NO850748L - Kryogen celle. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en kryogen-celle og nærmere bestemt en kryogen-celle egnet for bruk ved et borehull-loggeverktøy av nøytronaktiverende analysetype.

Borehull-loggeverktøy innbefatter en sonde for nedføring i et borehull, idet sonden innbefatter en radioaktiv kilde med nøytroner, en skjerm mot radioaktiviteten og en gammastråledetektor.

Gammaspektrumet tilveiebrakt fra nøytrongammametoden regi-strerer stimulert emisjon med gammastråler når den radio-aktive kilden blir anvendt for å bombardere formasjonen som omgir borehullet med nøytroner. Den kan bli tolket for å

gi en indikasjon av formasjonens art.

Slike verktøyer er anvendt for brønnlogging innenfor petro-leumsindustrien.

Oppmerksomheten er nå vendt til på-stedet analyse av kull-avleiringer i tillegg til oljen. Dette gir imidlertid opphav til betydelige problemer. De tilstedeværende hovedelementene frembringer et komplisert aktiveringsgammaspektrum som innbefatter en fire hundrede gammalinjer i området fra 0,0 til 10,0 MeV. Dette gir en hovedadskillelse på 25 KeV mellom linjene. I praksis er mange av linjene som er av interesse adskilt av mindre enn 25 KeV. Det er av denne grunn nødvendig med en gammastråledetektor som har en linjeoppløsning fortrinnsvis mindre enn 25 KeV.

Dette begrenser valget av detektorer til en halvlederdetektor og siden sistnevnte må bli holdt ved lave tempera-turer (rundt -180°C) er det nødvendig med en form for intensiv avkj øling.

Et annet forslag har vært å utnytte den latente varmen til substansfusjonen, slik som propan med smeltepunkt rundt -180°C. Ifølge en driftsmetode blir smeltende hydrokarbon anbrakt i en beholder og den resulterende dampen tillates å unnslippe. Dette har den fordelen at temperaturen opprettholdes konstant over lengre perioder, men lider av den ulempen at det tapes kjølemiddel og ennå mer alvorlig, det frembringes en poten-siell eksplosiv gassholdig blanding. En annen ulempe er at det er nødvendig å anvende flytende nitrogen for å avkjøle hydrokarbonet til under dets smeltepunkt. Denne prosessen utelukker bruken av teknikken i fjerntliggende deler av verden hvor flytende nitrogen ikke er tilgjengelig.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe

en sikker og totalt omhyllet kryogen-celle for et loggeverktøy av nøytronaktiveringstypen som ikke er belemret med ovenfor nevnte ulemper.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en kryogen-celle innbefattende et eksternt ringformet kammer (a) tilpasset til å bli oprettholdt under vakuum og delvis omhyllet av en varmeskjerm (b), omgivende og anbrakt med avstand fra et innelukket indre kammer (c) tilpasset for lagring av faststoff/væskeformet kjølemiddel, idet mellom-rommet mellom varmeskjermen (b) og kammeret (c) danner et ringformet kammer (d) tilpasset til å bli opprettholdt under vakuum, idet varmeskjermen (b) har en relativt tynn bunn og sidevegg og relativt tykk frilagt øvre krave med en brønn deri ledende til toppen av kammeret (c) idet kraven, brønnen og toppen av kammeret (c) er tilpasset til å motta en "kald finger" for å senke temperaturen til skjermen (b) og kammeret (c), idet kammeret (c) er forbundet ved dets nedre ende med et ytterligere kammer (e) egnet for mottagelse av en gammastråledetektor.

Kammeret (c) er fortrinnsvis forbundet med kammeret (e) ved hjelp av en seksjon som inneholder et absorpsjonsmiddel.

Den ytre veggen til det ytre kammeret (a) er fortrinnsvis fremstilt av et metall resistent mot korrosjon og av høy

strekkfasthet, slik som rustfritt stål.

Veggene til varmeskjermen (b) og kammeret (c) er fortrinnsvis kraftig polert slik at overflatenes emissivitet er lav og fremstilt fra et metall av høy termisk ledeevne og høy spesifikk varmekapasitet, slik som kobber.

I dette henseendet er oksygenfritt høytledende kobber (OFHC) spesielt fordelaktig i forhold til ordinære former for kobber innbefattende fosfordeoksygenert kobber.

Absorpsjonsmidlet i det nedre røret virker som en kryogen-pumpe og adsorberer urenheter i vakuumkammeret. Egnede absorpsjonsmiddel innbefatter molekylære sikter.

Kjølemidlet er generelt hovedsakelig størknet før begynnelsen av driften, selv om et mindre damprom er fortrinnsvis til-bake. Dette eliminerer bruken av mellomkryogen-materialer, slik som flytende nitrogen.

Egnede kjølemidler innbefatter hydrokarboner med lave trippel-punkter, slik som propan og buten-1.

Kryogencellen er spesielt egnet for bruk ved opprettholdelse av gammastråledetektorer til et loggeverktøy av nøytron-aktiveringstypen innenfor det ønskede lave temperaturområdet.

Adskillelsen av den termiske massen til skjermen i en relativt tykk øvre krave og relativt tynn sidevegg og bunndel gir en mer effektiv og fleksibel anordning.

Dette er på grunn av at den termiske massen til varmeskjermen kan bli øket uten vesentlig økning av dens lengde, diameter og/eller overflateområde.

Størrelsen på kryostatet kan bli redusert uten tap av den termiske massen siden materialet kan bli overført fra side-

veggen og bunnen til kraven.

Konstruksjonen ifølge foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet for bruk ved "slimlinje" formede instrumenter for trange borehull.

Ifølge et annet trekk ved foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et nøytronloggeverktøy innbefattende en sonde som inneholder i sekvens forbundet en radioaktiv nøytronkilde, en skjerm mot radioaktivitet, en halvlederdetektor for gammastråling og en kryogen-celle som tidligere beskrevet for opprettholdelse av detektoren innenfor et lavt temperatur-område.

241

Egnede nøytronkilder er en 5Ci Am -Be isotropisk kilde og akseleratorkildetyper som frembringer 14 MeV nøytroner ved (D,T) reaksjonen.

Skjermen mot radioaktivitet er fortrinnsvis en sammensatt skjermenhet innbefattende en tungmetallsspreder og en hydro-genmoderator.

En egnet detektor er en revers-elektrode (N-typen) av koaksial hyperren germaniumtype..En spesiell fordel ved N-typene er deres økede motstand mot nøytronødeleggelser over P-typer.

Utgangen til en halvlederdetektor er i størrelsesorden av picoamper og en forforsterker er derfor nødvendig. Tap og støy kan bli redusert ved anbringelse av forforsterkeren i et separat rom fysisk så tett som mulig opptil detektoren. Forforsterk-felteffekttransistoren er fortrinnsvis anbrakt

på det trykte kretskortet for forforsterkeren, idet dette er henvist til som en varm FET-konfigurasjon, og det unngås bruk av en kald FET innenfor vakuumkammeret. En spesiell fordel ved denne konfigurasjonen er enkelheten ved vedlike-hold og reparasjon.

Kryogen-cellen kan bli avkjølt ved hjelp av kommersielt tilgjengelig lukkede sykluskjølere egnet modifisert for å tilveiebringe forenelige kalde fingrer.

Ovenfor kryogen-cellen vil være detektor-EHT-forsyningen, hovedforsterkeren og kabeldriveren som sender et signal via en armert loggekabel.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 og 2 viser skjematiske snitt av kryogen-celler.

Med henvisning til fig. 1 innbefatter cellen en kraftig polert indre OFHC-kobbertrykkbeholder 1 inneholdende fast/- væskeformet propan 2 av 99,99% renhet, selv om et damprom 3 er etterlatt. Renhetsnivået til propanet er viktig for å redusere risikoen for superkjøling og eutetisk forskyvning i smeltepunktet.

Cellen er til å begynne med ladet med propan og så tett

for alltid. Alternativt kan cellen være ladet med buten-1 og så tett for alltid. Buten-1 gir tilnærmet 3% forbedring i holdetiden i forhold til propan.

Den indre beholderen 1 er anbrakt innenfor en sterkt polert kobbervarmeskjerm 4 og rommet 5 mellom de to beholderne er evakuert for å tilveiebringe et vakuum.

Varmeskjermen 4 er anbrakt innenfor en rustfri ytre stål-beholder 6 og rommet 7 mellom dem er også evakuert. Det har en sentral åpning 8 i hvilken er anbrakt et rustfritt stålrør 9, idet bunnen av røret er direkte over toppen av den indre beholderen 1. Varmeskjermen 4 har en relativt tykk krave som omgir åpningen 8 og en relativt tynn sidevegg og bunn.

Ved dens nedre ende er den indre beholderen 1 dannet i en sylindrisk seksjon 10 som inneholder åpninger 11 for en mole-kylær sikt absorberende for fjerning av urenhetsspor fra vakuumet.

En hul tynnvegget aluminiumsblokk 12 som inneholder en detektor 13 er forbundet med den sylindriske seksjonen 10.

For å kjøle inneholdet til cellen før driften av loggeverk-tøyet blir en lukket sykluskjøler kontaktet med den frilagte øvre overflaten til varmeskjermen 4 og en "kald finger"

blir ført inn i brønnen 9.

Cellen vist på fig. 2 er lignende den vist på fig. 1, men i tillegg er en andre varmeskjerm 14 anbrakt som er lik i konstruksjon med varmeskjermen 4.

Claims (8)

1. Kryogen-celle innbefattende et ytre ringformet kammer (7) tilpasset til å bli opprettholdt under vakuum og delvis omhyllende en varmeskjerm (4), som omgir og er anbrakt med avstand fra et omhyllet indre kammer (1), idet rommet mellom varmeskjermen (4) og kammeret (1) danner et ringformet kammer (5) tilpasset til å bli opprettholdt under vakuum, karakterisert ved at det indre kammeret (1) er tilpasset for lagring av et faststoff/flytende kjøle-middel og varmeskjermen (4) har en relativt tynn bunn og sidevegg av en relativt tykk frilagt øvre krave med en brønn deri som fører til toppen av kammeret (1), idet kraven, brønne og toppen av kammeret (1) er tilpasset for å motta en "kald finger" for å senke temperaturen til skjermen (4) og kammeret (1), idet kammeret (1) er forbundet ved dets nedre ende med et ytterligere kammer (12) egnet for mottagelse av en gammastrålingsdetektor.

2. Kryogen-celle ifølge krav 1, karakterisert ved at kammeret (1) er forbundet med kammeret (12) ved hjelp av en seksjon (10) som inneholder et absorpsjonsmiddel.

3 . Kryogen-celle ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den ytre veggen (6) til det ytre kammeret (7) er fremstilt av rustfritt stål.

4 . Kryogen-celle ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at veggene til varmeskjermen (4) er kraftig polert og fremstilt av et metall av høy termisk ledeevne og høy spesifikk varmekapasitet .

5. Kryogen-celle ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at veggene til kammeret (1) er sterkt polert og fremstilt av et metall av høy termisk ledeevne og høy spesifikk varmekapasitet.

6. Kryogen-celle ifølge et av kravene 4 eller 5, karakterisert ved at metallet av høy termisk ledeevne og høy spesifikk varmekapasitet er kobber.

7. Kryogen-celle ifølge krav 6, karakterisert ved at kobberet er oksygenfritt høytledende kobber.

8. Nøytronloggeverktøy innbefattende en sonde inneholdende i sekvens forbundet en kilde med nøytroner, en skjerm mot radioaktivitet, en halvlederdetektor for gammastråling og en kryogen-celle, karakterisert ved at kryogen-cellen er en celle ifølge et hvilket som helst av de foregående krav.