DE112015006903T5

DE112015006903T5 - Dunkelstromkorrektur in Szintillatordetektoren für nukleare Anwendungen in einem Bohrloch

Info

Publication number: DE112015006903T5
Application number: DE112015006903.8T
Authority: DE
Inventors: Imran Sharif Vehra
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2018-05-24
Also published as: AU2015409097A1; CA2995201A1; GB201802409D0; US9874653B2; NO20180219A1; US20170227670A1; BR112018002771A2; CA2995201C; GB2556289A; WO2017048220A1; US20170343701A1; US9766366B2; CN107923986A

Abstract

Es wird ein Strahlungsprotokollierungswerkzeug bereitgestellt, das einen Szintillatordetektor zur Verwendung an einem Bohrlochwerkzeugstrang beinhaltet, um Erdformationen zu charakterisieren. Der Szintillatordetektor weist eine Klappe auf, um das Sammeln von Daten zu ermöglichen, das zwischen einfallender Strahlung, wie zum Beispiel Rückstreusignal, und Systemrauschen, wie zum Beispiel Dunkelstrom, Vibrationsrauschen, elektrothermischem Rauschen und elektrostatischem Rauschen unterscheidet. Das Strahlungsprotokollierungswerkzeug stellt ein Verfahren zum Kalibrieren und Messen einfallender Strahlung durch die Entfernung von Systemrauschen bereit. Die Klappe ist zwischen dem Photosensor und Szintillationselement des Szintillatordetektors positioniert und kann zwischen offenen und geschlossenen Zuständen wechseln, während der Szintillatordetektor eingesetzt ist. Messungen von Signalrauschen können verwendet werden, um das Sampling-Signal von einfallender Strahlung an dem Szintillatordetektor zu kalibrieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Vorrichtungen und Systeme für die Erfassung von nuklearen Signalen und zugehörige sensorische Vorrichtungen zur Verwendung mit einem Bohrsystem oder einen anderen Werkzeugstrang eines Bohrlochsystems, der in Kohlenwasserstoftbohrlöchern und anderen Bohrlöchern eingesetzt wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Lichtempfindliche Geräte können als Szintillatordetektoren verwendet werden, um nukleare Signale zu erfassen, die verwendet werden, um Formationen in Bezug auf Wireline- und Logging-while-Drilling-Anwendungen zu evaluieren. Dunkelstrom wird inhärent durch ein lichtempfindliches Gerät generiert. Dunkelstrom kann als Rauschen mit niedrigem Pegel auftreten und kann sich auf Niedrigstrahlungsenergiemessungen von Werkzeug wie zum Beispiel Dichtemessungswerkzeug auswirken. Dunkelstrom kann ansteigen, wenn die Temperatur ansteigt. Einige lichtempfindliche Geräte können mit Dunkelstromrauschen, das bei hohen Temperaturen generiert wird, überfordert sein. Die auf das lichtempfindliche Gerät angewandte Spannung kann erhöht werden, um die Verstärkung des lichtempfindlichen Geräts zu kompensieren, die durch erhöhte Temperatur oder Abdriften des lichtempfindlichen Geräts im Laufe der Zeit verloren geht. Aber durch Dunkelstrom generiertes Rauschen nimmt auch zu, wenn die auf das lichtempfindliche Gerät angewandte Spannung zunimmt.
Figurenliste
Veranschaulichende Aspekte und Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungsfiguren detailliert beschrieben.

1 ist ein schematisches Diagramm eines Bohrlochwerkzeugstrangs, der Detektoren für nukleare Signale aufweist, die in einem Bohrloch eingesetzt werden, gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
FlG. 2 ist ein schematisches Diagramm eines Strahlungsprotokollierungswerkzeugs, das einen Szintillatordetektor und einen Strahlungssender beinhaltet, gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
3 ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels für einen Szintillatordetektor, der eine Prüfquelle neben dem Szintillatordetektor aufweist, gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein schematisches Diagramm eines anderen Beispiels für einen Szintillatordetektor, der eine in den Szintillatordetektor integrierte Prüfquelle aufweist, gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
5 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren Beispiels für einen Szintillatordetektor, der einen ungeschirmten Szintillationskristall aufweist, der in Reihe mit einem geschirmten sekundären Szintillationskristall, der eine Prüfquelle aufweist, angeordnet ist, gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
6 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren Beispiels für einen Szintillatordetektor, der einen geschirmten sekundären Szintillationskristall mit einer Prüfquelle angeordnet in Reihe und mit einem ungeschirmten Szintillationskristall aufweist, gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
7 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Sammeln von Probesignaldaten von einer strahlungssendenden sensorischen Werkzeugbaugruppe und Kalibrieren der Probesignaldaten, um Geräterauschen nachzuweisen, gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein Szintillatordetektor ist ein Instrument, das zum Erfassen und Messen von ionisierender Strahlung verwendet wird, wobei bei Bohr- oder Kohlenwasserstoffbohrlochanwendungen insbesondere das Sammeln von Gamma- (γ-) oder Neutronenstrahlung im Mittelpunkt stehen kann. Ein Szintillatordetektor kann ein Szintillatorelement wie zum Beispiel den Szintillationskristall beinhalten, das als Reaktion auf einfallende Strahlung Lichtphotonen generiert. Der Photosensor des Szintillatordetektors kann Photonen von dem Szintillatorelement empfangen und dieses Licht in ein elektrisches Signal umwandeln und kann es oft verstärken. Der Szintillatordetektor kann mit elektrischen Komponenten verwendet werden, die das elektrische Signal übertragen, speichern und verarbeiten können. Die Ausgabe eines Szintillatordetektors kann als Zählungen bezeichnet werden. Szintillatordetektoren können sowohl die Intensität als auch die Energie einfallender Strahlung messen. Bei Bohrlochanwendungen kann die einfallende Strahlung Rückstreusignalstrahlung sein. Insbesondere kann ein Strahlungsprotokollierungswerkzeug an einem Werkzeugstrang ein Nuklearstrahlungssignal in die umliegenden Erdschichten senden und das gesendete Signal kann die Erdschichten oder Formationen in den Erdschichten reflektieren, brechen oder ablenken (z. B. streuen). Die zurück in Richtung des Werkzeugstrangs gerichtete Menge ist ein Rückstreusignal. Das Rückstreusignal kann eine Komponente eines standardmäßigen Sampling-Signals sein. Szintillatordetektoren können Formationen in Erdschichten auf Grundlage von spektralen Daten, Dichteablesungen und dergleichen, die von dem Rückstreusignal abgeleitet sind, kennzeichnen (z. B. durch Bestimmen der Eigenschaften oder Identifizieren der Inhalte von Regionen). Szintillatordetektoren können auch verwendet werden, um Proben der natürlich auftretenden Strahlung zu nehmen. In solchen Systemen können keine aktiven Protokollierungsquellen verwendet werden; jedoch kann eine Referenzprüfquelle (oder Samenquelle) verwendet werden.
Bestimmte Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen einen Szintillatordetektor mit einer Klappe, die sich zwischen einem Photosensor und einem Szintillationskristall befindet und die verwendet werden kann, um Dunkelstrom in nuklearen Anwendungen in einem Bohrloch zu korrigieren. Dunkelstrom ist elektrischer Strom von lichtempfindlichen Geräten, die inhärent und willkürlich Elektronen und Ladelöcher generieren, wenn in Wirklichkeit keine Photonen in die Geräte eintreten. Die Klappe kann durch eine Spannung zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position bedienbar sein. In der offenen Position kann die Klappe ermöglichen, dass von dem Szintillationskristall erzeugtes Licht zu dem Photosensor übergeht und mit dem Dunkelstrom des Photosensors gemessen wird. In der geschlossenen Position kann die Klappe den Übergang von Licht zu dem Photosensor blockieren, aber der Dunkelstrom des Photosensors kann trotzdem gemessen werden. Der Dunkelstrom kann von dem Photosensor über einen bestimmten Zeitraum gemessen werden, wenn sich die Klappe in der geschlossenen Position befindet. Der gemessene Dunkelstrom kann von Lichtmessungen während einer normalen Messperiode abgezogen werden, wie zum Beispiel, wenn sich die Klappe in der offenen Position befindet, um die Dunkelstromkomponente von Messungen von dem gemessenen Licht zu entfernen. Das gemessene Licht mit dem entfernten Dunkelstrom kann weiter verarbeitet werden. Das Entfernen von Dunkelstrom oder zusätzlichen Arten von Rauschen, wie zum Beispiel elektronischem Rauschen und Vibrationsrauschen des Geräts, kann die Genauigkeit und Sensitivität von Messungen durch lichtempfindliche Geräte statistisch verbessern.
In einigen Beispielen kann die Klappe eine Flüssigkristallklappe sein, die durch die Spannung in Echtzeit aktiviert werden kann, sodass sie sich in der geschlossenen Position befindet. Die Ausgabe des Photosensors, wenn sich die Klappe in der geschlossenen Position befindet, kann lediglich die Zählungen aufgrund von Dunkelstrom darstellen. In anderen Beispielen kann die Ausgabe den Dunkelstrom und andere Arten von Systemrauschen darstellen. Es können über einen zuvor festgelegten Zeitraum als Teil eines Selbstkalibrierungszyklus Proben des Dunkelstroms genommen werden. Der gemessene Dunkelstrom und andere Arten von gemessenem Systemrauschen können dann zur normalen Messung abgezogen werden, wenn sich die Klappe in der offenen Position befindet. Dies kann für Massenzählungen oder Spektralmessungen verwendet werden.
Ein Bohrwerkzeug kann andere Rauschquellen aufweisen, die Signale stören, die von Sensoren auf dem Werkzeugstrang gesammelt werden. Auf dem Werkzeugstrang vorhandene elektronische Ausstattung generiert elektronisches Rauschen wie zum Beispiel thermisches Rauschen, Funkelrauschen, Interferenz, Übersprechen und dergleichen. Verschiedene Aspekte der vorliegenden Offenbarung können bei Wireline- oder Slickline-Sampling-Vorgängen, permanenter oder semipermanenter Produktionsüberwachung, Logging-while-Drilling-(LWD)-Anwendungen oder Measurement-while-Drilling-(MWD)-Anwendungen verwendet werden. Bei LWD- und MWD-Anwendungen kann die Vibration des Werkzeugstrangs ein Vibrationsrauschen generieren, das elektrostatische Effekte, die Bewegung von Drähten und entsprechende elektromagnetische Effekte und Signale ausgelöst alleine durch die physische Bewegung beinhalten kann. Kontakt zwischen dem Werkzeugstrang und den Wänden eines Bohrlochs kann auch eine Quelle von Vibrationsrauschen sein. Der Dunkelstrom, das elektrische Rauschen und das Vibrationsrauschen können als Systemrauschen gekennzeichnet sein.
Ein Prozess zum Entfernen von Rauschen, das sich aus einem beliebigen oder allen von Dunkelstrom, elektronischem Rauschen und Vibrationsrauschen ergibt, von einem standardmäßigen Sampling-Signal kann einen Kalibrierprozess beinhalten. Der Kalibrierprozess kann als ein Zyklus zwischen dem standardmäßigen Signal-Sampling eines Szintillatordetektors durchgeführt werden, sodass der Kalibrierprozess ein Kalibrierprozess in Echtzeit ist. Durch Schließen einer Klappe in dem Szintillatordetektor für einen Kalibrierungszyklus kann der mit dem Szintillatorelement gekoppelte Photosensor das Systemrauschen messen, das das Gerät betrifft. In einigen Aspekten kann der Kalibrierungszyklus über eine Zeitspanne durchgeführt werden, die Millisekunden im Maßstab, Sekunden im Maßstab oder Aggregate davon sein kann. Das Systemrauschen kann von dem Sampling-Signal von einfallender Strahlung entfernt werden, die gesammelt wird, wenn die Klappe offen ist.
Die hierin erörterten veranschaulichenden Beispiele sind angeführt, um dem Leser den hierin erörterten allgemeinen Gegenstand vorzustellen und sollen nicht den Schutzumfang der offenbarten Konzepte beschränken. Die folgenden Abschnitte beschreiben verschiedene zusätzliche Aspekte und Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente angeben und Richtungsbeschreibungen verwendet werden, um die veranschaulichenden Aspekte zu beschreiben. Die folgenden Abschnitte verwenden Richtungsbeschreibungen wie zum Beispiel „über Tage“ und „unter Tage“ in Bezug auf die veranschaulichenden Aspekte, wie sie in den Figuren dargestellt sind, wobei die Richtung über Tage in Richtung der Oberfläche des Bohrlochs geht und die Richtung unter Tage in Richtung des Fußes des Bohrlochs geht. Die Längsachse des Werkzeugstrangs kann als die „Mittellinie“ des Werkzeugstrangs bezeichnet werden. Ferner können Abschnitte von hierin beschriebenen strukturellen Elementen im Einsatz mit ihrer allgemeinen Ausrichtung bezeichnet werden, z. B. ein Ende über Tage oder ein Ende unter Tage. Wie die veranschaulichenden Aspekte sind die in den folgenden Abschnitten enthaltenen Bezugszeichen und Richtungsbeschreibungen nicht zu verwenden, um die vorliegende Offenbarung einzuschränken.
1 ist ein schematisches Diagramm eines Bohrlochbohrsystems 100, das einen Werkzeugstrang 106 aufweist, der in einem Bohrloch 102 eingesetzt wird. Der Werkzeugstrang 106 kann Sensoren aufweisen. In dem Bohrlochbohrsystem 100 wird ein in Erdschichten 104 gebildetes Bohrloch 102 gebohrt, indem ein Meißel 118 gedreht wird, der an den Werkzeugstrang 106 gekoppelt ist. In einigen Aspekten kann ein Bohrlochfutterrohr 105 entlang der Seiten von Erdschichten 104, die das Bohrloch 102 definieren, eingesetzt und angeordnet werden. In anderen Aspekten kann ein Bohrlochbohrsystem 100 in einem Bohrloch mit offenem Loch angewandt werden.
Der Werkzeugstrang 106 kann einen Dorn 108 mit einem oder mehreren Strahlungsprotokollierungswerkzeugen 110 beinhalten. Das Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 kann entlang des Dorns 108 über Tage oder unter Tage von anderem Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 positioniert werden. In einigen Aspekten kann/können andere(s) Sensoren, Werkzeug, Kommunikationsvorrichtungen, Instrumente und andere Werkzeugstrangvorrichtungen (nicht gezeigt) in Bohrlochbohrsystemen an einer beliebigen Stelle entlang des Dorns 108 bis hoch zu der Bohrlochoberfläche 103 oder hinab zu dem Boden (oder Fuß) des Bohrlochs 102 verwendet werden. Jedes Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 kann mechanisch an den Dorn 108 gekoppelt sein und sich radial von der Mittellinie des Dorns 108 erstrecken oder an anderen Komponenten als dem Dorn 108 positioniert sein. Jedes Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 kann einen Strahlungssender beinhalten, der nukleare Signale in die Erdschichten 104 sendet, die von Formationen 107 innerhalb der Erdschichten streuen. Jedes Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 kann auch einen Szintillatordetektor beinhalten, der Komponenten zum Messen der Rückstreusignale und Entfernen von Dunkelstrom und anderem Rauschen von den gemessenen Signalen aufweist.
1 zeigt ferner ein Bohrwerkzeug, das einen Meißel 118 und ein Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 aufweist, das während des Bohrens (z.B. LWD/MWD-Aufzeichnungen) und während Zeiträumen, in denen der Meißel 118 nicht aktiv innerhalb des Bohrlochs 102 bohrt oder rotiert, betrieben werden kann. Die Steuereinheit 120 kann sich an der Oberfläche 103 des Bohrlochbohrsystems 100 befinden. Die Steuereinheit 120 kann ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium und Mikroprozessoren beinhalten, die konfiguriert sind, um Daten von dem Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 zu empfangen, das sich entlang des Werkzeugstrangs 106 befindet. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit 120 ferner den Betrieb des Werkzeugstrangs 106 und des Meißels 118 oder einer/eines beliebigen anderen Vorrichtung, Werkzeugs oder Instruments, die/das an den Werkzeugstrang 106 gekoppelt ist, steuern. In einigen Aspekten kann die Steuereinheit 120 Daten, die von dem Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 erhalten wurden, sammeln oder zusammenfassen und ein Profil oder eine Charakterisierung der Erdschichten 104 und Formationen 107 neben dem Bohrloch 102 generieren. Die Steuereinheit 120 kann ferner eine Benutzerschnittstelle beinhalten, um einem Bediener zu ermöglichen, die Funktion des Werkzeugstrangs 106 zu überwachen und zu steuern und jegliche Messungen von Signalen, die von dem Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 oder anderen sich unter Tage befindenden sensorischen Vorrichtungen empfangen wurden, zu evaluieren.
2 ist ein schematisches Diagramm des Strahlungsprotokollierungswerkzeugs 110 gemäß einem Beispiel. Das Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 beinhaltet einen Szintillatordetektor 201 und einen Strahlungssender 203, um nukleare Signale 213 zu senden. Der Szintillatordetektor 201 kann einen Photosensor 202, ein Klappenelement 204 und einen Szintillationskristall 206 beinhalten. Der Strahlungssender 203 kann sich mit dem Szintillatordetektor 201 unter Tage befinden und kann nukleare Signale 213 in die umliegenden Formationen senden. Die Signale 213 können von Erdschichten sowie Formationen in den Erdschichten als Rückstreusignale, die eine Komponente von einfallenden Signalen 214 sein können, reflektieren, brechen oder ablenken. Die einfallenden Signale 214 können von dem Szintillationskristall 206 des Szintillatordetektors 201 empfangen werden, was dazu führt, dass der Szintillationskristall 206 Photonen generiert. In einigen Aspekten kann natürliche Gammastrahlung der umliegenden Erdschichten und Formationen ebenfalls eine Komponente der einfallenden Signale 214 sein. Ein direktes Abschirmelement 205 kann zwischen dem Strahlungssender 203 und dem Szintillatordetektor 201 positioniert sein, sodass im Allgemeinen verhindert wird, dass nukleare Signale 213 direkt von dem Szintillationskristall 206 empfangen werden. Somit kann der Szintillatordetektor 201 Rückstreusignale sammeln und messen und die Erdschichten ohne Rauschen oder Interferenz, die durch unbeabsichtigtes Sammeln von direkten nuklearen Signalen 213 von dem Strahlungssender 203 bewirkt werden, kennzeichnen.
In alternativen Aspekten kann das Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 ohne einen Strahlungssender 203 konstruiert sein, sodass der Szintillatordetektor 201 einfallende Signale 214 primär auf Grundlage der natürlichen Gammastrahlung sammelt.
Das Klappenelement 204 ist zwischen dem Szintillationskristall 206 und dem Photosensor 202 positioniert und daran gekoppelt. Der Eintritt von Licht von dem Szintillationskristall 206 in den Photosensor 202 kann blockiert werden, wenn sich das Klappenelement 204 in einer geschlossenen Anordnung befindet. Der Übergang von Licht zu dem Photosensor 202 kann ermöglicht werden, wenn sich das Klappenelement 204 in einer offenen Anordnung befindet. Das Klappenelement 204 kann von einer Klappensteuerspannung 210 angetrieben werden, um die Klappe zwischen einer offenen Anordnung und einer geschlossenen Anordnung zu betätigen. Der Szintillatordetektor 201 kann Proben von Sampling-Signalen auf Grundlage von einfallenden Signalen 214 nehmen, während sich das Klappenelement 204 in der offenen Anordnung befindet. Der Szintillatordetektor 201 kann Proben von Signalen in dem Photosensor 202 auf Grundlage von Systemrauschen (darunter Dunkelstrom) nehmen, während sich das Klappenelement 204 in der geschlossenen Anordnung befindet, was zum Beispiel während eines Kalibrierungszyklus sein kann. Ein Ausgabesignal 212 wird von dem Photosensor 202 generiert und der Szintillatordetektor 201 überträgt das Ausgabesignal 212 an andere Elektronik wie zum Beispiel die lokale Verarbeitungseinheit 207 oder eine Steuereinheit an der Oberfläche des Bohrlochs, um das gesammelte Ausgabesignal 212 zu verarbeiten, zu manipulieren und zu analysieren.
Das Klappenelement 204 kann eine Flüssigkristallklappe, eine mechanische Klappe, eine optische Klappe, piezoelektrisch, ein optisches Gitter oder ein anderes derartiges Element sein, das zwischen einer offenen und einer geschlossenen Anordnung betätigt werden kann. In Aspekten, bei denen das Klappenelement 204 eine Flüssigkristallklappe ist, kann die Flüssigkristallklappe dunkel oder schwarz werden und Licht blockieren, wenn die Klappensteuerspannung 210 auf das Klappenelement 204 angewandt wird. Das Anwenden von Klappensteuerspannung 210 auf das Klappenelement 204 kann zu einer beliebigen Zeit gesteuert und ausgeführt werden, während der Szintillatordetektor 201 unter Tage eingesetzt wird. In Aspekten, bei denen das Klappenelement 204 eine mechanische Klappe oder eine andere optische Klappe ist, kann die Blende des Klappenelements geöffnet, geschlossen oder getaktet werden, wenn die Klappensteuerspannung 210 auf das Klappenelement 204 angewandt wird. In Aspekten, bei denen das Klappenelement 204 piezoelektrisch oder ein optisches Gitter ist, kann der optische Lichtweg von dem Szintillationskristall 206 in Richtung des oder weg von dem Photosensor 202 verschoben werden, wenn die Klappensteuerspannung 210 auf das Klappenelement 204 angewandt wird. Eine bestimmte Ausrichtung des piezoelektrischen oder optischen Gitterelements als ein Klappenelement 204 kann als eine geschlossene Anordnung arbeiten, auch wenn der optische Weg das piezoelektrische oder optische Gitterelement weiter durchläuft.
Dem Photosensor 202 kann Strom bei einer Betriebsspannung 208 zugeführt werden, die ausreichend ist, um Elemente des Photosensors 202 anzutreiben, um Signale von dem Szintillationskristall 206 zu sammeln. In einigen Aspekten kann der Strom der Betriebsspannung 208, der den Photosensor 202 antreibt, von einer Stromquelle sein, die an eine lokale Verarbeitungseinheit 207 gekoppelt ist oder sich darin befindet. Der Photosensor 202 kann eine Photovervielfacherröhre (PMT) sein und die Betriebsspannung 208 kann ausreichend sein, um die relativen Spannungen von Dynoden des Elektronenvervielfachers innerhalb der PMT beizubehalten. In alternativen Aspekten kann der Photosensor 202 eine Photodiode, eine Lawinenphotodiode, ein Festphasenphotovervielfacher oder ein anderes solches Halbleitergerät sein, das ein Ausgabesignal 212 entsprechend dem einfallenden Signal 214 generieren kann. Die Ausgabesignale 212 können von der lokalen Verarbeitungseinheit 207, die elektronisch an den Szintillatordetektor 201 gekoppelt ist, gespeichert, verarbeitet und übertragen werden.
Die lokale Verarbeitungseinheit 207 kann einen Prozessor und ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium beinhalten. Die lokale Verarbeitungseinheit 207 kann Daten und Signale wie zum Beispiel Betriebsanweisungen von einer Steuereinheit, die sich an anderer Stelle in dem Bohrlochbohrsystem befindet, empfangen, speichern, verarbeiten und übertragen. Die lokale Verarbeitungseinheit 207 kann ferner computerausführbare Anweisungen oder Algorithmen beinhalten, um Daten oder Signale, die von dem Szintillatordetektor 201 empfangen wurden, zu verarbeiten, umzuwandeln, zu transformieren oder anderweitig zu manipulieren. Die lokale Verarbeitungseinheit 207 kann Signale als Ausgabesignale 212 an die Steuereinheit (entweder direkt oder indirekt durch den Bus-Master) oder ein anderes Datenverarbeitungsmodul übertragen. Die Ausgabesignale 212 können als ein durchgehender Datenstrom, als Batches oder Datenpakete oder in einem beliebigen anderen Übertragungsschema übertragen werden. In anderen Aspekten kann die lokale Verarbeitungseinheit 207 eines gegebenen Strahlungsprotokollierungswerkzeugs 110 elektronisch an die lokalen Verarbeitungseinheiten 207 von anderem Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 an einem gegebenen Werkzeugstrang gekoppelt sein und kann Signale durch das andere Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 zur Verarbeitung übertragen.
In einigen Aspekten kann das Bohrlochbohrsystem einen Untertage-Computer (bezeichnet als „Bus-Master“) beinhalten, der elektronisch an ein oder mehrere Werkzeuge entlang des Werkzeugstrangs und auch an eine Steuereinheit 120 an der Oberfläche des Bohrlochs gekoppelt ist. Der Untertage-Computer (nicht gezeigt) kann einen Mikroprozessor beinhalten, der ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium aufweist, das ferner computerausführbare Anweisungen oder Algorithmen beinhaltet, um Daten oder Signale, die von einem oder mehreren Strahlungsprotokollierungswerkzeugen 110 empfangen wurden, zu speichern, zu verarbeiten, umzuwandeln, zu transformieren oder anderweitig zu manipulieren. Daten, die von einem oder mehreren Strahlungsprotokollierungswerkzeugen 110 von dem Untertage-Computer empfangen wurden, können schließlich an die Steuereinheit 120 weitergeleitet werden.
Die lokale Verarbeitungseinheit 207 kann die von standardmäßigem Signal-Sampling abgeleiteten Ausgabesignale 212 korrigieren, indem während eines oder mehrerer Kalibrierungszyklen gesammeltes Systemrauschen entfernt wird. Während eines Kalibrierungszyklus ist das Klappenelement 204 geschlossen und das Ausgabesignal 212 ist repräsentativ für Systemrauschen, das Rauschen beinhaltet, das dem Photosensor 202 und Szintillatordetektor 201 inhärent ist. Die lokale Verarbeitungseinheit 207 kann einen Korrekturwert auf Grundlage der während eines Kalibrierungszyklus gesammelten Ausgabesignale 212 berechnen und speichern. Der Korrekturwert kann ein Durchschnitt der während eines Kalibrierungszyklus gesammelten Ausgabesignale 212, ein Mittelwert der während eines Kalibrierungszyklus gesammelten Ausgabesignale 212, eine Kombination aus den während zwei oder mehr Kalibrierungszyklen gesammelten Ausgabesignalen 212, eine Kombination davon oder ein anderer statistisch berechneter Wert sein. Während des standardmäßigen Signal-Samplings ist das Klappenelement offen und die Ausgabesignale 212 sind repräsentativ für die einfallenden Signale 214, die Photonen auslösen, die durch den Szintillationskristall 206 übertragen werden. Während des standardmäßigen Signal-Samplings sind Dunkelstrom, der dem Photosensor 202 inhärent ist, und anderes Systemrauschen ebenfalls Teil der Ausgabesignale 212. Die lokale Verarbeitungseinheit 207 kann den aus einem oder mehreren Kalibrierungszyklen bestimmten Korrekturwert auf die während des standardmäßigen Signal-Samplings gesammelten Ausgabesignale 212 anwenden, um Dunkelstrom (und andere Arten von Systemrauschen) zu entfernen, um einen kalibrierten Satz an Formationsdaten herzustellen. Der kalibrierte Satz an Formationsdaten kann die einfallenden Signale 214 genauer darstellen.
In einigen Aspekten kann der kalibrierte Satz an Formationsdaten über einen Zeitraum in dem nichtflüchtigen, computerlesbaren Medium gespeichert werden, das sich in der lokalen Verarbeitungseinheit 207 befindet, und anschließend als ein Datenstrom oder als ein Datenpaket an eine Steuereinheit übertragen werden, die elektronisch an das Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 gekoppelt ist. In anderen Aspekten kann der kalibrierte Satz an Formationsdaten, sobald er von der lokalen Verarbeitungseinheit 207 berechnet ist, direkt in Echtzeit an eine Steuereinheit übertragen werden, die elektronisch an das Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 gekoppelt ist. In weiteren Aspekten kann der kalibrierte Satz an Formationsdaten über einen Zeitraum in dem nichtflüchtigen, computerlesbaren Medium gespeichert werden, das sich in dem Untertage-Computer befindet, und anschließend als ein Datenstrom oder als ein Datenpaket an die Steuereinheit 120 übertragen werden. Die Kalibrierungsdaten können auch als Diagnosewert verwendet werden, um das nominale Rauschen des Strahlungsprotokollierungswerkzeugs 110 oder die Lebensdauer des Strahlungsprotokollierungswerkzeugs 110 zu bestimmen.
Ein Kalibrierungszyklus kann gemäß externer Stimulierung initiiert werden, wie zum Beispiel einer Schwellentemperatur der umliegenden Umgebung. In anderen Aspekten kann der Kalibrierungszyklus durch eine Steuerschnittstelle an der Oberfläche des Bohrlochs manuell oder direkt durch einen Bediener initiiert werden. In weiteren Aspekten kann der Kalibrierungszyklus gemäß einer automatischen Timing-Sequenz initiiert werden, wobei die Timing-Sequenz in gleichen Intervallen oder in einem Muster aus Timing-Intervallen sein kann.
Der Szintillationskristall 206 kann aus einem beliebigen geeigneten Material gefertigt sein. Beispiele für geeignete Materialien beinhalten anorganische Kristalle, unter anderem basierend auf Cäsiumiodid (CsI), Natriumiodid (NaI), Natriumiodid dotiert mit Thallium (NaI:TI), Zinksulphid (ZnS), Lithiumiodid (LiI) oder Bismutgerminat (BiGeO). Der Szintillationskristall 206 kann ferner andere Elemente als einen Dotierstoff in der Kristallstruktur beinhalten, um die elektrischen Eigenschaften des Szintillationskristalls 206 zu modifizieren. Anorganische Szintillationskristalle können zur Verwendung in spezifischen Anwendungen ausgewählt werden. Cäsiumiodid in kristalliner Form kann als ein Szintillator für die Erfassung von Protonen und Alpha-(a)-Partikeln verwendet werden. Zinksulfid kann auch als ein Detektor von Alpha-(a)-Partikeln verwendet werden. Natriumiodid, das eine Menge an Thallium als ein Dotierstoff enthält, kann als ein Szintillator für die Erfassung von Gamma-(γ)-Wellen verwendet werden. Lithiumiodid (LiI) kann als ein Detektor für Neutronen verwendet werden. Andere Beispiele für geeignete Materialien für den Szintillationskristall 206 beinhalten transparente anorganische Kristalle, die aus Anthracen, Stilben, Naphthalen oder anderen aromatischen Kohlenwasserstoffen gefertigt sind.
In einigen Aspekten kann sich ein transparentes siliziumbasiertes Gelkissen oder Schmiermittel (nicht gezeigt) zwischen dem Photosensor 202 und dem Szintillationskristall 206 befinden. Das Kissen oder Schmiermittelkissen kann Dämpfung bereitstellen und harten Aufprall zwischen den Elementen des Szintillatordetektors 201, der durch physische Bewegung wie zum Beispiel die Vibration eines Meißels an dem Ende eines Bohrstrangs bewirkt wird, reduzieren.
Der Strahlungssender 203 kann eine beliebige von mehreren Quellen zum Senden von nuklearen Signalen 213 aufweisen. In einigen Aspekten kann der Strahlungssender 203 eine elementale Isotopenquelle aufweisen, die verwendet werden kann, um Gamma- oder Neutronenstrahlung in die Erdschichten eines Bohrlochs zu senden. In einigen Aspekten kann das Element oder Isotop unter anderem eine Cäsium-(Cs)-Quelle, eine Cobalt-(Co)-Quelle oder eine Americium-(Am)-Quelle beinhalten. Die Elemente und Isotope von für den Strahlungssender 203 verwendeten Elementen können eine Emission mit einer Menge an Energie von ungefähr einigen Zehn Kiloelektrovolt bis ungefähr einigen Zehn Megaelektrovolt aufweisen. In anderen Beispielen kann die Strahlungsquelle Gammastrahlung produzieren, die eine Energie von ungefähr sechzig Kiloelektrovolt (60 keV) aufweist. Erdschichten können auch eine Komponente von natürlicher Gammastrahlung aufweisen, die als einfallende Signale 214 von dem Szintillatordetektor 201 gesammelt werden kann. In alternativen Aspekten kann der Strahlungssender 203 Neutronenstrahlung senden oder kann der Strahlungssender 203 ein Spektralwerkzeug sein. Szintillatordetektoren gemäß anderen Beispielen können eine Quelle für ein Referenzsignal beinhalten, mit dem die Wirksamkeit der Entfernung von Dunkelstrom oder anderen Arten von Systemrauschen geprüft werden kann. 3 ist ein schematisches Diagramm eines anderen Beispiels für den Szintillatordetektor 301. Der Szintillatordetektor 301 beinhaltet die gleichen Komponenten wie der Szintillatordetektor 201 in 2, aber er beinhaltet auch eine Prüfquelle 216 neben dem Szintillationskristall 206. Ebenso ist 4 ein schematisches Diagramm eines weiteren Beispiels für einen Szintillatordetektor 401, der die gleichen Komponenten wie der Szintillatordetektor 201 beinhaltet, der in 2 gezeigt wird, der aber die Prüfquelle 216 innerhalb des Szintillationskristalls 206 integriert beinhaltet. Die Prüfquelle 216 kann eine zusätzliche Verstärkungsstabilisierung des Photosensors 202 bereitstellen.
Zum Beispiel kann die Prüfquelle 216 in Kombination mit einem Szintillationskristall 206 verwendet werden, um ein Referenzsignal 218 bereitzustellen. Die Prüfquelle 216 kann eine kleine Spurenmenge an Radioaktivität neben dem Szintillationskristall 206 wie in 3 oder integriert als Teil des Szintillationskristalls 206 wie in 4 senden. Das von der Prüfquelle bereitgestellte Referenzsignal 218 kann bewirken, dass der Szintillationskristall 206 Photonen generiert. Die Prüfquelle 216 kann das Referenzsignal 218 bei einem geringeren Energieniveau als das Rückstreusignal senden, für dessen Erfassung der jeweilige Szintillatordetektor 301, 401 konfiguriert ist. In einigen Aspekten sendet die Prüfquelle 216 jedoch ein Referenzsignal 218, das ein Energieniveau in derselben Spanne wie Dunkelstromemissionen aufweist. Die Entfernung von Dunkelstromrauschen von den Ausgabesignalen 212 kann durch die Entfernung eines erwarteten Referenzsignals 218 von der Prüfquelle 216 bestätigt werden.
Die Prüfquelle 216 kann zur Verstärkungsstabilisierung des Photosensors beitragen, da das Referenzsignal 218 eine bekannte und stabile Spitzenenergie aufweist und ein Abweichen von diesem Energieniveau kann verwendet werden, um den Grad des Abdriftens, falls vorhanden, in einem Photosensor 202 zu bestimmen. Für Anwendungen, bei denen das einfallende Signal 214 ein relativ hohes Energieniveau aufweisen kann, kann die Prüfquelle 216 derart ausgewählt sein, dass sie ein Referenzsignal 218 mit relativ geringem Energieniveau sendet, das von den erwarteten einfallenden Signalen 214 unterscheidbar ist. Wenn eine Komponente der Ausgabesignale 212, die auf den Photonen basiert, die von dem Referenzsignal 218 ausgelöst werden, ein Abdriften des Photosensors 202 angibt, kann die Betriebsspannung 208 des Photosensors angepasst werden, um die Verstärkung des Photosensors 202 zu ändern und zu stabilisieren.
Die Prüfquelle 216 kann ein Referenzsignal 218 in derselben Energieniveauspanne wie von dem Dunkelstrom erwartet senden. Das Referenzsignal 218 kann dadurch ein Baseline-Signal bereitstellen, von dem aus die Dunkelstromkomponente der Ausgabesignale 212 berechnet werden kann. In einigen Aspekten muss die Betriebsspannung 208 des Photosensors 202 nicht erhöht werden, um lediglich eine reduzierte Verstärkung zu kompensieren. Der Photosensor 202 kann somit bei einer relativ geringeren durchschnittlichen Betriebsspannung 208 im Verlauf der Lebensdauer des Photosensors betrieben werden, wodurch indirekt die Lebensdauer des Photosensors 202 verlängert wird, indem die Rate des Abbaus des Photosensors 202 verlangsamt wird. In einigen Aspekten kann die Prüfquelle 216 ein Isotop eines Elements wie zum Beispiel Americium (Am), Cobalt (Co) oder Cäsium (Cs) beinhalten.
Szintillatordetektoren gemäß verschiedenen Beispielen können zusätzliche Komponenten beinhalten. 5 ist ein schematisches Diagramm eines anderen Beispiels für einen Szintillatordetektor 501. Der Szintillatordetektor 501 ist dem in 4 gezeigten Szintillatordetektor 401 ähnlich, mit der Ausnahme, dass der Szintillationskristall 206 in Reihe mit einem geschirmten sekundären Szintillationskristall 222, der die Prüfquelle 216 beinhaltet, angeordnet ist. Der Szintillatordetektor 501 kann ferner auch ein sekundäres Klappenelement 220, das über eine optische Faser 230 an den sekundären Szintillationskristall 222 gekoppelt ist, und ein Abschirmgehäuse 224, das direkt um den sekundären Szintillationskristall 222 gekoppelt ist, beinhalten. Das Abschirmgehäuse 224 kann den sekundären Szintillationskristall 222 umgeben, mit Ausnahme des Abschnitts des sekundären Szintillationskristalls 222, das an die optische Faser 230 gekoppelt ist, die ferner optisch an das sekundäre Klappenelement 220 gekoppelt ist. Optional kann sich eine Linse 228 neben dem sekundären Szintillationskristall 222 innerhalb des Abschirmgehäuses 224 befinden. Die optional gekoppelte Linse 228 kann Licht fokussieren, das innerhalb des sekundären Szintillationskristalls 222 in Richtung der optischen Faser 230 generiert wird. Wenn sich das sekundäre Klappenelement 220 in einer offenen Anordnung befindet, können in dem sekundären Szintillationskristall 222 generierte Photonen die optische Faser 230 und das sekundäre Klappenelement 220 in Richtung des Photosensors 202 durchlaufen. Der Szintillationskristall 206 kann in diesem Beispiel ein ungeschirmter Szintillationskristall sein. In weiteren alternativen Aspekten kann eine optionale sekundäre Linse (nicht gezeigt) zwischen der optischen Faser 230 und dem sekundären Klappenelement 220 platziert werden, um das über die optische Faser 230 (welche die fokussierende Funktion der Linse 228 umkehrt) empfangene Licht zu divergieren und das Licht einem Abschnitt des Szintillationskristalls 206 bereitzustellen, der breiter als der Durchmesser der optischen Faser 230 ist. Die optionale sekundäre Linse kann sich entweder zwischen dem sekundären Klappenelement 220 und dem Szintillationskristall 206 oder zwischen dem sekundären Klappenelement 220 und der optischen Faser 230 befinden.
Das Referenzsignal 218 von der Prüfquelle 216 kann derart ausgewählt sein, dass es eine minimale Anzahl an Photonen aufweist, die sich auf den Szintillationskristall 206 auswirken. Das Minimieren einer jeglichen unbeabsichtigten Auswirkung auf den Szintillationskristall 206 durch das Referenzsignal 218 kann erreicht werden, indem das Abschirmgehäuse 224, der sekundäre Szintillationskristall 222 und die Prüfquelle 216 in einem Abstand zu den anderen Komponenten des Szintillatordetektors 501 platziert werden und das Referenzsignal 218 durch die optische Faser 230 zu dem sekundären Klappenelement 220 geleitet wird. In solchen Aspekten kann der sekundäre Szintillationskristall 222 in einem Abstand einen oder mehrere Fuß (1 ft.) weg von der Prüfquelle 216 positioniert werden, oder weit genug, sodass die Zählungen von der Prüfquelle eine minimale Auswirkung auf den Szintillationskristall 206 haben.
Der Eintritt von Licht von dem ungeschirmten Szintillationskristall 206 in den Photosensor 202 kann blockiert werden, wenn sich das Klappenelement 204 in einer geschlossenen Anordnung befindet. Unabhängig kann der Eintritt von Licht von dem geschirmten sekundären Szintillationskristall 222 (über den ungeschirmten Szintillationskristall 206) in den Photosensor 202 blockiert werden, wenn sich das sekundäre Klappenelement 220 in einer geschlossenen Anordnung befindet, wodurch die Zeiten gesteuert werden, zu denen ein Referenzsignal 218 von der Prüfquelle 216 ungeschirmten Szintillationskristall 206 in Richtung des Photosensors 202 durchläuft. Die Blende des Klappenelements 204 kann geöffnet, geschlossen oder getaktet werden, wenn die Klappensteuerspannung 210 auf das Klappenelement 204 angewandt wird. Ebenso kann die Blende des sekundären Klappenelements 220 geöffnet, geschlossen oder getaktet werden, wenn eine sekundäre Klappensteuerspannung 226 auf das sekundäre Klappenelement 220 angewandt wird. Sowohl die Klappensteuerspannung 210 als auch die sekundäre Klappensteuerspannung 226 kann von einer Stromquelle angetrieben werden, die sich in dem Strahlungsprotokollierungswerkzeug befindet, welches den Szintillatordetektor 501 beherbergt, wobei sich die Stromquelle innerhalb einer lokalen Verarbeitungseinheit 207 befinden kann.
In einigen Aspekten können der ungeschirmte Szintillationskristall 206 und der geschirmte sekundäre Szintillationskristall 222 aus den gleichen Szintillationskristallmaterialien konstruiert sein. In anderen Aspekten können der ungeschirmte Szintillationskristall 206 und der geschirmte sekundäre Szintillationskristall 222 aus unterschiedlichen Szintillationskristallmaterialien konstruiert sein. In weiteren Aspekten kann sich ein transparentes siliziumbasiertes Gelkissen oder Schmiermittel (nicht gezeigt) zwischen dem ungeschirmten Szintillationskristall 206 des Photosensors und dem geschirmten sekundären Szintillationskristall 222 befinden, um Dämpfung bereitzustellen und harten Aufprall zwischen den Elementen des Szintillatordetektors 501, der durch physische Bewegung oder Vibration bewirkt wird, zu reduzieren.
In weiteren Aspekten kann das Abschirmgehäuse 224, das den geschirmten sekundären Szintillationskristall 222 umgibt, aus einem Element mit hoher Masse gefertigt sein, welches das Durchlaufen des Referenzsignals 218 durch das Abschirmgehäuse 224 blockiert, um zu verhindern, dass das Referenzsignal 218 die Generierung von Photonen in dem ungeschirmten Szintillationskristall 206 direkt stimuliert, wenn das sekundäre Klappenelement 220 geschlossen ist. Ebenso kann in einigen Aspekten das Abschirmgehäuse 224, das den geschirmten sekundären Szintillationskristall 222 umgibt, aus einem Element mit hoher Masse gefertigt sein, welches das Durchlaufen des einfallenden Signals 214 durch das Abschirmgehäuse 224 blockiert. Die Eigenschaften der hohen Masse des Abschirmgehäuses 224 können verhindern, dass das einfallende Signal 214 Photonen in dem sekundären Szintillationskristall 222 erzeugt, die nicht auf der Prüfquelle 216 basieren. In einigen Aspekten kann das Element mit hoher Masse, das verwendet wird, um das Abschirmgehäuse 224 zu konstruieren, Blei (Pb) oder ein anderes Element sein, das ausreichend Masse aufweist, um sowohl das Referenzsignal 218 als auch ein erwartetes einfallendes Signal 214 zu blockieren. In anderen Aspekten kann das Element mit hoher Masse, das verwendet wird, um das Abschirmgehäuse 224 zu konstruieren, eine Dicke aufweisen, um eine Gesamtmasse bereitzustellen, die ausreichend ist, um sowohl das Referenzsignal 218 als auch ein erwartetes einfallendes Signal 214 zu blockieren.
6 ist ein schematisches Diagramm eines anderen Beispiels für einen Szintillatordetektor 601. Der Szintillatordetektor 601 ist dem Szintillatordetektor 501 wie in 5 gezeigt ähnlich, mit der Ausnahme, dass der sekundäre Szintillationskristall 222 mit der Prüfquelle 216, geschirmt durch das Abschirmgehäuse 224, näher an dem Photosensor 202 positioniert ist als das Klappenelement 204 und der ungeschirmte Szintillationskristall 206, der Strahlung einfallender Signale 214 von der Formation und den Erdschichten empfängt. In dieser Anordnung, wenn sich das Klappenelement 204 in einer geschlossenen Anordnung befindet, werden lediglich das Referenzsignal 218 von der Prüfquelle 216 und Systemrauschen (darunter Dunkelstrom von dem Photosensor 202) gesammelt. Die Ausgabesignale 212, die gesammelt werden, wenn sich das Klappenelement 204 in der geschlossenen Anordnung befindet, können zur Stabilisierung verwendet werden und können von den Signaldaten abgezogen werden, die gesammelt werden, wenn das Klappenelement 204 offen ist. Diese Anordnung ermöglicht die Subtraktion der Hintergrundsignale aufgrund der Prüfquelle 216.
7 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Sammeln von Probesignaldaten von einer strahlungssendenden sensorischen Werkzeugbaugruppe und Kalibrieren der Probesignaldaten, um Systemrauschen nachzuweisen. In einigen Aspekten sammelt die sensorische Werkzeugbaugruppe Protokollierungsdaten sowohl während standardmäßigen Signal-Sampling-Phasen als auch während Kalibrierungszyklusphasen und verwendet während Kalibrierungszyklusphasen gesammelte Protokollierungsdaten, um eine berechnete Korrektur auf die während des standardmäßigen Signal-Samplings gesammelten Protokollierungsdaten anzuwenden. Zuerst wird ein Werkzeugstrang, der eine Bohrvorrichtung aufweist, in einem Bohrloch eingesetzt. Der Werkzeugstrang kann ein Strahlungsprotokollierungswerkzeug beinhalten, wie zum Beispiel das Strahlungsprotokollierungswerkzeug 110 aus 2. In Block 700 beginnt der Prozess, wobei das zu erfassende Signal von einem oder beiden von dem Strahlungsprotokollierungswerkzeug selbst und natürlich auftretender Strahlung stammen kann. In Block 702 wird das Strahlungsprotokollierungswerkzeug gesteuert, um ein Klappenelement eines Szintillatordetektors in einer offenen Anordnung oder einer geschlossenen Anordnung zu bedienen.
In Block 704 wird die Klappe in der offenen Anordnung bedient und erfasste Signale, wie zum Beispiel Sampling-Signale, werden von einfallenden Signalen gesammelt, die von Erdschichten und Formationen, die das Bohrloch, in dem die Baugruppe eingesetzt wird, umgeben, empfangen werden. Zum Beispiel sendet der Strahlungssender des Strahlungsprotokollierungswerkzeugs radioaktive Signale in das umliegende Bohrloch. Die gesendeten direkten Signale können von den Erdschichten und Formationen des umliegenden Bohrlochs reflektieren, brechen oder ablenken. Ein Teil des Rückstreusignals, das eine Komponente einfallender Strahlung sein kann, kann von den Szintillationssensoren empfangen werden. Das Strahlungsprotokollierungswerkzeug kann zu einem beliebigen Zeitpunkt oder zu allen Zeiten Signale senden, während die Bohrvorrichtung eingesetzt ist. Der Szintillatordetektor der sensorischen Werkzeugbaugruppe ist empfänglich für einfallende Signale, die ein individuelles Signal oder ein kombiniertes Signal aus Rückstreusignal, natürlicher Gammastrahlung oder natürlicher Neutronenstrahlung sein können. Der Szintillationskristall des Szintillatordetektors sendet Photonen als Reaktion auf den Empfang von einfallenden Signalen. Ein Teil der in dem Szintillationskristall generierten Photonen tritt in den Photosensor ein und wird dadurch als Zählungen an der lokalen Verarbeitungseinheit gemessen und aufgezeichnet.
Die in der lokalen Verarbeitungseinheit gespeicherten Protokollierungsdaten können verarbeitet werden, was in einigen Aspekten die Anwendung eines Korrekturwertes auf die Probesignaldaten sein kann, wobei die Probesignaldaten anschließend an die Steuereinheit übertragen oder von dieser gelesen werden. In einigen Aspekten kann der Betrieb des Szintillatordetektors mit offenen Klappen über einen zuvor festgelegten Zeitraum fortgesetzt werden. In anderen Aspekten kann der Betrieb des Szintillatordetektors mit offenen Klappen durch einen Bediener über eine Steuereinheit entfernt von der sensorischen Werkzeugbaugruppe gesteuert werden. In verschiedenen Aspekten können Probesignaldaten von der lokalen Verarbeitungseinheit in Echtzeit zu der Steuereinheit gestreamt, in Datenpaketen oder Batches an die Steuereinheit übertragen oder als eine Kombination sowohl aus Echtzeit- als auch verpackten Datenübertragungen an die Steuereinheit gesendet werden. In anderen Aspekten können Probesignaldaten von der lokalen Verarbeitungseinheit durch einen Untertage-Computer weitergeleitet werden, bevor sie an die Steuereinheit übertragen werden.
In Block 706 sammelt der Szintillatordetektor mit dem geschlossenen Klappenelement Signale, die für Systemrauschen repräsentativ sind, das Dunkelstrom beinhaltet. Zum Beispiel empfängt der Photosensor, während das Strahlungsprotokollierungswerkzeug radioaktive Signale in das umliegende Bohrloch senden kann, keine in dem gekoppelten Szintillationskristall generierten Photonen, da das Klappenelement des Szintillatordetektors geschlossen ist. Entsprechend befindet sich der Photosensor während des Kalibrierungszyklus in einer Anordnung, in welcher der Photosensor Systemrauschen erfasst, während der Dunkelstrom, Vibrationsrauschen und elektrostatisches Rauschen als Zählungen der lokalen Verarbeitungseinheit gemessen und aufgezeichnet werden.
In Block 708 berechnet die lokale Verarbeitungseinheit einen Korrekturwert auf Grundlage des gesammelten Systemrauschens. Der Korrekturwert kann für das Vibrationsrauschen, elektrostatische Rauschen und beliebiges anderes Systemrauschen des Werkzeugstrangs zusätzlich zu von den Photosensorelementen der Szintillationssensoren generiertem Dunkelstrom repräsentativ sein. In Block 710 kann die lokale Verarbeitungseinheit den Korrekturwert auf die Probesignale (von Block 704) anwenden, die erfasst werden, wenn das Klappenelement offen ist.
Die während der Probesignalsammlung in Block 704 gesammelten Daten können ferner in Bezug darauf differenziert werden, ob die Protokolle gesammelt wurden, während sich die Werkzeugstrangbohrvorrichtung in dem Prozess des Bohrens befand oder nicht. Ebenso können die während eines Kalibrierungszyklus in Block 706 gesammelten Systemrauschsignale ferner in Bezug darauf differenziert werden, ob die Protokolle gesammelt wurden, während sich die Werkzeugstrangbohrvorrichtung in dem Prozess des Bohrens befand oder nicht. Das Systemrauschen wird zumindest aufgrund der Menge des vorhandenen Vibrationsrauschens unterschiedlich sein, wenn sich die Werkzeugstrangbohrvorrichtung in dem Prozess des Bohrens befindet oder nicht. Die lokale Verarbeitungseinheit kann einen unterschiedlichen Korrekturwert berechnen und auf Probesignale anwenden, abhängig davon, ob die Bohrvorrichtung zum Zeitpunkt der Protokollierung aktiv war oder nicht.
In Block 712 wird ein korrigierter Datensatz an Probesignalen, die verarbeitet wurden, um Systemrauschen von den Daten zu entfernen, bereitgestellt oder an ein Verarbeitungsgerät übertragen, wie zum Beispiel eine Steuereinheit, die sich an der Oberfläche des Bohrlochs befindet. Der korrigierte Datensatz, der für die Eigenschaften der Erdschichten und Formationen, die das Bohrloch umgeben, repräsentativ sein kann, kann ferner zur Analyse der Erdschichten und Formationen, die das Bohrloch umgeben, verarbeitet und kommuniziert werden.
In Block 714 kann der in Block 708 bestimmte Korrekturwert verwendet werden, um einen Diagnosewert zu erzeugen, um das nominalen Rauschen eines gegebenen Strahlungsprotokollierungswerkzeugs oder die Lebensdauer eines gegebenen Strahlungsprotokollierungswerkzeugs zu bestimmen.
In anderen Beispielen beinhaltet das Sammeln von erfassten Signalen in Block 704 auch ein Signal von einer Prüfquelle, die verwendet wird, um die Verstärkung des Szintillatordetektors zu stabilisieren.
Nach dem Abschluss entweder eines standardmäßigen Sampling-Zyklus oder eines Kalibrierungszyklus kann der Prozess des sensorischen Werkzeugs periodisch, zyklisch, als Reaktion auf einen physischen Stimulus, als Reaktion auf eine programmierte Sequenz oder als Reaktion auf einen benutzerinitiierten Befehl zu Block 702 zurückkehren.
Der Gegenstand von Aspekten und Beispielen dieser Offenbarung ist hier mit Genauigkeit beschrieben, um gesetzliche Vorgaben zu erfüllen, aber diese Beschreibung soll nicht zwingend den Geltungsumfang der Patentansprüche einschränken. Der beanspruchte Gegenstand kann auf andere Arten ausgeführt sein, kann andere Elemente oder Schritte beinhalten und kann in Verbindung mit anderen bestehenden oder zukünftigen Technologien verwendet werden. In dieser gesamten Beschreibung sind zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details festgelegt, um ein umfassendes Verständnis von Beispielen und Aspekten des hierin offenbarten Gegenstands bereitzustellen. Ein Fachmann versteht jedoch, dass die vielen Beispiele oder Aspekte ohne einiger dieser spezifischen Details praktiziert werden können. In einigen Fällen werden Strukturen und Geräte in Diagramm- oder schematischer Form gezeigt, um die Verschleierung der zugrunde liegenden Prinzipien der beschriebenen Beispiele oder Aspekte zu vermeiden. Diese Beschreibung ist nicht als eine bestimmte Reihenfolge oder Anordnung unter oder zwischen verschiedenen Schritten oder Elementen implizierend zu interpretieren, sofern nicht die Reihenfolge einzelner Schritte oder die Anordnung von Elementen explizit beschrieben ist.
Die vorstehende Beschreibung der Offenbarung, einschließlich veranschaulichter Aspekte und Beispiele, wurde lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung halber aufgeführt und soll nicht abschließend sein oder die Offenbarung auf die genauen offenbarten Formen beschränken. Es sind zahlreiche verschiedene Modifikationen, Anpassungen und Anordnungen der in den Zeichnungen dargestellten oder vorstehend beschriebenen Komponente sowie von Komponenten und Schritten, die nicht gezeigt oder beschrieben sind, möglich. Ebenso sind einige Merkmale und Teilkombinationen nützlich und können ohne Bezugnahme auf andere Merkmale und Teilkombinationen eingesetzt werden. Beispiele und Aspekte des Gegenstands sind zu veranschaulichenden und nicht einschränkenden Zwecken beschrieben worden und alternative Beispiele oder Aspekte werden einem Fachmann ersichtlich, ohne von dem Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen. Entsprechend ist der vorliegende Gegenstand nicht auf die vorstehend beschriebenen oder in den Zeichnungen dargestellten Beispiele oder Aspekte beschränkt und es können verschiedene Ausführungsformen, Beispiele, Aspekte und Modifikationen umgesetzt werden, ohne von dem Schutzumfang der nachfolgenden Patentansprüche abzuweichen.

Claims

System zum Messen und Verarbeiten von innerhalb eines Bohrlochs gesammelten Nuklearstrahlungsdaten, umfassend: einen Werkzeugstrang; und ein Strahlungsprotokollierungswerkzeug, das an dem Werkzeugstrang angebracht ist, wobei das Strahlungsprotokollierungswerkzeug (i) einen Strahlungssender, der bedienbar ist, um ein nukleares Signal in Erdschichten zu senden, und (ii) einen Szintillatordetektor zum Sammeln von Rückstreusignalen von Erdschichten beinhaltet, wobei der Szintillatordetektor eine Klappe beinhaltet, die bedienbar ist, um zwischen einer offenen Anordnung und einer geschlossenen Anordnung betätigt zu werden, wobei die Klappe in der offenen Anordnung dem Szintillatordetektor ermöglicht, Signaldaten auf Grundlage der Rückstreusignale zu sammeln und die Klappe in der geschlossenen Anordnung dem Szintillatordetektor ermöglicht, Systemrauschdaten zu sammeln, um Systemrauschen von den Signaldaten zu entfernen.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine lokale Verarbeitungseinheit, umfassend ein nichtflüchtiges, computerlesbares Medium, das Anweisungen aufweist, die ausführbar sind, um Systemrauschen von den Signaldaten zu entfernen, um korrigierte Signaldaten auszugeben, wobei das Systemrauschen Dunkelstrom beinhaltet.
System nach Anspruch 2, wobei die lokale Verarbeitungseinheit Anweisungen zum Berechnen eines Korrekturwertes auf Grundlage des Systemrauschens und Anweisungen zum Verwenden des Korrekturwertes, um das Systemrauschen von den Signaldaten zu entfernen, beinhaltet.
System nach Anspruch 2, ferner umfassend eine entfernte Steuereinheit, die elektronisch an die lokale Verarbeitungseinheit gekoppelt ist, wobei die entfernte Steuereinheit bedienbar ist, um Signaldaten von der lokalen Verarbeitungseinheit zu empfangen.
System nach Anspruch 2, wobei der Szintillatordetektor ferner eine Prüfquelle umfasst, die an den Szintillatordetektor gekoppelt ist, um ein Referenzsignal zu senden, das von dem Szintillatordetektor gesammelt wird.
System nach Anspruch 5, wobei die lokale Verarbeitungseinheit Anweisungen zum Berechnen eines Photosensorabdriftens des Szintillatordetektors auf Grundlage eines Prüfquellenreferenzsignals und zum Anpassen eines an den Szintillatordetektor gelieferten Stroms auf Grundlage des berechneten Photosensorabdriftens beinhaltet.
System nach Anspruch 5, wobei die lokale Verarbeitungseinheit Anweisungen zum Berechnen eines Photosensorabdriftens des Szintillatordetektors auf Grundlage eines Prüfquellenreferenzsignals, zum Berechnen einer Anpassung an das Systemrauschen auf Grundlage des berechneten Photosensorabdriftens und zum Berechnen eines Korrekturwertes auf Grundlage der Anpassung an das Systemrauschen zum Entfernen von den Signaldaten beinhaltet.
Strahlungsprotokollierungswerkzeug, umfassend: einen Strahlungssender; einen Szintillatordetektor, umfassend: ein Szintillationselement, das bedienbar ist, um Nuklearstrahlungssignale von oder durch eine Erdformation zu empfangen und um als Reaktion auf den Empfang von Nuklearstrahlungssignalen Photonen zu generieren; einen Photosensor, um die Photonen von dem Szintillationselement auf Grundlage der Nuklearstrahlungssignale zu empfangen und um die Photonen in Ausgabesignale umzuwandeln; und eine Klappe (i), die zwischen einer offenen Anordnung und einer geschlossenen Anordnung bedienbar ist, um Systemrauschen von den Ausgabesignalen zu entfernen und (ii) zwischen dem Szintillationselement und dem Photosensor positioniert.
Strahlungsprotokollierungswerkzeug nach Anspruch 8, wobei der Photosensor eine Photovervielfacherröhre ist, wobei das Systemrauschen Dunkelstrom beinhaltet.
Strahlungsprotokollierungswerkzeug nach Anspruch 8, wobei die Klappe eine Flüssigkristallklappe, eine mechanische Klappe oder eine optische Klappe ist.
Strahlungsprotokollierungswerkzeug nach Anspruch 8, wobei die Klappe bedienbar ist, um zwischen der offenen Anordnung, die dem Szintillatordetektor ermöglicht, Signaldaten auf Grundlage der Rückstreusignale zu sammeln, und der geschlossenen Anordnung, die dem Szintillatordetektor ermöglicht, Systemrauschdaten zum Entfernen von den gesammelten Signaldaten zu sammeln, durch eine Klappensteuerspannung betätigt zu werden.
Strahlungsprotokollierungswerkzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend ein Abschirmelement, das zwischen dem Strahlungssender und dem Szintillatordetektor positioniert ist.
Strahlungsprotokollierungswerkzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Prüfquelle, die sich neben dem Szintillationselement befindet.
Strahlungsprotokollierungswerkzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Prüfquelle, die sich innerhalb des Szintillationselements befindet.
Strahlungsprotokollierungswerkzeug nach Anspruch 12, ferner umfassend: eine sekundäre Klappe, die zwischen einer offenen Anordnung und einer geschlossenen Anordnung bedienbar ist, an das Szintillationselement gekoppelt; ein Abschirmgehäuse, das ein sekundäres Szintillationselement umgibt, mit Ausnahme eines Bereichs des sekundären Szintillationselements, der an die sekundäre Klappe gekoppelt ist, wobei sich eine Prüfquelle innerhalb des sekundären Szintillationselements befindet; und eine optische Faser, welche die sekundäre Klappe und das sekundäre Szintillationselement optisch koppelt.
Strahlungsprotokollierungswerkzeug nach Anspruch 15, ferner umfassend eine Linse, die optisch an das sekundäre Szintillationselement und die optische Faser gekoppelt und dazwischen positioniert ist.
Verfahren zum Bedienen eines Strahlungsprotokollierungswerkzeugs in einem Bohrloch, umfassend: Senden eines nuklearen Signals mit einem Strahlungssender in Erdschichten; Betätigen eines Klappenelements, das an einen Photosensor und einen Szintillatordetektor gekoppelt und dazwischen positioniert ist, zwischen einer offenen Anordnung und einer geschlossenen Anordnung; mit dem Klappenelement in der offenen Anordnung Protokollieren von Probesignaldaten auf Grundlage von einfallendem Signal mit dem Photosensor; mit dem Klappenelement in der geschlossenen Anordnung Protokollieren von Dunkelstrom mit dem Photosensor; Berechnen eines Korrekturwertes auf Grundlage der Protokollierung des Dunkelstroms; und Anwenden des Korrekturwertes auf die Probesignaldaten, um eine Komponente von Dunkelstrom von den Probesignaldaten zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend das Protokollieren von Referenzsignaldaten gleichzeitig mit Probesignaldaten, wenn sich das Klappenelement des Szintillatordetektors in einer offenen Anordnung befindet.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend das Protokollieren von Vibrationsrauschen und elektrostatischem Rauschen gleichzeitig mit dem Protokollieren von Dunkelstrom, wenn sich das Klappenelement des Szintillatordetektors in der geschlossenen Anordnung befindet, und das Berechnen des Korrekturwertes auf Grundlage der Protokollierungsdaten des Dunkelstroms, des Vibrationsrauschens und des elektrostatischen Rauschens.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend das Generieren eines Datensatzes, der auf Signale hinweist, die außerhalb des Szintillatordetektors empfangen werden und das Übertragen dieses Datensatzes auf eine entfernte Steuereinheit.