[发明专利]具有采用铊基的闪烁体材料的至少一个伽马射线闪烁检测器的核测井工具

说明书

可部署在穿过地层的井孔中的地下测井工具包括具有铊基的闪烁体材料的伽马射线闪烁检测器。闪烁体材料适用于高温井下环境(即70℃以上)。因而，与使用其他材料相比时，闪烁体材料可改善70℃以上且至少高达175℃温度下的油田测量的性能。闪烁体材料可以具有至少六十的有效原子序数。闪烁体材料可以具有化学式Tl₂LiY_1‑xCe_xCl₆，其中x为0至1。锂(Li)可以被另一种碱金属或铟(In)部分或完全代替。钇(Y)被另一种稀土元素部分或完全替代。氯(Cl)被另一种卤化物部分或完全替代。

技术领域

本公开涉及包括一个或多个伽马射线闪烁检测器的核测井工具。

背景技术

来自核测井作业的数据的谱分析可以提供与井眼周围的地质构造有关的定量或定性信息。在地层评估的上下文中，术语“地层”是指通过在井眼中进行的测量(例如在测井或试井中)所看到的岩石体积。这些测量值表明该体积的物理特性。

可以在钻井过程期间或之后收集有关井下状况和钻井组件的运动的数据。通过在钻井过程中收集和处理此类信息，钻机可以修改或纠正操作的关键步骤，以优化井位。在钻井操作期间用于收集井下状况和钻井组件的运动的数据的方案通常被称为随钻测量(“MWD”)。更侧重于钻井过程中地层参数测量的类似技术通常称为随钻测井(“LWD”)。然而，术语MWD和LWD 通常可互换使用，并且在本公开中，对术语中的任一个的使用将被理解为包括地层和井眼信息的收集以及钻井组件的运动和布置的数据。电缆测井工具可以通过电缆、钻杆、连续油管、牵引车或其他合适的工具输送装置在井眼中输送。

例如，地层可以散射由核测井工具人工引入的辐射。具体地，核测井工具可以包括中子源，该中子源用中子轰击地层，所述中子与地层中的核相互作用以产生伽马射线辐射。该工具还包括一个或多个伽马射线闪烁检测器，这些检测器测量来自地层的伽马射线辐射量及其能谱随时间的变化。该工具还可包括一个或多个中子检测器，这些检测器测量来自地层的热中子辐射量及其能谱随时间的变化。这些测量可以提供定量信息，这些信息表征了地层的岩石物理特性(例如地层或堆积密度、地层孔隙度、地层的西格玛或宏观热中子俘获截面、光刻和水饱和度)。

此外，地层本身可包含自然发射辐射的材料。在这种情况下，该工具的伽马射线闪烁检测器可用于测量地层自然发射的核辐射(例如，伽马射线) 的谱。可以使用测得的谱(或本底谱)来识别地层的岩石物理特性。还可以从地层中子轰击产生的测量谱中减去本底谱，以便从测量中消除自然发射的伽马射线的影响。

核测井工具的伽马射线闪烁检测器包括与电子光传感器联接的闪烁体，所述电子光传感器诸如光电倍增管(PMT)、光电二极管或硅光电倍增管。闪烁体是一种当被入射的伽马射线辐射活化时具有闪烁-发光的特性的材料。发光材料在被入射粒子撞击时会吸收其能量并闪烁(即，以光的形式重新发射一部分吸收的能量)。有时，活化态是亚稳态的，因此从活化态回落到较低态的弛豫被延迟了(根据材料，需要从几纳秒到数小时不等)。然后，该过程对应于两种现象之一，这取决于过渡的类型以及所发射的光学光子的波长：延迟的荧光或磷光，也称为余辉。

PMT吸收闪烁体发出的光，并通过光电效应以电子形式重新发射。这些电子的后续倍增(有时称为光电子)产生电脉冲，然后可以对该电脉冲进行分析，并产生有关最初撞击闪烁体的粒子的有意义的信息。因此，当来自地层的伽马射线辐射撞击伽马射线闪烁检测器时，伽马射线闪烁检测器可以产生与入射伽马射线辐射的能量相对应的电信号。

闪烁体材料的各种特性可能有益于它们在伽马射线闪烁检测器中的使用，例如高密度、快速的操作速度、低成本、辐射硬度、生产能力和操作参数的耐久性。