專利名稱：隨鉆測(cè)量用的基于加速器的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來(lái)說(shuō)涉及在鉆穿地下地層的同時(shí)研究該地下地層，更具體地說(shuō)，涉及鉆井時(shí)基于中子加速器進(jìn)行測(cè)量的方法和裝置。就其最廣泛的意義來(lái)說(shuō)，所公開的某些技術(shù)也還涉及電纜測(cè)井。
借助中子通量隨距中子源的距離衰減來(lái)測(cè)量一個(gè)井眼四周的地下地層的孔隙度在電纜測(cè)井領(lǐng)域中是眾所周知的。特別是超熱測(cè)井下井儀對(duì)地層中的氫密度或濃度敏感。由于一般是在地層流體中發(fā)現(xiàn)氫，氫濃度與地層的孔隙空間的量有關(guān)，因而就與地層的孔隙度有關(guān)。不過(guò)，對(duì)于給定的孔隙度，巖石骨架密度的增加(保持相同的骨架化學(xué)組份)可導(dǎo)致超熱中子探測(cè)器計(jì)數(shù)率(例如，對(duì)于60cm的源至探測(cè)器間距)減少。對(duì)于給定的巖石骨架密度如果增加孔隙度時(shí)，這種計(jì)數(shù)率變化所呈現(xiàn)的方向相同。這樣，中子孔隙度測(cè)量本身不能清楚地確定未知組份地層的孔隙度。
因此，在電纜測(cè)井中，傳統(tǒng)上通過(guò)使一個(gè)基于γ射線康普頓散射的第二下井儀與中子孔隙度下井儀下降相同的深度間隔，對(duì)所感興趣的地層的體密度進(jìn)行測(cè)量。巖石骨架密度的增加也會(huì)導(dǎo)致密度下井儀中探測(cè)器計(jì)數(shù)率的減少。另一方面，對(duì)于給定的巖石骨架密度，如果孔隙度增加，則密度下井儀探測(cè)器計(jì)數(shù)率增加。這樣，巖石骨架密度和孔隙度的變化對(duì)中子孔隙度和康普頓散射密度下井儀有一些互補(bǔ)的效應(yīng)，可通過(guò)繪制這兩種下井儀的響應(yīng)曲線的交會(huì)圖來(lái)抵消這些效應(yīng)。利用這樣的一些交會(huì)圖，可解決物理問(wèn)題，并可確定巖石骨架密度和組份(巖性學(xué))的變化。因?yàn)榛鶐r孔隙空間中含有氣體也影響中子孔隙度和密度下井儀的響應(yīng)曲線，因而對(duì)于某些情況，就可以借助中子/密度交會(huì)圖來(lái)檢測(cè)氣體的存在。
盡管這樣的一些電纜孔隙度和密度測(cè)井下井儀提供了許多有關(guān)地下地層的有用信息，但只有在鉆孔完成并去除鉆具組之后才能使用它們，這可能在鉆孔完成后數(shù)小時(shí)或甚至數(shù)天。結(jié)果，地層和鉆孔可能發(fā)生了變化，這變化掩蔽或掩蓋了重要的所研究的巖石物理性質(zhì)。例如，洗井液浸入地層和在鉆孔壁上形成泥餅這兩者都會(huì)對(duì)許多測(cè)井測(cè)量產(chǎn)生副作用，這許多測(cè)井測(cè)量包括γ射線體積密度測(cè)量和中子孔隙度測(cè)量。這兩種測(cè)量也受到泥餅密度的影響，以及受到可能會(huì)出現(xiàn)的鉆孔壁的脫落或坍塌的影響。電纜測(cè)井儀的另外一些缺點(diǎn)包括鉆井時(shí)間和花費(fèi)上的損失以及升降鉆具組的延時(shí)，升降鉆具組是為了把電纜測(cè)井儀下降到鉆孔內(nèi)。因此，如果在進(jìn)行鉆井操作本身同時(shí)能進(jìn)行密度和中子孔隙度測(cè)量，這會(huì)是相當(dāng)有益的。
已有技術(shù)中，已作出一些努力來(lái)提供在鉆進(jìn)同時(shí)的核(γ射線密度或中子孔隙度)地層評(píng)價(jià)，例如，見美國(guó)專利No.4,596,926、No.4,698,501、No.4,705,944、No.4,879,463以及No.4,814,609。不過(guò)，傳統(tǒng)的體積密度測(cè)量技術(shù)需要γ射線源，通常為一個(gè)137CS同位源。傳統(tǒng)的中子孔隙度測(cè)量技術(shù)同樣采用一個(gè)同位素化學(xué)源，例如AmBe。從輻射安全性來(lái)看，這樣的一些放射性化學(xué)源具有一些明顯的缺點(diǎn)。特別是在涉及應(yīng)用到隨鉆測(cè)量的情況時(shí)，在此，操作條件使得放射源更可能丟失，并且它的找回比傳統(tǒng)電纜測(cè)井操作更困難。的確，前述的那些有關(guān)隨鉆測(cè)量的已有技術(shù)的專利相當(dāng)部分集中于防止丟失或如果丟失，恢復(fù)這樣的化學(xué)源上。
盡管最近已開發(fā)了基于加速器的電纜孔隙度下井儀，例如，見Albals等人的美國(guó)專利No.4,760,252，這樣的一些下井儀并不能直接轉(zhuǎn)用于隨鉆測(cè)量，原因在于在這些應(yīng)用中存在的大量鋼和洗井液對(duì)下井儀響應(yīng)曲線的干擾效應(yīng)。況且，對(duì)于密度測(cè)井，目前沒(méi)有取代137CSγ射線源的實(shí)用且經(jīng)濟(jì)的基于加速器的另外裝置。因此，就需要一種鉆井時(shí)測(cè)量用的采用加速器的下井儀，這種下井儀不需要傳統(tǒng)的中子孔隙度和體積密度下井儀的放射性化學(xué)源。
按照本發(fā)明，通過(guò)提供隨鉆測(cè)量用的裝置和方法，滿足了現(xiàn)有技術(shù)的前述和其它一些要求，該裝置包括一個(gè)在鉆具組鉆鋌部分中的高能(優(yōu)選14Mev)中子加速器、以及至少一個(gè)與該加速器間隔開的輻射(中子或γ射線)探測(cè)器，該探測(cè)器用于測(cè)量來(lái)自周圍地層的中子輻射結(jié)果。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在鉆鋌中配置一個(gè)用于監(jiān)測(cè)中子源能量的近距中子探測(cè)器、一個(gè)主要是對(duì)地層氫濃度敏感的中距的超熱中子探測(cè)器、以及一個(gè)比該超熱中子探測(cè)器對(duì)地層密度更敏感的遠(yuǎn)距探測(cè)器。近距探測(cè)器的輸出用來(lái)規(guī)范其它探測(cè)器相對(duì)于源強(qiáng)變化的輸出結(jié)果。以一種在構(gòu)思上類似于傳統(tǒng)的中子孔隙度-密度交會(huì)圖的方式，把經(jīng)規(guī)范的中距超熱中子探測(cè)器的輸出和經(jīng)規(guī)范的遠(yuǎn)距探測(cè)器的輸出結(jié)合起來(lái)，以獲得地層孔隙度、體積密度和巖性的測(cè)量結(jié)果，和/或探測(cè)氣體。進(jìn)行測(cè)量，并把測(cè)量結(jié)果記錄為在該鉆孔中的鉆孔深度、以及鉆孔傾角或方位角的函數(shù)。
近距探測(cè)器最好是一個(gè)由一種中子減速-吸收材料屏蔽的超熱中子探測(cè)器，這種中子減速-吸收材料實(shí)際上對(duì)源自地層的中子不敏感?？晒┻x擇的另一個(gè)是，它可以包括一個(gè)MeV中子探測(cè)器，例如，一個(gè)4He探測(cè)器或一個(gè)液體閃爍中子探測(cè)器，這些探測(cè)器由一種高Z材料屏蔽。中距的超熱中子探測(cè)器可以是許多構(gòu)成一個(gè)探測(cè)器組合的那些間隔分布的類似的探測(cè)器中的一個(gè)。這個(gè)組合可包括許多沿鉆鋌圓周內(nèi)壁間隔分布的類似的超熱探測(cè)器，用于增強(qiáng)水平分辨率。在這個(gè)組合中還可包括一個(gè)或多個(gè)γ射線探測(cè)器和/或熱中子探測(cè)器。如果愿意的話，可把這些組合探測(cè)器在垂直方向上間隔分布以提高垂直分辨率。遠(yuǎn)距探測(cè)器最好是一種γ射線探測(cè)器，但也可包括一個(gè)高能(＞0.5MeV)中子探測(cè)器，例如，一個(gè)4He或液體閃爍探測(cè)器。另一種選擇是，可配置一個(gè)遠(yuǎn)距γ射線和一個(gè)遠(yuǎn)距的中子探測(cè)器。在此采用了一個(gè)液體閃爍器，配置該液體閃爍器用于檢測(cè)中子和γ射線。
中子加速器和近距探測(cè)器最好成一直線同軸排列并偏置于鉆鋌的一邊，以便在該鉆鋌的另一側(cè)容納洗井液通道。為了提高對(duì)地層的靈敏度，那些組合探測(cè)器最好偏置于鉆鋌的內(nèi)壁，其背面與鉆孔和傳送中子的鉆鋌屏蔽開。那(些)個(gè)遠(yuǎn)距探測(cè)器最好與加速器和近距探測(cè)器同軸。它也屏蔽了沿著鉆孔和鉆鋌流動(dòng)的中子流。
最好在探測(cè)器組合中的每個(gè)中子探測(cè)器的對(duì)面配置一個(gè)透過(guò)中子的窗口，以便進(jìn)一步提高地層靈敏度并增加研究深度。中子窗口的構(gòu)成最好包括一種低散射截面的材料，例如，被鎧裝在硼或其它吸收中子的材料中的鈦，以便使漏進(jìn)鉆鋌中的中子最少。還可配置一個(gè)外部中子吸收層，以便進(jìn)一步減少流進(jìn)鉆鋌中的中子，這個(gè)外部中子吸收層對(duì)應(yīng)中子窗口的位置有一些開口。作為一種可供選擇的中子窗口構(gòu)造，可在鉆鋌中配置一些吸收中子材料的橫向和/或縱向?qū)?，以便衰減其中的縱向和/或圓周方向的中子流。
除了上述交會(huì)圖技術(shù)外，如果愿意的話，也可分開處理中距探測(cè)器的輸出和遠(yuǎn)距探測(cè)器的輸出，以便獲得其它感興趣的信息。例如，可從由那(些)個(gè)超熱中子探測(cè)器產(chǎn)生的減速時(shí)間曲線導(dǎo)出孔隙和下井儀與井壁之間間隙的測(cè)量結(jié)果，并可從組合γ射線探測(cè)器中所記錄的γ射線能譜的頻譜分析獲得地層化學(xué)組份的信息。可作為一種選擇，這樣的一種頻譜分析可以基于一個(gè)檢測(cè)γ射線的遠(yuǎn)距探測(cè)器的輸出。熱中子探測(cè)器的輸出用于確定地層宏觀俘獲截面和下井儀與井壁之間的測(cè)量間隙。根據(jù)γ射線探測(cè)器的輸出也可確定熱中子宏觀俘獲截面或者與之相關(guān)的熱中子衰減時(shí)間恒量。這些附加的測(cè)量結(jié)果本身就是有用的，或者在解釋基本交會(huì)圖時(shí)是有用的。
從下面那些代表性的實(shí)施例的描述，并參照附圖，可進(jìn)一步了解本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)，在附圖中

圖1是部分以方框圖形式示出的、按照本發(fā)明構(gòu)造的隨鉆測(cè)量用裝置的一個(gè)實(shí)施例的一張示意圖，此裝置包括一個(gè)懸掛于一個(gè)旋轉(zhuǎn)鉆井平臺(tái)上的鉆具組；圖2是部分以示意性的形式示出的、包括中子加速器和相關(guān)的輻射探測(cè)器在內(nèi)的井下測(cè)量組件的一個(gè)實(shí)施例的一張垂直剖面圖；圖3是沿圖2的3-3線所取的水平剖面圖，此圖顯示了近距探測(cè)器相對(duì)于鉆鋌的優(yōu)選位置；圖4是沿圖2的4-4線所取的水平剖面圖，此圖顯示了組合探測(cè)器和相關(guān)的中子窗口相對(duì)于鉆鋌的一種構(gòu)造；圖5是一張局部水平剖面圖，此圖示出了一個(gè)組合超熱中子探測(cè)器和與其相關(guān)的中子窗口的另一種結(jié)構(gòu)；圖6是井下測(cè)量組件的另一個(gè)實(shí)施例的一張局部垂直剖面圖，此圖顯示了中子窗口另一個(gè)可供選擇的實(shí)施例；圖7是沿圖6的7-7線所取的一張外部視圖，此圖顯示了圖6的中子窗口的外部結(jié)構(gòu)；圖8是一張類似于圖7的外部視圖，此圖顯示了中子窗口的另一個(gè)實(shí)施例的外部結(jié)構(gòu)；圖9是由圖2的采用加速器的下井儀的蒙特卡羅模型所確定的、一個(gè)近距超熱中子探測(cè)器的反向經(jīng)規(guī)范的通量與一個(gè)遠(yuǎn)距γ射線或中子探測(cè)器經(jīng)規(guī)范的反向通量的函數(shù)關(guān)系曲線的交會(huì)圖；圖10是由圖2的采用加速器的下井儀的蒙特卡羅模型所確定的、含氫指數(shù)與反向通量的函數(shù)關(guān)系曲線的交會(huì)圖，這交會(huì)圖是對(duì)于幾種標(biāo)準(zhǔn)巖性的、不同的中子和γ射線能量和源/探測(cè)器間距的交會(huì)圖11是對(duì)于幾種標(biāo)準(zhǔn)巖性的、反向ev或MeV的減速長(zhǎng)度與一個(gè)遠(yuǎn)距探測(cè)器的反向ev和Mev中子通量的函數(shù)關(guān)系曲線的交會(huì)圖；圖12是含氫指數(shù)與中子減速長(zhǎng)度的函數(shù)關(guān)系曲線的一張交會(huì)圖，這張交會(huì)圖是在三種標(biāo)準(zhǔn)巖性下，ev和MeV這兩個(gè)中子能量范圍內(nèi)的交會(huì)圖；圖13是在三種標(biāo)準(zhǔn)巖性下、一個(gè)組合探測(cè)器的經(jīng)規(guī)范的反向超熱中子通量與一個(gè)遠(yuǎn)距探測(cè)器經(jīng)規(guī)范的反向MeV通量的函數(shù)關(guān)系曲線的交會(huì)圖；圖14A是作為多孔砂巖化學(xué)元素和含氫指數(shù)的函數(shù)的超熱中子密度-減速長(zhǎng)度靈敏度比的曲面圖；圖14B是作為多孔砂巖化學(xué)元素和含氫指數(shù)的函數(shù)的MeV中子密度-減速長(zhǎng)度靈敏度比的曲面圖；圖15A是圖14A曲面圖的投影圖；圖15B是圖14B曲面圖的投影圖；及圖16是對(duì)于局部氣體飽和地層和局部帶有粘土的高嶺土地層的含氫指數(shù)與平均密度-減速長(zhǎng)度靈敏度比的函數(shù)關(guān)系曲線的交會(huì)圖。
本發(fā)明在應(yīng)用于隨鉆測(cè)量領(lǐng)域中特別有用，附圖中的圖1示出了這樣的一種應(yīng)用。就這方面來(lái)說(shuō)，除非另外特別指定，此處所用的隨鉆測(cè)量(也叫作隨鉆進(jìn)行測(cè)量和隨鉆測(cè)井)打算包括，在鉆井、停歇和/或起降期間，以鉆頭和至少一些鉆具組在地下鉆孔里記錄數(shù)據(jù)和/或進(jìn)行測(cè)量。不過(guò)，應(yīng)該了解，本發(fā)明的某些方面也應(yīng)用于電纜測(cè)井。
如圖1所示，一個(gè)平臺(tái)和鉆井架10定位在用旋轉(zhuǎn)鉆井法在地下所形成的一個(gè)鉆孔12的上方。一個(gè)鉆具組14懸掛在該鉆孔內(nèi)，該鉆具組包括鉆具組14下端的一個(gè)鉆頭16。用一個(gè)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)18(由未示出的裝置帶動(dòng))來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具組14和連在其上的鉆頭16，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)18在該鉆具組的上端接合一個(gè)方鉆桿20。上述鉆具組掛在連接到一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪(未示出)上的鉤子22上。這個(gè)方鉆桿通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)頭24連接到上述鉤子上，轉(zhuǎn)頭24使得上述鉆具組能相對(duì)于所述鉤子旋轉(zhuǎn)。另一方面，鉆具組14和鉆頭16可以用一個(gè)“頂部驅(qū)動(dòng)”型的鉆井設(shè)備轉(zhuǎn)離地面。
洗井液或泥漿26容納在鄰近井架10的一個(gè)泥漿坑28中。泵30把洗井井液經(jīng)由轉(zhuǎn)頭24中的一個(gè)口泵進(jìn)鉆具組，以便穿過(guò)鉆具組14的中心向下流動(dòng)(如流動(dòng)箭頭32所示)。洗井液經(jīng)由鉆頭16中的一些口排出鉆具組，然后，在該鉆具組外部和鉆孔周邊之間的環(huán)形間隙中向上循環(huán)，就如流動(dòng)箭頭34所示的那樣。由此，洗井液潤(rùn)滑鉆頭并把地層巖屑運(yùn)送到地表。洗井液在地表返回泥漿坑28，用于再循環(huán)。如果愿意的話，也可采用具有一個(gè)泥漿電機(jī)的定向鉆井機(jī)組(未示出)，該泥漿電機(jī)具有一個(gè)彎曲的外殼或偏心接頭。
一個(gè)井底裝置(一般用參考標(biāo)號(hào)36標(biāo)明)最好裝在鉆具組14中鉆頭16附近，這個(gè)井底裝置包括一些部件，用于進(jìn)行測(cè)量、處理和存儲(chǔ)信息、以及和地面通信。該井底裝置最好位于鉆頭16的幾個(gè)鉆鋌段內(nèi)。在圖1所示的井底裝置中，示出了一個(gè)鉆鋌穩(wěn)定器部分38直接位于鉆頭16的上方，緊隨其上是一個(gè)鉆鋌部分40、另一個(gè)鉆鋌穩(wěn)定器部分42和另一個(gè)鉆鋌部分44。這種鉆鋌和鉆鋌穩(wěn)定器的安置方式只是說(shuō)明性的，當(dāng)然也可采用其它的安置方式。需要或想要鉆鋌穩(wěn)定器這一點(diǎn)取決于鉆井條件。在圖1所示的實(shí)施例中，井下測(cè)量部件的那些組件最好位于鉆鋌穩(wěn)定器38上方的鉆鋌部分40中。如果愿意的話，這樣的一些組件可以位于更靠近或更遠(yuǎn)離鉆頭16的位置，例如，或者是在鉆鋌穩(wěn)定器38或42中，或者是在鉆鋌部分44中。
井底裝置36還包括一個(gè)遙測(cè)裝置(未示出)，用于與地面的數(shù)據(jù)和控制通信。這樣的裝置可以是任何合適類型的裝置，例如，如美國(guó)專利No.5,235,285中所公開的泥漿脈沖(壓力或聲學(xué))遙測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)接收來(lái)自數(shù)據(jù)測(cè)量傳感器的輸出信號(hào)，并把代表這種輸出的編碼信號(hào)傳輸?shù)降孛?，在地面檢測(cè)該信號(hào)，在接收器子系統(tǒng)46中對(duì)該信號(hào)解碼，并把該信號(hào)送給信息處理系統(tǒng)48和/或記錄器50。信息處理系統(tǒng)48可包含任何合適的程控?cái)?shù)字或模擬計(jì)算機(jī)，而記錄器50最好包括一個(gè)傳統(tǒng)的圖形記錄器，用于把普通的視測(cè)和/或磁測(cè)數(shù)據(jù)記錄為鉆孔深度的函數(shù)。還可配置一個(gè)地面發(fā)送器子系統(tǒng)，用于建立與井底裝置36的向下通信，例如，就如同前述美國(guó)專利No.5,235,285所公開的那樣。
井底裝置36最好還包括通常的采集和處理電子設(shè)備(未示出)，這采集和處理電子設(shè)備包括一個(gè)微機(jī)系統(tǒng)(附帶有存儲(chǔ)器、時(shí)鐘和定時(shí)電路及接口電路)，這個(gè)微機(jī)系統(tǒng)能夠定時(shí)操作加速器和數(shù)據(jù)測(cè)量傳感器、存儲(chǔ)來(lái)自測(cè)量傳感器的數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)結(jié)果、并把想要的任何部分的數(shù)據(jù)耦合給遙測(cè)組件，用于傳輸給地面?；蛘?可選擇的另一種是)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在井下，并在移出鉆具組時(shí)在地面恢復(fù)出來(lái)。美國(guó)專利No.4,972,082和No.5,051,581都公開了用于這些目的井下電路系統(tǒng)。為便于在測(cè)量部件、數(shù)據(jù)采集和處理部件以及數(shù)據(jù)遙測(cè)部件相互之間的電路連接和信號(hào)傳輸，最好把這些組件在鉆具組中彼此相鄰定位。對(duì)于不能做到這一點(diǎn)的情況，可采用前述美國(guó)專利No.5,235,285的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了局部短距離井下通信和井下至地面的通信?？捎秒姵?，或者就像在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的那樣，用一個(gè)由洗井液提供動(dòng)力的井下渦輪發(fā)電機(jī)，給井下電子設(shè)備提供電力。
圖2至圖4示出了井底測(cè)量部件的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，此處，示出了圍繞不銹鋼下井儀機(jī)架54的鉆鋌部分40。鉆鋌可以是任何合適的尺寸，例如，具有8″的外徑和5″的內(nèi)徑。從圖3和圖4可最清楚地看出，一個(gè)縱向延伸的泥漿通道56位于機(jī)架54縱軸方向的一側(cè)，該泥漿通道用于穿過(guò)鉆具組向下運(yùn)送洗井液。一個(gè)加速器58、與其相關(guān)的控制和高壓電子裝置60及一個(gè)同軸對(duì)齊的近距探測(cè)器62偏置機(jī)架54的另一側(cè)。該加速器最好是一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的D-T源(14MeV)。
按照本發(fā)明，近距探測(cè)器62應(yīng)該主要對(duì)加速器的輸出靈敏，且地層影響極小。為此目的，探測(cè)器62可包括一個(gè)超熱中子探測(cè)器，例如，一個(gè)3He比例計(jì)數(shù)器，這個(gè)超熱中子探測(cè)器的位置靠近加速器，且不插入高密度屏蔽。探測(cè)器62的靈敏區(qū)包覆在鎘或其它高熱中子俘獲截面的材料(未示出)中，以便提高對(duì)超熱能級(jí)的檢測(cè)臨界。最好是除了毗鄰加速器58的那個(gè)表面之外，還用一個(gè)耦合有中子減速-吸收材料的屏蔽體64覆蓋探測(cè)器62的所有表面，所述吸收材料的一個(gè)例子是分散在環(huán)氧膠結(jié)料(“B4CE”)(或其它含氫材料)中的碳化硼(或其它1/V類型的吸收體)。美國(guó)專利No.4,760,252陳述了用于這樣一種近距3He探測(cè)器屏蔽體的結(jié)構(gòu)和功能的更詳細(xì)的資料。
可以選擇地，近距探測(cè)器62可以是高能探測(cè)器，例如，一個(gè)4He探測(cè)器該探測(cè)器用鎢、重金屬或其它高Z屏蔽材料圍繞起來(lái)，以便將此探測(cè)器與地層屏蔽開，并使入射到該探測(cè)器上的非來(lái)自地層的中子數(shù)倍增。這種倍增效應(yīng)是由于高Z材料的大的((n，2n)及(n，3n))截面，這種高Z材料把14MeV的源中子轉(zhuǎn)化為大致在6MeV以下的兩或三個(gè)中子，此處4He的散射截面大。這樣，高Z的屏蔽不僅降低了近距探測(cè)器對(duì)被地層散射的中子信號(hào)的靈敏度，而且它還有效地衰減了沿著下井儀方向的源(14MeV)中子能量。
如下所述，如果把遠(yuǎn)距中子探測(cè)器屏蔽在一種B4CE(或類似的減速-吸收)材料中，可用在B4CE中的氫的減速能力來(lái)進(jìn)一步降低中子的能量，而同時(shí)硼的吸收能力用來(lái)衰減低能中子能量。屏蔽材料、中子源附近的高Z材料及后面的B4CE(或類似的)材料的排序是至關(guān)重要的，因?yàn)轭嵉沟捻樞驅(qū)ζ帘胃吣苤凶訜o(wú)效。
不管近距探測(cè)器62是一個(gè)eV探測(cè)器或是一個(gè)MeV探測(cè)器，該近距探測(cè)器的檢測(cè)能量、位置和屏蔽的組合效果應(yīng)該達(dá)到使得該探測(cè)器的輸出對(duì)地層孔隙度相對(duì)不靈敏，而主要是正比于源自加速器的中子通量。那么，可用該近距探測(cè)器62的輸出，規(guī)范其它探測(cè)器對(duì)于源強(qiáng)度起伏的輸出結(jié)果。
探測(cè)器66a、66b、66c及66d的組合或組合的位置在軸向上毗鄰近距探測(cè)器62。該組合至少包括一個(gè)，最好是包括一個(gè)以上的超熱中子探測(cè)器，并至少包括一個(gè)γ射線探測(cè)器。可選擇包括一個(gè)或多個(gè)熱中子探測(cè)器。如圖4示意性繪出的那樣，有兩個(gè)超熱中子探測(cè)器66a和66b、一個(gè)熱中子探測(cè)器66c和一個(gè)γ射線探測(cè)器66d。如果愿意的話，可配置不同數(shù)目的探測(cè)器或探測(cè)器的組合。
超熱中子探測(cè)器66a、66b的主要目的是在足夠靠近中子源的地方測(cè)量地層中的超熱中子通量，以便使得對(duì)一些較重的地層元素的探測(cè)器輸出的影響最小，或至少顯著地減少這個(gè)影響，例如，氧、硅、碳、鈣等，這些元素決定了體積密度，并且使得地層中的氫對(duì)探測(cè)器輸出的影響最大，或至少顯著地增大了這個(gè)影響。這樣定位后，超熱中子探測(cè)器的靈敏度將主要取決于含氫指數(shù)，而只受殘余的巖性影響。要提高對(duì)地層的靈敏度，超熱中子探測(cè)器66a、66b(它們可以是3He比例計(jì)數(shù)器)的位置最好緊靠鉆鋌壁，并且背面被屏蔽，就如同在68a和68b處所示出的那樣，以便降低對(duì)鉆孔內(nèi)中子的靈敏度。屏蔽材料最好是與前述用于近距探測(cè)器62的屏蔽材料相同，即鎘包覆物和B4CE。如下面更充分地說(shuō)明的那樣，透過(guò)中子的窗口70a和70b最好形成在鉆鋌中，以便進(jìn)一步提高探測(cè)器的靈敏度，并提供更大的研究深度。
如圖4所示，超熱中子探測(cè)器66a、66b以及與之相關(guān)的窗口70a、70b最好沿鉆鋌40的圓周間隔開，用于提高傾角或方位角分辨率。可采用任何所想要的探測(cè)器的圓周間隔。盡管示出探測(cè)器66a、66b距加速器58具有相同的縱向間距，但可配置處于不同縱向間距的一個(gè)或多個(gè)另外的探測(cè)器，用于提高垂直分辨率。美國(guó)專利No.4,760,252和No.4,972,082中更詳細(xì)地說(shuō)明了圓周和水平方向上間隔分布的探測(cè)器組合、以及關(guān)于單個(gè)探測(cè)器的結(jié)構(gòu)及其屏蔽的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。如在No.4,972,082號(hào)專利中所述的那樣，減速時(shí)間測(cè)量的高立體分辨率，使得能按照特別有意義和價(jià)值的本發(fā)明進(jìn)行減速時(shí)間方位角測(cè)量。應(yīng)該注意，專利No.4,760,252和No.4,972,082中所述的源/探測(cè)器的間距是用于電纜下井儀的。考慮到這樣一個(gè)事實(shí)，即那些探測(cè)器穿過(guò)鉆鋌來(lái)探測(cè)地層，就應(yīng)該在隨鉆測(cè)量用的下井儀中配置稍微更大的間距。
如在68C處那樣熱中子探測(cè)器66c除了在地層那側(cè)省略了鎘包覆，以便使探測(cè)器對(duì)來(lái)自地層的熱中子靈敏外，同樣可以是類似于超熱中子探測(cè)器66a、66b那樣被屏蔽的一個(gè)3He比例計(jì)數(shù)器。一個(gè)透過(guò)中子的窗口70c配置在毗鄰熱中子探測(cè)器66c的鉆鋌44中?？砂葱枰渲昧硗庖恍嶂凶犹綔y(cè)器，以便獲得所希望的水平和/或垂直分辨率?？梢匀缑绹?guó)專利No.4,760,252相關(guān)部分中所述的那樣，處理來(lái)自一(些)熱中子探測(cè)器66c的輸出信號(hào)，以便導(dǎo)出熱中子孔隙度的測(cè)量結(jié)果，和/或按照美國(guó)專利No.5,235,185所公開的內(nèi)容，得出地層∑和下井儀與井壁之間間隙的測(cè)量結(jié)果。
γ射線探測(cè)器66d可包括任何合適類型的探測(cè)器，例如，NaI、BGO、CsI、蒽、等等，但最好是美國(guó)專利No.4,647,781和No.4,883,956中所公開的鈰激發(fā)原硅酸釓(GSO)探測(cè)器。如在這些專利中所公開的那樣，GSO探測(cè)器最好用硼包圍，以減少熱中子和超熱中子對(duì)該探測(cè)器靈敏度的影響。還可把鎢或其它高密度的屏蔽物質(zhì)(未示出)放在加速器58和GSO探測(cè)器之間，以減少入射到該探測(cè)器的高能中子的通量。
盡管沒(méi)有示出，但可以理解，配置合適的定時(shí)和控制電路系統(tǒng)，以便以脈沖的模式操作加速器58，并按需要選擇性地打開探測(cè)器66d，以檢測(cè)非彈性和/或俘獲γ射線。最好使能量檢測(cè)范圍寬一些，例如，從0.1MeV到11MeV。探測(cè)器66d的主要目的是提供非彈性和/或俘獲γ射線能譜和能量窗口計(jì)數(shù)率。特別是可對(duì)能譜進(jìn)行譜分析，以得到關(guān)于所研究地層的元素組份的信息。Roscoe的美國(guó)專利No.5,440,118中說(shuō)明了用于分析來(lái)自γ射線探測(cè)器66d的頻譜數(shù)據(jù)以便獲得元素光譜及巖性信息的優(yōu)選技術(shù)。
簡(jiǎn)而言之，按照Roscoe所公開的內(nèi)容，通過(guò)一個(gè)最小二乘能譜擬合過(guò)程，分析非彈性散射γ射線譜，以便確定假設(shè)存在于未知地層中的那些化學(xué)元素對(duì)其相關(guān)元素的貢獻(xiàn)，以及對(duì)所測(cè)得的來(lái)自地層的能譜的貢獻(xiàn)。校正硅、鈣和鎂的相對(duì)非彈性產(chǎn)額，以便直接了當(dāng)?shù)毓烙?jì)地層中這些元素的各自的元素濃度，或估計(jì)地層中這些元素的體積百分率或相關(guān)的巖石類型(例如，砂巖、石灰?guī)r和白云巖)。鎂和鈣的相對(duì)非彈性產(chǎn)額的比率表明了地層的白云巖化的程度。基于硅和/或鈣的校正過(guò)的非彈性產(chǎn)額，還可確定來(lái)自被測(cè)量的熱中子俘獲γ射線譜的元素產(chǎn)額的校正過(guò)的估計(jì)，由此可導(dǎo)出所涉及地層巖性的進(jìn)一步信息。
可從超熱中子探測(cè)器66a、66b的輸出導(dǎo)出超熱中子減速時(shí)間及鉆孔壁與下井儀之間隙的測(cè)量結(jié)果。因?yàn)榇嬖谟阢@鋌40和機(jī)架54中的大量鋼起到長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)和吸收中子的作用，所以實(shí)際上降低了探測(cè)器66a、66b對(duì)超熱中子減速時(shí)間的靈敏度。因此，要在鉆進(jìn)同時(shí)測(cè)量超熱中子減速時(shí)間，重要的是相對(duì)于鉆鋌40正確地定位探測(cè)器66a、66b，以便配置適當(dāng)構(gòu)造的中子窗口70a、70b并適當(dāng)?shù)卦诒趁嫫帘翁綔y(cè)器66a、66b。如圖4所示，且如上所述，探測(cè)器66a、66b的靈敏區(qū)最好安裝在緊靠鉆鋌40的內(nèi)壁的下井儀機(jī)架54中，并直接位于該鉆鋌中的各自的中子窗口70a、70b的對(duì)面。除了面向鉆鋌的側(cè)面還最好在兩端及在所有側(cè)面(用B4CE或類似的東西)屏蔽每個(gè)探測(cè)器。窗口70a、70b最好是由鎧裝在硼中的鈦或其它高強(qiáng)度低散射截面的材料制成。為了進(jìn)一步減少中子進(jìn)入鉆鋌40，最好在探測(cè)器的探測(cè)區(qū)域內(nèi)鉆鋌40的外部包以碳化硼層72，該碳化硼層72有一些與窗口70a、70b的位置相對(duì)應(yīng)的孔洞。模擬和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已表明，從以這種方式定位、屏蔽和開窗口的那些探測(cè)器得到的超熱中子減速時(shí)間曲線對(duì)于孔隙度的靈敏度，要大于那些沒(méi)有窗口或外部硼屏蔽的探測(cè)器的結(jié)果。
如圖5示出的另一個(gè)選擇，還可以進(jìn)一步通過(guò)把探測(cè)器74放在鉆鋌40本身內(nèi)來(lái)提高探測(cè)器的靈敏度，并采用碳化硼背面屏蔽76和如圖4所示的具有一些相應(yīng)孔洞的外部碳化硼層72。這種組合方式，盡管實(shí)際可行，但在鉆井期間使探測(cè)器遭受更大受到損害的危險(xiǎn)，而且還要求機(jī)械加工鉆鋌，以形成探測(cè)器容座。
如圖4所示，作為采用鎧裝了硼的透過(guò)中子的窗口70a、70b的一種可供替代的使用，可通過(guò)在超熱中子探測(cè)器的探測(cè)區(qū)內(nèi)的鉆鋌40中，配置一些硼或其它高吸收截面材料的橫向?qū)?，?lái)提高超熱中子探測(cè)器66a、66b的減速時(shí)間和計(jì)數(shù)率靈敏度。圖6至圖8說(shuō)明了這一點(diǎn)。圖6繪出了偏靠于鉆鋌壁一側(cè)的超熱中子探測(cè)器78，并且如圖4所示，背面被屏蔽。許多橫向碳化硼層80嵌入鉆鋌壁中，此處，它們起著“活動(dòng)百葉窗”的作用，以便使得中子能穿過(guò)鉆鋌橫向射到探測(cè)器，且同時(shí)阻止中子沿該鉆鋌方向流動(dòng)。圖7示出了圖6的碳化硼層80的外部結(jié)構(gòu)。圖8示出了碳化硼層82的一種可供替代的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)用來(lái)使在縱向和圓周方向上穿過(guò)上述鉆鋌的中子流最小且不會(huì)干擾橫向流動(dòng)。因此，碳化硼層80和82對(duì)于超熱中子和熱中子探測(cè)器來(lái)說(shuō)，實(shí)質(zhì)上起著中子窗口的作用。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，采用圖6至圖8所示的中子吸收層，對(duì)于減少在低散射截面材料(例如鈦)中的中子流特別重要，隨鉆測(cè)量的情況中，這種材料作為鉆鋌材料正是所想要的，這是因?yàn)樗鼘?duì)于中子的相對(duì)透明度，但更是因?yàn)樗牡兔芏龋@種材料不會(huì)衰減平行或沿鉆鋌圓周的中子傳送成份而達(dá)到與鋼相同的程度。為使進(jìn)一步有效，還可在下井儀機(jī)架54中、在中子探測(cè)器的加速器一側(cè)或兩側(cè)上，配有一些碳化硼層。
再次參照?qǐng)D2所示的整個(gè)測(cè)量部件結(jié)構(gòu)，一個(gè)遠(yuǎn)距探測(cè)器84位于探測(cè)器組合66a至66d的下端，而中間插入了一個(gè)中子屏蔽體86。探測(cè)器84和屏蔽體86最好與加速器58同軸校準(zhǔn)。按照本發(fā)明，相對(duì)中子源而言，可選擇地配置一遠(yuǎn)距探測(cè)器84，以便對(duì)地層中穿透比較遠(yuǎn)距離的MeV能量的中子(或者最好是，MeV的中子誘發(fā)的γ射線)敏感。由于MeV的中子的運(yùn)動(dòng)降低了對(duì)于地層氫含量的靈敏度，并提高了地層較重元素的靈敏度，與KeV-eV能量的中子相比，探測(cè)器84的響應(yīng)曲線將受到地層體積密度的強(qiáng)烈影響，這是因?yàn)槊芏群凸羌茴愋?、巖層巖性之間的密切關(guān)系。
如前述美國(guó)專利No.4,647,782和No.4,883,956中所說(shuō)明的那樣，探測(cè)器84最好包括一個(gè)GSOγ射線探測(cè)器，盡管只要能獲得可接受的計(jì)數(shù)率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和參量分辨率，可采用任何適合的類型，例如，蒽、NaI、BGO、CsI、等等。優(yōu)選的能量檢測(cè)范圍是從0.1MeV到11MeV?；蛘哌x擇采用對(duì)MeV范圍(例如，大于0.5MeV)中子敏感的中子探測(cè)器。優(yōu)選的中子探測(cè)器是4He類型或液體閃爍器類型的探測(cè)器。
對(duì)于采用γ射線探測(cè)器作為遠(yuǎn)距探測(cè)器84的情況，插入的屏蔽體86最好是B4CE或類似的中子減速-吸收材料。如果采用MeV中子探測(cè)器，此處除了近距探測(cè)器62也是一種用高Z材料屏蔽的4He探測(cè)器(或其它MeV探測(cè)器)外，屏蔽體86最好是一種高Z材料，例如鎢。對(duì)于后一種情況，屏蔽體86也應(yīng)該是B4CE或類似的材料，以便充分利用前述圍繞近距探測(cè)器62的高Z屏蔽材料64的中子減速效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。
盡管遠(yuǎn)距探測(cè)器84可以是一個(gè)γ射線探測(cè)器或是一個(gè)MeV中子探測(cè)器，但最好是γ射線探測(cè)器，因?yàn)樵谀承┣闆r，γ射線比中子對(duì)氣體有更好的靈敏度，因此，有助于確定含有氣體的地層。就像上面關(guān)于γ射線探測(cè)器組合66d所作的說(shuō)明，采用γ射線探測(cè)器也使得能進(jìn)行頻譜分析，以便獲得地層的元素組份和巖性的信息?？稍谔綔y(cè)器組合66d和遠(yuǎn)距探測(cè)器84這兩者處或只是其中之一處進(jìn)行這樣的頻譜分析?？闪硗獠捎萌魏我粋€(gè)(或兩個(gè))γ射線探測(cè)器的輸出來(lái)導(dǎo)出對(duì)于熱中子的地層宏觀俘獲截面(∑)或與其相關(guān)的熱粒子(lieutron)衰變時(shí)間恒量(τ)。可用任何已知的技術(shù)導(dǎo)出∑或τ。在此遠(yuǎn)距探測(cè)器84也是一個(gè)γ射線探測(cè)器如果間距或其它一些條件限定的話，可省略γ射線探測(cè)器組合。
如果想要的話，可配置第二個(gè)遠(yuǎn)距探測(cè)器(未示出)。如果這樣，它最好緊靠探測(cè)器84并與之同軸位。如果探測(cè)器84是一個(gè)γ射線探測(cè)器，這第二個(gè)遠(yuǎn)距探測(cè)器最好是一個(gè)中子探測(cè)器，反之亦然。
盡管沒(méi)有專門示出，應(yīng)該了解，上述那些探測(cè)器包括產(chǎn)生代表所檢測(cè)輻射的輸出信號(hào)所需要的所有放大、脈沖整形、電源和其它電路系統(tǒng)。現(xiàn)有技術(shù)中可知所有這樣的電路系統(tǒng)。
可以以各種方法處理來(lái)自安裝在下井儀中的幾個(gè)探測(cè)器的信號(hào)，以便獲得所想要的巖石物理資料。如所述的那樣，近距探測(cè)器62的輸出正比于中子源的輸出，且主要用于規(guī)范其它探測(cè)器相對(duì)源強(qiáng)度起伏的輸出信號(hào)。
組合超熱中子探測(cè)器66a、66b的輸出對(duì)含氫指數(shù)最敏感，因而也就是對(duì)孔隙度最敏感，并且按照本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)，該輸出與遠(yuǎn)距探測(cè)器84的輸出結(jié)果使用，以導(dǎo)出所涉及的地層密度、孔隙度及巖性的資料，并檢測(cè)氣體。基本的信號(hào)處理解法使用經(jīng)近距探測(cè)器62的計(jì)數(shù)率N1規(guī)范后的中子通量A1(來(lái)自探測(cè)器66a或66b的計(jì)數(shù)率)，也就是說(shuō)(A1/N1)-1，和類似的分別來(lái)自遠(yuǎn)距γ射線或MeV中子探測(cè)器84的規(guī)范后的反向計(jì)數(shù)率(F1g/N1)-1或(F1n1N1)-1。如同將要說(shuō)明的那樣，這些值可用于幾種方法，以便確定地層的含氫指數(shù)HI、減速長(zhǎng)度(eV或MeV)及巖層巖性。作為本發(fā)明的另一個(gè)特征，可用減速長(zhǎng)度和含氫指數(shù)來(lái)導(dǎo)出地層的體積密度。最后，可通過(guò)從近距γ射線能譜探測(cè)器66d所得到的巖性資料，提高體積的測(cè)定。
反向規(guī)范通量最簡(jiǎn)單用途是繪出它們的交會(huì)圖，圖9示出了這樣的一個(gè)交會(huì)圖，其中，反向通量是從圖2所畫出的采用加速器的蒙特卡羅模型試驗(yàn)得到的。圖9的交會(huì)圖在構(gòu)思上類似于傳統(tǒng)上用于電纜測(cè)井的中子密度交會(huì)圖，該電纜測(cè)井根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體積密度和中子孔隙度下井儀的響應(yīng)曲線確定巖性和孔隙度。例如，見Ellis的“用于地球科學(xué)家的測(cè)井”(Elsevier，1987，pp.420-421)。圖9交會(huì)圖的解釋同樣類似于傳統(tǒng)的中子密度交會(huì)圖。圖9中繪出了反向計(jì)數(shù)率，從而就如同在傳統(tǒng)的中子密度交會(huì)圖中的那樣，較高的孔隙度會(huì)出現(xiàn)在圖的右上角，而較低的孔隙度出現(xiàn)在圖的下角。
如圖9所示，曲線88、90、92代表了標(biāo)準(zhǔn)砂巖、石灰?guī)r和白云巖巖性的孔隙趨勢(shì)。可在這個(gè)交會(huì)圖上畫一個(gè)測(cè)量點(diǎn)94(Flgm，Alm)，而且可像在中子-密度交會(huì)圖中那樣，可內(nèi)插它的孔隙度和巖性，如由虛線96所代表的。含頁(yè)巖巖性及含氣體的地層如同它們?cè)谥凶?密度交會(huì)圖中那樣，在圖9的交會(huì)圖內(nèi)，相對(duì)位置不變，盡管它們的精確位置可能系統(tǒng)地不同于在中子-密度交會(huì)圖中的位置。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的解決方案中，探測(cè)器組合和遠(yuǎn)距探測(cè)器規(guī)范后的反向通量用于導(dǎo)出含氫指數(shù)HI以及eV減速長(zhǎng)度Lepi或MeV減速長(zhǎng)度Lh。特別地，這種方法以超熱中子探測(cè)器組合66a、66b的輸出和遠(yuǎn)距的MeV探測(cè)器84(γ射線的或中子的)的輸出為基礎(chǔ)，該組合超熱中子探測(cè)器66a、66b對(duì)含氫指數(shù)最敏感，但存在殘余巖性的影響，該遠(yuǎn)距MeV探測(cè)器84(γ射線或中子)對(duì)含氫指數(shù)以及MeV或eV減速長(zhǎng)度敏感。用近距探測(cè)器62的輸出來(lái)規(guī)范這兩種探測(cè)器的計(jì)數(shù)率信號(hào)。為了達(dá)到這種方法的這些目的，可選擇對(duì)eV范圍中子敏感的遠(yuǎn)距探測(cè)器84，但最好是MeV范圍中子，因?yàn)樗鼈儗?duì)含氫指數(shù)不怎么敏感。因此，與使用eV通量相比使用MeV能量的含氫指數(shù)測(cè)量結(jié)果的精度是不重要的。
圖10和圖11示出一個(gè)組合超熱中子探測(cè)器、一些遠(yuǎn)距的eV和Mev中子探測(cè)器以及一個(gè)用于圖2中所于的采用加速器的下井儀的蒙特卡羅模擬模型的MeV遠(yuǎn)距γ射線探測(cè)器的響應(yīng)曲線。該蒙特卡羅模擬給出了上述遠(yuǎn)距γ射線探測(cè)器中的非彈性γ射線的通量。下面，所指的γ射線通量的意思是非彈性γ射線?？赏ㄟ^(guò)眾所周知的中子加速器脈沖發(fā)生技術(shù)把這些γ射線與俘獲γ射線分開。
圖10顯示了探測(cè)器在大量不同地層中的響應(yīng)與含氫指數(shù)的函數(shù)關(guān)系曲線。正如可看到的那樣，組合超熱中子探測(cè)器主要對(duì)含氫指數(shù)響應(yīng)，因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)都幾乎落在一條幾乎沒(méi)有巖性變化的單獨(dú)的曲線上。遠(yuǎn)距的γ射線探測(cè)器以及eV和MeV中子探測(cè)器顯示了相當(dāng)大的對(duì)巖性和密度的依賴性以及對(duì)含氫指數(shù)的依賴性。
圖11畫出了計(jì)算出的遠(yuǎn)距探測(cè)器eV和MeV中子的反向通量與各自的減速長(zhǎng)度的函數(shù)關(guān)系曲線。這些數(shù)據(jù)表明，地層減速長(zhǎng)度是影響遠(yuǎn)距中子通量的最重要的變量。蒙特卡羅數(shù)據(jù)的類似考察表示，eV減速長(zhǎng)度是影響遠(yuǎn)距非彈性γ射線計(jì)數(shù)的最重要的變量?？梢钥吹剑ㄟ^(guò)結(jié)合使用減速長(zhǎng)度(Lepi是代表eV慢化長(zhǎng)度，Lh代表Mev慢化長(zhǎng)度)和合氫指數(shù)(HI)可很好地?cái)M合圖10和圖11中所畫出的各個(gè)能量?；谀M程序的結(jié)果構(gòu)造了下述說(shuō)明性的模型，用于組合超熱中子探測(cè)器和優(yōu)選的遠(yuǎn)距MeV探測(cè)器，但如果愿意的話，也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)構(gòu)造。
組合超熱中子探測(cè)器模型Log(反向組合通量)＝-0.8447(HI2)+2.0598(HI)-12.8878(1)遠(yuǎn)距的MeV探測(cè)器模型Log(反向遠(yuǎn)距MeV通量)＝35.74*(1/Lh)+1.159*(HI)＝16.93(2)應(yīng)該知道，為了提供最佳的數(shù)據(jù)擬合也可采用其它的一些模型。
給定一組組合探測(cè)器和遠(yuǎn)距探測(cè)器的通量測(cè)量結(jié)果，直接解模型方程(4)和(5)，獲得含氫指數(shù)和反向減速長(zhǎng)度的導(dǎo)出值。
下面說(shuō)明用于導(dǎo)出含氫指數(shù)(或孔隙度)和減速長(zhǎng)度的另外一些繪制交會(huì)圖的技術(shù)。
一種這樣的技術(shù)是基于地層組成成份對(duì)低于大約1MeV的中子與大于1MeV的中子相比較時(shí)的n，p散射截面的實(shí)質(zhì)差別。對(duì)于低于大約1MeV的中子，n，p散射截面大，主要?dú)w因于氫核的彈性散射。結(jié)果，對(duì)于具有1MeV或更低初始能量的中子，中子減速長(zhǎng)度主要依賴于氫濃度。另一方面，對(duì)于大于1MeV的中子，n，p散射截面迅速減少，并變得可與來(lái)自諸如氧、硅、鈣等較重的骨架元素的彈性散射相比。不過(guò)，這些重骨架元素的彈性散射對(duì)減速中子到低能中子相對(duì)沒(méi)有影響。骨架元素的非彈性反應(yīng)(主要是非彈性散射(n，p)和(n，α)反應(yīng))對(duì)脫離高能區(qū)的中子更有效得多。這樣，高能中子(14MeV-＞1MeV)的中子減速長(zhǎng)度提高了其對(duì)巖石骨架密度和化學(xué)組份的靈敏度，并且只微弱地依賴于含氫指數(shù)(孔隙度)。另一方面，低能(＜1MeV-超熱)減速長(zhǎng)度主要對(duì)氫濃度敏感。
簡(jiǎn)單的擴(kuò)散理論表明，沿半徑方向，高能中子通量φh隨距中子源的距離r的增加而減小。如下式φh=Se-(rLh)4πΣrhLh2r----(3)]]>這里S是源的強(qiáng)度，∑rh是消去1-14MeV能量范圍的中子的宏觀截面，而Lh是高能減速長(zhǎng)度。
給定不同的源/探測(cè)器間距r1和r2的、大于1MeV的中子通量的兩種測(cè)量結(jié)果，可得到Lh的直接測(cè)量結(jié)果Lh=(r1-r2)ln(r2φh(r2)r1φh(r1))----(4)]]>這里φh(r1)和φh(r2)分別是在距離r1和r2處的大于1MeV的中子通量的測(cè)量結(jié)果。
超熱中子通量φepi遵守一類擴(kuò)散理論中類似的定律φept=S4πΣrsLept2e-(rLepi)r----(5)]]>這里∑rs是消去14MeV到大于超熱中子能量范圍中子的宏觀截面，Lepi是中子從14MeV減速到0.5eV(鎘吸收)的長(zhǎng)度。
盡管Lepi在一定程度上依賴于骨架，但通量對(duì)這些變化的依賴性在2Lepi的源/探測(cè)器間距處消失。并且，可使用短源/探測(cè)器間距的類似測(cè)量結(jié)果來(lái)規(guī)范1MeV的能量測(cè)量結(jié)果，消去源因子S。這樣，用一個(gè)超熱中子探測(cè)器，例如，圖2中的探測(cè)器66a，和兩個(gè)間隔開的1MeV的探測(cè)器，例如，圖2中的探測(cè)器62和84，就可進(jìn)行孔隙度(含氫指數(shù))以及Lepi和/或Lh測(cè)量。然后，如圖12所示，這些測(cè)量結(jié)果的交會(huì)圖可確定孔隙度和骨架類型，并可識(shí)別氣體。
在一張類似于圖9的另一個(gè)可供選擇的圖中，繪制遠(yuǎn)距MeV探測(cè)器(圖2中的探測(cè)器84)經(jīng)近距MeV探測(cè)器(圖2中的探測(cè)器62)計(jì)數(shù)率規(guī)范的反向中子計(jì)數(shù)率相對(duì)于2Ls源距超熱中子探測(cè)器(圖2所示的組合探測(cè)器66a)經(jīng)近距探測(cè)器計(jì)數(shù)率規(guī)范的反向中子計(jì)數(shù)率的交會(huì)圖。圖13中示出了這樣的一張交會(huì)圖，代表了一個(gè)20cm源距的近距MeV探測(cè)器、一個(gè)30cm源距的超熱中子探測(cè)器和一個(gè)6cm源距的遠(yuǎn)距MeV探測(cè)器。如其中所示出的那樣，三條曲線對(duì)應(yīng)于三種主要的巖石基巖，白云巖(2.87g/cc)、石灰?guī)r(2.71g/cc)和砂巖(2.64g/cc)。如所期望的那樣，近距/遠(yuǎn)距的比和近距/組合的比，分別提供了骨架類型和孔隙組的幾乎獨(dú)立的測(cè)量結(jié)果。如上述圖9那樣，解釋該交會(huì)圖，以便得到孔隙度和巖性，并檢測(cè)氣體。
可用所測(cè)得的減速長(zhǎng)度Lepi或Lh以及所測(cè)得的含氫指數(shù)HI來(lái)導(dǎo)出地層的體積密度。下面說(shuō)明一種用于此目的方法。美國(guó)專利No.5,349,184中說(shuō)明了一種可供選擇的另一種方法。
在下面的討論中，術(shù)語(yǔ)減速長(zhǎng)度可指Lepi或Lh；在實(shí)際例子中，采用Lepi。對(duì)于諸如多孔巖或砂巖這樣的標(biāo)準(zhǔn)地層，這些標(biāo)準(zhǔn)地層的減速長(zhǎng)度、含氫指數(shù)(與孔隙度相同)及體積密度都已知道，計(jì)算該標(biāo)準(zhǔn)地層體積密度的微小變化和所得到的它的減速長(zhǎng)度的微小變化之間的比值。這個(gè)比值叫作密度-減速長(zhǎng)度靈敏度比?？稍谏鲜龅募僭O(shè)下采用這個(gè)比值，結(jié)果是，通過(guò)減速長(zhǎng)度的微小變化來(lái)計(jì)算體積密度的微小變化，這個(gè)體積密度的微小變化可附加到所述標(biāo)準(zhǔn)地層的體積密度上，以便確定所測(cè)量地層的體積密度。由于本發(fā)明測(cè)量減速長(zhǎng)度和含氫指數(shù)，可從所測(cè)得的一個(gè)未知地層的減速長(zhǎng)度和標(biāo)準(zhǔn)多孔地層的減速長(zhǎng)度計(jì)算減速長(zhǎng)度的差，該標(biāo)準(zhǔn)多孔地層具有與上述未知地層的所測(cè)得的含氫指數(shù)相同的含氫指數(shù)。
通過(guò)解析方法或蒙特卡羅方法進(jìn)行計(jì)算已知元素組份地層的減速長(zhǎng)度。A.Kreft的“巖石和土壤中中子減速長(zhǎng)度的計(jì)算”(Nukleonika，Vol.19，145～146,1974)以及“計(jì)算中子減速長(zhǎng)度多組方法的推廣”(核物理和技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議，(Cracow)報(bào)告32/1，1972)都說(shuō)明了一種合適的解析方法。
下面是計(jì)算密度-減速長(zhǎng)度靈敏度比的一個(gè)例子。采用Kreft方法用計(jì)算機(jī)編碼完成，計(jì)算一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地層的超熱中子減速長(zhǎng)度，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地層比如說(shuō)是30pu的石灰?guī)r(含氫指數(shù)HI＝0.3；體積密度為2.197g/cc，0.033g/cc的氫；0.228g/cc的碳；1.176g/cc的氧，0.760g/cc的鈣)，計(jì)算結(jié)果為13.27cm。計(jì)算像第一個(gè)地層那樣的一個(gè)類似的地層的超熱中子減速長(zhǎng)度但該類似的地層附加了一種普通的地層元素，例如鋁(含氫指數(shù)HI＝0.3，體積密度＝2.247g/cc)其計(jì)算結(jié)果為13.08cm。所得到的兩個(gè)減速長(zhǎng)度之間的差為d Lepi＝-0.19cm。這個(gè)差歸因于輸入密度為0.05g/cc的鋁的差別。密度-減速長(zhǎng)度靈敏度比是減速長(zhǎng)度變化的百分比-0.19/13.27＝-1.43％除以密度變化的百分比2.27％比值是-0.63。圖14A和圖14B分別顯示了超熱和MeV減速長(zhǎng)度的這些比值，這些比值是多孔砂巖含氫指數(shù)和元素的曲面函數(shù)，相對(duì)于該多孔砂巖的基本組份，元素的密度改變了。圖15A和15B示出了這些曲面的投影。對(duì)多孔石灰?guī)r所計(jì)算出的多孔灰?guī)r密度-減速長(zhǎng)度靈敏度比極為類似于砂巖的密度-減速長(zhǎng)度靈敏度比。
可計(jì)算與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)多孔地層具相同含氫指數(shù)的任何地層的平均密度-減速長(zhǎng)度靈敏度比。這個(gè)比值是每種不同密度元素的靈敏度比的加權(quán)平均值。權(quán)正比于每種元素的密度差。圖16顯示了對(duì)于兩種典型的地層的超熱中子比對(duì)含氫指數(shù)的函數(shù)。這些地層是局部氣體飽和的地層(0.2g/cc的甲烷取代了水)，或者是高嶺石粘土(分子式為Al4Si4O18H8，密度為2.，54g/cc)局部取代標(biāo)準(zhǔn)地層的地層，并且以多孔砂巖為基準(zhǔn)對(duì)這些地層進(jìn)行計(jì)算。該平均比對(duì)是否涉及到氣體或粘土是極為不敏感的。這樣，對(duì)于給定的、所測(cè)得的含氫指數(shù)，比如說(shuō)0.30(30pu的孔隙度)，精確到10％的密度-減速長(zhǎng)度靈敏度比是-0.63。
密度-減速長(zhǎng)度靈敏度比的關(guān)鍵特征是它對(duì)引起密度變化的元素不敏感，除非此元素是碳，或者僅僅是對(duì)超熱減速長(zhǎng)度Lepi敏感情況下的鈉和氯。這樣，對(duì)于那些對(duì)測(cè)井來(lái)說(shuō)是常見的地層，例如上述的那些地層，密度-減速長(zhǎng)度靈敏度比是精確已知的。這個(gè)比值可應(yīng)用于計(jì)算被測(cè)量的地層相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)地層(例如，相同含氫指數(shù)的多孔砂巖)的減速長(zhǎng)度的差的百分比，以便計(jì)算該被測(cè)量的地層相對(duì)于所述標(biāo)準(zhǔn)地層的密度差的百分比。這個(gè)差的百分比反過(guò)來(lái)導(dǎo)出所述被測(cè)量的地層的密度。假定上述被測(cè)量的地層與所述標(biāo)準(zhǔn)地層在碳(或者是針對(duì)超熱減速長(zhǎng)度的氯和鈉)含量方面沒(méi)有太大的不同，那么，所計(jì)算的被測(cè)量的地層的體積密度將是精確的。
作為本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的改進(jìn)，從γ射線能譜所得到的有關(guān)地層元素組份的知識(shí)可用來(lái)改進(jìn)相應(yīng)的密度靈敏度比的計(jì)算。
因?yàn)闇y(cè)量部件沿著鉆具組14旋轉(zhuǎn)，因此采取措施，使得在鉆井期間下井儀旋轉(zhuǎn)時(shí)，上述測(cè)量結(jié)果作為該下井儀的傾角或方位角的函數(shù)。本領(lǐng)域中已有用于此目的各種方法和裝置。例如，美國(guó)專利No.5,091,644中公開了一種方位角測(cè)量系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，鉆孔橫剖面分為兩個(gè)或更多扇形區(qū)，例如四象限。當(dāng)下井儀旋轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)穿過(guò)那些鉆孔扇形區(qū)，每當(dāng)它穿過(guò)一個(gè)扇形區(qū)的邊界時(shí)，一個(gè)計(jì)數(shù)器就遞增，指向下一扇形區(qū)。這使得能按照各個(gè)扇形區(qū)對(duì)數(shù)據(jù)分門別類，例如，γ射線或中子計(jì)數(shù)率。當(dāng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，每個(gè)探測(cè)器橫過(guò)所述各個(gè)扇形區(qū)。以這種方式，可在每個(gè)深度進(jìn)行許多的傾角測(cè)量或方位角測(cè)量。可把單獨(dú)扇形區(qū)的測(cè)量結(jié)果結(jié)合起來(lái)，以提供在該濃度平均測(cè)量結(jié)果，或者，可分開處理它們，例如，就像鉆孔條件諸如沖蝕表明的那樣，一個(gè)或多個(gè)是不可靠的。
在申請(qǐng)日期為1994年1月14日、名為“將地層特性作為在一個(gè)鉆孔內(nèi)的傾角位置的函數(shù)進(jìn)行測(cè)量的隨鉆測(cè)井方法和裝置”、且申請(qǐng)?zhí)枮镹o.08/183,089、為J.M.Holenka等人所共同擁有的、待審查的美國(guó)專利中，公開了用于當(dāng)下井儀在鉆孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行中子孔隙度、體積密度和其它一些測(cè)量，并把這些測(cè)量與該下井儀的方位角位置聯(lián)系在一起的改進(jìn)的方法和裝置。測(cè)量在固定角距離的扇形區(qū)內(nèi)完成，這些扇形區(qū)最好是一些四分之一圓，但數(shù)量上可多于或少于四，并且無(wú)需是相等的角距離。由隨鉆測(cè)量用的下井儀的向下矢徑測(cè)量那些扇形區(qū)。最好是首先測(cè)定參考隨鉆下井儀橫剖面的磁北極矢量與參考該平面的重力向下矢量之間的夾角φ，以導(dǎo)出該向下矢量。為此目的，可正交安置一些磁力儀，以便連續(xù)測(cè)定角φ。另一種選擇是，當(dāng)停止鉆井給鉆具組添加鉆桿時(shí)，使用隨鉆測(cè)量下井儀周期性地進(jìn)行勘探。Holenka等人所公開的內(nèi)容可用于有和沒(méi)有穩(wěn)定器鉆鋌的下井儀。
盡管這里通過(guò)參照本發(fā)明的典型實(shí)施例說(shuō)明并顯示了本發(fā)明，但本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員應(yīng)該了解，這樣的一些實(shí)施例在不背離所公開的發(fā)明構(gòu)思的情況下可以改變和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)量一個(gè)鉆孔周圍地層性質(zhì)的、隨鉆測(cè)量用的裝置，該鉆孔是由一個(gè)位于鉆具的端部的鉆頭鉆出，所述裝置包括一個(gè)在上述鉆具組中的細(xì)長(zhǎng)的管狀鉆鋌；一個(gè)在上述鉆鋌中的中子加速器，用于把高能中子輻射給周圍地層；一個(gè)在上述鉆鋌的長(zhǎng)度方向上與所述加速器間隔開的、在上述鉆鋌中的輻射探測(cè)器，用于探測(cè)中子輻射并產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)于所檢測(cè)到的輻射的輸出；以及用于把上述探測(cè)器的輸出記錄為在上述鉆孔中的鉆孔深度和/或方位角函數(shù)的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是上述輻射探測(cè)器包括一個(gè)在上述鉆鋌的長(zhǎng)度方向上位于距上述加速器第一源距處的、在該鉆鋌中的第一中子探測(cè)器，該第一中子探測(cè)器的輸出主要是正比于上述加速器的中子通量；一個(gè)在上述鉆鋌的長(zhǎng)度方向上位于距上述加速器更遠(yuǎn)的第二源距處的、在該鉆鋌中的第二中子探測(cè)器，該第二中子探測(cè)器對(duì)超熱中子敏感，其輸出主要對(duì)周圍地層的氫濃度靈敏而次要地對(duì)周圍地層密度靈敏；一個(gè)在上述鉆鋌的長(zhǎng)度方向上位于距上述加速器還要更遠(yuǎn)的第三源距處的、在該鉆鋌中的第三輻射探測(cè)器，該第三探測(cè)器具有比上述第二探測(cè)器對(duì)周圍地層密度更靈敏而對(duì)周圍地層的氫濃度更不靈敏的輸出；以及把上述第一、第二和第三探測(cè)器各自的輸出記錄為鉆孔深度的函數(shù)的記錄裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是上述第二中子探測(cè)器的位置緊靠上述鉆鋌的內(nèi)壁，并且在背面屏蔽掉了從上述鉆孔入射到該第二中子探測(cè)器上的中子。
4.如權(quán)利要求2或3所述的裝置進(jìn)一步包括確定在上述鉆鋌中緊鄰所述第二中子探測(cè)器的中子窗口的裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征是上述中子窗口確定裝置包括在上述鉆鋌中的相當(dāng)?shù)蜕⑸浣孛娌牧系囊粋€(gè)主體。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征是上述相當(dāng)?shù)蜕⑸浣孛娌牧系闹黧w由鈦構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征是上述鈦的主體鎧裝在硼中。
8.如權(quán)利要求5至7所述的裝置，其特征是上述鉆鋌的外表面在上述第二探測(cè)器的區(qū)域中用一層中子吸收材料圍繞，而在這層中子吸收材料層中在上述較低散射截面材料的位置處有一個(gè)開口。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征是上述中子窗口確定裝置在上述第二探測(cè)器的區(qū)域內(nèi)包括許多在上述鉆鋌中的中子吸收材料的橫向?qū)印?br> 10.如權(quán)利要求5至7所述的裝置，其特征是上述中子窗口確定裝置在上述第二探測(cè)器區(qū)域內(nèi)還包括許多在上述鉆鋌中的、沿長(zhǎng)度方向延伸的、間隔開的中子吸收材料層。
11.如權(quán)利要求2至10中的任何一個(gè)所述的裝置，其特征是上述第一中子探測(cè)器包括一個(gè)超熱中子探測(cè)器，這個(gè)超熱中子探測(cè)器除了面向上述中子加速器的那側(cè)外、在該超熱中子探測(cè)器的所有側(cè)面，用中子減速-吸收材料屏蔽。
12.如權(quán)利要求2至11中的任何一個(gè)所述的裝置，其特征是上述第一中子探測(cè)器包括一個(gè)MeV范圍的中子探測(cè)器，這個(gè)MeV范圍的中子探測(cè)器除了在面向上述中子加速器的那側(cè)外，在該MeV范圍的中子探測(cè)器的所有側(cè)面用一種高Z材料屏蔽。
13.如權(quán)利要求2至12中的任何一個(gè)所述的裝置，其特征是上述第三探測(cè)器是一個(gè)MeV范圍的中子探測(cè)器。
14.如權(quán)利要求12或13所述的裝置，其特征是上述MeV范圍的探測(cè)器是一個(gè)4He探測(cè)器。
15.如權(quán)利要求2至12中的任何一個(gè)所述的裝置，其特征是上述第三探測(cè)器包括一個(gè)γ射線探測(cè)器。
16.如權(quán)利要求2至15中的任何一個(gè)所述的裝置還包括一個(gè)在上述第一和第三探測(cè)器之間的、沿上述鉆鋌長(zhǎng)度方向的、處于中等間距位置的γ射線探測(cè)器。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征是上述γ射線探測(cè)器與所述第二探測(cè)器在上述鉆鋌長(zhǎng)度方向上距所述加速器大體上位于相同的距離。
18.如權(quán)利要求15至17中的任何一個(gè)所述的裝置還包括用于對(duì)上述γ射線探測(cè)器的輸出進(jìn)行頻譜分析的裝置，以便獲得關(guān)于周圍地層的巖性信息。
19.如權(quán)利要求2至18中的任何一個(gè)所述的裝置，其特征是一個(gè)洗井液通道位于上述鉆鋌中，并在該鉆鋌縱軸的一側(cè)，而上述加速器和第一中子探測(cè)器偏置于所述鉆鋌的縱軸的另一側(cè)，并且實(shí)際上彼此成一條直線同軸排列。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征是上述第二中子探測(cè)器的位置緊靠上述鉆鋌的內(nèi)壁，而上述第三輻射探測(cè)器的位置實(shí)際上與上述加速器和第一中子探測(cè)器成一條直線同軸排列。
21.如權(quán)利要求2至20中的任何一個(gè)所述的裝置，其特征是在上述第二中子探測(cè)器和加速器之間的間距沿長(zhǎng)度方向上大體上是低能超熱中子減速長(zhǎng)度(Lepi)的兩倍。
22.如權(quán)利要求2至21中的任何一個(gè)所述的裝置還包括至少一個(gè)在上述第一和第二探測(cè)器之間的、沿上述鉆鋌長(zhǎng)度方向的、處于中等間距位置的、熱中子探測(cè)器。
23.如權(quán)利要求2至22中的任何一個(gè)所述的裝置還包括許多第二超熱中子探測(cè)器，這許多第二超熱中子探測(cè)器大體上位于上述鉆鋌中同一長(zhǎng)度方向上的位置，并沿該鉆鋌圓周間隔分布，以便提高傾角分辨率或方位角分辨率。
24.如權(quán)利要求2于23中的任何一個(gè)所述的裝置，其特征是上述第二探測(cè)器位于上述鉆鋌壁中所形成的一個(gè)凹座，并且背面用一種中子減速-吸收材料來(lái)屏蔽鉆孔內(nèi)的中子。
25.如權(quán)利要求2至24中的任何一個(gè)所述的裝置，其特征是用一種高Z的材料把上述第一中子探測(cè)器與源于地層的中子屏蔽開，并且用一種中子減速-吸收材料把上述第二和第三探測(cè)器與沿著所述鉆鋌之間運(yùn)動(dòng)的源中子屏蔽開。
26.一種用于測(cè)量一個(gè)鉆孔周圍地層的性質(zhì)的方法，用一個(gè)位于鉆具組的端部的鉆頭鉆出所述鉆孔，該方法包括用來(lái)自在上述鉆具組中的一個(gè)中子加速器的高能中子照射上述地層；用至少一個(gè)在上述鉆具組中沿該鉆具組的長(zhǎng)度方向與所述加速器間隔開的輻射探測(cè)器，檢測(cè)來(lái)自上述地層的中子輻射；響應(yīng)于所檢測(cè)的輻射產(chǎn)生一個(gè)輸出，以及把上述至少一個(gè)探測(cè)器的輸出記錄為在上述鉆孔內(nèi)的鉆孔深度和方位角兩者中至少一個(gè)的函數(shù)。
27.如權(quán)利要求26所述的一種方法還包括用在上述鉆具組中沿該鉆具組的長(zhǎng)度方向位于距上述加速器第一間距處的一個(gè)第一中子探測(cè)器檢測(cè)輻射，從而使這個(gè)第一中子探測(cè)器具有主要正比于所述加速器的中子通量的輸出；用在上述鉆具組中沿該鉆具組的長(zhǎng)度方向位于距上述加速器更遠(yuǎn)的第二間距處的一個(gè)第二中子探測(cè)器檢測(cè)輻射，從而使該第二中子探測(cè)器對(duì)超熱中子敏感，其輸出主要對(duì)周圍地層的氫濃度靈敏、而只是次要地對(duì)該周圍地層的密度靈敏；用在上述鉆具組中沿該鉆具組長(zhǎng)度方向位于距上述加速器還要更遠(yuǎn)的第三間距處的一個(gè)第三輻射探測(cè)器檢測(cè)輻射，從而使該第三探測(cè)器具有一個(gè)輸出，與上述第二探測(cè)器相比這個(gè)輸出對(duì)周圍地層的密度更靈敏且對(duì)該周圍地層的氫濃度更不靈敏；以及把上述第一、第二及第三探測(cè)器的輸出結(jié)合起來(lái)，以導(dǎo)出關(guān)于上述周圍地層的孔隙度、密度和/或巖性的指標(biāo)。
28.如權(quán)利要求27所述的一種方法，其特征是上述結(jié)合步驟包括通過(guò)用上述第一探測(cè)器的輸出規(guī)范上述第二和第三探測(cè)器的輸出，把該第一探測(cè)器的輸出與該第二和第三探測(cè)器的輸出結(jié)合起來(lái)。
29.如權(quán)利要求28所述的一種方法，其特征是上述結(jié)合步驟還包括繪出上述規(guī)范后的第二和第三探測(cè)器的輸出的交會(huì)圖。
30.如權(quán)利要求28所述的一種方法，其特征是上述被繪出的交會(huì)圖的規(guī)范后的輸出是反向規(guī)范后的輸出。
31.如權(quán)利要求27至30中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征是在上述結(jié)合步驟中，根據(jù)第一條預(yù)先確定的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線，從上述經(jīng)規(guī)范的第二探測(cè)器輸出，導(dǎo)出含氫指數(shù)的一個(gè)值，并且，根據(jù)第二條預(yù)先確定的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線，從上述經(jīng)規(guī)范第三探測(cè)器輸出及所述含氫指數(shù)的值，導(dǎo)出中子減速長(zhǎng)度的一個(gè)值。
32.如權(quán)利要求31所述的一種方法，其特征是上述結(jié)合步驟還包括結(jié)合上述含氫指數(shù)值和減速長(zhǎng)度值，以得到關(guān)于周圍地層的孔隙度、巖性和/或有氣體存在的信息。
33.如權(quán)利要求27至32中的任何一個(gè)所述的一種方法，其特征是上述第三探測(cè)器包括一個(gè)中子探測(cè)器，而在上述第二探測(cè)器和加速器之間的沿長(zhǎng)度方向的間隔大體上是低能中子減速長(zhǎng)度(Lepi)的兩倍，結(jié)合上述第一和第三探測(cè)器的輸出，以便導(dǎo)出高能中子減速長(zhǎng)度(Lh)或低能中子減速長(zhǎng)度(Lepi)的測(cè)量結(jié)果，結(jié)合上述第一和第二探測(cè)器的輸出，以導(dǎo)出含氫指數(shù)的測(cè)量結(jié)果，而且繪出所述Lh或Lepi的測(cè)量結(jié)果和所述含氫指數(shù)的交會(huì)圖，以得到周圍地層的孔隙度和巖性兩者的至少一種的資料。
34.如權(quán)利要求27至33中的任何一個(gè)所述的一種方法，其特征是上述第三探測(cè)器包括一個(gè)中子探測(cè)器，而在上述第二探測(cè)器和加速器之間的沿長(zhǎng)度方向的間隔大體上是低能中子減速長(zhǎng)度(Lepi)的兩部，用所述第一探測(cè)器的輸出規(guī)范上述第二和第三探測(cè)器的輸出，并且繪出經(jīng)規(guī)范的第二和第三探測(cè)器的輸出的交會(huì)圖，以便提供周圍地層的孔隙度、巖性和有氣體存在的資料中的至少一種。
35.如權(quán)利要求27至34中的任何一項(xiàng)所述的一種方法，其特征是上述結(jié)合步驟包括下述這些步驟把上述第二和第三探測(cè)器經(jīng)規(guī)范的輸出結(jié)合起來(lái)，以導(dǎo)出對(duì)于周圍地層的含氫指數(shù)、高能中子減速長(zhǎng)度(Lh)或低能中子減速長(zhǎng)度(Lepi)的值，并且根據(jù)一條預(yù)先確定的關(guān)系曲線把所述含氫指數(shù)和Lh或Lepi的值結(jié)合起來(lái)，以便得到周圍地層體積密度的資料，這條預(yù)先確定的關(guān)系曲線將Lh或Lepi測(cè)量值的變化和已知體積密度、含氫指數(shù)及元素組份的標(biāo)準(zhǔn)化地層的體積密度的變化聯(lián)系起來(lái)。
36.如權(quán)利要求27至35中的任何一項(xiàng)所述的一種方法，其特征是上述結(jié)合步驟包括下述這些步驟確定周圍地層的含氫指數(shù)和中子減速長(zhǎng)度，確定在所述減速長(zhǎng)度與一個(gè)大體上具相同含氫指數(shù)且已知體積密度的標(biāo)準(zhǔn)化地層的中子減速長(zhǎng)度之間的差，并且把中子減速時(shí)間差與該標(biāo)準(zhǔn)化地層的密度-減速長(zhǎng)度靈敏度比結(jié)合起來(lái)，以獲得周圍地層的體積密度的測(cè)量結(jié)果。
全文摘要
隨鉆測(cè)量用的裝置包括一個(gè)14MeV的中子加速器、一個(gè)近距中子探測(cè)器、一個(gè)或多個(gè)中距的超熱中子探測(cè)器以及一個(gè)遠(yuǎn)距的第三輻射探測(cè)器,所述近距中子探測(cè)器主要對(duì)源中子敏感,其輸出正比于源強(qiáng)度,所述一個(gè)或多個(gè)中距的超熱中子探測(cè)器偏靠著鉆鋌壁并且主要對(duì)地層的氫的濃度靈敏,所述第三遠(yuǎn)距輻射探測(cè)器可以是γ射線或中子探測(cè)器且主要對(duì)地層密度靈敏。用上述近距探測(cè)器輸出規(guī)范的上述中距的和遠(yuǎn)距探測(cè)器的輸出被結(jié)合在一起,以提供孔隙度、密度和巖性的測(cè)量結(jié)果并檢測(cè)氣體。還可在中距處配置一個(gè)熱中子探測(cè)器和/或一個(gè)γ射線探測(cè)器,以便提供另外的感興趣的信息,例如,下井儀與井壁之間間隙的測(cè)量結(jié)果及地層組分的頻譜分析。下井儀的輸出與測(cè)量裝置在鉆孔中的傾角或方位角有關(guān)。
文檔編號(hào)G01V5/10GK1177402SQ95196200
公開日1998年3月25日 申請(qǐng)日期1995年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月16日
發(fā)明者W·A·路密斯, K·E·史提芬森, J·A·特魯斯, W·P·齊格勒, S·Z·喬杜里, B·庫(kù)埃特, M·L·伊文斯, P·阿爾貝茲, B·A·羅斯科, J·M·荷倫卡, K·A·莫里亞蒂, W·R·斯隆 申請(qǐng)人:施盧默格海外有限公司