AT525823A2 - Vorrichtung und Verfahren zur helikalen Borlochkartierung - Google Patents

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Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine graduelle Feststellung der Homogenität der Betonummantelung von Verrohrungen (Casing) in Bohrlöchern. Gemessen werden die, durch den im Beton vorhandenen Wasserstoff, rückgestreuten Neutronen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so gestaltet, dass durch eine gleichzeitige Rundum- und Hubbewegung von Neutronenquellen und Neutronendetektor, eine kontinuierliche Kartierung der Neutronenrückstreurate in Echtzeit ermöglicht wird. Die Steuerung der in die Casings eintauchenden erfindungsgemäßen Vorrichtung, erfolgt durch eine dafür entworfene Elektronik, unter Zuhilfenahme von FOGs; die Auswertung der Messung erfolgt an der Erdoberfläche in Echtzeit. Eine Dewar – Kapselung und Evaporations - Kühlung sorgen für eine reibungslose Funktion auch bei größeren Tiefen und somit höheren Temperaturen. Der modulare Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet einen Einsatz in verschiedenen Rohrdurchmessern, sowie eine rasche An- und Abkoppelung der n-Quellen, in Hinblick auf den Strahlenschutz.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur helikalen Borlochkartierung
Dr. „nu. Werner Pochman
Mag. Dr. ‚er.nat. Karl Melber Dipl. Ing. men. Richard Pochman
In der Bohrlochtechnik allgemein, insbesondere jedoch in der Erdöl- und Erdgasfördertechnik, stellt die Kenntnis über die Integrität und Homogenität der Betonummantelung von Bohrloch — Casings (Verrohrung) einen wesentlichen Faktor dar. Die derzeit angewendeten physikalischen und geologischen Untersuchungsmethoden dazu, liefern meistens nur ungefähre Aussagen an bestimmten diskreten Stellen. Die hier vorgestellte erfindungsgemäße Vorrichtung hingegen, liefert eine präzise Örtliche und kontinuierliche Aussage darüber, innerhalb einer Casing -Kolonne (5.Fig.1).
Die Integrität und Homogenität der Betonummantelung wird mit Hilfe rückgestreuter Neutronen, durch den im Beton vorhandenen Wasserstoff, festgestellt. Durch eine synchronisierte horizontale Kreis- und vertikale Hubbewegung des Sondenkopfs (5.Fig.2a) (5.Fig.2b) — also prinzipiell entlang einer Schraubenlinie — kann eine kontinuierliche Protokollierung der Neutronenrückstreurate, parametrisiert nach Winkel und Tiefe, erfolgen, womit eine exakte Positionsangabe von etwaigen im Beton vorhandenen Fehlstellen, und damit eine komplette Kartierung der Betonhinterfüllung des Casings ermöglicht wird. Die Auswertung und Steuerung der in die Casing eintauchenden erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt durch eine angepasste Elektronik (5.Fig.5b.22-23) (5.Fig.6) (5.Fig.7). Die Kühlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (5.Fig.8), erfolgt durch Evaporation von Wasser. Der modulare Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung (5.Fig.4a) (5.Fig.4b) (5.Fig.4c) (5.Fig.8), gewährleistet ein Befahren von verschiedenen Casing — Durchmessern, sowie einen raschen Ein- und Ausbau der verwendeten Neutronenquellen, in Hinblick auf Strahlenschutzmaßnahmen.
Die Langzeitintegrität von Bohrlöchern, ist u.a. in der Erdöl- und Erdgasindustrie, ein wichtiges Kriterium. Eine wesentliche Komponente dabei, ist die Verbindung zwischen der Betonummantelung und Casing (Verrohrung) einerseits, sowie dem ummantelnden Beton und dem darum liegenden Gestein andererseits.
Von fundamentaler Bedeutung dabei ist, dass die besagte Betonschicht zwischen Casing und umliegenden Gestein möglichst homogen ist, was in der Praxis jedoch nicht immer wunschgemäß ausfällt.
Diese Inhomogenitäten können durch ungleiche Betonstärken, Luftblasen oder Wassereinbrüche hervorgerufen werden, wobei es unwesentlich ist, ob es sich um neue Bohrungen handelt oder um die Reaktivierung aufgegebener, alter Bohrlöcher. Zur Feststellung dieser Inhomogenitäten kommen derzeit in der Fördertechnik, MWD — Systeme (Measurement While Drilling) zum Einsatz, Messanlagen, welche sich der Auswertung von Parametern, wie Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, Ultraschall, aber auch kernphysikalischer Größen, wie etwa v- und NeutronenStrahlung bedienen.
Hier wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgestellt, welche eine kontinuierliche Bestimmung darüber vermittelt, wo besonders starke inhomogene Verteilungen einer solchen Betonummantelung - angegeben in den Parametern Bohrlochtiefe und Winkelverteilung - zu finden sind.
Das Casing besteht in der Hauptsache aus einem teleskopartig ineinander geschoben System von Rohren, die ins Bohrloch eingebracht werden (5.Fig.1). Jede Kolonne, wie man die miteinander verbundenen Rohrstücke gleichen Durchmessers nennt, wird für sich im Gelände festgesetzt, indem man das Loch allmählich bis auf den äußersten Durchmesser der nächstkleineren Kolonne verkleinert. Dieser lichte Durchmesser schwankt in der Praxis zwischen 24 und 4 Zoll (ca. 60 — 10 cm).
Zement gehört neben Wasser (H,O) und Gesteinskörnung zu den Ausgangsstoffen, welcher bei der Betonierung von Bohrlöchern verwendet wird. Die zum Ausbetonieren eines Bohrlochs verwendeten Materialien bestehen also aus Zement und zu ca. 20% aus H,;O, - wobei das Vorhandensein des Wasserstoffs in den weiteren Betrachtungen eine wesentliche Rolle spielen wird.
1.1 Wasserstoff (H)
Ein Wasserstoffatom ist ein Atom des chemischen Elements Wasserstoff („H“). Das Atom besteht aus einem einfach positiv geladenen Atomkern (Proton) und einem negativ geladenen Elektron. Elektron und Atomkern sind, aufgrund ihrer entgegengesetzten elektrischen Ladung, an einander gebunden (Coulomb’sches Gesetz).
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Neutronen sind elektrisch neutrale Teilchen mit dem Formelzeichen „n“, welche neben den Protonen („p“, elektrisch positiv geladen), Bestandteil der meisten Atomkerne und damit der uns allen vertrauten Materie sind.
Freie Neutronen werden entsprechend ihrer Energie (gemessen in Elektronvolt, eV) in die Klassen subthermisch, thermisch, epithermisch, mittelschnell, schnell und relativistisch eingeteilt.
1.3 Streuung von Neutronen an Wasserstoff
Zur Untersuchung von kondensierter Materie wird u.a. die Methode der elastischen Streuung von Neutronen an eben dieser Materie verwendet. Da freie Neutronen bei ihrer Entstehung in die Energieklassen „schnell“ bzw. „relativistisch“ fallen, werden diese durch elastische Streuung, besonders an leichten Atomkernen, also Nukliden niedriger Ordnungs- und Massenzahl, abgebremst, bis sie niedrigere Energien (epithermisch oder thermisch) erreichen. Man nennt diese leichten Atomkerne auch Moderatoren, bei denen der Wasserstoff, auf Grund seiner niedrigsten Ordnungsund Massezahl eine wesentliche Rolle spielt.
Wesentlich dabei ist die Wechselwirkung, welche zwischen den Neutronen und den H — Atomen stattfindet, die durch den sog. „Wirkungsquerschnitt“ (0) beschrieben wird. Der Wirkungsquerschnitt hat die Dimension einer Fläche und wird in „barn“ (1b = 107% cm?) angegeben und hängt hauptsächlich von der kinetischen Energie des einfallenden Teilchens und von der Art des getroffenen Teilchens ab, was bedeutet, dass Wirkungsquerschnitte Materialeigenschaften darstellen.
Da bei der Anwendung der erfindungsgemäßRen Vorrichtung die elastische Streuung von Interesse ist, kann man sich auf die Betrachtung des (energieabhängigen) Streuquerschnitts (03) von Neutronen an Wasserstoff beschränken.
Der Primärstrahl von schnellen Neutronen durch ein Medium wird exponentiell geschwächt, wobei mit wachsender Schichtdicke „d“ des Materials immer mehr Streustrahlung entsteht.
Um freie Neutronen zu erzeugen, müssen diese kontinuierlich aus Atomkernen freigesetzt werden, da sie mit einer Halbwertszeit 1 = 10,23 (min) über eine ß-minus Umwandlung zerfallen.
1.4 Neutronenquellen Die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten n-Quellen sollten folgende
Voraussetzungen erfüllen:
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e Geringe Abmessungen
e Hohe n-Ausbeute
e Geringe Sekundärstrahlung (wie etwa: V-)
e Lange Lebensdauer der erzeugenden Nuklide
1.5 Neutronendetektoren
Da Neutronen selbst keine elektrische Ladung besitzen, beruht deren Nachweis und Messung auf die Schaffung solcher Ladungen durch Kernreaktionen verschiedener Materialien. Eine wesentliche Rolle dabei spielt wiederum deren Wirkungsquerschnitt („0“).
Bei den durch Kernreaktionen geschaffenen Teilchen handelt es sich im Wesentlichen um a-Teilchen oder um Protonen (p).
Der Wirkungsquerschnitt und damit die Nachweiswahrscheinlichkeit der n von hängt von deren Energie ab, wobei diese im niedrigeren Energiebereich (thermisch) immer größer wird.
Beispielsweise wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein He — Zählrohr verwendet, welches im Proportionalmodus betrieben wird, d.h. wo die Stärke des Signals proportional zur Energie des auftreffenden n ist, was wiederum von der angelegten Spannung abhängig ist.
Ein solches Zählrohr, wie für die erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen (5.Fig.2b.3), wird etwa in /1/ beschrieben
1.6 Abschirmung von (thermischen) Neutronen
Oft ist es wünschenswert, dass bestimmte Teile einer Anordnung, oder Apparatur vom Auftreffen (thermischer) Neutronen verschont bleiben. Dazu verwendet man Materialien, wie etwa !'°Cd oder '°B, welche eine hohe Abschirmwirkung haben.
Die dabei auftretenden Kernreaktionen sind:
Cadmium: "3Cd(n,y)''*Cd + 9,0 MeV Bor: "B(n,a)’Li + 2,8 MeV
Bei der Reaktion mit Cd findet ein n-Einfang statt und es wird v-Strahlung freigesetzt, welche als Sekundärstrahlung freilich unerwünscht ist. Bei der Reaktion mit B werden nach einer n-Absorption a-Teilchen emittiert, welche hinsichtlich der Strahlenbelastung weniger problematisch sind.
Bor wird meist in natürlicher Isotopenzusammensetzung (80,9 % ''B und 19,1 % '°B) als Borcarbid (B4C) in Granulat-Form verwendet. Bei einer Dichte von z. B. 1,76
5127
So wird B4C in der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Abschirmmaterial verwendet.
1.7 Casing
Bei geophysikalische Bohrlochmessungen, werden bereits unter Ausnutzung kernphysikalischer Effekte, Parameter wie z.B.: Radioaktivität, Dichte und Porosität der durchteuften Formation erfasst. Dabei wird zwischen aktiven und passiven Messungen unterschieden. Die Ermittlung der natürlichen Radioaktivität der Gesteine ist eine passive Messung, während die Messung mit Neutronensonden, wo die Wechselwirkung der emittierten Neutronen mit der umliegenden Materie gemessen wird, ein aktives Messverfahren darstellt.
Genormte und universell in der Praxis auftretende Bohrlochparameter sind in (5.Fig.1) ersichtlich.
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(ROtating Neutron Device for the Detection of Inhomogenities in Surrounding Concrete)
RONDDISC besteht aus mehreren Einzelmodulen, die — falls nicht anders angegeben — aus einem Material gefertigt sind, welches gegenüber Neutronen einen geringen totalen Wirkungsquerschnitt besitzt. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dafür, beispielsweise das Material Aluminium (Al), bzw. das widerstandsfähigere und auch in der Kerntechnik eingesetzte, zirkoniumhältige Material Zircaloy verwendet werden.
2.1 Modul 1: Rotationsmodul
2.1.1 Bauteil A: Sondenkopf
Der Sondenkopf besteht aus 2 austauschbaren n-Quellen (bzw. Adapter, welche solche aufnehmen) (5.Fig.2a,2b.1), einem n-Zählrohr (5.Fig.2a,2b.3), und einem Kollimator (5.Fig.2a,2b.5).
Die beiden n-Quellen (bzw. Adapter) befinden sich in Al- / Zircaloy- Halterungen (5.Fig.2a,2b.2), in welche sie, von unten her, ein- bzw. ausgefahren, sowie ver- bzw. entriegelt werden. Das Zählrohr befindet sich in einer BıC — Keramikhalterung (5.Fig.2a,2b.4), welche im Wesentlichen die Funktion hat seitlich einfallende thermische n zu absorbieren. Die Anordnung ist in ihrem Durchmesser so dimensioniert, dass sie mindestens für Casing - Strings mit einem Außendurchmesser von 6%“ (2 16,83 cm) bis zu 20,0“ (2 50,80 cm) einsetzbar ist.
Bei der Ausdehnung der n wird, vereinfachender Weise, jeweils von einer Punktquelle und Kugelform (477) ausgegangen. Da aber bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur jene rückgestreuten thermische n von Interesse sind, welcher sich von der Betonschicht in Richtung Zählrohr bewegen, und von diesem wiederum auch nur jene, welcher in etwa senkrechter Richtung auf das Zählrohr auftreffen, muss der in anderen Winkeln einfallende thermische n-Fluss ausgefiltert werden. Dies erfolgt mit Hilfe eines wabenförmigen Kollimators, welcher aus Al — Sechseckröhren besteht, deren Mantelflächen mit BıC — Lack bestrichen wurden (5.Fig.2a,2b.5). Wie schon oben erwähnt weist das im B4C vorhandene Bor weist gegenüber Neutronen einen starken Absorptionsquerschnitt („oa“) auf.
Mittels dieses Kollimators wird eine Erfassungskeule in einem engen Raumwinkel realisiert. Die halbkreisförmige Aussparung im rückwärtigen Teil des B4C — Blocks ist — nur bei der Anordnung für ein 6%“ — Casing String — für die Aufnahme der Zentralachse gedacht.
6 7127
Die Dreheinheit (5.Fig.3) besteht aus der (innen hohlen) Zentralachse (5.Fig.3.9), der Drehscheibe (5.Fig.3.7), auf der der Sondenkopf (5.Fig.2a,2b) montiert ist, einem Wuchtausgleich (5.Fig.3.8), einer sich nicht mitdrehenden Abschirmscheibe (5.Fig.3.10), auf dem sich der elektrischen Antriebsmotor (5.Fig.3.13), und der Schleifring (5.Fig.3.14) befinden.
Am oberen Ende der Zentralachse ist eine Ausladung, mit einem an ihrem äußeren Ende angebrachten Permanentmagneten (Indexmagnet) so angebracht, dass diese Ausladung „über“ dem Zählrohr steht und an einer an der Abschirmscheibe angebrachten Hallsonde bei der Drehbewegung vorbeigeführt wird (5.Fig.3.11). Das durch die Hallsonde erzeugte Signal, legt somit bei jeder Umdrehung der Dreheinheit den relativen Nullpunkt derselben fest, während der absolute Nullpunkt der ganzen Anordnung durch die Kombination dieses Wertes und der Information, welche aus den „FOGs“ (5.Fig.5a) ausgelesen wird, bestimmt wird.
Die hohle Zentralachse (5.Fig.3.9) (mit den darin verlaufenden Leitungen zum bzw. vom Zählrohr) wird in die ebenfalls hohle Antriebswelle des Motors (5.Fig.3.13) geschoben und mit dieser fixiert. Am oberen Ende der Zentralachse ist diese mit einem Schleifring (5.Fig.3.14), verbunden, dessen feststehendes oberes Ende die Leitungsanschlüsse von „Modul 1“ in den „Modul 2“ überführt. Alle, durch die zentrale Drehachse führenden Leitungen, sind mittels rüttelfester Steckkontakte (5.Fig.3.16), mit dem sich drehenden Teil des Schleifrings verbunden.
Aus strahlungstechnischen Gründen sind die oberen Bauteile (Motor, Schleifring etc.) durch die Abschirmscheibe (5.Fig.3.10) (welche aus einer „Sandwich — Anordnung“ von n- reflektierenden (Graphit, Beryllium) und n-absorbierenden Material (BıC) besteht) abgeschirmt.
Der Zusammenstellung von Sondenkopf und Dreheinheit (Modul 1) sind in (5.Figs. 4al4b/4c) ersichtlich, wobei (5.Fig. 4a) die Zusammenstellung für den kleinsten Casing Durchmesser, (5.Fig. 4b) die Zusammenstellung für größere Casing Durchmesser zeigt; (5.Fig. 4c) zeigt eine Explosionsdarstellung von Modul 1.
„Modul 2“ (5.Fig.8) enthält die FOGs (5.Fig.5a), die Energieversorgung und die elektronische Steuerung (5.Fig.7), sowie die Kühlvorrichtung (5.Fig.8) der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Über einen Zwischenstecker (5.Fig.3.16) erfolgt die Verbindung zum Modul 1.
Aus strahlungstechnischen Gründen besteht die untere Montageplatte von „Modul 2“ (5.Fig.5b.21) ebenfalls aus einer „Sandwich — Anordnung“ von n-reflektierenden (Graphit, Beryllium) und n-absorbierenden Material (B4C).
2.2.1 Positionierung im Bohrloch Da im unterirdischen Einsatz magnetische Kompasse ungeeignet sind und
handelsübliche Gyroskope meistens eine Größe besitzen, welche über das kleinste Innenmaß eines Casing Strings (Innen-£: 14,41 cm bzw. 5,675 “) hinausgehen, wird in der erfindungsgemäßRen Vorrichtung ein FOG-IMU (Fiber Optic Gyro — Inertial Measurement Unit) verwendet. Das Prinzip dabei ist folgendes:
Ein kohärentes Lichtbündel einer Lichtquelle, wird mit einem halbdurchlässigen Spiegel in zwei Teilstrahlen aufgeteilt. Diese werden mit Hilfe von Spiegeln in entgegengesetzter Richtung im Kreis geführt und treffen an dem Strahlteiler wieder aufeinander und ein bestimmtes Interferenzmuster kann beobachtet werden. Befindet sich die Anordnung in Ruhe, sind die Wege beider Strahlen gleich lang und in der Mitte des Schirms erfolgt eine destruktive Interferenz, deswegen, weil bei der Reflexion von einem optisch dünneren zu einem optisch dichteren Medium, jeweils eine Phasenverschiebung von 180° entsteht, was sich bei den in Gegenrichtung laufenden Strahlen als Phasenverschiebung von 180° darstellt. Wird nun aber der ganze Aufbau um eine Achse senkrecht zur Strahlebene gedreht, ist der optische Weg für beide Teilstrahlen nicht mehr gleich lang, da sich in der Zeit, die das Licht für einen Umlauf benötigt, der Strahlteiler bereits ein Stück weiter gedreht hat. Dadurch erfolgt eine Verschiebung der Interferenzstreifen, welche als Maß für die Verdrehung dient.
Ein solches FOG, wie in der erfindungsgemäßRen Vorrichtung verwendet, wird in /2/ beschrieben.
Der Aufbau der „FOG - Anordnung“ (5.Fig. 5a.18) und deren Steuerung (5.Fig. 5a.19) sind in „Modul 2“ ersichtlich.
2.2.2 Aufbau der Zählrohrelektronik
Es wird dazu eine Hochspannungsversorgung (5.Fig.7) benötigt. Die Form jedes Zählimpulses wird in Echtzeit softwaremäßig erfasst. Damit ist es möglich bestimmte
8
2.2.3 Aufbau der Steuerungselektronik
Abgesehen von der Messanordnung des Zählrohrs, bedarf es einer Steuerungs-
elektronik, welche u.a. die Aufgabe für die Weiterverarbeitung des vom Zählrohr
ausgesandten Signals, dem Signal der Hallsonde und des Signals der FOGs hat, und zwar derart, dass folgende Bedingungen erfüllt sind:
e Ausrichten der Dreheinheit derart, dass die Ausladung des Permanentmagneten gleichauf mit der Hallsonde liegt (relative „Nullposition“).
e Ausrichten der gesamten Anordnung derart, dass sich die relative Nullposition, sowohl mit der von den FOGs mitgeteilten Lage (absolute „Nullposition“), als auch einem vorher außen festgelegten „Nullpunkt“ deckt.
e Die Abweichungen der relativen Nullposition der Dreheinheit von der absoluten Nullposition der ganzen Anordnung einerseits, sowie die Abweichung dieser vom vorher außen festgelegten Nullpunkt andererseits, werden elektronisch erfasst und aufzeichnungsmäßig derart korrigiert, dass jederzeit eine eindeutige Zuordnung des aufgezeichneten Zählrohrsignals hinsichtlich der Bohrlochtiefe und des Horizontalwinkels getroffen werden kann.
Diese Steuerungselektronik besteht aus der Basiseinheit (5.Fig.6) (an der Erdoberfläche) und der Sondeneinheit (5.Fig.7) in der abgesenkten Vorrichtung. Beide Einheiten können durch einen Lichtwellenleiterkabel (LWL) verbunden werden.
a) Basiseinheit:
Die elektronische Basiseinheit (5.Fig.6) an der Oberfläche besitzt die die aktuelle Tiefeninformation und speichert diese in einem Zeit-Tiefenprofil ab. Statusanzeigen geben die aktuelle Zustandsinformation wieder und über Steuertasten können Initialisierungs- und Auslesevorgänge gestartet werden. Ein Netzwerkanschluss vermittelt die Verbindung zum Anlagenrechner. Ein Webinterface ermöglicht die Bedienung und liefert die Messdaten im für die Weiterverarbeitung passenden Format.
b) Sondeneinheit:
Die elektronische Sondeneinheit (5.Fig.7) erzeugt die für das Zählrohr (5.Fig.2b.3) erforderliche Hochspannung und wertet die Pulse aus. Sie steuert den Motor an (5.Fig.3.13), der Motor versetzte die Dreheinheit (5.Fig.3) in Rotation, wodurch die Neutronenrückstreuung als azimutale Zählrate erfasst werden kann. Die Fiber Optic
9
2.2.4 Betriebsablauf
a) Initialisierung
Vor dem Absenken sind Sondeneinheit (5.Fig.7) und Basiseinheit (5.Fig.6) per LWL zu verbinden. Die Dreheinheit muss, zwecks Festlegung des Azimut — Nullpunkts, eingenordet werden. Die Zeitgeber von elektronischer Sondeneinheit und elektronischer Basiseinheit werden synchronisiert. Optional kann mittels eines Test Casings, umrandet mit einem sektional strukturierten Außenmaterial (Luft, Wasser, Gestein, Beton) eine Kalibrierung der Zählraten stattfinden. Danach wird die erfindungsgemäße Vorrichtung auf den tiefst möglichsten Punkt der Verrohrung abgesenkt.
b) Sondierung
Mit dem Aufstieg der erfindungsgemäßen Vorrichtung beginnt der Messvorgang innerhalb der Verrohrung. Die elektronische Basiseinheit zeichnet das ZeitTiefenprofil, die elektronische Sondeneinheit das Zeit - Winkelprofil auf.
C) Auswertung
Die beiden Profile werden zum Ergebnis, dem Tiefen - Winkelprofil zusammengeführt. Das Ergebnisprofil wird über den Netzwerkanschluss dem Anlagenrechner zur Verfügung gestellt. Diese gewährleistet eine kontinuierliche Aufzeichnung, welche wahlweise numerisch — graphisch oder optisch (über einen CCD Koppler) dargestellt werden kann.
Da das verwendete Zählrohr im Proportionalbereich betrieben wird, kann eine Auswertung der n-Rückstreuung in verschiedenen Energiebereichen erfolgen, was ebenfalls durch die Steuerungselektronik festgelegt wird. ZweckmäßRig dazu ist eine vorgehende Eichung der Anlage mit einer Reihe von definierten Proben von Betonstärken, Wasser und anderen häufig im Erdreich vorkommenden Materialien. d) LWL Verbindung
Bei aufrechter LWL-Verbindung wird das Ergebnisprofil in Echtzeit erstellt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit die Sondierungsphase, unter Einsatz von Batterien und Datenspeicherung (in der abgesenkten erfindungsgemäßen Vorrichtung) durchzuführen. Die Auswertung findet dann erst am Ende der Sondierung statt.
2.2.5 Kühlung
Da die Bohrlochtemperatur mit zunehmender Tiefe um ca. 3°C pro 100 m ansteigt, liegt diese bei einer Tiefe von 5 km schon bei ca. 160°C. Da sowohl die Umgebungstemperatur des Zählrohrs, It. Hersteller, nicht über 100°C ansteigen sollte, als auch die Zählrohr- und Steuerungselektronik keinen höheren
10
Diese wird erreicht einerseits, durch die Ausführung der Außenhüllen von „Modul 1“ und „Modul 2“ als „Dewargefäße“, als auch andererseits durch den Einsatz eines Evaporations — Kühlungssystems (5.Fig.8).
Näher wird eine solche „Evaporations —- Kühlung“ in /3/ beschrieben.
2.2.6 Koppelung
Die Koppelung von „Modul 1“ und „Modul 2“ sowie deren Deckel- und Bodenverschlüsse sind derart ausgeführt, dass sie mit den herkömmlichen „coiled tubing“ — Anschlüssen in der Erdöl- und Erdgasindustrie kompatibel sind /4/. Die Neutronenquellen werden erst am Ende des Zusammenbaus, von unter her, in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingeschoben (5.Fig.2a.1) (5.Fig4c).
Die gekoppelte Anordnung von „Modul 1“ und „Modul 2“ ist in (5.Fig. 9) ersichtlich.
11
MODUL 1 Nummer Bezeichnung 1 Neutronenquellen (bzw. Adapter dafür) 2 Halterungen für Neutronenquellen 3 Zählrohr 4 Zählrohrabschirmung 5 Sechseck - Kollimator 6 Aussparung für Zentralachse 7 Untere Rotorplatte (mit Aussparung für Einschub der n-Quellen) 8 Wuchtausgleich 9 Hohle Zentralachse 10 Obere Rotorplatte (Sandwich aus n-abs. und n-refl. Material) 11 Untere Aufbauplatte mit Hallsonde 12 Montagewinkel (4 Stück) 13 Antriebsmotor
14 Schleifring mit Antrieb
15 Obere Aufbauplatte
16 Verbindungsstecker
MODUL 2
Nummer Bezeichnung
17 Montageplatte
18 FOGs (3 Stück)
19 Steuerung FOGs
20 Montagewinkel (2 Stück)
21 Untere Montageplatte 22 Elektronische Steuerung 23 Elektronische Steuerung
25
/1/ „VacuTec Meßtechnik GmbH”, DornblüthstraRe 14a, D-01277 Dresden, Germany, (https://www.vacutec-gambh.de/en/products/environment/countertubes-gm-p-n/neutron-detectors.html)
/2/ “High Quality 3-Axis Fiber Optic Gyroscope”, North Star Tech, P.R.C
/3/ “High Temperature 300° Measurement While Drilling (MWD)”, USDOoE, T. Kruspe, Nov. 2018
/4/ “Coiled Line Pipe”, Tenaris, www.tenaris.com
26

Claims (12)

  1. . Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine symmetrische, drehbare Anordnung von n-Quellen (5.Fig.2a,2b.1) und nZählrohr (5.Fig.2a,2b.3) eine in Echtzeit kontinuierliche Ermittlung der Beschaffenheit von Bohrlöchern — parametrisiert nach Bohrlochtiefe und Winkel — durch die Messung von rückgestreuten Neutronen, ermöglicht.
  2. . Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass durch einen dem Zählrohr vorgeschalteten Sechseck-Kollimator (5.Fig.2a,2b.6) die Erfassung der rückgestreuten Neutronen auf enge Raumwinkel begrenzt wird.
  3. . Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine 3dimensionale Orientierung der verbundenen Module im Bohrloch durch FOGs (5.Fig.5a.18) erfolgt, sowie eine Steuerungselektronik (5.Fig.5b) (5.Fig.6) (5.Fig.7), welche ein Abweichen der Vorrichtung vom vorher festgelegten Winkelnullpunkt überwacht und die Aufzeichnung der Messung dahingehend korrigiert.
  4. . Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellung der Messdaten in Echtzeit erfolgen kann, ebenso wie die Auswertung der Messdaten während des Versuches und die permanente Überprüfung des Versuchsablaufes (5.Fig.6)
  5. . Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Teile („Modul 1“ (5.Fig.4c): „Sondenkopf“ (5.
  6. Fig2a‚,2b), „Dreheinheit“ (5.Fig.3); „Modul 2“. (5.Fig.8): „FOGs“ (5.Fig.5a) „Steuerungselektronik“ (5.Fig.5b), „Evaporations-Kühlung“ (5.Fig.8)) modular aufgebaut sind.
  7. Da insbesondere in der Erdöl- und Erdgas-Bohrtechnik verschiedene genormte Casing -— Durchmesser zur Anwendung gelangen, muss jeweils nur ein entsprechend dimensioniertes „Modul 1“ (5.Fig.4a) (5.Fig.4b) an das befahrene Casing — Innendurchmesser angepasst und mit „Modul 2“ verbunden werden.
  8. Es können somit verschiedene Casing —- Durchmesser befahren werden.
  9. . Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass kurze Einbauzeiten der n-Quellen (5.Fig.2a,2b.1) ermöglicht werden, wobei letztere bis vor Beginn der Messung in einem strahlensicheren Behälter gelagert werden können.
  10. . Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Zählimpulse in Echtzeit softwaremäßig erfasst werden (5.Fig.6) (5.Fig.7).
  11. Damit ist eine genaue Energieauswahl und die Korrektur von Pulsüberlagerungen möglich.
  12. 12
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