專利名稱：用于測量鉆井特征和地層特性的方法和器具的制作方法
本申請請求保護(hù)的內(nèi)容為以美國臨時申請?zhí)枮?0/054,293，申請日為1997年7月31日的申請中的內(nèi)容(代理備案號為20.2676)。
本發(fā)明總體涉及地層孔隙率的測量，尤其涉及根據(jù)環(huán)境因素的影響而補(bǔ)償下套管的鉆孔中所得到的孔隙率測量結(jié)果，包括水泥的厚度。
在確定地下地質(zhì)層的特征而在科技和工藝上的改進(jìn)方面，已經(jīng)產(chǎn)生了一些先進(jìn)的研究碳?xì)浠衔锏貙拥姆椒?。一般地，測井井下儀穿過由相關(guān)地質(zhì)層所包圍的井孔。放置于測井井下儀上的放射源輻射地層。在測井井下儀上距中子源必要距離處設(shè)有探測設(shè)備。設(shè)于測井井下儀上的探測設(shè)備探測輻射的增強(qiáng)或減弱速度，該輻射的增強(qiáng)或減弱速度一般顯示了相應(yīng)于輻射的地質(zhì)層特征。
最近，研究地質(zhì)層，地層孔隙率，尤其是下套管的鉆孔周圍的孔隙率的現(xiàn)有工藝方法為補(bǔ)償熱中子井下儀法(CNL)。CNL井下儀一般由連續(xù)的中子源和兩個中子中子探測器組成。中子井下儀用中子轟擊下套管的鉆孔和它周圍的地層。在CNL井下儀上與發(fā)射源距離有兩個預(yù)先設(shè)定間距的探測設(shè)備測量中子。處理由探測設(shè)備捕獲的測量數(shù)據(jù)以研究下套管的鉆孔周圍的地質(zhì)層孔隙率。該探測設(shè)備主要測量熱中子，因?yàn)闅浜椭凶又g有內(nèi)在聯(lián)系，捕獲的中子可顯示周圍地質(zhì)層的孔隙率。
在下套管的鉆孔中使用CNL井下儀的一個問題是CNL井下儀只測量熱中子。在下套管的鉆孔中存在很多因素利于熱中子的吸收。一個因素是用于膠結(jié)套管的鹽水中的氯氣。該鹽水中的氯氣起到吸收熱中子的作用。另一個因素是由下套管的鉆孔中的鋼套管吸收熱中子。熱中子的吸收降低了中子源測量數(shù)據(jù)的精確性，用中子源測量可以使地層孔隙率的測量具有很高的質(zhì)量。
在下套管的鉆孔中使用CNL井下儀的另一個問題是在處理所需數(shù)據(jù)的步驟中，下套管的鉆孔的水泥圈層假設(shè)為已知因素。而在很多情況下并不確切地知道下套管的鉆孔中水泥的厚度。由于一定數(shù)量的水泥僅僅是澆在井孔的井套周圍，尤其是這樣。許多假設(shè)的水泥圈層的厚度并不準(zhǔn)確。因此由于對下套管的鉆孔的水泥圈層厚度估計(jì)不準(zhǔn)確，從而可連累使用CNL井下儀計(jì)算地層孔隙率數(shù)據(jù)。
另一種測井井下儀，即加速器孔隙率井下儀(APS)，是用于開口井孔的現(xiàn)有技術(shù)的井下儀。該APS采用電子加速器發(fā)生器代替了連續(xù)中子源。APS井下儀一般包括中子源，緊鄰中子源的中子探測設(shè)備，一套距離中子源為中間位置的陣列探測設(shè)備和遠(yuǎn)離中子源的中子探測設(shè)備。APS提出了三種不同的孔隙率測量和地層∑測量。APS包括中子源，該中子源可以產(chǎn)生脈沖中子輸出，這使得能作出∑和中子的慢化時間測量。因?yàn)锳PS井下儀可以得到較高能量中子產(chǎn)額，所以超熱中子測量法變得更可行。
使用超熱中子探測器大大減少了吸收地層中可能的熱中子吸收體的影響，為地層孔隙率提供了更精確的數(shù)據(jù)。另外，在開口井孔中所用的APS器具一般帶有井下儀間隙器。由于對應(yīng)于慢化時間分析的較淺深度的研究，井下儀間隙器極大影響了測量。當(dāng)計(jì)算地層孔隙率時，必須將支座的影響考慮到計(jì)算中去。利用綜合中子計(jì)數(shù)速率比和隨慢化時間的測量結(jié)果，來減小井下儀間隙器的影響。盡管APS井下儀比CNL井下儀有很大改進(jìn)，但現(xiàn)在APS僅用于開口井孔分析中。
本發(fā)明的目的在于克服或至少是減少上述一個或更多的問題的影響。
本發(fā)明提出了一種測量地質(zhì)層孔隙率的方法。本發(fā)明的方法還包括產(chǎn)生中子脈沖，該中子脈沖將中子釋放進(jìn)入第一區(qū)域和圍繞第一區(qū)域的地質(zhì)層。探測中子并利用至少兩個中子源到中子探測器的間距獲得大量中子探測器計(jì)數(shù)率。在一段間距中需定時測量以測量探察的第一深度。需要有中子探測器計(jì)數(shù)率的比值來測量探察的第二深度。利用至少一個時間測量和中子計(jì)數(shù)率的比值計(jì)算表觀孔隙率。對應(yīng)于至少一個中子中子探測器計(jì)數(shù)率和定時測量結(jié)果的比值，計(jì)算出第一區(qū)域?qū)λ?jì)算的表觀孔隙率的影響。通過對于所確定的第一區(qū)域的影響校正表觀孔隙率來計(jì)算地層孔隙率。
本發(fā)明還提供了獲得井特征和地質(zhì)層構(gòu)成數(shù)據(jù)的裝置。本發(fā)明的裝置包括一個腔室。該腔室中的中子源用來將中子送入與井相連的區(qū)域中。該裝置還包括可通過中子源產(chǎn)生中子脈沖的器件。第一超熱中子探測設(shè)備置于腔室中并與中子源有間距。該裝置還包括能通過第一超熱中子探測設(shè)備獲得遠(yuǎn)端中子計(jì)數(shù)率的器件。第二超熱中子探測設(shè)備置于腔室中，與中子源有間距，并位于中子源和第一超熱中子探測設(shè)備的中間。該裝置還包括可以通過第二超熱中子探測設(shè)備獲得的近端中子計(jì)數(shù)率的器件。第三超熱中子探測設(shè)備置于第一和第二超熱中子探測設(shè)備中間的腔室中。該裝置還包括可以通過第三超熱中子探測設(shè)備獲得的陣列中子計(jì)數(shù)率的器件。該裝置還包括可接收從第一，第二，第三超熱中子探測設(shè)備處得到的電信號的器件，該信號顯示了由各探測設(shè)備探測到的中子的數(shù)目。該裝置還包括可以從近端中子探測設(shè)備，陣列中子探測設(shè)備和遠(yuǎn)端中子探測設(shè)備中的至少一個探測設(shè)備處得到的定時測量結(jié)果的器件，以測量探察的第一深度。該裝置還包括獲得近端中子計(jì)數(shù)率與陣列中子計(jì)數(shù)率之比值和近端中子計(jì)數(shù)率與遠(yuǎn)端中子計(jì)數(shù)率之比值中的至少一個比值的器件，以測量探察的第二深度。該裝置還包括利用至少一個定時測量結(jié)果和近端中子計(jì)數(shù)率與陣列中子計(jì)數(shù)率之比值以及近端中子計(jì)數(shù)率與遠(yuǎn)端中子計(jì)數(shù)率中的至少一個比值，來計(jì)算與井相連區(qū)域的孔隙率的器件。
可以參照下述附圖和說明理解本發(fā)明，其中相同標(biāo)號表示相同元件，其中

圖1為本發(fā)明裝置一個實(shí)施例的圖；圖2所示的為本發(fā)明中一個實(shí)施例的方法的方塊圖；圖3為本發(fā)明一個方法的圖，示出了向下看下套管的鉆孔的透視圖，其中示出了多種探察深度；圖4所示的圖示出了兩個不同探察深度之間的關(guān)系；圖5示出了圖2中一個步驟(塊230)的更詳細(xì)的圖示的一張方塊圖；圖6示出了用陣列超熱中子探測設(shè)備測量的中子計(jì)數(shù)和時間之間的關(guān)系；圖7示出了本發(fā)明一個實(shí)施例中中子脈沖和測量周期的一張圖；圖8示出了圖2中一個步驟(240)的更詳細(xì)的圖示的一張方塊圖。
下面參照附圖和具體實(shí)施例以作詳細(xì)闡述，同時本發(fā)明不排除還有其它的修正和其它形式。應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于具體實(shí)施例，相反，而是在不偏離所附的權(quán)利要求所限定的構(gòu)思和范圍的情況下，覆蓋了所有的修正，等價代換和其它變化。
在計(jì)算地質(zhì)層中油和氣體的潛在產(chǎn)量時涉及許多因素。一種計(jì)算油和氣體潛在產(chǎn)量的重要因素是油井和氣井(此后都稱作井)周圍地層的孔隙率。地質(zhì)層的孔隙率與井周圍材料中的間隙數(shù)量有關(guān)。許多下套管的井的孔隙率并不為人所知。商標(biāo)為Schlumberger的加速器孔隙率井下儀也已適用于測量下套管的和注水泥的鉆孔的地層孔隙率，該井下儀采用電子加速器中子發(fā)生器，原應(yīng)用于開放的井孔以確定地質(zhì)層的孔隙率。
圖1示出了本發(fā)明的一個實(shí)施例，為基于中子的測井井下儀110的示意圖。該基于中子的測井井下儀110包括適于產(chǎn)生中子脈沖的普通中子源120?；谥凶拥臏y井井下儀110產(chǎn)生的中子脈沖包含10微秒寬的脈沖?；谥凶拥臏y井井下儀110還包括三個超熱中子探測設(shè)備或中子探測器130,140,150。其中一個超熱中子探測設(shè)備設(shè)置在緊靠中子源120的下側(cè)，叫作近端超熱中子探測設(shè)備130。本實(shí)施例中的近端超熱中子探測設(shè)備130可以包括多個超熱中子探測設(shè)備，它們排列在與單個中子探測設(shè)備同樣有效地起作用的位置。
在同一實(shí)施例中位于相同高度的另一組超熱中子探測設(shè)備設(shè)置在近端超熱中子探測設(shè)備130下端，遠(yuǎn)離中子源120的位置，叫作陣列(或中間)探測設(shè)備140。在另一實(shí)施例中，單個超熱中子探測設(shè)備可以代替該陣列探測設(shè)備140。另一超熱中子探測設(shè)備，超熱中子探測設(shè)備150設(shè)置在陣列探測設(shè)備140的下端，離中子源120最遠(yuǎn)。
基于中子的測井井下儀110還包括電路160，該電路160與近端超熱中子探測設(shè)備130，陣列探測設(shè)備140和遠(yuǎn)端超熱中子探測設(shè)備150電子連接，并收集從中子探測設(shè)備130,140,150得到的數(shù)據(jù)。基于中子的測井井下儀110還包括可以聚集中子探測設(shè)備130,140,150的檢測結(jié)果的背面屏蔽材料170。由基于中子的測井井下儀110收集的數(shù)據(jù)返回到地面電路(未示出)，以進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。由基于中子的測井井下儀110收集的數(shù)據(jù)用來計(jì)算所需探察井的周邊地質(zhì)層的孔隙率，和下套管的鉆孔的某些其它特征，如水泥圈層。在另一個實(shí)施例中，基于中子的測井井下儀110含有兩個或兩套超熱中子探測設(shè)備，代替了三套超熱中子探測儀。圖示實(shí)施例中的另外的那套中子探測設(shè)備可以進(jìn)行另一深度的探察，從而使得到的數(shù)據(jù)更精確。
圖1還示出了放置在井孔175中的基于中子的測井井下儀110。該井孔175由套管材料包圍，在此實(shí)施例中為鉆井套管鋼180。該鉆井套管鋼180由鉆井套管水泥185環(huán)繞，而鉆井套管水泥185又由地下地層190包圍。
圖2示出了本發(fā)明主要操作方法的流程圖。塊210為本發(fā)明規(guī)定的方法的第一步。在塊210中，中子源120發(fā)射中子脈沖。由中子源120發(fā)射的中子穿過套管材料和下套管的鉆孔的周邊地質(zhì)層。本發(fā)明的中子探測儀，近端超熱中子探測設(shè)備130，陣列探測設(shè)備140和遠(yuǎn)端超熱中子探測設(shè)備150檢測處于超熱能量狀態(tài)的中子，如塊220所示。在一個實(shí)施例中，本發(fā)明的中子探測設(shè)備設(shè)計(jì)為可濾出處于熱能量狀態(tài)的中子，由此只探測處于超熱能量狀態(tài)的中子。熱中子大體不能測到，因?yàn)闉V出了熱中子，可以提高計(jì)算地質(zhì)層孔隙率的精確度。
在如塊210所示由中子源120發(fā)射出中子后，不同間隔處的兩個或更多中子探測設(shè)備130,140,150探測超熱中子。在一個實(shí)施例中，如圖1所示有三組中子探測設(shè)備130,140,150。圖3示出了本發(fā)明下套管的鉆孔的一個實(shí)施例的典型的頂部剖面圖。在井孔175處設(shè)有基于中子的測井井下儀110。井孔175由包含有鉆井套管鋼180和鉆井套管水泥185的套管材料包圍，該包含有鉆井套管鋼180和鉆井水泥185的套管材料又被地下地層190所包圍。
近端超熱中子探測設(shè)備130產(chǎn)生一個中子的計(jì)數(shù)率叫作近端中子計(jì)數(shù)率(N)。陣列探測設(shè)備140產(chǎn)生一個中子的計(jì)數(shù)率叫作陣列中子計(jì)數(shù)率(A)。遠(yuǎn)端超熱中子探測設(shè)備150產(chǎn)生一個中子的計(jì)數(shù)率叫作遠(yuǎn)端中子計(jì)數(shù)速率(F)。近端中子計(jì)數(shù)率與陣列中子計(jì)數(shù)率的比值(N/A)和近端中子計(jì)數(shù)率與遠(yuǎn)端中子計(jì)數(shù)率的比值(N/F)產(chǎn)生了兩個不同的探察深度。
探察深度與中子探測設(shè)備分析距離基于中子的測井井下儀110多遠(yuǎn)有關(guān)。較淺的探察深度340與慢化時間分析有關(guān)，下面將討論到。中等探察深度的350與近端中子計(jì)數(shù)率和陣列中子計(jì)數(shù)速率的比值(N/A)有關(guān)。深的探察深度360與近端中子計(jì)數(shù)率和遠(yuǎn)端中子計(jì)數(shù)率的比值(N/F)有關(guān)。
圖4示出了兩個不同深度的探察之間的關(guān)系。x軸410為在下套管的鉆孔中超過套管壁向地層中延伸的深度。y軸420為相對于比值N/A和慢化時間的測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)特征曲線。與慢化時間有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)特征曲線圖(SDT)由SDT曲線430示出。與N/A比值有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖由N/A曲線440示出。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知，根據(jù)SDT曲線430和N/A曲線440的關(guān)系，慢化時間分析得出比由N/A比值得出更淺的探察深度。
聚焦中子探測設(shè)備可以進(jìn)一步控制多種深度的探察。聚焦中子探測設(shè)備由背面屏蔽圖1所示的三個中子探測設(shè)備完成。圖1所示的三個中子探測設(shè)備的將探測設(shè)備130,140,150聚焦在與背面屏蔽方向相反的方向，限制并匯聚較淺，中等，較深的探察深度340,350,360。從三個不同中子探測設(shè)備130,140,150收集的數(shù)據(jù)提供下套管的鉆孔周圍的套管，水泥和地質(zhì)層的特征信息。應(yīng)用相對不同因有探空擋深度的多種計(jì)算可以對于井孔周圍環(huán)境的變化而更準(zhǔn)確的進(jìn)行校正，如對于洞口尺寸，套管厚度和水泥的厚度。通過綜合三種探察深度的信息和由實(shí)驗(yàn)室測量值及不同地層的幾種套管和井孔尺寸的模型結(jié)果組成的數(shù)據(jù)庫，可以確定這些校正值。
圖2的塊230示出了近端，陣列和遠(yuǎn)端計(jì)數(shù)速率(N,A,F)和慢化時間測量值轉(zhuǎn)化成三種不同探察深度的測量值，即所謂的N/A比值，N/F比值和慢化時間(SDT)。在一個實(shí)施例中，三個測量值進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成反映井周圍地質(zhì)層的表觀孔隙率的數(shù)據(jù)。該表觀孔隙率為附近地質(zhì)層的孔隙率。圖5更詳細(xì)地示出了圖2中塊230所述的步驟。
近端，陣列和遠(yuǎn)端計(jì)數(shù)率(N,A,F)換算成比值以計(jì)算表觀孔隙率。在塊510中計(jì)算近端中子計(jì)數(shù)率與陣列中子計(jì)數(shù)率的比值(N/A)。N/A比較導(dǎo)致近端-陣列表觀孔隙率如塊520所示。在塊530中計(jì)算近端中子計(jì)數(shù)率與遠(yuǎn)端中子計(jì)數(shù)率的比值(N/F)。N/F比值導(dǎo)致近端-遠(yuǎn)端表觀孔隙率如塊540所示。由于中子源120和中子探測設(shè)備130,140,150之間的不同間距而產(chǎn)生了N/A比值和N/F比值。
圖5示出了包含計(jì)算慢化時間在內(nèi)的對地層孔隙率計(jì)算的另一部分，如塊550所示。一旦進(jìn)行慢化時間的分析，則數(shù)據(jù)便轉(zhuǎn)化成塊560的表觀孔隙率。慢化時間提供了相對淺深度的探察。
在地層中存在的各種原子核和它們各自中子散射和吸收橫截面控制中子穿過地質(zhì)層。超熱中子慢化時間的確定可從總體衰變的分析中得到。在慢化過程中，尤其是在較低中子能量狀態(tài)下，氫是一個主要的元素。在較高中子能量狀態(tài)下，從其它元素的彈性和非彈性散射(這對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是顯而易見的)更為重要，可以幫助確定中子云的尺寸，從而確定在地層中中子慢化的距離。
圖6示出了在實(shí)驗(yàn)室地層中，五分鐘周期內(nèi)的超熱中子的時間分配，該實(shí)驗(yàn)室地層為零孔隙率，中等孔隙率和高孔隙率石灰石與帶有中子探測儀(或探測設(shè)備)的測井井下儀構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)室地層，該中子探測儀(或探測設(shè)備)在8″井孔和在表示為100p.u的無限水箱中完全偏心。整體超熱中子數(shù)目隨孔隙率的增加而減少。為了便于比較在實(shí)驗(yàn)室中的衰變速率，在零孔隙率地層中的中子裂變之后立即將所有測量值標(biāo)準(zhǔn)化為計(jì)數(shù)率。在較低到中等孔隙率中，地層孔隙率衰變速率的敏感性較突出，而在較高孔隙率中，對衰變速率不很敏感。測量值由25KHz的頻率和10sec(10微秒)長的中子脈沖形成，隨后的是圖7所示的30sec的觀察周期。
參見圖2和5，這對，中子計(jì)數(shù)速率和慢化時間測量值轉(zhuǎn)化成由多種深度的探察而得到的速率和定時測量值。另外，表觀孔隙率由本發(fā)明所述的三種計(jì)算(N/A速率，N/F速率和慢化時間)中的每一個計(jì)算過一遍，如圖2中的塊230和圖5所示。圖2中直線235示出了表觀孔隙率。其次，計(jì)算下套管的鉆孔的水泥圈層，由中子計(jì)數(shù)率和定時測量值計(jì)算的表觀孔隙率根據(jù)如水泥圈層、套管尺寸和套管厚度這樣一些因素進(jìn)行校正，如圖2中塊240所示。圖8示出了圖2中塊240所示步驟的詳細(xì)情況。
在圖8中，表觀孔隙率連同一個大的測量值數(shù)據(jù)庫的輸入用來計(jì)算水泥圈層，該表觀孔隙率由N/A比值，N/F比值和慢化時間計(jì)算，該數(shù)據(jù)庫由跨越相關(guān)的環(huán)境參數(shù)范圍的測量值組成。水泥圈層用上述一系列數(shù)據(jù)和相近數(shù)據(jù)庫數(shù)值上的加權(quán)多重線性回歸技術(shù)(WMLR)計(jì)算，如塊810所示。將已知的套管尺寸和套管厚度輸入水泥圈層的計(jì)算值，以校正該水泥的計(jì)算值，如塊820所示。一旦完成了水泥圈層的計(jì)算，根據(jù)水泥圈層，套管尺寸和厚度，和從數(shù)據(jù)庫得到的信息，采用WMLR技術(shù)校正表觀孔隙率，如圖8中的塊830所示。
下面描述用WMLR技術(shù)計(jì)算水泥圈層的實(shí)施例，和用WMLR技術(shù)根據(jù)套管尺寸，套管孔和其它輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正的實(shí)施例。
在一個實(shí)施例中，利用多項(xiàng)式類型的關(guān)系進(jìn)行從中子計(jì)數(shù)率比值到表觀孔隙率的轉(zhuǎn)換(如圖5中塊520和540所示)，并進(jìn)行從慢化時間到表觀孔隙率的轉(zhuǎn)換(如圖5中的塊560所示)，該多項(xiàng)式類型的關(guān)系由標(biāo)準(zhǔn)參考條件下的井下儀的特性曲線來確定。該技術(shù)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知，并經(jīng)常用于開口井孔中子孔隙率測量技術(shù)中。另外，該技術(shù)還可擴(kuò)展到下套管的鉆孔的環(huán)境中。在最佳實(shí)施例中，最佳條件為7″OD套管并以291b/ft套管位于8.5″下套管的孔中心，在室溫用清水加入井孔，然后加壓。
隨后進(jìn)行外界條件的校正，當(dāng)不在最佳的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中時，需考慮井下儀特性曲線的差異。傳統(tǒng)的確定環(huán)境校正值的方法已開發(fā)具體的方程，該方程為表觀孔隙率和所有環(huán)境參數(shù)的函數(shù)。每一環(huán)境參數(shù)的影響不獨(dú)立于其它參數(shù)，所以該方程為多維方程。許多環(huán)境影響不能很容易地直接由分析方程得出，該方程對于所遇到的全部范圍的環(huán)境參數(shù)都有效。
在一個實(shí)施例中，中子孔隙率的測量技術(shù)利用上述方法，該方法提出了用跨越各種所有相關(guān)的環(huán)境參數(shù)的測量數(shù)據(jù)庫進(jìn)行校正。在下套管的鉆孔環(huán)境中，處理套管和水泥的存在，參數(shù)數(shù)目的進(jìn)一步增長超過了用于開孔測量的參數(shù)數(shù)目。這里已考慮到了套管尺寸，套管厚度，水泥厚度和水泥類型的變化。而不是將附加環(huán)境影響加進(jìn)分析方程中，以進(jìn)行校正，在US5699246專利中提出了確定下套管的鉆孔孔隙率的技術(shù)的一個實(shí)施例，可對其整體進(jìn)行參考。利用這種方法，在相近數(shù)據(jù)庫數(shù)值上，應(yīng)用加權(quán)多重線性回歸(WMLR)技術(shù)動態(tài)地確定表觀孔隙率、環(huán)境參數(shù)和真實(shí)量之間的關(guān)系。該方法同時還處理許多所需的環(huán)境校正，并可相當(dāng)程度地避免在趨近法基礎(chǔ)上的普通方程。
用于WMLR方法中的結(jié)構(gòu)和術(shù)語是基于這樣的判定，即特殊未知的“非獨(dú)立”變化值(如地層孔隙率)是大量獨(dú)立量的函數(shù)，如表觀孔隙率和套管參數(shù)。該非獨(dú)立量通常是一些未知的地層或井孔特征，而獨(dú)立量是不同的井下儀特性曲線測量結(jié)果和環(huán)境情況。對本發(fā)明的下套管的鉆孔的中子孔隙率井下儀而言，非獨(dú)立變量也可以是孔隙率校正或水泥圈層。獨(dú)立的變量為從N/A比值，N/F比值和慢化時間所得到的表觀孔隙率(圖2的直線235)；環(huán)境參數(shù)為套管尺寸和套管厚度，如圖8中塊820所示。
當(dāng)獨(dú)立變量的數(shù)目較大時，獨(dú)立和非獨(dú)立的變量之間的關(guān)系很復(fù)雜并很難具體確定。通過大量實(shí)驗(yàn)室測量值和各種情況下的井下儀特性曲線，可以確定。這數(shù)據(jù)庫間接地包含了使井下儀特性曲線與環(huán)境情況和所需的非獨(dú)立變量相關(guān)的信息。在典型的測井狀態(tài)中，在每一個深度(或觀測點(diǎn))下，需要一系列獨(dú)立變化量的值，也可以得到一系列相應(yīng)的非獨(dú)立變量的值。WMLR方法提出假設(shè)，即非獨(dú)立量與緊鄰于觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫位置緊密相關(guān)。例如，觀測點(diǎn)的孔隙率與距離觀測點(diǎn)最近的數(shù)據(jù)庫測量值的孔隙率相關(guān)。
非獨(dú)立的變量可表示成與其最近的近鄰的某些組合。該過程由WMLR方法如下格式化給出一系列觀測點(diǎn)的獨(dú)立變量，(1)在數(shù)據(jù)庫中確定最近的近鄰；(2)在該數(shù)據(jù)庫的這個近鄰開發(fā)非獨(dú)立和獨(dú)立變量之間關(guān)系的簡單模型；(3)應(yīng)用上述模型確定特定觀測點(diǎn)的非獨(dú)立變量值。
在下套管的鉆孔的中子測井井下儀的應(yīng)用的實(shí)施例中，可一個應(yīng)用單獨(dú)的WMLR方法確定水泥圈層并校正水泥圈層，套管尺寸和套管厚度，以得到經(jīng)校正的表觀地層孔隙率245。在另一實(shí)施例中，如圖8所示有兩個單獨(dú)的WMLR方法。第一個WMLR方法用于計(jì)算水泥圈層，如圖8中塊810所示。其次，將第一個WMLR方法得出的值用于第二個WMLR方法中，如塊830所示。這樣提供了在套管和地層之間水泥圈層中的材料柱的測量值，該值可用作地層孔隙率測量值量的指示。大的水泥圈層一般反映出校正精度不好，因?yàn)榻^大多數(shù)中子不能到達(dá)相關(guān)的地層，同時小的水泥圈層可以更精確地校正水泥圈層，由此可以使地層孔隙率的測量更精確。
在計(jì)算了水泥圈層并根據(jù)水泥圈層，套管尺寸，套管厚度和數(shù)據(jù)庫信息校正了表觀孔隙率之后，如塊240所示，可以得到表觀地層孔隙率。表觀地層孔隙率如圖2中的直線245所示。
如圖2中塊250所示，可以根據(jù)其它環(huán)境因素，如鉆孔溫度，壓力和含鹽量校正表觀地層孔隙率。一旦根據(jù)環(huán)境因素校正了表觀地層孔隙率，下套管的鉆孔周圍的地質(zhì)層的孔隙率將相當(dāng)精確，在直線260上。井周圍的地質(zhì)層中的孔隙率的密度是很重要的?？紫堵实拿芏葘τ诖_定井中油和氣體的潛在產(chǎn)量水平是重要因素。高密度的孔隙率一般說明油和氣體的產(chǎn)量較高。
雖然上面已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)理解在不偏離本發(fā)明構(gòu)思的條件下可在本申請公開的內(nèi)容的基礎(chǔ)上由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員進(jìn)行各種修改和變換。本發(fā)明不僅限于前述說明，本發(fā)明的獨(dú)占權(quán)打算由下述權(quán)利要求書來確定。
權(quán)利要求
1.一種確定地質(zhì)層孔隙率的方法，它包括產(chǎn)生中子脈沖，該脈沖將中子釋放進(jìn)入第一區(qū)和圍繞所述第一區(qū)的地質(zhì)層；利用至少兩個中子源到中子探測器的間距檢測中子并獲得許多中子探測器計(jì)數(shù)率；在其中一個所述間距處獲得定時測量結(jié)果以測量探察的第一深度；獲得中子探測器計(jì)數(shù)率的第一比值來測量探察的第二深度；利用至少一個所述定時測量結(jié)果和中子計(jì)數(shù)率的比值計(jì)算表觀孔隙率；對應(yīng)于至少一個所述中子探測器計(jì)數(shù)率比值和所述定時測量結(jié)果，確定所述第一區(qū)對所述計(jì)算出的表觀孔隙率的影響；根據(jù)所確定的所述第一區(qū)的影響校正所述表觀孔隙率而計(jì)算地層孔隙率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述產(chǎn)生中子脈沖，該脈沖將中子釋放進(jìn)入所述第一區(qū)的步驟包括產(chǎn)生中子脈沖，將中子釋放進(jìn)入下套管的鉆孔中的水泥圈層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于還包括獲得所述中子探測器計(jì)數(shù)率的第二比值，以測量探察的第三深度，其中所述確定影響的步驟包括相應(yīng)于所述第一和第二比值及所述定時測量結(jié)果，確定所述水泥圈層對所述表觀孔隙率的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述產(chǎn)生中子脈沖，該脈沖將中子釋放進(jìn)入第一區(qū)的步驟包括產(chǎn)生中子脈沖，該脈沖將中子釋放進(jìn)入下套管的鉆孔中的所述水泥圈層和下套管的鉆孔的套管中，還包括獲得所述中子探測器計(jì)數(shù)率的第二比值，以測量探察的第三深度，其中所述確定影響的步驟包括相應(yīng)于所述第一和第二比值及所述定時測量結(jié)果，確定所述套管和所述水泥圈層對所述表觀孔隙率的影響。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述產(chǎn)生中子脈沖，該脈沖將中子釋放進(jìn)入所述第一區(qū)的步驟包括產(chǎn)生中子脈沖，該脈沖將中子釋放進(jìn)入開放式井中的間隙區(qū)域中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述產(chǎn)生中子脈沖，該脈沖將中子釋放進(jìn)入第一區(qū)的步驟包括產(chǎn)生中子脈沖，該脈沖將中子釋放進(jìn)入開放式井中的所述間隙區(qū)域中和開放式井的泥餅中，還包括獲得所述中子探測器計(jì)數(shù)率的第二比值的步驟，以測量探察的第三深度，其中所述確定影響的步驟包括相應(yīng)于所述第一和第二比值及所述定時測量結(jié)果，確定所述套管和所述水泥圈層對所述表觀孔隙率的影響。
7.一種確定下套管的鉆孔周圍地質(zhì)層孔隙率的方法，它包括產(chǎn)生中子脈沖，該脈沖將中子從中子源處釋放進(jìn)入與井鄰接的區(qū)域；利用至少兩個中子源到中子探測器的間距檢測中子并獲得許多中子探測器的計(jì)數(shù)率；在其中一個所述間距處獲得定時測量結(jié)果以測量探察的第一深度；獲得所述中子探測器計(jì)數(shù)率的比值來測量探察的第二深度；利用所述定時測量結(jié)果和所述中子計(jì)數(shù)率的比值中一的至少一個計(jì)算表觀孔隙率；相應(yīng)于所述中子探測器計(jì)數(shù)率的比值和所述定時測量結(jié)果中的至少一個，確定鉆井套管對所述算出的表現(xiàn)孔隙率的影響；在所述中子計(jì)數(shù)率比值與所述定時測量結(jié)果的基礎(chǔ)上計(jì)算水泥圈層；通過根據(jù)所述套管和水泥圈層校正所述表觀孔隙率來計(jì)算地層孔隙率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述檢測中子的步驟包括將所述探測設(shè)備聚集到預(yù)定區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述計(jì)算中子計(jì)數(shù)率的步驟包括獲得近端中子計(jì)數(shù)率；獲得中間中子計(jì)數(shù)率；獲得遠(yuǎn)端中子計(jì)數(shù)率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述獲得近端中子計(jì)數(shù)率的步驟是利用與中子源處于近間距位置的中子探測設(shè)備完成。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述獲得中間中子計(jì)數(shù)率的步驟是利用與中子源間距為中等的中子探測設(shè)備完成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述獲得遠(yuǎn)端中子計(jì)數(shù)率的步驟是利用與中子源間距遠(yuǎn)的中子探測設(shè)備完成。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述計(jì)算定時測量結(jié)果的步驟包括確定中子計(jì)數(shù)衰減所需的時間周期。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述確定中子計(jì)數(shù)衰減所需的時間周期的步驟包括超熱中子衰減所需的時間周期。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述獲得中子探測器計(jì)數(shù)率比值的步驟包括產(chǎn)生近端-陣列比值，其中所述近端-陣列比值為從所述近間距得到的數(shù)據(jù)與從所述中等間距得到的數(shù)據(jù)的比值，將所述近端-陣列比值轉(zhuǎn)化為表觀孔隙率。產(chǎn)生近端-遠(yuǎn)端比值，其中所述近端-遠(yuǎn)端比值為從所述近間距得到的數(shù)據(jù)與從所述遠(yuǎn)間距得到的數(shù)據(jù)的比值，將所述近端-遠(yuǎn)端比值轉(zhuǎn)化為表觀孔隙率。
16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述計(jì)算定時測量結(jié)果的步驟包括計(jì)算中子慢化時間，并將所述慢化時間轉(zhuǎn)化為表觀孔隙率。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征正在于所述計(jì)算所述中子慢化時間的步驟包括緊接著進(jìn)行所述中子脈沖，對于一段預(yù)選的時間周期，測量中子計(jì)數(shù)率的衰減。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述預(yù)選的時間周期約為30微秒。
19.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述計(jì)算水泥圈層的步驟包括來自從數(shù)據(jù)庫中輸入的數(shù)據(jù)，以對附近的數(shù)據(jù)庫數(shù)值上進(jìn)行加權(quán)多重線性回歸分析。
20.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于根據(jù)所述水泥圈層和其它井孔變量進(jìn)行所述校正的步驟包括利用從所述數(shù)據(jù)庫輸入的值來對附近的數(shù)據(jù)庫數(shù)值上進(jìn)行加權(quán)多重線性回歸分析。
21.一種獲得井特征和地質(zhì)層數(shù)據(jù)的裝置，該裝置包括一個腔室；在腔室中的中子源，用來將中子發(fā)送進(jìn)與井相連的區(qū)域中；通過所述中子源產(chǎn)生中子脈沖的器件；置于所述腔室中并與中子源有間距的第一超熱中子探測設(shè)備；通過所述第一超熱中子探測設(shè)備獲得遠(yuǎn)端中子計(jì)數(shù)率的器件；第二超熱中子探測設(shè)備，它位于所述腔室中，與所述中子源有間距，并位于所述中子源和所述第一超熱中子探測設(shè)備的中間；通過所述第二超熱中子探測設(shè)備獲得的近端中子計(jì)數(shù)率的器件；第三超熱中子探測設(shè)備，它位于所述第一和第二超熱中子探測設(shè)備中間的所述腔室中；通過所述第三超熱中子探測設(shè)備獲得的陣列中子計(jì)數(shù)率的器件；接收從所述第一，第二，第三超熱中子探測設(shè)備處得到的電子信號的器件，該信號顯示了由所述探測設(shè)備探測到的中子的數(shù)目；從所述近端中子探測設(shè)備，陣列中子探測設(shè)備和遠(yuǎn)端中子探測設(shè)備中的至少一個探測設(shè)備處得到的定時測量結(jié)果，以測量探察的第一深度的器件；獲得所述近端中子計(jì)數(shù)率與所述陣列中子計(jì)數(shù)率之比值以及所述近端中子計(jì)數(shù)率與所述遠(yuǎn)端中子計(jì)數(shù)速率之比值中的至少一個比值，以測量探察的第二深度；利用至少一個所述定時測量結(jié)果和所述近端中子計(jì)數(shù)率與所述陣列中子計(jì)數(shù)率之比值以及所述近端中子計(jì)數(shù)率與所述遠(yuǎn)端中子計(jì)數(shù)率之比值中的至少一個比值，來計(jì)算與所述井鄰接的所述區(qū)域的孔隙率的器件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于所述由所述中子源發(fā)射的脈沖約為10微秒長。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于還包括將所述第一和第三超熱中子探測設(shè)備聚集在預(yù)先設(shè)定的方向的器件。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于所述第三超熱中子探測設(shè)備包括多個排成陣列的中子探測器。
25.一種獲得井特征和地質(zhì)層數(shù)據(jù)的裝置，它包括產(chǎn)生中子脈沖的器件，該脈沖將中子釋放進(jìn)入第一區(qū)和圍繞所述第一區(qū)的地質(zhì)層；利用至少兩個中子源到中子探測器的間距檢測中子并獲得許多中子探測器計(jì)數(shù)率的器件；在其中一個所述間距處獲得定時測量結(jié)果以測量探察的第一深度的器件；獲得導(dǎo)所述中子探測器計(jì)數(shù)率的比值來測量探察的第二深度的器件；利用所述定時測量結(jié)果和所述中子計(jì)數(shù)率的比值計(jì)算表觀孔隙率器件；相應(yīng)于所述中子探測器計(jì)數(shù)率的比值和所述定時測量結(jié)果確定所述第一區(qū)域?qū)λ鏊愠龅谋憩F(xiàn)孔隙率的影響的器件；通過根據(jù)所確定的所述第一區(qū)的影響校正所述表觀孔隙率來計(jì)算地層孔隙率的器件。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的器具，其特征在于還包括根據(jù)環(huán)境因素校正所述表觀地層孔隙率的器件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種確定下套管的鉆孔周圍地質(zhì)層孔隙率的方法和裝置。該方法包括產(chǎn)生中子脈沖,該脈沖將中子從中子源處釋放進(jìn)入與井鄰接的區(qū)域。利用至少兩個中子源到中子探測器的間距檢測中子并獲得許多中子探測器計(jì)數(shù)率。在其中一個間距處獲得定時測量來測量結(jié)果探察的第一深度。獲得中子探測器計(jì)數(shù)率的比值來測量探察的第二深度。利用定時測量和中子計(jì)數(shù)率的比值計(jì)算表觀孔隙率。相應(yīng)于中子探測器計(jì)數(shù)率的比值和定時測量結(jié)果確定鉆井套管對所算出的表現(xiàn)孔隙率的影響。在中子計(jì)數(shù)率與定時測量比值的基礎(chǔ)上計(jì)算水泥圈層。通過根據(jù)套管和水泥圈層校正表觀孔隙率來計(jì)算地層孔隙率。
文檔編號E21B49/00GK1209500SQ98117548
公開日1999年3月3日 申請日期1998年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月31日
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