用于檢測(cè)地下巖層中的斷口的方法
【專利說明】用于檢測(cè)地下巖層中的斷口的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)是于2011年12月21日提交的待審美國申請(qǐng)N0.13/332,543的延續(xù)部分并要求其權(quán)益，該待審美國申請(qǐng)是2009年7月I日提交的美國申請(qǐng)N0.12/496，163的延續(xù)部分，并要求享有其權(quán)益，這些申請(qǐng)的全部公開通過引用而結(jié)合在本文中，以用于所有目的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總地涉及檢測(cè)地下井孔中的斷口并表征其特征。更具體地說，本發(fā)明涉及一種裝置和方法，其使用輻射源來檢查地下巖層，并使用輻射檢測(cè)器來檢測(cè)或識(shí)別管道附近巖層中的斷口的存在。
【背景技術(shù)】
[0003]用于生產(chǎn)烴的地下井孔通常襯有套管柱，其通過水泥固定在與井孔相交的巖層上。套管和周圍巖層然后被穿孔，以便在巖層和套管內(nèi)部之間提供流體連通。從井生產(chǎn)出的流體通過穿孔流向套管中，并且在生產(chǎn)導(dǎo)管中流向地面，生產(chǎn)導(dǎo)管插入在內(nèi)套管柱的內(nèi)部。
[0004]某些烴承載巖層可由于頁巖或非常緊密的巖層巖石(例如在灰?guī)r巖層中)的存在而具有低的滲透率；這又可限制烴的生產(chǎn)。然而，這些巖層中的自然或人工斷口可增加巖層滲透性，從而提高烴的生產(chǎn)。識(shí)別這些斷口的位置和尺寸對(duì)于確定井孔的哪個(gè)部分進(jìn)行穿孔和生產(chǎn)是相當(dāng)重要的。時(shí)常，頁巖層位于包含烴的巖層的頂部。通常在頁巖層中鉆井比在烴承載巖層中鉆井更為穩(wěn)定。在這些情況下，井孔鉆穿頁巖，希望與頁巖中的斷口相交，斷口延伸到具有烴的儲(chǔ)層中，因?yàn)閿嗫谔岣吡说叵聨r層的可滲透率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]這里公開了一種井孔操作的方法，其在一個(gè)示例中包括將輻射從源指向包圍井孔的巖層，檢測(cè)從巖層散射的輻射，估算所測(cè)輻射的計(jì)數(shù)率和能量，和基于所測(cè)輻射的計(jì)數(shù)率和能量方面的變化而識(shí)別巖層中的斷口。在一個(gè)示例中，井孔襯有套管，使得至少某些來自源的輻射從套管的內(nèi)部穿過套管的壁。同樣在這個(gè)示例中，至少一部分從巖層散射的輻射通過套管壁而從套管的外部返回?？蛇x地，檢測(cè)輻射的步驟利用偏離源的檢測(cè)器來執(zhí)行。輻射可從源處以基本圓錐形的型式進(jìn)行定向，并且所測(cè)輻射的能量可依賴于輻射的散射角。在一個(gè)示例中，該方法還可包括估算斷口的厚度，并且/或者還包括估算斷口的位置。斷口還可與井孔的壁相交。
[0006]這里還公開了一種在井孔中操作的備選方法，其中井孔襯有套管。在這個(gè)示例中，該方法包括提供具有輻射源和輻射檢測(cè)器的測(cè)井儀，將測(cè)井儀設(shè)置到井孔和套管內(nèi)部，并且將輻射從源沿著某一路徑指向包圍井孔的巖層。至少某些輻射在從巖層朝著輻射檢測(cè)器的方向上進(jìn)行散射，并且利用輻射檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)?；谒鶞y(cè)輻射的計(jì)數(shù)率方面的變化，識(shí)別巖層中的斷口。這個(gè)示例還可包括將輻射源和輻射檢測(cè)器設(shè)置成分開指定的距離?？蛇x地，源和檢測(cè)器可設(shè)置成分開不同的距離，使得輻射檢測(cè)器所檢測(cè)的輻射從包圍井孔的巖層的環(huán)形區(qū)域散射。該方法還可包括在圍繞測(cè)井儀的周邊的間隔開的位置提供多個(gè)檢測(cè)器，從而利用檢測(cè)器觀察沿周向間隔開的不同部段，并且基本上對(duì)所述管道的縱長部分的整個(gè)周邊進(jìn)行成像。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，在發(fā)射和接收輻射的步驟期間以及在識(shí)別巖層中的斷口步驟期間，測(cè)井儀在井孔中被移動(dòng)至不同的深度。斷口的豎向厚度可基于檢測(cè)到輻射的計(jì)數(shù)率變化時(shí)的深度進(jìn)行估算。此外，斷口的位置可通過監(jiān)視測(cè)井工具的深度進(jìn)行估算。在一個(gè)示例中，巖層鄰近烴承載巖層，并且斷口與烴承載巖層中的流體連通。
【附圖說明】
[0007]已經(jīng)陳述了本發(fā)明的某些特征和好處，其它特征和好處將隨著結(jié)合附圖所做的說明而變得清晰明了，其中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的井下成像工具的示例性實(shí)施例的示意圖，其具有設(shè)置在井孔中的輻射源和檢測(cè)器。
[0008]圖2是根據(jù)本發(fā)明的圖1的工具的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
[0009]圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明的圖2的工具的一個(gè)示例性實(shí)施例的截面圖。
[0010]圖4是根據(jù)本發(fā)明的井孔中的成像工具的示例方法的側(cè)截面圖，其將伽瑪射線發(fā)射給周圍巖層。
[0011]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖4的井孔穿孔的一個(gè)示例的側(cè)截面圖。
[0012]雖然本發(fā)明將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，但是應(yīng)該懂得其并不意圖將本發(fā)明局限于該實(shí)施例。相反，其意圖覆蓋所有包含在所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精髓和范圍內(nèi)的備選方案、變體和等效物。
【具體實(shí)施方式】
[0013]現(xiàn)在將在后文中參照附圖更完整地描述本公開的方法，在附圖中顯示了實(shí)施例。本公開的方法可采用許多不同的形式，并且不應(yīng)該認(rèn)為局限于這里所闡述的示出的實(shí)施例，相反提供這些實(shí)施例將使本公開更為完整和完善，并將其范圍完全傳達(dá)給本領(lǐng)域中的技術(shù)人員。全文中相似的標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)相似的元件。
[0014]應(yīng)該懂得本公開的范圍并不局限于結(jié)構(gòu)、操作、精確材料或所示和所述實(shí)施例的精確細(xì)節(jié)，因?yàn)楦男秃偷刃飳?duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將是清晰明了的。在附圖和說明書中已經(jīng)公開了例證性的實(shí)施例，并且雖然采用了特定的術(shù)語，但其只是從普通和描述性的意義上使用的，而不用于限制目的。因此，所述這里的改進(jìn)僅僅受到所附權(quán)利要求的范圍的限制。
[0015]現(xiàn)在參照?qǐng)D1，其顯示井下成像工具100定位在井孔的一段“套管”或內(nèi)鋼殼110中。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，工具殼130可由任何輕金屬構(gòu)造而成，其中這里使用的詞語“輕金屬”指原子序數(shù)小于23的任何金屬。井下成像工具100至少包括殼或管道130，其攜帶輻射源120和多個(gè)檢測(cè)器140。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，伽瑪輻射源120居中地定位在殼130中。可選地，檢測(cè)器140在方位角上以恒定半徑對(duì)稱地間隔開，但也定位在殼130中。換句話說，在一個(gè)示例中，間隔開的檢測(cè)器140所在的半徑小于殼130的半徑。在這種情況下，輻射源120將輻射，即伽瑪射線124發(fā)射到包圍套管110的巖層150中。水泥151位于套管110和巖層150之間。
[0016]圖1的巖層150包括斷口 153，155，其可被流體填充或者沒有被流體填充。例如，斷口 153包含完井流體或生產(chǎn)流體，而斷口 155是部分或完全被沙礫填充的。當(dāng)然，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員在受益本公開的條件下應(yīng)該懂得，這些僅僅用于說明性的目的，而且斷口153，155可采用任何形狀和任何位置。
[0017]在圖1的示例中，傳播到巖層150中的伽瑪射線124在有某些能量損失的條件下經(jīng)過康普頓(Compton)散射回到檢測(cè)器140，檢測(cè)器定位在井下成像工具100中。減少能量的伽瑪射線126由檢測(cè)器140進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)過康普頓散射的伽馬射線126的計(jì)數(shù)率強(qiáng)度除了其它因素之外尤其依賴于斷口的寬度。因此，較高的計(jì)數(shù)率代表巖層中較高的材料密度，而較低的計(jì)數(shù)率代表較低密度，因?yàn)檩^少射線被散射回檢測(cè)器。
[0018]在一個(gè)示例中，輻射源120包括鋇、銫、某些其它輻射源或其組合。通過利用例如這種源，并且因?yàn)闄z測(cè)器定位在靠近源的位置，所以所測(cè)能量只來源于緊鄰套管的巖層中的很短距離處。出于這些相同的原因，在一個(gè)示例中，檢測(cè)器140定位在殼130中靠近輻射源120。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，輻射源120和檢測(cè)器140沿著工具100的長度分開大約3至大約3.5英寸。
[0019]屏蔽層156可應(yīng)用于輻射源120