NO861799L

NO861799L - LOGGING FOR FORMATION DENSITY USING TWO DETECTORS AND SOURCES.

Info

Publication number: NO861799L
Application number: NO861799A
Authority: NO
Inventors: Daniel F Coope
Original assignee: Nl Industries Inc
Priority date: 1985-08-20
Filing date: 1986-05-06
Publication date: 1987-02-23
Also published as: GB8616869D0; CA1256595A; FR2586484A1; DE3628097A1; GB2179442A; JPS6244680A

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører logging av underjor-diske formasjoner for tetthetsbestemmelse ved anvendelse av gammastråler. Særlig vedrører oppfinnelsen bestemmelse av formasjonstetthet uten å plassere loggingssonden mot veggen i borehullet som går gjennom jordformasjonen. The present invention relates to the logging of underground formations for density determination using gamma rays. In particular, the invention relates to the determination of formation density without placing the logging probe against the wall of the borehole that passes through the soil formation.

Nærmere bestemt er denne oppfinnelse nyttig til målingMore specifically, this invention is useful for measurement

av tetthet under boring.of density during drilling.

Trådlednings gammastråle-tetthetssonder er anordningerWireline gamma ray density probes are devices

som inkorporerer en gammastrålekilde og en gammastråledetektor, skjærmet fra hverandre for å hindre telling av stråling utsendt direkte fra kilden. Under sondens operasjon går gammastråler (eller fotoner) utsendt fra kilden inn i formasjonen som skal granskes, og samvirker med de atomære elektroner i materialet i formasjonen ved fotoelektrisk absorbsjon, ved Compton spredning, eller ved par-produksjon. Ved fotoelektrisk absorbsjons- og par-produksjons-fenomen, blir de spesielle fotoner som er invol-vert ved samvirkningen fjernet fra gammastrålestrålen. which incorporates a gamma ray source and a gamma ray detector, shielded from each other to prevent counting of radiation emitted directly from the source. During the operation of the probe, gamma rays (or photons) emitted from the source enter the formation to be examined, and interact with the atomic electrons in the material in the formation by photoelectric absorption, by Compton scattering, or by pair production. In the photoelectric absorption and pair production phenomenon, the particular photons involved in the interaction are removed from the gamma ray beam.

Ved Compton spredningsprosessen, mister det involverteIn the Compton scattering process, the involved loses

foton noe av sin energi mens det endrer sin opprinnelige bevegelsesretning, idet tapet er en funksjon av sprednings-vinkelen. Noen av fotonene som utsendes fra kilden inn i prøven blir følgelig spredt mot detektoren. Mange av disse når aldri detektoren, ettersom deres retning endres ved den andre Comton-spredning, eller de absorberes ved den foto-elektriske absorsjonsprosessen eller par-produk-sjonsprosessen. De spredt fotonene som når detektoren og samvirker med den telles av det elektroniske utstyret som er knyttet til detektoren. photon some of its energy as it changes its original direction of motion, the loss being a function of the scattering angle. Some of the photons emitted from the source into the sample are consequently scattered towards the detector. Many of these never reach the detector, as their direction is changed by the second Comton scattering, or they are absorbed by the photoelectric absorption or pair production process. The scattered photons that reach the detector and interact with it are counted by the electronic equipment connected to the detector.

Hovedvanskelighetene som møtes ved konvensjonelle gammastråle tetthetsmålinger innbefatter definisjon av prøve-størrelse, begrensede effektive dybde- og prøvetagning, forstyrrende virkninger av uønskede, forstyrrende materialer som er plassert mellom tetthetssonden og prøven og kravet til at sonden plasseres mot borehullveggen. Den kjemiske sammensetning av prøven påvirker også lesningen hos konvensjonelle gammastråle-tetthets-sonder. The main difficulties encountered in conventional gamma ray density measurements include definition of sample size, limited effective depth and sampling, interfering effects of unwanted interfering materials placed between the density probe and the sample and the requirement that the probe be placed against the borehole wall. The chemical composition of the sample also affects the reading of conventional gamma-ray density probes.

En tidligere kjent trådlednings-tetthetssonde omhandletA prior art wireline density probe disclosed

i US-PS 3.202.822 innbefatter to gammastråledetektorer,in US-PS 3,202,822 includes two gamma ray detectors,

en kollimert gammastrålekilde og forholds-dannende elektroniske kretser, og er nyttige så lenge som de forstyrrende materialer, plassert mellom detektorene hos sonden og forma-sjonsprøven, er identiske i tykkelse og kjemisk sammensetning langs banene for de utsendte og mottatte gammastråler. Ujevnheter i veggen for borehullet vil forstyrre den riktige operasjon for sonden. Slike ujevnheter kan bevirkes av skråhull, av innfallinger, og av varierende tykkelser i slamkaken på hullets vegg. a collimated gamma ray source and ratio forming electronic circuitry, and are useful as long as the interfering materials, placed between the detectors of the probe and the formation sample, are identical in thickness and chemical composition along the paths of the emitted and received gamma rays. Irregularities in the borehole wall will interfere with proper operation of the probe. Such unevenness can be caused by slanted holes, by depressions, and by varying thicknesses in the mud cake on the wall of the hole.

Den kjente teknikk omfatter også US-PS 3.846.631 som omhand-ler en trådledningstetthetssonde som virker uansett tykkelsen og den kjemiske sammensetning av materialer som er plassert mellom tetthetssonden og prøven. Fremgangsmåten omfatter å føre to gammastråler fra to intermittente drevne gammastrålekilder inn i prøven, å motta strålingen som spres tilbake fra hver av de to kildene ved hjelp av to separate detektorer, og å danne produktforhold for de fire separate tellingstaktene på en slik måte at det tallmessige resultat er en indikasjon av prøvens tetthet. The known technique also includes US-PS 3,846,631 which deals with a wireline density probe which works regardless of the thickness and chemical composition of materials placed between the density probe and the sample. The method involves introducing two gamma rays from two intermittently driven gamma ray sources into the sample, receiving the radiation backscattered from each of the two sources by means of two separate detectors, and forming product ratios of the four separate counting rates in such a way that the numerical result is an indication of the density of the sample.

Den kritiske dimensjonen for to-detektorsonen er avstanden mellom detektorene. Hvis de forstyrrende materialer er ujevne over avstander som er sammenlignbare med avstanden mellom de to detektorene, vil den målte tetthet bli feilak-tig . The critical dimension for the two-detector zone is the distance between the detectors. If the interfering materials are uneven over distances comparable to the distance between the two detectors, the measured density will be incorrect.

Ingen av trådledningssondene beskrevet ovenfor er omtalt til å være nyttige for måling under boring og inkorporer-ing i en roterende borestreng. None of the wireline probes described above are discussed to be useful for measurement during drilling and incorporation into a rotating drill string.

Det er et primært formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte samt anordning for måling av tettheten i en underjordisk formasjon under boring av et borehull som går gjennom formasjonen. It is a primary purpose of this invention to provide a method and device for measuring the density in an underground formation while drilling a borehole that passes through the formation.

Dette formål og andre formål realiseres og begrensningen ved den kjente teknikk overvinnes i den anordning ifølge oppfinnelsen som omfatter en anordning for bruk i et borehull som går gjennom en jordformasjon, innbefattende to gammastråleutsendende midler som er spredt 180° fra hverandre om anordningen, idet midlene utsender kollimerte gammastråler langs to baner, hvor banene rager ut i et azimut-messig symmetrisk mønster om anordningens akse, skjærer ved et første punkt på anordningens akse, og skjærer en første sirkel plassert i en prøve av informasjonen som skal måles, et første gammastråle-detekteringsmiddel orientert til å motta utsendte gammastråler som spres fra to steder innenfor formasjonsprøven langs et første sett av to baner, idet banene rager ut i et azimut-messig symmetrisk mønster om anordningens akse, skjærer et andre punkt på anordningens akse og skjærer den første sirkelen, og et middel for å bestemme produktet av tellingstakten for gammastråler mottatt av detekteringsmidlet fra hver av de to banene som spredt fra de to stedene innenfor forma-sjonsprøven, idet produktet indikerer en gjennomsnittlig tetthet i formasjonsprøven. This object and other objects are realized and the limitation of the known technique is overcome in the device according to the invention which comprises a device for use in a borehole passing through an earth formation, including two gamma ray emitting means which are spread 180° apart about the device, the means emitting collimated gamma rays along two paths, the paths projecting in an azimuthally symmetrical pattern about the axis of the device, intersecting at a first point on the axis of the device, and intersecting a first circle located in a sample of the information to be measured, a first gamma ray detection means oriented to receive emitted gamma rays scattered from two locations within the formation sample along a first set of two paths, the paths projecting in an azimuthally symmetrical pattern about the axis of the device, intersecting a second point on the axis of the device and intersecting the first circle, and a means of determining the product of the gamma ray count rate received by detection averaged from each of the two paths as scattered from the two locations within the formation sample, the product indicating an average density in the formation sample.

Formålene med oppfinnelsen realiseres dessuten ved fremgangsmåten for å bestemme den gjennomsnittlige tetthet av en prøve av jordformasjon som omgir et borehull, innbefattende trinnene å senke en anordning inn i borehullet til et sted hosliggende prøven, og utsende gammastråler inn i formasjonen fra anordningen langs to baner som rager ut i et azimut-messig, symmetrisk mønster om anordningens akse, skjærer ved det første punktet på anordningens akse og skjærer en første sirkel plassert i formasjonsprøven, The objects of the invention are further realized by the method for determining the average density of a sample of soil formation surrounding a borehole, including the steps of lowering a device into the borehole to a location adjacent to the sample, and emitting gamma rays into the formation from the device along two paths which projecting in an azimuthally symmetrical pattern about the axis of the device, intersecting at the first point on the axis of the device and intersecting a first circle located in the formation sample,

og telle de utsendte gammastråler som spres fra formasjons- and count the emitted gamma rays that are scattered from the formation

prøven tilbake til anordningen langs et første sett av to baner som kommer ut i et azimut-messig symmetrisk mønster om anordningens akse, skjærer ved et andre punkt på anordningens akse og skjærer den første sirkelen, og å bestemme produktet av de to tellemålingene, idet produktet indikerer gjennomsnittstettheten hos formasjonsprøven. the sample back to the device along a first set of two paths emerging in an azimuthally symmetric pattern about the axis of the device, intersecting at a second point on the axis of the device and intersecting the first circle, and determining the product of the two count measurements, the product indicates the average density of the formation sample.

Andre trekk og tilsiktede fordeler ved oppfinnelsen vil lettere forstås med henvisning til den etterfølgende detal-jerte beskrivelse i forbindelse med de vedlagte tegninger. Fig. 1 er et tverrsnittriss av anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse for logging av tettheter i en formasjon som en roterende borestreng går gjennom, i hvilken streng anordningen kan være plassert. Fig. 2 er en skjmatisk fremstilling av den elektroniske krets som behøves for å detektere, telle og behandle de spredte fotoner. Other features and intended advantages of the invention will be more easily understood with reference to the subsequent detailed description in connection with the attached drawings. Fig. 1 is a cross-sectional view of the device according to the present invention for logging densities in a formation through which a rotating drill string passes, in which string the device can be placed. Fig. 2 is a schematic representation of the electronic circuit that is needed to detect, count and process the scattered photons.

Gammadelenheten 10 ifølge denne oppfinnelse er vist i fig.The gamma part unit 10 according to this invention is shown in fig.

1 sammenkoblet mellom den øvre borestreng 12 og den nedre borestreng 14. Rotasjon av borestrengen 12, 14 bevirker borekronen 16 til å danne borehullet 18 som går gjennom jordformasjonen 20. Delenheten 10 omfatter en første gammastrålekilde 22 og en andre gammastrålekilde 24. De to kildene er plassert om delenheten i et azimut-messig symmetrisk mønster, dvs. 180° fra hverandre. Kildene kollimeres til å danne baner som også er azimut-messig symmetriske. Banene orienteres til å passere gjennom et første punkt 28 plassert på delenhetens 10 akse 29. Uttrykket bane som anvendt her anvender ikke bare den faktiske beve-gelsesbanen for gammastrålen, men også en forlengelses-linje bak kilden samt forbi detektoren. 1 connected between the upper drill string 12 and the lower drill string 14. Rotation of the drill string 12, 14 causes the drill bit 16 to form the drill hole 18 which passes through the earth formation 20. The sub-unit 10 comprises a first gamma ray source 22 and a second gamma ray source 24. The two sources are placed around the sub-unit in an azimuthally symmetrical pattern, i.e. 180° apart. The sources are collimated to form paths that are also azimuthally symmetric. The paths are oriented to pass through a first point 28 located on the sub-unit 10 axis 29. The term path as used here uses not only the actual path of movement of the gamma ray, but also an extension line behind the source as well as past the detector.

Flertallet av kilder kan være en enkelt primær kilde fra hvilken de utsendte gammastråler kollimeres til å danne The majority of sources may be a single primary source from which the emitted gamma rays are collimated to form

de to symmetriske gammastrålene.the two symmetrical gamma rays.

Delenheten innbefatter dessuten et første sett av detektorer som har en første gammastråledetektor 30 og en andre gammastråledetektor 32. Detektoren er plassert om delenheten 10 i et azimut-messig symmetrisk mønster som er aksiell The sub-unit further includes a first set of detectors having a first gamma ray detector 30 and a second gamma ray detector 32. The detector is positioned about the sub-unit 10 in an azimuthally symmetrical pattern which is axial

og azimut-messig innretning med nevnte første og andre kilder 22 og 24. Detektoren kollimeres til å motta gammastråler spredt fra formasjonene langs baner som også er azimut-messig symmetriske. Banene er orientert til å skjære aksen 29 på delenheten 10 ved et andre punkt 36. Banene fra kildene vil skjære det første settet av detektorbaner ved en første sirkel 38 om delenheten 10. Den første sirkelen faller i et plan som er perpendikulært på delenhetens 10 akse, idet planet skjærer aksen 29 ved et tredje punkt 39. Det andre punktet 36 er plassert i en aksiell avstand and azimuth-wise arrangement with said first and second sources 22 and 24. The detector is collimated to receive gamma rays scattered from the formations along paths which are also azimuthally symmetrical. The paths are oriented to intersect the axis 29 of the subassembly 10 at a second point 36. The paths from the sources will intersect the first set of detector paths at a first circle 38 about the subassembly 10. The first circle falls in a plane perpendicular to the subassembly 10 axis. , the plane intersecting the axis 29 at a third point 39. The second point 36 is located at an axial distance

vekk fra det første punktet 28 og nevnte første og andre punkter 28, 36 er fortrinnsvis på motsatte sider av det tredje punktet 39. away from the first point 28 and said first and second points 28, 36 are preferably on opposite sides of the third point 39.

Delenheten 10 innbefatter et andre sett av detektorer innbefattende en tredje gammastråledetektor 40, og fjerde gammastråledetektor 42. Dette andre sett av detektorer er plassert om delenheten 10 i et azimut-messig, symmetrisk mønster som også er i aksiell og azimut-messig innretning med nevnte første og andre kilder 22, 24 og det første settet av detektorer 30 og 32. The sub-unit 10 includes a second set of detectors including a third gamma-ray detector 40, and fourth gamma-ray detector 42. This second set of detectors is placed around the sub-unit 10 in an azimuth-wise, symmetrical pattern which is also in axial and azimuth-wise alignment with said first and second sources 22, 24 and the first set of detectors 30 and 32.

Det andre settet av detektorer vil motta gammastråler langs et tredje sett av to baner som er azimut-messig symmetrisk om delenheten 10 og er orientert til å skjære aksen 29 The second set of detectors will receive gamma rays along a third set of two paths which are azimuthally symmetrical about the subassembly 10 and are oriented to intersect the axis 29

ved et fjerde punkt 45, og å skjære en andre sirkel 72. Fortrinnsvis er det fjerde punktet 45 og det første punktet 28 på motsatte sider av det tredje punktet 39. Hver bane at a fourth point 45, and intersecting a second circle 72. Preferably, the fourth point 45 and the first point 28 are on opposite sides of the third point 39. Each path

i det tredje settet bør bære parallell med en tilsvarende bane hos det andre settet. in the third set should bear parallel to a corresponding path in the second set.

Nevnte første og andre sett av detektorer skjærmes fra kildene til å hindre de utsendte gammastråler fra å nå detektorene direkte fra kildene. Said first and second sets of detectors are shielded from the sources to prevent the emitted gamma rays from reaching the detectors directly from the sources.

Den første sirkelen 38 og den andre sirkelen 72 som er dannet i formasjonen 20, vil være sentret for henholdsvis formasjonprøvene 46 og 47 som skal måles hva angår tetthet. The first circle 38 and the second circle 72 which are formed in the formation 20 will be centered for the formation samples 46 and 47, respectively, which are to be measured in terms of density.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen roterer delenhetenIn the method according to the invention, the sub-unit rotates

10 om sin akse 29 ettersom gammastråler 48 utsendes inn i prøven ved hjelp av den første kilden 22 og gammastråler 50 ved hjelp av den andre kilden 24. De utsendte kollimerte stråler av gammastråler danner en første kjegleformet forma-sjonsregion som bestråles. 10 about its axis 29 as gamma rays 48 are emitted into the sample by means of the first source 22 and gamma rays 50 by means of the second source 24. The emitted collimated beams of gamma rays form a first cone-shaped formation region which is irradiated.

I formasjonen 20 blir visse av gammastrålene 48 og 50In the formation 20, certain of the gamma rays 48 and 50 become

spredt av prøveformasjonen 46 mot det første settet av detektorer. Gammastråler 54 spres ved sted 56 i formasjons-prøven 46 mot og mottas den første detektoren. Gammastråler 58 spres ved sted 62 i formasjonsprøven 46 mot og mottas av den andre detektoren 32. Ettersom de to kollimerte kildene 22, 24 er symmetrisk plassert, er der kun en riktig kjegleformet region som bestråles under delenhetens rotasjon. De to kollimerte detektorene 30, 32 mottar utsendte gammastråler spredt fra formasjonsprøven 46 tilbake til delenheten 10 langs baner som danner en andre kjegle, invertert relativt den første kjeglen. scattered by the sample formation 46 towards the first set of detectors. Gamma rays 54 are scattered at location 56 in the formation sample 46 towards and received by the first detector. Gamma rays 58 are scattered at location 62 in the formation sample 46 towards and received by the second detector 32. As the two collimated sources 22, 24 are symmetrically located, there is only a properly cone-shaped region that is irradiated during the sub-unit's rotation. The two collimated detectors 30, 32 receive emitted gamma rays scattered from the formation sample 46 back to the sub-unit 10 along paths which form a second cone, inverted relative to the first cone.

Tykkelsen av kjeglene bestemmes av kollimatorens diameter. Sirkelen 38 som er dannet ved skjæringen mellom kjeglene, har sitt senterpunkt 39 på delenhetens 10 akse 29. Ved et gitt tidspunkt vil to små sektorer 66, 68 i formasjons-prøven, hver 180° fra hverandre bli tatt prøve av. The thickness of the cones is determined by the diameter of the collimator. The circle 38 which is formed by the intersection between the cones has its center point 39 on the axis 29 of the sub-unit 10. At a given time, two small sectors 66, 68 in the formation sample, each 180° apart, will be sampled.

De mottatte gammastråler 54, 58 vil reagere med det første settet av detektorer 30, 32 og bevirke elektriske impulser. Pulsamplituden er proporsjonal med energien for de mottatte gammastråler. Hvis det er ønskelig å tilveiebringe tellings takter som indikerer kun de stråler som er blitt spredt kun en gang i prøven 46, ville disse pulser bli forsterket av forforsterkere og forsterkere, og matet til diskiminato-rer (ikke vist), som innstilles til kun å la passere de pulser som har en energinivåer for gammastråler som ble spredt ved stedet 56, mot detektoren 30, og ved et sted 62 mot detektoren 32. Gammastråler som ble utsatt for fler-spredning forut for å gå inn i detektoren 30, 32, The received gamma rays 54, 58 will react with the first set of detectors 30, 32 and cause electrical impulses. The pulse amplitude is proportional to the energy of the received gamma rays. If it is desired to provide counting pulses indicating only those rays that have been scattered only once in the sample 46, these pulses would be amplified by preamplifiers and amplifiers, and fed to discriminaters (not shown), which are tuned to only pass the pulses having a gamma ray energy levels which were scattered at the location 56, towards the detector 30, and at a location 62 towards the detector 32. Gamma rays which were subjected to multiple scattering prior to entering the detector 30, 32,

vil bli avvist av diskriminatorene. Utgangen hos detektord-ene og, hvis anvendt, diskriminatorene, fører til porter, som tilveiebringer individuelle tellingstakter for mottatte gammastråler fra de to detektorene 30, 32. Denne løsning er vist generelt i fig. 2. will be rejected by the discriminators. The output of the detectors and, if used, the discriminators, leads to gates, which provide individual counting rates for received gamma rays from the two detectors 30, 32. This solution is shown generally in fig. 2.

Produktet av tellingene i de nære detektorer 30 og 32 ogThe product of the counts in the close detectors 30 and 32 and

i de fjerntliggende detektorer 40 og 42 og kvotienten av produktene tilveiebringes ved å bruke elektronikk som er skjematisk vist i fig. 2. Tellerne 80-83 omdanner de nå-værende pulser som frembringes i detektorene til digitale spenningspulser ved hjelp av forsterker og spenningsdiskri-minator (ikke vist) og lagrer så tellingene. Tellingene fra de nærliggende detektorer 30, 32 lagres i tellerne 80, 81, og tellingene fra de fjerntliggende detektorer 40, 42 lagres i tellerne 82, 83. Innmatningene til tellerne er spenningstellinger fra detektorene og spenningsnivået fra klokken 7 5 . in the remote detectors 40 and 42 and the quotient of the products is provided using electronics schematically shown in fig. 2. The counters 80-83 convert the current pulses produced in the detectors into digital voltage pulses by means of an amplifier and voltage discriminator (not shown) and then store the counts. The counts from the nearby detectors 30, 32 are stored in the counters 80, 81, and the counts from the distant detectors 40, 42 are stored in the counters 82, 83. The inputs to the counters are voltage counts from the detectors and the voltage level from 7 o'clock 5 .

Klokken forutinnstilles til å frembringe en puls med regel-messige intervaller, eksempelvis hvert 30. sekund. Når den sender impuls til tellerne 80-83 og til multiplikatorene 84, 85, blir tellingene i tellerne 80, 81 og tellingene i tellerne 82, 83 multiplisert sammen ved hjelp av henholdsvis multiplikatorene 84 og 85.Multipliseringsanordningen 84 beregner produktet av tellinger i tellerne 80, 81, og multipliseringsanordningen 85 beregner produktet av tellingene i tellerne 82, 83.Delingsanordningen 86 beregner koeffesienten av produktene som frembringes av anordningene 84 og 85 hver gang en puls signaleres fra klokken 75. Utmatningen fra deleren 86, dvs. forholdet mellom utmatning-ene fra multiplikatoren 84, 85 kan så plottes mot tid ved hjelp av en passende plottingsanordning 87. The clock is preset to generate a pulse at regular intervals, for example every 30 seconds. When it sends impulse to the counters 80-83 and to the multipliers 84, 85, the counts in the counters 80, 81 and the counts in the counters 82, 83 are multiplied together by means of the multipliers 84 and 85 respectively. The multiplier 84 calculates the product of the counts in the counters 80 . from the multiplier 84, 85 can then be plotted against time using a suitable plotting device 87.

De individuelle tellinger fra detektorene 30, 32, 40 ogThe individual counts from the detectors 30, 32, 40 and

42 kan variere med tid på grunn av delenhetens plassering innenfor borehullet bevirket ved rotasjon av borestrengen vekk fra borehullets akse. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir de to øyeblikke-lige tellinger fra det første settet av detektorer 30, 32 multiplisert ved hjelp av multiplikatoren 84, hvilket medfører en konstant verdi som således angir eliminering av variabler med tid, slik som tykkelsen av slam gjennom hvilket de utsendte gammastråler må passere for å bli mottatt på detektorene, og bevegelsen av delenheten i forhold til borehullveggen. 42 may vary with time due to the location of the sub-unit within the borehole caused by rotation of the drill string away from the axis of the borehole. In the method according to the invention, the two instantaneous counts from the first set of detectors 30, 32 are multiplied by means of the multiplier 84, which results in a constant value which thus indicates the elimination of variables with time, such as the thickness of sludge through which they were emitted gamma rays must pass to be received on the detectors, and the movement of the sub-assembly relative to the borehole wall.

Delenheten, i en posisjon vekk fra aksen, vil motta gammastråler 48 som er blitt spredt fra formasjonsprøven 46, The subassembly, in an off-axis position, will receive gamma rays 48 that have been scattered from the formation sample 46,

ved detektoren 30. Disse stråler 48 vil beveget seg gjennom en forskjellig mengde av slam og formasjon enn gammastråler 50 fra kilden 24. Imidlertid er summen av banelengder gjennom slam, og summen av banelengde gjennom formasjonen konstante forutsatt at diameteren av delenheten 10 er i alt vesentlig lik diameteren for borehullet 18. at the detector 30. These rays 48 will travel through a different amount of mud and formation than gamma rays 50 from the source 24. However, the sum of path lengths through mud, and the sum of path lengths through the formation are constant provided that the diameter of the sub-unit 10 is substantially equal to the diameter of the drill hole 18.

Anvendelser av en tetthetslogging for måling under boring bør være nøyaktig innenfor ca. 0,1 g/cm"^. Ettersom formasjonstetthet er typisk 2,5 g/cm 3, er den ønskede nøyaktighet ca. 4%. Hvis vertikal oppløsning som kreves for loggingen er 0,5 fot (15,24 cm), kan en ønsket tellingstakt espineres som følger: Applications of a density logging for measurement during drilling should be accurate within approx. 0.1 g/cm"^. Since formation density is typically 2.5 g/cm 3 , the desired accuracy is about 4%. If the vertical resolution required for logging is 0.5 ft (15.24 cm), the a desired counting rate is espined as follows:

a er den statistiske variasjon av produktet a is the statistical variation of the product

er de totale tellinger på detektoren 30, og N2er de totale tellinger på detektorene 32. are the total counts on the detector 30, and N2 are the total counts on the detectors 32.

Antar man at N-^N,, = N, kan man fra statistisk teori utlede Assuming that N-^N,, = N, one can derive from statistical theory

Løser man dette for N, får man If you solve this for N, you get

N 1250 tellinger.N 1250 counts.

Hver tetthetsloggingsmåling bør detektere et gjennomsnittEach density logging measurement should detect an average

av 1250 tellinger pr. måling og der bør være en måling for hver 0,5 fot (15,24 cm). Ved en borehastighet av 60 fot/time (18,29 m, vil hver måling derfor være fullført i løpet av 30 sekunder. of 1250 counts per measurement and there should be a measurement for every 0.5 feet (15.24 cm). At a drilling speed of 60 ft/hr (18.29 m), each measurement will therefore be completed within 30 seconds.

Derfor bør hver detektor 30, 32, 40, 42 ha tilstrekkelig følsomhet slik at ca. 43 tellinger pr. sekund registreres. Alternativt kan hver kilde justeres til å utsende ved en takt slik at detektorene mottar på den ønskede takt av 43 tellinger pr. sekund. Therefore, each detector 30, 32, 40, 42 should have sufficient sensitivity so that approx. 43 counts per second is recorded. Alternatively, each source can be adjusted to emit at a rate so that the detectors receive at the desired rate of 43 counts per second.

For å kompensere for borehulleffektene på målingen av gjennomsnittstettheten for formasjonsprøvene 46 og 47, ville fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse omfatte bruk av tellingene fra det andre settet av detektorer 40, 42. Produktet av disse to tellinger (utmatning fra multiplika-tor 85), vil bli anvendt til å danne et forhold (utmatning fra teller 86) mellom produktet fra det første settet av detektorer og produktet fra det andre settet av detektorer. Alternativt kan produktet for de to forholdene fra en detektor i det første settet til en tilsvarende detektor i det andre settet anvedes til å bestemme gjennomsnittstettheten. Dette er vist generelt i fig. 2. To compensate for the borehole effects on the measurement of the average density for the formation samples 46 and 47, the method of this invention would include using the counts from the second set of detectors 40, 42. The product of these two counts (output from multiplier 85) would be used to form a ratio (output from counter 86) between the product of the first set of detectors and the product of the second set of detectors. Alternatively, the product of the two ratios from a detector in the first set to a corresponding detector in the second set can be used to determine the average density. This is shown generally in fig. 2.

En lignende løsning for det andre settet av detektorerA similar solution for the second set of detectors

40, 42, kan innbefattes i delenhetene 10 for å motta, dis-kriminere, telle, lagre og bruke gammastrålene mottatt av det andre settet, som vist i fig. 2. 40, 42, may be included in the subassemblies 10 for receiving, discriminating, counting, storing and using the gamma rays received by the second set, as shown in fig. 2.

Typen av gammastrålekilder er heller ikke et formål for oppfinnelsen, ettersom forskjellige typer foretrekkes for de forskjellige anvendelser. Kilder av kapseltype som inneholder radioaktive isotoper som kobolt 60 eller sesium 137, er typene av gammastrålekilder som hyppigst anvendes i gammastråle-tetthetssonder. The type of gamma ray sources is also not an object of the invention, as different types are preferred for the different applications. Capsule-type sources containing radioactive isotopes such as cobalt 60 or cesium 137 are the types of gamma-ray sources most frequently used in gamma-ray density probes.

Diameterne for borehullet 18 og delenheten 10 bør væreThe diameters of the borehole 18 and the subassembly 10 should be

i alt vesentlig ekvivalente. Dette kan skje ved bruken av stabilisatorer på utsiden av delenheten som så er del av den relative diameterbestemmelse. substantially equivalent in all respects. This can happen through the use of stabilizers on the outside of the sub-unit, which are then part of the relative diameter determination.

Forskjellige andre forandringer ved konstruksjonsdetaljer og sekvensene av beregninger kan foretas uten å avvike fra oppfinnelsens omfang, som er angitt i det vedlagte patentkrav. Various other changes in construction details and the sequences of calculations can be made without deviating from the scope of the invention, which is stated in the attached patent claim.

Claims

1. Device for use in a borehole passing through an earth formation, characterized by a gamma ray emitting agent, said agent emitting collimated gamma ray rays along a first set of two paths, said paths projecting in an azimuthally symmetrical pattern about the longitudinal axis of the device , intersects at a first point on the axis of said device, and intersects a first circle placed in a sample of said formation to be measured, first gamma ray detection means oriented to receive emitted gamma rays scattered from two locations within said formation sample along a second set of two paths, said paths projecting in an azimuthally symmetrical pattern and with said device axis, intersecting a second point on said device axis and intersects said first circle, and means for determining a first product of the counting rates for gamma rays received by said first detection means from each of said two paths that are scattered from each of said two locations within the formation sample, said first product indicating the average density of the formation sample .

2. Device as stated in claim 1, characterized in that said first circle lies in a first plane which is perpendicular to the axis of the device and intersects said axis at a third point.

3. Device as stated in claim 1, characterized in that said device can be adapted for use in a drill string.

4. Device as stated in claim 1, characterized in that said gamma ray emitting means comprises gamma sources, each source being collimated to emit gamma rays along one of each of said first set of two paths.

5. Device as stated in claim 4, characterized in that said sources are placed in an azimuth-wise, symmetrical pattern about said device and lie in a second plane which is perpendicular to said device's axis.

6. Device as stated in claim 1, characterized in that said first detection means comprises two detectors, each said detector being collimated to receive gamma rays along one of said second sets of two paths.

7. Device as stated in claim 1, characterized in that it additionally comprises: second detection means which is oriented to receive emitted gamma rays which are scattered from said two locations within said formation sample along a third set of two paths, said paths intersecting at a fourth point on the axis of said device, and intersects a second circle about said axis, said second circle being intersected by said first set of two paths, means for determining a second product of gamma ray count rates received by said second detection means from each of said two webs as spread from each of said two locations within said formation sample, and dividing means for dividing said first product with said second product to provide a ratio indicative of an average compensated density of said formation sample.

8. Device as specified in claim 1, characterized in that said first point is separate from said second point.

9. Device as specified in claim 7, characterized in that said first point and said second point are separate from said fourth point.

10.A northing as stated in claim 7 or 8, characterized in that said first point is on one side of said third point, and that said fourth point or said second point is on the opposite side of said third point.

11. Method for determining the average density of a formation sample surrounding a borehole, characterized by sending a device into said borehole to a location adjacent to said sample, and emitting gamma rays into said formation from the device along a first set of two paths projecting out in an azimuth-wise, symmetrical pattern about the axis of said device, said first set of two paths intersecting at a first point on the axis of said device, and also intersecting a first circle placed in said formation sample, and counting said emitted gamma rays as is spread from said formation sample back to said device along a second set of two paths that protrude in an azimuthally symmetrical pattern around the axis of said device, said second set of two paths intersecting at a second point on said device's axis and also intersecting said first circle, and determining a first product of said two counts, said first product indicating average density one for the said formation test.

12. Method as stated in claim 11, characterized by the following additional steps: to count said emitted gamma rays which are scattered from said formation sample back to said device along a third set of two paths which project out in an azimuthally symmetrical pattern about the axis of said device, said third set of two paths intersecting at a third point which is separated from said second point on said device's axis, and also intersects a second circle about said axis, said second circle also being intersected by said first set of two paths, to determine a second product of at least two counts, and to determine the ratio between said first and said second product, the ratio between said first and said second products, said ratio indicating an average compensated density for said formation sample.