DE1911701B1 - Downhole tool and method for determining the inflow profiles of the strata intersected by a borehole - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf die Messung des auch seine Geschwindigkeit zu bestimmen, wenn der Wasserzuflusses beim Errichten einer Erdölbohrung Bohrlochdurchmesser bekannt ist. Bei unbekanntemThe invention relates to the measurement of the also to determine its speed when the Water inflow when building an oil well is known borehole diameter. With unknown

und besonders auf eine Anlage zur Durchführung Bohrlochdurchmesser, was oft vorkommt, kann dieand especially on a facility for carrying out borehole diameters, which can often occur

einer solchen Messung unter Benutzung einer Be- volumetrische Strömungsgeschwindigkeit mit diesensuch a measurement using a volumetric flow rate with these

schleunigerquelle. 5 Mitteln nicht bestimmt werden. Da es die Geschwin-accelerator source. 5 means cannot be determined. Since the speed

Es ist oft erwünscht, bei der Herstellung einer digkeit des Strömens nach dem Volumen ist, die Bohrung ein Wasserzuflußprofil zu besitzen, das die praktisch gewünscht wird, ist die bekannte Technik Daten des Betrages des Wasserzuflusses aus jeder ungeeignet. Die Erfindung gibt Mittel zur Durchfüh-Tiefe in der Bohrung anzeigt. Das Wasserzufluß- rung der gewünschten Messungen an.
profil beim Errichten einer Ölbohrung kann durch io Aufgabe der Erfindung ist es, die Durchgangszeit Messen der linearen Geschwindigkeit des Wasser- der Bohrlochflüssigkeit von der Neutronenquelle Zuflusses erhalten werden, und das Verhältnis von zum Detektor in solcher Weise zu verändern, daß Wasser zu Öl und Gas bei zunehmenden Abständen eine quantitative Bestimmung der mengenmäßigen zwischen den Schichten oder Tiefen in der Bohrung Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht wird. Dieses bei jeder Tiefe ist bekannt. Aus dem Verhältnis von 15 Verändern der Durchgangszeit erfolgt durch eine Wasser zu Öl und Gas und dem Bohrlochdurch- dehnbare Umhüllung, die am Werkzeug zwischen messer kann die Durchflußmenge des Wassers pro der Strahlungsquelle und dem Detektor liegt. Zum Einheit der Bohrlochtiefe bestimmt werden. Die Verringern der Durchgangszeit um einen bestimm-Restmenge wird von Öl und Gas eingenommen. Die ten Betrag wird die Umhüllung mit einem genau bemengenmäßige Strömungsgeschwindigkeit kann dann 20 kannten Maß einer Flüssigkeit gefüllt. Dieser Vordurch Multiplizieren der Wassermenge pro Einheit gang verringert das Volumen des Bohrlochs zwischen der Bohrlochtiefe mit der linearen Geschwindigkeit der Neutronenquelle und dem Detektor um einen errechnet werden. Der Wasserzufluß aus einer gege- bekannten Betrag und verkürzt somit die Durchbenen Tiefe ist gleich der mengenmäßigen Strö- gangszeit der Flüssigkeit von der Quelle zum Detekmungsgeschwindigkeit bei dieser Tiefe, abzüglich des 25 tor. Auf diese Weise kann die Durchgangszeit so mengenmäßigen Zuflusses unter dieser Tiefe. Bei verändert werden, daß die Sauerstoffaktivierung bei Messungen zum Bestimmen der linearen Geschwür- sehr verschiedenenStrömungsgeschwindigkeiten festdigkeit des Wasserzuflusses und des Verhältnisses gestellt und die mengenmäßigen Strömungsgeschwinvon Wasser zu Öl und Gas bei zunehmender Tiefe digkeiten quantitativ hinsichtlich einer Veränderung im Bohrloch kann das Wasserzuflußprofil der Boh- 30 des Bohrlochdurchmessers gemessen werden können, rung bestimmt werden. Bei Vornahme der Messungen bei verschiedenen Tie-It is often desirable, in establishing fluid flow by volume, for the well to have a water inflow profile that is practically desired, the prior art data of the amount of water inflow from each is unsuitable. The invention provides means for indicating the penetration depth in the bore. The water inflow of the desired measurements.
profile when building an oil well can be obtained by io The object of the invention is to measure the transit time of the linear velocity of the water to the borehole fluid from the neutron source inflow, and to change the ratio of to the detector in such a way that water to oil and gas with increasing distances a quantitative determination of the quantitative flow velocity between the layers or depths in the borehole is made possible. This is known at every depth. From the ratio of 15 changes in the transit time takes place through a water to oil and gas and the borehole-permeable casing, which on the tool can be between the knife and the flow rate of the water per the radiation source and the detector. To be determined for the unit of the drill hole depth. The reduction of the transit time by a certain residual amount is taken up by oil and gas. The th amount will fill the envelope with an exactly quantitative flow rate can then be 20 known degree of a liquid. This preliminary by multiplying the amount of water per unit pass reduces the volume of the borehole between the borehole depth with the linear velocity of the neutron source and the detector by one to be calculated. The inflow of water from a known amount and thus shortens the level depth is equal to the quantitative flow time of the liquid from the source to the detection speed at this depth, minus the 25 gate. In this way, the transit time can so quantitative inflow below this depth. When changing that the oxygen activation in measurements to determine the linear ulcer - very different flow velocities of the water inflow and the ratio, and the quantitative flow velocity of water to oil and gas with increasing depths quantitatively with regard to a change in the borehole, the water inflow profile of the borehole can be used the borehole diameter can be measured, tion can be determined. When taking measurements at different depths

Ein Weg zum Messen der linearen Geschwindig- fen der Bohrung wird das Wasserzuflußprofil erhal-One way to measure the linear velocities of the well is to obtain the water inflow profile.

keit des Wassers in einer fündigen Bohrung erfolgt ten.of the water in a successful borehole.

durch Sauerstoffaktivierung. Ein Bohrlochwerkzeug Die Erfindung bezieht sich demnach auf ein Bohrwird mit einer radioaktiven Neutronenquelle, ζ. B. 35 lochwerkzeug für die Ermittlung von Zuflußprofilen einer Deuterium-Tritium-Quelle mit einem über der der von einem Bohrloch durchteuften Schichten, bei Quelle in geeignetem Abstand von dieser angeord- dem der durchfließbare Querschnitt des Bohrlochs neten Detektor versehen. Das Werkzeug befindet sich geändert wird, mit einer radioaktiven Quelle und im Bohrloch bei einer Tiefe, bei der die Messungen einem Strahlungsdetektor. Sie besteht darin, daß zwides Wasserzuflußprofils erfolgen sollen und die Neu- 40 sehen der radioaktiven Quelle und dem Strahlungstronenquelle zum Aktivieren des Sauerstoffs in der detektor eine dehnbare Umhüllung angeordnet ist.
die Quelle im Bohrloch umgebenden Flüssigkeit In dem Bohrlochwerkzeug kann eine Verdräneingeschaltet wird. Der Sauerstoff reagiert mit gungspumpe für das Einpumpen eines Strömungsden 14-MeV-Neutronen entsprechend der Reaktion mittels in die dehnbare Umhüllung vorgesehen sein. O¹⁶ (n,p) N¹⁶ -N¹⁶ ist radioaktiv mit einer Halbverfalls- 45 Auch ist die Verwendung eines zweiten Strahlungszeit von 7,3 Sekunden. Dieses Radioisotop, das detektors unterhalb der radioaktiven Quelle möglich. Gammastrahlen von ungefähr 6 MeV Energie aus- Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde strahlt, wird durch »Aktivierung« des Sauerstoffs er- liegenden Aufgabe besteht darin, daß bei einem zeugt. Demgemäß wird N^1G in diesem Zusammenhang. Bohrlochwerkzeug, bei dem der durchfließbare als »Sauerstoffaktivierung« oder »aktivierter Sauer- 50 Querschnitt des Bohrlochs geändert und eine radiostoff« bezeichnet. Dieser aktivierte Sauerstoff (d. h. aktive Quelle und ein Strahlungsdetektor über einem Stickstoff 16) fließt zum Detektor, und der Betrag der ortsfesten Teil mit größerem Durchmesser als der Sauerstoffaktivierung wird mit dem Detektor gemes- restliche Teil des Werkzeuges verwendet wird, das sen. Nach dieser Messung wird dann die Neutronen- ortsfeste Teil mit größerem Durchmesser als der restquelle abgeschaltet und die Zeitdauer für das Passie- 55 liehe Teil des Werkzeuges unbeweglich ist und über ren des Detektors durch allen aktivierten Sauerstoff dem Teil in verschiedener Höhe zwei Strahlungsdegemessen. Dieser Vorgang gibt eine Messung für die tektoren unter diesem Teil die radioaktive Quelle so-Zeit, die der aktivierte Sauerstoff benötigt, um von wie unter dieser ein weiterer Strahlungsdetektor ander Neutronenquelle zum Detektor zu gelangen. Da geordnet sind.through oxygen activation. A downhole tool The invention thus relates to a drill with a radioactive neutron source, ζ. B. 35 hole tool for the determination of inflow profiles of a deuterium-tritium source provided with a detector above that of the layers penetrated by a borehole, with the source at a suitable distance therefrom, the flowable cross-section of the borehole. The tool is modified, with a radioactive source and downhole at a depth at which the measurements are made by a radiation detector. It consists in the fact that both water inflow profiles are to take place and the new 40 see the radioactive source and the radiation electron source for activating the oxygen in the detector an expandable envelope is arranged.
Fluid surrounding the source in the borehole In the downhole tool a displacement can be turned on. The oxygen reacts with a supply pump for pumping in a flow of 14 MeV neutrons according to the reaction by means of being provided in the expandable envelope. O ¹⁶ (n, p) N ¹⁶ -N ¹⁶ is radioactive with a half-decay 45 also is the use of a second radiation time of 7.3 seconds. This radioisotope, the detector below the radioactive source is possible. Gamma rays of about 6 MeV emit energy. Another solution that radiates the invention is based on the task of "activating" the oxygen. Accordingly, N becomes ^1G in this context. Borehole tool in which the flowable is called "oxygen activation" or "activated acidic cross-section of the borehole modified and referred to as a radioactive substance". This activated oxygen (ie active source and a radiation detector over a nitrogen 16) flows to the detector, and the amount of stationary part larger in diameter than the oxygen activation is used with the detector being used to measure the remaining part of the tool. After this measurement, the stationary part with a larger diameter than the residual source is switched off and the time for the passage of the part of the tool is immobile and two radiation levels are measured over the detector by all activated oxygen on the part at different heights. This process gives a measurement for the detectors under this part of the radioactive source so time that the activated oxygen needs to get from as under this another radiation detector on the neutron source to the detector. There are ordered.

der Zwischenraum zwischen der Strahlungsquelle 60 Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum und dem Detektor bekannt ist, ergibt diese Messung Messen von Wasserzuflußprofilen in Bohrlöchern die lineare Geschwindigkeit der Wasserströmung im unter Ändern des durchfließbaren Querschnitts des Bohrloch bei einer Tiefe, in der das Werkzeug ange- Bohrlochs durch Messen der Zeit, welche die Flüssigordnet ist. Die Intensität der festgestellten Strahlung keit zum Durchfließen des Abstandes zwischen einer ist proportional der Stärke der Neutronenquelle und 65 radioaktiven Quelle und einem Strahlungsdetektor dem relativen Betrag des Wassers in der sich das benötigt. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeich-Wasser bewegenden Spalte. Somit ist es möglich, so- net, daß das Volumen der Flüssigkeit zwischen dem wohl den Betrag des sich* bewegenden Wassers als Niveau der radioaktiven Quelle und dem des Detek-the space between the radiation source 60. The invention also relates to a method for and known to the detector, this measurement provides measurements of water inflow profiles in boreholes the linear velocity of the water flow in the changing the flowable cross-section of the Borehole at a depth at which the tool is drilled by measuring the time it takes for the fluid to settle is. The intensity of the detected radiation speed to flow through the distance between one is proportional to the strength of the neutron source and 65 radioactive source and a radiation detector the relative amount of water in which it is needed. This process is characterized by water moving column. It is thus possible, so that the volume of the liquid between the probably the amount of the moving water as the level of the radioactive source and that of the detection

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tors um einen gegebenen Betrag geändert wird und Das Gehäuse 23 wird zwischen dem Detektor 27 die Zeit, die für das geänderte Volumen zum Passie- und der Quelle 25 von einer dehnbaren Umhüllung ren eines Punktes im Bohrloch benötigt wird, gemes- 31 umgeben, die an den Stellen 33 und 35 mit dem sen wird, so daß die Volumendifferenz und die ge- Gehäuse 23 flüssigkeitsdicht verbunden ist. Im Gemessenen Zeiten einen Hinweis auf die volumetrische 5 häuse 23 ist eine Verdrängungspumpe 36 mit einertors is changed by a given amount and the housing 23 is between the detector 27 the time it takes for the changed volume to pass and source 25 from a stretchable cladding Ren a point in the borehole is required, measured 31 surrounded at the points 33 and 35 with the is sen, so that the volume difference and the housing 23 is connected in a liquid-tight manner. In the measured Times an indication of the volumetric 5 housing 23 is a positive displacement pump 36 with a

Fließgeschwindigkeit auf Grund der Beziehung Leitung 37 angeordnet, die sich in das Innere derFlow rate arranged due to the relationship line 37, which extends into the interior of the

4 V Umhüllung 31 durch die Wand des Gehäuses öffnet 4 V envelope 31 opens through the wall of the housing

^ ⁼ und außerdem eine Leitung 39 besitzt, die sich durch^ ⁼ and also has a line 39 which extends through

is die Wand des Gehäuses außerhalb der Umhüllungis the wall of the housing outside of the envelope

ergeben, wobei R die volumetrische Fließgeschwin- io 31 in das Bohrloch öffnet. Die Pumpe 36 wird von digkeit, Δ V der Volumenunterschied, T₁ die anf äng- einem Motor 41 angetrieben, der von einem Servoliche Zeitmessung und T₂ die bei geändertem VoIu- mechanismus mit einer Steuerung 43 an der Erdoberlumen vorgenommene Zeitmessung ist. fläche geregelt wird, die mit dem Motor 41 durchresult, where R opens the volumetric flow velocity 31 into the borehole. The pump 36 is driven by speed, Δ V the volume difference, T ₁ the initial a motor 41 which is from a servo time measurement and T _{2 is} the time measurement carried out with a control 43 on the earth's upper lumen when the volume mechanism is changed. area is regulated, which with the motor 41 by

Die Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnungen be- das Kabel 17 verbunden ist.The invention is illustrated with the aid of the drawings when the cable 17 is connected.

schrieben. In diesen ist 15 Die Verdrängungspumpe 36 wird vom Motor 41wrote. In these is 15. The displacement pump 36 is driven by the motor 41

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Ausfüh- betätigt und pumpt Flüssigkeit aus dem Bohrloch1 shows the schematic representation of an embodiment actuated and pumps liquid out of the borehole

rungsbeispiels nach der Erfindung, durch die Leitung 39 und die Leitung 37 in die Um-approximately example according to the invention, through the line 39 and the line 37 in the environment

Fig. 2 eine Darstellung von Einzelheiten des Bohr- hüllung 31. Durch den Servomechanismus 43 wird2 shows a representation of details of the drilling casing 31. The servomechanism 43 is used

lochwerkzeuges nach der Erfindung und die Drehzahl des Motors 41 von der Erdoberflächepunching tool according to the invention and the speed of the motor 41 from the surface of the earth

Fig. 3 die schematische Darstellung eines zweiten 20 aus genau geregelt und damit die Flüssigkeitsmenge,3 shows the schematic representation of a second 20 precisely controlled and thus the amount of liquid,

Ausführungsbeispiels des Bohrlochwerkzeuges nach die durch die Pumpe 36 genau festgelegt und vonEmbodiment of the downhole tool according to which precisely defined by the pump 36 and from

der Erfindung. der Erdoberfläche her gemessen wird, in den Sackthe invention. the surface of the earth is measured, into the sack

In Fig. 1 ist ein Teil der Erdkruste 11 im Vertikal- 31 gepumpt.In Fig. 1 a part of the earth's crust 11 is pumped in the vertical 31.

schnitt schematisch dargestellt. Eine Quelle oder ein Die vom Detektor 27 durch die Gammastrahlen Bohrloch 13 durchdringt die Erdkruste 11 und ein 25 erzeugten Impulse gehen durch eine elektrische Lei-Bohrlochwerkzeug 15 ist im Bohrloch angeordnet tung im Kabel 17 zum Impulshöhendiskriminator 45. und kann durch dieses hindurchbewegt werden. Das Die Amplituden dieser Impulse sind, wie erwähnt, Werkzeug 15 ist im Bohrloch mittels eines Kabels 17 proportional der Energie der entsprechenden festgeaufgehängt, das die benötigten elektrischen Leitun- stellten Gammastrahlen. Der Sauerstoff in der Bohrgen zum Anschalten der elektrischen Geräte des 30 leckflüssigkeit wird, wenn er wegen der Reaktion Werkzeuges 15 an die zugehörigen Oberflächengeräte O¹⁶(n, p)N¹⁶ durch 14-MeV-Neutronen bestrahlt enthält. Das Kabel 17 ist auf eine Trommel 19 auf- wird, »aktiviert«, d. h., er wird radioaktiv. N¹⁶ ist gewickelt, die am Rand des Bohrlochs an der Erd- radioaktiv mit einer Halbverfallszeit von 7,3 Sekunoberfläche angeordnet ist. Durch Auf- und Abwickeln den und strahlt Gammastrahlen mit einer Energie des Kabels auf bzw. von der Trommel 19 kann das 35 von etwa 6 MeV ab. Dieser aktivierte Sauerstoff Werkzeug 15 im Bohrloch gesenkt und gehoben wer- kann durch Feststellen der 6-MeV-Strahlung unzweiden. Zum Antrieb der Trommel 19 und somit zum deutig erkannt werden. Der Impulshöhendiskrimi-Senken und Heben des Werkzeuges dient ein Motor nator 45 läßt Impulse mit einer solchen Amplitude 21. Das Kabel 17 wird über ein Meßrad 20 geführt, passieren, die durch Gammastrahlen auf dem Niveau das sich beim Senken und Heben des Werkzeugs im 40 von 6 MeV vom Detektor erzeugt werden. Die ImBohrloch dreht. Betrag und Richtung der Umdrehung pulse mit wesentlich kleinerer Amplitude werden des Meßrades 20 werden durch einen Tiefenanzeiger durch den Diskriminator gesperrt. Die den 6-MeV-22 festgestellt, der die Tiefe angibt, in der sich das Gammastrahlen entsprechenden Impulse werden an Werkzeug 15 befindet. einen Geschwindigkeitsmesser 47 gelegt, der eine An-section shown schematically. A source or the from the detector 27 through the gamma rays borehole 13 penetrates the earth's crust 11 and a 25 generated pulses go through an electrical Lei downhole tool 15 is arranged in the borehole device in the cable 17 to the pulse height discriminator 45. and can be moved through this. The amplitudes of these impulses are, as mentioned, the tool 15 is fixedly suspended in the borehole by means of a cable 17 proportional to the energy of the corresponding gamma rays. The oxygen in the bores for switching on the electrical devices of the 30 is leak fluid if it contains ^{O 16} (n, p) N ¹⁶ irradiated by 14 MeV neutrons because of the reaction tool 1 5 to the associated surface devices. The cable 17 is placed on a drum 19, "activated", ie it becomes radioactive. N ¹⁶ is wound, which is arranged at the edge of the borehole on the earth's surface radioactive with a half-decay time of 7.3 seconds. By winding and unwinding the and emits gamma rays with an energy of the cable on or from the drum 19, the 35 can from about 6 MeV. This activated oxygen tool 15 can be lowered and raised in the borehole by detecting the 6 MeV radiation. To drive the drum 19 and thus to be clearly recognized. The Impulshöheiskrimi lowering and lifting of the tool is a motor nator 45 can pulses with such an amplitude 21. The cable 17 is passed over a measuring wheel 20, which by gamma rays at the level that is when lowering and lifting the tool in 40 of 6 MeV can be generated by the detector. That rotates in the borehole. The amount and direction of the revolution pulses with a significantly smaller amplitude of the measuring wheel 20 are blocked by a depth indicator by the discriminator. The 6-MeV-22 established, which indicates the depth at which the pulses corresponding to gamma rays are located on tool 15. a speedometer 47 is placed, which has an

Das Werkzeug 15, das Fig. 2 im Schnitt zeigt, 45 zeige der Geschwindigkeit liefert, bei der die Impulse enthält ein Gehäuse 23, in dem sich eine Neutronen- und somit eine Anzeige der Intensität der durch den quelle 25 befindet. Diese Quelle 25 ist vorzugsweise aktivierten Sauerstoff in der Nähe des Detektors 27 eine Deuterium-Tritium- oder »D-T«-Neutronen- aktivierten Sauerstoffs erzeugt werden, quelle, die eine Neutronenstrahlung von 14 MeV Die durch den Detektor 29 erzeugten Impulse wererzeugt. Eine »D-T«-Quelle wird in der USA.-Patent- 50 den über das Kabel 17 zu einem Impulshöhendiskrischrift 2 689 918 beschrieben. Mit Abstand von der minator 49 geleitet, der ebenfalls die durch die Neutronenquelle 25 und über ihr im Gehäuse 23 ist 6-MeV-Gammastrahlung erzeugten Impulse passieren ein Gammastrahlendetektor 27 angeordnet, der Aus- läßt. Diese Impulse werden an den Geschwindigkeitsgangsimpulse mit entsprechenden Energieniveaus messer 51 gelegt, der eine Anzeige der Größe der einfallender Gammastrahlen erzeugt. Der Gamma- 55 Sauerstoffaktivierung am Detektor 29 liefert. Strahlendetektor 27 ist mindestens 1,2 bis 2 Meter von Die Arbeitsweise ist wie folgt: Die Trommel 19 der Neutronenquelle 25 entfernt angeordnet, so daß wird durch den Motor 21 in die Stellung gebracht, er keine Gammastrahlen feststellt, die von Reaktio- bei der sich das Werkzeug 15 in einer Tiefe befindet, nen der Bohrlochformationsmineralien mit Neutro- in der die Messungen durchgeführt werden sollen, nen aus der Quelle 25 herrühren. 1,2 bis 2 Meter 60 Die Neutronenquelle 25 wird durch eine Regelung 53 unter der Quelle 25 ist im Gehäuse 23 ein zweiter an der Erdoberfläche, die mit der Quelle 25 über das Gammastrahlendektor 29 befestigt, der ebenfalls Aus- Kabel 17 verbunden ist, in Betrieb gesetzt. In der gangsimpulse mit Amplituden erzeugt, die den Ener- Ölquelle fließt die Flüssigkeit im Bohrloch nach oben gieniveaus der einfallenden Gammastrahlen entspre- zur Erdoberfläche. Die von der Strahlungsquelle 25 chen. Die Gammastrahlendetektoren 27 und 29 kön- 65 abgestrahlten Neutronen aktivieren den Sauerstoff in nen Szintillationsdetektoren sein, wie sie in der USA.- der bei der Reaktion O¹⁶(n, p)N¹⁶ zur Strahlungs-Patentschrift 3 257 557 für ein nukleares Bohrloch- quelle 25 fließenden Flüssigkeit, werkzeug angegeben sind. Die aktivierte Flüssigkeit und mit ihr die radio-The tool 15, which Fig. 2 shows in section, 45 shows the speed at which the pulses contains a housing 23 in which a neutron and thus an indicator of the intensity of the source 25 is located. This source 25 is preferably activated oxygen in the vicinity of the detector 27 a deuterium-tritium or "DT" -neutron-activated oxygen source, which generates a neutron radiation of 14 MeV. The pulses generated by the detector 29 are generated. A "DT" source is described in US Pat. No. 50 via cable 17 to pulse height disc writing 2,689,918. At a distance from the minator 49, which also passes the 6 MeV gamma radiation generated by the neutron source 25 and above it in the housing 23, a gamma ray detector 27 is arranged, which lets out. These pulses are applied to the speed response pulses with corresponding energy levels meter 51, which produces an indication of the size of the incident gamma rays. The gamma 55 oxygen activation at the detector 29 delivers. Radiation detector 27 is at least 1.2 to 2 meters away. The procedure is as follows: The drum 19 of the neutron source 25 is arranged at a distance, so that the motor 21 brings it into the position where it does not detect any gamma rays that are reactive the tool 15 is at a depth where the borehole formation minerals with neutrons in which the measurements are to be carried out originate from the source 25. 1.2 to 2 meters 60 The neutron source 25 is controlled by a control 53 under the source 25 is a second in the housing 23 on the earth's surface, which is attached to the source 25 via the gamma ray detector 29, which is also connected from cable 17 in Operation set. In the gear impulses with amplitudes generated, which correspond to the energy oil source, the liquid flows in the borehole upward gieneveaus of the incident gamma rays to the earth's surface. The chen from the radiation source 25. The gamma ray detectors 27 and 29 can be 65 emitted neutrons activate the oxygen in a scintillation detector, as they are in the USA - the one in the reaction O ¹⁶ (n, p) N ¹⁶ to the radiation patent specification 3 257 557 for a nuclear borehole- source 25 flowing liquid, tool are indicated. The activated liquid and with it the radio-

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aktiven CH⁶ (η, ρ)Ν^1β gibt Gammastrahlen mit einer Detektor entsprechend verringert. Die Gleichung wirdactive CH ⁶ (η, ρ) Ν ^1β gives gamma rays with a detector correspondingly reduced. The equation will

Energie von 6 MeV ab, und wenn die aktivierte Flüs- dann:Energy from 6 MeV, and if the activated fluid then:

sigkeit die Nähe des Detektors erreicht, wird diese V —V When the speed reaches the vicinity of the detector, this V - V

Gammastrahlung festgestellt, und dadurch erzeugt R — ,Gamma radiation detected, and thereby generates R - ,

der Detektor 27 mit der Energie der einfallenden 5 T₂ the detector 27 with the energy of the incident 5 T ₂

Gammastrahlen entsprechende Ausgangsimpulse.Output pulses corresponding to gamma rays.

Diese Impulse werden dann an den Impulshöhendis- worin T₂ die zum Bewegen der verringerten MengeThese pulses are then applied to the pulse height dis- where T _{2 is} the one to move the reduced amount

kriminator 45 gelegt, der nur Impulse solcher Am- zum Detektor benötigte Zeit ist. Wenn dann in bei-Kriminator 45 placed, which is only pulses of such Am- to the detector required time. If then in both

plituden passieren läßt, die dem 6-MeV-Energie- den Fällen die Geschwindigkeit dieselbe ist, wird:lets pass plitudes that are the same as the 6 MeV energy in the cases, the speed is:

nieveau entsprechen. Diese Impulse werden durch ionieveau correspond. These impulses are given by io

den Diskriminator 45 an den Geschwindigkeitsmesser J^_ _ V ~~ ^s the discriminator 45 to the speedometer J ^ _ _ V ~~ ^ s

47 gelegt, der die Geschwindigkeit anzeigt, bei der j^ r_g 47, which indicates the speed at which j ^ r _g

die Impulse angelegt sind und somit die Intensität _Q(j_er the impulses are applied and thus the intensity _{Q (} j _er

der durch die Sauerstoffaktivierung bedingten _{ψ v the ψ v} caused by the oxygen activation

Gammastrahlung am Detektor 27 anzeigen. Die Neu- 15 γ — "^b 1 _unci r = , Lk ,Display gamma radiation on detector 27. The new 15 γ - " ^b 1 _unc i r =, Lk ,

tronenquelle 25 wird in Betrieb gelassen, bis der Be- T₁ ^T₂ T₁- T₂
trag der Sauerstoffaktivierung am Detektor 27 einenelectron source 25 is left in operation until the loading T ₁ ^ T ₂ T ₁ - T ₂
wear the oxygen activation at the detector 27

ruhigen Pegel erreicht. Wenn dieser ruhige Pegel an- Es können somit die mengenmäßige Strömungsgezeigt wird, wird die Neutronenquelle abgeschaltet. geschwindigkeit R und das Volumen des Bohrloches Es wird dann das Zeitintervall vom Zeitpunkt der ao. bestimmt werden. Von V, dem Volumen des Bohr-Abschaltung der Quelle 25 bis zum Zeitpunkt des laches (zwischen der Quelle 25 und dem Detektor Fließens des aktivierten Sauerstoffs zum Detektor 27 27), kann somit leicht der Durchmesser des Bohrgemessen. Diese Messung liefert die Anzeige der Zeit, lochs errechnet werden.calm level reached. When this calm level is on, the neutron source is switched off. speed R and the volume of the borehole It is then the time interval from the time of the ao. to be determined. From V, the volume of the drilling shut-off of the source 25 to the time of the pool (between the source 25 and the detector flow of activated oxygen to the detector 27 27), the diameter of the drilling can thus easily be measured. This measurement provides an indication of the time it will take to be calculated.

die der aktivierte Sauerstoff zum Fließen aus der Der Detektor 29 unter der Neutronenquelle zuQuelle 25 zaun Detektor 27 benötigt, und ergibt so- 35 sammen mit dem Impulshöhendiskriminator 49 und mit die Messung der linearen Strömungsgeschwindig- dem Geschwindigkeitsmesser 51 dient der Feststelkeit des Wassers im Bohrloch, lung, ob durch die Quelle 25 aktivierter Sauerstoffwhich the activated oxygen to flow from the detector 29 under the neutron source to source 25 fence detector 27 is required, and together with the pulse height discriminator 49 and with the measurement of the linear flow velocity the velocity meter 51 is used for stability of the water in the borehole, whether through the source 25 activated oxygen

Wenn die lineare Strömungsgeschwindigkeit so von dieser Quelle sowohl nach unten als auch nach langsam ist, daß einige Halbverfallszeiten des aktl·· oben zum Detektor 27 fließt. Die Zirkulation nach vierten Sauerstoffs zwischen der Zeit ihres Durch- 30 unten von der Quelle 25 aus würde eine unterschiedflusses durch den Detektor 27 vergehen, ist die An- liehe Auslegung der Messungen erfordern,
lage, für die gewünschten Messungen nicht brauch- Um ein Profil der Ölbohrung zu erhalten, wird das bar. In diesem Fall wird die Pumpensteuerung 43 be- Werkzeug 15 durch die Trommel 19 in größere Tietätigt, wodurch der Motor 41 die Verdrängungspumpe fen geführt, und die beschriebenen Messungen wer-36 antreibt, die eine bestimmte Flüssigkeitsmenge. 35 den bei jeder Tiefe vorgenommen. Die Flüssigkeitsaus dem Bohrloch 13 in die Umhüllung 31 pumpt. menge in der Umhüllung 31 kann vergrößert werden, Da die Pumpe eine Verdrängungspumpe ist, kann wenn langsamere Strömungsgeschwindigkeiten durch die Servosteuerung 43 zum Regeln des Motorantriebs die Ölbohrung auftreten und somit Messungen durch der Pumpe 36. benutzt werden, um eine genau be~ die ganze Bohrung erhalten werden können,
kannte Flüssigkeitsmenge in die Umhüllung 31 zu 40 Fig. 3 zeigt ein Bohrlochgerät 15'als zweites Auspumpen. Dies kürzt die Durchgangszeit für Durch- führungsbeispiel der Erfindung zum Vorspannen oder fluß der Flüssigkeit von der Quelle 25 zum Detektor Beeinflussen der Menge, der Bohrlochflüssigkeit zwi-27 um einen Betrag ab, der gleich dem Volumen der sehen der Neutronenquelle und dem Detektor, bei zur Umhüllung 31 addierten Flüssigkeit dividiert dem zwei Gammastrahlendetektoren 60 und 61 an durch die mengenmäßige Strömungsgeschwindigkeit 45 derselben Seite der Neutronenquelle 62 angeordnet ist. Wenn beispielsweise diese Strömungsgeschwindig- sind. Ein festes breiteres Teil 63 bekannten VoIukeit 4 Liter pro Minute beträgt und die Pumpe so mens des Gerätes 15' mit einem größeren Durchgeregelt wird, daß 8 Liter in die Umhüllung hinzu- messer als das übrige Gerät gibt eine andere Bewekommen, wird die Durchgangszeit von der Quelle 25 gung oder eine andere Bohrlochflüssigkeitsmenge zum Detektor 27 um 2 Minuten verkürzt. 50 zwischen der Neutronenquelle 62 und dem DetektorIf the linear velocity of flow from this source is so slow both down and down that some half-decay times of the current flow to detector 27. The circulation to fourth oxygen between the time it passes down from the source 25, a differential flow would pass through the detector 27,
location, not needed for the desired measurements - To get a profile of the oil hole, the bar. In this case, the pump control 43 is actuated by the drum 19 to a larger extent, so that the motor 41 guides the displacement pump and drives the described measurements, which drive a certain amount of liquid. 35 den made at each depth. The fluid from the borehole 13 pumps into the casing 31. amount in the casing 31 can be increased, since the pump is a positive displacement pump, when slower flow rates occur through the servo control 43 for regulating the motor drive, the oil well and thus measurements by the pump 36 can be used to accurately measure the entire well can be obtained
known amount of liquid into the casing 31 to 40. FIG. 3 shows a downhole device 15 ′ as a second pumping out. This shortens the transit time for the embodiment of the invention to bias or flow the fluid from the source 25 to the detector, affecting the amount of borehole fluid between by an amount equal to the volume of the neutron source and detector, at Envelope 31 divided liquid divided by the two gamma ray detectors 60 and 61 by the quantitative flow velocity 45 on the same side of the neutron source 62 is arranged. If, for example, these flow velocities are. A solid, wider part 63 of known volume is 4 liters per minute and the pump of the device 15 'is regulated with a larger amount that 8 liters are added to the envelope than the rest of the device Source 25 or other amount of borehole fluid to detector 27 shortened by 2 minutes. 50 between the neutron source 62 and the detector

Der Vorteil dieses Verfahrens läßt sich aus der 60/wie zwischen den Detektoren 6G und 61. Mit einer folgenden Gleichung erkennen. Die mengenmäßige solchen Anordnung wird die lineare Geschwindigkeit Strömungsgeschwindigkeit i? kann ausgedrückt wer- an zwei Punkten gleichzeitig gemessen. Die mengenden durch die Gleichung: mäßige Geschwindigkeit ist an beiden Punkten die-The advantage of this method can be seen from the 60 / as between the detectors 6G and 61. With a recognize the following equation. The quantitative such arrangement becomes the linear velocity Flow velocity i? can be expressed measured at two points at the same time. The multitudes by the equation: moderate speed is the-

55. selbe, d. h. an beiden Detektoren, aber die linearen55. same, d. H. on both detectors, but the linear ones

γ Geschwindigkeiten werden in ähnlicher Weise, wie γ velocities are similar to how

■^ ⁼ ~~~ j beschrieben, differieren, wenn die Dicke des Gerätes■ ^ ⁼ ~~~ j described differ when the thickness of the device

¹ entlang seiner Länge aufeinanderfolgend abweicht. ¹ deviates successively along its length.

Die Größe des breiteren Teils 63 kann entsprechendThe size of the wider part 63 can be accordingly

worin V das Volumen der Flüssigkeit im Bohrloch 6p, der Größe des Bohrlochs gewählt werden, so daßwhere V is the volume of the fluid in the borehole 6p, the size of the borehole being chosen so that

zwischen dem Detektor 27 und der Neutronenquelle die höchste Genauigkeit der Strömungsgeschwindig-the highest accuracy of the flow velocity between the detector 27 and the neutron source

25 und T₁ die Zeit ist, die zum Bewegen dieses Flüs- keit erreicht wirql.. Ein Gerät nach Fig. 3 erzeugt ein25 and T _{1 is} the time it takes to move this liquid. A device according to FIG. 3 generates a

sigkeitsvolumens zum Detektor 27 erforderlich ist. Strömungsprofil ohne die erwähnte Pumpe und diesigkeitsvolumens to the detector 27 is required. Flow profile without the mentioned pump and the

Wenn die Umhüllung 31 mit einer Flüssigkeits- Umhüllung nach Fig. 2.If the casing 31 with a liquid casing according to FIG.

menge F₆ gefüllt ist, wird erne gleiche Flüssigkeiten 65 Ein dritter Gammastrahlendetektor 64 unter deramount F _{6 is} filled, erne the same liquids 65 A third gamma ray detector 64 under the

menge vom Bohrloch weggenommen. Wenn sich die Neutronenquelle 62 dient derselben Funktion wie deramount removed from the borehole. When the neutron source 62 serves the same function as the

Flüssigkeit bei derselben Geschwindigkeit bewegt, Detektor 29, der in Verbindung mit Fig, 2 beschrie-Liquid moves at the same speed, detector 29, which is described in connection with Fig, 2-

wijd die für das Bewegen der reduzierten Menge, zum ben ist.wijd which is for moving the reduced amount to practice.

1 91 I1 91 I.

Obwohl die hier beschriebenen Messungen in erster Linie darauf gerichtet sind, daß sich das Bohrlochgerät in Ruhe befindet, kann auch ein Profil erhalten werden, wenn sich das Instrument im Bohrloch aufwärts bewegt. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Gerätes ist dabei weniger schnell als die der Bohrlochflüssigkeit. Beim Herstellen eines Strömungsprofils während der Bewegung des Gerätes wird die richtige Strömungsgeschwindigkeit durch Vergrößern der gemessenen Geschwindigkeit (gemessen durch die hier beschriebene Technik) um einen Wert erhalten, der gleich dem durch das Gerät pro Zeiteinheit hindurchgehenden Bohrlochvolumen ist.Although the measurements described here are primarily aimed at getting the downhole equipment is at rest, a profile can also be obtained with the instrument moving up the borehole emotional. The speed of movement of the device is less fast than that of the borehole fluid. When establishing a flow profile while moving the device, the correct one Flow velocity by increasing the measured velocity (measured by the here technique described) by a value equal to that passing through the device per unit of time Borehole volume is.

Im Fall der Feststellung hochsalzhaltigen Wassers an Stelle von Sauerstoffaktivierung werden Natrium- und Chloraktivierungen in ähnlicher Weise festgestellt. Bei Strömungsgeschwindigkeiten, die für die Sauerstoffaktivierung zu langsam sind, kann eine Aktivierung noch anderer Materialien in der Bohrlochfiüssigkeit angewendet werden.In the case of the determination of highly saline water instead of oxygen activation, sodium and chlorine activations were found in a similar manner. At flow velocities that are for the If oxygen activation is too slow, other materials in the well fluid may also be activated be applied.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Bohrlochwerkzeug für die Ermittlung von Zuflußprofilen der von einem Bohrloch durchteuften Schichten, bei dem der durchfließbare Querschnitt des Bohrloches geändert wird, mit einer radioaktiven Quelle und einem Strahlungsdetektor, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen radioaktiver Quelle (25) und Strahlungsdetektor (27) eine dehnbare Umhüllung (31) angeordnet ist.1. Borehole tool for the determination of inflow profiles of the drilled by a borehole Layers in which the flowable cross section of the borehole is changed, with a radioactive source and a radiation detector, characterized in that an expandable covering (31) is arranged between the radioactive source (25) and the radiation detector (27) is. 2. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bohrlochwerkzeug (15) eine Verdrängungspumpe (36) für das Einpumpen von Strömungsmittel in die dehnbare Umhüllung (31) vorgesehen ist.2. downhole tool according to claim 1, characterized in that in the downhole tool (15) a positive displacement pump (36) for pumping fluid into the expandable Sheath (31) is provided. 3. Bohrlochwerkzeug nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Strahlungsdetektor (29) unter der radioaktiven Quelle (25) angeordnet ist.3. Borehole tool according to claims 1 and 2, characterized in that a second Radiation detector (29) is arranged under the radioactive source (25). 4. Bohrlochwerkzeug für die Ermittlung von Zuflußprofilen der von einem Bohrloch durchteuften Schichten, bei dem der durchfließbare Querschnitt des Bohrloches geändert wird, mit einer radioaktiven Quelle und einem Strahlungsdetektor über einem ortsfesten Teil mit größerem Durchmesser als der restliche Teil des Werkzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß das ortsfeste Teil (63) mit größerem Durchmesser als der restliche Teil des Werkzeuges (15') unbeweglich ist und über dem Teil (63) in verschiedener Höhe zwei Strahlungsdetektoren (60, 61), unter dem Teil (63) die radioaktive Quelle (62) sowie unter dieser ein weiterer Strahlungsdetektor (64) angeordnet sind.4. Downhole tool for the determination of the inflow profiles of the drilled by a borehole Layers in which the flowable cross section of the borehole is changed, with a radioactive source and a radiation detector over a stationary part with a larger Diameter than the remaining part of the tool, characterized in that the stationary Part (63) with a larger diameter than the remaining part of the tool (15 ') is immovable and above the part (63) at different heights two radiation detectors (60, 61), below which Part (63) the radioactive source (62) and below this a further radiation detector (64) is arranged are. 5. Verfahren zum Messen von Wasserzuflußprofilen in Bohrlöchern unter Ändern des durchfließbaren Querschnittes des Bohrloches durch Messen der Zeit, welche die Flüssigkeit zum Durchfließen des Abstandes zwischen einer radioaktiven Quelle und einem Strahlungsdetektor benötigt, dadurch gekennzeichnet, daß-das Volumen der Flüssigkeit zwischen dem Niveau der radioaktiven Quelle und dem des Detektors um einen gegebenen Betrag geändert wird und die Zeit, die für das geänderte Volumen zum Passieren eines Punktes im Bohrloch benötigt wird, gemessen wird, so daß die Volumendifferenz und die gemessenen Zeiten einen Hinweis auf die volumetrische Fließgeschwindigkeit auf Grund der Beziehung 5. Method of measuring water flow profiles in boreholes while changing the flowable Cross-section of the borehole by measuring the time it took for the fluid to flow Required flow through the distance between a radioactive source and a radiation detector, characterized in that-the volume of the liquid between the level of radioactive Source and that of the detector is changed by a given amount and the time that for the changed volume required to pass a point in the borehole, measured so that the volume difference and the measured times give an indication of the volumetric flow rate due to the relationship T₁ -T ₁ - ergeben, wobei R die volumetrische Fließgeschwindigkeit, A V der Volumenunterschied, T₁ die anfängliche Zeitmessung und T₂ die bei geändertem Volumen vorgenommene Zeitmessung ist.where R is the volumetric flow rate, AV is the volume difference, T _{1 is} the initial time measurement, and T _{2 is} the time measurement taken with the volume changed. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder der Zeitmessungen radioaktiv gemachter Sauerstoff festgestellt wird, wie er sich zwischen dem Niveau der radioaktiven Quelle und dem Niveau des Strahlungsdetektors bewegt.6. The method according to claim 5, characterized in that in each of the time measurements radioactive oxygen is determined as it differs between the levels of radioactive Source and the level of the radiation detector. Hierzu 1 Blalt Zeichnungen COPYFor this 1 sheet of drawings COPY 009 551/246009 551/246