JPH10227868A

JPH10227868A - 地層密度の測定方法及び装置

Info

Publication number: JPH10227868A
Application number: JP9027774A
Authority: JP
Inventors: L Evans Michael; エルエヴァンスマイケル
Original assignee: Anadrill International SA
Current assignee: Anadrill International SA
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 1998-08-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ボアホールの周りの地下地層の密度を測定す
る装置及び方法を提供する。【解決手段】地層密度測定装置、例えば、ワイヤーラ
イン検層ツール又は掘削しながら検層を行うツールは、
ボアホール内から地層を照射する高エネルギ中性子源
と、高エネルギ中性子による地層の照射の結果生じるボ
アホール内のガンマ線を検出する検出器とを有する。検
出したガンマ線を分析して地層の密度を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、「掘削をしながら
測定を行うための加速器利用方法及び装置（Accelerato
r-Based Methods and Apparatus for Measurement-Whil
e-Drilling）」を発明の名称として１９９４年９月１９
日に出願された米国特許出願第０８／３０７，８９４号
の一部継続出願である。本発明は、一般に地表下の地層
の調査に関し、特に、中性子加速器を利用した密度測定
法を実施する方法及び装置に関する。これらの最も広義
の観点では、開示する技術の中には、ワイヤーライン検
層技術及び掘削しながら測定を行う技術が含まれる。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】中性子
源からの距離の増加につれ中性子束が減衰するという現
象を利用して坑井ボアホールの周りの地表下地層の空間
率又は多孔率を測定することは、ワイヤーライン検層法
において周知である。エピサーマル方式検層ツールは、
特に、地層中の水素密度又は濃度に敏感である。水素は
一般的に地層流体中に見受けられるので、水素濃度は、
地層の空隙の量と関係があり、かくして空間率と関係が
ある。しかしながら、空間率が一定の場合、マトリック
ス密度の増加により（マトリックスの化学組成は同一に
保たれるとする）、熱外中性子（「エピサーマル中性
子」と呼ばれることもある）検出器計数率は（例えば、
源と検出器の離隔距離が６０cmの場合）減少する場合が
ある。計数率のこの変化は、マトリックス密度が一定で
あるとして空間率が増大する場合に生じる向きと同一の
向きに生じる。かくして、中性子による空間率測定はそ
れだけでは、未知の組成をもつ地層の空間率を曖昧さ無
く測定することはできない。

【０００３】したがって、ワイヤーライン検層法では従
来、電子からのガンマ線のコンプトン散乱現象を利用す
る第２のツールを中性子空間率ツールと同一の深さ間隔
にわたって延ばすことにより、関心のある地層の嵩密度
の測定を行っている。また、マトリックス密度の増加に
より、密度ツール中の検出器計数率が減少する。他方、
マトリックス密度が一定として空間率が増大すると、密
度ツール検出器計数率も増加する。かくして、マトリッ
クス密度と空間率の変化は、中性子空間率ツールとコン
プトン散乱密度ツールに対して相補的な影響を及ぼし、
かかる影響は、２つのツールの応答をクロスプロットす
ることにより相殺できる。かかるクロスプロット法の利
用により、物理学的現象を解明でき、マトリックス密度
と組成（岩石学的性質）の変化を判定できる。マトリッ
クス中の空隙にガスが入っていると、これ又、中性子空
間率ツール及び密度ツールの応答に影響を及ぼすので、
ある特定の場合には中性子／密度クロスプロット法によ
ってガスの存在を検出することが可能である。

【０００４】しかしながら、従来型嵩密度測定技術で
は、ガンマ線源、代表的には¹³⁷Ｃｓ同位体源が必要で
ある。かかる放射性化学源は、放射線防護の見地からは
明らかに不都合な点をもっている。これは、起こりがち
な源の紛失及びその回収をワイヤーライン操作の場合よ
りも一層困難にするような操作条件を有する、掘削をし
ながら測定を行う（以下、「掘削同時測定」と略記して
表現する場合がある）用途では、特別な関心事である。
実に、上述の掘削同時測定方式に関する従来特許では、
相当な部分がかかる化学源の紛失を防止すること、或い
は、紛失した場合において化学源を回収することに関心
が集中していた。加速器を利用したワイヤーライン空間
率ツールは公知であるが（これについては例えば、アル
ベイツ氏等に付与された米国特許第４，７６０，２５２
号を参照されたい）、現在、密度検層を行う上で、¹³⁷
Ｃｓガンマ線源に代わる実用的且つ経済的な加速器利用
の技術は存在しない。したがって、従来型嵩密度ツール
の放射性化学源が不要な加速器利用ツールに対する要望
がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ワイヤーライ
ンツール又はドリルストリングのドリルカラー部分内に
設けられた高エネルギ（好ましくは、１４ＭｅＶ級）中
性子加速器及び中性子加速器から間隔を置いて配置され
ていて、周囲の地層の中性子照射の結果として生じると
共に地層の密度を表す放射線を測定する少なくとも一つ
のガンマ線検出器を有する装置及び方法を提供する。好
ましい実施例では、源の中性子束をモニタする、近くに
離隔して配置された（以下、「近接の」又は「近接」と
表現する場合がある）中性子検出器、主として地層中の
水素濃度に応答する中程度の離隔距離のところに配置さ
れた（以下、「中離隔の」又は「中離隔」と表現する場
合がある）熱外中性子検出器、及び地層密度に応答する
遠くに離隔して配置された（以下、「遠隔の」又は「遠
隔」と表現する場合がある）ガンマ線検出器がツール内
に設けられる。近接の検出器の出力は、源の強度の変動
に備えて他の検出器出力を正規化するのに用いられる。
正規化された中離隔の熱外中性子検出器出力と正規化さ
れた遠隔の検出器出力を従来型中性子空間率−密度クロ
スプロット法と概念的に類似した方法で結合し、地層空
間率、嵩密度及び岩石学的性質の測定値を得ると共に、
或いはガスを検出する。測定値をボアホールの深さ及び
適用可能な場合には、ボアホール内における角度又は方
位の関数として得て記録する。

【０００６】近接検出器は好ましくは、地層起源の中性
子の影響を実質的に受けないよう中性子減速吸収材によ
り遮蔽された熱外中性子検出器である。変形例として、
近接検出器は、高Ｚ（原子番号）材料で遮蔽されたＭｅ
Ｖ級中性子検出器、例えば⁴Ｈｅ検出器又は液体シンチ
レータ型中性子検出器であっても良い。中離隔熱外中性
子検出器は、検出器アレイを形成する同程度の間隔を置
いて配置された多くの検出器のうちの一つであるのが良
い。検出器アレイは、水平方向分解能を高めるためにド
リルカラーの内壁の周りに円周方向に間隔を置いて配置
された複数の同一の熱外中性子検出器を含むのが良い。
また、一又は二以上のガンマ線検出器及び／又は熱中性
子検出器をアレイ中に含めても良い。所望ならば、アレ
イ中の検出器を、鉛直方向分解能を向上させるために円
周方向に間隔を置いて配置できる。遠隔の検出器は好ま
しくは、ガンマ線検出器であるが、高エネルギ（＞０．
５ＭｅＶ）中性子検出器、例えば⁴Ｈｅ又は液体シンチ
レータ型中性子検出器であっても良い。変形例として、
遠隔のガンマ線検出器と遠隔の中性子検出器の両方を利
用しても良い。液体シンチレータを用いる場合、中性子
とガンマ線の両方を検出するよう液体シンチレータを構
成するのが良い。

【０００７】掘削同時測定用途では、中性子加速器及び
近接検出器は好ましくは、同軸状に整列した状態でドリ
ルカラーの一方の側に片寄って配置され、それによりド
リルカラーの他方の側に掘削流体チャンネルが設けられ
るようにする。地層に対する感度を高めるため、アレイ
中の検出器は好ましくは、片寄った状態でドリルカラー
の内壁に当接して配置され、ボアホール及びドリルカラ
ーで運ばれる中性子に対して後方遮蔽される。遠隔検出
器は好ましくは、加速器及び近接検出器と同軸状であ
る。この遠隔検出器も又、ボアホール及びドリルカラー
に沿って流れる中性子に対して遮蔽される。地層感度を
一段と高めると共に調査深さを増すために、好ましく
は、中性子透明窓がアレイ中の各中性子検出器と対向し
て設けられる。中性子透明窓は好ましい構成例として
は、ドリルカラー中への中性子漏れを最小限に抑えるた
めにホウ素又は他の中性子吸収材料で外装された散乱断
面積の小さな材料、例えばチタンを含む。ドリルカラー
中への中性子流を一段と減少させるため中性子透明窓の
配設場所に開口部を備えた外側中性子吸収層を更に設け
るのが良い。中性子透明窓の変形例として、ドリルカラ
ー中に中性子吸収材料から成る横方向及び／又は長手方
向の層を設け、それによりドリルカラー中の長手方向及
び／又は円周方向の中性子流を減衰させても良い。

【０００８】また、上述のクロスプロット技術に加え
て、所望ならば、中離隔検出器出力及び遠隔検出器出力
を別々に処理して関心のある他の情報を得ても良い。た
とえば、空間率及びスタンドオフ（standoff）の測定値
をアレイ中の熱外中性子検出器により得られる減速時間
曲線から求めることができ、また、地層の化学組成に関
する情報をアレイ中のガンマ線検出器で記録されたガン
マ線エネルギスペクトルのスペクトル分析から得ること
ができる。変形例として、かかるスペクトル分析を、遠
隔検出器がガンマ線を検出する当該遠隔検出器の出力に
基づいて行っても良い。また、熱中性子マクロ断面積又
はそれと相関関係にある熱中性子崩壊時間定数をガンマ
線検出器出力から決定できる。これら追加の測定値はそ
れ自体で、或いは基本的なクロスプロット表示の解釈に
あたって有用である。

【０００９】本発明は、ツール内の「一次」源、例えば
化学源ではなく、「二次」ガンマ線源として効果的に働
く地層内の原子核と中性子との相互作用により生じるガ
ンマ線を利用する。加速器から出る中性子は、ツールの
周りのボアホール内流体及び地層岩石に侵入する。これ
ら中性子は、ツール、ボアホール内流体及び地層を構成
する元素の原子核と相互作用してガンマ線を生じさせ、
かかるガンマ線はツール内の検出器に戻る。ガンマ線を
非弾性散乱又は熱中性子捕獲のいずれかによって生じさ
せるのが良い。どちらのタイプの相互作用であっても、
これから生じたガンマ線を密度測定のためのガンマ線の
二次源として使用できる。しかしながら、地層内の二次
源の存在場所（深さ）は、地層の性状が変化しても有効
には一定のままでなければならず、そうでなければ、検
出したガンマ線の数の変化が地層密度の変化ではなく二
次源位置の変動に起因するかもしれないことになる。地
層中への熱中性子の侵入深さは、地層の熱中性子断面積
の大きさで決まる。これは、地層又はボアホール内流体
中の高吸収能原子核、例えばホウ素及び塩素の濃度に応
じて大幅に変化する場合がある。その結果、熱中性子捕
獲二次ガンマ線源の位置は、ボアホール内流体及び地層
の熱中性子断面積への依存性が強い。他方、高速中性子
の非弾性相互作用により生じたガンマ線は、地層性状が
変化しても、同一の領域（「ホットスポット」）中に生
じる。この効果は、２つの要因による。第１の要因とし
て、大抵の元素の高速中性子断面積は約２倍の差に過ぎ
ず、地層／ボアホールの全断面積が組成変化の影響を比
較的受けないようにする。第２の要因として、大抵の堆
積岩タイプの主要元素成分は酸素であり、酸素濃度は、
異なるタイプの岩石間ではわずかにばらつきがあるの
で、大抵の堆積岩の高速中性子断面積は、ほぼ一定であ
る。これにより、二次非弾性ガンマ線源の位置が事実上
動かないことが確実になる。

【００１０】二次ガンマ線源の強度は、２つの要因（立
体角効果を除く）、即ち、中性子減衰量と酸素原子濃度
で決まる。二次ガンマ線源から放出された中性子は、ツ
ール、ボアホール及び地層の原子核と相互作用する。高
速中性子は、吸収と一層低いエネルギレベルへの下方散
乱（downscattering）との両方により減衰する。大抵の
非弾性散乱断面積は高いしきい値（即ち、数ＭｅＶ）を
有しているので、中性子エネルギを減少させることは、
ガンマ線生成数の減少という観点では、吸収と等価であ
る。かくして、二次ガンマ線源の強度は、非弾性ガンマ
線を生じさせるのに役立つ高エネルギ中性子の数に対し
て極めて強い（指数的）依存性がある。その結果、この
手法を利用する密度測定法では、二次ガンマ線源の強度
に対する中性子減衰効果に関して精度の高い補正又は修
正を行うことが望ましい。加うるに、二次ガンマ線源の
強度は、二次ガンマ線源として用いられる材料の原子密
度に比例する。地層はガンマ線の源なので、酸素により
生じる非弾性ガンマ線が地層密度の測定のための好まし
い源であることは明らかである。これは少なくとも２つ
の理由で正しい。第１の理由として、酸素は堆積岩に最
も多量に含まれる成分であり、その濃度は岩石によって
ばらつきがあるが、それは僅かにすぎないので、その使
用にあたり、密度測定に対して必要な補正はほんの僅か
に過ぎない。第２の理由として、酸素は、単純なエネル
ギ弁別法により妨害ガンマ線から容易に識別される幾つ
かの高エネルギ非弾性ガンマ線を放出し、一層手の込ん
だ種々の形態のスペクトルデコンボリューション（spec
tral deconvolution）を必要としない。

【００１１】中性子減衰効果を補正するには、非弾性ガ
ンマ線二次源を生じさせる原因である高速中性子束の挙
動を反映する信号を用いるのが良い。これは、高速中性
子現数の独立形モニタを構成するツール内の別個の高速
中性子検出器を用いて達成できる。より単純には、中性
子とツールの種々の構成要素の相互作用の結果、非弾性
ガンマ線とエピサーマル捕獲ガンマ線が共に生じること
になるという事実を利用することによって高速中性子の
減衰量を推定しても良い。たとえば、高速中性子がツー
ルの鉄と相互作用すると、非弾性ガンマ線が生じ、その
強度は、中性子が酸素、即ち二次ガンマ線源中における
非弾性ガンマ線生成を促進するのと非常によく似た方法
で変化する。鉄からのガンマ線は、非弾性ガンマ線スペ
クトル中において非常に目立ち、その結果、手の込んだ
スペクトルデコンボリューション技術を必要としないで
利用することが容易である。変形例として、熱外中性子
がツール中の結晶検出器と相互作用すると、その結果と
して熱中性子空間率測定に非常によく似た挙動を示す信
号が得られることは公知である。この結晶バックグラウ
ンドは代表的には全非弾性ガンマ線スペクトルのうち５
０％〜９０％を占めるので、高速中性子束の挙動を反映
した補正信号を取り出すことは困難ではない。これは
又、この密度測定のための中性子減衰補正信号として使
用できる。

【００１２】次に、添付の図面を参照して本発明につい
て説明する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、ワイヤーライン検層用
途と掘削をしながら測定を行う用途の両方において特に
有用である。図１〜図８は、本発明の掘削同時測定方式
の実施例を示している。図１に示すように、プラットホ
ーム付きやぐら１０がボアホール１２の上に位置してい
る。ドリルストリング１４がボアホール内に吊り下げら
れ、その下端には掘削ビット１６が取り付けられてい
る。ドリルストリング１４及びこれに取り付けられた掘
削ビット１６は、ドリルストリングの上端に設けられた
ケリー２０に係合する回転テーブル１８（図示しない手
段によって付勢される）によって回転する。ドリルスト
リングはトラベリングブロック（図示せず）に取り付け
られたフック２２から吊り下げられている。ケリーは、
フックに対するドリルストリングの回転を可能にする回
転スイベル２４を通ってフックに連結されている。変形
例として、ドリルストリング１４及び掘削ビット１６
を、「トップドライブ」型の掘削装置によって地表から
回転させてもよい。掘削流体又は泥水２６が、やぐら１
０に隣接して設けられた泥水ピット２８内に収容されて
いる。ポンプ３０が掘削流体をスイベル２４に設けられ
たポートを経てドリルストリング内へ圧送してこれをド
リルストリング１４の中心を通って下方に流す（流れが
矢印３２で指示されている）。掘削流体は掘削ビット１
６に設けられたポートを経てドリルストリングから出
て、次に流れを矢印３４で示すようにドリルストリング
の外部とボアホールの周囲との間の環状空間内を上方に
循環する。それにより、掘削流体はピットを潤滑し、地
層片を地表に運ぶ。地表では、掘削流体は、再循環のた
めに泥水ビット２８に戻される。

【００１４】ドリルストリング１４内で、好ましくは掘
削ビット１６の近傍に、測定を行い、情報を処理記憶
し、そして地表と連絡するサブアセンブリを含む坑底組
立体（全体を符号３６で示す）が設けられている。好ま
しくは、坑底組立体は、掘削ビット１６の幾つかのドリ
ルカラー長さ部分内に位置決めされている。図１に図示
した坑底組立体構成では、スタビライザーカラー部分３
８が、掘削ビット１６のすぐ上に位置した状態で示さ
れ、その上方に引き続きドリルカラー部分４０、もう一
つのスタビライザーカラー部分４２、及びもう一つのド
リルカラー部分４４が配置されている。ドリルカラー及
びスタビライザーカラーに関するこの構成は、例示にす
ぎず、他の構成も当然のことながら使用できる。スタビ
ライザーカラーの使用が必要であるかどうか、或いはこ
れが望ましいかどうかは掘削条件で決まる。図１に示す
実施例では、ダウンホール測定サブアセンブリの構成要
素は好ましくは、スタビライザーカラー３８の上方のド
リルカラー部分４０内に配置される。もし所望ならば、
かかる構成要素を掘削ビット１６に近く、或いはこれか
ら遠くに、例えばスタビライザーカラー部分３８又は４
２、或いはドリルカラー部分４４内に配置してもよい。

【００１５】坑底組立体３６はまた、地表とのデータ及
び操作通信のための遠隔測定サブアセンブリ（図示せ
ず）を有する。坑底組立体３６は好ましくは、中性子加
速器及びデータ測定センサの動作を計時し、測定センサ
からのデータを記憶し、データを処理してその結果を記
憶し、そしてデータの所望の部分を地表に伝送するため
に遠隔測定構成要素に結合するマイクロプロセッサシス
テム（関連のメモリ、クロック及び時限回路及びインタ
ーフェース回路を備える）を有する従来型収集処理エレ
クトロニクス（図示せず）をさらに有する。変形例とし
て、データをダウンホールで記憶して、ドリルストリン
グの取り出しの際、地表で検索してもよい。これらの目
的のための適当なダウンホール回路が、米国特許第４，
９７２，０８２号及び第５，０５１，５８１号に記載さ
れている。測定サブアセンブリと、データ収集処理サブ
アセンブリとデータ遠隔測定サブアセンブリとの間の電
気的接続及び信号伝送を容易にするために、これら構成
要素は好ましくは、ドリルストリング内で互いに隣合っ
て配置されている。このようにすることができない場
合、短い距離にわたって局所的なダウンホール通信及び
ダウンホールと地表間の通信の両方を可能にする上述の
米国特許第５，２３５，２８５号のデータ通信システム
を利用してもよい。ダウンホールエレクトロニクスのた
めの電源を、バッテリ又は掘削流体を労力源とするダウ
ンホールタービン発電機によって提供するのがよい。

【００１６】ダウンホール測定サブアセンブリの好まし
い実施例が図２，図４に示されており、この実施例で
は、ドリルカラー部分４０はステンレス鋼ツールシャー
シ５４を包囲した状態で示されている。ドリルカラーは
任意適当なサイズ、例えば外径が８インチ、内径が５イ
ンチのものであるのがよい。図３及び図４で最もよくわ
かるように、ドリルストリングを通って掘削流体を下方
へ運ぶための長手方向に延びる泥水チャンネル５６が、
シャーシ５４内でその長手方向軸線の一方の側に形成さ
れている。中性子加速器５８、その関連の制御及び高電
圧エレクトロニクスパッケージ６０及び同軸状に整列し
て近接して配置された検出器６２がシャーシ５４の他方
の側に片寄った状態で設けられている。加速器は好まし
くは、当該技術分野で知られているＤ−Ｔタイプ（１４
ＭｅＶ級）の源である。

【００１７】近接の検出器６２は、地層への影響を最少
限に抑えた上で主として加速器の出力に応答すべきであ
る。その目的のため、検出器６２は、高密度遮蔽材を介
在させないで加速器に近接して配置された熱外中性子検
出器、例えば³Ｈｅ比例計数管を含むのがよい。検出器
６２の感応体積は検出限界をエピサーマルレベルまで上
げるためにカドニウム又は熱中性子捕獲断面積が大きな
他の材料（図示せず）で被覆されている。検出器６２は
また、好ましくは加速器５８に近接した表面を除き全て
の表面が、エポキシ（又は他の水素含有材料）結合剤
（「Ｂ４ＣＥ」）中に分散された中性子減速作用と中性
子吸収作用を兼備した材料、例えば炭化ホウ素（又は他
の１／ｖタイプの吸収材）から成る遮蔽体６４によって
包囲されている。かかる近接の³Ｈｅ検出器のための遮
蔽材の構造及び機能に関する一層詳細な技術情報が米国
特許第４，７６０，２５２号に記載されており、かかる
米国特許の内容を本明細書の一部を形成するものとして
引用する。

【００１８】変形例として、近接検出器６２は、検出器
を地層から遮蔽すると共に検出器に入射する非地層中性
子の数を乗じるためにタングステン、重金属又は他の高
Ｚ遮蔽材によって包囲された高エネルギ（ＭｅＶ級）検
出器、例えば⁴Ｈｅ検出器であってもよい。乗算効果
は、１４ＭｅＶ級源中性子を、⁴Ｈｅ散乱横断面が大き
な約６ＭｅＶ以下の２つまたは３つの中性子に変換する
高Ｚ材料の大きな（ｎ，２ｎ）及び（ｎ，３ｎ）横断面
に起因する。かくして、高Ｚ遮蔽材は、地層散乱中性子
に対する近接検出器信号の感度を低下させるだけでな
く、ツールに沿う源（１４ＭｅＶ）中性子束を効果的に
減衰させる。後述のように、もし遠隔中性子検出器がＢ
４ＣＥ材料（又は類似の減速吸収材料）で遮蔽されてい
れば、Ｂ４ＣＥ中の水素の減衰能を用いて、中性子のエ
ネルギを一段と減少させると共にホウ素の吸収能が低エ
ネルギ中性子束を減衰させるのに役立つようにすること
ができる。遮蔽材、中性子源近くの高Ｚ材料及びそれに
続くＢ４ＣＥ（又は類似の）材料の配置順序は重要であ
る。というのは、逆の順序は高エネルギ中性子を遮蔽す
る上で効果が無いからである。

【００１９】近接検出器６２がｅＶ級検出器であるにせ
よＭｅＶ級検出器であるにせよ、いずれにしても、近接
検出器の検出エネルギ、配設場所及び遮蔽材の複合効果
は、検出器の出力が地層空間率の影響を比較的受けない
ようにすると共にこの出力を主として加速器からの中性
子束に比例させるようなものであるべきである。次に、
近接検出器６２の出力を用いて源強度の変動に備えて他
の検出器の出力を正規化するのがよい。複数の又はアレ
ー状の検出器６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄが近接検
出器６２に近接して長手方向に配置されている。この検
出器アレーは、少なくとも一つ、好ましくは二以上の熱
外中性子検出器及び少なくとも一つのガンマ線検出器を
含む。一又は二以上の熱外中性子検出器を設けるのがよ
いが、これは任意である。図４に例示的に示すように、
二つの熱外中性子検出器６６ａ，６６ｂ、一つの熱中性
子検出器６６ｃ及び一つのガンマ線検出器６６ｄが設け
られている。所望ならば、これと異なる数又はおり混ぜ
た数の検出器を用いてもよい。

【００２０】熱外中性子検出器６６ａ，６６ｂの主目的
は、検出器出力に対する重い地層元素（これは嵩密度を
定める主因となる）、例えば酸素、シリコン、炭素、カ
ルシウムの影響を最少限に抑え、或いは少なくとも著し
く減少させるとともに、検出器出力に対する地層中の水
素の影響を最大限に高め、或いは少なくとも著しく高め
るのに充分に中性子源に近接した離隔距離のところで地
層中の熱外中性子束を測定することにある。このように
位置決めされると、熱外中性子検出器の応答は、主とし
て水素指標に依存し、残留岩石学的性質の影響はほんの
僅かである。地層に対する感度を高めるために、熱外中
性子検出器６６ａ，６６ｂ（これは、³Ｈｅ比例計数管
であるのがよい）は好ましくは、ドリルカラー壁に近接
して配置され、符号６８ａ，６８ｂのところに示すよう
に後方遮蔽され、それによりボアホール中性子感度を減
少させている。遮蔽材は好ましくは、近接検出器６２と
関連して上述したものと同一であるのがよく、即ちカド
ミウム被覆材及びＢ４ＣＥである。以下に詳細に説明す
るように、検出器感度を一段と高めると共に一層の深さ
の調査を可能にするために中性子透明窓７０ａ，７０ｂ
が好ましくは、ドリルカラー内に形成されている。

【００２１】図４に示すように、熱外中性子検出器６６
ａ，６６ｂ及び関連の窓７０ａ，７０ｂは好ましくは、
角度又は方位分解能の向上のためドリルカラー４０の円
周方向に間隔を置いて配置されている。検出器について
任意の望ましい円周方向間隔を使用してもよい。検出器
６６ａ，６６ｂは加速器５８から同一の長手方向離隔距
離のところに図示されているが、一又は二以上の追加の
検出器を鉛直方向の分解能を高めるために異なる長手方
向間隔に設けてもよい。円周方向且つ水平方向に隔置さ
れた検出器アレイだけでなく個々の検出器の構成及びこ
れらの遮蔽材に関する詳細は、米国特許第４，７６０，
２５２号及び第４，９７２，０８２号に詳細に説明され
ている。米国特許第４，９７２，０８２号に説明されて
いるような減速時間測定法の高空間分解能は、特定の関
心がありしかも価値がある本発明による減速時間の方位
測定をする。米国特許第４，７６０，２５２号及び第
４，９７２，０８２号に記載された源／検出器の相互離
隔距離はワイヤーラインツールについてものであること
は注目されるべきである。検出器がドリルカラーを通っ
て地層を見ているという事実を説明するためにこれより
も幾分長い離隔距離を掘削同時測定ツール内に設けるべ
きである。

【００２２】熱中性子中性子検出器６６ｃは同様に、例
えば符号６８のところに示すように遮蔽されていて、熱
外中性子検出器６６ａ，６６ｂと類似した³Ｈｅ比例計
数管であるのがよい。ただし、カドミウム被覆は、地層
中の熱中性子に対して検出器を敏感にするために地層側
が省略されている。中性子透明窓７０ｃを、熱中性子検
出器６６ｃに隣接してドリルカラー４４内に設けるのが
よい。必要に応じて、熱中性子検出器を追加的に設けて
所望の水平及び／又は鉛直方向の分解能を得てもよい。
熱中性子検出器６６ｃからの出力信号は、米国特許第
４，７６０，２５２号の上記引用部分に記載されている
ように処理されて、熱中性子空間率測定値を得ると共
に、又は米国特許第５，２３５，１８５号の開示内容に
したがって地層のシグマ及びスタンドオフの測定値を得
てもよい。

【００２３】ガンマ線検出器６６ｄは任意適当な形式、
例えばＮａＩ，ＢＧＯ，ＣｓＩ、アントラセン等の検出
器であっても良いが、好ましくは米国特許第４，６４
７，７８１号及び第４，８８３，９５６号に開示されて
いるようなセリウム活性オルト珪酸ガドリニウム（ＧＳ
Ｏ）検出器である。これらの米国特許に開示されている
ように、ＧＳＯ検出器は好ましくは、検出器応答への熱
中性子及び熱外中性子の影響を減じるためにホウ素で包
囲されている。また、検出器に入射する高エネルギ中性
子束を減少させるために、加速器５８とＧＳＯ検出器６
６ｄとの間にタングステン又は他の高密度遮蔽体（図示
せず）を配置するのがよい。図示していないが、加速器
５８をパルスモードで動作させ、そして検出器６６ｄを
必要ならば選択的にゲート動作させて非弾性及び／又は
捕獲ガンマ線を検出するための適当な時限及び制御回路
が設けられることは理解されよう。エネルギ検出範囲は
好ましくは広く、例えば０．１〜１１ＭｅＶである。検
出器６６ｄの主目的は、非弾性及び／又は捕獲ガンマ線
エネルギスペクトル及びエネルギ窓計数率を提供するこ
とにある。特に、エネルギスペクトルをスペクトル分析
すると、調査中の地層の元素組成に関する情報を得るこ
とができる。

【００２４】元素のスペクトル分析学的及び岩石学的情
報を得るためにガンマ線検出器６６ｄからのスペクトル
データを分析する好ましい技術は、米国特許第５，４４
０，１１８号に記載されている。概要を述べると、非弾
性散乱ガンマ線スペクトルを最小２乗スペクトル当て嵌
め法によって分析して未知の地層中に存在すると仮定さ
れ、地層からの測定スペクトルに寄与する化学元素の相
対的元素寄与率（relative elemental contributions）
を決定する。シリコン、カルシウム及びマグネシウムに
関する相対的非弾性収率（relative inelastic yields)
を校正して地層中のこれら元素に関するそれぞれの元素
密度の簡単な推定値及びこれら元素又は関連の岩石タイ
プ、例えば砂岩、石灰石、ドロマイトの体積フラクショ
ンの簡単な推定値を得る。マグネシウム及びカルシウム
に関する相対的非弾性収率の割合により、地層のドロマ
イト化作用の度合がわかる。シリコン及び／又はカルシ
ウムの校正された非弾性収率に基づいて、測定された熱
中性子捕獲ガンマ線スペクトルからの元素収率の校正推
定値も決定でき、これから、一段と詳しい地層の岩石学
的性質に関する情報を得ることができる。

【００２５】熱外中性子減速時間及びボアホール壁から
のツールスタンドオフの測定値を熱外中性子検出器６６
ａ，６６ｂの出力から得ることができる。ドリルカラー
４０及びシャーシ５４中に存在する多量の鋼は中性子の
ための長寿命貯蔵シンクとして作用するので、熱外中性
子の減速時間に対する検出器６６ａ，６６ｂの感度は実
質的に減少する。したがって、掘削を行いながら熱外中
性子の減速時間を測定するためには、検出器６６ａ，６
６ｂをドリルカラー４０に対して適正に位置決めすると
共に適正に校正された中性子窓７０ａ，７０ｂを設け、
しかも検出器６６ａ，６６ｂを適正に後方遮蔽すること
が重要である。図４に示すように、そしてまた上述した
ように、検出器６６ａ，６６ｂの感応体積は好ましく
は、ドリルカラー４０の内壁に近接し、且つドリルカラ
ー中のそれぞれの中性子窓７０ａ，７０ｂに対して真向
かいになった状態でツールシャーシ５４内に設けられ
る。各検出器はまた好ましくは、両端部及びドリルカラ
ーに向いた側部を除くすべての側部が後方遮蔽（Ｂ４Ｃ
Ｅ等で）される。窓７０ａ，７０ｂは好ましくは、ホウ
素で外装されたチタン又は他の高強度低散乱断面積材料
で作られる。ドリルカラー４０への中性子の入射量を一
段と減少させるために、窓７０ａ，７０ｂの位置と合致
する孔をもつ炭化ホウ素層７２を好ましくは、検出器の
近傍でドリルカラー４０の外部に設ける。模型化及びこ
れに基づく実験データの示すところによれば、このよう
に位置決めし、遮蔽し、窓付けした検出器から得られた
空間率に対する熱外中性子減速時間曲線の感度は、窓が
なく、或いは外部ホウ素遮蔽が設けられていない検出の
場合の感度よりも大きい。

【００２６】変形例として図５に示すように、検出器７
４をドリルカラー４０それ自体の中に配置し、炭化ホウ
素後方遮蔽材７６及び図４に示すような合致する孔を備
えた外部炭化ホウ素層７２を設けることにより、検出器
感度をさらに一段と高めることが可能である。この組合
わせは、実現可能ではあるが、検出器を掘削中に一段と
大きな損傷の危険にさらし、また検出器のレセプタクル
を形成するためにドリルカラーを機械加工することが必
要となる。図４に示すように、ホウ素で外装した中性子
透明窓７０ａ，７０ｂを使用する代わりに、ホウ素又は
他の高吸収断面積材料の横方向層を熱外中性子検出器の
近くでドリルカラー４０内に設けることにより、熱外中
性子検出器６６ａ，６６ｂの減速時間及び計数率感度を
高めることができる。これは図６〜図８に示されてい
る。図６は、片寄った状態でドリルカラー壁に当接して
配置され、且つ図４に示すように後方遮蔽された熱外中
性子検出器７８を示している。複数の横方向炭化ホウ素
層８０がドリルカラー壁内に埋め込まれ、この中で、こ
れら炭化水素層８０は、カラーに沿う中性子の流れを遮
断した状態で、中性子がカラーを横断して検出器まで移
動できるようにする「ベネチアンブラインド」として役
立つ。図７は、図６の炭化ホウ素層８０の外部パターン
を示している。炭化ホウ素層８２の変形パターンが図８
に示されている。このパターンは、横方向の流れを妨害
することなく、長手方向と円周方向の両方向においてカ
ラーを通る中性子の流れを最少限に抑えるのに役立つ。
したがって、炭化ホウ素層８０，８２は本質的には、熱
外中性子検出器又は熱中性子検出器のための中性子窓と
して機能する。

【００２７】図６〜図８に示すような中性子吸収層の使
用は、散乱断面積が小さな材料、例えばチタン中の中性
子の流れを減少させるのに特に重要であることが分かっ
ており、この散乱断面積の小さな材料は、中性子に対し
て比較的透明度が高いので掘削同時測定用途におけるド
リルカラー材料として望ましいが、密度が低いので、ド
リルカラーと平行な、又はその円周方向に向いた中性子
輸送の成分を鋼と同一程度までは減衰させない。有効性
を一段と高めるため、炭化ホウ素層をツールシャーシ５
４内において中性子検出器の加速器側又はその両側に設
けてもよい。図２に示す測定サブアセンブリの全体構成
を再び参照すると、遠隔検出器８４が、中性子遮蔽材８
６を介在させてアレイ状検出器６６ａ〜６６ｄの下流側
に配置されている。検出器８４及び遮蔽材８６は好まし
くは加速器５８と同軸状である。本発明によれば、遠隔
検出器８４は、中性子源に対して選択的に配置されて、
地層内に比較的遠距離まで侵入するＭｅＶ級のエネルギ
中性子（又は好ましくはＭｅＶ中性子によって引き起こ
されるガンマ線）に対して敏感であるようにされる。Ｍ
ｅＶエネルギ中性子輸送は地層中の水素に対する感度が
低く、且つＫｅＶ〜ｅＶ級のエネルギ中性子と比べてよ
り重い地層中の元素の密度に対する感度が高いので、検
出器８４の応答は、地層の嵩密度及び地層の岩石学的性
質（密度とマトリックスタイプの間の関係が密なので）
によって大きな影響を受けるであろう。

【００２８】好ましくは検出器８４は上述の米国特許第
４，６４７，７８２号及び第４，８８３，９５６号に記
載されているようなＧＳＯガンマ線検出器を含む。ただ
し、許容レベルの計数率統計量及びエネルギ分解能が達
成される限り、任意適当なタイプ、例えばアントラセ
ン、ＮａＩ、ＢＧＯ、ＣｓＩ等を用いてもよい。好まし
いエネルギ検出範囲は０．１ＭｅＶ〜１１ＭｅＶであ
る。変形例として、ＭｅＶ級の中性子、例えば０．５Ｍ
ｅＶよりも大きな中性子に対して敏感な中性子検出器を
用いてもよい。好ましい中性子検出器は⁴Ｈｅタイプ又
は液体シンチレータタイプのものである。ガンマ線検出
器を遠隔検出器８４として用いる場合、中間介在遮蔽体
８６は好ましくはＢ４ＣＥ又はこれと同等の中性子減速
吸収材料である。もしＭｅＶ級中性子検出器を用いる場
合、遮蔽材８６は好ましくは、高Ｚ材料、例えばタング
ステンである。ただし、近接検出器６２も又、高Ｚ材料
によって遮蔽された⁴Ｈｅ検出器（又は他のＭｅＶ級検
出器）である場合を除く。後者の場合、近接検出器６２
を包囲する高Ｚ遮蔽材６４の上述の中性子減速効果を最
大限に活用するために遮蔽材８６も又、Ｂ４ＣＥ等であ
るべきである。遠隔検出器８４はガンマ線検出器又はＭ
ｅＶ級中性子検出器のいずれかであるのがよいが、ガン
マ線検出器が好ましい。というのは、ガンマ線は場合に
よっては中性子よりもガスに対する感度がよく、それに
よりガスを含む地層の識別を容易にするからである。ま
た、アレイのガンマ線検出器６６ｄと関連して上述した
ように、ガンマ線検出器の使用は、スペクトル分析を可
能にして地層の元素成分及び岩石学的性質に関する情報
を得ることができる。かかるスペクトル分析を、アレイ
の検出器６６ｄ及び遠隔検出器８４の両方、或いはいず
れか一方のみで実施するのがよい。さらに、いずれか一
方（又は両方の）ガンマ線検出器の出力を用いると熱中
性子に関する地層のマクロ捕獲断面積（Σ）又はそれと
相関関係にある熱中性子崩壊時間（τ）の測定値を得る
ことができる。この目的のためには、Σ又はτを得るた
めの公知の技術の任意のものが使用可能である。遠隔検
出器８４がガンマ線検出器である場合、空間又は他の考
慮すべき事情の如何によっては、アレイのガンマ線検出
器を省くことができる。

【００２９】所望ならば、第２の遠隔の検出器（図示せ
ず）を設けてもよい。もしそのようにする場合、この遠
隔検出器を検出器８４と同軸状に且つこれに密接して配
置する。もし検出器８４がガンマ線検出器であれば、第
２の遠隔検出器は好ましくは中性子検出器であり、或い
はその逆である。特段に図示していないが、上述の検出
器は、検出した放射線を表示する出力信号を発生させる
のに必要なすべての増幅回路、パルス整形回路、電源回
路及びその他の回路を含むことは理解されよう。かかる
回路構成はすべて当該技術分野で周知である。このツー
ル内に設けられる幾つかの検出器からの信号を種々の方
法で処理して所望の岩石物理学的情報を得ることができ
る。処理に関する詳細は、本願の関連米国特許出願第０
８／３０７，８９４号を参照されたい。なおかかる米国
出願の内容を本明細書の一部を形成するものとして引用
する。

【００３０】図９は、本発明のワイヤーライン検層ツー
ルの実施例の略図を示している。このツール（シュラン
バーガー社からＲＳＴ−Ｂツールとして入手できる）
は、通常の方法で坑井内に下降させて検層することがで
きるツール本体１００を有する。ワイヤーラインケーブ
ル、遠隔測定エレクトロニクス及び地表設置機器は図面
の明確化のため省略されている。ツール本体１００の内
側には、実質的に先に説明した１４ＭｅＶ級Ｄ−Ｔ加速
器中性子源１１０が設けられている。これから遮蔽領域
１２０を置いて近接及び遠隔の検出器１３０，１４０が
配置されている。各検出器１３０，１４０は、シンチレ
ータ結晶１３２，１４２、例えばＧＳＯ（又は、適当で
あればＢＧＯ又はＬＳＯ）、関連の光電子増倍管１３
４，１４４及び分析のため地表に伝送される信号を出力
するエレクトロニクスパッケージ１３６，１４６を有す
る。ガンマ線検出器によって行われた測定のデータ変換
値を以下の手順に従って分析でき、かかる手順におい
て、第２の源から到来するガンマ線の束に対する検出器
の応答を次式として表すことができる。

【００３１】Ｎ_OX＝ＣＮ_sｅ^-aXnＰ_OXｅ^-bXc-cXpp （１）上式において、Ｃは較正定数、Ｎ_sは中性子源強度、ｅ
^-aXnは高速中性子減衰率、Ｐ_OXは地層中の酸素濃度、ｅ
^-bXc-cXppはガンマ線減衰率である。式（１）は、検出
器の位置が固定されているものとしており、立体角効果
を含まない。これらは、較正定数Ｃ内にこれらを含ませ
ることによって説明される。中性子源強度Ｎ_sは、中性
子数／秒で表された中性子源の出力レベル（ミニトロ
ン）である。高速中性子減衰率は、周囲のボアホール／
地層環境の組成によって決定される高速中性子断面積Ｘ
ｎで決まる。高速中性子断面積は、弾性散乱、非弾性散
乱及び荷電粒子生成を含む高速中性子輸送に影響を及ぼ
す種々の反応の合計である。これらのうち、水素からの
弾性散乱がもっとも重要である。それゆえ、高速中性子
輸送は、熱中性子空間率測定と非常に類似した方法で、
しかしながら、ダイナミックレンジが非常に小さい状態
でボアホール／地層環境の減速長さに対して強く依存す
べきである。この理由のため、この種の依存性を示す検
出信号をこの密度測定のための補正信号として使用する
のがよい。補正信号は、高速中性子検出器、熱中性子検
出器、ＦＳのものであるのがよく、或いは非弾性測定そ
れ自体、例えば非弾性鉄又は結晶バックグラウンド信号
からのものであるのがよい。

【００３２】この密度測定は二次源としての酸素から高
エネルギガンマ線を利用することが提案されているの
で、検出したガンマ線の強度は、ボアホール及び地層中
の酸素の原子密度で決まるであろう。一般に、酸素濃度
は未知であるが、大抵の流体含有堆積岩（砂岩、石灰
石、ドロマイト、緑泥石、硬セッコウ、黒雲母、菱鉄
鉱、ザクロ石がプロットされている）に関しては、酸素
濃度を次の単純な比例関係式によって岩石密度と関連さ
せることができることが分かる（図１０参照）。Ｐ_OX＝ｄ＋ｅＰ_e （２）上式において、ｄ及びｅは定数、Ｐ_eは岩石の電子密度
指数である。ガンマ線減衰という用語は、コンプトン散
乱及び対生成吸収に対する非弾性酸素計数率の依存性を
説明する用語である。計数率は、コンプトン断面積（Ｘ
_c）と対生成断面積（Ｘ_pp）の両方で決まる。対生成断
面積は、地層の平均原子番号Ｚの２乗で決まる。地層の
電子密度指数Ｐ_eを標準型密度／岩石学的性質測定と同
一の方法で測定する低エネルギ窓と高エネルギ窓の比を
用いることにより、地層の平均原子番号Ｚを比弾性ガン
マ線スペクトルから推定できる。かくして、式（１）の
対生成吸収効果に必要な補正の推定値をもたらすＰｅ測
定を行うことができる。

【００３３】式（１）を整理して次のように表すことが
できる。Ｎ_OX＝ＫＰ_OXｅ^-bXc （３）ここで、Ｋ＝ＣＮ_sｅ^-aXnｅ^-cXpp （４）上式は、正規化計数、中性子源強度、中性子輸送項、対
生成項を含んでいる。式（２）の勾配は１よりも非常に
小さく、良好な近似となる。Ｐ_OX＝ｆｅ^gpe （５）式（５）を式（３）に代入すると、Ｎ_OX＝Ｋｅ^-bXcｆｅ^gpe コンプトン断面積（Ｘ_c）は、地層の電子密度指数Ｐ_e
に比例する。したがって、Ｘ_c＝ｈＰ_e

【００３４】そして、新しい正規化定数を次のように定
義できる。Ｋ_s＝Ｋｆ及び、ｉ＝ｂｈしたがって、Ｎ_OX＝Ｋ_sｅ^-(i-g)pe （６）式（６）から、酸素濃度の項は式（１）の密度依存性中
に吸収されてしまい、非弾性ガンマ線密度測定の感度を
減少させるだけの役目を果たしていることが分かる。新
しい感度定数を以下のように定義する。ｋ＝ｉ−ｇ

【００３５】すると、次式が得られる。Ｎ_OX＝Ｋ_sｅ^-kpe （７）又は、Ｎ_OX／Ｋ_s＝ｅ^-kpe （８）これは、化学源密度測定についての応答式と同一であ
る。式（８）から、電子密度に対する指数的減衰度を表
示するのは、単にＮ_OXではなく、補正後の酸素計数率Ｎ
_OX／Ｋ_sであることに注目することは重要である。式
（４）を用いて式（８）の左辺を展開すると、Ｎ_OX／Ｋ_s＝Ｎ_OX／（ＣＮ_sｅ^-aXnｅ^-cXpp）（９）上式において、酸素計数率は、対生成、中性子輸送、中
性子源強度、及び正規化計数について補正されている。
一般に、中性子源強度は、一定ではなく、モニタして補
正する必要がある。

【００３６】式（７）の有効性をチェックするためにモ
ンテカルロ法によるシミュレーション（Monte Carlo si
mulations)を実施するのが良い。８．５インチの清水ボ
アホール中に設けられるミニトロン利用の６．５インチ
ＬＷＤのツールのモデルを用いてツール、ボアホール及
び地層からの非弾性ガンマ線の強度を計算する。角元素
からのガンマ線スペクトルを、及び高速中性子スペクト
ルと共に、研究対象である各ケースについて計算する。
高速中性子信号及び地層の既知の平均原子番号Ｚを用い
て各ケースについてＫ_sを計算する。Ｎ_OX／Ｋ_sの対数
を、各地層に関する電子密度Ｐ_e（横軸）に対して図１
１にプロットする。水及びガスで満たされた砂岩、石灰
石、ドロマイト、粘土及び蒸発残留岩についての計算値
が図１１で分かる。図１１から、非弾性ガンマ線密度測
定が化学源を利用する密度測定に代わる有効な代替手段
であることは明らかである。応答曲線上にないデータ点
は、酸素濃度を地層電子密度に関連させる図１０の曲線
上にない蒸発残留岩に属するものであるに過ぎない。こ
れらの場合において、酸素濃度は、たとえ密度が高くて
も、流体で満たされた堆積岩と比べて低い。この結果と
して、非弾性酸素計数率が低くなり、不自然に高い密度
の読みが得られることになる。特に、これらのケースを
識別するには、スペクトル分析を利用して非弾性スペク
トルをその元素成分に分解し、次に、この情報を用いて
蒸発残留岩又は式（２）を満足しない蒸発残留岩又は他
の地層タイプについてのＬＯＧをフラッグ立てする(to
flag the log) のが良い。

【００３７】水を基剤とする掘削流体を広範に用いるに
は、ボアホール環境の変化の影響に関して非弾性ガンマ
線密度の値を補正することが必要となる。というのは、
水を基剤とする掘削流体は著しく大きな酸素濃度を含む
からである。ボアホールに関する補償を、化学源利用の
密度測定で用いられるのと類似した方法で実施するのが
良い。すなわち、中性子源に近接して第２の検出器を設
けると、ツールスタンドオフ、皺（しわ）の度合い、ボ
アホールの洗い流しの効果を測定する手段が得られるこ
とになる。２つの検出器の半径方向感度の差を利用する
手法を用いて密度検層の補正をするのが良い。精度の高
い補正を行うためには、泥に関する組成情報が必要であ
るが、これは一般的に言って入手できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にしたがって構成され、回転掘削用プラ
ットホームから吊り下げられたドリルストリングを有す
る、掘削中測定実行嘘地層の一実施例を、一部をブロッ
クで示す略図である。

【図２】中性子加速器及び関連の放射線検出器を含むダ
ウンホール測定サブアセンブリの一実施例の部分概略縦
断面図である。

【図３】図２の３−３線における横断面図であり、ドリ
ルカラーに対する近接検出器の好ましい配置場所を示す
図である。

【図４】図２の４−４線における横断面図であり、ドリ
ルカラーに対するアレイ状検出器及び関連の中性子窓の
一構成を示す図である。

【図５】アレイ中の熱外中性子検出器及び関連の中性子
窓の別の構成を示す部分横断面図である。

【図６】ダウンホール測定サブアセンブリの別の実施例
の部分横断面図であり、中性子窓の変形例を示す図であ
る。

【図７】図６の７−７線における部分図であり、図６の
中性子窓の外部構成を示す図である。

【図８】図７と類似した部分図であり、中性子窓の別の
実施例の外部構成を示す図である。

【図９】本発明の一実施例によるワイヤーライン検層ツ
ールの略図である。

【図１０】多くの地層について地層電子密度に対して酸
素原子密度をプロットしたグラフ図である。

【図１１】図１０にプロットした地層に関して、電子密
度に対して酸素計数率をプロットしたグラフ図である。

【符号の説明】

１０掘削用プラットホーム付きやぐら１２ボアホール１４ドリルストリング１６ビット２６掘削流体３６坑底組立体３８，４２スタビライザーカラー部分４０，４４ドリルカラー部分５８中性子加速器６２，１３０近接配置の検出器６６ａ〜６６ｄ検出器７０ａ，７０ｂ中性子透明窓７８熱外中性子検出器８４，１４０遠隔配置の検出器１００ツール本体１１０中性子源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボアホールの周りの地下地層の密度を測
定する方法であって、ボアホール内から地層に高エネル
ギ中性子を照射する段階と、高エネルギ中性子による照
射の結果として生じるボアホール内のガンマ線を検出す
る段階と、検出したガンマ線を分析して地層の密度を決
定する段階とを有することを特徴とする方法。
【請求項２】地層を照射する前記段階では、パルス中
性子源で照射することを特徴とする請求項１記載の方
法。
【請求項３】ガンマ線を検出する前記段階では、地層
中の酸素原子による高エネルギ中性子の非弾性散乱の結
果として生じるガンマ線を検出することを特徴とする請
求項１記載の方法。
【請求項４】ガンマ線のスペクトル測定を行って、地
層中の酸素原子による高エネルギ中性子の非弾性散乱の
結果として生じるガンマ線を識別する段階を更に有する
ことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】スペクトル測定は、地層の岩石学的性質
を識別するのに用いられ、該岩石学的性質は、密度の決
定を補正するのに用いられることを特徴とする請求項４
記載の方法。
【請求項６】パルス中性子源からの中性子出力を測定
し、測定した中性子出力を用いて、検出したガンマ線を
分析する段階を更に有することを特徴とする請求項４記
載の方法。
【請求項７】ボアホール及び地層中での高エネルギ中
性子の減衰量を測定し、測定した減衰量を用いて、検出
したガンマ線を分析する段階を更に有することを特徴と
する請求項１記載の方法。
【請求項８】検出したガンマ線を分析する前記段階で
は、地層中の酸素濃度を測定し、酸素濃度から密度を決
定することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】地層の電子密度指数を決定し、密度の決
定にあたり前記電子密度指数を用いる段階を更に有する
ことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】ボアホールの周りの地下地層の密度を
測定する方法であって、地層をボアホール内から照射す
ることにより地層中にガンマ線の源を生じさせる段階
と、ボアホール内のガンマ線源からガンマ線を検出する
段階と、検出したガンマ線を分析して地層の密度を決定
する段階とを有することを特徴とする方法。
【請求項１１】ガンマ線源は、地層に高エネルギ中性
子を照射することにより得られることを特徴とする請求
項１０記載の方法。
【請求項１２】地層の性状とは関係なく、地層中の位
置が実質的に一定した源を地層中に生じさせる段階を更
に有することを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１３】源は、地層中の酸素原子による高エネ
ルギ中性子の非弾性散乱によって得られることを特徴と
する請求項１２記載の方法。
【請求項１４】ボアホールの周りの地下地層の密度を
測定する装置であって、ツール本体と、ツール本体内に
設けられていて、地層をボアホール内から照射する高エ
ネルギ中性子源と、高エネルギ中性子による地層の照射
の結果生じるボアホール内のガンマ線を検出する検出器
と、検出したガンマ線を分析して地層の密度を決定する
ための手段とを有することを特徴とする装置。
【請求項１５】高エネルギ中性子源は、１４ＭｅＶ級
Ｄ−Ｔ加速器源であることを特徴とする請求項１４記載
の装置。
【請求項１６】高エネルギ中性子源の中性子出力を測
定する源モニタを更に有することを特徴とする請求項１
４記載の装置。
【請求項１７】検出器は、スペクトルガンマ線検出器
であることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１８】検出したガンマ線を分析する前記手段
は、検出器からの出力を分析して、地層中の酸素原子に
よる中性子の非弾性散乱の結果として生じるガンマ線を
測定することを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項１９】ツール本体は、ワイヤーライン検層ツ
ールであることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項２０】ツール本体は、掘削しながら検層を行
うツールであることを特徴とする請求項１４記載の装
置。