Способы и системы для обнаружения надтепловых и тепловых нейтронов

Авторы патента:


Способы и системы для обнаружения надтепловых и тепловых нейтронов
Способы и системы для обнаружения надтепловых и тепловых нейтронов
Способы и системы для обнаружения надтепловых и тепловых нейтронов
Способы и системы для обнаружения надтепловых и тепловых нейтронов
Способы и системы для обнаружения надтепловых и тепловых нейтронов
Способы и системы для обнаружения надтепловых и тепловых нейтронов
Способы и системы для обнаружения надтепловых и тепловых нейтронов

 


Владельцы патента RU 2607335:

ХЭЛЛИБЕРТОН ЭНЕРДЖИ СЕРВИСИЗ, ИНК. (US)

Использование: для измерения свойств пласта. Сущность изобретения заключается в том, что инструмент для измерения свойств пласта содержит корпус инструмента, источник нейтронов для излучения нейтронов, расположенный внутри корпуса инструмента, нейтронный детектор, расположенный внутри корпуса инструмента на расстоянии от источника нейтронов, и нейтронный защитный экран, расположенный в рабочем положении относительно нейтронного детектора, причем указанный нейтронный защитный экран имеет наружную поверхность и ограничивает внутренний объем, при этом нейтронный защитный экран выполнен с возможностью предотвращения проникновения нейтронов, имеющих энергию ниже первого заданного порога, от наружной поверхности во внутренний объем. Нейтронный защитный экран с возможностью перемещения связан с корпусом инструмента, причем нейтронный защитный экран имеет незакрытое положение относительно нейтронного детектора таким образом, что нейтронный детектор по меньшей мере частично находится во внутреннем объеме, и нейтронный защитный экран имеет закрытое положение относительно нейтронного детектора таким образом, что нейтронный детектор находится во внутреннем объеме. Технический результат: обеспечение возможности повышения достоверности определения пористости пласта. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[0001] Отсутствует.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Нейтронные инструменты для оценки пласта опрашивают пласт, окружающий буровую скважину, с использованием высокоэнергетических нейтронов, выработанных источником нейтронов, связанным с инструментом. По причине взаимодействий различных типов нейтронов с элементами буровой скважины и пласта энергия некоторых из нейтронов уменьшается. Нейтронные детекторы могут обнаружить (или "сосчитать") нейтроны, возвращенные назад от пласта, имеющие конкретный уровень энергии, например тепловые нейтроны.

[0003] Нейтроны чувствительны к присутствию атомов водорода, которые эффективно снижают энергию нейтронов до теплового уровня. Атомы водорода указывают на свойства пласта, такие как пористость, которая, таким образом, может быть определена на основании числа возвращенных тепловых нейтронов в нейтронном детекторе или детекторах. В частности, большое количество атомов водорода приводит к увеличению количества тепловых нейтронов, обнаруживаемых нейтронным детектором. Однако присутствие в буровой скважине или пласте некоторых ионов, таких как галогены, которые имеют тенденцию захвата тепловых нейтронов, уменьшает количество нейтронов, принятых нейтронным детектором. Это отрицательно влияет на точность вычисления пористости на основании количества нейтронов, обнаруженных нейтронным детектором.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0004] Ниже приведено подробное описание примеров вариантов реализации со ссылкой исключительно в качестве примеров на сопроводительные чертежи, на которых:

[0005] На фиг. 1 показана система в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации.

[0006] На фиг. 2 показана систему в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации.

[0007] На фиг. 3a-3c упрощенно в разрезе показан каротажный прибор, содержащий нейтронный детектор и нейтронный экран в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации.

[0008] На фиг. 4а-4b показаны примеры графиков пористости в зависимости от глубины пласта в соответствии с различными вариантами реализации.

[0009] На фиг. 5 показана блок-схема способа в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации.

[0010] На фиг. 6 показана компьютерная система в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ТЕРМИНЫ

[0011] Некоторые термины используются по всему следующему ниже описанию и в пунктах приложенной формулы изобретения для ссылки на конкретные системные элементы. Для специалистов очевидно, что промысловые обслуживающие компании могут обозначать один и тот же элемент различными названиями. В настоящем документе не проводятся различия между элементами, которые отличаются названием, но не своими функциями.

[0012] В следующем ниже описании и пунктах приложенной формулы термины "включая" и содержащий" используются во включительном смысле и, таким образом, должны интерпретироваться в смысле "включая, помимо прочего…", кроме того, термин "связывают" или "связывает" означает косвенное или прямое соединение. Таким образом, если первое устройство связано с вторым устройством, то соединение может быть непосредственным соединением или косвенным соединением посредством других устройств и соединения.

[0013] Используемый в настоящей заявке термин "примерно" означает величины в пределах плюс или минус пяти процентов (+/-5%) указанного значения.

[0014] Используемый в настоящей заявке термин "вывобождение нейтронов" означает, что нейтроны перемещаются в направлении от источника нейтронов, но не раскрывает механизма, посредством которого создаются нейтроны (например, столкновением частиц, радиоактивным распадом).

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] Приведенное ниже описание относится к различным вариантам реализации настоящего изобретения. Несмотря на то, что один или большее количество этих вариантов реализации могут быть предпочтительными, описанные варианты реализации не должны быть интерпретированы или использованы иным способом как ограничение объема защиты настоящего изобретения, включая пункты приложенной формулы. Кроме того, специалисту понятно, что приведенное ниже описание имеет широкое применение, и описание любого варианта реализации является только примером этого варианта реализации и не является свидетельством того, что объем защиты настоящего изобретения, включая пункты приложенной формулы, ограничивается данным вариантом реализации.

[0016] В соответствии с различными вариантами реализации инструмент содержит нейтронный детектор и нейтронный защитный экран, который выполнен с возможностью перемещения между закрытым и незакрытым положениями относительно нейтронного детектора. Нейтронные детекторы обнаруживают (или "подсчитывают") тепловые нейтроны известным способом. Нейтронный защитный экран имеет наружную поверхность, ограничивает внутренний объем и по меньшей мере согласно некоторым вариантам реализации обычно имеет цилиндрическую форму, окружающую инструмент. Нейтронный защитный экран блокирует прохождение нейтронов, имеющих энергию ниже заданного уровня, через экран (например, с наружной стороны к внутреннему объему), и пропускает нейтроны, имеющие энергию ниже предварительно заданного уровня энергии. Нейтронный детектор по меньшей мере частично находится за пределами внутреннего объема нейтронного защитного экрана, когда экран находится в незакрытом положении; однако, нейтронный детектор находится в пределах внутреннего объема нейтронного защитного экрана, когда экран находится в закрытом положении. Таким образом, когда нейтронный защитный экран находится в закрытом положении, нейтроны с энергией ниже заданного порога, такие как тепловые нейтроны, бомбардируют наружную сторону нейтронного защитного экрана и поглощаются экраном; однако, нейтроны, имеющие более высокую энергию, такие как надтепловые нейтроны, бомбардируют наружную сторону нейтронного защитного экрана и проникают во внутренний объем.

[0017] Согласно различным вариантам реализации нейтронный защитный экран выполнен таким образом, что надтепловой нейтрон теряет энергию при прохождении сквозь экран и становиться тепловым нейтроном, когда попадает во внутренний объем экрана. Согласно некоторым вариантам реализации нейтронный защитный экран может быть выполнен из кадмия и может иметь толщину примерно 2 мм или больше. Кадмий является прозрачным для надтепловых нейтронов, но имеет очень высокую способность поглощения тепловых нейтронов. Когда нейтронный защитный экран находится в незакрытом положении, нейтронный детектор обнаруживает тепловые нейтроны, приходящие из буровой скважины и пласта, в то время как надтепловые нейтроны проявляются как шум и, таким образом, не обнаруживаются. Следовательно, когда нейтронный защитный экран находится в закрытом положении, нейтронный детектор обнаруживает надтепловые нейтроны, пришедшие из буровой скважины и пласта, в то время как тепловые нейтроны блокированы защитным экраном и не попадают в нейтронный детектор.

[0018] В отличие от тепловых нейтронов, которые подвержены захвату некоторыми ионами (например, галогенами), присутствующими в буровой скважине или пласте, надтепловые нейтроны гораздо менее подвержены захвату. При наблюдении разности между обнаруженными тепловыми нейтронами (т.е., когда нейтронный защитный экран находится в незакрытом положении) и обнаруженными надтепловыми нейтронами (т.е., когда нейтронный защитный экран находится в закрытом положении), информация о присутствующих в пласте галогенах, таких как хлор, может быть определена и впоследствии учтена при определении пористости пласта. Иными словами, путем обнаружения тепловых и надтепловых нейтронов может быть получен более информативный вид пористости пласта и, в частности, в отношении концентрации атомов водорода. Кроме того, смягчается негативное влияние присутствующих в пласте галогенов на вычисления концентрации водорода и вычисления пористости. Ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи описаны различные варианты реализации настоящего изобретения.

[0019] На фиг. 1 показано забойное оборудование 100 для буровых работ, содержащее импульсно-нейтронный инструмент 102 для оценки пласта и буровую коронку 101. Забойное оборудование 100 спускают с буровой платформы 104, такой как судно или другая буровая платформа, посредством бурильной колонны 106. Бурильная колонна 106 проходит сквозь водоотделяющую колонну 108 и устье скважины 110. Буровое оборудование, размещенное внутри и вокруг буровой вышки 112, вращает бурильную колонну 106 и буровую коронку 101, в результате чего коронка 101 формирует буровую скважину 114 в материале 116 пласта. Объем между бурильной колонной 106 и буровой скважиной 114 называется затрубным пространством 118. Буровая скважина 114 проникает сквозь подземные области или пласты, такие как пласт 120, который предположительно содержит углеводороды в коммерчески рентабельном количестве. Согласно настоящему изобретению, описанному в настоящей заявке, предполагается, что инструмент 102 может быть использован в забойном оборудовании других типов и с другим бурильным оборудованием при наземном бурении с использованием наземных платформ, а также морское бурении, как показано на фиг. 1. В дополнение к инструменту 102, забойное оборудование 100 также может содержать различные другие системы, такие как скважинный двигатель, роторный управляемый инструмент, гидроимпульсная телеметрическая система и другие скважинные каротажные приборы и системы для измерения в процессе бурения и/или датчики для скважинных измерений во время бурения.

[0020] Согласно некоторым вариантам реализации информация, собранная инструментом 102, может быть сохранена в инструменте 102 и считана, когда инструмент 102 поднят на поверхность или платформу 104. Согласно другим вариантам реализации вся информация или ее некоторая часть, собранная инструментом, может быть передана на поверхность или платформу 104, несмотря на то, что инструмент 102 остается внутри буровой скважины 114. Например, вся информация или ее часть, собранная инструментом 102, может передана закодированной в импульсы давления, распространяющиеся в буровой текучей среде внутри бурильной колонны 106. Согласно другим вариантам реализации информацию, собранную инструментом 102, можно передать по каналу связи, встроенному в трубы бурильной колонны 106, например по электрическим или оптоволоконным линиям.

[0021] Инструмент 102 может быть соединен в забойном оборудовании 100 любым подходящим средством. Например, согласно некоторым вариантам реализации инструмент 102 имеет снабженный резьбой соединитель штекерного типа на одном конце и снабженный резьбой соединитель розеточного типа на другом конце таким образом, что инструмент 102 может быть связан с другими компонентами забойного оборудования 100. По меньшей мере часть наружной поверхности 122 ограничивает герметичный отсек, в котором могут быть размещены различные компоненты для генерирования нейтронов, обнаруживания нейтронов и обнаруживания гамма-излучения. Кроме того, канал для текучей среды (не показан на фиг. 1) также может быть сформирован внутри наружной поверхности 122, по которому буровая текучая среда проходит к буровой коронке 101.

[0022] Несмотря на то, что согласно некоторым вариантам реализации инструмент для оценки пласта используется в буровых работах, согласно другим вариантам реализации инструмент для оценки пласта используется в операциях трос-кабельного каротажа. В частности, на фиг. 2 показана система для трос-кабельного каротажа, которая содержит каротажный прибор 200, размещенный в буровой скважине 202 рядом с представляющим интерес пластом 204. Каротажный прибор 200 может содержать внутри герметичный резервуар 206, в котором могут быть размещены различные подсистемы каротажного прибора 200, и в показанном на фиг. 2 случае герметичный резервуар 206 подвешен в буровой скважине 202 посредством трос-кабеля 208. Трос-кабель 208 согласно некоторым вариантам реализации представляет собой многопроводный бронированный кабель, который не только поддерживает на весу герметичный резервуар 206, но также согласно данным вариантам реализации коммуникативно связывает прибор 200 с расположенными на поверхности блоком 210 телеметрической связи и компьютером 212. Каротажный прибор 200 может быть поднят из буровой скважины 202 и спущен в буровую скважину 202 посредством трос-кабеля 208, и глубина расположения каротажного прибора 200 в буровой скважине 202 может быть определена посредством системы 214 для измерения глубины (на чертеже показанной в форме колеса глубиномера). В зависимости от случая применения герметичный резервуар 206 может быть покрыт поглощающим тепловые нейтроны материалом 216 (толщина которого на чертеже показана увеличенной для наглядности); однако, согласно различным вариантам реализации, если обнаружение нейтронов имеет основное значение, материал 216 может присутствовать только частично или устранен полностью.

[0023] На фиг. 3а упрощенно показан в разрезе каротажный прибор 300 в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации. Каротажный прибор 300 может быть показанным на чертежах инструментом 102 в забойном оборудовании 100 или спускаемым в скважину на трос-кабеле каротажным прибором 200. В частности, на фиг. 3 показан герметичный резервуар 302, который изолирует различные внутренние компоненты от контакта со скважинными флюидами и давлениями. Внутри герметичного резервуара 302, как показано на чертежах, размещен телеметрический блок 304, компьютерная система 306, источник 308 нейтронов, а также нейтронные детекторы 310а, 310b короткого и длинного зондов соответственно. Как показано на чертеже, нейтронные детекторы 310 расположены выше источника 308 нейтронов; однако данная ориентация согласно некоторым вариантам реализации может быть реверсирована.

[0024] Согласно некоторым вариантам реализации источником 308 нейтронов является дейтериево-тритиевый генератор нейтронов. Однако в равной степени может быть использован любой источник нейтронов, выполненный с возможностью вырабатывания и/или высвобождения нейтронов. Источник 308 нейтронов под управлением расположенной на поверхности компьютерной системы 212 (как показано на фиг. 2 в случае инструментов, спускаемых в скважину на трос-кабеле) или под управлением компьютерной системы 306, расположенной внутри инструмента (в случае скважинных измерений в процессе бурения (ИВБ), скважинного каротажа во время бурения (КВБ) или трос-кабельных подвесных инструментов) генерирует и/или высвобождает энергетические нейтроны. В конкретном случае дейтериево-тритиевого нейтронного генератора нейтроны генерируются из ионов дейтерия, ускоренного в столкновениях с покрытой тритием мишенью 312 (показанной пунктирными линиями, если мишень расположена внутри уплотненной камеры). Согласно другому варианту реализации ионы трития могут быть ускорены и направлены на покрытую дейтерием мишень. В результате столкновений частицы делятся и образуют гелий и нейтрон, имеющий энергию 14,2 мегаэлектронвольт (МэВ). Нейтроны, генерируемые в результате столкновений частиц с мишенью 312, беспорядочно распространяются наружу во всех направлениях, и, таким образом, мишень 312 можно считать точкой излучения выработанных нейтронов.

[0025] Нейтроны, выработанные источником 308, взаимодействуют с атомами путем столкновений (например, упругих или неупругих) и/или теплового захвата. В случае столкновений нейтрон сталкивается с атомными ядрами, в результате чего энергия нейтрона уменьшается. Нейтрон может претерпевать множество столкновений с атомными ядрами, каждый раз теряя энергию. После одного или большего количества столкновений (и соответствующей потери энергии) нейтрон достигает энергии, известной как надтепловая энергия (т.е., энергетический нейтрон становится надтепловым нейтроном). Впоследствии после дополнительных столкновений нейтрон достигает энергии, известной как тепловая энергия (т.е., нейтрон становится тепловым нейтроном). Тепловой нейтрон с намного большей вероятностью может быть захвачен атомными ядрами, чем надтепловой нейтрон.

[0026] Согласно по меньшей мере некоторым вариантам реализации нейтронным детектором 310 является гелиевый детектор в герметичной камере. В детектора этого типа нейтроны обнаруживаются в результате их взаимодействия с Гелием 3 в герметичном корпусе 314 нейтронного детектора 310. По меньшей мере согласно некоторым вариантам реализации детектор 310а короткого зонда расположен в пределах примерно одного фута (0,3 м) от источника 308 нейтронов, и детектор 310b длинного зонда расположен на расстоянии 2-3 футов (0,6-0,9 м) от источника 308 нейтронов. Свойства пласта или буровой скважины, такие как пористость могут быть определены на основании отношения нейтронов, обнаруженных в детекторе 310а короткого зонда, к нейтронам, обнаруженным в детекторе 310b длинного зонда.

[0027] Как описано выше, определение пористости пласта путем обнаружения нейтронов основано на том факте, что нейтроны чувствительны к присутствию атомов водорода из-за их способности уменьшать энергию нейтронов до теплового уровня. Кроме того, количество присутствующих атомов водорода является хорошим индикатором пористости пласта. Однако, присутствие в буровой скважине или пласте некоторых ионов, таких как галогены, которые имеют тенденцию к захвату тепловых нейтронов, означает, что нейтронный детектор 310 обнаруживает меньше нейтронов, и, таким образом, присутствие атомов водорода вычисляется как пониженное. Таким образом, точное вычисление истинной концентрации атомов водорода и связанных с ней свойств пласта становится более трудным.

[0028] На фиг. 3b нейтронный защитный экран 320 показан в рабочем положении относительно нейтронного детектора 310 и, в частности, показан в незакрытом положении относительно нейтронного детектора 310. На фиг. 3b для простоты показан только один нейтронный детектор 310; однако, как показано на фиг. 3a, нейтронный детектор короткого зонда и детектор длинного зонда оба могут быть использованы согласно некоторым вариантам реализации. Нейтронный защитный экран 320 имеет наружную поверхность, которая обращена наружу (т.е., к пласту) и ограничивает внутреннюю полость, в которой размещен инструмент 300, и область в нейтронном защитном экране 320. Согласно некоторым вариантам реализации нейтронный защитный экран 320 обычно имеет цилиндрическую формы и высоту, достаточно большую для закрывания нейтронного детектора при его перемещении в закрытое положение.

[0029] Нейтронный защитный экран 320 блокирует прохождение нейтронов, имеющих энергию ниже заданного значения. Нейтронный детектор 310 по меньшей мере частично расположен за пределами внутреннего объема нейтронного защитного экрана 320 в незакрытом положении; однако нейтронный детектор 310 находится во внутреннем объеме нейтронного защитного экрана 320 в закрытом положении. Таким образом, если нейтронный защитный экран 320 находится в закрытом положении, тепловые нейтроны бомбардируют наружную сторону нейтронного защитного экрана 320 и поглощаются; однако нейтроны с более высокой энергией, такие как надтепловые нейтроны, бомбардируют наружную сторону нейтронного защитного экрана 320 и проникают во внутренний объем.

[0030] На фиг. 3c показан нейтронный защитный экран 320 в закрытом положении, в котором нейтронный детектор 310 закрыт нейтронным защитным экраном 320 и расположен во внутреннем объеме нейтронного защитного экрана 320. Нейтронный защитный экран 320 может быть активирован двигателем для перемещения в осевом направлении вдоль инструмента 300 для перехода между закрытым и незакрытым положениями. Как указано выше, на чертеже для простоты показан только один нейтронный детектор 310. В вариантах реализации, в которых использованы детектор 310а короткого зонда и детектор 310b длинного зонда, может быть использован один нейтронный защитный экран для закрывания обоих детекторов (т.е., оба детектора расположены во внутреннем объеме нейтронного защитного экрана 320 в закрытом положении). Согласно другим вариантам реализации, в которых использованы детектор 310а короткого зонда и детектор 310b длинного зонда, могут быть использованы отдельные нейтронные защитные экраны для закрывания каждого детектора (т.е., детектор 310а расположен внутри первого защитного экрана, когда находится в закрытом положении, и детектор 310b расположен внутри второго защитного экрана, когда находится в закрытом положении).

[0031] Согласно различным вариантам реализации нейтронный защитный экран 320 спроектирован таким образом, что любой тепловой нейтрон, который бомбардирует внешнюю поверхность экрана 320, не проникает во внутренний объем экрана 320. Согласно некоторым вариантам реализации нейтронный защитный экран может быть выполнен из кадмия и может иметь толщину примерно 2 мм. Когда нейтронный защитный экран 320 находится в незакрытом положении, нейтронный детектор 310 обнаруживает тепловые нейтроны, проникающие из буровой скважины и пласта, в то время как надтепловые нейтроны проявляют себя как шум и, таким образом, не обнаруживаются. Таким образом, когда нейтронный защитный экран 320 находится в закрытом положении, нейтронный детектор 310 обнаруживает надтепловые нейтроны, приходящие из буровой скважины и пласта, в то время как тепловые нейтроны не попадают в нейтронный детектор 310 благодаря нейтронному защитному экрану 320. Как описано выше, надтепловые нейтроны с меньшей вероятностью могут быть захвачены некоторыми ионами (например, галогенами), присутствующими в буровой скважине или пласте. Путем наблюдения разности между обнаруженными тепловыми нейтронами (т.е., когда нейтронный защитный экран 320 находится в незакрытом положении) и обнаруженными надтепловыми нейтронами (т.е., когда нейтронный защитный экран 320 находится в закрытом положении) может быть определена информация об ионах галогена, такого как хлор (например, вследствие присутствия соленой воды), присутствующего в пласте, которая впоследствии может быть учтена при определении пористости пласта. Иными словами, путем обнаружения тепловых и надтепловых нейтронов может быть получена более информативная картина пористости пласта и, в частности, концентрации атомов водорода. Кроме того, смягчено негативное влияние присутствующих в пласте галогенов на вычисления концентрации водорода и вычисления пористости.

[0032] Несмотря на то, что это не изображено на фиг. 3b и 3c, согласно некоторым вариантам реализации второй нейтронный защитный экран, также имеющий наружную поверхность и внутреннюю полость, находится в рабочем отношении относительно нейтронного детектора 310. Второй нейтронный защитный экран подобным образом блокирует прохождение нейтронов, имеющих энергию ниже второго заданного значения. В вариантах реализации, в которых два и большее количество нейтронных защитных экранов находятся в управляемом положении относительно нейтронного детектора 310, уровень энергии нейтронов, позволяющий им проходить к нейтронному детектору 310 и превращаться в тепловые нейтроны во внутреннем объеме, может быть приспособлен более тщательно. Например, при перемещении одного экрана в закрытое положение во внутреннем объеме обнаруживаются нейтроны, имеющие энергию выше первого порога. Затем при перемещении другого экрана в закрытое положение вместо них во внутреннем объеме обнаруживаются нейтроны, имеющие энергию выше второго порога. Кроме того, согласно некоторым вариантам реализации нейтронные защитные экраны могут быть расположены концентрически таким образом, что комбинация экранов обеспечивает возможность обнаружения во внутреннем объеме нейтронов, имеющих энергию выше самого высокого порога. Путем обеспечения возможности обнаружения нейтронным детектором 310 нейтронов с различными уровнями энергии может быть определена спектральная информация относительно нейтронов, которые взаимодействуют с пластом. Другие подобные комбинации нейтронных защитных экранов находятся в пределах объема защиты настоящего изобретения.

[0033] На фиг. 4а и 4b показаны примеры графиков 400, 450 пористости в зависимости от глубины в соответствии с различными вариантами реализации настоящего изобретения. Несмотря на то, что в графиках 400, 450 использованы единицы пористости, специалисту понятно, что такие единицы могут быть определены на основании знания концентрации атомов водорода. Как описано выше, концентрация атомов водорода может быть определена с использованием нейтронного обнаружения, например, отношения нейтронов, обнаруженных в детекторе 310а короткого зонда, к нейтронам, обнаруженным в детекторе 310b длинного зонда.

[0034] На графике 400 нейтронный защитный экран 320 находится в незакрытом положении, и, таким образом, нейтронный детектор 310 обнаруживает тепловые нейтроны, попадающих в него из окружающей породы. В данном конкретном примере в области первых 30 футов (9,2 м) пористость является относительно постоянной и составляет приблизительно 30 единиц пористости, и в пласте отсутствует NaCl.

[0035] Затем в области между 30 и 60 футами (9,2-18,3 м) NaCl (например, в форме соленой воды) присутствует в пласте с концентрацией примерно 150⋅103 частей на миллион; однако пористость пласта также увеличивается. В данном конкретном случае результирующий эффект увеличенного количества атомов водорода и увеличенного количества ионов хлора все еще проявляется в обнаруженном увеличении пористости пласта; т.е., присутствие ионов хлора является не настолько большим, чтобы были захвачены достаточно большое количество нейтронов для уравновешивания увеличенного количества тепловых нейтронов, возникших в результате увеличенной концентрации атомов водорода. Однако, как описано более подробно ниже, присутствие ионов хлора все еще влияет на обнаружение нейтронов и последующие вычисления концентрации атомов водорода и пористости пласта.

[0036] В области между 60 и 90 футами (18,3-27,5 м) содержание NaCl в пласте увеличивается до уровня примерно 260⋅103 частей на миллион, что соответствует уровням насыщения соленой водой. На графике 400 пористость, как очевидно, уменьшается до уровня между 31-32 единиц пористости, и, без излишних подробностей, оператор может считать, что снижение пористости пласта наблюдается на глубине между 60-90 футами (18,3-27,5 м).

[0037] В графике 450 на фиг. 4b нейтронный защитный экран 320 находится в закрытом положении, и, таким образом, нейтронный детектор 310 обнаруживает надтепловые нейтроны во внутреннем объеме нейтронного защитного экрана 320. Как показано на чертеже, область первых 60 футов (18,3 м) глубины являются относительно такими же, что и на фиг. 4а, вследствие того факта, что концентрация ионов хлора обычно является недостаточно высокой для повышения неточности вычисления пористости пласта. Однако, в области между 60-90 футами (18,3-27,5 м), в которой пористость, очевидно, уменьшена до примерно 31-32 единиц пористости на графике 400, определенная пористость фактически увеличивается до примерно 35 единиц пористости на графике 450.

[0038] На графике 450 показан результат обнаружения надтепловых нейтронов (уменьшенных до тепловых уровней энергии нейтронным защитным экраном 320), которые не подвержены захвату, например, ионами хлора. Таким образом, при обнаружении спектральной информации нейтронов, высвобожденных в пласт, может быть достигнута более информативная и более точная картина свойств пласта, таких как пористость.

[0039] На фиг. 5 показана блок-схема способа 500 (который, согласно некоторым вариантам реализации может быть частично реализован программным обеспечением) в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения. Способ 500 начинается на этапе 502, на котором размещают каротажный прибор внутри буровой скважины, которая проникает сквозь земной пласт. Способ 500 затем переходит к этапу 504, на котором высвобождают нейтроны посредством источника нейтронов, расположенного внутри каротажного прибора. Наконец, способ 500 включает этап 506, на котором определяют спектральную информацию относительно нейтронов, которые взаимодействуют с земным пластом и попадают в каротажный прибор после указанного взаимодействия. Как описано выше, спектральная информация относительно нейтронов может быть определена нейтронным детектором 310, обнаруживающим тепловые нейтроны, когда нейтронный защитный экран 320 находится в незакрытом положении, и обнаруживающим надтепловые нейтроны, когда нейтронный защитный экран 320 находится в закрытом положении. Путем обеспечения возможности такого спектрального обнаружения нейтронов, погрешности вследствие присутствия, например, галогенов, которые захватывают тепловые нейтроны, уменьшаются, поскольку надтепловые нейтроны остаются не захваченными.

[0040] На фиг. 6 показана подробная функциональная схема компьютерной системы 600, которая может быть расположенной на поверхности компьютерной системой 212 и компьютерной системой 306. Таким образом, компьютерная система 600, описанная со ссылкой на фиг. 6, может быть расположена рядом с буровой скважиной во время периода времени, в течение которого инструмент находится в буровой скважине (например, спущен в скважину на трос-кабеле), причем компьютерная система 600 может быть размещена в центральном офисе компании, обслуживающей данное нефтяное месторождение, или компьютерная система 600 может быть размещена внутри каротажного прибора (например, для КВБ, ИВБ или тросовых подвесных инструментов). Компьютерная система 600 содержит процессор 602, причем указанный процессор связан с основным запоминающим устройством 604 посредством мостового устройства 608. Кроме того, процессор 602 может быть связан с долговременным накопительным устройством 610 (например, накопителем на жестких дисках) посредством мостового устройства 608. Программы, исполняемые процессором 6020, могут быть сохранены в накопительном устройстве 610, и доступ к ним при необходимости может быть предоставлен процессору 602. Программа, сохраненная в накопительном устройстве 610, может включать программы для осуществления различных вариантов реализации, описанных в настоящей спецификации, включая программы для подсчета нейтронов, принятых нейтронным детектором, создания признака числа нейтронов, выработанных источником нейтронов, и определения параметра пласта на основании процентного соотношения обнаруженных нейтронов, которые могут включать как тепловые нейтроны (т.е., когда нейтронный защитный экран 320 находится в незакрытом положении), так и надтепловые нейтроны (т.е., когда нейтронный защитный экран 320 находится в закрытом положении). Согласно некоторым вариантам реализации программы могут быть копированы из накопительного устройства 610 в основное запоминающее устройство 604 и исполнены из основного запоминающего устройства 604. Таким образом, основное запоминающее устройство 604 и накопительное устройство 610 рассматриваются как читаемые компьютером носители данных. Параметры пласта, вычисленные компьютерной системой 600, могут быть переданы в графическое регистрирующее устройство, которое создает бумажную регистрацию, или значения параметров могут быть переданы в отображающее устройство, который может представить регистрацию на экране для просмотра геологом или другим специалистом, интерпретирующим такие регистрации.

[0041] Из представленного в настоящей заявке описания специалисты без труда смогут комбинировать программное обеспечение, созданное как описано с соответствующими компьютерными аппаратными средствами специального назначения или общего назначения, для формирования компьютерной системы и/или компьютерных субкомпонентов в соответствии с различными вариантами реализации, создания компьютерной системы и/или компьютерных субкомпонентов для осуществления способов согласно различным вариантам реализации и/или создания материальных читаемых компьютером носителей (т.е., не волновых носителей), в которых сохранена программа, предназначенная для осуществления аспектов способа согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения.

[0042] Вышеуказанное описание предназначено для объяснения показанных на сопроводительных чертежах принципов и различных вариантов реализации настоящего изобретения. Многочисленные изменения и модификации станут очевидными для специалистов после полного ознакомления с приведенным выше описанием настоящего изобретения. Следует понимать, что пункты приложенной формулы должны быть интерпретированы как охватывающие все такие изменения и модификации.

1. Система для измерения свойств земного пласта, содержащая:

инструмент для измерения свойств земного пласта, содержащий:

корпус инструмента;

источник нейтронов, расположенный внутри корпуса инструмента и предназначенный для излучения нейтронов;

нейтронный детектор, расположенный внутри корпуса инструмента на расстоянии от источника нейтронов;

первый нейтронный защитный экран, расположенный в рабочем положении относительно нейтронного детектора, имеющий наружную поверхность и ограничивающий внутренний объем, причем первый нейтронный защитный экран предотвращает проникновение нейтронов, имеющих энергию ниже первого заданного порога, от наружной поверхности во внутренний объем;

первый нейтронный защитный экран связан с возможностью перемещения с корпусом инструмента, причем первый нейтронный защитный экран имеет незакрытое положение относительно нейтронного детектора таким образом, что нейтронный детектор по меньшей мере частично находится за пределами внутреннего объема и имеет закрытое положение относительно первого нейтронного детектора таким образом, что первый нейтронный детектор расположен во внутреннем объеме.

2. Система по п. 1, в которой первый нейтронный защитный экран выполнен с возможностью поглощения тепловых нейтронов, бомбардирующих первый нейтронный защитный экран, и первый нейтронный защитный экран выполнен с возможностью обеспечения проникновения надтепловых нейтронов, находящихся с наружной стороны и бомбардирующих первый нейтронный защитный экран, во внутренний объем.

3. Система по п. 2 в которой первый нейтронный защитный экран выполнен с возможностью поглощения нейтронов, имеющих энергию ниже примерно 1 эВ, бомбардирующих первый нейтронный защитный экран.

4. Система по п. 1, в которой нейтронный детектор выполнен с возможностью обнаружения тепловых нейтронов, бомбардирующих нейтронный детектор снаружи, когда первый нейтронный защитный экран находится в незакрытом положении.

5. Система по п. 4, в которой нейтронный детектор выполнен с возможностью обнаружения надтепловых нейтронов, бомбардирующих наружную поверхность первого нейтронного защитного экрана, и не обнаруживает тепловые нейтроны, бомбардирующие наружную поверхность первого нейтронного защитного экрана, когда первый нейтронный защитный экран находится в закрытом положении.

6. Система по п. 5, в которой, когда нейтронный детектор выполнен с возможностью обнаружения надтепловых нейтронов, бомбардирующих наружную поверхность, нейтронный детектор выполнен с возможностью обнаружения надтепловых нейтронов во внутреннем объеме.

7. Система по п. 1, в которой нейтронный детектор выполнен с возможностью обнаружения надтепловых нейтронов, бомбардирующих наружную поверхность первого нейтронного защитного экрана, и не обнаруживает тепловые нейтроны, бомбардирующие наружную поверхность первого нейтронного защитного экрана, когда первый нейтронный защитный экран находится в закрытом положении.

8. Система по п. 7, в которой, когда нейтронный детектор обнаруживает надтепловые нейтроны, бомбардирующие наружную поверхность, нейтронный детектор выполнен с возможностью обнаружения надтепловых нейтронов во внутреннем объеме.

9. Система по п. 1, в которой нейтронным детектором является нейтронный детектор короткого зонда, и инструмент дополнительно содержит:

нейтронный детектор длинного зонда, расположенный внутри корпуса инструмента на расстоянии от источника нейтронов и дальше, чем нейтронный детектор короткого зонда; и

второй нейтронный защитный экран, расположенный в рабочем положении относительно нейтронного детектора длинного зонда, причем второй нейтронный защитный экран имеет наружную поверхность и ограничивает внутренний объем, при этом второй нейтронный защитный экран выполнен с возможностью предотвращения проникновения нейтронов, имеющих энергию ниже второго заданного порога, от наружной поверхности во внутренний объем второго нейтронного защитного экрана;

второй нейтронный защитный экран с возможностью перемещения связан с корпусом инструмента, причем второй нейтронный защитный экран имеет незакрытое положение относительно нейтронного детектора длинного зонда таким образом, что нейтронный детектор длинного зонда по меньшей мере частично находится за пределами внутреннего объема второго нейтронного защитного экрана, и второй нейтронный защитный экран имеет закрытое положение относительно нейтронного детектора длинного зонда таким образом, что нейтронный детектор длинного зонда расположен во внутреннем объеме.

10. Система по п. 1, дополнительно содержащая:

второй нейтронный защитный экран в рабочем положении относительно нейтронного детектора и первого нейтронного защитного экрана, причем второй нейтронный защитный экран имеет наружную поверхность и ограничивает внутренний объем, при этом второй нейтронный защитный экран выполнен с возможностью предотвращения проникновения нейтронов, имеющих энергию ниже второго заданного порога, от наружной поверхности во внутренний объем второго нейтронного защитного экрана;

второй нейтронный защитный экран с возможностью перемещения связан с корпусом инструмента, причем второй нейтронный защитный экран имеет незакрытое положение относительно нейтронного детектора таким образом, что нейтронный детектор по меньшей мере частично находится за пределами внутреннего объема второго нейтронного защитного экрана, и второй нейтронный защитный экран имеет закрытое положение относительно нейтронного детектора таким образом, что нейтронный детектор расположен во внутреннем объеме.

11. Система по п. 10, в которой в закрытом положении второго нейтронного защитного экрана нейтронный детектор находится во внутреннем объеме первого и второго нейтронных защитных экранов.

12. Система по п. 1, в которой корпус инструмента дополнительно содержит трос-кабель, регистрирующий положение герметичного резервуара.

13. Система по п. 1, в которой корпус инструмента является инструментом для каротажа во время бурения.

14. Система по п. 1, в которой первый нейтронный защитный экран является кадмием.

15. Способ измерения свойств земного пласта, включающий этапы, согласно которым:

размещают каротажный прибор внутри буровой скважины, которая проникает сквозь земной пласт,

высвобождают нейтроны с использованием источника нейтронов, расположенного внутри каротажного прибора,

определяют спектральную информация относительно нейтронов, которые взаимодействуют с земным пластом и которые бомбардируют каротажный прибор после указанного взаимодействия.

16. Способ по п. 15, согласно которому определение спектральной информации дополнительно включает выборочное блокирование достижения нейтронами, имеющими энергию ниже первого заданного порога, нейтронного детектора, расположенного в каротажном приборе.

17. Способ по п. 16, согласно которому выборочное блокирование дополнительно включает поглощение нейтронов, имеющих энергию ниже первого заданного порога, нейтронным защитным экраном.

18. Способ по п. 16, согласно которому выборочное блокирование дополнительно включает поглощение нейтронов, имеющих энергию ниже примерно 1 эВ нейтронным защитным экраном.

19. Способ по п. 15, согласно которому определение спектральной информации дополнительно включает этапы, согласно которым:

выборочно блокируют достижение нейтронами, имеющими энергию ниже первого заданного порога, нейтронного детектора, расположенного в каротажном приборе, и затем

выборочно блокируют достижение нейтронами, имеющими энергию ниже второго заданного порога и выше первого заданного порога, нейтронного детектора, расположенного в каротажном приборе.

20. Способ по п. 15, согласно которому определение спектральной информации дополнительно включает этапы, согласно которым:

обнаруживают нейтроны в нейтронном детекторе, расположенном за пределами нейтронного защитного экрана, и затем

перемещают первый нейтронный защитный экран относительно нейтронного детектора таким образом, что нейтронный детектор закрыт первым нейтронным защитным экраном, и

обнаруживают нейтроны, которые достигают нейтронного детектора сквозь первый нейтронный защитный экран.

21. Способ по п. 20, дополнительно включающий этапы, согласно которым:

перемещают второй нейтронный защитный экран относительно нейтронного детектора таким образом, что нейтронный детектор закрыт вторым нейтронным защитным экраном, и

обнаруживают нейтроны, которые достигают нейтронного детектора сквозь второй нейтронный защитный экран.

22. Способ по п. 20, дополнительно включающий этапы, согласно которым:

перемещают второй нейтронный защитный экран относительно нейтронного детектора и первого нейтронного защитного экрана таким образом, что нейтронный детектор закрыт первым и вторым нейтронными защитными экранами, и

обнаруживают нейтроны, которые достигают нейтронного детектора сквозь первый и второй нейтронные защитные экраны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к разработке нефтяных залежей и может быть применено для проведения геолого-технических мероприятий по увеличению добычи нефти. Способ заключается в том, что до осуществления ГРП проводят предварительные комплексные геофизические исследования скважины (ГИС) и производят закачку в интервалы перфорации поочередно жидкости разной минерализации с выполнением ГИС после каждой закачки.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при подсчете запасов углеводородов в коллекторах доманиковых отложений. Технический результат - подсчет запасов углеводородов в коллекторах доманиковых отложений на основании проведения геофизических исследований существующих скважин.

Использование: для оценки формаций, смежных со стволом скважины. Сущность изобретения заключается в том, что описан прибор нейтронного каротажа с мульти-источником.

Использование: для измерения плотности и пористости породы с использованием нейтронного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что скважинное устройство с двухсторонним расположением измерительных зондов содержит нейтронный источник, расположенный соосно с корпусом скважинного устройства, а также два нейтронных и два гамма-зонда, находящиеся по разные стороны от нейтронного источника, при этом в качестве нейтронного источника применяется нейтронный генератор, каждый нейтронный зонд содержит не менее двух детекторов, которые располагаются между корпусом скважинного устройства и корпусом нейтронного генератора параллельно оси скважинного устройства, одинаково удаленно от оси скважинного устройства и одинаково удаленно от мишени нейтронного генератора, равномерно по углу вокруг оси скважинного устройства, причем детекторы в различных нейтронных зондах повернуты вокруг оси скважинного устройства по отношению друг к другу.

Использование: для бесконтактного измерения плотности вещества с помощью нейтронного и гамма-излучения. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для радиационного измерения плотности включает в себя источник излучения, находящийся на оси блока радиационной защиты и имеющий возможность менять положение с помощью устройства перемещения, сцинтилляционные детекторы со сцинтилляторами, расположенными в одной плоскости в форме соосных с источником излучения и блоком радиационной защиты вставленных друг в друга колец, при этом в качестве источника излучения используется электронный генератор импульсного излучения быстрых нейтронов, подключенный к блоку управления, сцинтилляторы в кольцах дополнительно разбиты на равные угловые сектора, количество угловых секторов составляет не менее двух, каждый из угловых секторов содержит сцинтилляторы для регистрации одного или нескольких видов излучений: эпитепловых или тепловых нейтронов, а также гамма-излучения, сцинтилляторы в кольцах и угловых секторах расположены по отношению друг к другу с зазором, сцинтилляторы, предназначенные для регистрации разных видов излучения, располагаются в каждом кольце чередующимся образом, сцинтилляторы, предназначенные для регистрации определенного вида излучения, располагаются в смежных кольцах по одному радиусу, фотоприемные устройства сцинтилляционных детекторов эпитепловых и/или тепловых нейтронов подключены к временным анализаторам, а фотоприемные устройства сцинтилляционных детекторов гамма-излучения подключены к амплитудным анализаторам, выходы амплитудных и временных анализаторов, а также блок управления подключены к процессору.

Использование: для регистрации нейтронного и гамма-излучений, применяемых для измерения ядерно-физических характеристик породы при каротаже нефтяных и газовых скважин.

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.

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).

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.

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.

Использование: для регистрации нейтронов с использованием эффекта сцинтилляции в скважинах и других областях применения на нефтяных месторождениях. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют позиционирование в скважине, по меньшей мере, одного сцинтиллятора, содержащего эльпасолит, причем эльпасолит представлен формулой Cs2LiMN6, где M представляет собой, по меньшей мере, один элемент из группы, содержащей иттрий и лантан, и N представляет собой, по меньшей мере, один элемент из группы, содержащей хлор и бром, подают нейтроны в область геологической формации, находящуюся вблизи скважины; принимают оптическое излучение от сцинтиллятора, генерирующего оптическое излучение в результате взаимодействия с нейтронами, отраженными от геологической формации; и преобразуют оптическое излучение, поданное сцинтиллятором, в электрический сигнал, принимают электрический сигнал в процессоре и применяют процессор, сконфигурированный для применения метода дискриминации по форме импульсов для различения: а) форм импульсов, полученных в результате взаимодействия между нейтронами и сцинтиллятором, и b) форм импульсов, полученных в результате взаимодействия между гамма-излучением и сцинтиллятором. Технический результат: обеспечение возможности сохранения высокого разрешения измерений, проводимых при повышенных температурах. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 16 ил.
Наверх