NO781961L - Fremgangsmaate for radioaktiv broennlogging - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for radioaktiv brønnlogging.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremgangsmåter og apparaturer for radioaktiv brønnlogging. Mere spesielt angår oppfinnelsen teknikker for å bestemme asimut og hastigheten for horisontale fluidstrømmer i jordformasjoner i nærheten av et borehull ved anvendelse av nøytronaktivering og analysen av den resulterende gammastråling som avgis av det aktiverte fluid.

Ved sekundær og tertiær gjenvinning av petroleum-forekomster benytter mange av gjenvinningsteknikkene injeksjon av vann eller kjemiske oppløsninger i jordformasjoner som inneholder reservoaret fra injeksjonsbrønner. Ved planlegging av gjenvinningsarbeidet er injeksjon av vann eller kjemikalier delvis begrenset«av visse antagelser og/eller tilnærmelser med henblikk på mobiliteten på fluidet i formasjonen som inneholder reservoaret. Vesentlige faktorer i slike fluidinjeksjonspro-grammer omfatter den vertikale konformitet av produksjonsforma-sjonen så vel-som dennes horisontale permeabilitet og uniformitet. I visse reservoarer kan formasjonstømming eller horisontal skil-ling på grunn av permeabilitetsbarrierer forekomme. I slike tilfeller kan tilsynelatende korrelevante permeabilitetsinter-valler separeres fra en brønn til en annen i feltet på grunn av at slik formasjonstømming eller permeabilitetsbarrierer er anbragt' på tvers av formasjonsintervallet mellom brønnene.

Dét er derfor åpenbart at et visst kjennskap til eksistensen av slik tømming eller slike permeabilitetsbarrierer vil forhindre injeksjon av store mengder kostbare kjemikalier eller vann inn i et gjenvinningsmønster hvori formasjonskontinui-teten mellom injeksjonsbrønn helt eller delvis er■fraværende. Dette kan forhindre sløsing av store summer av penger, tid og innsats og et nyttesløst forsøk på å gjenvinne sekundære eller

tertiære vanskelige forekomster.

Informasjon med henblikk på.en slik struktur i jordformasjonen kan oppnås ved en evaluering av retningen og hastigheten på fluidstrømmen i formasjonen ved hjelp av et borehull i marken. Ved å oppnå slike hastigheter og retninger ved strømningsmålinger på et tilstrekkelig antall punkter i olje-feltet kan en kartlegging av hele strømningsmønsteret i reservoaret oppnås for å understøtte driftsplanlegging med henblikk på injeksjon av kjemikalier eller vann for å understøtte bestem-melsen av optimale utvinningshastigheter. Videre kan kjenn-skapet til laterale vannstrømningskarakteristika for en spesiell formasjon i et produksjonsfelt sterkt understøtte forståelsen av reservoardynamikken for det spesielle reservoar som bearbei-des.

For en reservoaringeniør er det enkelte ganger ønskelig, når det gjelder reservoarer med et antall produksjons-intervaller, å være i stand til å antyde de produksjonssoner som gir størst vanninnløp eller vanndrift på fremstillingen av petroleum. Kartleggingen av lateral vannbevegelse i alle soner både over og under den ventede vanntabell i produksjonsforma-sjonen bør gi denne informasjon.

Reservoaringeniører er tidligere utstyrt med relativt få og ofte unøyaktige brønnloggingsinstrumenter for å bestemme 'de vertikale konformitetskarakteristika for jordformasjonene som inneholder et oljereservoar. Som et resultat har disse lidt under inadekvat informasjon med henblikk på egenskapene i jordformasjonene som inneholder reservoaret. Radioaktive.spor-studier av bevegelser av fluider i nærheten av et brønnbore-hull kan i denne henseende være villedende på grunn av mangelen på enhetlig absorpsjon av sporelementet i strømmen av formasjons-vann. Videre er det vanskelig å frembringe en sporisotop med tilstrekkelig halveringstid til å kunne injiseres i en injek-sjonsbrønn og deretter observeres med henblikk på bevegelsen i løpet av dager eller uker ved en registrerings- eller produksjons-brønn for å oppnå i det minste en viss idé om den laterale strøm-ning, hastighet eller lignende i formasjonene som omfatter reservoaret .

Apparaturen ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter en sonde eller et borehull-loggeverktøy, utstyrt med en nøytronkilde. En bunt på tre gammastråledetektorer forskyves longitudinalt og avskjermes fra nøytronkilden i sonden. Gamma-stråledetektorene kan karakteristisk være scintillasjonskry-staller koplet til fotomultiplikatorer. De sylindriske kry-staller anbringes ekvidistant langs sonden fra stedet for nøytronkilden og med aksene i den sylindriske symmetri parallelt med lengdeaksen av sonden og symmetrisk anordnet rundt aksen. Egnede kraftkilder og datareduksjonsutstyr foreligger også.

Som et alternativ kan en ytterligere ensom gammastråledetektor anordnes i sonden, adskilt fra' detektorklusteren, eller det kan benyttes en separat singel-detektorsonde i forbindelse med den første sonde utstyrt med detektorklusteren.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir sonden senket i et brønnborehull inntil nøytronkilden er på nivå med en formasjon hvis fluidkarakteristika skal bestemmes. Dette området bestråles av nøytronkilden i et gitt tidsrom og deretter blir sonden senket til under den bestrålte formasjon.

Med klusteren av gammastråledetektorer i drift blir sonden deretter langsomt hevet gjennom den bestrålte formasjon hvorved hver detektor i klusteren gir et utgangssignal i form av spenningsimpulser hvis styrke tilsvarer energien av gammastråler som faller inn på detektorkrystallen. Tellingen som oppnås i detektorene på grunn av fluidet analyseres og sammenlignes hvorved asimutvinkelen for strømmen av formasjonsfluidet i forhold til en referanseretning sammenholdt med detektorklusteren bestemmes ved-den relative telling fra de tre detektorer. Et gyrokompass eller en annen egnet instrumentering kan foreligge for å antyde referanseretningen.

Tellingshastigheten for nedbrytningen av den radioaktive isotop som er dannet i formasjonsfluidet kan tolkes uttrykt ved strømningshastigheten for formasjonsfluidet i nærheten av borehullet. To eller flere logginger kan gjennom-, . føres gjennom hver bestrålte sone for å oppnå nedbrytningsdata for sporisotopen for dette formål. Egnede teknikker for redu-sering og analysering av slike data for å oppnå strømningshastig-hetsverdier er beskrevet i US patent nr. 4.071.757.. Fig. 1 viser skjematisk en brønnloggingssonde, anbragt i et borehull for detektering av horisontalfluidstrømning, Fig. 2 viser detektorklusteren som brukes i sonden, Fig. 3 er et planriss av en detektorkluster med angivelse av en referanseretning, Fig. 4 er et polarkoordinatdiagram med senter i detektorklusteren, og som viser variasjonen av tellingshastigheten for hver detektor som funksjon av asimutvinkelen, Fig. 5 viser et triangulært koordinatsystem sen-trert på detektorklusteren, Fig. 6 er et skjematisk diagram som viser geome-trien for nøytronaktiveringen og den radioaktive nedbrytning av et lite volumelement av formasjonsfluid, Fig. 7 er et diagram som viser de målte tellingshastigheter som en funksjon av tiden og en hastighet for hori-sontalf luidbevegelse av. fluidet i nærheten av et brønnborehull, Fig. 8 er en grafisk illustrasjon som viser en brønnlogg ifølge oppfinnelsen og Fig. 9 er et nomogram for å tolke strålingsmålingene for å bestemme hastigheten av fluidstrømmen nær borehullet.

Apparaturen ifølge oppfinnelsen er skjematisk vist i fig. 1 og 2. En hullsonde 10 er vist opphengt i en brønnloggkabel 12 i et borehull 14 som er fylt med borevæske 16 og omgitt av jordformasjonen 18. Brønnen 14 kan være utforet med en foring 20 som er sementert på plass som vist. Kabelen 12 føres over en blokkskive 22 som mekanisk eller elek-trisk, slik som antydet ved den stiplede linje 24, e.r forbundet med en opptegningsinnretning 26 slik at målinger fra sonden 10 i hullet kan tegnes opp som en funksjon av dybden i hullet 14. En nøytronkilde 28 er anordnet i den nedre ende av sonden 10 for bruk til bestråling av formasjonsfluidet. Kilden 28 kan være en kontinuerlig kjemisk nøytronkilde slik som en aktinium-berylium-kilde, eller en californium 252 kilde.

I den ende av sonden 10 motsatt kilden 28_befinner det seg en kluster av tre gammastråledetektorer 30 av lik størrelse og sensitivitet. Hver detektor kan f.eks. være en thallium-aktivert scintillasjonskrystall av natriumjodid, 30a, eventuelt forbundet med en fotomultiplikator 30b slik som antydet i fig. 2. Som kjent virker gammastråler som kommer inn på en slik krystall sammen med denne og gir lysglimt eller scintillasjoner, hvis intensitet er en funksjon av gammastråle-energien. Lysglimtene blir deretter detektert ved fotomulti- plikatoren og danner spenningspulser som er proporsjonale med utslaget eller høyden av intensiteten for de tilsvarende lysglimt. Således dannes det en bølge av pulser i detektoren hvori hver puishøyde er proporsjonal med energien av den tilsvarende innfallende gammastråle. Pulsstrømmene fra hver detektor i klusteren 30 kan mottas av egnede informasjonsbehand-lingsutstyr i en elektronisk pakke 32 som er anbragt på toppen av sonden 10. Deretter kan de tre sett av pulsstrømmer mul-tiplekses eller tilsvarende kodes ved hjelp av transmisjons-skjemaer som er konvensjonelle i denne teknikk for å gi trans-misjon langs en leder i loggkabelen 12 til overflaten. På overflaten blir signalet demultip.lekset eller dekodet og de tre datapulsstrømmer separert og identifisert til de tilsvarende detektorer for ytterligere datareduksjon som beskrevet nedenfor. Det vil være åpenbart at egnede kraftkilder kan være tilstede ved overflaten og forbundet med elektronisk utstyr i hullet i pakken 32 ved hjelp av egnede ledere i loggkabelen 12 for å gi driftskraft for. den elektroniske pakke så vel som for detektorklusteren 30. Som et alternativ kan kraftkilder innarbeides i den elektroniske pakke 32. Detaljer med henblikk på dette er ikke vist, da det er konvensjonelt.

Rommet mellom nøytronkilden 28 og detektorklusteren 30 i sonden 10 opptas av et skjermende materiale'.34 av egnet type for å forhindre direkte bestråling av detektorkrystallene 30a med høyenergetiske nøytroner fra nøytronkilden. Skjerm-ingsmaterialer med høyt hydrogeninnhold slik som parafin eller andre polymolekylære hydrokarbonstrukturer kan benyttes for dette formål. De høye hydrogeninnhold tjener til å senke eller hurtig å tiltrekke nøytroner fra nøytronkilden og å forhindre disse termaliserte nøytroner å nå nærheten av detektorkrystallene. For dette formål kan sterke termiske nøytronabsorbere slik som kadmium anbringes i sjikt avvekslende med det hydrogen-holdige kjermingsmateriale for å utgjøre avskjermingsdelen 34. Ytterligere skjerming 36 kan anordnes mellom detektorklusteren og den elektroniske pakke- 32 for ytterligere å beskytte den sistnevnte og for å gi en horisontal "fokuserende" virkning på detektorresponsen.

Foreliggende oppfinnelse benytter en dannelse av radioaktive isotoper i formasjonsfluider i nærheten av brønn- borehullet 14. F.eks. kan bestråling av vann i nærheten av borehullet med høyenergetiske nøytroner gi energi utover omtrent 10 MEV resultere i dannelsen av den radioaktive isotop-nitrogen 16 ved kjernereaksjonen 0"^ (n,p)N^ . Hvis formasjonsfluidet .er av saltkarakter, kan den radioaktive isotop-natrium 24 dannes ved bestråling av formasjonen med nøytroner som er senket til termisk energi og innfanget' av den mere vanlige isotop-natrium 23 omfattende NaCl i oppløsning, i henhold til kjerneligningen Na 2 3 (n,Y)Na 2 4. Natrium 24-isotopen brytes deretter ned ved utstråling av gammastråler med en energi på

2,75 MEV. Således kan detektorklusteren 30 bestemme nærværet og intensiteten av slik gammautstråling.

Pulsstrømmene fra detektorene kan føres gjennom en innretning som er innstilt på å avvise alle spenningspulser med høyder tilsvarende gammastråler på mindre enn 2,65 MEV

før informasjonssignalene føres til overflaten. En pulshøyde-analysator innarbeidet i opptegningsinnretningen 26, beregnet for bruk i det datareduksjonssystem som beskrives nedenfor, kan også benyttes til å avvise spenningspulser tilsvarende gammastråling på mindre enn 2,65 MEV.

Der nøytronbombarderingen skjer i kalkformasjoner, dannes også kalsium 49 og dette gir stråling av 3, 09 MEV gammastråler. Fordi imidlertid halveringstiden for kalsium 49 omtrent er ni minutter, kan virkningen av denne isotop unngås hvis strålingsmålingene forsinkes et kort tidsrom fra enden av bestrålingstidsintervallet. Alle andre vesentlige mengder av naturlig forekommende gammastråler fra radioaktive isotoper som kan være fremstilt i jordformasjoner ved bruk av kjemiske nøytronkilder 28 'har karakteristiske energier under 2,65 MEV. Ved bruk. av 2,65 MEV-terskelen kan således den detekterte og tellede bestråling begrenses av praktiske hensyn til det som dannes ved nedbrytning av den ustabile radioaktive isotop-natrium 24.

Sonden 10 er også utstyrt med et gyrokompass 38 av velkjent type for bruk i retnihgskontroll av boring. Hen-sikten med gyrokompasset 38 er å bestemme sondens 10 orien-tering og derfor også den for detektorklusteren 30 med henblikk på en referanseretning slik som f.eks. nord, når gammastråletellingen påbegynnes. Fordi foreliggende oppfinnelse oftest vil komme til anvendelse i brønner som er foret med stålut-foringer, vil et konvensjonelt magnetisk kompass ikke være brukbart for dette formål.

Fig. 3 viser et riss ovenfra av en detektorkluster 30 hvori detektorene er identifisert som Dl, D2 og D3. Detektorene danner et triangel med toppunkt ved detektoren Dl i linje med referanseretningen Nord. Asimutvinkelen antydes med klokken fra Nord. Stedet for en strålingskilde i planet for krystallene i detektorklusteren 30 kan identifiseres ved en kombinasjon av radius R og asimutvinkelen 9.

For en gitt strålingskilde som befinner seg ved R,9, er tellingshastighetene ved hver av de- tre 'detektorer vanligvis forskjellige.. Disse forskjeller skyldes varierende avstand mellom strålingskilden og vedkommende detektor så vel som avskjermingsvirkningen som de forskjellige detektorer ut-øver i forhold til hverandre. I fig. 4 er det angitt tre diagrammer i polarkoordinater med sentrum i detektorklustersenteret. Hvert av de tre diagrammer viser tellingshastighetsverdier for en spesiell detektor for en gitt kilde, som befinner seg ved alle asimutvinkler fra 0 til 36O<0>ved konstant verdi R. Således representerer, den faste linje tellingsverdiene for detektoren Dl, den prikkede linje verdier for detektoren D2 og den stiplede linje verdier som er målt ved detektoren D3- Av dette fremgår det, i lys av symmetrien som vises for kurvene i fig. 4, at, asimut vinkelen for stedet for en strålingskilde kan bestemmes fra tellingsverdiene som oppnås ved de tre detektorer i klusteren 30. For et hvilket som helst gitt tilfelle vil-tellingsverdiene alle avhenge av avstanden R for kilden fra senteret av detektorklusteren. Imidlertid er det funnet at parametrene d^, definert ved ligning 1, er relativt uavhengige av R.

C

di - y1— x100 (i^l,2,3) (1)

i-l

hvori C. angir de målte tellingshastigheter fra detektoren i. Således'" kan- asimut vinkelen for strålingskilden bestemmes ut fra de beregnede verdier d^.

Tellingshastighetene C kan overføres til overflaten i form av pulsstrømmer fra de tre detektorer i klusteren slik som beskrevet ovenfor. Ved overflaten kan mengdene d. bestemmes ved bruk av en digitalcomputer av generell type, kommersielt tilgjengelig under betegnelsen "PDP11", eller på

en hvilken som helst annen egnet måte. Som et alternativ kan verdiene d^oppnås ved hjelp av egnet elektronisk utstyr i pakken 32 i sonden 10 og deretter overføres til overflaten for ytterligere behandling.

I fig. 5 er det vist et triangulært koordinatsystem med akser angitt som d^, d2og d^langs de radialt utad-rettede retninger gjennom sentrene for de. tilsvarende detektorer Dl, D2 henholdsvis D3- Igjen er detektoren Dl og således aksen d^i linje med referanseretningen 'Nord. Hvis verdiene d. for en gitt posisjon for en strålingskilde blottes langs de tilsvarende akser i fig. 53vil resultanten som oppnås ved å legge sammen de tre verdier d^ vektorielt ha den samme asimut-vinkel som strålingskilden.

Man betrakter en underjordisk formasjon inneholdende saltvann som i et tidsrom er bestrålt med en nøytronkilde 28. Hvis vannet ikke beveger seg, vil verdiene for parametrene d^som benyttes ved hjelp av gammastråledetektorklusteren 30 være de samme. Hvis imidlertid vannet beveger seg under bestrålings-perioden ved hjelp av nøytronkilden 28, vil de .målte verdier d^ være forskjellige, noe som antyder at senteret for segmentet av bestrålt vann har beveget seg i en viss retning som kan identifiseres ved asimutvinkelen 9. Verdien for 9 kan bestemmes som beskrevet■ovenfor og man kjenner da den horisontale strøm-ningsretningen. Variasjoner i gammastråleaktiviteten kan også benyttes for å bestemme hastigheten for den horisontale strøm av saltvann slik det er beskrevet i det ovenfor angitte patent. Hvis således formasjonsfluidet ikke beveger seg, vil den obser-verte reduksjon i aktivitet med tiden t følge eksponential-nedbrytningen e ^ hvori Å er nedbrytningskonstanten for den induserte radioaktivitet. Hvis imidlertid fluidet er i bevegelse i horisontal retning i forhold til borehullet 14, vil den ob-serverte reduksjon av aktivitet skyldes de eksponentielle ned-brytningskarakteristika pluss en ytterligere reduksjon på grunn av bevegelsen av radioaktive partikler fra nærheten av detektor-

klusteren 30 på grunn av fluidet som beveger seg.

Under henvisning til fig. 6 betrakter man en punktformig nøytronkilde som befinner seg ved punktet x=y=z-0 for koordinataksene i figuren i et strømmende fluid med en lineær'hastighet v i minus x-retning i koordinatsystemet. Hvis deretter fluidet bestråles med nøytroner i et tidsrom T, er gammastråleaktiviteten som induseres i et lite volumelement dV hvis posisjon er x.;y,z ved begynnelsen av nøytronbestrå-lingen gitt ved uttrykket i ligning 2.

'der Aq = nøytronkildestyrken i nøytroner/sekund,

A = nedbrytningskonstanten for. den angjeldende radioaktive isotop og

= NnPcrp . /100 M.

0*1 i

hvori

Nq = Avogadrb's tall,

P = densiteten i væsken,

= tverrsnittet for bestrålingen som gir den angjeldende radioaktive isotop,-

p^= prosentuale forekomster av den ønskede isotop

i væsken og

= atomvekten for den ønskede isotop

I ligning 2 representerer uttrykket\jj den termale nøytronfluksfordeling for en to-nøytrongruppediffusjonsmodell og er gitt ved ligning 3 som følger:

der S p = synkingskraften,

L, = diffusjonslengden for den første nøytrongruppe

(hurtige nøytroner) og

L2 = -diffusjonslengden for den andre gruppe (termiske nøytroner)

Hvis nøytronkilden deretter fjernes og en gammastråledetektor anbringes ved punktet x=y- z- 0 1 koordinatsystemet slik det er vist i fig. 6, er den induserte radioaktivitet fra volumelementet dV som er registrert i detektoren i en tid t, målt fra slutten av bestrålingstidsintervallet T gitt ved ligning 4:

hvori Ey = effektiviteten for detektoren for gammastrålingen av interesse, og

u - den lineære fortynningskoeffisient for gammastrålingen av interesse.

Ved innsetting av ligning 2 i ligning 4 og ved å integrere over alle volumelementer dV, oppnås den totale radioaktivitet som registreres ved en detektor ved tiden t ved uttrykket ifølge ligning 5-

Ligning 5 kan integreres numerisk for å evaluere integraluttrykket.

Hvis det nu antas (1) at fluidet inneholdes i en permeabel formasjon med porøsitet (f), (2) at reaksjonen av interesse kun er Na •23 (n,y)Na<24>med en halveringstid på ca.

14,9 timer, og (3) at alt natrium i formasjonen inneholdes i formasjonsvæsken i form av natriumklorid, kan uttrykkets i ligning 5 uttrykkes ved uttrykket , porøsiteten S og salt-holdigheten av formasjonsfluidet. Fig. 7 viser den generelle form for funksjonen f(T,t,v]/ pS som funksjon av tiden t for 2,75 MEV gammastrålingen for reaksjon Na 2 3 (n,Y)Na 2 4. I fig.

7 kan konstantene i ligning 4 tas som følger:

0,0465 timer"<1>,

T - 1,0 timer,

AQ - 10<g>nøytroner/sekund,

S - Saltighetsgraden for formasjonsfluidet i ppt (deler

pr. tusen) natriumklorid og

= f ormas j onsporøsiteten (fraksjonen).

De gjenværende konstanter i ligning 5 for funksjonen f(T,t,v) oppnås fra normalisering av data.som tas i kontrollerte testformasjoner med kjente borehullbetingelser. Data som tas i et utforet ferskvannsfylt 17?cm borehull ved bruk av en 5 cm x 10 cm thallium-aktivert natriumjodid-scintillasjons-tellingskrystall ble benyttet for å oppnå kurvene i fig. 7. Mens de i fig. 7 oppnådde data ble oppnådd ved å benytte en enkelt gammastråledetektor, kan summeringen av verdiene for de tre 'detektorer i klusteren 30 benyttes i foreliggende tilfelle for å oppnå datareduksjonen' for bestemmelse av strømnings- hastigheten. Som alternativer kan detektorklusteren 30 er-stattes av en enkel detektor eller en ytterligere ikke-vist detektor kan tilføyes til sonden, longitudinalt forskjøvet fra klusteren, for å oppnå data for fluidstrømningshastighetsbe-stemmelse.

I fig. 7 kan det bemerkes at nedbrytningshastig-heten ved hastighet null er en rett linje på den logaritmiske skala i figuren. Kurvefamilien under nullhastighetskurven viser påvirkning av den lineære hastighet av det strømmende fluid på reduksjonen av tellingshastigheten som en funksjon av tiden for verdiene av konstanten som er vist i denne fremstilling.

Det skal deretter vises at kjennskap til S og ikke er nødvendig for å.oppnå v den lineære strømningshastighet i horisontal retning. Disse kvantiteter påvirker imidlertid de oppskrevne tellingshastigheter som igjen påvirker den statistiske nøyaktighet for den innførte kvantitet v, den lineære strømnings-hastighet i horisontal retning. Det vil være klart for fagmannen at den grafiske illustrasjon i fig.■7 representerer en konfigu-rasjon av antagelser med henblikk på formasjonsporøsiteten og salthetsgraden i formasjonsfluidet, men at andre lignende forhold kan oppnås for forskjellige verdier av vannsalthetsgrad, porøsitet og detektoreffektiviteter og nøytronkildestyrke ved den samme, evalueringsprosess som er beskrevet i forbindelse med fig. 5 når det gjelder de forskjellige parametre.

Ved å benytte fig. 7 kan det oppnås et overslag over tellingshastigheten for gammastråler fra nedbrytningen av det radioaktive natrium 24 under feltbetingelser. En formasjon med en porøsitet på 30% og som er mettet med 100 ppt natriumkloridvann som beveger seg horisontalt med en lineær hastighet på 12,7 mm pr. time, kan en tellingshastighet ved t = 2 timer etter avslutning av en T = l.time bestrålingsperiode vise seg å være ca. 645 tellinger pr. minutt. Denne tellingshastighet vil være tilstrekkelig til å gi nøyaktig måling av den lineære strømningshastighet i horisontal retning med tilstrekkelig statistisk nøyaktighet til å sikre målingens bruk-barhet.

Man skal betrakte to jordformasjoner A og B gjennom-trengt av borehull 14 som vist i fig. 1. For å bestemme hvor-vidt det foreligger retning og hastighet av en fluidstrøm i noen av disse'formasjoner, kan logging ifølge oppfinnelsen initieres ved først å anbringe nøytronkilden 28 i sonen A

og f.eks. bestråle denne sone i ca. 1 time med nøytroner. Bestrålingstidintervallet kan varieres og kan generelt være mindre enn 1 time, hvis salthetsgraden i formasjonen eller nøytronkildestyrken er tilstrekkelig. Når sone A er bestrålt ferdig i det ønskede tidsintervall, blir loggesonden 10 hevet for å anbringe nøytronkilden 28 nær sone B. Sone B bestråles deretter også i det spesifiserte tidsintervall med nøytroner.

Etter bestrålingen av sone B blir loggesonden 10 senket til under sone A og kontinuerlig logging initieres i-løpet av hvilket tidsrom som den langsomt heves gjennom sone A. Under denne passering gjennom sone A, er gammastråledetektorklusteren 30 i drift og tellingshastighetskurver slik som vist i fig. 8 kan oppnås for hver av de tre detektorer i klusteren. Som nevnt tidligere vil de'individuelle -tellingshastigheter fra de tre detektorer i klusteren 30 skille seg noe fra hverandre der kildene for den detekterte gammastråleemisjon beveger seg. Således vil tellingshastighetsverdiene som skrives opp for de individuelle detektorer i klusteren 30 på ethvert gitt nivå i en sone som inneholder fluid i strømning generelt være forskjellig.

For hver sone A og B dannes det tre sett av puls-strømmer fra detektorene i klusteren 30 og disse analyseres som nevnt ovenfor. For et gitt nivå innen en sone som inneholder fluid som. undersøkes bestemmes det således tre verdier d^og som gjensidig sammenlignes for å identifisere asimutvinkelen for fluidstrømningsretningen i forhold til referanseretning Nord. For hvert nivå ved hvilket en slik asimutvinkelinforma-sjon oppnås, kan de oppnådde tellingsdata analyseres ytterligere for å bestemme hastigheten av fluidstrømmen. Som bemerket tidligere kan tellingene fra de tre detektorer i klusteren 30 legges sammen for å 'behandle klusteren som en enkelt detektor for dette formål eller det kan benyttes en ytterligere ensom detektor i sonden 10 for dette formål. Som et alternativ kan det benyttes en separat sonde med en enkelt detektor.

For å bedømme strømningshastigheten- for fluid-strømmen i to soner A og B, kan det benyttes flere loggings-passeringer i hver sone. Som antydet i fig. 8 kan man forvente en forskjellig tellingshastighetskurve for hver logging gjennom en sone på grunn av en bevegelse av de utstrålende, isotoper. Tidene tA^ ved hvilken detektordelen av sonden 10 går gjennom sone A, målt fra slutten av bestrålingen av sone A, noteres.

På samme måte blir tiden t<B>^ved hvilken detektoren passerer den aktiverte region i sone B, målt fra slutten av bestrålingen av sone B og noteres også. Tilsvarende tider tg A og t<B>g noteres også.for å markere den andre gjennomføring av detektoren gjennom hver sone.

Under nøytronaktiveringsfasen vil natrium 2 4 også fremstilles i borehullfluidet 16, hvis dette er saltholdig. Under de etterfølgende bevegelser av sonden 10, vil dette aktiverte borehullfluid 16 effektivt dispergeres opp og ned i borehullet 14 på grunn av bevegelsen av brønnloggingssonden. Det er funnet i bruk' at denne forskyvning av borehullfluidet 16

er tilstrekkelig til å sikre en reduksjon av bakgrunnen på grunn av natrium 24 som fremstilles i borehullet 14 til under et uskadelig nivå.

Bakgrunnstellingen som er vist i fig. 8 er repre-sentativt for denne bakgrunnsnatrium 24 som fremstilles i det aktiverte borehullfluid 16. Slik det fremgår av fig. 8, er en slik bakgrunnsbestråling ikke tilstrekkelig til å forårsake forveksling mellom de skarpe signaler som opptrer ved bestrålte punkter i sone A og B.

Por å bestemme de horisontale strømningshastigheter er det kun nødvendig å observere de relativt skarpe topper i dybdeloggene i fig. 8 og å sammenholde disse med nomogrammet i fig. 9 som beskrevet nedenfor. Fra eksempelloggen som er vist i fig. 8, er strålingstoppen for den første logging gjennom sone A omtrent 600 tellinger pr. minutt, mens strålingstoppen for den andre logging er omtrent 300 tellinger pr. minutt. For sone A altså, t'^ = 2 timer og ^t^j den medgåtte tid mellom den andre logging og den første logging gjennom sone A, er tre timer. Således er forholdet for tellingshastigheten i sone A, , 2,0 for dette eksempel.

For sone B er tellingshastigheten for den første logging omtrent 1000 tellinger pr. minutt, mens tellingshastigheten for den andre logging er omtrent 870 tellinger pr. minutt. For disse to logginger tB-^ = 1 time og medgått tid Atg mellom loggingene lik tre timer. Således er forholdet mellom tellingshastighetene for de to logginger i sone B, Rg, lik 1,15.

Et nomogram oppnådd fra de data som er plottet

i fig. 7 er vist i fig. 9, hvori det er mulig å beregne den lineære strømningshastighet i horisontal retning forbi bestrå-lingssonene. For sone A oppnås det et punkt på den første linje til venstre i nomogrammet som tilsvarer tA^ = 2 timer. Et andre punkt på den andre vertikale akse til høyre oppnås ved verdien for At^som i dette tilfellet er lik tre timer. En rett linje mellom disse to punkter krysser kurven som er truk-ket til høyre og som tilsvarer verdien for forholdet mellom tellinger for den spesielle måling (i dette tilfellet er R^2,0). Punktet for krysningen antyder at hastigheten for den horisontale strøm som gir dette forhold tilsvarende målingstids-intervallet er ca. 2,5 cm eller 1 tomme pr. time. Ved å følge den samme prosedyre og ved å føre inn verdiene for t^ = 1 time og Atg = 3 timer for sone B viser at et forhold på 1,15 antyder null horisontal strømning gjennom sone B i tiden etter bestrålingsintervallet.

Nomogrammet som er beskrevet med henvisning til fig. 9 representerer en fremgangsmåte for tolking av målingene som oppnås ved loggingssystemet i fig. 1. Fagmannen vil imidlertid være klar over at dette nomogram eller andre teknikker som er analoge kan programmeres for bruk på en generelle digitalcomputer i stedet for tolkning ved håndberegningsteknikker ifølge nomogrammet i fig. 9. F.eks. kan nomogrammet i fig. 9 føres i tabellform i hukommelsen til en digitalmaskin. Egnet interpolering og ekstrapolering kan benyttes for å oppnå løs-ninger tilsvarende målingsmengden. Denne type løsning vil være åpenbar for fagmannen som står overfor nomogrammet i fig. 9 eller et nomogram tilsvarende i forskjellige kalibrerings-karakteristika for en spesiell sonde.

Natrium 24 sporelementet som fremstilles in situ ved nøytronbestrålingen ifølge oppfinnelsen er en ideell sporisotop for relativ langsom horisontal strømning på grunn av den lange halveringstid på ca. 14,9 timer og relativt høyenergetisk gammastråling som stråles ut ved nedbrytningen. Hvis det imidlertid er ønskelig å måle vannstrømningshastigheter som er relativt hurtige (i størrelsesorden meter pr. minutt), kan det være nødvendig å benytte et sporelement med kortere levetid slik som nitrogen 16 med en halveringstid på ca. 7^2 sekunder.

I et slikt tilfelle vil det være nødvendig å benytte en nøytron-kilde av deuterium-tritium akseleratortypen heller enn en kjemisk nøytronkilde på grunn av det faktum at o<1>^(n,p)N<1>^-•reaksjonen har en 10 MEV terskelenergi. I dette tilfelle vil imidlertid den samme teori og de samme loggeteknikker som tidligere er beskrevet for natrium 24 benyttes for nitrogen 16 sporelementet.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for bestemmelse av karakteristika

for jordformasjonsfluider rundt et borehull.omfattende bestråling av fluidet med nøytroner fra en nøytronkilde i b'orehullet og eksponering av gammastråledetektorer til gammastrålingen fra det nøytronbestråle fluid for å' oppnå en gammastråletelling karakterisert ved at eksponeringstrinnet omfatter eksponering av tre gammastråledetektorer anordnet på samme nivå i borehullet og anordnet symmetrisk rundt borehull-aksen og ved å sammenligne gammastråle/tellingene fra de tre detektorer for å bestemme den horisontale retning av enhver bevegelse i fluidet forbi borehullet i løpet av tiden mellom nøytronbestrålingen og eksponeringen for å oppnå en gammastråletelling.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at eksponeringstrinnet.for de tre detektorer gjennomføres ved å føre detektorene langs borehullet gjennom området for bestrålt formasjonsfluid.

3- Fremgangsmåte ifølge krav 1' eller 2}karakterisert ved analysering av nevnte gammastråletellinger med henblikk på energien for de tellede gammastråler.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert , ved begrensning av sammenligningen av gammastråletellingene til å tilsvare gammastråler innen et utvalgt energiområde.

5- Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at bestrålingen .av fluidet gir fremstilling av isotopen natrium 2 4 i fluidet.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at bestrålingen av fluidet gir fremstilling av isotopen nitrogen 16 i fluidet.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved ...iden-tifisering av retningen av orienteringen av detektorene i forhold til borehullet for derved å tillate bestemmelse av retningen av fluidbevegelsen i forhold til borehullet.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 73karakterisert ved eksponering av detektorene til stråling fra nevnte nøytronbestrålte formasjonsfluid i en andre gangs eksponering for å oppnå andre . gammastråletellinger, og å bestemme strømningshastigheten for formasjonsfluidet. forbi borehullet på basis av første og andre gammastråletellinger.

9- Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at første og andre eksponeringstrinn hver gjennomføres ved å føre detektoren 'langs borehullet gjennom området for bestrålt formasjonsfluid.

10. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7, karakterisert ved å føre en ytterligere gammastråledetektor gjennom borehullet gjennom området for bestrålt formasjonsfluid for å oppnå en første tilleggstelling, venting et valgt tidsrom og igjen føre nevnte ytterligere gammastråledetektor gjennom området for å oppnå,en andre ekstratelling, og å bestemme strømningshastigheten i formasjonsfluidet i borehullet ut fra første og andre gammastråle-ekstratelling.

11. Brønnloggingsapparatur omfattende en langstrakt sonde, en nøytronkilde i sonden og gammastråledetektorer i sonden, karakterisert ved at innretningen omfatter tre gammastråledetektorer (Dl, D2, D3), hver.anbragt i- samme avstand fra nøytronkilden (S) longitudinalt .langs sonden 0-0) og anordnet symmetrisk rundt sondens lengdeakse.

12. Apparatur ifølge krav 11, karakterisert v-e d innretninger (26) for analysering av gammastråletellinger fra detektorene (D1,D2,D3) på basis av energien for tellede gammastråler og innretninger (26,32) for å begrense gammastråletellingen til det som tilsvarer gammastråler innen et på forhånd valgt energiområde.

13- Apparatur ifølge krav 11 og 12, karakterisert ved at nevnte gammastråledeteksjonsinnret-ninger omfatter en ytterligere gammastråledetektor i sonden (10), anbragt longitudinalt adskilt langs sonden fra de tre førstnevnte gammastråledetektorer (D1,D2,D3) og fra nøytron-kilden (S), og anordnet generelt i lengdeaksen for sonden.

14. Apparatur ifølge kravene 11 til 13, karakterisert ved retningsindikasjonsinnretninger (38) for å indikere orienteringsretningen for gammastråle-deteks j ons innretningene . 15- Apparatur ifølge krav 14, karakterisert ved at retningsindikasjonsinnretningene (38) omfatter et gyrokompass.