專利名稱：對(duì)中子伽馬密度測量的校正的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開總體涉及中子伽馬密度(Neutron-gamma density, NGD)測井，并且更具體地，涉及用于獲得某種地層(formation)中的精確的NGD測量結(jié)果的技術(shù)。
背景技術(shù)：
此部分意在將讀者引入可能涉及本公開的各方面的技術(shù)的各方面，該各方面被描述和/或聲名如下。相信此討論對(duì)向讀者提供有助于更好地理解本公開的各方面的背景信息是有用的。因此，應(yīng)當(dāng)理解，將考慮到這些來閱讀這些闡述，而不是承認(rèn)現(xiàn)有技術(shù)。地層密度是在測井中經(jīng)常獲得的測量結(jié)果。一種確定地層密度的方式可以稱作伽馬密度測量，其涉及探測伽馬射線通過地層散射的程度。常規(guī)地，獲得伽馬密度測量涉及使用放射性同位素源(例如，137Cs或241AmBe)以伽馬射線輻照地層。這些伽馬射線可以由存在于地層中的電子康普頓散射。取決于康普頓散射的量，這些伽馬射線中的一些可以由與伽馬射線源間隔開一定距離的伽馬射線探測器探測。因?yàn)榈貙又械碾娮拥臐舛扰c地層的元素的原子系數(shù)成比例，并且伽馬射線發(fā)生康普頓散射并被伽馬射線探測器探測到的程度涉及電子濃度，所以可以基于探測的伽馬射線計(jì)數(shù)率來確定地層的密度。在井下工具(downhole tool)中使用放射性同位素源可能是不期望的，所以研發(fā)了生成光子用于地層密度測量，而無需放射性同位素伽馬射線源的技術(shù)。一種該技術(shù)稱作中子伽馬密度(NGD)測量，與常規(guī)伽馬密度(GGD)測量相區(qū)別開。NGD測量涉及使用中子生成器來發(fā)射中子到地層中。這些中子中的一些可以由地層中的某些元素非彈性散射，生成使得能夠確定地層密度的非彈性伽馬射線。雖然基于這些伽馬射線的NGD測量在某些地層中可能是精確的，但是NGD在其它地層中可能是較不精確的。

發(fā)明內(nèi)容
以下提出于此公開的某些實(shí)施例的概括。應(yīng)當(dāng)理解，這些方面僅僅是為了給讀者提供這某些實(shí)施例的簡要的概括，并且這些方面不是意在限制此公開的范圍。實(shí)際上，此公開可以涵蓋以下可能沒有提出的各個(gè)方面。本實(shí)施例涉及用于確定用于寬廣范圍的地層的精確的中子伽馬密度(NGD)測量的系統(tǒng)、方法、和裝置，該地層包括低氫指數(shù)、或低孔隙度地層和具有重元素的地層。例如， 通過發(fā)射中子到地層中，使得一些中子由地層中的元素非彈性散射并生成非彈性伽馬射線，能夠獲得該NGD測量。可以探測返回到井下工具的中子和非彈性伽馬射線。認(rèn)為地層的一些特性影響地層的快中子輸運(yùn)。從而，如果地層具有該特性，則可以對(duì)中子計(jì)數(shù)率、非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或中子輸運(yùn)校正函數(shù)施加校正，中子伽馬密度(NGD)可以根據(jù)中子計(jì)數(shù)率、非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或中子輸運(yùn)校正函數(shù)來確定。在另一范例中，井下工具可以包括中子生成器、中子探測器、兩個(gè)伽馬射線探測器、以及數(shù)據(jù)處理電路。中子生成器可以用足夠使一些中子由地層的元素非彈性散射并產(chǎn)生非彈性伽馬射線的能量發(fā)射中子到地層中。中子探測器可以探測返回到井下工具的中子計(jì)數(shù)率，而伽馬射線探測器可以探測通過地層康普頓散射到達(dá)井下工具的第一和第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率。數(shù)據(jù)處理電路可以接收中子計(jì)數(shù)率、第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、以及第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率，使用它們確定對(duì)低氫指數(shù)或低孔隙度地層和具有重元素的地層精確的中子伽馬密度。通過范例方式，數(shù)據(jù)處理電路可以確定地層的表觀(apparent)孔隙度，或者如果井下工具中存在快中子探測器，可以確定能夠由快中子探測器探測的快中子信號(hào)的估計(jì)值?？梢灾辽俨糠值鼗谥凶佑?jì)數(shù)率、第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、和/或第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率，來確定快中子信號(hào)的此估計(jì)值。當(dāng)?shù)貙拥谋碛^孔隙度小于限度(limit)或當(dāng)?shù)貙拥目熘凶虞斶\(yùn)的估計(jì)值在限度以外時(shí)，數(shù)據(jù)處理電路可以向中子計(jì)數(shù)率、非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或和/或中子輸運(yùn)校正函數(shù)施加校正。其后，數(shù)據(jù)處理電路可以至少部分地基于校正的中子計(jì)數(shù)率、非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、和/或中子輸運(yùn)校正函數(shù)來確定地層的密度。本公開的技術(shù)效果包括對(duì)寬廣范圍的地層精確地確定中子伽馬密度(NGD)測量， 該地層包括具有低氫指數(shù)或低孔隙度的地層和具有重元素的地層。甚至當(dāng)NGD測量中用于獲得中子計(jì)數(shù)率和伽馬射線計(jì)數(shù)率的井下工具的配置不具有最佳配置時(shí)，這些NGD測量也可以保持精確。從而，盡管不具有快中子探測器，或盡管中子探測器可能放置在距中子源非最佳的位置，仍然可以使用以上公開的系統(tǒng)和技術(shù)來獲得精確的NGD測量。以上記錄的特征的各種改進(jìn)可以與本公開的各方面相關(guān)。進(jìn)一步的特征也可以并入此各方面。這些改進(jìn)和附加特征可以單獨(dú)存在或以任何組合存在。例如，以下關(guān)于一個(gè)或多個(gè)示例的實(shí)施例討論的各特征可以單獨(dú)并入本公開的任何以上描述的方面或以任何組合并入其中。以上描繪的簡要概括僅僅意在使讀者熟悉本公開的某些方面以及實(shí)施例的背景，而不是限制所聲稱的主題。


在閱讀以下詳細(xì)描述并參照附圖后，將可以更好地理解此公開的各方面，其中圖1是根據(jù)實(shí)施例的采用中子伽馬密度(NGD)系統(tǒng)的井位(wellsite)系統(tǒng)的示意圖；圖2和3是根據(jù)實(shí)施例的表示能夠精確測量低孔隙度地層或包括重元素的地層中的密度的NGD系統(tǒng)的示意性框圖；圖4是根據(jù)實(shí)施例的表示使用圖2和3的NGD系統(tǒng)的測井操作的示意圖；圖5是描述用于執(zhí)行圖4的測井操作的方法的實(shí)施例的流程圖；圖6是根據(jù)實(shí)施例的將已知地層密度與未對(duì)中子或伽馬射線計(jì)數(shù)率進(jìn)行校正而獲得的地層密度進(jìn)行比較的交會(huì)圖(crossplot)；圖7是描述用于在低孔隙度地層中獲得精確地層密度測量的方法的實(shí)施例的流程圖；圖8是根據(jù)實(shí)施例的對(duì)用于確定低孔隙度地層中的校正的中子計(jì)數(shù)率的權(quán)重函數(shù)進(jìn)行建模的圖表(plot)；圖9是根據(jù)實(shí)施例的示例可視化圖7的處理的效果的方式的示意性框圖；圖10是根據(jù)實(shí)施例的針對(duì)低孔隙度地層將已知地層密度與校正中子計(jì)數(shù)率后獲得的地層密度進(jìn)行比較的交會(huì)圖；圖11是描述用于在包括重元素的地層中獲得精確的地層密度測量的方法的實(shí)施例的流程圖；圖12是根據(jù)實(shí)施例的對(duì)快中子校正比率與電子密度之間的比較進(jìn)行建模的圖表；圖13是根據(jù)實(shí)施例的對(duì)快中子校正比率與有效密度之間的比較進(jìn)行建模的圖表；圖14是根據(jù)實(shí)施例的對(duì)快中子校正比率與有效密度之間的差異進(jìn)行建模的圖表；圖15是根據(jù)實(shí)施例的針對(duì)低孔隙度地層和具有重元素的地層將已知地層密度與施加附加校正后獲得的地層密度進(jìn)行比較的交會(huì)圖。
具體實(shí)施例方式以下將描述本公開的一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)施例。這些描述的實(shí)施例僅僅是當(dāng)前公開的技術(shù)的范例。另外，在提供這些實(shí)施例的簡潔的描述的努力中，可以在說明書中描述實(shí)際實(shí)施的所有特征。應(yīng)當(dāng)理解，在研發(fā)任何這樣的實(shí)際實(shí)施時(shí)，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中， 能夠作出許多特定于實(shí)施的決定以獲得研發(fā)者的特定目標(biāo)，諸如與系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束的一致，這些約束可以隨實(shí)施而變化。此外，應(yīng)當(dāng)理解，該研發(fā)努力可能是復(fù)雜并耗時(shí)的，但是對(duì)于得到此公開的益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其不過是執(zhí)行設(shè)計(jì)、加工、和制造的程序。當(dāng)介紹本公開的各實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一”、“一個(gè)”和“所述”意在表示存在一個(gè)或多個(gè)元件。術(shù)語“包括”、“包含”、以及“具有”意在包含的，并且意在可以存在除列出的元件以外的附加元件。附加地，應(yīng)當(dāng)理解，本公開中引用“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”不是意在解釋為排除存在也并入了記載的特征的另外的實(shí)施例。本公開涉及用于獲得中子伽馬密度(NGD)測量的系統(tǒng)和技術(shù)，該測量對(duì)包括低孔隙度地層和具有重元素的地層的各種地層是精確的。通常，用于獲得該NGD測量的井下工具可以包括中子源、至少一個(gè)中子探測器、和兩個(gè)伽馬射線探測器。雖然井下工具在地層的井眼(borehole)內(nèi)，但是中子源可以在短的時(shí)段中發(fā)射至少2MeV的快中子到地層中，該時(shí)段于此稱作“脈沖門(burst gate)”，在該時(shí)段期間，中子可以由地層中的某些元素(例如氧)非彈性散射，并生成伽馬射線。井下工具的伽馬射線探測器可以探測這些非彈性伽馬射線。地層的NGD測量結(jié)果可以是這些非彈性散射射線的計(jì)數(shù)率的函數(shù)，該計(jì)數(shù)率通過中子輸運(yùn)函數(shù)基于來自中子探測器的中子計(jì)數(shù)率進(jìn)行了校正。該中子輸運(yùn)校正函數(shù)總體可以精確地解釋在油和/或氣井中通常遇到的大多數(shù)地層的中子輸運(yùn)，導(dǎo)致精確的NGD測量。如于此使用的，“精確的”NGD測量可以指在約0. 03g/cc內(nèi)的真實(shí)地層密度的NGD測量。相信來自一些井下工具配置的中子計(jì)數(shù)不可以精確解釋某些地層中的快中子輸運(yùn)。例如，當(dāng)井下工具不包括快中子探測器時(shí)，熱或超熱(印ithermal)中子探測器可以用于估計(jì)快中子分布，但是來自熱或超熱中子探測器的計(jì)數(shù)率可能不總是以快中子探測器能夠的相同方式精確地反映一些地層的快中子輸運(yùn)。此外，在井下工具中設(shè)置該熱和/或超熱中子探測器可以包含對(duì)NGD以及許多其它的測井測量的各種考慮。同樣，這些熱或超熱中子探測器中的一些可以不位于井下工具內(nèi)，該井下工具最適合于探測中子計(jì)數(shù)率，以便在將該計(jì)數(shù)率應(yīng)用于中子輸運(yùn)校正函數(shù)中時(shí)，精確地反映一些地層的中子輸運(yùn)。當(dāng)在包括具有低孔隙度或低氫指數(shù)的地層或具有一些濃度限度以上的重元素的地層的某些地層中獲得NGD測量時(shí)，可以引起這些狀況?，F(xiàn)在將簡要描述這些地層的性質(zhì)。應(yīng)當(dāng)理解，低孔隙度的地層具有相對(duì)小的空隙空間。低孔隙度地層將通常具有低的氫指數(shù)因?yàn)榈涂紫抖鹊貙涌梢跃哂行〉目臻g用于氫 (例如，在水中、油中和/或氣中)。一些地層，諸如頁巖和粘土，可以包含不取決于它們的空隙空間(pore space)的氫。對(duì)于這些含氫的地層，低孔隙度將不必然導(dǎo)致低氫指數(shù)，因?yàn)榈貙拥目紫兑酝獾牡胤降臍鋵⒎从吃跉渲笖?shù)確定中。相信低孔隙度和低氫指數(shù)地層具有在類似的方面與許多其它地層不同并且可以從本技術(shù)獲益的快中子輸運(yùn)。同樣，遍及本公開，可以在很大程度上可交換地使用術(shù)語“低孔隙度”和“低氫指數(shù)”。具有重元素的地層， 諸如具有赤鐵礦或氧化鋁的砂石，也可以具有在類似方面與許多其它地層不同的快中子輸運(yùn)。如于此使用的，術(shù)語“具有重元素的地層”指地層具有的元素的原子量為20或更大且元素濃度在濃度限度以上(例如，包含高的鐵或鋁濃度的頁巖)。根據(jù)本公開的實(shí)施例，當(dāng)在地層中獲得NGD測量時(shí)，該地層具有以與其它地層不同的方式可探測地影響快中子輸運(yùn)的特性，并且該地層諸如是低孔隙度地層或低氫指數(shù)地層、或具有某一濃度限度以上的重元素的地層，可以修改中子計(jì)數(shù)率、用于NGD測量的伽馬射線計(jì)數(shù)率、和/或中子輸運(yùn)校正函數(shù)，以更精確地解釋地層的快中子輸運(yùn)。當(dāng)?shù)貙泳哂蓄A(yù)期將使得中子計(jì)數(shù)率和/或中子引起的伽馬射線計(jì)數(shù)率不精確地對(duì)應(yīng)于地層的快中子輸運(yùn)的一個(gè)或多個(gè)特性(例如低孔隙度或重元素濃度)時(shí)，當(dāng)中子計(jì)數(shù)率和/或伽馬射線計(jì)數(shù)率應(yīng)用于中子輸運(yùn)校正函數(shù)中時(shí)，可以應(yīng)用這些或任何其它合適的校正?；谏鲜觯瑘D1示例能夠采用公開的NGD系統(tǒng)的井位系統(tǒng)。圖1的井位系統(tǒng)可以在陸上(onshore)或在海上(offshore)。在圖1的井位系統(tǒng)中，通過使用任何合適的技術(shù)的旋轉(zhuǎn)鉆孔，可以在地下(subsurface)地層中形成井眼11。鉆柱(drill string) 12可以懸掛于井眼11內(nèi)，并且可以具有底孔組件100，底孔組件100在其下端包括鉆頭(drill bit) 105。圖1的井位系統(tǒng)的表面系統(tǒng)可以包括位于井眼11以上的平臺(tái)(platform)和鉆塔(derrick)組件10，平臺(tái)和鉆塔組件10包括旋轉(zhuǎn)臺(tái)16、傳動(dòng)鉆桿(kelly)17、鉤18和旋轉(zhuǎn)接頭(rotary swivel) 19。鉆柱12可以由通過任何合適的構(gòu)件通電的旋轉(zhuǎn)臺(tái)16旋轉(zhuǎn)，其在鉆柱12的上端嚙合傳動(dòng)鉆桿17。鉆柱12可以通過傳動(dòng)鉆桿17和旋轉(zhuǎn)接頭19從聯(lián)接至滑塊(未示出)的鉤子18懸掛，這容許鉆柱12相對(duì)于鉤子18旋轉(zhuǎn)。替代地，能夠使用頂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的頂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在圖1的井位系統(tǒng)中，表面系統(tǒng)也可以包括存儲(chǔ)在形成于井位置處的坑(pit)27 中的鉆孔流體或泥漿26。泵四可以經(jīng)由接頭19中的端口將鉆孔流體沈傳送至鉆柱12的內(nèi)部，使得鉆孔流體如方向箭頭8所示地通過鉆柱12向下流動(dòng)。鉆孔流體沈可以經(jīng)由鉆頭105中的端口離開鉆柱12，并且通過鉆柱12的外部與井眼11的壁之間的環(huán)形區(qū)域向上循環(huán)，如由方向箭頭9所示。以此公知的方式，隨著鉆孔流體沈返回至坑27用于再循環(huán)， 鉆孔流體26潤滑鉆頭105并將鉆屑(cutting)向上攜帶至表面。圖1的井位系統(tǒng)的底孔組件100可以包括隨鉆測井(loggingihile-drilling， LffD)模塊120和/或隨鉆測量(measuring-while-drill，MWD)模塊130、旋轉(zhuǎn)可操縱(roto-steerable)系統(tǒng)和馬達(dá)150、以及鉆頭105。LWD模塊120能夠容納于本領(lǐng)域已知的專門類型的鉆環(huán)(drill collar)中，并且能夠包含一個(gè)或多個(gè)已知類型的測井工具。還應(yīng)當(dāng)理解，能夠采用一個(gè)以上的LWD模塊，如以數(shù)字102A總體表示的。同樣，對(duì)LWD模塊120 的引用能夠替代地也意指在120A的位置的模塊。LWD模塊120可以包括用于測量、處理、并存儲(chǔ)信息，以及用于與表面裝備進(jìn)行通信的能力?？梢圆捎肔WD模塊120來獲得中子伽馬密度(NGD)測量，如以下將進(jìn)一步討論的。MWD模塊130也能夠容納于本領(lǐng)域已知的專門類型的鉆環(huán)中，并且能夠包含用于測量鉆柱和鉆頭的特性的一個(gè)或多個(gè)裝置。還應(yīng)當(dāng)理解，能夠采用一個(gè)以上的MWD，如由數(shù)字130A總體表示的。同樣，對(duì)MWD模塊130的引用能夠替代地也意指在130A的位置處的模塊。MWD模塊130還可以包括用于給井下系統(tǒng)聲稱電力的設(shè)備。該電生成器可以包括例如由鉆孔流體的流動(dòng)供電的泥漿渦輪發(fā)電機(jī)，但是也可以附加或替代地采用其它電力和/或電池系統(tǒng)。在圖1的井位系統(tǒng)中，MWD模塊130可以包括一個(gè)或多個(gè)以下類型的測量裝置 鉆壓(weight-on-bit)測量裝置、轉(zhuǎn)矩測量裝置、振動(dòng)(vibration)測量裝置、沖擊(shock) 測量裝置、粘滑(stick slip)測量裝置、方向測量裝置、和/或傾斜測量裝置。LffD模塊120可以用于中子伽馬密度(NGD)系統(tǒng)中，如圖2和3中所示，該系統(tǒng)能夠精確地測量地層中的密度，該地層包括低孔隙度或低氫指數(shù)地層和/或具有重元素的地層。特別是，圖2和3描繪相互各旋轉(zhuǎn)90度的LWD模塊120的示意性框圖側(cè)視圖。應(yīng)當(dāng)理解，LWD模塊120意在表示NGD工具的總體配置的一個(gè)范例，并且其它合適的NGD工具可以包括更多或更少的部件并且可以被配置用于其它傳送方式。實(shí)際上，設(shè)想采用LWD模塊 120的總體配置的NGD工具的其它實(shí)施例與任何合適的傳送方式一起使用，傳送構(gòu)件諸如是纜線(wireline)、連續(xù)管(coiled tubing)、隨鉆測井(LffD)等。圖2和3的NGD系統(tǒng)可以包括LWD模塊120和關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)處理電路200。雖然圖2中LWD模塊120和數(shù)據(jù)處理電路200描繪為獨(dú)立的元件，但是應(yīng)當(dāng)理解，數(shù)據(jù)處理電路200可以整個(gè)實(shí)施于LWD模塊120 內(nèi)，在遠(yuǎn)離LWD模塊120的表面處，或部分在LWD模塊120內(nèi)且部分在表面處。通過示例方式，LffD模塊120可以表示斯倫貝謝公司Gchlumberger)的EcoScope 工具的模型。LffD模塊120可以包含在環(huán)繞底盤204和泥漿通道205的鉆環(huán)202內(nèi)。底盤204 可以包括用于發(fā)射并探測輻射以獲得NGD測量的各種部件。例如，中子生成器206可以用作發(fā)射至少2MeV的中子的中子源，相信2MeV近似為通過與地層元素的非彈性散射而產(chǎn)生伽馬射線的最小能量。通過范例方式，中子生成器206可以為電子中子源，諸如斯倫貝謝技術(shù)公司(Schlumberger Technology Corporation)的 Minitron ,其可以通過氖核-氖核 (d-D)和/或氘核-氚核(d-D)反應(yīng)產(chǎn)生中子脈沖。從而，中子生成器206可以發(fā)射例如約2MeV或14MeV的中子。中子監(jiān)視器208可以監(jiān)視來自中子生成器的中子發(fā)射。通過范例方式，中子監(jiān)視器208可以是主要探測從中子生成器206直接發(fā)射的未散射中子的塑料閃爍器和光電倍增管，并且從而可以根據(jù)中子生成器206的中子輸出率來提供與中子輸出率成比例的計(jì)數(shù)率信號(hào)。中子屏蔽物210例如可以包括鉛，并且可以在很大程度上防止來自中子生成器206的中子內(nèi)部地通過LWD模塊120朝向屏蔽物210的另一側(cè)上的各個(gè)輻射探測部件。如圖2和3中所示例的，LWD模塊120能夠包括兩個(gè)近中子探測器，即熱中子探測器212和超熱中子探測器214。兩個(gè)遠(yuǎn)熱中子探測器216A和216B可以位于比中子探測器212和214更遠(yuǎn)離中子生成器206的位置。例如，近中子探測器212和214可以從中子生成器206間隔開約10-14英寸，而遠(yuǎn)中子探測器216A和216B可以從中子生成器206間隔開18- 英寸。短間隔(short spacing, SS)伽馬射線探測器218可以位于近中子探測器 212和214與遠(yuǎn)中子探測器216A和216B之間。長間隔(long spacing,LS)伽馬射線探測器220可以位于遠(yuǎn)中子探測器216A和216B以外，在比伽馬射線探測器218更遠(yuǎn)離中子生成器206的位置。例如，SS伽馬射線探測器218可以從中子生成器206間隔開約16-22英寸，并且LS伽馬射線探測器220可以從中子生成器206間隔開約30-38英寸。LWD模塊120 的替代實(shí)施例可以包括更多或更少的該輻射探測器，但是總體可以包括至少兩個(gè)伽馬射線探測器和至少一個(gè)中子探測器。中子探測器212、214、216A和/或216B可以是任何合適的中子探測器，諸如3He中子探測器。為了主要探測超熱中子，超熱中子探測器214可以由熱中子屏蔽物圍繞，而熱中子探測器212、216A和/或216B可以不被中子屏蔽物圍繞。通常，基本上僅超熱中子的探測可以容許超熱中子探測器214測量通過大多數(shù)地層的快中子分布的范圍，并且從而該中子計(jì)數(shù)率在NGD測量中可以用于解釋通過地層的快中子輸運(yùn)。然而，在具有低氫指數(shù)(HI) 或低孔隙度的地層中，中子探測器212、214、216A和/或216B可能距中子生成器206間隔開不是足夠遠(yuǎn)，以至不能直接解釋(account for)該地層的快中子輸運(yùn)。如以下將討論的， 對(duì)于該低孔隙度和/或低氫指數(shù)地層，使用LWD模塊120獲得的NGD測量結(jié)果可以被校正為近似于在中子探測器212、214、216A、和/或216B位于更適合于該地層的單個(gè)位置或多個(gè)位置時(shí)所預(yù)期的值。此外，在具有重元素的地層中，該地層諸如是具有高濃度的鐵或鋁的頁巖，中子探測器212、214、216A、和/或216B總體可以不提供精確反映該地層的快中子輸運(yùn)的中子計(jì)數(shù)率。雖然相信能夠通過使用LWD模塊120中的快中子探測器來處理此缺陷，但是可能難以在井下工具中實(shí)施該快中子探測器。例如，可能難以找到能夠在井下工作的具有高靈敏度且足夠緊湊以安裝在LWD模塊120內(nèi)的合適傳感器。如以下將討論的，對(duì)于具有重元素的該地層，使用LWD模塊120獲得的NGD測量結(jié)果可以被校正為近似于在中子探測器212、 214、216A、和/或216B為快中子探測器時(shí)所預(yù)期的值。伽馬射線探測器218和/或220可以是由中子屏蔽物圍繞的閃爍器探測器。中子屏蔽物可以包括例如6Li,諸如碳酸鋰(Li2CO3)，其基本上可以將伽馬射線探測器218和/ 或220從熱中子屏蔽，而不會(huì)產(chǎn)生熱中子捕獲伽馬射線。伽馬射線探測器218和220可以探測來自中子生成器206的快中子由周圍地層的某元素非彈性散射而生成的非彈性伽馬射線。如以下將討論的，中子伽馬密度(NGD)測量結(jié)果可以是從伽馬射線探測器218和220 獲得的非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)的函數(shù)，其是針對(duì)地層的快中子輸運(yùn)通過快中子校正函數(shù)校正的。使用于此公開的系統(tǒng)和技術(shù)，該NGD測量可以保持基本精確的，而不管地層是低氫指數(shù)地層還是低孔隙度地層或具有高濃度重元素的地層或具有可以使得中子計(jì)數(shù)率不精確地對(duì)應(yīng)于地層的快中子輸運(yùn)的一個(gè)或多個(gè)特性的地層。來自伽馬射線探測器218和220的伽馬射線計(jì)數(shù)率和來自中子探測器212、214、 216A、和/或216B的中子計(jì)數(shù)率可以由數(shù)據(jù)處理電路200作為數(shù)據(jù)222接收。數(shù)據(jù)處理電路200可以接收數(shù)據(jù)222并執(zhí)行某處理來確定周圍地層(surrounding formation)的一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)，諸如地層密度。數(shù)據(jù)處理電路200可以包括處理器224、存儲(chǔ)器(mem0ry)2^、和/或貯存器(storage) 2觀。處理器2M可以可操作地耦合至存儲(chǔ)器2 和/或貯存器 228以執(zhí)行當(dāng)前公開的技術(shù)?？梢杂商幚砥?M和/或其它數(shù)據(jù)處理電路基于可以由處理器2M執(zhí)行的某些指令來執(zhí)行這些技術(shù)?？梢允褂萌魏魏线m的制造物品貯存該指令，其可以包括一個(gè)或多個(gè)有形的、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，以至少共同存儲(chǔ)這些指令。制造物品可以包括例如存儲(chǔ)器2 和/或非易失性貯存器228。存儲(chǔ)器2 和非易失性貯存器2 可以包括用于貯存數(shù)據(jù)和可執(zhí)行指令的任何合適的制造物品，諸如是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、 可重寫閃存、硬盤、和光盤。LffD模塊120可以經(jīng)由例如工具內(nèi)的內(nèi)部連接、遙測系統(tǒng)通信上行線、和/或通信電纜來將數(shù)據(jù)222傳輸至數(shù)據(jù)處理電路200。數(shù)據(jù)處理電路200可以確定周圍地層的一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)。通過范例方式，該性質(zhì)可以包括地層的中子-伽馬密度(NGD)測量。其后，數(shù)據(jù)處理電路200可以輸出指示地層的NGD測量的報(bào)告230。報(bào)告230可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中， 或可以經(jīng)由諸如電子顯示器的一個(gè)或多個(gè)輸出裝置提供給操著者。如圖4的中子伽馬密度(NGD)測井操作240中所示，LWD模塊120可以用于獲得中子伽馬密度(NGD)測量，該測量在各種地層242中保持精確，該地層包括低氫指數(shù)地層或低孔隙度地層和/或具有重元素的地層。如圖4中所示，NGD測井操作240可以涉及通過井眼244將LWD模塊120降低至地層242中。在圖4的范例中，在鉆孔時(shí)能夠?qū)WD模塊120 降低至井眼M4中，并且從而沒有外管(casing)存在于井眼M4中。然而，在其它實(shí)施例中，可以存在外管。雖然該外管能夠衰減利用伽馬射線源代替中子生成器206的伽馬-伽馬密度工具，但是在井眼244上存在外管將不會(huì)妨礙確定NGD測量，因?yàn)橛芍凶由善?06 發(fā)射的中子246可以通過外管而無顯著衰減。中子生成器206可以在基本上足夠僅容許發(fā)生非彈性散射的相對(duì)短的時(shí)段(例如 IOys或20ys等)中發(fā)射中子246脈沖(burst)，于此稱作“脈沖門”。脈沖門期間中子 246脈沖可以通過地層242分布，其范圍可以根據(jù)地層242的快中子輸運(yùn)而變化。對(duì)于一些地層對(duì)2，由中子探測器212、214、216A、和/或216B獲得的中子M6的計(jì)數(shù)總體可以精確反映該地層M2的中子輸運(yùn)。然而，對(duì)于諸如低氫指數(shù)地層或低孔隙度地層和/或具有重元素的地層的地層對(duì)2，可能需要附加校正來精確地解釋地層M2的快中子輸運(yùn)。由中子生成器206發(fā)射的許多快中子246可以在地層242的一些元素上發(fā)生非彈性散射M8。此非彈性散射248可以產(chǎn)生非彈性伽馬射線250，非彈性伽馬射線250由伽馬射線探測器218和/或220探測。通過使用距中子生成器206不同間隔的兩個(gè)伽馬射線探測器218和220探測的非彈性伽馬射線250的比率來確定地層密度，幾乎可以消除巖性效應(yīng)(lithology effect)。根據(jù)非彈性伽馬射線250計(jì)數(shù)率、一個(gè)或多個(gè)中子246計(jì)數(shù)率、以及對(duì)中子生成器 206的中子輸出的確定，數(shù)據(jù)處理電路200可以確定地層242的電子密度Pele。te。n。通常，可以根據(jù)涉及凈非彈性計(jì)數(shù)率C/？^的函數(shù)的關(guān)系計(jì)算電子密度ρ &。te。n，凈非彈性計(jì)數(shù)率是通過中子輸運(yùn)校正和井下工具校準(zhǔn)(calibration)校正而被校正的，其可以分別是一個(gè)或多個(gè)中子計(jì)數(shù)率CRmutran和中子生成器206的中子輸出Ns的函數(shù)。例如，電子密度P electron 計(jì)算可以采取以下形式進(jìn)行計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種方法，包括使用井下工具的中子生成器來發(fā)射中子到地層中，使得所述中子中的一些由所述地層非彈性散射并且生成非彈性伽馬射線；使用所述井下工具的中子探測器來探測返回到所述井下工具的中子計(jì)數(shù)率；使用所述井下工具的伽馬射線探測器來探測非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率；確定所述地層是否具有在無附加校正時(shí)預(yù)期會(huì)使得所述中子計(jì)數(shù)率導(dǎo)致中子伽馬密度確定不精確的特性，其中，當(dāng)所述地層不具有所述特性時(shí)，不施加所述附加校正；當(dāng)所述地層具有所述特性時(shí)，通過向所述中子計(jì)數(shù)率、所述非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或所述中子輸運(yùn)校正函數(shù)、或其組合施加校正來施加所述附加校正，并且至少部分地基于所校正的中子計(jì)數(shù)率、所校正的非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或所校正的中子輸運(yùn)校正函數(shù)、或其組合來確定所述地層的密度；以及當(dāng)所述地層不具有所述特性時(shí)，至少部分地基于所探測的中子計(jì)數(shù)率、所探測的非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或所述中子輸運(yùn)校正函數(shù)、或其組合來確定所述地層的密度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述特性包括比預(yù)定值低的孔隙度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述特性包括使得在將所述中子計(jì)數(shù)率施加于所述中子輸運(yùn)校正函數(shù)中時(shí)，所述中子計(jì)數(shù)率不精確地對(duì)應(yīng)于所述地層的快中子輸運(yùn)的重元素濃度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，至少部分地基于所述中子輸運(yùn)校正函數(shù)來確定所述地層的所述密度，其中，所述中子輸運(yùn)校正函數(shù)是所述中子計(jì)數(shù)率的函數(shù)，所述中子計(jì)數(shù)率精確地對(duì)應(yīng)于不具有所述特性的至少一些地層的快中子輸運(yùn)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，至少部分地基于所述非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率的函數(shù)減去通過所述中子輸運(yùn)校正函數(shù)和校準(zhǔn)函數(shù)獲得的值來確定所述地層的所 述密度，其中，所述校準(zhǔn)函數(shù)解釋所述中子生成器的中子輸出。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，至少部分地基于以下關(guān)系來確定所述地層的所述密度log(CR!;el)-/[CRneutron)-IogjCcai -Ns)..........華 Peiectron ’q其中，p.一表示所述地層的所述密度，表示所述非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率， CRMUte。n表示所述中子計(jì)數(shù)率，f (CRneutron)表示所述中子輸運(yùn)校正函數(shù)，Ccal表示校準(zhǔn)常數(shù)，Ns 表示所述中子生成器的輸出，以及C1表示實(shí)驗(yàn)上或通過核建?；蛲ㄟ^其組合獲得的系數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，根據(jù)以下關(guān)系來確定所述中子輸運(yùn)校正函數(shù)f (CRneutron) */(CKeuiron ) = lOg (CJQ— + 6 )，其中，ei、e2、和％表示通過實(shí)驗(yàn)測量或核建?；蚱浣M合確定的系數(shù)。
8.一種井下工具，包括中子生成器，配置為以某一能量發(fā)射中子到地層中，所述能量足夠使得所述中子中的一些由地層的元素非彈性散射并產(chǎn)生非彈性伽馬射線；中子探測器，配置為探測返回到所述井下工具的中子計(jì)數(shù)率； 第一伽馬射線探測器，配置為探測康普頓散射通過所述地層并到達(dá)所述井下工具的第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率，其中，所述第一伽馬射線探測器與所述中子生成器間隔第一距 1 ；第二伽馬射線探測器，配置為探測康普頓散射通過所述地層并到達(dá)所述井下工具的第二伽馬射線計(jì)數(shù)率，其中，所述第二伽馬射線探測器與所述中子生成器間隔第二距離；以及數(shù)據(jù)處理電路，配置為接收所述中子計(jì)數(shù)率、所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、以及所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率；確定所述地層的表觀孔隙度，或在所述井下工具中存在快中子探測器時(shí)，確定將由所述快中子探測器探測的快中子信號(hào)的估計(jì)值，其中，至少部分地基于所述中子計(jì)數(shù)率、所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或其組合來確定所述快中子信號(hào)的所述估計(jì)值；當(dāng)所述地層的所述表觀孔隙度小于一限度或當(dāng)所述地層的快中子輸運(yùn)的估計(jì)值在一限度以外時(shí)，向所述中子計(jì)數(shù)率、所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或?qū)⑺鲋凶佑?jì)數(shù)率與所述地層的所述快中子輸運(yùn)相關(guān)聯(lián)的中子輸運(yùn)校正函數(shù)、或其組合施加校正；并且至少部分地基于所校正的中子計(jì)數(shù)率、所校正的第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、所校正的第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或所校正的中子輸運(yùn)校正函數(shù)、或其組合來確定所述地層的密度。
9.如權(quán)利要求8所述的井下工具，其中，所述中子探測器包括超熱中子探測器，其中， 所述中子計(jì)數(shù)率包括超熱中子計(jì)數(shù)率。
10.如權(quán)利要求8所述的井下工具，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路配置為至少部分地基于以下各項(xiàng)來確定所述表觀孔隙度所述中子計(jì)數(shù)率；所述中子計(jì)數(shù)率與另一中子計(jì)數(shù)率之間的比率； 兩個(gè)中子捕獲伽馬射線計(jì)數(shù)率之間的比率；所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率與所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率之間的比率； 所述中子計(jì)數(shù)率與所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或其組合之間的比率；所述中子計(jì)數(shù)率與所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或其組合的函數(shù)；或由所述井下工具使用的其它技術(shù)；或其組合。
11.如權(quán)利要求8所述的井下工具，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路配置為施加所述校正，以使得所述中子計(jì)數(shù)率、所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)1率、 或所述中子輸運(yùn)校正函數(shù)、或其組合更精確地與所述地層的真實(shí)密度相關(guān)聯(lián)。
12.如權(quán)利要求8所述的井下工具，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路配置為通過包括對(duì)所述中子計(jì)數(shù)率的中子計(jì)數(shù)率校正來施加所述校正，其中，所述中子計(jì)數(shù)率校正向所述中子計(jì)數(shù)率增加解釋在具有表觀孔隙度的所述限度以下的孔隙度的地層中發(fā)生的快中子輸運(yùn)的變化的量。
13.如權(quán)利要求8所述的井下工具，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路配置為通過向所述中子計(jì)數(shù)率增加中子計(jì)數(shù)率校正來施加所述校正，所述中子計(jì)數(shù)率校正的量至少部分地基于所述地層的所述表觀孔隙度而變化。
14.如權(quán)利要求8所述的井下工具，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路配置為通過向所述中子計(jì)數(shù)率增加中子計(jì)數(shù)率校正來施加所述校正，其中，至少部分地基于第二中子輸運(yùn)校正函數(shù)和權(quán)重函數(shù)來確定所述中子計(jì)數(shù)率校正，其中，所述第二中子輸運(yùn)校正函數(shù)取決于所述中子計(jì)數(shù)率和所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或其組合， 并且所述權(quán)重函數(shù)取決于所述中子計(jì)數(shù)率和所述限度。
15.如權(quán)利要求14所述的井下工具，其中，所述權(quán)重函數(shù)是分段線性函數(shù)，所述分段線性函數(shù)包括在所述中子計(jì)數(shù)率、常數(shù)值、或仿射函數(shù)、或其組合的不同值之間的兩個(gè)或更多直線。
16.如權(quán)利要求8所述的井下工具，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路配置為通過確定校正的中子計(jì)數(shù)率來施加所述校正，其中，根據(jù)以下關(guān)系來確定所校正的中子計(jì)數(shù)率^^neutron ,corrected =CRneutrm + CRumu ’ CRmulnm ) · F (CRttguiron ’ CRl,))其中 ‘CRneUtron, corrected 表示所校正的中子計(jì)數(shù)率，CRneutron表示所述中子計(jì)數(shù)率，CRlifflit表示對(duì)應(yīng)于表觀孔隙度的所述限度的所述中子計(jì)數(shù)率的限度，(7 ^表示所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或其組合，F(xiàn)(CRneutron，CiC)表示中子輸運(yùn)校正函數(shù)，且g (CRlimit‘ CRneutron)表示權(quán)重函數(shù)。
17.如權(quán)利要求8所述的井下工具，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路配置為至少部分地基于所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率與所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率的比率來確定所述快中子信號(hào)的所述估計(jì)值。
18.如權(quán)利要求8所述的井下工具，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路配置為至少部分地基于以下關(guān)系來確定所述快中子信號(hào)的所述估計(jì)值
19.如權(quán)利要求8所述的井下工具，其中，至少部分地基于分別在脈沖時(shí)間門、早期捕獲時(shí)間門、和晚期時(shí)間門期間獲得的伽馬射線計(jì)數(shù)率來確定所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率或所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率，或所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率和所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率二者。
20.如權(quán)利要求8所述的井下工具，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路配置為至少部分地基于以下關(guān)系來確定所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率或所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率，或所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率和所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率二者
21.如權(quán)利要求8所述的井下工具，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路配置為至少部分地基于所述第一非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率或所述第二非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率與所述中子計(jì)數(shù)率之間的比率來確定所述快中子信號(hào)的所述估計(jì)值。
全文摘要
提供了用于確定寬范圍地層的精確的中子伽馬密度(NGD)測量的系統(tǒng)、方法和裝置，該地層包括低氫指數(shù)或低孔隙度地層和具有重元素的地層。例如，可以通過發(fā)射中子到地層中以使得一些中子由所述地層的元素非彈性散射并生成非彈性伽馬射線來獲得該NGD測量?？梢蕴綔y返回到所述井下工具的中子和非彈性伽馬射線。相信某些地層的一些特性影響所述地層的快中子輸運(yùn)。從而，如果地層具有一個(gè)或多個(gè)該特性，則一旦可以確定所述中子伽馬密度(NGD)，就可以向所述中子計(jì)數(shù)率、所述非彈性伽馬射線計(jì)數(shù)率、或所述中子輸運(yùn)校正函數(shù)施加校正。
文檔編號(hào)E21B49/00GK102330552SQ20111020450
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者M·埃文斯, M-L·莫博涅 申請(qǐng)人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司