多源中子測量方法及其裝置、系統(tǒng)和使用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 在某些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及多中子源地球物理測量裝置并且尤其涉及多中子源 發(fā)射和幾何表征及其用于例如巖層表征的使用和操作。
【背景技術(shù)】
[0002] 可以使用鉆孔測量裝置來確定鉆孔周圍的巖層特性，并且這些鉆孔測量裝置通常 用在為了從鉆孔周圍的巖層提取諸如碳?xì)浠衔锏淖匀毁Y源而鉆探的井眼中。鉆孔測量裝 置或測井工具可以使用不同類型的測量方法，例如，鉆孔測量裝置可以使用伽馬測量方法、 熱中子測量方法、電阻率測量方法或其他類型的測量方法。
[0003] 目前存在許多用來通過管進(jìn)行巖層評價(jià)和其他井眼測量的物理過程。針對基于中 子的測量，有脈沖中子熱中子、脈沖中子伽馬、伽馬伽馬、中子熱中子、中子超熱中子等。注 意，針對井下地球物理裝置的命名約定基于源-探測物理過程。例如，中子熱中子表示中子 源和熱中子探測。大多數(shù)這些系統(tǒng)采用每個(gè)物理過程一個(gè)源，這被稱為單物理過程測量。針 對兩個(gè)物理過程采用一個(gè)源的系統(tǒng)被稱為雙物理過程測量。在當(dāng)前可用的雙物理過程系統(tǒng) 中，存在利用組合中子熱中子、中子超熱中子的系統(tǒng)，其可以被認(rèn)為是對四中子雙物理過程 測量的最接近的模擬。此外，還有在阿薩拜疆（Azerbaijan)建立的中子熱中子、中子伽馬 雙物理過程測量裝置。
[0004] 使用單物理過程測量的一些缺點(diǎn)或不利之處在于缺少可用于諸如鉆孔粗糙度、環(huán) 形流體改變、礦物、管柱等因素的校正。為了補(bǔ)償這些缺點(diǎn)，可以使用兩個(gè)探測器。這些裝 置通常被稱為補(bǔ)償裝置。另一解決方案是在分析期間組合多個(gè)單物理過程測量裝置，包括 補(bǔ)償裝置。示例是通常被稱為中子密度測量的中子熱中子和伽馬伽馬物理過程。通過管測 量還限制了一些物理過程的有效性。例如，伽馬伽馬測量是受限的，因?yàn)楣鼙旧砥帘瘟速ゑR 射線，并且因此隨著伽馬光子從源行進(jìn)通過該管，然后再次作為光子返回至探測器時(shí)存在 損失。這導(dǎo)致了低計(jì)數(shù)率并增加了測量中的誤差。
[0005] 中子可以容易地穿透管，并且因此是用于通過管測量的合理選擇。在基于中子物 理過程的測量中，脈沖中子裝置自身不適合雙物理測量。原因是脈沖中子源的長度不允許 所需探測器的有效測量間隔?；瘜W(xué)中子源小得多，并且因此可以有效地用于基于雙物理過 程的測量。中子超熱測量對鉆孔粗糙度高度敏感并且不是確定巖層參數(shù)的理想選擇。測量 工業(yè)通常使用單一中子源測量裝置來采集該數(shù)據(jù)。單一中子源裝置用于實(shí)現(xiàn)高中子輸出。 單一高中子源用于中心是中子源的源場，通常假定為球體幾何形狀。裝置探測器放置在源 附近以位于場內(nèi)。通常，在軸向配置中裝置被設(shè)計(jì)為在源附近具有一個(gè)探測器，在實(shí)際中盡 可能接近。一般來說，對接近度的限制本質(zhì)上是機(jī)械的。然而，單一高輸出中子源的使用關(guān) 于涉及孔隙率和粘土體積測量所采集的數(shù)據(jù)具有有限的精度。
[0006] 早期的商業(yè)中子測井工具包括單中子源和單中子探測器。由這些工具獲得的信息 具有非常有限的價(jià)值，因?yàn)槠洳环蛛x巖層孔隙率和巖層鹽度的效果。
[0007] 已經(jīng)采用幾種方法來消除或至少減少對中子井測井工具的孔隙率讀取的鉆孔影 響。實(shí)現(xiàn)此目的的一種簡單方式是設(shè)計(jì)一種分散式工具，其中源和探測器被壓向鉆孔的一 個(gè)壁。
[0008] 雙中子發(fā)射測量裝置已經(jīng)被開發(fā)出來，其交替改變源輸出。然而，這導(dǎo)致了球狀場 幾何形狀。另外，交替的源不會增強(qiáng)源場幾何形狀，并且不允許有效平衡的4探測器測量系 統(tǒng)。
[0009] 因此，需要一種中子源地球物理測量裝置，其克服在目前工業(yè)中觀察到的缺點(diǎn)的 一個(gè)或多個(gè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于采集用于評價(jià)鄰近井眼的巖層的特性的數(shù) 據(jù)的多中子源井下測井工具，該測井工具包括：
[0011] 多中子源，每個(gè)中子源被軸向排列以用于將中子場同時(shí)發(fā)射至巖層中；
[0012] 短探測器，用于探測中子伽馬場和中子熱中子場；以及
[0013] 長探測器，用于探測中子伽馬場和中子熱中子場。
[0014] 在上述測井工具的另一實(shí)施例中，多中子源的中子源被連續(xù)地首尾相接地排列以 用于將中子場同時(shí)發(fā)射至巖層中。
[0015] 在上述測井工具的另一實(shí)施例中，多中子源的中子源被配置為在從源同時(shí)發(fā)射場 時(shí)提供最佳的中子干涉場。
[0016] 在上述測井工具的另一實(shí)施例中，短探測器和長探測器被定位為與多中子源相距 一個(gè)最佳距離，以使得與短探測器相關(guān)聯(lián)的誤差基本抵消與長探測器相關(guān)聯(lián)的誤差。
[0017] 在上述測井工具的另一實(shí)施例中，多中子源是雙中子源。
[0018] 在上述測井工具的另一實(shí)施例中，測井工具還包括包含鈹銅的外殼。
[0019] 在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種評價(jià)鄰近井眼的巖層的特性的方法，包括：
[0020] 從至少兩個(gè)軸向排列的中子源同時(shí)將中子場發(fā)射至巖層中；
[0021] 從發(fā)射至巖層中的中子場獲得包括長中子中子（LNN)、短中子中子（SNN)、長中子 伽馬（LNG)和短中子伽馬數(shù)據(jù)（SNG)的數(shù)據(jù)；
[0022] 將長數(shù)據(jù)與短數(shù)據(jù)組合以減小與待評價(jià)的特性相關(guān)聯(lián)的誤差。
[0023] 在上述方法的另一實(shí)施例中，該方法還包括以下步驟：
[0024] 優(yōu)化用于探測LNN和LNG的長探測器相對于多中子源的間隔以及用于探測SNN和 SNG的短探測器相對于多中子源的間隔以最小化與待評價(jià)的特性相關(guān)聯(lián)的誤差。
[0025] 在上述方法的另一實(shí)施例中，同時(shí)將中子場發(fā)射至巖層中的步驟通過井眼套管。
[0026] 在上述方法的另一實(shí)施例中，組合步驟包括將與長數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的誤差和與短數(shù)據(jù) 相關(guān)聯(lián)的誤差抵消。
[0027] 在上述方法的另一實(shí)施例中，所述特性是中子孔隙率（QTP)并根據(jù)以下公式來評 價(jià)：
[0029] 其中，A和B通過經(jīng)驗(yàn)確定并且被鉆頭大小和調(diào)查的體積中高致密材料的量影響。
[0030] 在上述方法的另一實(shí)施例中，所述特性是中子粘土（QNC)并根據(jù)以下公式來評 CN 105190364 A 說明書 3/12 頁 價(jià)：
[0032] 其中，A、B、C和D是通過經(jīng)驗(yàn)確定的系數(shù)。
[0033] 在上述方法的另一實(shí)施例中，A、B、C和D分別是0. 004、0、1. 9和-1. 5。
[0034] 在上述方法的另一實(shí)施例中，所述特性是中子液體（QNL)并且根據(jù)以下公式來評 價(jià)：
[0036] 其中，A和B被選擇來創(chuàng)建QNL至QTP的最佳覆蓋。
[0037] 在上述方法的另一實(shí)施例中，所述特性是水的飽和度（Sw)并且根據(jù)以下公式來 評價(jià)：
[0039] 其中，
[0040] k =、流體因子；
[0041] f =巖層因子；
[0042] QEP =四有效孔隙率（無粘土）；以及
[0043] QEL =四有效液體孔隙率（無粘土）；以及
[0044] 其中，
[0045] QEP和QEL被如下確定：
[0046] QEP = QTP-QC 和 QEL = QL-QC
[0047] 其中，
[0048] QTP=四總孔隙率；
[0049] QC=四粘土孔隙率；以及
[0050] QL =四液體孔隙率；
[0051] 流體因子 k = I/(MaxPor*QLgain)
[0052] 其中，
[0053] MaxPor = WaterPor - OilPor ；
[0054] WaterPor被如下確定：
[0056] OilPor被如下確定：
[0057] OilPor = 0· 1333*oilAPI+71 并且
[0058] QLgain 被計(jì)算為：
[0059] QLgain = QNL A 值 /32. 5。
[0060] 在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種通過井眼套管確定鄰近井眼的巖層的相對體積 密度的方法，包括：
[0061 ] 從至少兩個(gè)軸向排列的中子源同時(shí)將中子場發(fā)射至巖層中；
[0062] 獲得長中子中子（LNN)場讀數(shù)和長中子伽馬（LNG)場讀數(shù)；
[0063] 分別將LNN和LNG轉(zhuǎn)換成孔隙率以提供LNNpor和LNGpor ;以及
[0064] 通過從LNNpor減去LNGpor來確定相對體積密度，
[0065] 其中，LNNpor和LNGpor表示孔隙率轉(zhuǎn)換后的計(jì)數(shù)。
[0066] 在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種通過井眼套管確定鄰近井眼的巖層的原子核井 徑的方法，包括：