Абсолютные концентрации элементов из ядерной спектроскопии



Абсолютные концентрации элементов из ядерной спектроскопии
Абсолютные концентрации элементов из ядерной спектроскопии
Абсолютные концентрации элементов из ядерной спектроскопии
Абсолютные концентрации элементов из ядерной спектроскопии
Абсолютные концентрации элементов из ядерной спектроскопии
Абсолютные концентрации элементов из ядерной спектроскопии

 


Владельцы патента RU 2502095:

ШЛЮМБЕРГЕР ТЕКНОЛОДЖИ Б.В. (NL)

Использование: для определения абсолютных концентраций элементов из нейтронной гамма-спектроскопии. Сущность: заключается в том, что система для нейтронной гамма-спектроскопии содержит скважинный инструмент, содержащий источник нейтронов, сконфигурированный испускать нейтроны в подземную формацию, чтобы вызвать события неупругого рассеяния и события поглощения нейтронов; монитор нейтронов, сконфигурированный обнаруживать скорость счета испущенных нейтронов; и детектор гамма-излучения, сконфигурированный принимать спектр гамма-излучения, полученный, по меньшей мере, частично, из неупругого гамма-излучения, полученного вследствие событий неупругого рассеяния и гамма-излучения захвата нейтронов, полученных вследствие событий захвата нейтронов; и схему обработки данных, сконфигурированную определять относительные вклады элементов из спектра гамма-излучения и определять абсолютный вклад элементов на основании, по меньшей мере, частично, нормализации относительных вкладов элементов по скорости счета испущенных нейтронов. Технический результат: обеспечение возможности определения точной концентрации элементов при нейтронной гамма-спектроскопии. 5 н. и 27 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Уровень техники

Настоящее раскрытие относится в основном к нейтронной гамма-спектроскопии и, более конкретно, к методикам для определения абсолютных концентраций элементов из нейтронной гамма-спектроскопии.

При использовании ядерных скважинных инструментов можно определить концентрацию элементов подземной формации с использованием различных методик. Косвенное определение литологии формации может быть получено с использованием информации из измерений плотности и фотоэлектрического эффекта (PEF) из рассеивания гамма-излучения в формации. Прямое обнаружение элементов формации может быть получено путем обнаружения вызванного нейтронами гамма-излучения. Вызванное нейтронами гамма излучение может быть создано источником нейтронов, испускающим нейтроны в формацию, которые могут взаимодействовать с элементами формации посредством неупругого рассеяния, высокоэнергетических ядерных реакций или захватом нейтронов.

Гамма-излучение, испускаемое во время событий неупругого рассеяния ("неупругое гамма-излучение") или во время событий захвата нейтронов, может иметь характеристические энергии, которые, на основании различных спектроскопических методик, могут идентифицировать конкретные изотопы, которые испустили гамма-излучение. Методики, использующие интерпретацию неупругой спектроскопии, могут быть основаны на отношениях содержания элементов, присущих неупругому гамма-излучению различных характеристических энергий. Это особенно касается количества детектированного гамма-излучения углерода относительно кислорода ("отношение С/О"), которое используется для оценки нефтенасыщенности формации. Преимуществом использования отношения является то, что некоторые инструментальные эффекты, такие как переменный выход нейтронов и многие эффекты среды будут нейтрализованы.

Недостатком использования отношения является то, что его обычно сложнее интерпретировать. Для простого случая оценки нефтенасыщенности в водонаполненной скважине, отношение С/О может быть осложнено гамма-излучением, связанным с кислородом из скважинного флюида и цементированного кольцеобразного зазора, при этом все гамма-излучение, связанное с углеродом, может быть выведено из формации.

Похожие методики, использующие спектроскопию захвата нейтронов, могут использовать сбор и анализ энергетического спектра нейтронного гамма-излучения. Элементы, обычно включенные в спектр захвата нейтронов, могут включать в себя Si, Ca, Fe, S, Ti, Gd, H, Cl и другие, и иногда Al, Na, Mg, Mn и другие элементы в незначительных или следовых количествах. Однако концентрации элементов, определенные с использованием таких методик, могут также обычно идентифицировать только относительные концентрации элементов формации, кроме случаев, когда абсолютная концентрация элемента формации уже известна или правильно оценена.

Некоторые другие методики для оценки абсолютных концентраций элементов в формации могут использовать нормализацию оксидного замыкания данных спектрального каротажа, или могут использовать дополнительные данные спектрального каротажа с измерениями активации и/или естественного гамма-излучения. Однако нормализация замыкания может зависеть от точных зависимостей для неизмеренных элементов, которые могут меняться в зависимости от полной совокупности элементов формации. Дополнительно нормализация замыкания может зависеть от использования всех элементов, которые могут влиять на спектр (за исключением K и Al), при этом некоторые из них не могут быть так же точно определены, как другие. Использование активации и/или измерений естественного гамма излучения может также иметь различные недостатки. В частности, такие измерения могут часто использовать очень сложные инструменты и длительное время измерения.

Сущность изобретения

Ниже излагаются некоторые аспекты, попадающие в объем изобретения с изначально заявленными вариантами осуществления. Следует понимать, что эти аспекты представлены исключительно для того, чтобы сообщить читателю краткое описание определенных форм, которые могут принимать варианты осуществления, и что эти аспекты не предназначены для ограничения объема вариантов осуществления. На самом деле, варианты осуществления могут включать в себя различные аспекты, которые могут быть не изложены ниже.

Настоящие варианты осуществления, в общем, относятся к системам и способам для оценки абсолютной концентрации элементов в подземной формации с использованием нейтронной спектроскопии. Например, система для оценки абсолютного вклада элемента в подземную формацию может включать в себя скважинный инструмент и схему обработки данных. Скважинный инструмент может включать в себя источник нейтронов для испускания нейтронов в формацию, монитор нейтронов для обнаружения скорости счета испущенных нейтронов, детектор гамма-излучения для получения спектра гамма-излучения, выведенного, по меньшей мере, частично, из неупругого гамма-излучения, созданного событиями неупругого рассеяния, и гамма-излучения захвата нейтронов, созданного событиями захвата нейтронов. Схема обработки данных может быть сконфигурировано для определения относительного вклада элементов из спектра гамма-излучения и для определения абсолютного вклада элементов на основании, по меньшей мере, частично, нормализации относительного вклада элементов по скорости счета испущенных нейтронов.

Краткое описание чертежей

Преимущества настоящего раскрытия могут стать понятными после прочтения следующего подробного описания и после обращения к чертежам, на которых:

Фиг.1 является схематической блок-диаграммой системы, включающей в себя скважинный инструмент и схему обработки данных для измерения абсолютных концентраций элементов на основании спектрального анализа, вызванного нейтронами гамма-излучения, в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг.2 является схематической блок-диаграммой операции скважинного каротажа с использованием скважинного инструмента на фиг.1, в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг.3 является блок-схемой, описывающей вариант осуществления способа для определения абсолютных вкладов элементов в формацию на основании измерений вызванного нейтронами гамма-излучения, в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг.4 является блок-схемой, описывающей вариант осуществления способа для определения парциальных абсолютных вкладов элементов в формацию и скважину на основании измерений вызванного нейтронами гамма-излучения, в соответствии с вариантом осуществления;

Фиг.5 является блок-схемой, описывающей вариант осуществления способа для определения абсолютных концентраций элементов на основании определенных абсолютных вкладов элементов, в соответствии с вариантом осуществления; и

Фиг.5 является блок-схемой, описывающей вариант осуществления способа для проверки абсолютных концентраций элементов с использованием методик оксидного замыкания и относительных вкладов, в соответствии с вариантом осуществления.

Подробное описание конкретных вариантов осуществления

Ниже будут рассмотрены одно или более конкретных вариантов осуществления. В целях обеспечения краткости описания этих вариантов осуществления, в спецификации будут описаны не все признаки реальной реализации. Следует оценить, что в разработке любого такого реального воплощения, в любом инженерном или конструкторском проекте, должны быть приняты многие специфические для реализации решения для достижения конкретных целей разработчика, такие как соблюдение связанных с системой и бизнесом ограничений, которые могут изменяться от одной реализации к другой. Более того, следует оценить, что такая разработка может сложной и требующей времени, но, тем не менее, будет обычной работой, выполняемой при конструировании, изготовлении и производстве для специалистов в данной области методики, имеющих преимущества этого раскрытия.

Варианты осуществления раскрытого здесь предмета обсуждения относятся в основном к системам и способам для спектроскопии вызванного нейтронами гамма-излучения. В частности, раскрытый здесь предмет обсуждения относится к методикам для определения абсолютных концентраций элементов подземной формации. Эти методики могут использовать события неупругого рассеяния и события захвата нейтронов в подземной формации, вызванные путем бомбардирования формации нейтронами, которое может вызвать испускание неупругого и вызванного захватом нейтронов гамма-излучения. Неупругое и вызванное захватом нейтронов гамма-излучение может иметь энергетические спектры, которые являются характеристическими для элементов, от которых они получены.

Количество испущенных нейтронов может быть отслежено или известно другим способом, и результирующие спектры гамма-излучения могут быть измерены и нормализованы относительно отслеженного выхода нейтронов. Было определено, что оценки абсолютных концентраций элементов могут быть выведены из абсолютных вкладов элементов в гамма-спектроскопию, что может соответствовать вкладу в гамма-спектроскопию, нормализованному наблюдаемым или известным выходом нейтронов и различным коррекциям среды для учета свойств формации и/или скважины. Как здесь используется, термин "абсолютный вклад" не означает предположение того, что спектроскопические измерения гамма-излучения выполняются относительно известного элемента формации. А точнее, может не потребоваться прямого измерения других элементов для вывода эмпирического closure factor в соответствии с методиками, описанными ниже.

Имея в виду вышеупомянутое, фиг.1 иллюстрирует систему 10 для определения абсолютных концентраций элементов подземной формации, которая включает в себя скважинный инструмент 12 и систему 14 обработки данных. В качестве примера, скважинный инструмент 12 может быть канатными или кабельным инструментом для каротажа существующей скважины, или может быть установлен в забойном агрегате для каротажа во время бурения (LWD). Система 14 обработки данных может быть встроена в скважинный инструмент 12 или может быть в удаленном месте. Скважинный инструмент 12 может быть окружен корпусом 16.

Скважинный инструмент 12 может включать в себя источник 18 нейтронов, выполненный с возможностью испускать нейтроны в подземную формацию. В качестве примера, источник 18 нейтронов может быть электронным источником нейтронов, таким как Minitron™ компании Schlumberger Technology Corporation, который может создавать импульсы нейтронов при реакциях d-D и/или d-T. Дополнительно или в качестве альтернативы, источник 18 нейтронов может быть радиоактивным источником, таким как AmBe или 252Cf источником.

Выход нейтронов из источника 18 нейтронов может быть известным через использование различных методик. Например, если источник 18 нейтронов включает в себя радиоактивный источник, абсолютный выход источника 18 нейтронов может быть определен посредством калибровки. Дополнительно, абсолютный выход источника 18 нейтронов может быть определен путем вычисления изменения активности источника 18 нейтронов как функции от времени с момента калибровки, поскольку радиоактивный источник может следовать известному экспоненциальному закону распада, и может иметь известный период полураспада.

Если источник 18 нейтронов включает в себя электронный генератор нейтронов, заданный постоянный выход источника 18 нейтронов может зависеть от многих параметров, которые управляют генерацией нейтронов и, таким образом, выход нейтронов источника 18 нейтронов. Эти параметры могут включать в себя, среди прочего, поток пучка ионов, поддерживаемый внутри трубки генератора нейтронов, ускоряющееся высокое напряжение, приложенное к трубке, и работу источника ионов. Однако, даже если все эти параметры точно регулируются, постоянных выход нейтронов не может быть гарантирован, поскольку кратковременные флюктуации выхода нейтронов могут возникать в связи с изменениями в характеристиках работы генератора нейтронов в зависимости от времени и температуры. Дополнительно, долгосрочные измерения вследствие старения трубки генератора могут дополнительно сказываться на выходе нейтронов источника 18 нейтронов.

Соответственно, в некоторых вариантах осуществления, монитор 20 нейтронов может наблюдать выход нейтронов из источника 18 нейтронов. Монитор 20 нейтронов может быть, например, пластиковыми сцинтилляторами или фотоумножителями, которые могут в первую очередь обнаруживать не рассеянные нейтроны непосредственно из источника 18 нейтронов, и может обеспечивать сигнал скорости счета пропорционально скорости выхода нейтронов из источника 18 нейтронов. Как описано более подробно ниже, выход нейтронов, определенный или через калибровку источника 18 нейтронов и/или подходящие вычисления, или через использование монитора 20 нейтронов, может быть использован для определения абсолютных спектральных вкладов, принадлежащих различным элементам формации.

Нейтронный защитный экран 22 может отделять источник 18 нейтронов от различных детекторов в скважинном инструменте 12. Похожий защитный экран 24, который может содержать такие элементы, как свинец, могут препятствовать гамма-излучению проходить между различными детекторами скважинного инструмента 12. Скважинный инструмент 12 может дополнительно включать в себя один или более детекторов гамма-излучения, и может включать в себя три и более детекторов гамма-излучения. Скважинный инструмент 12, проиллюстрированный на фиг.1, включает в себя два детектора 26 и 28 гамма-излучения. Относительные положения детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения в скважинном инструменте 12 могут меняться.

Детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения могут быть заключены в соответствующие корпусы 30. Кристаллы 32 сцинтилляторов в детекторах 26 и/или 28 гамма-излучения делают возможным обнаружение импульсов или спектра гамма-излучения путем испускания света, когда гамма-излучение рассеивается или захватывается в кристалле 32 сцинтиллятора. Кристаллы 32 сцинтиллятора могут быть неорганическими детекторами сцинтилляций, содержащих, например, NaI(Tl), LaCl3, LaBr3, BGO, GSO, YAP и/или другие подходящие материалы. Корпуса 34 могут окружать кристаллы 32 сцинтиллятора. Фотодетекторы 36 могут детектировать свет, испущенный кристаллами 32 сцинтиллятора, когда гамма-излучение поглощается и свет проходит через оптическое окно 38. Детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения могут быть сконфигурированы для получения импульса гамма-излучения или спектра гамма-излучения, и могут, таким образом, включать в себя анализатор высоты импульса гамма-излучения.

Один или более детекторов 21 нейтронов могут быть расположены где-либо в скважинном инструменте 12, и могут быть использованы для определения различных корректирующих факторов среды, как описано ниже. В частности, один или более детекторы 21 нейтронов могут быть тепловыми, надтепловыми или детекторами быстрых нейтронов, которые могут позволять измерять зависимость теплового или надтеплового потока нейтронов поблизости от детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения. Этот тепловой и/или надтепловой поток нейтронов может быть измерен или оценен одним или более детекторами 21 нейтронов, расположенных на некотором расстоянии от источника 18 нейтронов.

Сигналы от монитора 20 нейтрона, от одного или более детекторов 21 нейтронов и детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения могут быть переданы системе 14 обработки данных как данные 40 и/или могут быть обработаны или предварительно обработаны встроенным процессором в скважинном инструменте 12. Система 14 обработки данных может включать в себя компьютер общего назначения, такой как персональный компьютер, выполненный с возможностью исполнять различное программное обеспечение, включающее в себя программное обеспечение, воплощающее все или часть настоящих методик. В качестве альтернативы система 14 обработки данных может включать в себя, среди прочего, мэйнфрейм, распределенную вычислительную систему, или специфичный для приложения компьютер или рабочую станцию, выполненную с возможностью реализовывать все или часть настоящих методик на основании специализированного программного обеспечения и/или оборудования, обеспеченного как часть системы. Далее, система 14 обработки данных может включать в себя или один процессор или множество процессоров для облегчения реализации раскрытой здесь функциональности.

В основном, система 14 обработки данных может включать в себя схему 44 обработки данных, которая может быть микроконтроллером или микропроцессором, таким как процессор (CPU), который может выполнять различные процедуры и обрабатывающие функции. Например, схема 44 обработки данных может выполнять различные инструкции операционной системы, а также процедуры программного обеспечения, сконфигурированные для осуществления определенных процессов, и хранящиеся в или на предоставленных производителем средствах, таких как компьютерно читаемый носитель, такой как устройство памяти (например, память с произвольным доступом (RAM) персонального компьютера) или один или несколько устройств хранения данных (например, внутренний или внешний жесткий диск, устройство твердотельной памяти, CD-ROM, DVD, или другое устройство хранения). В дополнение, схема 44 обработки данных может обрабатывать данные, предоставленные в виде входных данных для различных процедур или программ программного обеспечения, включающих в себя данные 40.

Такие данные, связанные с настоящими методиками, могут храниться или обеспечиваться в памяти или устройстве хранения данных система 14 обработки данных. В качестве альтернативы, такие данные могут быть предоставлены схеме 44 обработки данных система 14 обработки данных посредством одного или нескольких устройств ввода. В одном варианте осуществления, схема 42 сбора данных может представлять одно такое устройство ввода; однако устройства ввода могут также включать в себя ручные устройства ввода, такие как клавиатура, мышь или тому подобное. В дополнение, устройства ввода могут включать в себя сетевые устройства, такие как проводные или беспроводные карты Ethernet, беспроводной сетевой адаптер, или любые различные порты или устройства, выполненные с возможностью облегчать соединение с другими устройствами посредством любой подходящей сети связи, такой как локальная сеть или интернет. Через такое сетевое устройство система 14 обработки данных может обмениваться данными и соединяться с другими сетевыми электронными системами, расположенными поблизости или удаленными от системы. Сеть может включать в себя различные компоненты, которые облегчают связь, включая в себя коммутаторы, роутеры, сервера или другие компьютеры, сетевые адаптеры, соединительные кабели, и так далее.

Скважинный инструмент 12 может передавать данные 40 схеме 42 сбора данных система 14 обработки данных через, например, нисходящее соединение телеметрической системы или соединительный кабель. После приема данных 40, схема 42 сбора данных может передавать данные 40 схеме 44 обработки данных. В соответствии с одной или более хранящихся процедур, схема 44 обработки данных может обрабатывать данные 40 для получения одного или более свойств подземной формации, окружающей скважинный инструмент 12. Такая обработка может использовать, например, одну или более методик для оценки абсолютного вклада элементов формации на основании абсолютных спектральных вкладов гамма-излучения неупругого рассеяния и/или захвата нейтронов. Схема 44 обработки данных может после этого выводить отчет 46, показывающий одно или более выявленных свойств формации. Отчет 46 может храниться в памяти или может быть предоставлен оператору через одно или несколько устройств вывода, такое как электронный дисплей и/или принтер.

Фиг.2 иллюстрирует операцию 48 скважинного каротажа вызванным нейтронами гамма-излучением, которая использует размещение скважинного инструмента 12 в окружающей подземной формации 50. В операции 48, изображенной на фиг.2, скважинный инструмент 12 был опущен в скважину 52. Операция 48 скважинного каротажа может начинаться, когда источник 18 нейтронов выводит нейтроны 54 в окружающую формацию 50. Если источник 18 нейтронов испускает нейтроны примерно в 14.1 МэВ, например, 14.1 МэВ нейтроны могут сталкиваться с ядрами в окружающей формации 50 посредством событий неупругого рассеивания, что может создавать гамма-излучение 58 и заставлять нейтроны из импульса нейтронов 54 терять энергию. По мере того, как нейтроны 54 теряют энергию, чтобы становиться надтепловыми и тепловыми нейтронами, они могут быть абсорбированы ядрами формации 50 в событиях 60 захвата нейтронов, которые могут создавать гамма-излучение 62 захвата нейтронов. Если источник нейтронов испускает только нейтроны 54 с энергией, недостаточной для создания событий неупругого рассеяния, то могут происходить практически только события 60 захвата нейтронов.

Неупругое гамма-излучение 58 и/или гамма-излучение 62 захвата нейтронов может быть обнаружено детекторами 26 и/или 28 гамма-излучения. Как было отмечено выше, спектр гамма-излучения 58 и 62 может быть характеристическим для элементов, из которых оно получено. Поэтому, спектр гамма-излучения 58 и/или 62 может быть проанализирован для определения вкладов элементов.

Одновременно с этим, монитор 20 нейтронов около источника 18 нейтронов может измерять абсолютных выход нейтронов источника 18 нейтронов. Как дополнительно описано ниже, взаимосвязь между обнаруженным спектром гамма-излучением 58 и/или 62 и абсолютным выходом нейтронов источника 18 нейтронов может показывать абсолютный вклад элемента. Однако могут возникнуть несколько трудностей из-за эффектов среды формации 50 и скважины 52. Например, детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения обычно способны только обнаруживать неупругое гамма-излучение 58 и/или гамма-излучение 62 захвата нейтронов, которое возникает в определенных регионах формации 50 вблизи соответствующих детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения. Часть общего потока нейтронов может выйти из таких регионов, и эта часть может зависеть от различных факторов среды. Чем меньше нейтронов 54 достигнут региона формации 50, к которым чувствительны детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения, тем меньше может быть создано обнаруживаемого гамма-излучения 58 и/или 62. Длина замедления является одним из факторов, который может оказывать влияние на этот эффект.

Точно так же, из-за того, что источник 18 нейтронов и детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения не расположены в одном месте, скорость счета нейтронов, измеренная одним или более детекторами 21 нейтронов, может потребовать корректировки геометрических эффектов вариации потока нейтронов в зоне формации 50, к которой чувствительны детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения. Дополнительные измерения из других инструментов и/или моделирование могут быть использованы для оценки части потерянных нейтронов 54, а также изменения в эффективном пространственном угле детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения. Несколько факторов могут влиять на этот эффект, многие из которых могут быть учтены с использованием различных параметров, как описано ниже.

Другая трудность, которая может возникнуть, может быть специфической для измерения гамма-излучения 62 захвата нейтронов. В частности, количество тепловых нейтронов, которые достигают объема формации 50, исследуемого детекторами 26 и/или 28 гамма-излучения, может не быть прямо пропорциональным абсолютному выходу высокоэнергетических нейтронов (например, 14,1 МэВ). Точнее, поток тепловых нейтронов может зависеть от транспорта нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов в формации 50 до захвата. В связи с этим, дополнительные измерения из других инструментов и/или моделирование может быть использовано для оценки части тепловых нейтронов, которые достигают объема формации 50, исследуемой детекторами 26 и/или 28 гамма-излучения. Одним фактором в таком вычислении может быть сигма-измерение формации 50, которое представляет макроскопическое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов формации 50.

Затухание гамма-излучения 58 и/или 62 может быть также вызвано средой формации 50. Поскольку на затухание гамма-излучения может влиять плотность формации 50, такое измерение может быть использовано для учета этих эффектов. И наконец, присутствие скважины 52 может также осложнять полученные измерения гамма-излучения 58 и/или 62 детекторами 26 и/или 28 гамма-излучения. Эффекты среды скважины 52 могут быть учтены путем использования дополнительных измерений параметров скважины 52 и моделированием, которые могут включать в себя диаметр скважины 52 и/или измерения или оценку сигмы скважины 52.

Если скважинный инструмент включает в себя детектор 21 нейтронов поблизости с детекторами 26 и/или 28 гамма-излучения, этот детектор 21 нейтронов может быть использован для измерения потока тепловых и/или надтепловых нейтронов, связанных с регионом формации 50 и/или скважины 52, исследуемых детекторами 26 и/или 28 гамма-излучения. Эти измерения могут раскрывать определенные характеристики среды формации 50, которые могут быть скорректированы путем использования методик, описанных ниже.

Фиг.3 и фиг.4 представляют различные варианты осуществления способов для определения абсолютного вклада элементов из детектированного спектра гамма-излучения. Методики, описанные на фиг.3 и фиг.4, представляют методики, которые могут использовать скважинный инструмент 12 и/или систему 14 обработки данных. Обратимся сначала к фиг.3, на котором блок-схема 64 начинается с этапа 66, когда скважинный инструмент опускается в формацию 50 и источник 18 нейтронов скважинного инструмента 12 излучает нейтроны 54 в окружающую формацию 50. На этапе 68, который может выполняться одновременно с этапом 66, абсолютный выход нейтронов источника 18 нейтронов может быть измерен с использованием монитора 20 нейтронов около источника 18 нейтронов. Дополнительно или в качестве альтернативы, абсолютный выход нейтронов источника 18 нейтронов может быть оценен позже на основании калибровки источника 18 нейтронов и моделей радиоактивного распада. На этапе 70 детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения могут измерять спектр гамма-излучения 58 и/или 62 неупругого рассеяния и захвата нейтронов, которые может быть создано, когда нейтроны 54 взаимодействуют с формацией 50.

Этапы с 71 по 76 могут включать в себя в основном этапы обработки, которые могут иметь место в процессоре, встроенном в скважинный инструмент 12 и/или систему 14 обработки данных. На этапе 71, измеренный спектр гамма-излучения может быть разделен на составные спектры элементов, или относительные вклады элементов. На этапе 72, эти относительные вклады элементов из гамма-излучения, имеющие отношение к интересующему спектральному региону, могут быть нормализованы по выходу нейтронов источника 18 нейтронов, что может дать нескорректированный абсолютный вклад элементов формации 50. На этапе 74, различные факторы могут быть учтены для корректировки эффектов среды формации 50 и/или скважины 52, которые могут влиять на измеренный спектр гамма-излучения 58 и/или 62. На этапе 76, на основании описанных выше отношений, одна или более абсолютных концентраций элементов формации 50 может быть определена, как описано ниже со ссылкой на Уравнение (1). Эти этапы могут быть выполнены в любом порядке, и могут начинаться с расчета, например, следующего отношения:

(1)

В приведенном выше уравнении 1, Ai представляет абсолютные вклады для каждого элемента i. Yi представляет относительные вклады элементов, или части измеренного спектра гамма-излучения, соотнесенного с элементом i. TotCR представляет полную скорость счета в регионе спектра, используемую в спектральном анализе для извлечения относительных вкладов. nCR представляет определенный выход нейтронов 54 из источника 18 нейтронов, как полученный посредством измерения абсолютного количества нейтронов монитором 20 нейтронов и/или через оценку с помощью калибровки или модели радиоактивного излучения. F представляет фактор коррекции среды, учитывающий параметры скважины 52 и/или формации 50. Как упоминалось выше, такие коррекции среды могут учитывать перенос нейтронов и затухание гамма-излучения среди прочего. Эти коррекции среды и параметры обсуждены более подробно ниже.

На фиг.4 блок-схема 78 описывает вариант осуществления способа для определения парциальных абсолютных вкладов концентраций элементов в формации 50 и скважине 52. Блок-схема 78 начинается с этапа 80, когда скважинный инструмент 12 опускается в формацию 50, и источник 18 нейтронов скважинного инструмента 12 испускает нейтроны 54 в окружающую формацию 50. На этапе 82, который может выполняться одновременно с этапом 80, абсолютный выход нейтронов источника 18 нейтронов может быть измерен с использованием монитора 20 нейтронов около источника 18 нейтронов. Дополнительно, или в качестве альтернативы, абсолютный выход нейтронов источника 18 нейтронов может быть оценен позже на основании калибровки источника 18 нейтронов или моделей радиоактивного распада. На этапе 84, детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения могут измерять спектр гамма-излучения 58 и/или 62 неупругого рассеяния и захвата нейтронов, которое может быть создано, когда нейтроны 54 взаимодействуют с формацией 50.

Этапы с 85 по 92 могут в основном содержать обрабатывающие этапы, которые могут происходить в процессоре, встроенном в скважинный инструмент 12 и/или системе 14 обработки данных. На этапе 71, измеренный спектр гамма-излучения может быть разделен на составляющие элементов или относительные вклады элементов. На этапе 86, эти относительные вклады элементов из гамма-излучения, свойственные интересующему спектральному региону, могут быть нормализованы относительно выхода нейтронов источника 18 нейтронов, который может создавать нескорректированный абсолютный вклад элементов формации 50. На этапе 88, относительные вклады, свойственные формации 50 и скважине 52, могут быть выделены, и на этапе 90, различные факторы могут быть учтены для корректировки эффектов среды формации 50 и/или скважины 52, которые могут оказать влияние на измеренный спектр гамма-излучения 58 и/или 62. На этапе 92, парциальные абсолютные вклады среды, свойственные формации 50 и скважине 52, могут быть определены, как описано ниже со ссылкой на Уравнение (2).

В частности, для элементов, которые совместно существуют в формации 50 и скважине 52, измеренный абсолютный вклад Ai может быть рассмотрен в виде суммы парциальных абсолютных вкладов в формации 50 AF,i и скважине 52 ABH,i. При таких условиях может быть возможным различение между двумя возможностями, которые могут быть значительными спектральным различием между частями спектра гамма-излучения 58 и/или 62, излучаемого из формации 50 и скважины 52, и что может не быть полезного обнаруживаемого различия. Если различие между стандартом формации 50 и скважины 52 существует, то оно может быть использовано для разделения абсолютного вклада Ai на компонент AF,i вклада формации 50 и компонент ABH1i вклада скважины 52. Практическая реализация может использовать или два стандарта раздельно, или может использовать стандарт формации 50 и различие между стандартом формации 50 и скважины 52. В таком случае, фактор коррекции F может также быть разделен для секции формации и скважины независимо. Этапы с 85 по 92 могут быть выполнены в любом порядке, и могут начинаться, например, с вычисления следующего уравнения:

(2)

В приведенном выше уравнении (2) Ai представляет абсолютные вклады для каждого элемента i, и AF,i и ABH,i представляют абсолютные вклады элемента i в формации 50 и скважине 52 соответственно. YF,i и YBH,i представляют относительные вклады элементов формации 50 и скважины 52, или часть измеренного спектра гамма-излучения, свойственного элементу i, свойственного формации 50 и скважине 52 соответственно. TotCR представляет полную скорость счета внутри региона спектра, используемого в спектральном анализе для извлечения относительных вкладов. nCR представляет определенный выход нейтронов 54 из источника 18 нейтронов, как полученный через измерение абсолютного количества нейтронов с помощью монитора 20 и/или с помощью оценки путем калибровки или моделей радиоактивного распада. FF и FBH представляют факторы коррекции среды, учитывающие параметры формации 50 и скважины 52 соответственно.

Для обоих описанных выше вариантов осуществления способов, описанных фиг.3 и фиг.4 и уравнениями (1) и (2), факторы F коррекции среды могут быть достаточно сложными функциями. Факторы F коррекции среды могут быть разложены на множители, и зависимость от большинства параметров может быть определена посредством серии расчетов методом Монте-Карло. Факторы F коррекции среды могут также включать в себя масштабирующий фактор, определенный путем калибровки конечного оборудования скважинного инструмента 12. Дополнительно или в качестве альтернативы, масштабирующий фактор может быть определен из анализа непротиворечивости из результатов нормализации замыкания, описанного выше Уравнениями (1) и (2). Пример масштабирующего фактора представлен ниже.

Параметры, используемые факторами F коррекции среды (например, параметр-1), и так далее, могут быть общими физическими параметрами, измеренными, например, другими секциям скважинного инструмента 12, разработанными для этих целей, или другими инструментами. В качестве примера, такие общие физические параметры могут включать в себя, среди прочих, измерения или оценки пористости, измерения или оценки времени замедления, измерения или оценки плотности, измерения или оценки поперечного сечения захвата тепловых нейтронов формации или скважины, и так далее. Один или более других параметров могут быть выведены или различного множества физических параметров, обычно не выдаваемых каротажными инструментами, которые могут не иметь ясной физической интерпретации. Например, такие другие параметры могут включать в себя, среди прочих, оценки локальных потоков нейтронов вблизи детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения, грубая оценка скорости счета монитора 20 нейтронов, грубая оценка скорости счета детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения, и так далее. Эти другие параметры могут включать в себя измерения с использованием одного или более детекторов 21 нейтронов, расположенных ближе к детекторам 26 и/или 28 гамма-излучения, чем источник 18 нейтронов.

Один или более факторов F, примененных к вкладу гамма-излучения 62 захвата нейтронов, может содержать зависимость от потока тепловых нейтронов вблизи детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения. Одна реализация такого фактора F может содержать отношение между потоком тепловых нейтронов около детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения и измеренным потоком нейтронов 54, как измеренными одним или более детекторами 21 нейтронов и/или как оцененными на основании других измерений формации 50. Один или более факторов F, примененных к вкладу неупругого гамма-излучения 58, могут содержать зависимость потока надтепловых нейтроном вблизи детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения. Поток тепловых или надтепловых нейтронов может быть измерен или оценен с помощью одного или более мониторов 20 нейтронов, расположенных на расстоянии от монитора нейтронов рядом с источником 18 нейтронов, или может быть оценен на основании других измерений формации 50.

Один или более факторов F могут содержать зависимость от затухания гамма-излучения вблизи детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения. Один или более факторов F могут содержать коррекцию для вариаций в затухании гамма-излучения в корпусе 16 инструмента, которое может происходить вследствие изменений среды и/или износа. Один или более факторов F могут содержать коррекцию для окружения скважинного инструмента 12, получаемого, например, из событий 60 захватов нейтронов, которые могут происходить в материалах, которые составляют скважинный инструмент 12. Один или более факторов F могут содержать оценку эффективного атомного числа элементов вблизи детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения, как определено посредством других скважинных измерений или с использованием других различных методик моделирования формации 50.

Один пример формулировки фактора F коррекции описан ниже в виде уравнения (3). Примерный фактор F коррекции, описанный в уравнении (3) может иметь зависимости от общего поперечного сечения (∑F) захвата нейтронов формации, длины (Ls) замедления нейтронов, объемной плотности (ρb), поперечное сечение (∑B) захвата нейтронов скважинного флюида, и диаметра (DB) скважины, и может быть представлен следующим отношением:

(3)

где g1 и g2 зависят от DB, g3 зависит от Ls, и g4 зависит от ∑B.

Фиг.5 изображает блок-схему 96 для получения концентраций элементов формации 50. Этапы блок-схемы 96 могут в основном включать в себя обработку, которая может происходить в процессоре, встроенном в скважинный инструмент 12 и/или в систему 14 обработки данных. Конкретно, первый этап 96 может включать в себя получение абсолютного вклада элемента или парционного вклада элемента, который может быть определен в соответствии с блок-схемами 64 и 78 на фиг.3 и фиг.4. На этапе 98, характеристики, специфичные для оцениваемого элемента, могут быть учтены и применены к абсолютному вкладу элемента. Эти характеристики могут быть учтены вместе с элементо-зависимым фактором чувствительности, который может предполагать, например, поперечные сечения, множественности гамма-излучения, отклик детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения, и/или атомный вес. На этапе 100 различные физические свойства элементов, среды, и/или инструмента могут быть учтены путем применения правильного масштабирующего фактора. На этапе 102, на основании упомянутых выше соглашений, может быть получена парциальная плотность элемента формации 50.

Как отмечено выше, этапы 96-102 могут включать в себя обработку, которая может иметь место в процессоре, встроенном в скважинный инструмент и/или в систему 14 обработки данных. Конкретно, этапы с 96 по 102 могут быть выполнены путем вычисления, например, приведенного ниже уравнения (4). Парциальная плотность для заданного элемента i может быть описана как:

(4)

где Si является элементо-зависимой чувствительностью, которая учитывает, среди прочего, поперечные сечения, множественности гамма-излучения, отклик детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения, и/или атомный вес, и f является масштабирующим фактором.

В качестве примера, масштабирующий фактор f может быть константой, определяемой из первого главного вычисления, которое может быть выведено из физических констант конкретного элемента (например, масса) и/или другой физической информации среды (например, объемная плотность). Дополнительно или в качестве альтернативы, масштабирующий фактор f может быть выведен, или содержать фракцию, из калибровки перед измерениями при конкретных заранее определенных или хорошо известных условиях. В одном варианте осуществления, фактор f может быть постоянной по всей глубине формации 50.

Для того чтобы позволить дополнительные корректировки для компенсации вторичных эффектов, не учтенных в расчете абсолютных вкладов Ai, как описано выше, масштабирующий фактор f может быть функцией, а не константой. Эффекты, которые могут быть учтены путем применения масштабирующего фактора f как функции, могут включать в себя, например, остаточные инструментальные эффекты наподобие дрейфа детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения и/или ухудшение разрешения. Дополнительно или в качестве альтернативы, такие эффекты дополнительно включают в себя эффекты среды, которые не были учтены ранее в вычислении абсолютных вкладов Ai из сырых данных измерений. В качестве примера, эффекты среды, которые могут возникнуть из-за температуры и/или давления, и которые не были учтены среди факторов F в уравнениях (1) и (2), могут быть учтены путем использования функции f масштабирующего фактора, который учитывает такие эффекты.

Определенные парциальные плотности элементов формации 50 могут быть проверены с использованием различных методик. В одном примере, сумма всех измеряемых парциальных плотностей ∑iF,i), связанных с формацией 50, может быть меньше или равна объемной плотности ρb формации 50, как описывается следующим отношением:

(5)

В основном, из-за того, что не все элементы формации 50 могут быть измерены с использованием описанных здесь методик, сумма всех измеряемых парциальных плотностей ∑iF,i) будет меньше объемной плотности ρb,eff формации 50 в большинстве случаев.

В другом примере, изображенном на блок-схеме 104 на фиг.6, определенные результаты концентраций элементов на основании абсолютных вкладов Ai могут быть проверены на непротиворечивость с использованием методик, использующих относительные вклады. Конкретно, на первом этапе 106 концентрация элемента в формации 50 может быть определена на основании методик, использующих абсолютные вклады, как описано выше. На втором этапе 108, концентрация элемента формации 50 может быть определена на основании методик, использующих элементарное замыкание или оксидное замыкание с относительными вкладами, как описано ниже со ссылкой на уравнения (6) и (7) и/или Уравнение (8). На этапе 110 концентрация элемента может быть проверена. В некоторых вариантах осуществления, этап 110 проверки может включать в себя комбинирование концентрации элемента, определенной на основании относительных вкладов, с концентрацией элемента, определенной на основании абсолютных вкладов, для получения средневзвешенного результатов, где взвешивание может быть постоянными или корректируемым на основании оценок достоверности.

Такие методики для оксидного замыкания могут быть использованы в качестве вторичной оценки концентраций элементов для проверки рассчитанных парциальных плотностей ρi на основании абсолютных вкладов Ai, как описано выше. Процедура оксидного замыкания может использовать данные спектроскопии захвата нейтронов наряду с независимыми измерениями алюминия (Al) и калия (K). Модель может допускать, что элементы формации 50, обнаруженные спектроскопическими измерениями захвата нейтронов, могут быть количественно связаны с их оксидами или с наиболее частой формой в формации, и что все оксиды в сумме дадут единицу. Модель принимает форму следующего отношения:

(6)

где Xi является фактором, который преобразует элемент в его оксид или в наиболее частое соединение (например, для Ca часто преобразуется в CaCO3 вместо CaO), W является весовой долей элемента в формации, Y является относительным вкладом элемента, выведенным из спектра захвата, и S является заранее определенным измерением чувствительности, которое зависит от поперечного сечения захвата конкретного элемента, и чувствительности инструмента к характеристическому излучению этого элемента. После нахождения F, массовая доля каждого элемента может быть вычислена как:

(7)

Дополнительно или в качестве альтернативы, описанный выше подход может быть использован для спектра, получаемого из неупругого гамма-излучения 58. При использовании описанного выше подхода, несколько элементов могут быть измерены с использованием вкладов неупругого спектра. Эти вклады могут быть описаны как абсолютные вклады элементов с использованием нормализации по источнику 18 нейтронов. Такие элементы, как Al, Mg, Ca, Si, S могут быть представлены и в спектре неупругого гамма-излучения 58 и в спектре гамма-излучения 62. Использование абсолютных, скорректированных по среде, вкладов делает возможным комбинировать результаты из спектра неупругого гамма-излучения 58 и спектра гамма-излучения 62 захвата нейтронов, или использовать неупругий спектр как самостоятельное решение.

Способом, похожим на сравнение абсолютных и относительных спектральных вкладов вследствие гамма-излучения 62 захвата нейтронов, неупругие абсолютные вклады и неупругие относительные вклады, вследствие неупругого гамма-излучения 58, могут быть сравнены и, там где нужно, скомбинированы в средневзвешенный вклад. Дополнительно, абсолютные неупругие вклады вследствие неупругого гамма-излучения 58 и вклады захвата нейтронов вследствие гамма-излучения 62 захвата нейтронов для элементов, представленных и в неупругом спектре и в спектре захвата нейтронов, могут быть использованы для улучшения достоверности и точности полученного выше ответа. Коррекции среды для неупругих вкладов может также быть проще, поскольку неупругие вклады могут не испытывать влияния поперечного сечения захвата тепловых нейтронов формации 50 или скважины 52. Это делает неупругие вклады особенно ценными в присутствии высокой солености скважины 52 и связанного с этим высокого поперечного сечения захвата нейтронов.

Дополнительно или в качестве альтернативы, вторая модель замыкания может быть задействована для проверки рассчитанных парциальных плотностей ρi на основании абсолютных вкладов Ai, которая как правило используется в случаях, где доступны только данные спектроскопии захвата нейтронов, которая может быть описана в патенте США № 5471057, "METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING ELEMENTAL CONCENTRATIONS FOR GAMMA RAY SPECTROSCOPY TOOLS", который включен сюда по ссылке во всей своей полноте. Эта модель может быть идентична модели, проиллюстрированной уравнениями (6) и (7) выше, за исключением того, что она исключает выражения алюминия (Al) и калия (K). Дополнительно, эта модель модифицирует факторы (Xi) ассоциации для учета отсутствия измерений алюминия (Al) и калия (K), как описывается следующим отношением:

(8)

После получения концентрации элементов формации с помощью методики, включающей в себя абсолютные вклады, и получения концентраций элементов формации с использованием методики оксидного замыкания, два расчета могут быть сравнены друг с другом. После этого, концентрации элементов, определенные на основании абсолютных вкладов, могут быть объединены с концентрациями элементов, определенных на основании относительных вкладов и оксидного замыкания, для получения средневзвешенного от результатов. Это взвешенное среднее может иметь постоянный вес или доверительный-оценочный-скорректированный вес. Сравнение концентраций элементов на основании относительных вкладов и замыкания с концентрациями элементов на основании абсолютных вкладов может также быть использовано для определения масштабирующего фактора F путем сопоставления двух выведенных концентраций в известных или простых зонах, или на большой части общего измеренного региона.

Несмотря на то, что здесь были проиллюстрированы и описаны определенные признаки, специалистами в данной области методики могут быть выполнены много модификаций и изменений. Вследствие этого, следует понимать, что прилагающаяся формула изобретения предназначена для включения в себя всех модификаций и изменений, которые попадают в сущность настоящего раскрытия.

1. Система для нейтронной гамма-спектроскопии, содержащая:
скважинный инструмент, содержащий:
источник нейтронов, сконфигурированный испускать нейтроны в подземную формацию, чтобы вызвать события неупругого рассеяния и события поглощения нейтронов;
монитор нейтронов, сконфигурированный обнаруживать скорость счета испущенных нейтронов; и
детектор гамма-излучения, сконфигурированный принимать спектр гамма-излучения, полученный, по меньшей мере, частично из неупругого гамма-излучения, полученного вследствие событий неупругого рассеяния и гамма-излучения захвата нейтронов, полученных вследствие событий захвата нейтронов; и
схему обработки данных, сконфигурированную определять относительные вклады элементов из спектра гамма-излучения и определять абсолютный вклад элементов на основании, по меньшей мере, частично нормализации относительных вкладов элементов по скорости счета испущенных нейтронов.

2. Система по п.1, в которой схема обработки данных сконфигурирована определять абсолютные вклады элементов на основании, по меньшей мере, частично фактора коррекции среды, который учитывает, по меньшей мере, частично влияние среды на испущенные нейтроны, неупругое гамма-излучение, гамма-излучение захвата нейтронов или любую их комбинацию.

3. Система по п.1, в которой схема обработки данных сконфигурирована определять абсолютный вклад элемента на основании, по меньшей мере, частично фактора коррекции среды, который учитывает, по меньшей мере, частично:
часть испущенных нейтронов, которые могут выйти за пределы региона подземной формации, которую исследует детектор гамма-излучения;
геометрические эффекты вариации потока нейтронов в регионе подземной формации, которую исследует детектор гамма-излучения;
геометрические эффекты на пространственном угле региона подземной формации, которую исследует детектор гамма-излучения;
затухание неупругого гамма-излучения и гамма-излучения захвата нейтронов в подземной формации;
поток тепловых нейтронов в регионе подземной формации, которую исследует детектор гамма-излучения;
поток надтепловых нейтронов в регионе подземной формации, которую исследует детектор гамма-излучения;
любую их комбинацию.

4. Система по п.1, в которой схема обработки данных сконфигурирована определять абсолютный вклад элемента на основании, по меньшей мере, частично фактора коррекции среды, который является функцией одного или более параметров, относящихся к одной или более физическим характеристикам подземной формации.

5. Система по п.1, в которой схема обработки данных сконфигурирована определять абсолютный вклад элемента на основании, по меньшей мере, частично фактора коррекции среды, который является функцией одного или более параметров, относящихся к одной или более физическим характеристикам подземной формации, где один или более параметров содержат:
пористость подземной формации;
время замедления в подземной формации;
плотность подземной формации;
поперечное сечение захвата тепловых нейтронов подземной формации;
поперечное сечение захвата тепловых нейтронов скважины в подземной формации;
оценку потока нейтронов в регионе подземной формации, исследуемой детектором гамма-излучения;
оценку распределения энергии нейтронов в регионе подземной формации, исследуемой детектором гамма-излучения;
исходную скорость счета из монитора нейтронов; или исходную скорость счета гамма-излучения из детектора гамма-излучения; или
любую их комбинацию.

6. Система по п.1, в которой схема обработки данных сконфигурирована определять абсолютные концентрации элементов на основании, по меньшей мере, частично произведения относительного вклада элемента на коэффициент полного счета гамма-излучения внутри региона спектра гамма-излучения, используемого для извлечения относительных вкладов, деленного на скорость счета испущенных нейтронов.

7. Способ нейтронной гамма-спектроскопии, содержащий этапы, на которых:
испускают, используя источник нейтронов, известное приблизительное количество нейтронов в подземную формацию, чтобы вызвать события неупругого рассеяния и события захвата нейтронов;
измеряют, используя детектор гамма-излучения, спектры гамма-излучения, вызванного событиями неупругого рассеяния, и гамма-излучения, вызванного событиями захвата нейтронов;
определяют, используя процессор, относительный вклад элемента из спектра гамма-излучения; и
определяют, используя процессор, абсолютный вклад элемента на основании, по меньшей мере, частично нормализации относительного вклада элемента по известному примерному количеству испущенных нейтронов.

8. Способ по п.7, содержащий этап, на котором определяют, используя процессор, концентрацию элемента в подземной формации на основании, по меньшей мере, частично абсолютного вклада и элементозависимой чувствительности.

9. Способ по п.8, в котором концентрацию элемента определяют на основании, по меньшей мере, частично элементозависимой чувствительности, при этом элементнозависимая чувствительность сконфигурирована для учета:
поперечного сечения элемента; множественности гамма-излучения, связанного с элементом;
реакции детектора гамма-излучения на гамма-излучение, выведенной из элемента; или
атомного веса элемента; или
любой их комбинации.

10. Способ по п.7, содержащий этап, на котором определяют, используя процессор, концентрацию элемента в подземной формации на основании, по меньшей мере, частично, абсолютного вклада и масштабирующего фактора.

11. Способ по п.10, в котором концентрация элемента определяется на основании, по меньшей мере, частично масштабирующего фактора, причем масштабирующий фактор содержит:
константу, выведенную из физической константы элемента и физических характеристик формации;
константу, содержащую часть из калибровки скважинного инструмента, содержащего источник нейтронов и детектор гамма-излучения;
константу, содержащую часть из калибровки скважинного инструмента, содержащего источник нейтронов и детектор гамма-излучения для измерений в известных условиях; или
константу, зависящую от глубины; или
любую их комбинацию.

12. Способ по п.10, в котором концентрацию элементов определяют на основании, по меньшей мере, частично масштабирующего фактора, причем масштабирующий фактор является функцией, сконфигурированной компенсировать эффекты среды или инструментальные эффекты, относящиеся к деградации возможностей детектора гамма-излучения, или их комбинации.

13. Способ по п.7, содержащий этап, на котором определяют, используя процессор, концентрацию элемента в подземной формации на основании, по меньшей мере, частично абсолютного вклада элемента, элементозависимой чувствительности и масштабирующего фактора.

14. Способ по п.7, содержащий этап, на котором определяют, используя процессор, концентрацию элемента в подземной формации на основании, по меньшей мере, частично абсолютного вклада элемента, и определяют, используя процессор, концентрацию элемента в подземной формации на основании, по меньшей мере, частично нормализации замыкания относительного вклада элемента.

15. Способ по п.14, содержащий этап, на котором определяют, используя процессор, средневзвешенную концентрацию элемента в подземной формации на основании, по меньшей мере, частично абсолютного вклада элемента и концентрацию элемента в подземной формации на основании, по меньшей мере, частично, нормализации замыкания относительного вклада элемента, где взвешивание средневзвешенного является постоянным или корректируется на основании оценок достоверности.

16. Способ по п.14, содержащий этап, на котором определяют, используя процессор, масштабирующий фактор для концентрации элемента в подземной формации на основании, по меньшей мере, частично сравнения абсолютного вклада элемента с концентрацией элемента в подземной формации на основании, по меньшей мере, частично нормализации замыкания относительного вклада элемента.

17. Система для нейтронной гамма-спектроскопии, содержащая:
скважинный инструмент, сконфигурированный испускать известное приблизительное количество нейтронов в подземную формацию и обнаруживать спектр гамма-излучения из гамма-излучения, который возникает при взаимодействии испущенных нейтронов с подземной формацией; и
схему обработки данных, сконфигурированную определять относительный вклад элемента из спектра гамма-излучения и определять абсолютные вклады элемента на основании, по меньшей мере, частично, нормализации относительно вклада элемента по известному примерному количеству испущенных нейтронов и коррекции среды, которая учитывает, по меньшей мере, частично, влияние среды на испущенные нейтроны, неупругое гамма-излучение, гамма-излучение захвата нейтронов, или любую их комбинацию.

18. Система по п.17, в которой скважинный инструмент сконфигурирован испускать известное приблизительное количество нейтронов, используя калиброванный радиоактивный источник, который испускает нейтроны с предсказуемой скоростью.

19. Система по п.17, в которой скважинный инструмент сконфигурирован испускать известное приблизительное количество нейтронов, используя электронный генератор нейтронов, чей выход нейтронов отслеживается монитором нейтронов.

20. Система по п.17, в которой скважинный инструмент сконфигурирован испускать известное приблизительное количество нейтронов в подземную формацию с энергией, достаточной, чтобы вызвать события неупругого рассеяния.

21. Система по п.17, в которой скважинный инструмент сконфигурирован испускать известное приблизительное количество нейтронов в подземную формацию с энергией, достаточной, чтобы вызвать события захвата нейтронов, но не события неупругого рассеяния.

22. Система по п.17, в которой скважинный инструмент сконфигурирован обнаруживать количество нейтронов, которые достигли региона формации, который исследует скважинный инструмент.

23. Система по п.17, в которой схема обработки данных сконфигурирована определять абсолютный вклад элемента на основании, по меньшей мере, частично фактора коррекции среды, где фактор коррекции среды является факторизованной функцией.

24. Система по п.17, в которой схема обработки данных сконфигурирована определять абсолютный вклад элемента на основании, по меньшей мере, частично фактора коррекции среды, при этом фактор коррекции среды является функцией, зависящей от одного или более параметров, связанных с одной или более физическими характеристиками подземной формации, при этом схема обработки данных сконфигурирована определять зависимости фактора коррекции среды и один или более параметров посредством нескольких вычислений по методу Монте-Карло.

25. Система по п.17, в которой схема обработки данных сконфигурирована определять абсолютный вклад элемента на основании, по меньшей мере, частично фактора коррекции среды, где фактор коррекции среды включает в себя масштабирующий фактор на основании калибровки скважинного инструмента.

26. Система по п.17, в которой схема обработки данных сконфигурирована определять абсолютный вклад элемента на основании, по меньшей мере, частично фактора коррекции среды, при этом фактор коррекции среды включает в себя масштабирующий фактор, определенный из отношения между определенным абсолютным вкладом элемента и определением абсолютной концентрации элемента подземной формации, при этом определение абсолютной концентрации не основано на нормализации относительного вклада элемента по известному примерному количеству испущенных нейтронов.

27. Способ нейтронной гамма-спектроскопии, содержащий этапы, на которых:
испускают, используя источник нейтронов скважинного инструмента, известное приблизительное количество нейтронов в подземную формацию из скважины, чтобы вызвать события неупругого рассеяния и события захвата нейтронов;
измеряют, используя детектор гамма-излучения в скважинном инструменте, спектр гамма-излучения из неупругого гамма-излучения, вызванного событиями неупругого рассеяния и гамма-излучения захвата нейтронов, вызванного событиями захвата нейтронов;
определяют, используя процессор, парциальный относительный вклад элемента в подземной формации из спектра гамма-излучения;
определяют, используя процессор, парциальный относительный вклад элемента в скважине из спектра гамма-излучения; и
определяют, используя процессор, парциальный абсолютный вклад элемента в подземной формации на основании, по меньшей мере, частично нормализации парциального относительного вклада элемента в подземной формации по известному приблизительному количеству испущенных нейтронов, и определяют, используя процессор, парциальный абсолютный вклад элемента в скважине на основании, по меньшей мере, частично нормализации относительного вклада элемента в скважине по известному приблизительному количеству испущенных нейтронов.

28. Способ по п.27, в котором парциальный относительный вклад элемента в подземной формации определяется на основании спектрального стандарта элемента в подземной формации, и причем парциальный относительный вклад элемента в скважине определяется на основании спектрального стандарта элемента в скважине.

29. Способ по п.27, в котором парциальный относительный вклад элемента в подземной формации определяется на основании спектрального стандарта элемента в подземной формации, и причем парциальный относительный вклад элемента в скважине определяется на основании разности между спектральным стандартом элемента подземной формации и спектральным стандартом элемента в скважине.

30. Система для нейтронной гамма-спектроскопии, содержащая:
скважинный инструмент, содержащий:
нейтронный источник, сконфигурированный испускать нейтроны в подземную формацию;
монитор нейтронов, сконфигурированный определять скорость счета нейтронов, испущенных источником нейтронов;
детектор гамма-излучения, сконфигурированный измерять спектр гамма-излучения и скорость счета гамма-излучения, возникающих при взаимодействии испущенных нейтронов с подземной формацией; и схему обработки данных, сконфигурированную определять относительный вклад элемента на основании, по меньшей мере, частично, спектра гамма-излучения, и определять абсолютный вклад элемента в подземной формации на основании, по меньшей мере, частично относительного вклада элемента, умноженного на коэффициент скорости счета гамма-излучения, выведенного из скорости счета нейтронов.

31. Система по п.30, в которой скважинный инструмент содержит детектор нейтронов, расположенный ближе к детектору гамма-излучения, чем источник нейтронов.

32. Система по п.30, в которой схема обработки данных сконфигурирована определять абсолютный вклад элемента на основании, по меньшей мере, частично фактора коррекции среды, при этом фактор коррекции среды:
зависит от потока тепловых нейтронов в регионе подземной формации, который исследует детектор гамма-излучения;
содержит отношение потока тепловых нейтронов в регионе подземной формации, который исследует детектор гамма-излучения, к скорости счета нейтронов;
зависит от потока надтепловых нейтронов в регионе подземной формации, который исследует детектор гамма-излучения;
зависит от затухания гамма-излучения в регионе подземной формации, который исследует детектор гамма-излучения;
содержит коррекцию для изменений затухания гамма-излучения в корпусе скважинного инструмента; или
содержит оценку атомного числа элементов в регионе подземной формации, который исследует детектор гамма-излучения; или
любую их комбинацию.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов радиационными методами с измерением вторичной эмиссии с использованием нейтронов, в частности для неразрушающего дистанционного контроля различных скрытых веществ.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для определения технического состояния скважин методом радиоактивного каротажа.

Изобретение относится к ядерной геофизике и может быть использовано для каротажа нефтяных и газовых скважин. .

Изобретение относится к области калибровки радиоактивной аппаратуры, в частности - к калибровке геофизических приборов радиоактивного каротажа. .

Изобретение относится к области геофизики, а именно к области проведения комплекса геофизических исследований горизонтальных скважин при поисках и разведке залежей полезных ископаемых, и может быть использовано для одновременного проведения электрического и радиоактивного каротажа, инклинометрии, акустического каротажа и т.д.

Использование: для каротажа скважины с помощью нейтронно-индуцируемого гамма-излучения. Сущность: заключается в том, что скважинный инструмент содержит источник нейтронов, сконфигурированный для излучения нейтронов согласно схеме формирования импульсов, причем схема формирования импульсов включает в себя задержку между двумя импульсами, причем задержка является достаточной, чтобы, по существу, все события захвата нейтронов, обусловленные излученными нейтронами, могли прекратиться, и причем задержка больше или равна приблизительно 1 с, детектор гамма-излучения, сконфигурированный для регистрации гамма-излучения активации, вырабатываемого, когда элементы, активированные излученными нейтронами, распадаются до нерадиоактивного состояния. Технический результат: обеспечение возможности определения элемента пласта посредством только гамма-излучения активации из активированных пластовых ядер. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 10 ил.

Использование: для определения коэффициента нефтегазонасыщенности. Сущность: заключается в том, что выполняют измерения методом ИНК и расчет макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов горной породы, определяют по комплексу ГИС макрокомпонентный состав пород, включая пористость, при этом для расчета макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов пластовой водой и углеводородами используют их элементный состав и плотность, а сам расчет углеводородонасыщенности осуществляют по определенной зависимости, при этом для расчета макроскопических сечений поглощений тепловых нейтронов макрокомпонентами, образующими твердую фазу пород, дополнительно подготавливают коллекцию образцов керна из опорных скважин, на которой проводят измерения минерального, элементного состава образцов и потери веса образца при нагревании, формируют минерально-компонентную модель породы и рассчитывают макроскопические сечения поглощения тепловых нейтронов для каждой макрокомпоненты, образующей твердую фазу породы. Технический результат: повышение точности определения содержания углеводородов.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения насыщения флюидом порового пространства пород исследуемых пластов. Способ определения насыщения водой в подземном пласте включает в себя определение глубины проникновения в пласт на основании множества измерений, выполняемых в стволе скважины, пробуренном сквозь пласт. Измерения имеют различные глубины исследования в пласте. Углерод и кислород в пласте измеряют в по существу том же продольном положении, как положение определения глубины проникновения. Измеренные углерод, кислород и глубину проникновения используют для определения насыщения водой в по существу не затронутой проникновением фильтрата части пласта. Технический результат: повышение точности данных относительно насыщения пластовых пород флюидами. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: для измерения пористости. Сущность изобретения заключается в том, что нейтронный скважинный прибор для определения пористости включает источник нейтронов, устройство контроля нейтронов, детектор нейтронов и схему обработки данных. Источник нейтронов может излучать нейтроны в подземный пласт, а устройство контроля нейтронов определяет отсчет нейтронов, пропорциональный излучаемым нейтронам. Детектор нейтронов может определить отсчет нейтронов, которые рассеиваются от подземного пласта. Схема обработки данных может определить скорректированную на влияние от окружающей среды пористость подземного пласта на основе, по меньшей мере отчасти, отсчета нейтронов, рассеянных от подземного пласта, нормализованного к отсчету нейтронов, пропорциональному нейтронам, излучаемым источником нейтронов. Технический результат: обеспечение возможности нейтронного геофизического исследования пористости с высокой точностью и уменьшенными литологическими влияниями. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 16 ил.

Использование: для определения состояния продуктивного пласта импульсным нейтронным методом. Сущность изобретения заключается в том, что перемещают каротажный прибор по стволу скважины, генерируют импульсно-периодический поток быстрых нейтронов в скважине, осуществляют временной анализ плотности потока тепловых нейтронов на каждом кванте глубины, на которые разбивается пласт, определяют значения фоновых декрементов спада плотности тепловых нейтронов, при этом закачивают в скважину под давлением раствор-реагент, содержащий соединения элементов с аномально высоким макросечением радиационного захвата нейтронов, вторично определяют значения декрементов спада плотности тепловых нейтронов, генерируют в скважине ультразвуковое излучение, воздействуют этим излучением на пласт, после чего снова определяют значения декрементов спада плотности тепловых нейтронов по выполнению соответствующей системы неравенств, содержащих значения декрементов, полученные на трех этапах измерений. По выполнению этих неравенств судят о возможности поддержания дебита скважины на эксплуатационном уровне при периодическом воздействии на пласт продольной акустической волной давления. Технический результат: обеспечение возможности выделения продуктивных пластов, в которых применение метода акустического воздействия на пласт для поддержания дебита скважины на эксплуатационном уровне дает положительный результат. 1 ил.

Использование: для измерения пористости методом нейтронного каротажа. Сущность изобретения заключается в том, что представлены система, способ и прибор для определения значений пористости подземного пласта, скорректированных с учетом влияния скважины. Скважинный прибор, опускаемый в скважину подземного пласта, включает источник нейтронов, два или более детектора нейтронов и схему обработки данных. Источник нейтронов испускает нейтроны в подземный пласт. Два или более детектора нейтронов размещаются в двух или более азимутальных ориентациях в скважинном приборе и детектируют нейтроны, рассеянные подземным пластом или скважинным флюидом в скважине или ими обоими. Основываясь на нейтронах, детектированных детекторами нейтронов, электронная схема обработки данных определяет значение пористости подземного пласта, скорректированное с учетом влияния скважины. Технический результат: повышение точности измерений. 4 н. и 25 з.п. ф-лы, 37 ил.

Использование: для определения плотности подземных пластов. Сущность изобретения заключается в том, что определение плотности подземного пласта, окружающего буровую скважину, производят на основании измерения гамма-излучения, возникающего в результате облучения пласта ядерным источником в корпусе прибора, расположенного в буровой скважине, и измерения потока гамма-излучения в корпусе прибора при двух различных расстояниях детекторов от источника, при этом способ содержит определение по существу прямолинейного соотношения между измерениями потоков гамма-излучения при каждом отличающемся расстоянии детекторов применительно к плотности пласта в случае отсутствия отклонения корпуса прибора; определение соотношения, устанавливающего девиацию плотности за счет отклонения прибора, определяемой на основании измерений измеряемого потока гамма-излучения при двух различных расстояниях детекторов, по плотности, вычисляемой на основании прямолинейных соотношений; и для данной пары измерений потока гамма-излучения при различных расстояниях детекторов определение пересечения соотношения, устанавливающего девиацию, с прямолинейным соотношением с тем, чтобы обозначить плотность пласта, окружающего буровую скважину; при этом источник представляет собой нейтронный источник, а гамма-излучение, измеряемое в корпусе прибора, представляет собой наведенное нейтронами гамма-излучение, являющееся результатом нейтронного облучения пласта. Технический результат: повышение точности определения плотности подземных пластов. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для определения текущей нефтенасыщенности пластов-коллекторов, пересеченных скважиной. Сущность изобретения заключается в том, что согласно способу выполняют периодическое облучение горных пород импульсами генератора быстрых нейтронов, регистрацию гамма-излучения неупругого рассеяния (ГИНР) нейтронов и гамма-излучения радиационного захвата (ГИРЗ) тепловых нейтронов детектором гамма-излучения в реальном режиме времени при непрерывном перемещении скважинного прибора и заданном шаге квантования по глубине характеризуется тем, что перед процессом измерений дополнительно определяют оптимальную длительность импульса. Заявлено также устройство импульсного нейтронного гамма-каротажа, содержащее размещенные в охранном кожухе импульсный генератор быстрых нейтронов, сцинтилляционный детектор гамма-излучения, оптически соединенный с фотоэлектронным умножителем, экран, расположенный между импульсным генератором быстрых нейтронов и сцинтилляционным детектором, блок преобразования “аналог-код”, блок центрального процессора, блок приемопередатчика, первый и второй блоки памяти, программно-управляемый блок высокого напряжения, характеризующееся тем, что дополнительно содержит блок управления временным режимом импульсного нейтронного генератора. Технический результат: повышение точности при проведении импульсного нейтронного каротажа. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к ядерной геофизики и служит для оценки плотности цементного камня скважин подземных хранилищ газа (ПХГ) в процессе их эксплуатации без подъема насосно-компрессорных труб (НКТ). Заявленный способ включает измерение текущих значений A как отношений Ca/Si в скважинах аппаратурой типа широкодиапазонного спектрометрического нейтронного гамма-каротажа (СНГК-Ш), выбор Amin и Amax (минимальное и максимальное значение отношения Ca/Si), определение по результатам измерений двойного разностного параметра (ДРП(Ca/Si) по формуле: Д Р П ( C a / S i ) = A − A min A max − A ш т . Калибровка спектрометра осуществляется статическим методом, основанным на соотношениях двойного разностного параметра (ДРПca/si) к величинам границ плотности нормального цементного камня, которые выбирают из условия: максимальному значению 1 ДРПca/si соответствует значение плотности цементного камня -1,95 г/см3 - верхняя граница плотности нормального цементного камня, а среднему значению 0,57 ДРПca/si соответствует текущее значение плотности цементного камня -1,65 г/см3 - нижняя граница плотности цементного камня. Плотность гамма-излучения (γснгк) рассчитывают по формуле: γснгк=1,25+0,7 ДРПca/si. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 3 ил.

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано при создании радиационных детекторов. Цилиндрический позиционно-чувствительный детектор содержит множество сцинтилляторов, разделенных отражающим материалом, помещенным между сцинтилляторами, каждый сцинтиллятор находится в оптическом контакте с фотоприемником, при этом сцинтиллятор состоит из одного или нескольких цилиндрических наборов, составленных из сцинтиллирующих волокон, обеспечивающих регистрацию нейтронного или гамма-излучения, сцинтиллирующие волокна снабжены светоотражающими оболочками и светонепроницаемыми покрытиями, противоположные торцы сцинтиллирующих волокон соединены посредством оптических соединителей с двумя волоконными световодами, находящимися с противоположной стороны в оптическом контакте с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом из которых равно или больше числа сцинтиллирующих волокон. Технический результат - определение направления, под которым излучение приходит на детектор в плоскости, перпендикулярной оси корпуса прибора, т.е. обеспечение азимутального углового разрешения. 1 ил.
Наверх