS 35 21 064. Das heißt, er bestimmt die Zusammensetzung einer unbekannten Formation durch Vergleich der Höhen des erfaßten Einfanggammastrahlenspektrums der Formation an einer großen Anzahl von Energiepunkten oder -pegeln mit einem zusammengesetzten Spektrum, gebildet aus ge wichteten Anteilen individueller Spektren aus einer An zahl von Materialbestandteilen oder spezifischen Kombina tionen von Materialien, von denen angenommen werden kann, daß die Formation aus ihnen gebildet wird, um so die best mögliche Anpassung zu finden, vorzugsweise durch das Prinzip der kleinsten Quadrate und Ableitung von Anzeigen bezüglich der relativen Anteile der Materialbestandteile, für die die Anpassung gilt. Die Faktoren, die zu berück sichtigen sind bei der Auswahl der jeweiligen Material bestandteile für das zusammengesetzte Spektrum, die Art und Weise der Messung der einzelnen Spektren der Bestand teile, der Aufbau des zusammengesetzten Spektrums, die Anwendung des Kriteriums der kleinsten Quadrate für die Ermittlung einer Bestanpassung zwischen dem erfaßten Spektrum und dem zusammengesetzten Spektrum, und andere Lehren der US-PS 35 21 064 zum Ableiten der gewünschten Information bezüglich der unbekannten Anteile W _i der postulierten Materialbestandteile in der Formation gelten auch hier und brauchen daher nicht im einzelnen wiederholt zu werden.It was now in detail on the analysis of the captured capture gamma radiation spectra and the spectroscopic output signals developed by the computer 82 . The calculator performs essentially the same functions as the ingredient calculator 39 according to U.S. Patent No. 3,521,064. That is, it determines the composition of an unknown formation by comparing the heights of the captured capture gamma ray spectrum of the formation at a large number of energy points or levels with one Composite spectrum, formed from weighted portions of individual spectra from a number of material constituents or specific combinations of materials, which can be assumed to form the formation from them in order to find the best possible adaptation, preferably by the principle least squares and deriving indicators of the relative proportions of the material components to which the adjustment applies. The factors to be taken into account when selecting the respective material components for the composite spectrum, the way in which the individual spectra are measured, the structure of the composite spectrum, the use of the least squares criterion for determining a Best fit between the detected spectrum and the composite spectrum, and other teachings of US-PS 35 21 064 for deriving the desired information regarding the unknown proportions W _{i of} the postulated material components in the formation also apply here and therefore do not need to be repeated in detail.

Es sei jedoch hier kurz angegeben, daß danach angenommen wird, daß die Formation überwiegend aus nicht mehr als einer Anzahl n postulierter Bestandteile oder Elementen besteht, z. B. Wasserstoff, Chlor, Silizium, Kalzium, Eisen und Sauerstoff, und das zusammengesetzte Spektrum, mit dem das erfaßte Formationsspektrum verglichen wird, besteht demgemäß aus den einzelnen Einfanggamma strahlenspektren für diese Elemente (vorzugsweise ein schließlich der Sekundäraktivierungsgammastrahlungs spektren für Sauerstoff). Durch Kombinationsfunktionen G _k der Gammastrahlungszählamplituden bei einer ausgewählten Anzahl von Energiepegeln (nicht weniger als n) in dem erfaß ten Gammastrahlungsspektrum mit Amplitudenkoeffizienten α _ik, die vorher bestimmt werden aus den einzelnen be kannten Spektren und in den Rechner 82 eingegeben werden, wie durch die oben erwähnte US-PS offenbart, wird ein Satz von linearen Gleichungen in Form von Gleichungen 3a-3n vom Rechner gelöst:However, it should be briefly stated here that it is then assumed that the formation consists predominantly of no more than a number n of postulated components or elements, e.g. B. hydrogen, chlorine, silicon, calcium, iron and oxygen, and the composite spectrum, with which the detected formation spectrum is compared, accordingly consists of the individual capture gamma radiation spectra for these elements (preferably including the secondary activation gamma radiation spectra for oxygen). Through combination functions G _{k of} the gamma radiation count amplitudes at a selected number of energy levels (not less than n) in the detected gamma radiation spectrum with amplitude coefficients α _ik , which are previously determined from the individual known spectra and are input into the computer 82 , as by those above discloses a set of linear equations in the form of equations 3a-3n is solved by the computer:

Da die Anzahl von Gleichungen 3a-3n gleich der Anzahl n von Konstituentenmaterialien ist, von denen postuliert wird, daß sie in der Formation vorhanden seien, entwickelt der Rechner 82 automatisch alle unbekannten w _i-Gewichts- oder Proportionalbestandteilfaktoren. Da diese w _i-Faktoren repräsentativ sind für die Anteile der jeweiligen Bestand teilsmaterialien an dem zusammengesetzen Spektrum, sind sie in gleicher Weise repräsentativ für die relativen Anteile der einzelnen Bestandteilmaterialien in der For mation. Angaben über diese Faktoren für jeden den n-Be standteile werden dem Magnetbandaufzeichnungsgerät 86 über Leitung 84 c zugeführt und aufgezeichnet in Funktion der Sondentiefe.Since the number of equations 3a-3n is equal to the number n of constituent materials that are postulated to be present in the formation, the calculator 82 automatically develops any unknown w _i weight or proportional component factors. Since these w _i factors are representative of the proportions of the respective constituent materials in the composite spectrum, they are equally representative of the relative proportions of the individual constituent materials in the formation. Information about these factors for each of the n components is fed to the magnetic tape recorder 86 via line 84 c and recorded as a function of the probe depth.

Wie ferner in der US-PS 35 21 064 ausgeführt, kann der Rechner 82 so aufgebaut sein, daß er Verhältnisse ausgewählter Bestandteilproportionsfaktoren w _i ermittelt zur Ableitung von Angaben bezüglich bestimmter Eigen schaften der Formationen. Beispielsweise können spektro skopische Ausgangssignale von dem Rechner 82 entwickelt werden und dem Wandlerschaltkreis 88 und dem Sichtauf zeichnungsgerät 90 und dem Magnetbandaufzeichnungsgerät 86 über Leitung 84 D-84 H zugeführt werden bezüglich solcher For mationseigenschaften, wie Salzgehalt, Porosität, Litho logie, Schiefergehalt und Wassersättigung. Anzeigen be züglich anderer Eigenschaften können ebenfalls entwickelt werden, falls erwünscht. As further stated in US Pat. No. 3,521,064, the computer 82 can be constructed in such a way that it determines the ratios of selected component proportion factors w _{i in} order to derive information relating to certain properties of the formations. For example, spectroscopic output signals can be developed by the computer 82 and fed to the converter circuit 88 and the visual recording device 90 and the magnetic tape recorder 86 via line 84 D - 84 H with regard to such formation properties as salinity, porosity, lithography, shale content and water saturation. Ads related to other properties can also be developed if desired.

Als Beispiel für die Ableitung einer Angabe be züglich des Salzgehaltes kann das Verhältnis w _Cl/w_H ge nannt werden, d. h. der Wichtungsfaktor w für Chlor divi diert durch den Wichtungsfaktor w für Wasserstoff. Der numerische Wert dieses Verhältnisses kann deshalb als Salzgehaltsindikator aufgezeichnet werden. Dieser Indi kator kann quantifiziert werden durch Korrelation mit Eichkurven, die in Formationen bekannten Salzgehalts entwickelt worden sind. Falls erwünscht, kann die Korre lation durchgeführt werden durch den Rechner 82 oder auch im Aufzeichnungsgerät 90 durch Einwirkenlassen eines an gemessenen Wandlungsfaktors, und Aufzeichnungen können direkt von dem so erhaltenen quantitativen Werten entweder zusätzlich oder anstelle des Verhältnisindikators gemacht werden.The ratio w _Cl / w _H can be named as an example for the derivation of an indication with regard to the salt content, ie the weighting factor w for chlorine is divided by the weighting factor w for hydrogen. The numerical value of this ratio can therefore be recorded as a salinity indicator. This indicator can be quantified by correlation with calibration curves that have been developed in formations of known salinity. If desired, the correlation can be performed by the computer 82 or in the recorder 90 by exposure to a measured conversion factor, and records can be made directly from the quantitative values thus obtained either in addition to or instead of the ratio indicator.

Ein geeignetes Verhältnis für die Angabe der Poro sität kann beispielsweise die Form aw _H/(bw _Si+cw _Ca) haben mit w _Si und w _Ca als berechnete Anteilsfaktoren für Silizium bzw. Calzium. Die Koeffizienten a, b und c (und weiter unten d) usw. stehen für unterschiedliche Gammastrahlungs emissionsintensitäten der jeweiligen Elemente für gleichen Neutronenfluß (infolge unterschiedlicher mikroskopischer Einfangquerschnitte und unterschiedlicher Gammastrahlungs/ Neutroneneinfangwechselwirkungswerten) und sind so ausge wählt, daß die einzelnen Terme, in denen sie erscheinen, z. B. (bw _Si+cw _Ca) konstant sind, unabhängig von den spezi fischen Mengen der Elemente der Formation. Generell sollte das Porositätsverhältnis so sein, daß es die Menge an Fluid in der Formation relativ zu der Menge von Matrix material repräsentiert, und jede andere Form eines Ver hältnisses, das für diesen Fall geeignet ist, kann einge setzt werden. Beispielsweise kann ein Verhältnis in der Form von a(bw _H+cw _Cl)/(dw _Si+ew _Ca) verwendet werden an stelle des vorerwähnten Verhältnisses. Das letztere Ver hältnis ist nämlich genauer als das erstere, weil es so wohl Wasserstoff wie Chlor berücksichtigt, die überwiegende Anteile am Formationsfluid haben. Das erstgenannte Ver hältnis erlaubt jedoch eine gute Annäherung, weil das Verhältnis von Wasserstoff in Wasser sich nicht schnell ändert mit einer Änderung des Salzgehalts (Chlor). Wie bei den vorerwähnten Salzgehaltsdaten können auch quanti fizierte Werte der Porosität durch Verwendung von Eich kurven abgeleitet werden, und auch dies könnte ohne weiteres im Rechner 82 oder im Aufzeichnungsgerät 90 vorgenommen werden.A suitable ratio for specifying the porosity can be, for example, the form aw _H / (bw _Si + cw _Ca ) with w _Si and w _Ca as the calculated proportion factors for silicon and calcium. The coefficients a, b and c (and below d) etc. stand for different gamma radiation emission intensities of the respective elements for the same neutron flux (due to different microscopic capture cross sections and different gamma radiation / neutron capture interaction values) and are selected such that the individual terms in which they appear, e.g. B. (bw _Si + cw _Ca ) are constant, regardless of the speci ﬁ c quantities of the elements of the formation. In general, the porosity ratio should be such that it represents the amount of fluid in the formation relative to the amount of matrix material, and any other form of ratio suitable for this case can be used. For example, a ratio in the form of a (bw _H + cw _Cl ) / (dw _Si + ew _Ca ) can be used instead of the aforementioned ratio. The latter ratio is more precise than the former because it takes into account hydrogen as well as chlorine, which have a large proportion of the formation fluid. However, the former ratio allows a good approximation because the ratio of hydrogen to water does not change quickly with a change in the salt content (chlorine). As with the aforementioned salinity data, quantified values of the porosity can also be derived by using calibration curves, and this could also be done easily in the computer 82 or in the recording device 90 .

Für die Ermittlung der Lithologie einer Formation kann man entweder ein oder beide von zwei Verhältnissen benutzen zur Anzeige dafür, ob es sich bei der Formation um Kalkstein oder Sandstein handelt. Ein geeignetes Ver hältnis für die Anzeige von Kalkstein kann die Form haben w _Si/w _Ca, während ein näherungsweiser Sandsteinindikator gewonnen werden kann durch Verwendung von w _Si/aw _Si+bw _Ca). Eine alternative Form eines Verhältnisses, das als Litho logieindikator verwendet werden kann, ist w _Si/aw _Si+bw _Ca +cw _u), worin w _u für einen oder mehrere andere Bestand teile, wie Sauerstoff, Eisen usw. steht, welche zu berück sichtigen wären. Indikatoren für von Sandstein bzw. Kalk stein abweichende Lithologien können natürlich auch vor gesehen werden.Either one or both of two ratios can be used to determine the lithology of a formation to indicate whether the formation is limestone or sandstone. A suitable ratio for the display of limestone can be in the form w _Si / w _Ca , while an approximate sandstone indicator can be obtained by using w _Si / aw _Si + bw _Ca ). An alternative form of a ratio that can be used as a lithography indicator is w _Si / aw _Si + bw _Ca + cw _u ), where w _{u represents} one or more other components, such as oxygen, iron, etc., which are to be considered would be visible. Indicators for lithologies deviating from sandstone or limestone can of course also be seen.

Experimentelle Resultate haben ergeben, daß die Verhältnisse w _Fe/w _Si, worin W _Fe der Anteilsfaktor für Eisen ist, und w _Fe/w _Ca beide in Schieferformationen höher sind als in Nichtschieferformationen. Auf diese Weise kann man demgemäß eine Schiefergehaltsindikator ableiten durch direkte Untersuchung eines dieser Verhält nisse. Alternativ könnte das Verhältnis w _Fe/(aw _Si+bw _Ca) gebildet werden. Dieses Verhältnis hat den Vorteil, gegen über beiden Verhältnissen W _Fe/w _Si oder w _Fe/w _Ca, daß be rücksichtigt werden kann, daß eine Schiefermatrix entweder Silizium oder Kalzium enthalten kann.Experimental results have shown that the ratios w _Fe / w _Si , where W _{Fe is} the component factor for iron, and w _Fe / w _{Ca are} both higher in shale formations than in non-shale formations. In this way, a shale content indicator can be derived by directly examining one of these conditions. Alternatively, the ratio w _Fe / (aw _Si + bw _Ca ) could be established. This ratio has the advantage over both ratios W _Fe / w _Si or w _Fe / w _Ca that it can be taken into account that a shale matrix can contain either silicon or calcium.

Generell gesagt werden die Auswertungen von τ-Σ-Logs sowohl quantitativ wie qualitativ verbessert durch das Vorliegen von genauen Daten bezüglich Eigen schaften der Formation, wie Lithologie, Schiefergehalt, Porosität und Salzgehalt. Kombinierte Untersuchung der vorstehenden Kennwerte und Spektroskopiedaten in Über einstimmung mit der vorliegenden Erfindung verbessert demgemäß das Wissen, das man aus Abklingzeit Logs entnehmen kann bezüglich des Formationsgehaltes an Kohlenwasserstoffen und deren Förderbarkeit. Darüber hinaus gewinnt man spezi fische Vorteile unter bestimmten Bedingungen, die bisher zu Schwierigkeiten führten. Beispielsweise haben bestimmte Formationen mit ausgeprägt unterschiedlichen Eigenschaften, wie Schiefer und hochsalzhaltige Sande, ähnliche τ und Σ- Werte und können deshalb nicht ohne weiteres durch τ-Σ- Logs allein unterschieden werden. Infolge der zusätzlichen Information jedoch, geliefert durch die Salzgehalts- und Schiefergehaltsindikatoren können solche Formationen unterschieden werden. Ein weiteres Feld von Verbesserungen ergibt sich in Verbindung mit Formationen niedrigen Salzgehalts (z. B. in der Größenordnung von 20 000 ppm), wo man weiß, daß das thermische Neutronenabkling zeitlog nur geringe Verläßlichkeit aufweist. Hier liefert das spektroskopische Salzgehaltssignal, z. B. das w _Cl/w _H- Verhältnis, genauere Salzgehaltsmeßwerte. Diese Messungen können dann verwertet werden anstelle der Salzgehalts werte, abgeleitet vom Abklingzeitlog, um Wassersättigungs werte in an sich bekannter Weise zu gewinnen. Zweckmäßiger weise können die Berechnungen der Wassersättigungswerte unter Verwendung der spektroskopischen Salzgehaltsmes sungen in dem Rechner 82 ausgeführt werden, und die Wassersättigungswerte, die man dabei erhält, werden aufge zeichnet mittels der Aufzeichnungsgeräte 86 und 90, die in Fig. 1 gezeigt sind.Generally speaking, the evaluations of τ - Σ logs are improved both quantitatively and qualitatively by the availability of precise data regarding properties of the formation, such as lithology, shale content, porosity and salt content. Combined investigation of the above characteristic values and spectroscopy data in accordance with the present invention accordingly improves the knowledge that can be gathered from the decay time logs regarding the formation content of hydrocarbons and their extractability. In addition, you gain specific advantages under certain conditions that have previously led to difficulties. For example, certain formations with distinctly different properties, such as slate and high-salt sands, have similar τ and Σ values and therefore cannot be easily distinguished by τ - Σ logs alone. However, due to the additional information provided by the salinity and shale level indicators, such formations can be distinguished. Another field of improvement arises in connection with formations of low salinity (e.g. in the order of 20,000 ppm), where it is known that the thermal neutron decay has little reliability over time. Here the spectroscopic salinity signal, e.g. B. the w _Cl / w _H ratio, more accurate salinity measurements. These measurements can then be used instead of the salinity values derived from the decay time log in order to obtain water saturation values in a manner known per se. Conveniently, the calculations of the water saturation values can be performed using the spectroscopic salinity measurements in the computer 82 , and the water saturation values obtained are recorded by means of the recorders 86 and 90 shown in FIG. 1.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend prinzipiell in Ausdrücken der Analyse von thermischen Neutroneneinfang gammastrahlungsenergiespektren beschrieben, doch versteht es sich, daß Gammaspektren, resultierend von anderen Neu tronenwechselwirkungen, ebenso gut analysiert werden kön nen. Solche andere Spektren können beispielsweise jene umfassen, erzeugt durch nicht elastische Streuung schnel ler Neutronen, und jene, die repräsentativ sind für Akti vierungsgammastrahlung. Im Falle von nicht elastischen Streuungsgammaspektren könnten die elektroskopischen Gatterschaltkreise durch Signale von der Programmier einrichtung 46 über eine entsprechende Zeitdauer entsperrt werden, während und bzw. oder unmittelbar folgend dem Auf treten eines Neutronenimpulses, wie generell beschrieben in US-PS 29 91 364. Falls erwünscht, könnte die 31-τ- Gesamtsequenz nach Fig. 3 variiert werden, um den 20-τ- Einfanggammaspektroskopieunterzyklus wegzulassen und unter Beibehaltung nur des 10-τ-thermischen Abklingzeitunterzyklus. Dies ergibt einen zusätzlichen Zeitgewinn für das Abklingen von Einfanggammastrahlung zwischen Neutronenimpulsen, um so die Höhe der Resteinfanggammastrahlung zu verringern während der folgenden unelastischen Streugammastrahlen erfassungsperiode. Although the invention has been described above principally in terms of the analysis of thermal neutron capture gamma radiation energy spectra, it should be understood that gamma spectra resulting from other neutron interactions can also be analyzed. Such other spectra may include, for example, those generated by non-elastic scattering of fast neutrons, and those representative of activation gamma radiation. In the case of non-elastic scattering gamma spectra, the electroscopic gate circuits could be unlocked by signals from the programming device 46 for a corresponding period of time, during and / or immediately following the occurrence of a neutron pulse, as generally described in US Pat. No. 2,991,364. If desired 3 be varied overall sequence of FIG, τ around the 20 - - which could 31- τ. Einfanggammaspektroskopieunterzyklus omit and retaining only the 10- τ -thermischen Abklingzeitunterzyklus. This results in an additional gain in time for the decay of gamma radiation between neutron pulses so as to reduce the level of residual gamma radiation during the subsequent inelastic scattering gamma ray detection period.

Spektroskopische Ausgangsdaten, entwickelt aus der Analyse unelastischer Streugammastrahlungsspektren, würden vorzugsweise Ausgangsdaten für Kohlenstoff und Sauerstoff umfassen. Solche Ausgangsdaten können wie in dem oben erwähnten US-PS 29 91 364 gewonnen werden durch Eingabelung der Kohlenstoff- und Sauerstoffspitzen in elastischer Gammastrahlung, d. h. 4,4 MeV für Kohlenstoff und 6,9 und 7,1 MeV für Sauerstoff. Vorzugsweise jedoch würde die Analyse der nicht elastischen Streugamma spektren ausgeführt unter Benutzung der oben beschriebenen Spektrumanpaßverfahren. Falls man so vorgeht, würden ge trennte Bestandteilspektren ausgewählt für die nicht elastische Streugammaanalyse. Diese könnten umfassen beispielsweise Spektren für Kohlenstoff, Sauerstoff, Silizium, Kalzium und Wasserstoff. Es kann auch wünschens wert sein, Bestandteilspektren für Resteinfanggammastrahlung oder andere Hintergrundgammastrahlung zu berücksichtigen. In jedem Falle würde man den oben erwähnten Spektrumanpaß prozeduren folgen, um die gewünschten spektroskopischen Ausgangsdaten abzuleiten, die beispielsweise Proportional faktoren, w _i für Kalzium, Kohlenstoff, Sauerstoff, Silizium und Wasserstoff und geeignete Verhältnisse derselben um fassen würden. Wen man sowohl thermische Neutronengamma einfangspektrospokiesignale wie auch nicht elastische Streugammaspektroskopiesignale wünscht, können die unter schiedlichen Typen von Spektren erfaßt und gleichzeitig analysiert werden, d. h. während desselben Durchgangs der Sonde, oder jede Analyse kann getrennt durchgeführt werden während mehrerer, z. B. abwechselnder, Durchgänge.Spectroscopic output data, developed from the analysis of inelastic scattering gamma radiation spectra, would preferably include output data for carbon and oxygen. Such output data can be obtained as in the above-mentioned US Pat. No. 2,991,364 by entering the carbon and oxygen peaks in elastic gamma radiation, ie 4.4 MeV for carbon and 6.9 and 7.1 MeV for oxygen. Preferably, however, the analysis of the non-elastic scattering gamma spectra would be performed using the spectrum matching methods described above. If this is done, separate component spectra would be selected for the non-elastic scattering gamma analysis. These could include spectra for carbon, oxygen, silicon, calcium and hydrogen, for example. It may also be desirable to consider component spectra for residual capture gamma radiation or other background gamma radiation. In any case, one would follow the above-mentioned procedures Spektrumanpaß to obtain the desired spectroscopic output data to derive the proportional factors for example, w _i of calcium, carbon, oxygen, silicon and hydrogen, and suitable ratios would take the same order. If you want both thermal neutron gamma capture spectroscopy signals and non-elastic scattering gamma spectroscopy signals, the different types of spectra can be acquired and analyzed simultaneously, ie during the same passage of the probe, or each analysis can be performed separately during several, e.g. B. alternating, passages.

Gleichzeitige Erfassung und Analyse könnten durch geführt werden durch Verwendung weiterer linearer Gatter schaltkreise (nicht dargestellt) zwischen den Diskriminatoren und den Pulssortierschaltkreisen des Pulshöhenanalysators 68, die in entsprechender Weise entsperrt würden durch Signale von der Programmiereinrichtung 46, um jenen Teil der Zeitverteilung der Detektorsignale durchzulassen, die von jedem Neutronenimpuls herrühren oder von ausge wählten Neutronenimpulsen entsprechend den inelastischen Streugammastrahlen. Die Einfanggammastrahlungserfassungs perioden könnten wie vorbeschrieben in ihrer Zeitlage fest gelegt werden. Der Rechner 82 würde in diesem Falle so aus gebildet werden, daß er den richtigen Satz von Bestand teilspektren-Koeffizienten α _ik den jeweils erfaßten inelastischen Streu- bzw. Einfanggammaspektren zuordnet.Simultaneous detection and analysis could be performed using additional linear gate circuits (not shown) between the discriminators and the pulse sorting circuits of the pulse height analyzer 68 , which would be unlocked accordingly by signals from the programmer 46 to pass that part of the time distribution of the detector signals, that originate from each neutron pulse or from selected neutron pulses corresponding to the inelastic scattering gamma rays. The capture gamma radiation acquisition periods could be set in their timing as previously described. In this case, the computer 82 would be designed such that it assigns the correct set of constituent part spectra coefficients α _{ik to} the inelastic scattering or capture gamma spectra recorded in each case.

Das Verfahren mit getrennten Sondendurchläufen könnte ohne weiteres durchgeführt werden durch Verwendung von Schaltern, die von der Erdoberfläche aus betätigbar sind zur Auswahl der jeweils angemessenen Detektorgatter sequenzen und für die Kommandoübermittlung zum Rechner 82, damit die richtigen Bestandteilspektrumkoeffizienten einge geben werden zwecks Analyse der jeweils erfaßten Gamma strahlungsenergiespektren.The method with separate probe runs could easily be carried out by using switches which can be actuated from the surface of the earth to select the appropriate detector gates and for the command transmission to the computer 82 , so that the correct component spectrum coefficients are entered for the purpose of analyzing the gamma detected in each case radiation energy spectra.

Falls erwünscht, kann die Anzahl der einzelnen Spektren, die in dem zusammengesetzten Spektrum vorgesehen werden müssen, verringert werden durch Subtraktion ge wisser einzelner Spektren von dem erfaßten Spektrum vor dem Zusammenpassen des erfaßten und des zusammengesetzten Spektrums. Beispielsweise können das Gammastrahlungs spektrum für Sauerstoff oder Jod oder beide von dem Einfanggammastrahlungsspektrum abgezogen werden, das während der spektroskopischen Perioden erzeugt wird. Wiederum können die Beiträge zu dem erfaßten Gammastrah lungsspektrum von relativ langlebigen Emittern (wie Sauer stoff) und von anderen Hintergrundquellen (wie der Eich quelle oder mehreren Eichquellen), natürlicher Gamma strahlung, radioaktiven Salzen in dem Bohrloch usw. berücksichtigt werden durch Erfassung solcher Beiträge während einer Zeitperiode, die der Spektroskopieperiode folgt, und durch Abziehen des Hintergrundspektrums, das man so gewinnt, von den erfaßten Spektroskopiespektren. Bei dem Einfanggammastrahlungsmeßzyklus nach Fig. 3 beispiels weise kann das Hintergrundspektrum zweckmäßigerweise während der 24-τ- bis τ-31-Stabilisierperiode gemessen werden, wobei dieses Spektrum dann auf einer Anteilsbasis abgezogen wird von dem Einfanggammaspektrum, das während der vorher gehenden Spektroskopieperioden 106 A-106 E entwickelt worden ist. Dies kann ohne weiteres in dem Rechner 82 erfolgen. Das resultierende hinsichtlich des Hintergrundes korrigier te Spektrum würde dann verwendet werden für die Entwicklung der gewünschten spektroskopischen Ausgangsdaten.If desired, the number of individual spectra that must be provided in the composite spectrum can be reduced by subtracting certain individual spectra from the acquired spectrum prior to mating the acquired and composite spectra. For example, the gamma radiation spectrum for oxygen or iodine or both can be subtracted from the capture gamma radiation spectrum generated during the spectroscopic periods. Again, the contributions to the detected gamma radiation spectrum from relatively long-lived emitters (such as oxygen) and from other background sources (such as the calibration source or several calibration sources), natural gamma radiation, radioactive salts in the borehole, etc. can be taken into account by detecting such contributions during a period of time following the spectroscopic period, and subtracting the background spectrum thus obtained from the acquired spectroscopic spectra. . In the Einfanggammastrahlungsmeßzyklus of Figure 3 example, the background spectrum can be conveniently during the 24- τ - to τ -31-Stabilisierperiode be measured, said spectrum is then subtracted on a percentage basis of the capture gamma ray spectrum, which during the preceding spectroscopy periods 106 A - 106 E has been developed. This can easily be done in the computer 82 . The resulting background corrected spectrum would then be used to develop the desired spectroscopic output data.

Claims

1. A method for examining earth formations from a borehole, in which the formations are irradiated by means of a neutron source and gamma radiation emanating from the formations and generated by interaction with the neutrons is fed from a gamma radiation receiver to a spectrum analyzer for the energy of the received gamma radiation, whereby by means of a timing control device, a time interval after each neutron radiation pulse, within which gamma radiation is received, is determined, characterized in that a time-dependent neutron characteristic of the formations is used as the controlling signal of the timing controller.

2. The method according to claim 1, characterized in that as controlling signal the thermal neutron decay time is used.

3. The method according to claim 1, characterized in that as controlling signal of the macroscopic capture cross section used becomes.

4. Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 3 with a probe movably suspended in the borehole, with devices accommodated in the probe for irradiating the earth formations with at least one first neutron pulse and with devices for measuring a selected, time-dependent neutron characteristic of the Formation, characterized by a detector arrangement ( 26 ) for the detection of the gamma radiation, based on the first neutron pulse, and for the generation of corresponding signals representative of the energies of the detected gamma radiation, by an analyzer ( 68 ) for the analysis of at least a part of the spectrum the gamma radiation, through gate circuits ( 44 ) for transmission to the analyzer of those signals generated in response to detected gamma radiation during a first period following the first neutron pulse, and through a controller ( 46 ) for controlling the ze Position of the operation of the gate circuits.

5. The device according to claim 4, characterized in that it is on Gamma radiation after irradiating the formation with a second Neutron pulse is designed appropriately.

6. Device according to one of claims 4 or 5, characterized characterized in that the gate circuits are a first variable gate include, in response to a control signal that is dependent on Time of the first neutron pulse to control the first Time period and that the control device contains circuits for the Generation of a first gate control signal as a function of the measured Value of the selected neutron characteristic.

7. The device for the method according to claim 2, characterized characterized in that the first gate control signal is generated so that it initiates the first time period with at least one measured value of Cooldown after the end of the first neutron pulse, and the first Time period ends with at least two measured values of the decay time after they start.

8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized characterized in that the control device contains circuits for the Generation of a control signal for controlling the time of the first Neutron pulse as a function of the measured value of the Neutron characteristics.

9. The device according to claim 5, characterized in that the Neutron characteristic measuring device is designed appropriately Signals generated by the detector array during a second Time period corresponding to a neutron pulse after the second neutron pulse follows, and includes second variable gate circuits in response to one Control signal depending on the appearance time of the following Control pulse for controlling the appearance time of the second Time period, and that the control device further contains circuitry for the generation of the second gate control signal as a function of measured value of the selected neutron characteristic.

10. Device according to one of claims 4 to 9, characterized by Means for comparing the analyzed proportion of the detected Gamma radiation energy spectrum with a composite Energy spectrum, built up from weighted spectra of components, which are primarily postulated in the irradiated formation Determination of the proportions of the postulated components under production of a composite spectrum that is best adapted to the analyzed portion of the recorded gamma radiation energy spectrum.

11. Device according to one of claims 4 to 10, characterized in that a plurality of the neutron pulses is generated by the irradiation device ( 24 ) during a succession of time intervals and that devices are provided for the generation of calibration signals and for the transmission of these calibration signals the analyzer for a predetermined period of time within each time interval.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the calibration device comprises:

a source of gamma rays of known energy,
a device for the transmission of signals generated by the detector arrangement in response to the calibration gamma radiation to the analyzer during the predetermined time periods within alternating time intervals,
- Means for generating a first series of calibration signals of low amplitude and a second series of calibration signals of high amplitude with a substantially constant amplitude ratio, and for alternately transmitting the first series of signals and the second series of signals to the analyzer during the predetermined time periods of remaining time interval in the sequence of intervals,
Devices for forming the ratio of the channel positions of the first and second series of calibration signals,
- Means for generating a control signal depending on the difference between the channel position ratio and the amplitude ratio, and
Means responsive to this relationship to correct any error in the analyzer.