DE10012339A1 - Gamma detection method for use in determining the radioactive properties of rock in boreholes, wells, etc. has a shielding arrangement that allows the azimuthal determination of radiation direction within a horizontal plane - Google Patents

Gamma detection method for use in determining the radioactive properties of rock in boreholes, wells, etc. has a shielding arrangement that allows the azimuthal determination of radiation direction within a horizontal plane

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Abstract

Method uses a gamma detector probe for detection of incident gamma radiation. To determine the azimuthal angle of origin of the incident radiation a whole horizontal plane is divided into segments, e.g. three segments of 120 degrees, and the radiation incident from each section is measured. Results for the different segments can then be compared. The invention also relates to a geophysical gamma borehole detector for carrying out the above method. Probe comprises gamma detector (4) and shielding (3) that can be arranged so that only radiation from a certain segment is received by the probe.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meßsonde zur bohrlochgeophysikali­ schen Messung der Gammastrahlenintensität in Bohrungen, Grundwassermeßstellen und Brunnen, mit Gammadetektoren, welche die Gammastrahlenintensität detektie­ ren.The invention relates to a method and a measuring probe for borehole geophysical measuring the gamma-ray intensity in boreholes, groundwater measuring points and wells, with gamma detectors that detect the gamma ray intensity ren.

Bohrlochgeophysikalische Verfahren zur Messung der Gammastrahlenintensität er­ fassen diese üblicherweise nicht richtungsselektiv. Bohrlochgeophysikalische Meß­ sonden zur Gammastrahlenmessung üblicher Bauart verfügen dementsprechend ü­ ber nur einen fest in der Meßsonde angebrachten Detektor zur Erfassung der in ein Bohrloch aus dem Gebirge einfallenden Gammastrahlung. Sie werden seit vielen Jahren in der Bohrlochgeophysik eingesetzt. (Geophysics, 1940, Discussions and communications; radioactive weil logging service: v. 5, n. 4, p. 402). Über diesen Detektor wird die gesamte einfallende Gammastrahlung kumulativ gemessen, ohne daß unterschieden werden kann, ob die Gammastrahlung aus unterschiedlichen a­ zimutalen Richtungen mit unterschiedlicher Intensität einfällt.Borehole geophysical methods for measuring the intensity of gamma rays usually do not grasp these in a directionally selective manner. Borehole geophysical measurement Probes for measuring gamma rays of a conventional design accordingly have ü With only one detector permanently installed in the measuring probe to detect the Drill hole from the gamma radiation incident in the mountains. You have been for many Years in borehole geophysics. (Geophysics, 1940, Discussions and communications; radioactive because logging service: v. 5, n. 4, p. 402). About this The total incident gamma radiation is measured cumulatively without that it can be distinguished whether the gamma radiation from different a cimuthal directions with different intensity.

Bekannt sind weiterhin Anordnungen bei Gamma-Gamma-Dichtemeßsonden, die bis zu drei Detektoren für die Gammastrahlenmessung besitzen. Diese Detektoren sind auf einer vertikalen Linie oberhalb der Strahlenquelle angeordnet und dienen dabei der rechnerischen Eliminierung des Einflusses von Bohrlochdurchmesser, Rauhigkeit der Bohrlochwand und des Filterkuchens auf die Dichtebestimmung nach der Gamma-Gamma-Methode.Arrangements in gamma-gamma density measuring probes are also known have up to three detectors for gamma-ray measurement. These detectors are arranged on a vertical line above the radiation source and serve thereby the computational elimination of the influence of borehole diameters, Roughness of the borehole wall and the filter cake according to the density determination the gamma-gamma method.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß Unterschiede im das Bohrloch umgebenden Ge­ stein bzw. Material gemessen werden können. Außerdem soll eine Meßsonde zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben werden.The invention has for its object a method according to the preamble of Claim 1 to improve so that differences in the ge surrounding the borehole stone or material can be measured. In addition, a measuring probe for Perform this procedure.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gesamte horizontale Ebene in einzelnen Segmenten unterteilt vermessen wird, die Messwerte jedes ein­ zelnen Segments separat erfasst und ausgewertet werden und die Resultate mit denen der anderen Segmente und/oder mit einer späteren Messung verglichen werden. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Meßsonde angegeben.This object is achieved in that the entire horizontal Level is divided into individual segments, the measured values each one individual segments are recorded and evaluated separately and the results with those  of the other segments and / or compared with a later measurement. A measuring probe is specified to carry out the method.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements are specified in the subclaims.

Vorteilhafterweise wird für jedes Segment ein unabhängig registrierender Gamma­ detektor verwendet.An independently registering gamma is advantageously used for each segment detector used.

In einer alternativen Ausführungsform wird ein um seine vertikale Achse rotierender Gammadetektor verwendet.In an alternative embodiment, a rotating around its vertical axis Gamma detector used.

Bevorzugt sind der oder die Gammadetektoren mit einem Orientierungssystem zur Bestimmung der Lage zu geographisch Nord oder relativ zu einem Bezugspunkt ge­ koppelt.The gamma detector (s) with an orientation system are preferred Determination of the geographic north or relative to a reference point couples.

Vorteilhafterweise erfassen der oder die Gammadetektoren durch Abschirmungen nur azimutal einfallende Gammastrahlen, wobei die Form und die Größe des erfass­ ten Segmentes durch die Lage und die Form der Abschirmungen bestimmt wird.Advantageously, the gamma detector (s) detect by means of shields only gamma rays incident azimuthally, whereby the shape and size of the th segment is determined by the location and shape of the shields.

In bevorzugter Ausführungsform sind die Gammadetektoren an Armen mit einem Andrückmechanismus angeordnet, der die Gammadetektoren gegen die Innenwand des Bohrlochs drückt.In a preferred embodiment, the gamma detectors are on arms with a Pressure mechanism arranged that the gamma detectors against the inner wall of the borehole.

Zweckmäßigerweise sind die Gammadetektoren in einem starren System symmet­ risch oder asymmetrisch zueinander angeordnet.The gamma detectors are expediently symmet in a rigid system risch or asymmetrical to each other.

Erfindungsgemäß sind in bevorzugter Ausführungsform mindestens zwei Gamma­ detektoren, bevorzugt drei Gammadetektoren vorgesehen, die gegeneinander abge­ schirmt sind.According to the invention, in a preferred embodiment, at least two gamma detectors, preferably three gamma detectors are provided, the abge against each other are shielded.

Sinnvollerweise bestehen die Abschirmungen aus Blei, oder einem anderen, die Gammastrahlung absorbierenden Material. It makes sense for the shields to be made of lead, or another, that Gamma radiation absorbing material.  

In bevorzugter Ausführungsform verfügt die Meßsonde über ein System zur Erfas­ sung der Meßrichtung der Gammadetektoren oder ist mit einem solchen so verbun­ den, daß jedem Meßpunkt gleichzeitig eine Richtung, absolut zu geographisch Nord oder relativ zu einem Punkt, zugeordnet werden kann.In a preferred embodiment, the measuring probe has a detection system Solution of the direction of measurement of the gamma detectors or is so connected with such that each measuring point has a direction at the same time, absolutely too geographically north or relative to a point.

So verfügt das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Meßsonde (nachfolgend seg­ mentiertes Gamma-Log genannt) über mehrere voneinander unabhängig registrie­ rende Gammastrahlendetektoren, die voneinander durch Gammastrahlen absorbie­ rende Elemente abgeschirmt sind. Die Detektoren sind räumlich so zueinander an­ geordnet, daß sie die in das Bohrloch einfallende Gammastrahlung richtungsselektiv messen und dabei einen Vollkreis von 360° in mehreren Sektoren komplett abde­ cken.The method according to the invention and the measuring probe (hereinafter seg mented gamma log) over several independent registries gamma ray detectors that absorb each other through gamma rays elements are shielded. The detectors are spatially facing each other ordered that the directional selective gamma radiation entering the borehole measure and completely cover a full circle of 360 ° in several sectors tick.

Eine weitere Variante dieser Erfindung ist dann gegeben, wenn ein richtungsselektiv abgeschirmter Detektor 360° um eine Achse rotiert und so die einfallende Gamma­ strahlung nacheinander in alle Richtungen gemessen wird. Durch das bei der geo­ physikalischen Bohrlochmessung übliche Ab- oder Ausfahren der Meßsonde am Bohrlochmeßkabel, werden hierbei die Meßwerte spiralförmig über die gesamte Boh­ rung, die Grundwassermeßstellen oder den Brunnen erfaßt.Another variant of this invention is given when a directionally selective shielded detector rotates 360 ° around an axis and so the incident gamma radiation is measured successively in all directions. Because of the geo physical borehole measurement customary retraction or extension of the probe on Borehole measuring cable, the measured values are spiraled over the entire Boh tion, the groundwater measuring points or the well.

Eine besondere Bedeutung erfährt diese Erfindung beim Nachweis einer ringsum homogenen wasserundurchlässigen Abdichtung von Ringräumen (Raum zwischen den Brunnenrohren und der Außenwand der Brunnenbohrung) bei Brunnen und Grundwassermeßstellen, die vorzugsweise durch die Verpressung einer mit gamma- aktivem Monazitsand angereicherten Ton-Zement-Mischung erzeugt wird.This invention is of particular importance in the detection of an all around homogeneous watertight sealing of annular spaces (space between the well pipes and the outer wall of the well bore) at wells and Groundwater measuring points, which are preferably made by pressing a gamma active monazite sand-enriched clay-cement mixture is produced.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sonde mit drei Gammadetektoren Fig. 2 zeigt ein Meßbeispiel des segmentierten Gamma-Log's. Fig. 1 shows an embodiment of a probe with three gamma detectors . Fig. 2 shows a measurement example of the segmented gamma log.

Fig. 1 zeigt eine Meßsonde mit drei Gammadetektoren 4 in einer Einheit mit den zu­ gehörigen Sekundärelektronenvervielfachern (SEV) auf Armen befestigt. Fig. 1 shows a measuring probe with three gamma detectors 4 in one unit with the associated secondary electron multiplier (SEV) attached to arms.

Die Detektoren befinden sich dabei auf gleicher horizontaler Ebene, jeweils um einen räumlichen Winkel von 120° versetzt. Durch die Anbringung von speziell geformten Abschirmungselementen 3 aus Blei wird erreicht, daß die an den Detektoren regist­ rierte Strahlung bevorzugt aus einem räumlichen Winkel von ebenfalls 120° aus dem den Detektoren nach außen hin gegenüberliegenden Untersuchungsbereich stammt. Um die erforderliche konstante Untersuchungsgeometrie ständig aufrecht zu erhal­ ten, werden die Arme durch einen Federmechanismus 5 elastisch, entsprechend dem Durchmesser des Brunnens, der Meßstelle oder der Bohrung, an die Innenwand angedrückt.The detectors are on the same horizontal plane, each offset by a spatial angle of 120 °. The attachment of specially shaped shielding elements 3 made of lead ensures that the radiation registered on the detectors preferably originates from a spatial angle of likewise 120 ° from the examination area opposite the detectors. In order to constantly maintain the required constant examination geometry, the arms are pressed elastically by a spring mechanism 5 , according to the diameter of the well, the measuring point or the bore, against the inner wall.

Die drei Sondenkörper mit Detektoren und Signalaufbereitung 4 werden durch den Andrückmechanismus 5 entsprechend dem Durchmesser der Bohrung angedrückt. Durch die Abschirmung 3 der einzelnen Detektoren 4 untereinander, hier ist Blei verwendet worden, wird gewährleistet, daß in die Detektoren 4 nur Strahlung aus der jeweiligen Vorzugsrichtung gelangen kann. Über den Sondenrechner mit Übertra­ gungselektronik und Richtungsmodul 1, wahlweise Kompass oder Gyroskop, wird dabei die Lage der einzelnen Sondenkörper 4 zu geographisch Nord bestimmt. Im Sondenkörper mit Detektoren und Signalaufnahme 4 werden die Meßwerte gleich­ zeitig aufbereitet und zum Sondenrechner 1 weitergegeben.The three probe bodies with detectors and signal conditioning 4 are pressed on by the pressing mechanism 5 in accordance with the diameter of the bore. The shielding 3 of the individual detectors 4 from one another, here lead has been used, ensures that only radiation from the respective preferred direction can get into the detectors 4 . About the probe computer with transmission electronics and direction module 1 , optionally compass or gyroscope, the position of the individual probe body 4 is determined to be geographically north. In the probe body with detectors and signal recording 4 , the measured values are processed simultaneously and passed on to the probe computer 1 .

Mit Hilfe der Übertragungselektronik 1 werden die Meßdaten über das im Sonden­ kopf mit Übergangsstück 2 angeschlossene Bohrlochmeßkabel an die sich oberhalb des Bohrlochs befindende Bearbeitungsstation weitergegeben.With the help of the transmission electronics 1 , the measurement data are passed on to the processing station located above the borehole via the borehole measuring cable connected in the probe head with transition piece 2 .

Fig. 2 zeigt ein Meßbeispiel des segmentierten Gamma-Log's mit einer Meßsonde, die über drei um 120° horizontal versetzte Detektoren verfügt. Die Messung wurde in einem Brunnen ausgeführt, dessen Ringraum (Raum zwischen den Brunnenrohren und der Außenwand der Brunnenbohrung) mit einer Ton-Zement-Mischung, die wiederum mit Monazitsand zur Erhöhung der Gammastrahlung angereichert wurde, nachträglich verpreßt wurde. Es wurde jeweils eine Messung 6 vor und eine Mes­ sung 7 nach der Verpressung ausgeführt. Aus der Differenz der Messung nach und vor der Verpressung läßt sich insofern der Erfolg der Maßnahme ableiten. Ist an allen drei Segmenten eine signifikante und vergleichbar große Erhöhung der Strahlung meßbar, so kann davon ausgegangen werden, daß der Ringraum des Brunnens rundum homogen verpresst und damit wasserunwegsam ist. Fig. 2 shows a measurement example of the segmented gamma log's with a measuring probe, which has three 120 ° horizontally offset detectors. The measurement was carried out in a well, the annular space (space between the well pipes and the outer wall of the well bore) was subsequently pressed with a clay-cement mixture, which in turn was enriched with monacite sand to increase the gamma radiation. A measurement 6 was carried out before and a measurement 7 was carried out after the pressing. In this respect, the success of the measure can be derived from the difference between the measurements after and before the pressing. If a significant and comparably large increase in radiation can be measured in all three segments, it can be assumed that the annulus of the well is homogeneously compressed all around and is therefore water-impermeable.

Claims (11)

1. Verfahren zur bohrlochphysikalischen Messung der Gammastrahlen­ intensität in Bohrungen, Grundwassermeßstellen und Brunnen, mit Gammadetektoren (4), welche die Gammastrahlenintensität detektie­ ren, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte horizontale Ebene in einzelnen Segmenten unterteilt vermessen wird, die Messwerte jedes einzelnen Segments separat erfasst, ausgewertet und die Resultate mit denen der anderen Segmente und/oder mit einer späteren Mes­ sung verglichen werden.1. A method for physical measurement of the gamma ray intensity in boreholes, groundwater measuring points and wells, with gamma detectors ( 4 ) which detect the gamma ray intensity, characterized in that the entire horizontal plane is measured divided into individual segments, and the measured values of each individual segment are recorded separately , evaluated and the results compared with those of the other segments and / or with a later measurement. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Segment ein unabhängig registrierender Gammadetektor (4) verwen­ det wird.2. The method according to claim 1, characterized in that an independently registering gamma detector ( 4 ) is used for each segment. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein um sei­ ne vertikale Achse rotierender Gammadetektor verwendet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that one is ne vertical axis rotating gamma detector is used. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der oder die Gammadetektoren (4) mit einem Orientierungs­ system zur Bestimmung der horizontalen Lage gekoppelt sind.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the or the gamma detectors ( 4 ) are coupled to an orientation system for determining the horizontal position. 5. Meßsonde zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Gammadetek­ toren (4) durch Abschirmungen (3) nur azimutal einfallende Gamma­ strahlen erfassen, wobei die Form und die Größe des erfassten Seg­ mentes durch die Lage und die Form der Abschirmungen (3) bestimmt wird.5. Measuring probe for performing the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the gamma detector (s) ( 4 ) detect only azimuthally incident gamma rays through shields ( 3 ), the shape and size of the segment being detected is determined by the location and shape of the shields ( 3 ). 6. Meßsonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gam­ madetektoren (4) an Armen mit einem Andrückmechanismus (5) an­ geordnet sind, der die Gammadetektoren (4) gegen die Innenwand des Bohrlochs drückt.6. Measuring probe according to claim 5, characterized in that the gam madetectors ( 4 ) on arms with a pressing mechanism ( 5 ) are arranged on, which presses the gamma detectors ( 4 ) against the inner wall of the borehole. 7. Meßsonde nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gammadetektoren (4) in einem starren System symmetrisch oder a­ symmetrisch zueinander angeordnet sind.7. Measuring probe according to claim 5 or 6, characterized in that the gamma detectors ( 4 ) are arranged symmetrically or a symmetrically to one another in a rigid system. 8. Meßsonde nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens zwei Gammadetektoren (4), bevorzugt drei Gammadetektoren (4), vorgesehen sind. 8. Measuring probe according to one of claims 5 to 7, characterized in that at least two gamma detectors ( 4 ), preferably three gamma detectors ( 4 ) are provided. 9. Meßsonde nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gammadetektoren (4) untereinander abgeschirmt sind.9. Measuring probe according to one of claims 5 to 9, characterized in that the gamma detectors ( 4 ) are shielded from one another. 10. Meßsonde nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abschirmungen (3) aus Blei, oder einem anderen, die Gammastrahlung absorbierenden Material bestehen.10. Measuring probe according to one of claims 5 to 10, characterized in that the shields ( 3 ) consist of lead, or another material which absorbs the gamma radiation. 11. Meßsonde nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßsonde über ein System zur Erfassung der Meßrich­ tung der Gammadetektoren (4)verfügt, oder mit einem solchen so ver­ bunden ist, daß jedem Meßpunkt gleichzeitig eine Richtung, absolut zu geographisch Nord oder relativ zu einem Punkt, zugeordnet ist.11. Measuring probe according to one of claims 5 to 10, characterized in that the measuring probe has a system for detecting the measuring direction of the gamma detectors ( 4 ), or is connected with such a ver that each measuring point has a direction simultaneously, absolutely to geographically north or relative to a point.
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