專利名稱：量度地層密度及地層光電因素的方法和儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與決定土地層密度和土地層巖性學(xué)有關(guān)。特別是，它與使用一個(gè)三探測(cè)器組合決定地層密度有關(guān)，即使在儀器與地層之間有延展的間隙，仍可量度地層的密度，及量度地層的光電因素。
數(shù)十年來人們一直用核子工具來決定鉆孔附近的土地層密度。核子密度工具依靠在地層進(jìn)行康普頓(Compton)散射 伽馬(γ)射線，以進(jìn)行密度量度。傳統(tǒng)習(xí)用的密度工具，包括γ射線工具，即最少有一γ射線探測(cè)器，及在探測(cè)器與源頭之間有屏蔽，以確保探測(cè)的只屬散射的γ射線。在進(jìn)行密度紀(jì)錄時(shí)，從工具源頭發(fā)出的γ射線，穿過鉆孔入土地層。地層或鉆孔的電子會(huì)散射γ射線其中部份會(huì)散射入紀(jì)錄工具的探測(cè)器。根據(jù)源頭與探測(cè)器的距離而定，探測(cè)到的射線計(jì)數(shù)率，可能因地層密度的增加而增加(散射條件占優(yōu))，或因地層密度的增加而減少(衰減效果占優(yōu))。在中間的間距中，衰減及散射條件均影響反應(yīng)。
在一個(gè)理想的測(cè)井紀(jì)錄中，鉆孔應(yīng)有一個(gè)均勻和直的形狀。這個(gè)均勻的鉆孔，可讓包括探測(cè)器的密度工具，接近鉆孔附近的地層，使工具的間隙減至最低。在這些條件下，一個(gè)探測(cè)器已足夠進(jìn)行密度量度工作了。
但是，因?yàn)殂@孔通常都沒有均勻和直的形狀，進(jìn)行密度紀(jì)錄的一個(gè)關(guān)注點(diǎn)，是紀(jì)錄工具與鉆孔壁的接觸。密度紀(jì)錄工具可以設(shè)計(jì)成加墊工具或心軸工具。在一個(gè)心軸工具中，源頭和探測(cè)器是在一個(gè)直的圓柱工具內(nèi)。這種長(zhǎng)型的安排，使工具在不均勻的鉆孔壁內(nèi)保持緊密的接觸特別有困難。在加墊工具中，探測(cè)器，以及在很多情況下，連同紀(jì)錄源頭，均安裝在一塊短的、活節(jié)的墊上，能隨工具結(jié)構(gòu)移動(dòng)。一個(gè)強(qiáng)力的偏心臂將墊推向鉆孔壁，因?yàn)閮x器的長(zhǎng)度大為縮短，所以接觸的效果會(huì)更好。所有密度紀(jì)錄工具均會(huì)碰到地層壁堆起的泥餅，良好的接觸會(huì)受到影響。因?yàn)檫@種間隙，所以必須補(bǔ)償密度量度。由于心軸工具有這些缺點(diǎn)，只有在加墊工具因體積或成本限制無法改造時(shí)，才會(huì)用到心軸工具。
大部分現(xiàn)代的密度工具均使用活節(jié)的襯墊包容探測(cè)器和γ射線源頭。一個(gè)支承臂將襯墊推靠地層。短的襯墊以及支承臂產(chǎn)生的強(qiáng)大偏心動(dòng)力，使在大部分情況下，均能確保襯墊與地層的良好接觸。
但是，直徑小的工具要使用襯墊的方法會(huì)有因難，或者不可能。在這些情況下，可將探測(cè)器放在工具內(nèi)(心軸工具)，由弧彈簧及/或備有支承臂的卡規(guī)儀器提供偏心化功能。但是，工具愈長(zhǎng)應(yīng)用在鉆井時(shí)會(huì)造成更大的間隙因而效果愈差。


圖1展示含有兩個(gè)探測(cè)器工具的基本布置。工具1包括一個(gè)γ射線源頭2，一個(gè)短距(SS)的探測(cè)器3及一個(gè)長(zhǎng)距(LS)的探測(cè)器4。工具所在的鉆孔5相當(dāng)均勻。從源頭2發(fā)射的γ射線射入鉆孔及地層6，然后散射，其中一些最后被探測(cè)器測(cè)到。短距探測(cè)器3對(duì)近工具地帶7更為敏感。長(zhǎng)距探測(cè)器4從地層6探測(cè)到γ射線8，深度比短距的深，但對(duì)工具間隙的效果敏感度較低。通過比較長(zhǎng)距和短距探測(cè)器的明顯密度讀數(shù)，可以改正長(zhǎng)距探測(cè)器探得的明顯密度之工具間隙。
為改正泥餅造成的間隙或工具間隙，可以使用兩個(gè)探測(cè)器進(jìn)行不同深度的調(diào)查。在這個(gè)情況下，第一個(gè)探測(cè)器(SS)做的是較淺的調(diào)查，對(duì)鉆孔液體或工具與地層之間的泥餅較為敏感。第二個(gè)探測(cè)器(LS)距源頭較遠(yuǎn)，對(duì)鉆孔環(huán)境敏感度較弱，但對(duì)地層敏感度較強(qiáng)。兩個(gè)探測(cè)器的讀數(shù)差異，可以轉(zhuǎn)化用來改正間隙及泥餅。但是，如果間隙較大，兩個(gè)探測(cè)器的補(bǔ)償通常是可足夠或含糊不確。
用兩個(gè)探測(cè)器進(jìn)行量度的問題在于這兩個(gè)探測(cè)器要決定三項(xiàng)未知之?dāng)?shù)地層密度、間隙(工具與鉆孔壁之間的距離)，以及工具與地層之間的液體及/或泥餅密度。如果間隙小，后兩個(gè)未知數(shù)可以結(jié)合成為有效的厚度(泥密度間隙)。如果間隙大，這個(gè)方法就失靈，改正變得含糊不確。此外，短距探測(cè)器的調(diào)查深度會(huì)比間隙變得較小。這樣會(huì)影響適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。
圖2展示大間隙的情況。兩個(gè)探測(cè)器的工具1位于鉆孔處5。因?yàn)殂@孔壁9的形狀不均勻，工具與壁之間被大的距離分隔。短距探測(cè)器3的調(diào)查深度，比間隙?。欢鴮?duì)長(zhǎng)距探測(cè)器4提供有效的密度補(bǔ)償較困難，甚至有時(shí)不可能。
在傳統(tǒng)的長(zhǎng)距及短距探測(cè)器中間使用額外的探測(cè)器，可以幫助解決長(zhǎng)距工具間隙改正的含糊問題，并可克服兩個(gè)探測(cè)器工具的一些限制。三個(gè)探測(cè)器量度提供分別泥土及/或泥餅厚度的效果，及工具與地層之間的泥土及/或泥餅之密度效果。此外，中間量度提供的較佳統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性，可以改善工具的紀(jì)錄速度。圖3展示一個(gè)有三個(gè)探測(cè)器工具的作業(yè)。有三個(gè)的工具11有能力量度地層三個(gè)明顯的調(diào)查深度。工具有源頭12、短距(SS)探測(cè)器13、中距(MS)探測(cè)器14、及長(zhǎng)距(LS)探測(cè)器15。
使用三個(gè)探測(cè)器的意含來分別調(diào)查的深度，在美國(guó)專利4,129,777(Wahl)上有說明。Wahl的方法指出，主要的意念是從工具量度三個(gè)不同深度的材料密度。可以用這個(gè)方法通過套管決定地層的密度，決定套管后的水泥厚度，及決定工具與地層之間的泥餅密度和厚度。在所有三個(gè)情況下，也用量度來決定地層密度和厚度，及工具與地層之間的一層材料之密度。
根據(jù)Wahl的方法，工具發(fā)出γ射線射入周圍的媒體，取得放射量的量度，作為與周圍第一、第二及第三層媒體，即從鉆孔開始延展至不斷增加的放射深度所產(chǎn)生的發(fā)射性相互作用結(jié)果，回到探測(cè)器。位于γ射線源頭不同距離的三個(gè)探測(cè)器，取得量度結(jié)果，因而提供三個(gè)不同的調(diào)查深度。從三個(gè)γ放射量度所得，可以得出固體物質(zhì)的代表性厚度。
特別是，Wahl建議的方法，對(duì)決定鉆孔套管與附近地層之間的粘合材料厚度有用。在此情況下，就套管的衰減影響，改正三個(gè)γ放射量度(淺、中、深)。然后分別從淺、中、深的放射量度，計(jì)算三個(gè)密度。
另一個(gè)結(jié)合三個(gè)探測(cè)器的專利方法是美國(guó)專利5,525,797(Moake)。這個(gè)專利的方法，象Wahl一樣，γ射線源頭從第一、第二及第三個(gè)探測(cè)器作軸向距離。將第一探測(cè)器的最后γ射線源頭的間距定為第一個(gè)間距。第一個(gè)探測(cè)器的第一個(gè)間距及準(zhǔn)直的設(shè)計(jì)，是讓第一個(gè)探測(cè)器探測(cè)到的γ射線，主要是由套管發(fā)射的γ射線。
第二個(gè)或中間的探測(cè)器的軸向間距，比第一個(gè)探測(cè)器距γ射線源頭更遠(yuǎn)。將第二個(gè)探測(cè)器的距離γ射線源頭的間距定為第二個(gè)間距。第二個(gè)探測(cè)器的第二個(gè)間距及準(zhǔn)直的設(shè)計(jì)，是讓第二個(gè)探測(cè)器探測(cè)到的γ射線，主要是從套管及水泥發(fā)射的γ射線。最后，第三個(gè)或最遠(yuǎn)的一個(gè)探測(cè)器，其軸向間距，比第一個(gè)及第二個(gè)探測(cè)器與γ射線源頭的距離更遠(yuǎn)，定義為第三個(gè)間距。第三個(gè)探測(cè)器的第三個(gè)間距及準(zhǔn)直的設(shè)計(jì)，是讓第三個(gè)探測(cè)器探測(cè)到的γ射線，主要是從套管、水泥及地層發(fā)射的γ射線。是第三個(gè)探測(cè)器使工具能量度地層的密度，而第一個(gè)及第二個(gè)探測(cè)器主要是讓工具改正套管和水泥的量度。但是，如果沒有水泥，也可以用第二個(gè)探測(cè)器量度地層密度。
較好的是，用高密度材料在源頭與探測(cè)器之間，屏蔽探測(cè)器，防止探測(cè)到只是穿過工具的γ射線。屏蔽以準(zhǔn)直信道方式，從探測(cè)器延伸通過工具至工具外面表面為止，提供一個(gè)路徑或空隙。準(zhǔn)直信道特別設(shè)計(jì)，適應(yīng)每個(gè)探測(cè)器的探測(cè)方案。具體地說，最近的或第一個(gè)探測(cè)器會(huì)有一個(gè)準(zhǔn)直，相對(duì)套管采取細(xì)角度目標(biāo)，使第一個(gè)探測(cè)器探測(cè)到主要是套管發(fā)射的γ射線。第二個(gè)或中間探測(cè)器的準(zhǔn)直，角度較斜，或相對(duì)套管采取較垂直的角度，因?yàn)榈诙€(gè)探測(cè)器的自的，是探測(cè)發(fā)射于所有水泥以及套管(較深的調(diào)查深度)的γ射線。最后，第三個(gè)探測(cè)器會(huì)有一個(gè)寬的準(zhǔn)直信道，相對(duì)套管而言，作相當(dāng)?shù)拇怪保驗(yàn)榈谌齻€(gè)探測(cè)器與源頭距離的關(guān)系。因?yàn)樽钸h(yuǎn)一個(gè)探測(cè)器探測(cè)的γ射線，必須先通過水泥和套管和地層，然后再退回通過套管和水泥，其統(tǒng)計(jì)上的或然率比第一個(gè)及第二個(gè)探測(cè)器為小，所以第三個(gè)探測(cè)器需要一個(gè)較寬的準(zhǔn)直信道。
Wahl提出的三個(gè)探測(cè)器密度方法，說明了在厚度相當(dāng)及/或工具與地層之間密度材料使用三個(gè)探測(cè)器進(jìn)行量度密度的意念。通過將探測(cè)器作不同軸向間距安排，可以找出不同調(diào)查深度的分別。
Moake提出的方法，在相當(dāng)程度上使用Wahl同樣探測(cè)器間距的方法，進(jìn)行貫穿套管量度時(shí)，可發(fā)揮探測(cè)器準(zhǔn)直的最高效能。短距SS(第一個(gè))及長(zhǎng)距LS(第二個(gè))探測(cè)器使用與傳統(tǒng)兩個(gè)探測(cè)器密度工具相似的準(zhǔn)直。中距MS(中間一個(gè))探測(cè)器準(zhǔn)直十分緊，角度幾乎與鉆孔壁垂直，在貫穿套管量度時(shí)，會(huì)取得更深入的密度讀數(shù)。中距探測(cè)器的斜準(zhǔn)直角度，減少了其計(jì)數(shù)率和統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性。在一個(gè)開孔量度中，中距及長(zhǎng)距探測(cè)器的調(diào)查深度，將會(huì)變得十分相似，而對(duì)泥餅的敏感性，比鋼套管密度小得多，亦會(huì)減少。
我們還需要一個(gè)方案，用以決定改正紀(jì)錄工具的間隙，以克服這些限制?，F(xiàn)時(shí)的發(fā)明提供一個(gè)多重的探測(cè)器量度法，當(dāng)密度工具碰到地層有相當(dāng)間隙時(shí)，能充分發(fā)揮作用。雖然用于開孔紀(jì)錄的方法，亦可用于套孔紀(jì)錄。為了達(dá)到這個(gè)目的，工具使用一個(gè)充分發(fā)揮效能的準(zhǔn)直，用于短距、中距和長(zhǎng)距的探測(cè)器。特別是，中距探測(cè)器的準(zhǔn)直與短距及長(zhǎng)距探測(cè)器的準(zhǔn)直需不同。這樣可以改正中距探測(cè)器的調(diào)查深度，即是，在短距探測(cè)器與長(zhǎng)距探測(cè)器之間的調(diào)查深度。此外，這種準(zhǔn)直，密度量度準(zhǔn)確性高，應(yīng)用于量度光電效果，亦發(fā)揮充分功能。
除量度密度外，大部分現(xiàn)代的核子密度工具，均可量度地層的光電因素(PEF)。這個(gè)量度方法，依賴通過地層的光電效應(yīng)，吸收低能量的γ射線。因?yàn)楣怆娦?yīng)強(qiáng)力依靠地層元素的原子序數(shù)，它提供一個(gè)地層巖性學(xué)的指示。因?yàn)楣怆娢掌蚯宄湍芰喀蒙渚€，工具的套殼需要讓低能量γ射線通過套殼內(nèi)的探測(cè)器。這個(gè)目標(biāo)，可以通過使用套殼內(nèi)有低原子序數(shù)(Z)的材料的窗口，或通過使用低-Z套殼的材料例如鈦達(dá)成。典型的窗口材料是鈹和鈦。套殼材料可以是鈦，或者如果符合低壓需要，可以是石墨或強(qiáng)力的碳化合物。
本發(fā)明的目的，是提供最高效能的方法，在出現(xiàn)大的工具間隙時(shí)，進(jìn)行高質(zhì)素的密度量度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的，是提供一個(gè)細(xì)長(zhǎng)(心軸)的紀(jì)錄工具，其量度質(zhì)素最低限度與傳統(tǒng)其中一種之兩個(gè)探測(cè)器襯墊工具一樣好。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)，是提供一個(gè)經(jīng)改善的方法，探測(cè)地層的光電效應(yīng)。
工具的另一個(gè)目標(biāo)，是提供兩個(gè)至三個(gè)探測(cè)器光電量度，以補(bǔ)償間隙。
現(xiàn)時(shí)這個(gè)發(fā)明，是一個(gè)經(jīng)改善的方法和工具，利用γ射線探測(cè)器組合來決定地層密度。這個(gè)工具改善了間隙改正、準(zhǔn)確性更好、并且大大地加強(qiáng)了光電效應(yīng)的量度功能。此外，這個(gè)工具比傳統(tǒng)的紀(jì)錄工具有較細(xì)長(zhǎng)的直徑。這個(gè)發(fā)現(xiàn)可以在碰到不正常形狀的鉆孔時(shí)，特別是心軸工具經(jīng)常碰到不斷增加的間隙時(shí)，可以改正大的間隙。操作的時(shí)候，三個(gè)或更多的準(zhǔn)直探測(cè)器，探測(cè)自工具源頭發(fā)射出來的γ射線。根據(jù)工具設(shè)計(jì)，探測(cè)器進(jìn)入地層不同的調(diào)查深度。在小的間隙中，短距的探測(cè)器主要調(diào)查泥、泥餅和較淺的地層。當(dāng)間隙增加時(shí)，短距的探測(cè)器訊號(hào)對(duì)接近地層的地層或泥或泥餅就不再敏感。中距的探測(cè)器有更深的調(diào)查深度，即使工具的間隙增加時(shí)，對(duì)鉆孔和地層仍然敏感。長(zhǎng)距探測(cè)器主要是對(duì)地層密度敏感。利用中距和長(zhǎng)距探測(cè)器所得的數(shù)據(jù)，可以改正這個(gè)長(zhǎng)距的讀數(shù)，以提供更準(zhǔn)確的密度讀數(shù)。
本發(fā)明也是一個(gè)決定地層的光電效應(yīng)因素(PEF)經(jīng)改善的方法。在一個(gè)鈦制的套殼內(nèi)使用三個(gè)探測(cè)器的組合，以提供高質(zhì)素的PEF答案，比傳統(tǒng)的兩個(gè)探測(cè)器更準(zhǔn)確更精密，但因?yàn)楣ぞ咧睆降臏p少，無法使用抵Z-窗口進(jìn)行低能量γ射線作業(yè)。
圖1是使用兩個(gè)探測(cè)器探測(cè)γ射線的紀(jì)錄工具；圖2是一個(gè)位于大間隙的兩個(gè)探測(cè)器紀(jì)錄工具，間隙是鉆孔不均勻造成；圖3是探測(cè)視圖，由三個(gè)探測(cè)器探測(cè)鉆孔及地層發(fā)散的γ射線；圖4是本發(fā)明實(shí)施密度工具的示意簡(jiǎn)圖；圖5是使用本發(fā)明在一個(gè)不規(guī)則鉆孔探測(cè)訊號(hào)的示意圖；圖6是實(shí)施本發(fā)明紀(jì)錄工具的探測(cè)器準(zhǔn)直；圖7是實(shí)施在本發(fā)明上的紀(jì)錄工具探測(cè)器部分；圖8a是短距探測(cè)器準(zhǔn)直的橫切面視圖；圖8b是一個(gè)可能性的中間探測(cè)器準(zhǔn)直橫切面視圖；圖8c是另一選擇中間探測(cè)器準(zhǔn)直示意圖；圖8d是一個(gè)可能性的遠(yuǎn)距探測(cè)器準(zhǔn)直橫切面視圖；圖8e是另一選擇遠(yuǎn)距探測(cè)器準(zhǔn)直示意圖。
基本工具布置見圖4。工具包括兩個(gè)部分一個(gè)連同探測(cè)器13，14及15的探管部分20，及γ射線源頭12，與有用于工具操作的核子擴(kuò)音器、模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器及輔助電路的電子部分21。雖然繪圖展示一個(gè)心軸工具，探管設(shè)計(jì)可以實(shí)施于襯墊工具上。
圖5示出了本發(fā)明實(shí)施于造成鉆孔壁大間隙的鉆孔。因?yàn)殂@孔壁9的形狀，在工具11與鉆孔壁9之間發(fā)生一個(gè)很大的間隙23。要克服這個(gè)大間隙，有一些探測(cè)器的調(diào)查深度必須深過工具間隙。探測(cè)器14與15的調(diào)查深度分別是25與26，延展入地層6，提供量度地層的功能。
圖6示出了本發(fā)明在一個(gè)不規(guī)則的鉆孔情況，探測(cè)器已予以對(duì)準(zhǔn)。準(zhǔn)直γ射線及充分發(fā)揮探測(cè)器的作用，以確保所有的探測(cè)器有不同的調(diào)查深度，并加強(qiáng)間隙的補(bǔ)償。此外，準(zhǔn)直確保工具主要對(duì)發(fā)射于地層，或工具與地層之間的γ射線敏感，只接受某個(gè)方向的γ射線入射。γ射線源頭亦予以對(duì)準(zhǔn)，造成γ射線發(fā)射，偏向射入地層，以減少γ射線在鉆孔移動(dòng)的數(shù)目。正如圖示，短距探測(cè)器13的準(zhǔn)直角30探測(cè)著鉆孔及淺地層深度的γ射線。中間探測(cè)器14的準(zhǔn)直角度31攝取穿過地層和鉆孔的γ射線。長(zhǎng)距探測(cè)器15的準(zhǔn)直角度32攝取通過相當(dāng)深地層以及一些從鉆孔穿過的γ射線。
圖7示出了探管部分的示意橫切面。這個(gè)部分包括γ射線源頭12及三個(gè)γ射線探測(cè)器，13，14及15，探測(cè)發(fā)射的γ射線。γ射線可以是傳統(tǒng)的化學(xué)源(137Cs，60Co，或另外適合的放射性核素)，或電子源(X線管、電子感應(yīng)加速器，或其他產(chǎn)生X光的儀器)。γ射線探測(cè)器可以是閃爍探測(cè)器(Nal，GSO或其他閃爍材料)，配合光電倍增管或其他放大儀器。在某些應(yīng)用情況下，可能使用半導(dǎo)體的探測(cè)器或其他探測(cè)的方法較好。在本發(fā)明中，偏向的γ射線源頭是137Cs，而探測(cè)γ射線，最好是用Nal或GSO閃爍探測(cè)器。這可充分發(fā)揮γ射線源和探測(cè)器的作用，確保所有探測(cè)器均有不同的調(diào)查深度，以增加間隙的補(bǔ)償。
在本發(fā)明中，探測(cè)器的實(shí)際間距，特別是源頭準(zhǔn)直開口的間距，將影響每個(gè)探測(cè)器探測(cè)的調(diào)查深度。短距的探測(cè)器13與源頭12的距離，在為四時(shí)(10.16公分)與七吋(17.78公分)之間。中間的探測(cè)器14與源頭的12的距離，約在七吋(17.78公分)與十二吋(30.48公分)之間。長(zhǎng)距的探測(cè)器15與源頭12的距離，約在十二吋(30.48公分)與十八時(shí)(45.72)之間。間距是指源頭中心與探測(cè)器中心之間的垂直距離。建議短距探測(cè)器的準(zhǔn)直角度30a是在30至60度之間，中間距探測(cè)器的前準(zhǔn)直角度31a應(yīng)在35至90度之間，而長(zhǎng)距探測(cè)器的前準(zhǔn)直角度32a，如圖7所示，應(yīng)在45至90度之間。參看圖8a所示，短距探測(cè)器的準(zhǔn)直開口40通常是一個(gè)圓柱形或橢圓形的孔，對(duì)角與角度在±5度±20度之間。如圖8b所示，中間距的方位角開孔41范圍在±10度±35度之間。圖8c展示中間距探測(cè)器的另一種開口42。圖8d所示的長(zhǎng)距準(zhǔn)直開口43，角度在±20度±50之間。圖8e展示一個(gè)間距大的探測(cè)器15另一種開口44。準(zhǔn)直方位角度應(yīng)為矩距＜中距＜長(zhǎng)距。
要達(dá)到提供一個(gè)探測(cè)土地層光電效應(yīng)改良方法的目標(biāo)，同時(shí)受到探測(cè)器準(zhǔn)直的影響。圖7展示出如何達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。γ射線源頭12受到屏蔽，并由準(zhǔn)直器33予以對(duì)準(zhǔn)，以取得趨向地層的γ射線放射。一個(gè)低密度材料的窗口34，位于源頭的前面，務(wù)求得到主要放射入地層的γ射線最大數(shù)目。源頭的對(duì)準(zhǔn)，使γ射線放射的角度，能改善γ射線通過在源頭準(zhǔn)直器35射向探測(cè)器的能力。屏蔽源頭的方法，是減少γ射線從源頭放射入鉆孔的數(shù)目。這可通過在源頭用一個(gè)圓柱形的屏蔽，及在源頭后用一個(gè)厚的屏蔽36達(dá)到此目的。
在圖7中，短距探測(cè)器的設(shè)計(jì)，是盡量減少方位角的探測(cè)器開口，例如圖8中40所示，及將準(zhǔn)直角度30a向著源頭，以求對(duì)工具間隙敏感。中距探測(cè)器14予以對(duì)準(zhǔn)，以改善對(duì)地層的敏感，同時(shí)保持對(duì)工具與地層之間隙地區(qū)的敏感。充分發(fā)揮中距探測(cè)器準(zhǔn)直的作用，同時(shí)可改善探測(cè)器對(duì)光電效應(yīng)的回應(yīng)。對(duì)準(zhǔn)長(zhǎng)距探測(cè)器15，會(huì)導(dǎo)致更深的調(diào)查深度。此外，將長(zhǎng)距探測(cè)器準(zhǔn)直作方位角開口，會(huì)增加計(jì)數(shù)率，并且保持鉆孔訊號(hào)的細(xì)小。
探測(cè)器可以用Nal閃爍器，但最好用GSO或其他密的、快速的閃爍材料。短距的探測(cè)器最好是用GSO的探測(cè)器。使用GSO可以在細(xì)小的工具中取得最好的屏蔽和準(zhǔn)直，而其高計(jì)算率能力，最適合短間距探測(cè)器碰到的高計(jì)算率作業(yè)。使用十分輕便的探測(cè)器，可減少探測(cè)器的長(zhǎng)度，提供緊密的間距。探測(cè)器的設(shè)置，用高導(dǎo)磁材料屏蔽磁場(chǎng)。探測(cè)器的窗口設(shè)置，可將通過探測(cè)器前面準(zhǔn)直進(jìn)入的γ射線衰減，減至最低度。屏蔽和準(zhǔn)直材料，通常是高原子序數(shù)的密材料(例如鎢、鉛或鈾)。移入探測(cè)器的γ射線，可使此屏蔽材料放射出X光，并為探測(cè)器探測(cè)到。這些X光使光電效應(yīng)的應(yīng)答變質(zhì)。它們被一層0.5至2毫的中間Z(Z＝30至60)材料屏蔽探測(cè)器的后邊，予以壓制；這個(gè)材料吸收了不想有的X光，但沒有放射出能量范圍內(nèi)的X光，以便作量度用途。可以在探測(cè)器之間插入屏蔽，防止移動(dòng)的γ射線通過1準(zhǔn)直開口，在第一個(gè)探測(cè)器發(fā)射后，進(jìn)入第二個(gè)探測(cè)器。
密度算法與PEF可以是脊肋骨型，如Case與Ellis專利所述。其他算法可以是前向模式及逆轉(zhuǎn)，或可使用重量的多線回歸方法。中距及長(zhǎng)距探測(cè)器的準(zhǔn)直，使工具在有泥的情況下，適用于補(bǔ)償性的光電效應(yīng)量度(正評(píng)估中)，泥土包括高的原子序數(shù)，因而展示出大的光電效應(yīng)。
本發(fā)明的儀器和方法，比現(xiàn)時(shí)的方法提供更多好處。我們陳述發(fā)明時(shí)，指出最好作怎樣的具體設(shè)置。但是，那不是限制性的?；驹O(shè)計(jì)可以作出改變、調(diào)差和修改，而不會(huì)影響本發(fā)明的發(fā)明概念。此外，這些改變、調(diào)差和修改，對(duì)那些對(duì)此有認(rèn)識(shí)并熟習(xí)這方面的技術(shù)者，應(yīng)該是顯然而然的。所有這些改變、調(diào)差和修改，都是屬于只受所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明范疇以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)定鉆孔周圍地層的性質(zhì)儀器，其特征在于，包括a)可輻照該有γ射線發(fā)射地層的源頭；b)短、中和長(zhǎng)距的探測(cè)器，位于該儀器內(nèi)，與該γ射線發(fā)射源頭的距離，按序順序加大。該等探測(cè)器有能力產(chǎn)生訊號(hào)，指示出每個(gè)探測(cè)器探測(cè)到的γ射線發(fā)射能量；c)包括所述γ射線源頭和探測(cè)器的裝置；該裝置有能力在不協(xié)調(diào)的鉆孔環(huán)境中操作，并保持機(jī)械特性；d)據(jù)探測(cè)器訊號(hào)計(jì)算地層密度的裝置；及e)根據(jù)該探測(cè)器訊號(hào)計(jì)算該土地層光電因素的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于，第一、第二及第三個(gè)探測(cè)器，均需獨(dú)特的予以對(duì)準(zhǔn)，使每個(gè)探測(cè)器能從不同的深度范圍，探測(cè)γ射線。
3.如權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于，所述短、中及長(zhǎng)間距探測(cè)器，在地層內(nèi)須有不同的調(diào)查深度；該等深度根據(jù)探測(cè)器與γ射線源頭的距離大小有所增加。
4.如權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于，還包括設(shè)置在源頭與探測(cè)器之間的屏蔽，用以防止γ射線直接從源頭射入探測(cè)器，以屏蔽探測(cè)器周圍的部分，屏蔽發(fā)射在鉆孔中的γ射線。
5.如權(quán)利要求2所述的儀器，其特征在于，其特征在于，所述γ射線發(fā)射源頭應(yīng)予對(duì)直，使該源頭放射的γ射線發(fā)射進(jìn)入該地層時(shí)，其角度調(diào)向，最好是能加強(qiáng)發(fā)射趨往工具探測(cè)器的方向。
6.一種測(cè)定鉆孔周圍地層性質(zhì)的方法；其特征在于，包括以下步驟a)對(duì)準(zhǔn)發(fā)射源頭和短、中及長(zhǎng)距探測(cè)器，使該源頭的發(fā)射進(jìn)入該地層時(shí)，其角度調(diào)向，最好是能加強(qiáng)發(fā)散趨往位于該鉆孔的發(fā)射探測(cè)器方向，這些探測(cè)器的位置，使其與發(fā)射源頭的距離順次增加；b)從該發(fā)射源頭，輻照該有γ射線的地層；c)從該每個(gè)探測(cè)器探測(cè)到的γ射線，產(chǎn)生γ射線光譜；d)從每個(gè)探測(cè)器光譜計(jì)算明顯的密度；及e)從每個(gè)探測(cè)器光譜量度光電效應(yīng)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括計(jì)算包括探測(cè)器與源頭的儀器與鉆孔壁之間的間隙距離的步驟，以形成所有三個(gè)探測(cè)器的光譜。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括補(bǔ)償該光電效應(yīng)的步驟，以說明該儀器的間隙。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，地層密度、間隙、及地層光電效應(yīng)，應(yīng)由一密度、間隙、及光電效應(yīng)的前向模式，及前向模式隨后的逆轉(zhuǎn)予以計(jì)算。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括在步驟(e)之前，有一個(gè)充分發(fā)揮中間探測(cè)器準(zhǔn)直的步驟，以改善中間探測(cè)器對(duì)地層光電效應(yīng)的應(yīng)答。
全文摘要
本發(fā)明是使用伽馬探測(cè)器組合決定地層密度和光電因素的改善方法及工具。在本發(fā)明中,準(zhǔn)直的探測(cè)器在地層內(nèi)有不同的調(diào)查深度。在小的間隙中,一個(gè)短距(SS)的探測(cè)器,主要是調(diào)查泥與泥餅,及地層的淺層。與SS不同,中間間距(MS)的探測(cè)器,有更深的調(diào)查深度,即使間隙加深,對(duì)鉆孔和地層仍然敏感。一個(gè)長(zhǎng)間距(LS)的探測(cè)器,主要是地層密度敏感;其密度讀數(shù),可用MS與SS探測(cè)器的間隙資料,予以改正。
文檔編號(hào)G01V5/12GK1192535SQ98104498
公開日1998年9月9日 申請(qǐng)日期1998年2月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月19日
發(fā)明者C·斯托勒, D·C·麥基翁, N·I·威杰西埃凱拉, P·D·賴特, U·達(dá)斯古普塔 申請(qǐng)人:施盧默格海外有限公司