[发明专利]根据中子孔隙度测量结果导出钻孔直径

说明书

本发明针对钻入地层的钻孔径向尺寸或“直径“的测定，具体针对由中子辐照地层并测量钻孔中的中子通量来测定孔径。本发明可以具体用于在钻孔的同时来测量孔径，或是在钻孔完成后作为一个钢绳测井系统来测量孔径。

对于钻探井孔，在测量由钻孔钻得的地层参数中，以及对于在钻孔后完成井时，精确的钻孔孔径数据都是重要的。

在烃生产的典型的钻孔中，钻柱是由通过螺纹接箍增设到其上的钻杆段或“管节”形成，并以钻头终结。钻柱由相应工艺中的周知装置转动，同时通过钻头的切削作用推进钻孔。钻头用于钻孔操作会变钝而需定期更换。更换钻头时需要顺序地卸下钻杆的管节而将钻柱从钻孔中拉出或“抽出”。从钻孔作逐步提升时获得的钻孔孔径数据可以用来监控井身的状态，如钻孔冲蚀的初期迹象和紧急的井身不稳定性。孔径的信息能让司钻在钻孔作业中采取补救措施，以防钻孔和钻孔设备受损或灾难性的损失，甚至使钻孔人员丧生。

作为深度函数的地层参数的测量结果，通常称作为地层“钻进记录”，可在以后通过钢绳输送仪表而于钻孔中取得，或可以通过钻柱输送仪表而在钻孔的同时取得。这些技术一般分别称为“钢绳测量”和“随钻测井(LWD)”。钢绳和LWD测量应用钻孔的孔径数据对于与井孔径向尺寸有关的各种效应，校正所测的参数。例如，绝大多数先有技术中子孔隙度、散射r射线密度以及电阻率型等的测井系统，它们在响应乃是钻孔尺寸的函数，因而必须相对于钻孔尺寸效应进行校正，以获得所需地层参数的最佳测量结果。

一旦钻孔已钻到所需深度，通常便以一列钢管“完工”，围绕钢管用泵排灌水泥，由此而填满管-钻孔的环隙。在确定完工的要求例如确定为合适地给套管注水泥而要求的水泥量时，孔径的信息是非常有用的。

已设计出许多的钢绳和LWD测井系统来使钻孔尺寸的影响最小化。基本的方法是在系统的孔下“工具”部分中应用两或多个沿轴向分开的传感器。各传感器以不同的程度响应钻孔尺寸，并将这种响应组合以使钻孔的影响减至最小。例如1960年代曾引入双探测器中子孔隙度钢绳系统，目的在于最大限度减少测量地层孔隙度时钻孔尺寸的影响。这种系统描述于1963，12，3授予S.Locke的美国专利NO.3483376中。用两个热中子探测器沿轴向与快中子源分开不同的距离。这两个探测器的响应比随地层孔隙度变化，但与根据这两个独立的探测器任一个获得的计数率相比较，则对钻孔的参数的敏感程度稍差。这一响应比于是便成为用来计算孔隙度的测量参数。为了改进精度，对根据这种比值算出的孔隙度进行了校正。与单探测器系统相比，双探测器系统尽管要小得多，但能有效地校正钻孔直径，而要是能利用到有效的钻孔测径仪时，还能使校正值量化。为了组合传感器的响应，采用过较高级的算法。再以采用双探测器中子孔隙度系统为例，1983，12，27授予Darwin V.Ellis与Chorles Flaum的美国专利NO.4423323对于各中子探测器的计数率应用了一般称作为“脊和肋”和解释，以便不用独立的钻孔孔径信号而求得钻孔尺寸不变量的孔隙度测量结果。这种算法较为复杂，而能够据此求得可靠补偿的钻孔直径变化范围也相对受到限制。

各种钢绳钻孔测径器件曾用来并在今天仍然用来与对钻孔尺寸敏感的钢绳测井技术相结合，以提供对钻孔直径的测量，据此来计算钻孔尺寸的校正值。由例如1960年代以商品形式引入而且是相关技术中周知的垫安装的散射r射线密度工具的垫型工具的铰接臂，制得了一种测径仪。这种测径仪只测量一种径向尺寸，这在非圆形钻孔中通常是主径向轴线。另一种先有技术的钢绳测径仪则利用多臂装置的测量结果。这类装置可以是“独立的”测径仪工具。或者，可以从其他类型的测井工具如多臂信息浸渍工具来根据臂的位置求得钻孔孔径信息。多臂装置与单臂装置相比产生了更具代表性的钻孔尺寸测量结果，但其机械结构极其复杂，难以在苛刻的钻孔条件下有效的操作，难以保持校准结果且制造价格昂贵。

先有技术的LWD系统，与其钢绳的对应部分相同，对钻孔尺寸是敏感的。需要有精确的孔径信息来恰当地校正从这些系统中求得的参数测量结果。易知臂型的钢绳测径仪不适用于LWD，这是因为钻柱通常是转动的，而与钻入的地层结合的臂将因这种转动迅即断裂，因此必须用其他的基本方法进行LWD测径。