專利名稱：用于井筒的集成測井儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總地涉及一種測量地層特性的裝置和方法，其中所述測量可在鉆井時或測井電纜測量時進行。
背景技術：
隨鉆測井裝置(LWD)通常用于在井筒中進行測量。已知的隨鉆測井裝置可包括允許僅使用一個裝置就能獲得若干不同測量的測量裝置的組合。例如，通常在稱為三組合(triple combo)的裝置中采用三個測量裝置的組合。該已知的三組合可對電阻率，中子測井孔隙度，地層體積密度，地層光電因子，和天然γ射線進行測量?？蛇x擇地，組合測量裝置也可以在其它測井配置中使用，例如在電纜測井裝置中。
由于技術限制，當在單個LWD裝置中安裝所述三個測量裝置時，所述三組合必須具有通常約為18米的最小長度。三組合的所述長度可能限制其進入某些環(huán)境，例如井筒限定了一個曲線的環(huán)境。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一個方面提供一種測量井筒周圍地層特性的儀器。所述儀器包括具有多個在所述儀器的縱向上彼此間隔的天線的電阻率測量裝置。所述儀器還包括具有至少一個中子源和至少一個中子探測器的中子測量裝置，每個中子探測器在所述儀器的縱向上與中子源間隔一定距離。所述多個天線與所述中子探測器交錯，以便減少裝置的總長度，并且以便允許使用所述中子探測器和所述電阻率測量裝置對所述地層的已確定區(qū)域同時進行測量，。
在第一個優(yōu)選實施例中，所述裝置還包括與中子測量裝置交錯的第一多個γ射線探測器，第一多個γ射線探測器的每一個在所述儀器的縱向上與所述中子源間隔一距離。
在第二個優(yōu)選實施例中，所述裝置包括天然γ射線探測器，其中所述天然γ射線探測器在所述儀器的縱向上與所述中子源間隔。
在第三個優(yōu)選實施例中，所述中子測量裝置相對于天然γ射線探測器縱向定位于所述儀器的尾側，該尾側相對于所述儀器在井筒的運動而被限定。
在第四個優(yōu)選實施例中，所述儀器還包括具有至少一個γ射線源和第二多個γ射線探測器的γ射線測量裝置，第二多個γ射線探測器的每一個在所述儀器的縱向上與所述γ射線源間隔一距離。
在第五個優(yōu)選實施例中，所述中子測量裝置相對于γ射線測量裝置縱向地定位在所述所述的尾側。
在第六個優(yōu)選實施例中，所述中子測量裝置包括脈沖中子源。
在第七個優(yōu)選實施例中，所述儀器還包括測量中子源輸出的中子監(jiān)測器。
在第八個優(yōu)選實施例中，所述中子測量裝置包括化學中子源。
在第九個優(yōu)選實施例中，所述儀器還包括X-射線測量裝置，所述X-射線測量包括至少一個X-射線源和X-射線探測器，所述X-射線探測器在所述儀器的縱向上與該X-射線源間隔一距離。
在第十個優(yōu)選實施例中，所述儀器還包括超聲波測量裝置。
在第十一個優(yōu)選實施例中，所述儀器還包括泥漿壓力傳感器。
在第十二個優(yōu)選實施例中，所述儀器還包括至少一個電的電阻率傳感器(galvanic resistivity sensor)。
在第十三個優(yōu)選實施例中，所述儀器還包括至少一個傾斜的天線線圈，以實現(xiàn)具有方向敏感性的電磁測量。
在第十四個優(yōu)選實施例中，所述儀器被安裝在隨鉆測井儀上。
在第十五個優(yōu)選實施例中，所述儀器被安裝在電纜測井儀上。
本發(fā)明的第二個方面提供一種測量井筒周圍地層參數(shù)的儀器。該儀器包括具有多個在所述儀器的縱向上彼此間隔的天線的電阻率測定裝置，和具有至少一個γ射線源和多個γ射線探測器的γ射線測量裝置，多個γ射線探測器的每一個在所述儀器的縱向上與所述γ射線源間隔一距離。所述多個天線與所述中子探測器交錯，以便減少所述儀器的總長度，并且以便允許使用所述中子探測器和所述電阻率測量裝置對所述地層的已確定區(qū)域同時進行測量，。
本發(fā)明的第三個方面提供一種處理來自于攜帶至少一個中子源，中子探測器和γ射線探測器的測井儀的數(shù)據(jù)的方法。所述方法包括對分別來自每個探測器的輸出信號計數(shù)，作為測井儀的方位位置的函數(shù)；分別為每個探測器對用于方位位置的已計數(shù)的輸出信號計數(shù)，作為輸出信號到達時間的函數(shù)；和分別為每個γ射線探測器對用于方位位置的已計數(shù)的輸出信號計數(shù)，作為輸出信號脈沖幅度的函數(shù)。
通過下面的描述和本發(fā)明的權利要求書，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將會很明顯。


現(xiàn)在將參考附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中圖1說明了現(xiàn)有技術的隨鉆測井儀；圖2包含了根據(jù)本發(fā)明的第一個例子的裝置的示意圖；圖3包含了根據(jù)本發(fā)明的第二個例子的裝置的示意圖；圖4包含了一個γ射線裝置實施例的截面圖；圖5包含了一個中子測井孔隙度裝置實施例的截面圖；圖6包含了根據(jù)本發(fā)明的一個信號處理裝置實施例的示意圖；和圖7包含了根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例的裝置的示意圖；具體實施方式
現(xiàn)有技術的總的概述已知的三組合裝置可進行如將在下面所描述的測量的多種測量。某些測量對于在測井電纜上或在LWD上實現(xiàn)的三組合裝置來說是特殊的。可以設想所描述的測量是本領域的技術人員所熟知的，因此這里不對每個測量做詳細的解釋。
可根據(jù)下述的一種或幾種方法對地層電阻率進行測量直接電阻率測量(通常為測井電纜)；感應測量(通常為測井電纜)；傳播電阻率(通常為LWD)。
可以采用下面的一種或幾種方法獲得中子測井孔隙度的測量。利用中子探測器根據(jù)對散射中子的探測獲得測量?？梢詼y量兩種典型的孔隙度熱孔隙度和超熱孔隙度。熱孔隙度和超熱孔隙度之間的區(qū)別可根據(jù)所使用的探測器作出。熱探測器既可探測熱中子也可探測超熱中子，后者通常比前者更豐富。超熱探測器僅可探測超熱中子。所述測量方法如下使用化學中子源的熱中子測井孔隙度測量；使用化學中子源的超熱中子測井孔隙度測量；使用脈沖中子發(fā)生器的超熱中子測井孔隙度測量；使用脈沖中子發(fā)生器的熱中子測井孔隙度測量。
中子測井孔隙度測量可通過使用中子源，例如化學中子源或脈沖中子源和通過使用一個或多個γ射線探測器測量γ射線誘導的中子的計數(shù)率選擇性地獲得。
地層體積密度測量可通過γ射線的康普頓散射獲得。
地層光電因子PEF測量可通過散射的γ射線的光譜分析獲得。該PEF測量可使用與地層體積密度測量相同的設備進行。PEF可允許地層巖性的識別。其依賴康普頓散射的γ射線的光電吸收，該吸收對于地層中元素的有效電子序數(shù)非常敏感。
天然的γ射線測量圖1說明了具有一個用于本領域熟知的LWD的示例性裝置的典型的旋轉鉆機系統(tǒng)5，其允許進行電阻率，中子測井孔隙度，地層體積密度，地層光電因子和天然γ射線測量。為了更好地理解本發(fā)明，該圖說明了鉆機部件的不同部分并且在不同部分之間采用了不同的比例。井眼底部的測量通過放置于鉆挺(collar)20內和/或放置在鉆挺20上的測量裝置進行。這些測量結果可儲存于井底測量裝置的存儲裝置，或通過常規(guī)的LWD遙測裝置和方法遙測傳送至地面。為了這個目的，一個數(shù)據(jù)信號發(fā)射裝置模塊23接收來自鉆挺20的測量裝置的信號，并且通過鉆柱6的泥漿路徑將其發(fā)射，最后通過管柱15內的壓力傳感器21到達地面裝置7。
鉆機5包括一個通過轉盤4旋轉方鉆桿3的馬達2。鉆柱6包括端對端連接于方鉆桿并因此旋轉的鉆桿段。象其它的常規(guī)鉆挺和其它的LWD工具一樣，本發(fā)明的鉆挺20連接于鉆柱6。這樣的鉆挺和工具在鉆柱6和鉆頭30之間形成了一個底部鉆具組合。
當鉆柱6和底部鉆具組合旋轉時，鉆頭30鉆出一個穿過地層32的井筒9。在包括底部鉆具組合的鉆柱6的外部和地層32之間限定了作為井筒9的一部分的環(huán)空10。
鉆井液或“泥漿”借助泵11經由管柱15和旋轉注入頭17并通過方鉆桿3和鉆柱6的空心被壓入鉆頭30。泥漿起到潤滑鉆頭30的作用并且通過環(huán)空10將井筒內的鉆屑攜帶到地面。所述泥漿返回泥漿池13，在這里將泥漿與井筒切屑等分離，脫氣，并且再次返回鉆柱應用。
鉆挺20，也就是所述工具包括實現(xiàn)傳播電阻率測量并確定地層電阻率的電阻率天線40。
中子測井孔隙度可通過測定從中子源41發(fā)射的和散射回中子探測器42的中子來確定。
地層體積密度可從γ射線康普頓散射獲得。所述γ射線通過γ射線源43發(fā)射并由γ射線探測器44探測。
地層光電因子可使用相同的γ射線源43和γ射線探測器44通過查看反向反射的γ射線的光譜分析獲得。
所述光電因子可用于識別地層巖性。天然γ射線探測器45可用于測量井筒內的天然γ射線。
為了在井筒內保持工具的中心，可選擇的扶正器46可設置于工具的外緣。
重疊的中子和電阻率測定裝置圖2說明了根據(jù)本發(fā)明的工具205的一個例子。所述工具205使用化學源，也就是化學中子源200和化學γ射線源201。
中子測井孔隙度部分所述化學中子源200產生最終反射回中子探測器202的中子。中子探測器202的測量結果可用于確定中子測井孔隙度。
通常的化學源為241AmBe源，其通過241Am與9Be衰變發(fā)射的α粒子的核反應產生了高能中子光譜，如下面反應所說明的
也可以使用可替換的252Cf源。所述后面的源由于252Cf重核的自發(fā)裂變產生中子。
γ密度部分該工具205的γ密度部分，所述化學γ射線源201產生反射回γ射線探測器203的γ射線。盡管在圖2中說明了2個γ射線探測器203，但是可以理解這僅僅是一個例子并且γ射線探測器203的數(shù)量可以有很大的不同。另外，可以理解，在圖2中位于γ射線源203“下部”的γ射線探測器203的位置相對于γ射線源201可以變化，即，至“高于”所述γ射線源203的位置。當在應用中時，術語“低于”和“高于”在這里僅用于圖形的框架內并不想給出工具的絕對方向，即，術語“低于”和“高于”不必企圖涉及由重力給定的方向或其它方向。來自γ射線探測器203的測量結果可用于確定地層體積密度和地層光電因子。
應該注意，中子源激活地層導致γ射線延遲發(fā)射。為了避免延遲的γ射線發(fā)射被工具的γ射線探測器記錄，所述γ射線探測器必須設置在工具的主導位置，例如，當工具在測井操作期間移動時，其位于工具的前部位置。LWD測井通常在鉆進時進行，即，為了在工具上第一個“看到”被鉆地層的給定區(qū)域，所述探測器應該設置在井眼底部一側。
在大多數(shù)情況下，當從井底巖井孔向上移動工具時，進行電纜測井，即，首先將工具下放到井筒并且當將工具提出井筒時進行測井。假如這樣的話，任何通過地層的激活對其它測量產生間接影響的測量最好位于井眼底部一側，即，在工具的尾部以使其影響最小化。
然而，或許還有其它的需要改變測量順序的理由。
用于化學γ射線源201的典型元素為137Cs。
γ射線探測器203最好位于裝備有γ射線窗口的可選扶正器207的后面。當將γ射線在扶正器207內的吸收降低到最小時，這提供了最好的地層聯(lián)系。
當γ射線探測器203相對靠近γ射線源201時，兩個γ射線探測器203與γ射線源201之間的通常距離通常分別在0.12m和0.24m之間變化，當γ射線探測器203離γ射線源201較遠時，在0.30m和0.55m之間變化。
圖4說明了γ密度部分的詳細實施例，例如，密度測井儀400位于穿過地層402的井筒401內。該密度測井儀400包括鉆挺403。鉆挺403包括限定了泥漿管路405的底盤404。扶正器406和407設置于鉆挺上并且在密度測井儀400與地層402之間提供了改善的聯(lián)系。該改善的聯(lián)系可減少γ射線在流經窗口與地層之間的井筒的泥漿中傳輸?shù)挠绊?。γ射線源408設置在鉆挺403內?？梢岳斫?，γ射線源408也可以設置在底盤404內而不是在鉆挺403內。
從γ射線源408發(fā)射的γ射線通過朝向地層407的低密度窗口409?？梢赃x擇的是，如果用合適的材料制作扶正器407以允許γ射線從所述γ射線源408傳送到地層402，那么窗口409的使用也可能是選擇性的。γ射線散射在地層上并且通過至少2個設置在窗口412和413后的探測器410和411探測，或者可選擇的是位于由允許γ射線通過的適當材料制成的扶正器407后部。γ射線從射線源408到探測器410和411兩者之間任何一個的直接通道可通過具有高密度材料414的屏蔽阻止，例如該高密度材料為鎢。
可選擇的是，該γ射線源可被X射線電子源(electronic source)代替。如果它們具有相同的能量，那么X射線和γ射線是難以辨別的。X射線可以由連接于高壓電源的常規(guī)X射線管產生?？商鎿Q的是，X射線可由一裝置產生，例如直線性電子加速器或類似電子感應加速器的環(huán)形加速器。雖然當使用不同的裝置時所述測量(屏蔽，探測器間隔，窗口等)需要適應，但是基本的測量保持相同。
電阻率部分電阻率天線204至少部分地與中子探測器202重疊地設置在工具205上。所述電阻率天線用于實現(xiàn)傳播電阻率測量。通常的測量頻率為400KHz和200KHz，但是其它更高和/或更低的頻率也可以用于獲得不同的測量特性。
天然γ射線部分天然γ射線探測器206定位為朝向工具205的一端，所述工具205的一端與工具205的攜帶中子測量裝置200和202以及電阻率天線204的一端相對。
為了減少來自由中子源200發(fā)射的中子產生的γ射線的γ射線探測，天然γ射線探測器206最好定位為離開中子源200足夠的距離。
優(yōu)選的是，在測量期間，所述γ射線探測器設置于超前中子源的位置，例如，在工具上位于一個引導工具運動的位置，這樣其不會受到地層中材料活化以及中子源200引起的向下流動的泥漿的影響。
另外，為了避免測量從γ射線源200發(fā)射的γ射線，天然γ射線探測器也應該離開γ射線源201足夠的距離。
中子測量裝置200和201的重疊，與電阻率天線204一起允許獲得一種比圖1中現(xiàn)有技術中的工具20明顯短的工具205。
耐磨帶208可設置于靠近電阻率天線204的位置，以阻止通過與地層的接觸或摩擦對電阻率天線204造成損害。
圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的工具300的另一個實施例。
一些在圖3和圖2中已經使用的附圖標記涉及相同的部件。
γ射線密度部分和天然γ射線部分與圖2中說明的各自相應部分相同?，F(xiàn)在將描述圖2中說明的工具不同于工具300的特定特征。
在工具300中，化學中子源200被脈沖中子源301替代，例如，一個利用d-T反應的中子發(fā)生器。所述脈沖中子源301包括高壓電源，通常在70至100kv范圍內，和一種真空管，該真空管首先產生氘和氚離子，然后在一個包含氚和氘的目標上加速。氚核和氘核之間的反應導致具有約14MeV能量的中子的發(fā)射。
工具300的中子測井孔隙度部分與電阻率部分交錯。中子測井孔隙度部分與γ射線密度部分間隔一定距離設置，該距離足以阻止脈沖中子源301發(fā)射的中子引起的輻射到達γ射線密度部分。相似地，中子部分和γ射線部分兩者之間的距離阻止γ射線源發(fā)射的γ射線引起的輻射到達中子部分。中子部分和γ射線部分間隔的距離通?？蔀?，2米并且需要與所使用的源的長度適合。
優(yōu)選地，該中子測井孔隙度部分設置在工具300上，這樣當將工具300插入井筒時，在中子測井孔隙度測量之前，可首先對γ射線密度進行測量。這可阻止密度測量被地層和從中子測井孔隙度部分發(fā)射的中子產生的鉆井液活化所偏移(bias)。倘若在γ射線密度測量之前需要依次進行中子測井孔隙度測量，那么必須矯正密度測量。
中子測量裝置202位于遠離脈沖中子源301的兩個不同距離。該中子探測器202為熱中子探測器和/或超熱中子探測器，例如，3He正比例探測器。工具300還包括兩個與中子測井孔隙度部分交錯的γ射線探測器302。不同的屏蔽裝置可用于使從源301到探測器202的直接通道最小化，并且加強方位響應。所述屏蔽裝置還允許減少γ射線探測器302對由工具300的γ射線源201產生的γ射線的探測。當靠近中子發(fā)生器301或靠近γ射線探測器302使用時，所述屏蔽材料通常可為鎢(未在圖3中示出)，當靠近中子探測器202使用時，可為10B(硼10)(未在圖3中示出).
中子監(jiān)測器303設置在靠近中子源301處以便于確定或監(jiān)測中子源的輸出。中子源輸出的測量可用于在中子探測器202或γ射線探測器302測量的計數(shù)率的標準化。它也可以用于調節(jié)中子源輸出。中子源監(jiān)測器303通?？膳c探測反沖質子的塑料閃爍體一起實現(xiàn)。
γ射線探測器302最好使用閃爍探測器，例如，NaI(Th)，BGO，CsI，GSO等。每個γ射線探測器302設置在距離中子源301不同的距離。距離所述源301最近的探測器302可用于通過測量和分析捕獲的γ射線光譜確定地層的元素組成。此外，為了減少地層和井筒的中子俘獲截面，后面的探測器302可用于測量熱γ射線的衰減。另外，后面的探測器302可用于測量高能中子非彈性反應(inelastic reactions)的γ射線光譜。為了增加地層元素組成的測量和/或用于補償密度測量，這些γ射線光譜可用于分析。
距離所述源301最遠的一個特殊的探測器302可用于測量非彈性γ射線光譜和計數(shù)率，這些反過來可用于推測地層體積密度。另外，即使具有非常少的統(tǒng)計量，該探測器也可測量俘獲γ射線光譜和熱γ射線衰減。
與圖2中的工具相似，電阻率天線204與中子源301和探測器202重疊。電阻率天線204可用作發(fā)射天線和接收天線。為了在中子測井孔隙度部分獲得改進的原子核測量性能，孔隙度天線204的定位可以不同。
優(yōu)選的是，中子源301與最接近源的中子探測器202之間的距離可在20cm到40cm之間。距離所述源更遠的中子探測器202與源之間的距離可為50cm到80cm。
優(yōu)選的是，中子源301與離源最近的γ射線探測器302之間的距離可在20cm到50cm之間，盡管所述源301與距離該源最遠的探測器302之間的距離可在60cm到100cm之間或者根據(jù)中子源301的長度可以更遠。
圖3說明了中子探測器202和γ射線探測器302處于交替的位置，可以理解，這僅僅是一個示例，也可以設想其它的位置。例如，為了同時進行中子和γ射線測量，中子探測器202和γ射線探測器302可距離所述源301相同的距離，彼此鄰接或結合。也可以設想，γ射線探測器位于中子源上部和中子探測器位于中子源下部。
圖5說明了與電阻率部分重疊的中子測井孔隙度部分的一個實施例在縱向和橫向的工具截面圖。所述中子測井孔隙度部分測量裝置位于鉆挺500內部，安裝在底盤501內。底盤501限定了允許泥漿流經工具的泥漿通道502。中子測井孔隙度部分測量裝置包括脈沖中子源503和中子探測器504。為了在鉆井時探測器504超前所述源，當工具被插入井筒時，中子源503所位于的工具一側通常位于朝向井口位置。
靠近所述源503設置的鎢塊505，例如，位于圖5中所述源503的右側，阻擋γ射線的傳送和減少從源503朝向探測器504的中子的直接流量。
最接近源503的中子探測器504，在一個密度中性位置(density neutralposition)，實際上可以為一套包括超熱中子探測器和熱中子探測器的中子探測器，并且可用于執(zhí)行近計數(shù)率測定，從而獲得直接的含氫指數(shù)測量。概念“密度中性”表示在該位置中子計數(shù)率為地層含氫指數(shù)和其它環(huán)境變量的函數(shù)。然而，該中子計數(shù)率不受地層體積密度的影響，其不伴有地層含氫指數(shù)的變化。距離源503最遠的中子探測器504實際上可為一套熱中子探測器，和可用于遠計數(shù)率測量。該中子測井孔隙度的確定基于遠近計數(shù)率的比率。
為了減少通過井筒或通過泥漿管路移動的中子信號，中子探測器利用中子擋板來屏蔽，例如10B擋板。
第一γ射線探測器507位于兩套中子探測器506之間。該第一γ射線探測器507可主要用于俘獲γ射線光譜的測量和一個∑(sigma)測定?！茷榈貙拥暮暧^俘獲截面?！葡喾吹厣婕盁嶂凶铀プ儠r間。
第二γ射線探測器508可產生測量，該測量可結合來自第一γ射線探測器507的測量進行分析以便獲得脈沖中子密度測量。另外，該探測器可用于獲得具有更深入研究的∑測量。
設置在鉆挺500表面的擋板509將鉆挺與可被鉆挺俘獲并導致強的γ射線背景輻射的熱中子屏蔽，該背景輻射增加了來自井筒和地層的信號。擋板509減少了γ射線探測器507和508內由于鉆挺500和底盤501內中子俘獲所產生的背景信號。
電阻率天線510設置于工具的外緣。電阻率天線510的位置可以被優(yōu)化為相對于探測器506相適合從而改善中子探測?？蛇x擇的是，該天線可與鉆挺一體安裝或可安裝于鉆挺內部或安裝于底盤上，在這種情況下，槽(slots)必須做在鉆挺內部從而確保其足以透過電磁場。
中子探測器504的輸出響應可作為相對于脈沖中子源503產生的中子爆發(fā)的時間的函數(shù)被記錄，另外，對于每次儲存還作為方位的函數(shù)。更精確的是，超熱探測器輸出響應涉及的時間可在中子爆發(fā)后幾十微秒期間，以確定超熱中子衰減現(xiàn)象，即，減速時間SDT。利用熱中子衰減引起的熱中子探測器的輸出響應，可減小地層俘獲截面(∑)。
第一γ射線探測器507的輸出響應作為下列參數(shù)的函數(shù)得到記錄時間，沉積在探測器中的γ射線能量，以及方位。后者的輸出響應可用于確定非彈性的和俘獲γ射線光譜以及∑。
第二γ射線探測器508的輸出響應以與γ射線探測器507相似的方式被記錄，并且通常用于確定γ射線誘導的中子密度和光譜學，和∑信息，如果統(tǒng)計精度足夠。
如先前在圖3中所述的，輸出響應，即，在探測器獲得的計數(shù)率，通過計數(shù)率除以如中子監(jiān)測器600測定的源503發(fā)射的中子速率實現(xiàn)標準化。因此，根據(jù)單個中子探測器506確定孔隙度響應成為可能。單套探測器506的超熱響應和熱響應之間的差別可作為熱中子吸收者存在的指示，并與∑相關。
其它的傳感器可加在鉆挺上而不會增加其長度。這些傳感器可為測量工具偏離(tool stand off)的超聲裝置，確定井筒內壓力的壓力傳感器或確定泥漿特性的附加的小裝置。這還可以包括直接的局部電阻率測量裝置。
作為確定工具偏離井壁的手段的超聲測量在本行業(yè)中是熟知的。通過從工具發(fā)射超聲波脈沖并且確定發(fā)射和在工具內測定到反射信號(回聲)之間的時間延遲來確定所述工具偏離。如果在泥漿中的傳播速度是已知的，那么離開地層的工具偏離就可以得到計算。
壓力傳感器通常用于LWD和MWD工具上。壓力傳感器通常為應變計。鉆進時，壓力測量有很多應用。例如，壓力測量可用于確保井底壓力既不會過低也不會過高，或用于如循環(huán)液漏失的鉆井問題的早期探測。壓力測量也使估計泥漿比重成為可能，并因此獲得對泥漿中聲波傳播速度的更好的估計。
局部電阻率測量可增加到使用電傳感器測量地層電阻率的工具上。這樣的電傳感器(galvanic sensor)通過穿過工具的各個部分施加能夠使電流從工具流到地層的電壓差來測量電阻率。例如，該電壓差可通過感應方式產生，例如，通過使用環(huán)形線圈，或通過使用電極。該形成的電流可通過相同的方式測量。
在一個優(yōu)選實施例中，電阻率部分還包括傾斜的天線。這允許電阻率的方位感應測量。方位靈敏度在如地質導向應用中很重要，而且也用于通過確定地層傾角更好地進行地質評價。
數(shù)據(jù)處理圖6示意性地說明了圖5中所示工具的作為時間、方位和能量函數(shù)的數(shù)據(jù)采集過程。
從每個探測器506、507和508獲得信號。圖6中說明的探測器506N1和506N2與最靠近中子源503設置的該套中子探測器一致。探測器506F1和506F2與距離中子源503最遠設置的該套探測器一致。
中子監(jiān)測器600靠近中子源503設置從而說明脈沖中子爆發(fā)受到監(jiān)測。
探測器506、507和508的信號被作為部分601在井筒內的工具方位的函數(shù)記錄。根據(jù)測量的方位分辨率，方位扇形的間隔尺寸(granularity)可以不同。例如，可選擇4象限(4quadrant)的間隔尺寸。
在部分603，測量的計數(shù)作為中子或γ射線到達探測器的時間的函數(shù)被儲存(bin)。到達時間可相對于脈沖中子源503產生的中子脈沖循環(huán)得到測量。
時間倉(time bin)的寬度和時間倉的數(shù)目可以從一個探測器到另一個探測器不同，甚至對于一個探測器也可以不同。
在部分604，光譜數(shù)據(jù)可由γ射線探測器507和508獲得。信號根據(jù)在探測器輸出處的所測量的信號的脈沖高度而被儲存(bin)。
為了獲得可用于進一步處理從探測器506、507和508獲得的數(shù)據(jù)的中子的絕對計數(shù)，可利用中子監(jiān)測器600和計數(shù)設備602對中子源503的輸出進行測量。
為了避免從一個工具到另一個工具的測量結果的不同，可使用校準605對計數(shù)率進行校準。
在部分601、602和603獲得的數(shù)據(jù)被標準化(606)并且有利于數(shù)據(jù)處理607。數(shù)據(jù)處理607可以實時進行，例如，數(shù)據(jù)可被實時向井上輸送，或者數(shù)據(jù)可存儲于工具的存儲器內用于以后處理，例如，當工具返回地面時進行處理。
圖7說明了本發(fā)明的工具的另一個優(yōu)選實施例。圖7中的工具包括與中子測井孔隙度部分(301、303、202、302)重疊的電阻率部分(204)，和與圖3中說明的工具相似的天然γ射線探測器206。與圖3中的工具的不同點在于圖7中的工具沒有包含任何γ密度部分。天然γ射線探測器206與脈沖中子源間隔的距離通常超過1、2米。
作為省略γ密度部分的結果，圖7中的工具通常比圖3中的工具短。
本發(fā)明的工具具有不同的優(yōu)點。
本發(fā)明工具的第一個優(yōu)點可以從工具長度的減少上看到。本發(fā)明的三組合的長度減少到小于10米。在圖7的實施例中長度可以減少到更少。較少的長度可以使本發(fā)明的工具在現(xiàn)有技術的三組合不能夠進入的困難環(huán)境中使用，在這種困難的環(huán)境中，所述測量不得不使用多個工具，并可能在井中多次起下管柱(multiple trips)。本發(fā)明的工具能夠集成現(xiàn)有技術中使用2到4種不同工具達到的多個測量。本發(fā)明的工具能夠在比現(xiàn)有技術更短和集成更高的單個工具中進行全部所述測量。
本發(fā)明的工具的第二個優(yōu)點可從降低的成本上看到?？梢钥闯觯景l(fā)明的工具可以比現(xiàn)有技術的三組合更便宜地生產。
本發(fā)明的第三個優(yōu)點是，本發(fā)明三組合的更短的長度允許對測量裝置的測量采用更簡單和更精確的分析。尤其是，電阻率測量裝置和中子測量裝置的重疊允許對兩種測量，彼此相對靠近的測量點或相同的點獲得同時的或類似同時的測量。因此，電阻率和中子測量可以很容易地被關聯(lián)，產生對測量更精確的解釋和對地層更精確的理解。
集成的另一個優(yōu)點是，本發(fā)明的工具的探測器比在現(xiàn)有技術的工具中更靠近鉆頭設置，在穿過地層后提供更早時間的測量。這或許具有重要的應用，例如，在地質導向中。
本發(fā)明的不同實施例已經利用LWD工具進行了解釋?？梢岳斫猓景l(fā)明也可以用在通常用于在鉆井后調查井筒的電纜測井中。
在一個可替換的優(yōu)選實施例中，在密度測量下交錯電阻率天線是可能的。
在另一個優(yōu)選實施例中，所述天線可與中子部分和密度測量部分重疊。
雖然本發(fā)明已經相對于有限的實施例進行了描述，但是從該公開中獲益的本領域的技術人員，將會理解在沒有脫離在此所公開的本發(fā)明范圍的情況可設計出其它實施例。因此，本發(fā)明的范圍應僅由權利要求書所限制。
權利要求
1.一種測量井筒周圍地層特性的儀器，包括具有多個在所述儀器縱向上彼此間隔的天線的電阻率測量裝置；包括至少一個中子源和至少一個中子探測器的中子測量裝置，每個所述中子測量裝置在所述儀器縱向上與所述中子源間隔一距離；其中，所述多個天線與所述中子測量裝置交錯，以便減少所述儀器的總長度，并以便允許使用所述中子測量裝置和所述電阻率測量裝置同時對地層的確定區(qū)域進行測量。
2.根據(jù)權利要求1所述的儀器，其中，還包括與所述中子測量裝置交錯的第一多個γ射線探測器，所述第一多個γ射線探測器中的每一個在所述儀器的縱向上與所述中子源間隔一距離。
3.根據(jù)權利要求2所述的儀器，其中，還包括天然γ射線探測器，其中所述天然γ射線探測器在所述儀器的縱向上與所述中子源間隔。
4.根據(jù)權利要求3所述的儀器，其中，所述中子測量裝置相對于所述天然γ射線探測器縱向地設置在所述儀器的尾側，所述尾側相對于所述儀器在井筒的運動而被限定。
5.根據(jù)權利要求1所述的儀器，其中，還包括包括至少一個γ射線源和第二多個γ射線探測器的γ射線測量裝置，所述第二多個γ射線探測器的每一個在所述儀器的縱向上與所述γ射線源間隔一距離。
6.根據(jù)權利要求5所述的儀器，其中，所述中子測量裝置相對于所述γ射線測量裝置縱向地設置在所述儀器的尾側，所述尾側相對于所述儀器在井筒的運動而被限定。
7.根據(jù)權利要求4所述的儀器，其中，還包括X射線測量裝置，所述X射線測量裝置包括至少一個X射線源和X射線探測器，所述X射線探測器在所述儀器的縱向上與所述X射線源間隔一距離。
8.根據(jù)權利要求1所述的儀器，其中，還包括天然γ射線探測器，其中所述天然γ射線探測器在所述儀器的縱向上與所述中子源間隔。
9.根據(jù)權利要求8所述的儀器，其中，所述中子測量裝置相對于所述天然γ射線探測器縱向地設置在所述儀器的尾側，所述尾側相對于所述儀器在井筒的運動而被限定。
10.根據(jù)權利要求9所述的儀器，其中，還包括包括至少一個γ射線源和第二多個γ射線探測器的γ射線測量裝置，所述第二多個γ射線探測器的每一個在所述儀器的縱向上與所述γ射線源間隔一距離。
11.根據(jù)權利要求10所述的儀器，其中，所述中子測量裝置相對于所述γ射線測量裝置縱向地設置在所述儀器的尾側。
12.根據(jù)權利要求9所述的儀器，其中，還包括X射線測量裝置，所述X射線測量裝置包括至少一個X射線源和X射線探測器，所述X射線探測器在所述儀器的縱向上與所述X射線源間隔一距離。
13.根據(jù)權利要求1所述的儀器，其中，所述中子測量裝置包括脈沖中子源。
14.根據(jù)權利要求13所述的儀器，其中，還包括與所述中子測量裝置交錯的第一多個γ射線探測器，所述第一多個γ射線探測器的每一個在所述儀器的縱向上與所述中子源間隔一距離。
15.根據(jù)權利要求13所述的儀器，其中，還包括測量所述中子源輸出的中子監(jiān)測器。
16.根據(jù)權利要求1所述的儀器，其中，所述中子測量裝置包括化學中子源。
17.根據(jù)權利要求1所述的儀器，其中，還包括超聲測量裝置。
18.根據(jù)權利要求1所述的儀器，其中，還包括泥漿壓力傳感器。
19.根據(jù)權利要求1所述的儀器，其中，還包括至少一個電的電阻率傳感器。
20.根據(jù)權利要求1所述的儀器，其中，還包括傾斜的天線線圈，以實現(xiàn)具有方向敏感性的電磁測量。
21.根據(jù)權利要求1所述的儀器，其中，所述儀器安裝于隨鉆測井儀上。
22.根據(jù)權利要求1所述的儀器，其中，所述儀器安裝于電纜測井儀上。
23.一種用于測量井筒周圍地層特性的儀器，包括具有多個在所述儀器的縱向上彼此間隔的天線的電阻率測量裝置；包括至少一個γ射線源和多個γ射線探測器的γ射線測量裝置，所述多個γ射線探測器中的每一個在所述儀器的縱向上與所述γ射線源間隔一距離；其中，所述多個天線與所述γ射線測量裝置交錯，以便減少所述儀器的總長度，并且以便允許使用所述γ射線測量裝置和所述電阻率測量裝置對所述地層的確定區(qū)域同時測量。
24.根據(jù)權利要求23所述的儀器，其中，還包括X射線測量裝置，所述X射線測量裝置包括至少一個X射線源和X射線探測器，所述X射線探測器在所述儀器的縱向上與所述X射線源間隔一距離。
25.根據(jù)權利要求23所述的儀器，其中，還包括超聲測量裝置。
26.根據(jù)權利要求23所述的儀器，其中，還包括泥漿壓力傳感器。
27.根據(jù)權利要求23所述的儀器，其中，還包括至少一個電的電阻率傳感器。
28.根據(jù)權利要求23所述的儀器，其中，還包括傾斜的天線線圈，以實現(xiàn)具有方向敏感性的電磁測量。
29.根據(jù)權利要求23所述的儀器，其中，所述儀器安裝于隨鉆測井儀上。
30.根據(jù)權利要求23所述儀器，其中，所述裝置安裝于電纜測井儀上。
31.一種處理來自于攜帶至少一個中子源，中子探測器和γ射線探測器的測井儀的數(shù)據(jù)的方法，包括對分別來自每個探測器的輸出信號計數(shù)，作為所述測井儀方位位置的函數(shù)；分別為每個探測器對用于方位位置的已計數(shù)的輸出信號計數(shù)，作為所述輸出信號的到達時間的函數(shù)；分別為每個γ射線探測器對用于方位位置的已計數(shù)的輸出信號計數(shù)，作為所述輸出信號的脈沖高度的函數(shù)。
32.根據(jù)權利要求31所述的方法，其中，利用所述中子源輸出的絕對值對所述已計數(shù)的信號進行標準化，所述絕對值來自于中子監(jiān)測裝置。
全文摘要
一種用于測量井筒周圍地層特性的儀器，包括具有多個在儀器縱向彼此間隔的天線的電阻測量裝置。所述儀器的中子測量裝置包括至少一個中子源和至少一個中子探測器，每個中子探測器在儀器縱向上與所述中子源相距一定距離。所述多個天線與所述中子探測器交錯，以便減少儀器的總長度，并且以便允許使用所述中子探測器和所述電阻率測量裝置對所述地層的已確定區(qū)域同時進行測量。
文檔編號G01V5/12GK1864081SQ200480028656
公開日2006年11月15日 申請日期2004年8月2日 優(yōu)先權日2003年8月7日
發(fā)明者簡·W·斯米茨, 克里斯琴·斯托勒, 邁克爾·伊萬斯, 帕特里克·菲斯勒, 羅伯特·阿道夫 申請人:普拉德研究及發(fā)展公司