[发明专利]核测井工具及其应用

说明书

一种核测井工具具有外壳、一个或多个中子源、一个或多个屏蔽件及围绕外壳设置的两个或更多个探测器。一个或多个中子源中的每一个被配置为以脉冲或连续方式产生中子，且两个或更多个探测器中的每一个可操作以探测中子和伽玛射线。两个或更多个探测器包括设置在与第一中子源相距第一距离处的第一探测器和设置在与第一中子源相距第二距离处的第二探测器。第一距离比第二距离短。第一距离和第二距离是在外壳的纵向方向上测量的。每个屏蔽件可操作以吸收中子和伽玛射线并设置在外壳内的一个或多个中子源中的一个与一个或更多个探测器中的一个之间。

技术领域

本公开提供了用于核测井和地层评价的方法和系统，特别是用于核测井和数 据分析以获得地层参数的方法和系统。

背景技术

在油气勘探中，孔隙度、矿物学、密度和含气/含油饱和度是评价油气田中总 油气储量的重要地层参数。已经开发了各种电缆和LWD(随钻测井)测井工具 来测量井下地层参数。

地层密度是通过测量来自伽玛辐射源(例如，Cs-137源)的反散射伽玛射线 而获得，该反散射伽玛射线由布置在距伽玛射线源不同距离的两个探测器(例如， 两个碘化钠闪烁探测器)处接收到。这两个探测器通常根据它们与伽玛射线源的 相对距离而被称为近探测器和远探测器。

中子孔隙度测井工具通过测量在来自同位素中子源(例如，Am-Be源)的快 中子被工具周围环境(例如，井筒流体和地层)减慢速度并散射回探测器后的近 探测器与远探测器的中子计数率的比值来研究地层孔隙度。然后根据特定的地层 矿物学(例如，砂岩、石灰岩或白云石)将该比值转换为孔隙度。使用来自两个 探测器的计数率之比可减少近井筒环境(井筒流体、井眼尺寸等)的变化对孔隙 度测量的影响。

脉冲中子工具采用脉冲中子源(例如，D-T中子发生器或D-D中子发生器) 和一个、两个或三个检测中子或中子诱导伽玛射线的探测器。来自每个元素的中 子诱导伽玛射线的能量谱是独一无二的。因此，通过测量来自非弹性散射和/或中 子俘获反应的伽玛射线的能量谱，可以识别元素并获得来自地层中的每一种元素 的伽玛射线的相对百分比，即元素产额。非弹性能谱是碳-氧(C/O)比率测井的 基础，但也可以提供其他元素的信息，例如氢(H)、硅(Si)、钙(Ca)、铁 (Fe)、硫(S)和氯(Cl)。

由于元素产额测井仅提供元素的相对浓度，因此它们通常用比率来表示，例 如C/O、Cl/H、Si/(Si+Ca)、H/(Si+Ca)和Fe/(Si+Ca)。这些比率分别是油、 盐度、矿物学、孔隙度和粘土的指标。元素产额测井以及这些元素的中子非弹性 散射和中子俘获反应的反应截面也可用于获得地层中的元素浓度。

另外，通过测量在一个或多个中子脉冲后的热中子时间衰减曲线或俘获伽玛 射线时间衰减曲线，可以获得地层的宏观热中子吸收截面(sigma)，该截面可用 于估算含气/含油饱和度。

在大多数这些应用中，中子和伽玛射线由它们相应的探测器/传感器来探测。 例如，He-3气体探测器用于探测热中子。He-3同位素具有高的热中子吸收截面。 在从中子源发射的快中子被地层减慢速度并散射回探测器后，中子被吸收并产生 其他可检测的离子，例如质子(p)和氚(T)，从而使气体电离。离子和电子在 电场中倍增和漂移，以形成电信号。可采用各种闪烁探测器，例如NaI、CsI、BGO、 GSO、LaBr3、YAP闪烁体和光电倍增管(PMT)，用于探测伽玛射线。这些闪 烁体将伽玛射线的所积攒的能量转变为闪烁光。PMT将闪烁光转换为电子，并放 大它们以形成电子信号。