專利名稱：井下頻譜處理方法和設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
測(cè)井是一種，一般是相對(duì)于深度，關(guān)于鉆井穿透的地層所選物理參數(shù)的測(cè)量結(jié)果。測(cè)井一般是通過下述方式記錄的，即將設(shè)置在集成測(cè)量平臺(tái)上的各種類型的測(cè)量儀器下入鉆井，沿著井孔移動(dòng)儀器并記錄儀器做出的測(cè)量結(jié)果。一種類型的測(cè)井記錄工作包括在一鎧裝電纜的末端處下放各種儀器，并記錄相對(duì)于伸進(jìn)井孔的電纜長度而做出的各種測(cè)量結(jié)果。這些是所知的“電纜”測(cè)量。井孔內(nèi)的深度是由伸進(jìn)井孔的電纜長度來推知的。如此做出的各種記錄基本上直接相關(guān)于井孔之內(nèi)的測(cè)量深度。其他測(cè)量方法包括“隨鉆測(cè)井”(LWD)方法、“隨鉆測(cè)量”(MWD)方法，以及存儲(chǔ)式測(cè)井方法。LWD方法包括將各種儀器裝接于一用于鉆井的鉆具裝置的下部。LWD和各種電纜工具一般用以測(cè)量相同類型的地層參數(shù)，例如密度、電阻率、伽瑪射線、中子孔隙度、西格瑪、超聲波測(cè)量值等等。MWD工具一般用以測(cè)量與鉆進(jìn)密切相關(guān)的一些參數(shù)，例如井斜、鉆井方位、鉆壓、泥漿流率、環(huán)形井壓等。
上述各種測(cè)井工具可以經(jīng)由電纜、鉆桿、柔管、滑線等等送入和帶出油井。其次，LWD和MWD兩種測(cè)量方法允許鉆頭還在切削的同時(shí)在鉆柱中從事測(cè)量，或在經(jīng)過先前已經(jīng)鉆出的一段孔眼下鉆或起鉆的同時(shí)從事測(cè)量。
采用電纜工具所作的測(cè)量與采用LWD/MWD工具所作的測(cè)量的主要區(qū)別在于原始數(shù)據(jù)返回地面的能力。利用電纜工具，所有的原始數(shù)據(jù)可以經(jīng)由鎧裝電纜直接送往地面。然而，在LWD/MWD環(huán)境下，工具與地面之間的連接沒有物理的連系介質(zhì)。工具與地面之間的典型通訊方式是通過泥漿脈沖遙測(cè)，此時(shí)流經(jīng)鉆具裝置內(nèi)部的鉆井液(泥漿)的壓力被調(diào)制以傳送信息。這是一種帶寬非常窄的通訊通道。因此，只是少量信息可以被傳送到地面。大量的數(shù)據(jù)必須儲(chǔ)存在工具之中用于稍后在地面處的回收。
圖1表明一種在“電纜”環(huán)境中獲取測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的典型方式。一組或一“串”測(cè)井儀器(包括測(cè)井傳感器或“探頭”(8、5、6和3)，將進(jìn)一步予以說明)在一條鎧裝電纜(33)的一端被下入鉆穿地層(36)的井孔(32)。電纜(33)借助于絞車(11)或本技術(shù)領(lǐng)域中已知的類似傳送裝置被伸進(jìn)和撤出井孔(32)。電纜(33)可將電力傳送給此串之中的各種儀器(包括測(cè)井傳感器8、5、6、3)，并將與此串中各件儀器(包括測(cè)井傳感器8、5、6、3)做出的測(cè)量結(jié)果相符的信號(hào)傳遞給到地面的記錄單元(7)。記錄單元(7)包括一部裝置(未示出)用以測(cè)量電纜(33)的延伸長度。井孔(32)內(nèi)各件儀器(包括測(cè)井傳感器8、5、6、3)的深度可通過伸入的電纜長度推算出。記錄單元(7)包括本技術(shù)領(lǐng)域中熟知的各種類型的設(shè)備(未分別示出)，用以記錄井孔(32)內(nèi)各件儀器的深度。
測(cè)井傳感器(8、5、6和3)可以是本技術(shù)領(lǐng)域中熟知的任何類型。它們包括各種伽瑪射線傳感器、中子孔隙度傳感器、電磁感應(yīng)式電阻率傳感器、核磁共振傳感器，以及伽瑪-伽瑪(容積)密度傳感器。一些測(cè)井傳感器，例如(8、5和6)裝放在一個(gè)探頭“芯軸”(沿軸向伸展的圓筒)之內(nèi)，它可以在井孔(32)中心附近有效地工作并可移向井孔(32)的側(cè)面。其他一些測(cè)井傳感器，例如密度傳感器(3)，包括一個(gè)設(shè)置在傳感器外殼(13)一側(cè)的傳感器襯墊(17)，并在其中有一或多個(gè)探測(cè)裝置(14)。在一些情況下，傳感器(3)包括一個(gè)放射源(18)以激活接近井孔(32)的地層。這些測(cè)井傳感器一般回應(yīng)于井孔(32)一側(cè)的選定區(qū)域(9)。傳感器(30)也可以包括一個(gè)井徑儀臂桿(15)，它既可以沿側(cè)向?qū)鞲衅?30)移向井孔(32)一側(cè)，又可以測(cè)量井孔(32)的當(dāng)前內(nèi)徑。
圖2表明利用隨鉆測(cè)井(LWD)和隨鉆測(cè)量(MWD)系統(tǒng)(39)獲取測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的一種典型結(jié)構(gòu)。LWD/MWD系統(tǒng)(39)可以包括一個(gè)或多個(gè)聯(lián)接于鉆桿(20)的下端的鉆挺部件(44、42、40、38)。LWD/MWD系統(tǒng)(39)在底端包括一個(gè)鉆頭，(45)以穿過地層(36)鉆出井孔(32)。在此實(shí)例中，鉆進(jìn)是借助轉(zhuǎn)盤(43)來轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿(20)來實(shí)現(xiàn)的。不過，鉆進(jìn)也可以通過頂部驅(qū)動(dòng)或柔管鉆進(jìn)或井下馬達(dá)或旋轉(zhuǎn)操作系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)。在轉(zhuǎn)動(dòng)期間，鉆桿(20)由包括有萬向吊環(huán)(24)的鉆機(jī)(10)上的設(shè)備懸吊，它可使鉆桿(20)在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)保持鉆桿(20)內(nèi)部與外部之間的液密密封。泥漿泵(30)將鉆井液(“泥漿”)(26)從泥漿罐或泥漿池(28)中抽出，經(jīng)由鉆桿(20)內(nèi)部向下流經(jīng)LWD/MWD系統(tǒng)(39)，如箭頭(41)所示。泥漿(26)穿過鉆頭(45)中的各孔眼(未示出)以潤滑和冷卻鉆頭(45)，并使鉆屑通過鉆桿(20)、LWD/MWD系統(tǒng)(39)與井孔(32)之間的環(huán)形空間(34)上升。
鉆挺部件(44、42、40、38)之中包括有測(cè)井傳感器(未示出)，它們通過所鉆的井孔(32)測(cè)量地層的各種性質(zhì)。這些測(cè)量結(jié)果一般被記錄在設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)鉆挺中的記錄裝置(未示出)內(nèi)。本技術(shù)領(lǐng)域中所知的各種LWD系統(tǒng)一般都包括一個(gè)或多個(gè)測(cè)井傳感器(未示出)，可測(cè)定多個(gè)地層參數(shù)，如密度、電阻率、伽瑪射線、中子孔隙度、西格瑪?shù)龋缟纤?，這些參數(shù)可用來確定地層的巖性等。本技術(shù)領(lǐng)域之中熟知的各種MWD系統(tǒng)一般包括一個(gè)或多個(gè)測(cè)井傳感器(未示出)，可測(cè)定選定的鉆井參數(shù)，如井孔(32)的斜度和方位軌跡。MWD系統(tǒng)還在鉆柱中為任何的MWD/LWD工具測(cè)井傳感器提供了遙測(cè)(通訊系統(tǒng))。
LWD/MWD系統(tǒng)(39)通常在一個(gè)鉆挺部件(44)中包括一個(gè)泥漿壓力調(diào)制器(未單獨(dú)示出)。此調(diào)制器(未示出)為系統(tǒng)(39)和鉆桿(20)內(nèi)的泥漿(26)流提供遙測(cè)信號(hào)，遙測(cè)信號(hào)由設(shè)置在泥漿流系統(tǒng)之中的壓力傳感器(31)予以探測(cè)。壓力傳感器(31)與地面記錄系統(tǒng)(7A)中的探測(cè)設(shè)備(未示出)連接，能夠回收和記錄通過LWD/MWD系統(tǒng)(39)的MWD部分發(fā)送的利用遙測(cè)方案?jìng)鬟f的信息。遙測(cè)方案包括由LWD/MWD系統(tǒng)(39)中的各種測(cè)井傳感器(未單獨(dú)示出)做出測(cè)量結(jié)果的一個(gè)子集。由LWD/MWD系統(tǒng)(39)中的測(cè)井傳感器做出的大部分測(cè)量結(jié)果在系統(tǒng)從井孔中撤出后進(jìn)行回收。
地層巖性是鉆井經(jīng)營商特別關(guān)注的一項(xiàng)地層參數(shù)。“巖性”指的是巖石的物理特征和成分。因而，巖性測(cè)井記錄顯示了由鉆孔穿透的地層內(nèi)的不同巖層。一旦鉆出孔眼，巖性測(cè)井記錄可以通過以下方式獲得，即利用電纜式中子工具獲得地層頻譜數(shù)據(jù)，然后在地面處處理此數(shù)據(jù)以形成想要的測(cè)井記錄。不過，這一過程在孔眼正被鉆鑿時(shí)是無用的。為了給鉆井經(jīng)營商提供一幅孔眼正被鉆鑿時(shí)的巖性圖，通常是要檢驗(yàn)由循環(huán)的鉆井泥漿帶至地面的鉆屑。這一過程可產(chǎn)生一種稱之為“泥漿測(cè)井記錄”的記錄。
一項(xiàng)常規(guī)的手工制作的泥漿測(cè)井記錄實(shí)例如圖3所示。在此測(cè)井記錄中，鉆井時(shí)間以2英尺為間距記錄在區(qū)域51之中，時(shí)間是以分/英尺予以記錄的。這種信息很重要，由于它給予經(jīng)營商某種關(guān)于何種類型的巖石正被鉆穿的基本信息(一些巖石，比如頁巖，鉆進(jìn)“較慢”，而其他一些比如石灰?guī)r，鉆進(jìn)“較快”)。在下一個(gè)區(qū)域(53)中，標(biāo)題為“巖性”，泥漿測(cè)井記錄者根據(jù)井孔鉆屑使用各種標(biāo)準(zhǔn)的符號(hào)和顏色來標(biāo)明正被鉆鑿的巖石類型。在第三區(qū)域(55)中，泥漿測(cè)井記錄者提供了一份他或她已作檢驗(yàn)樣本的書面說明。泥漿測(cè)井記錄者最后一步工作是選擇和指出地層層位。在此測(cè)井記錄上，指出了“L-1”、“L-2”，和“Neva”地層。
一項(xiàng)比較新型而在概念上類似的泥漿測(cè)井記錄實(shí)例示于圖4之中。在此測(cè)井記錄中，區(qū)域51之中的鉆進(jìn)時(shí)間數(shù)據(jù)和區(qū)域53之中巖性的圖示都是由計(jì)算機(jī)制成的。不過，泥漿測(cè)井記錄者仍然必須以手工方式檢驗(yàn)鉆屑以提供區(qū)域55中的注釋。
無論所用的泥漿測(cè)井記錄是何種類型，常規(guī)的泥漿測(cè)井記錄都具有某些局限性。比如，隨著井孔深度的增大，測(cè)井記錄的等待時(shí)間，亦即實(shí)際切割發(fā)生時(shí)與相應(yīng)的鉆屑流通至地面時(shí)二者之間的時(shí)間，變長了。此外，不同深度的鉆屑在泥漿中可能混雜在一起，不能精確地表明地層狀況。
如前面所指出的，一旦孔眼被鉆成，可以通過電纜工具獲得其他各種類型的頻譜導(dǎo)出的巖性信息。在通常的電纜傳送式的測(cè)量方法中，全部測(cè)得伽瑪射線能譜被傳送到地面，在那里予以處理以推導(dǎo)出元素產(chǎn)出和隨之而來的巖性指標(biāo)。由于通過電纜導(dǎo)體可以提供可用的傳輸帶寬，因此在電纜環(huán)境中這是可能的。獲自泥漿測(cè)井記錄的信息一般將與利用電纜工具獲得的信息一起考慮以確定是否完成此井孔。
下面說明一種已知的地面頻譜處理技術(shù)的一項(xiàng)實(shí)例。不過，一般，應(yīng)當(dāng)理解，頻譜處理需要大量的原始數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)量大大超過了典型的LWD/MWD系統(tǒng)中的傳輸帶寬。此外，通常的頻譜處理需要經(jīng)營商介入以指導(dǎo)處理并最終生成一種巖性模型。由于這兩種原因，在LWD/MWD環(huán)境中，頻譜處理是一項(xiàng)通常只在地面上進(jìn)行并在工具從井孔中收回之后予以完成的工作。
圖5表明地面頻譜處理中所包括的各典型步驟的流程圖。起初，由井下工具獲取原始頻譜數(shù)據(jù)(步驟400)。井下工具可以包括工具諸如儲(chǔ)層飽和度測(cè)井儀(RST)、組合生產(chǎn)測(cè)井儀(CPLT)等，(RST和CPLT是斯隆貝謝(Schlumberger)的標(biāo)志)。原始頻譜數(shù)據(jù)然后加以處理(步驟402)。預(yù)處理包括確定前景和背景頻譜以及累積和背景扣除。預(yù)處理的結(jié)果是凈得俘獲頻譜。隨后采用頻譜剝除技術(shù)(步驟404)對(duì)凈得俘獲頻譜進(jìn)行處理。在頻譜剝除期間，利用凈得俘獲頻譜和深度信息(406)計(jì)算出元素產(chǎn)出、偏移和增益。
頻譜處理的結(jié)果然后用于井孔邏輯處理(步驟408)。在井孔邏輯處理期間，深度信息(406)和來自其他測(cè)井工具的信息(410)可以結(jié)合頻譜信息予以利用以鑒定鉆井泥漿系統(tǒng)的組成，并在必需時(shí)供修正之用。在一些情況下，可以要求用戶介入(412)以便于井孔邏輯處理。在頻譜剝除(步驟404)期間算出的各元素產(chǎn)出，在必需時(shí)根據(jù)井孔邏輯處理的結(jié)果予以重新分配(步驟414)。經(jīng)過重新分配的各元素產(chǎn)出然后用在預(yù)頻譜至巖性處理之中，以校正計(jì)算出來的硫和鐵產(chǎn)出、過濾各元素產(chǎn)出、計(jì)算表觀鹽度，以及確定某些產(chǎn)出的基線而準(zhǔn)備進(jìn)一步的處理(416)。隨后進(jìn)行氧化物閉合處理以確定各特定元素，諸如硅、鈣、硫、鐵、鈦等的凈重元素濃度(步驟418)。凈重元素濃度然后用在頻譜至巖性處理之中以確定粘土、碳酸鹽、石英-長石-云母(QFM)、黃鐵礦、酸酐、菱鐵礦、鹽和炭的凈重(步驟420)。凈重元素濃度和計(jì)算出來的巖性份額也用在地層邏輯處理之中，以確定適當(dāng)?shù)恼惩聊Ｐ?比如，砂屑巖、亞長石砂巖、長石砂巖等)、硫礦物模型，以及菱鐵礦、炭和鹽的存在(步驟422)。
得自頻譜至巖性處理(步驟420)和地層邏輯處理(步驟422)的結(jié)果用以計(jì)算基體特性(步驟424)，例如基體密度、基體中子、基體西格瑪、基體光電因子等。隨后計(jì)算元素凈重的誤差以確保以上各計(jì)算的可靠(步驟426)。

發(fā)明內(nèi)容
一般，一方面，本發(fā)明涉及一種井下頻譜處理方法，包括利用井下工具獲取原始頻譜數(shù)據(jù)；利用此井下工具處理原始頻譜數(shù)據(jù)以獲得井下處理的解決方案；將此井下處理的解決方案?jìng)魉椭恋孛嫣幚硐到y(tǒng)；以及利用地面處理系統(tǒng)從井下處理的解決方案中確定巖性信息。
一般，另一方面，本發(fā)明涉及一種處理原始頻譜數(shù)據(jù)的井下工具，包括一個(gè)中子源；至少一個(gè)用于探測(cè)原始頻譜數(shù)據(jù)的探測(cè)器；用于處理原始頻譜數(shù)據(jù)以產(chǎn)生井下處理的解決方案的處理裝置；以及用于將井下處理的解決方案?jìng)魉偷降孛嫖恢玫难b置。
本發(fā)明的其他一些方面和優(yōu)點(diǎn)將從以下描述和所附各項(xiàng)權(quán)利要求中顯然可見。


圖1表明利用電纜傳送式儀器(wireline-conveyed instrument)的典型的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)獲取。
圖2表明利用隨鉆測(cè)井/隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的典型的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)獲取。
圖3表明手工泥漿測(cè)井的一項(xiàng)實(shí)例。
圖4表明計(jì)算機(jī)生成的泥漿測(cè)井的一項(xiàng)實(shí)例。
圖5表明地面頻譜處理中包括的各典型步驟的流程圖。
圖6圖示了一種根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的井下頻譜處理系統(tǒng)。
圖7圖示了根據(jù)圖6實(shí)施例的獲取和處理電路。
圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的流程圖。
圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的用戶界面。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的以下詳細(xì)說明中，敘述了大量的具體細(xì)節(jié)，以便形成對(duì)本發(fā)明的比較透徹的了解。不過，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的一般熟練人員來說，顯然是，本發(fā)明可以不帶這些具體細(xì)節(jié)而予以實(shí)施。在其他一些情況下，熟知的一些特性不曾詳細(xì)說明以便避免使本發(fā)明模糊不清。
在電纜環(huán)境中采用常規(guī)的技術(shù)，巖性信息可以通過將全部測(cè)得的伽瑪射線能譜傳輸?shù)降孛娌⒃谀抢镉枰蕴幚磉M(jìn)行確定。LWD/MWD環(huán)境，由于可供使用的通訊通道帶寬有限，即使并非不可能，但是也難以利用上面提及的技術(shù)。在LWD/MWD環(huán)境中，必須在井下實(shí)施數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)以減少傳輸?shù)降孛娴男畔⒘?。最為有力的壓縮技術(shù)之一是將原始測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為盡可能接近最終用戶所需信息的中間信息。在此描述的本發(fā)明各實(shí)施例在井下工具處理能力提高的情況下進(jìn)行頻譜數(shù)據(jù)的井下處理。按照本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例，井下工具包括處理邏輯，允許不依賴用戶介入和某些其他外部變量而自動(dòng)運(yùn)行，使得可以在泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞瓶頸到來之前，實(shí)現(xiàn)頻譜穩(wěn)定化、剝除和隨后的解釋處理。它的一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是，不是傳輸全部頻譜，導(dǎo)出的產(chǎn)物(例如巖性比例和顆粒響應(yīng))可以用比傳輸全部頻譜所需比特顯著減少的比特來傳輸。
一旦這些導(dǎo)出的結(jié)果，在此稱作“井下處理的解決方案”，在地面處可供使用，它們可以以“實(shí)時(shí)泥漿測(cè)井”作業(yè)的形式予以提供，其中巖性信息以類似于傳統(tǒng)的泥漿-鉆屑測(cè)井顯示的形式提供給用戶，但是具有相當(dāng)少的等待時(shí)間和顯著改善的定量信息內(nèi)容。這種新的實(shí)時(shí)泥漿測(cè)井作業(yè)的用途之一將是增強(qiáng)鉆井操作者的層位識(shí)別。取決于所需的信息和井下工具本身的設(shè)計(jì)，在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的并下處理的解決方案可以是用戶關(guān)注的最終結(jié)果。在另外一些實(shí)施例中，井下處理的解決方案可以是中間產(chǎn)物，將作為地面進(jìn)一步處理的基礎(chǔ)。
圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的井下頻譜處理系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括井下部分和地面部分。井下部分被設(shè)計(jì)用來置于一并下工具中(449)。井下工具可以是，例如圖2的先前技術(shù)圖示的LWD或MWD工具。工具的特定設(shè)計(jì)和特征在此并不密切相關(guān)，只要工具包括了基本的功能即可，亦即來自脈沖式中子發(fā)生器(PNG)(451)或化學(xué)源的一個(gè)高能中子源，以及檢測(cè)伽瑪射線能譜的適當(dāng)傳感器(示為傳感器453a至453n)。系統(tǒng)的井下部分還包括一個(gè)獲取和處理的電子設(shè)備模塊(455)，將在下面更為詳細(xì)的描述。
此實(shí)施例的系統(tǒng)的地面部分包括通信接口(72)，允許地面部分接收和解碼由井下部分發(fā)送的信息，另有處理器(74)，顯示器(82)和輸入裝置(如鍵盤)(78)。本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員將會(huì)理解，系統(tǒng)的地面部分可以采用普通個(gè)人計(jì)算機(jī)的形式，或是專門的設(shè)計(jì)。另外，地面部分可以包括一臺(tái)致力于本發(fā)明功能性的獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，或者可以在一種控制其他鉆進(jìn)相關(guān)功能的通用系統(tǒng)中予以實(shí)現(xiàn)。
獲取和處理電子設(shè)備模塊(455)的實(shí)施例詳細(xì)地示于圖7之中。模塊(455)被劃分為獲取和控制電子設(shè)備(501)和頻譜處理模塊(510)。這一實(shí)施例的獲取和控制電子設(shè)備包括電阻率模塊(500)、超聲和方位模塊(502)、銫伽瑪模塊(503)、脈沖式中子發(fā)生器(PNG)定時(shí)模塊(504)、PNG伽瑪模塊(506)，以及PNG中子模塊(508)。PNG定時(shí)模塊(504)控制PNG的啟動(dòng)并使用于頻譜獲取的PNG伽瑪模塊(506)同步。獲取的頻譜數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸總線(512)傳遞到頻譜處理模塊(510)?？刂乒δ苄允怯蛇^程控制器(522)和存儲(chǔ)控制器(524)提供的。兩個(gè)控制器(522、524)經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸總線(512)與其他部件(也就是502-506)通信。
頻譜處理模塊(510)包括處理接口(514)，例如控制局域網(wǎng)(CAN)接收傳送器(transceiver)、CAN控制器，等等。處理接口(514)便捷了獲取電子設(shè)備(501)的其他部件(也就是502-506)與頻譜處理模塊(510)之間的數(shù)據(jù)傳輸。處理接口(514)與數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(516)連接。DSP可以是任何合適的類型，比如32位浮點(diǎn)DSP。DSP用以處理獲取的頻譜數(shù)據(jù)并生成多種層次的頻譜處理結(jié)果，或者井下處理的解決方案。與數(shù)字信號(hào)處理器(516)連接的本地存儲(chǔ)器(518)，在需要時(shí)，由DSP(516)在生成井下處理的解決方案中使用。頻譜處理模塊(510)由連接于DSP的本地電源(520)供電。
一旦井下處理的解決方案已經(jīng)生成，它就可以經(jīng)由連接于過程控制器(522)和存儲(chǔ)控制器(524)的外部接口(526)傳送給地面。向地面的傳輸是經(jīng)由任何傳統(tǒng)的或非傳統(tǒng)的手段，比如泥漿脈沖、布線鉆桿或其他類型的遙測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
應(yīng)當(dāng)理解，雖然以上的圖7和相伴的說明描述了根據(jù)本發(fā)明的獲取和處理電路系統(tǒng)的一項(xiàng)實(shí)施例，但一名熟練的技工會(huì)認(rèn)識(shí)到，這一功能性可以通過許多不同的硬件設(shè)計(jì)予以實(shí)現(xiàn)而不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范疇。因而，一種可能的硬件實(shí)施方案的這種說明只是為了例證目的而無論如何不應(yīng)限制本發(fā)明的范疇。
圖8圖示了一幅根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的流程圖。起初，原始頻譜數(shù)據(jù)由井下工具予以獲取(步驟600)。當(dāng)原始頻譜數(shù)據(jù)被獲取時(shí)，這些數(shù)據(jù)按時(shí)間堆疊以便維持原始頻譜數(shù)據(jù)的每一部分相對(duì)于時(shí)間的獲取順序。原始頻譜數(shù)據(jù)隨后予以預(yù)處理(步驟602)。預(yù)處理包括確定前景和背景頻譜以及累積和背景扣除。預(yù)處理的結(jié)果是一種凈得俘獲頻譜，隨后利用頻譜剝除予以處理(步驟604)。在頻譜剝除期間，相對(duì)的產(chǎn)出、偏移以及增益利用凈得俘獲頻譜、一組元素標(biāo)準(zhǔn)譜(elemental standard)、工具標(biāo)定和時(shí)間信息予以計(jì)算(步驟606)(比如，將時(shí)間堆疊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相關(guān)于深度的必要信息，例如鉆入速率、起始時(shí)間等)。出自頻譜剝除的某些結(jié)果然后在預(yù)頻譜巖性處理期間根據(jù)井孔處理邏輯結(jié)果予以校正，例如鉆井泥漿系統(tǒng)中對(duì)重晶石硫產(chǎn)出的校正，隨后過濾先前計(jì)算出來的各元素產(chǎn)出(步驟608)。
隨后進(jìn)行氧化物閉合處理以確定特定元素，例如硅、鈣、硫、鐵、鋁等，的凈重元素濃度(步驟610)。凈重元素濃度然后用于頻譜巖性處理之中以確定粘土、碳酸鹽、石英-長石-云母(QFM)、黃鐵礦、酸酐、菱鐵礦、鹽和炭的凈重(步驟612)。更為具體地說，在頻譜巖性處理(步驟612)期間，硫礦物處理最初進(jìn)行以計(jì)算硬石膏和/或黃鐵礦的凈重(步驟612a)。硬石膏的凈重，加上硅、鈣和鐵的元素濃度，用在粘土處理之中(步驟612b)。在粘土處理(步驟612b)期間，粘土模型(612e)是近似的并被用于確定粘土的凈重。QFM的凈重接著利用QFM處理予以計(jì)算(步驟612d)。
頻譜巖性處理(步驟612)的結(jié)果用以計(jì)算基體特性(步驟614)，例如基體密度、基體中子、基體西格瑪、基體光電因子等。隨后計(jì)算各元素凈重的差誤以確保以上各計(jì)算的可靠(步驟616)。此時(shí)，已經(jīng)獲得一項(xiàng)井下處理的解決方案，它具有相當(dāng)小的帶寬并可以容易地以實(shí)時(shí)方式被傳送給地面(步驟618)。
在本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例(也就是步驟600-616)中，井下處理的解決方案是可以利用頻譜分析予以精確確定的井下巖性的一種初步估計(jì)。井孔邏輯和產(chǎn)出重新分配一般不會(huì)在井下實(shí)施，因?yàn)檫@些處理一般需要來自其他傳感器的數(shù)據(jù)，而這些傳感器可能沒有與頻譜工具同時(shí)對(duì)同一地層取樣。
在地面處，地面處理系統(tǒng)(620)利用井下處理的解決方案，連同來自其他測(cè)井工具(622)的深度對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，來確定是否存在那些不能單獨(dú)用頻譜分析可靠檢測(cè)的巖性。如果來自另外一些測(cè)井工具(622)的數(shù)據(jù)表明此種巖性的存在，則需要用戶的介入(624)。需要用戶介入以確定對(duì)井下處理的解決方案所采用的處理類型，使得最終的地層巖性與當(dāng)時(shí)在井位處使用的所有測(cè)井工具獲取的數(shù)據(jù)一致。
更為具體地說，地面處理系統(tǒng)(620)起初利用地面QFM處理(步驟620a)重新計(jì)算QFM濃度。炭處理(coal processing)(步驟620b)和鹽處理(步驟620c)隨后根據(jù)需要進(jìn)行。地面處理系統(tǒng)(620)中各個(gè)處理部分(也就是步驟620a-620c)的結(jié)果被綜合起來以產(chǎn)生最終的地層巖性(步驟620d)。本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員將會(huì)理解，每個(gè)單獨(dú)的地面處理部分可能需要來自一或多個(gè)其他測(cè)井工具(622)的數(shù)據(jù)。其次，各個(gè)單獨(dú)的地面處理部分在處理過程中可能需要一次或多次用戶介入。
一旦巖性信息被確定，巖性信息可以顯示為一個(gè)各種顏色的變化寬度的條帶以表明由測(cè)井系統(tǒng)探查的地層區(qū)段中各種巖性的比例。在本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例中，上述的井下處理系統(tǒng)的各項(xiàng)輸出通過一用戶界面顯示給鉆井操作者。通過較之傳統(tǒng)的泥漿測(cè)井更快地傳送有關(guān)所鉆地層的巖性信息，并以一種鉆臺(tái)人員可以用于確定巖性變化的格式來傳送有關(guān)所鉆地層的巖性信息，可以預(yù)期，這種信息的鉆臺(tái)顯示將允許做出更好的鉆進(jìn)決策。
根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的用戶界面的一項(xiàng)實(shí)例示于圖9之中。在此實(shí)施例中，鉆井操作者用戶界面示于區(qū)域57中。在區(qū)域59中，表明了傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)傳送的信息。在此例中，顯示了井徑儀和伽馬射線信息。在區(qū)域61中，導(dǎo)出的巖性信息以圖形方式顯示。
本發(fā)明的各實(shí)施例可以具有以下的一項(xiàng)或多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明通過提供自動(dòng)井下處理而具有獲得井下處理的解決方案的能力。井下處理的解決方案為傳輸至地面需要相當(dāng)小的帶寬。相當(dāng)小的帶寬允許井下處理的解決方案在地面處實(shí)時(shí)觀看。本發(fā)明的各實(shí)施例允許井孔校正的自動(dòng)化和適當(dāng)?shù)膶拥V物組成選擇的自動(dòng)化。這是通過采用一套必要時(shí)利用頻譜分析和/或其他測(cè)量結(jié)果的算法實(shí)現(xiàn)的。相反，大多數(shù)現(xiàn)有的頻譜分析處理算法要求用戶從一套為鉆井液系統(tǒng)所作的可能校正中作手工選定，并還要手工選定要求解的地層礦物組分，從而導(dǎo)致了高度主觀的和經(jīng)常不確的結(jié)果。
雖然本發(fā)明已經(jīng)就有限數(shù)量的實(shí)施例予以說明，但是本技術(shù)領(lǐng)域中從本披露內(nèi)容中受益的熟練人員，將會(huì)理解，可以想出其他一些并不偏離在此所述的本發(fā)明范疇的實(shí)施例。因而，本發(fā)明的范疇?wèi)?yīng)當(dāng)只受限于所附各項(xiàng)權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種用于井下頻譜處理的方法，包括利用井下工具獲取原始頻譜數(shù)據(jù)；利用所述井下工具處理所述原始頻譜數(shù)據(jù)以獲得井下處理的解決方案；將所述井下處理的解決方案?jìng)魉椭恋孛嫣幚硐到y(tǒng)；以及利用地面處理系統(tǒng)根據(jù)井下處理的解決方案確定巖性信息。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理包括按時(shí)間堆疊原始頻譜數(shù)據(jù)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括將所述井下處理的解決方案與獲自另一井下工具的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。
4.按照權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的方法，還包括將巖性信息顯示在用戶界面上。
5.按照權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的方法，其中處理所述原始頻譜數(shù)據(jù)包括預(yù)處理所述原始頻譜數(shù)據(jù)以獲得凈得俘獲頻譜；以及利用時(shí)間信息和所述凈得俘獲頻譜進(jìn)行頻譜剝除以確定元素產(chǎn)出。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其中處理所述原始頻譜數(shù)據(jù)還包括利用所述元素產(chǎn)出確定凈重元素濃度；利用所述凈重元素濃度確定選自粘土、碳酸鹽、石英-長石-云母、黃鐵礦、硬石膏、菱鐵礦、鹽和炭至少之一的凈重；以及利用所述凈重元素濃度計(jì)算基體特性。
7.一種用于處理原始頻譜數(shù)據(jù)的井下工具，包括至少一個(gè)用于探測(cè)原始頻譜數(shù)據(jù)的探測(cè)器；用于處理所述原始頻譜數(shù)據(jù)以產(chǎn)生井下處理的解決方案的處理裝置；以及用于將所述井下處理的解決方案?jìng)魉偷降孛嫖恢玫难b置。
8.按照權(quán)利要求7所述的井下工具，其中所述處理裝置包括用于確定元素產(chǎn)出的裝置。
9.按照權(quán)利要求7或8所述的井下工具，其中所述處理裝置包括用于計(jì)算基體特性的裝置。
10.按照權(quán)利要求7-9中任何一項(xiàng)所述的井下工具，其中所述處理裝置包括用于預(yù)處理原始頻譜數(shù)據(jù)以獲得凈得俘獲頻譜的裝置；用于利用時(shí)間信息和凈得俘獲頻譜進(jìn)行頻譜剝除以確定元素產(chǎn)出的裝置；和用于利用元素產(chǎn)出確定凈重元素濃度的裝置。
11.按照權(quán)利要求10所述的井下工具，其中所述處理裝置還包括用于利用凈重元素濃度確定選自粘土、碳酸鹽、石英-長石-云母、黃鐵礦、硬石膏、菱鐵礦、鹽和炭至少之一的凈重的裝置；以及用于利用凈重計(jì)算基體特性的裝置。
12.按照權(quán)利要求7-11中任何一項(xiàng)所述的井下工具，其中所述處理裝置包括數(shù)字信號(hào)處理器(516)；電源(520)，操作連接于數(shù)字信號(hào)處理器(516)；本地存儲(chǔ)器(518)，操作連接于數(shù)字信號(hào)處理器(516)；以及處理接口(514)，操作連接于數(shù)字信號(hào)處理器(516)。
13.一種實(shí)時(shí)巖性測(cè)量系統(tǒng)，包括地面處理器，以及用于處理原始頻譜數(shù)據(jù)的井下工具，所述井下工具包括至少一個(gè)用于探測(cè)原始頻譜數(shù)據(jù)的探測(cè)器；用于處理原始頻譜數(shù)據(jù)以產(chǎn)生井下處理的解決方案的處理裝置；用于將井下處理的解決方案?jìng)魉偷降孛嫣幚砥鞯难b置；其中地面處理器包括用于根據(jù)井下處理的解決方案確定巖性信息的裝置。
14.按照權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括用戶界面；其中巖性信息顯示在用戶界面上。
15.按照權(quán)利要求13或14所述的系統(tǒng)，其中所述處理裝置包括用于確定元素產(chǎn)出的裝置。
16.按照權(quán)利要求13-15之中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述處理裝置包括用于計(jì)算基體特性的裝置。
17.按照權(quán)利要求13-16之中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述處理裝置包括用于預(yù)處理原始頻譜數(shù)據(jù)以獲得凈得俘獲頻譜的裝置；用于利用時(shí)間信息和凈得俘獲頻譜進(jìn)行頻譜剝除以確定元素產(chǎn)出的裝置；和用于利用元素產(chǎn)出確定凈重元素濃度的裝置。
18.按照權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述處理裝置還包括用于利用凈重元素濃度確定選自粘土、碳酸鹽、石英-長石-云母、黃鐵礦、硬石膏、菱鐵礦、鹽和炭至少之一的凈重的裝置；以及用于利用凈重計(jì)算基體特性的裝置。
19.按照權(quán)利要求13-18中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述處理裝置包括數(shù)字信號(hào)處理器(516)；電源(520)，操作連接于數(shù)字信號(hào)處理器(516)；本地存儲(chǔ)器(518)，操作連接于數(shù)字信號(hào)處理器(516)；以及處理接口(514)，操作連接于數(shù)字信號(hào)處理器(516)。
全文摘要
描述了一種用于井下頻譜處理的方法。此方法包括利用井下工具采集原始頻譜數(shù)據(jù)；利用此井下工具處理原始頻譜數(shù)據(jù)以獲得井下處理解決方案；將此井下處理解決方案?jìng)魉椭恋孛嫣幚硐到y(tǒng)；以及利用地面處理系統(tǒng)從井下處理解決方案中確定巖性信息。還描述了一種用于處理原始頻譜數(shù)據(jù)的井下工具。此工具包括一個(gè)中子源；至少一個(gè)用于探測(cè)原始頻譜數(shù)據(jù)的探測(cè)器；用于處理原始頻譜數(shù)據(jù)以產(chǎn)生井下處理解決方案的處理裝置；以及用于將井下處理解決方案?jìng)魉偷降孛嫖恢玫难b置。
文檔編號(hào)G01V5/00GK1756967SQ200380110081
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2003年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者羅杰·格里菲思, 杰克·霍科威茨, 卡伊·蘇 申請(qǐng)人:施藍(lán)姆伯格海外股份有限公司