НЕЙТРОННЫЙ СКВАЖИННЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОРИСТОСТИ С УВЕЛИЧЕННОЙ ТОЧНОСТЬЮ И УМЕНЬШЕННЫМИ ЛИТОЛОГИЧЕСКИМИ ВЛИЯНИЯМИ Российский патент 2014 года по МПК G01V5/10 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Данное изобретение в целом относится к нейтронному геофизическому исследованию, а более конкретно к скважинному прибору определения пористости по данным нейтронного геофизического исследования пористости, использующему устройство контроля нейтронов для увеличения точности и уменьшения литологических влияний.

[0002] Этот раздел предназначен для представления читателю различных аспектов той области, которая может относиться к различным аспектам данного изобретения, описанного и/или заявленного ниже. Это описание будет полезно для предоставления читателю вводной информации с целью облегчения лучшего понимания различных аспектов данного изобретения. Таким образом, нужно понимать, что эти заявления должны быть приняты в таком свете, а не как признание известного уровня техники.

[0003] Для измерения пористости пласта и в качестве литологических индикаторов и индикаторов газа использовались нейтронные скважинные приборы для геофизических исследований на месторождениях нефти в течение многих лет. Эти скважинные приборы, как исторически сложилось, включали в себя радиоизотопный источник нейтронов, такой как AmBe, излучающий нейтроны в окружающий пласт. Нейтроны могут взаимодействовать с пластом, до того как отсчет нейтронов будет определен одним или более детекторами нейтронов. Среди прочего, отсчет нейтронов может быть чувствительным к водороду в поровых пространствах пласта. В целом, чем больше водорода в пласте, тем меньше нейтронов достигают детектора. Так как пористость пласта чаще всего заполнена водой или углеводородами, отсчет нейтронов может использоваться для определения пористости пласта.

[0004] Когда источник радиоизотопов используется скважинным нейтронным прибором определения пористости, пористость может быть определена на основе определяемого отсчета нейтронов, нормализированного к интенсивности отсчета нейтронов источника, которую можно предсказать. Действительно, для определения интенсивности отсчета нейтронов радиоизотопного источника может быть достаточно выполнить одноразовую калибровку, если у этого источника достаточно длинный период полураспада, как в случае с ²⁴¹AmBe. После этого любое изменение в будущем может, в принципе, быть предсказано, исходя из известного периода полураспада радиоизотопного материала. Однако по множеству причин использование радиоизотопного источника нейтронов может быть нежелательным. Например, использование радиоизотопного источника может повлечь за собой переговорный процесс, касающийся обременительного нормативно-правового регулирования, а источники могут иметь ограниченные сроки полезного использования (например, от 1 до 15 лет). Кроме того, радиоизотопные источники становятся более дорогими и их труднее получить.

[0005] Вместо радиоизотопного источника нейтронов в нейтронном приборе для измерения пористости могут применяться и другие источники нейтронов, такие как электронные генераторы нейтронов. Однако в отличие от предсказуемой мощности радиоизотопного источника нейтронов, мощность электронного генератора нейтронов часто трудно или невозможно предсказать, исходя из рабочих параметров прибора. Поэтому для уравновешивания возможных вариаций в мощности источника нейтронов генераторные устройства нейтронов в целом могут определять пористость из отношения отсчетов нейтронов на детекторах при различии в пространственном размещении (например, отношение отсчетов на ближнем/дальнем детекторах). Хотя этот способ может обеспечить выполнение поставленной цели и привнести другие определенные положительные эффекты (например, уменьшение чувствительности устройства к некоторым влияниям буровой скважины, не касающимся пористости), он также может уменьшить чувствительность прибора к пористости, так как в том отношении может быть уравновешена и часть чувствительности отдельных детекторов. Это уменьшение чувствительности может быть особенно проблематичным при использовании генераторов нейтронов на основе реакции дейтерия и трития (d-T), обычно используемых на нефтяных месторождениях. Эти генераторы вырабатывают нейтроны с энергией 14 мегаэлектрон-вольт, что более чем в два раза выше средней энергии нейтронов из источника AmBe. При использовании в устройстве с обычными расстояниями ближнего и дальнего детекторов от источника приблизительно 1 и 2 фута соответственно, эта более высокая исходная энергия нейтронов приводит к резкому спаду чувствительности к пористости при высокой пористости по сравнению с устройством на основе AmBe.

[0006] В прошлом для облегчения вышеупомянутых проблем, возможно, рассматривались определенные нейтронные приборы измерения пористости на основе одного отсчета нейтронов по отношению к контролируемой мощности такого электронного источника нейтронов. Однако в то время, когда такие приборы рассматривались, они бы показывали значения пористости с чрезмерным влиянием окружающей среды. Для компенсации такого воздействия на окружающую среду предлагались некоторые источники, увеличивающие в таком нейтронном приборе измерения пористости расстояние между источником нейтронов и детектором нейтронов. Хотя это могло уменьшить влияние окружающей среды на измерения в рассмотренных устройствах, увеличение расстояния от источника к детектору показало увеличение литологического влияния.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Ниже сформулировано краткое изложение определенных вариантов воплощения, описанных в этом документе. Нужно понимать, что эти аспекты представлены только для того, чтобы предоставить читателю краткое содержание этих определенных вариантов воплощения и сообщить, что эти аспекты не предназначены для ограничения объема данного изобретения. Несомненно, это изобретение может охватывать множество аспектов, которые могут быть не сформулированы ниже.

[0008] Варианты воплощения настоящего изобретения касаются систем и способов нейтронного геофизического исследования пористости с высокой точностью и уменьшенными литологическими влияниями. В соответствии с вариантом воплощения нейтронный скважинный прибор для определения пористости может содержать источник нейтронов, устройство контроля нейтронов, детектор нейтронов и схему обработки данных. Источник нейтронов может излучать нейтроны в подземный пласт, а устройство контроля нейтронов определяет отсчет нейтронов, пропорциональный излучаемым нейтронам. Детектор нейтронов может определить отсчет нейтронов, которые рассеиваются от подземного пласта. Схема обработки данных может определить скорректированную на влияние от окружающей среды пористость подземного пласта на основе, по меньшей мере отчасти, отсчета нейтронов, рассеянных от подземного пласта, нормализованного к отсчету нейтронов, пропорциональному нейтронам, излучаемым источником нейтронов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Различные аспекты этого изобретения могут быть лучше поняты после рассмотрения следующего подробного описания и чертежей, где

[0010] на фиг.1 показана схематическая блок-схема системы нейтронных скважинных геофизических исследований пористости в соответствии с вариантом воплощения;

[0011] на фиг.2 показана блок-схема, иллюстрирующая процесс нейтронных скважинных геофизических исследований пористости при помощи системы, представленной на фиг.1, в соответствии с вариантом воплощения;

[0012] на фиг.3 показана блок-схема, описывающая вариант воплощения способа выполнения нейтронных скважинных геофизических исследований пористости по фиг.2;

[0013] на фиг.4 показана блок-схема, описывающая вариант воплощения иного способа выполнения нейтронных скважинных геофизических исследований пористости по фиг.2;

[0014] на фиг.5-10 показаны графики, моделирующие примеры отсчетов нейтронов, полученных из отдельных детекторов нейтронов, и отношения детекторов нейтронов, в соответствии с вариантом воплощения;

[0015] на фиг.11 и 12 представлены графики, моделирующие чувствительность к пористости, связанную с отсчетом нейтронов на фиг.5-10, в соответствии с вариантом воплощения;

[0016] на фиг.13 и 14 представлены графики, моделирующие точность определения пористости, связанную с отсчетом нейтронов на фиг.5-10, в соответствии с вариантом воплощения; и

[0017] на фиг.15 и 16 показаны графики, моделирующие литологические влияния, являющиеся результатом одного дальнего детектора надтепловых нейтронов и результатом отношения соответственно ближнего и дальнего детекторов надтепловых нейтронов, согласно вариантам воплощения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

[0018] Ниже будут описаны один или более вариантов воплощения. С целью краткого описания этих вариантов воплощения в этом описании представлены не все характеристики фактической реализации. Следует учесть, что при разработке любой такой фактической реализации, как в любом инженерном или конструкторском проекте, должны быть приняты многочисленные решения, зависящие от воплощения, для достижения конкретных целей разработчиков, такие как согласование с ограничениями, связанными с системой и с бизнесом, которые могут различаться в зависимости от конкретной реализации. Кроме того, следует учитывать, что такие опытно-конструкторские работы могут быть сложными и длительными, но при всем том они будут обычной работой по проектированию, изготовлению и сборке для специалистов в данной области, что является преимуществом данного изобретения.

[0019] Представленные варианты воплощения касаются скважинных нейтронных приборов измерения пористости, имеющих благодаря использованию устройства контроля нейтронов увеличенную точность и уменьшенные литологические влияния. Устройство контроля нейтронов может быть детектором нейтронов, используемым скважинным нейтронным прибором измерения пористости с единственной целью измерения интенсивности отсчета источника нейтронов. В частности, ввиду самого процесса замедления нейтронов от высокой до низкой энергии, отчего возникает чувствительность к пористости, традиционные нейтронные устройства измерения пористости используют детекторы низкоэнергетических нейтронов. Однако в соответствии с существующими вариантами воплощения, если к устройству, в одном воплощении близком к источнику нейтронов, добавлено устройство контроля высокоэнергетических нейтронов (например, детектор нейтронов, способный к определению нейтронов с энергией больше чем 1 мегаэлектрон-вольт), то его отсчет нейтронов может использоваться в качестве непосредственного замера интенсивности отсчета нейтронов из источника. Фактически на отсчет от устройства контроля (высокоэнергетических) нейтронов может по сути не влиять окружающая среда буровой скважины и пласта, так как почти все нейтроны, посчитанные детектором, не подвергнутся рассеиванию прежде, чем достигнут устройства контроля нейтронов. Нормализуя отсчет на детекторах низкоэнергетических нейтронов, которые могут измерять рассеянные и обычные низкоэнергетические нейтроны, при более дальних расстояниях, к отсчету нейтронов на устройстве контроля нейтронов, может быть возможно откорректировать колебания интенсивности отсчета источника нейтронов без подавления чувствительности к пористости и, таким образом, сохранить (более высокую) чувствительность к пористости каждого конкретного детектора низкоэнергетических нейтронов.

[0020] Другое преимущество нормализации отсчета нейтронов на детекторе низкоэнергетических нейтронов к интенсивности отсчета источника нейтронов, определяемой устройством контроля нейтронов, касается чувствительности измерения к другим элементам, кроме водорода. В целом, принимая стандартный набор скважинных условий (например, пласт кальцита, 8-дюймовая буровая скважина, буровая скважина с пресной водой и пластовые жидкости, 20 градусов по Цельсию, 1 атм и т.п.), нейтронные устройства измерения пористости могут вначале вычислить кажущуюся пористость из измеренных отсчетов нейтронов или отношений отсчетов нейтронов. Любые отклонения между этой кажущейся пористостью и истинной пористостью объясняют влиянием окружающей среды. В частности, отклонения, вызванные литологией пласта, отличающейся от номинальной, часто считающегося кальцитом, могут называться литологическим влиянием. Это литологическое влияние зависит от расстояния между источником и детектором и для надтепловых детекторов при выборе соответствующего расстояния может быть уменьшено. При традиционном измерении пористости с помощью отношения отсчетов двух детекторов низкоэнергетических нейтронов, только один из детекторов низкоэнергетических нейтронов находится на оптимальном расстоянии. Таким образом, литологическое влияние может быть повторно внесено в отношение из-за неоптимально расположенного детектора. При образовании отношения отсчетов оптимально размещенного детектора к устройству контроля нейтронов этой проблемы можно избежать, и может оставаться только намного меньшее литологическое влияние оптимально размещенного детектора.

[0021] В соответствии с определенными другими существующими вариантами воплощения, использование устройства контроля нейтронов для нормализации мощности генератора нейтронов также может позволить определенные способы усиления вертикального разрешения в комбинации со скважинным нейтронным прибором измерения пористости, имеющим источник нейтронов с переменной интенсивностью отсчета, таким как электронный генератор нейтронов. Способы усиления вертикального разрешения могут включать альфа-обработку, которую подробно описали Флаум и др. в патенте США № 4786796, переуступленном корпорации Schlumberger Technology Corporation и включенном в этот документ путем ссылки в полном объеме. Нормализация отсчетов детекторов низкоэнергетических нейтронов к отсчету устройства контроля нейтронов может позволить использование таких влияний усиления вертикального разрешения, что в ином случае оказалось бы безуспешным из-за невозможности указать, как отсчет, связанный с глубиной, меняется от отсчетов, вызванных вариациями интенсивности отсчета источника нейтронов.

[0022] Далее нужно отметить, что определение пористости на основе отсчета детектора нейтронов, нормализованного к отсчету устройства контроля нейтронов, может обеспечить значительное улучшение эксплуатационной эффективности. В частности, описанные здесь способы могут уменьшить статистическую ошибку в точности определения пористости и по статистическому показателю 2. Поскольку в ином случае уменьшение статистической ошибки в 2 раза может потребовать увеличения времени измерения в 4 раза, улучшение точности при помощи данных способов может считаться эквивалентным потенциальному увеличению скорости геофизического исследования в 4 раза для достижения той же самой статистической точности, которая была бы достигнута с помощью измерения относительной пористости.

[0023] С учетом вышеизложенного, на фиг.1 показана нейтронная скважинная система 10 геофизических исследований для определения пористости подземного пласта с высокой точностью и уменьшенными литологическими влияниями. Нейтронная скважинная система 10 геофизических исследований может содержать скважинный прибор 12 и систему 14 обработки данных. Хотя скважинный прибор 12 и система 14 обработки данных показаны отдельно друг от друга, система 14 обработки данных в определенных вариантах воплощения может быть встроена в скважинный прибор 12. Как пример, скважинный прибор 12 может быть тросовым или канатным прибором для геофизического исследования существующей скважины или может быть установлен на забойной компоновке бурильной колонны для проведения геофизических исследований во время бурения.

[0024] Скважинный прибор 12 может быть помещен в кожух 16, который заключает в себе, среди прочего, источник 18 нейтронов. Источник 18 нейтронов может включать источник нейтронов, способный излучать относительно высокоэнергетические нейтроны, такие как нейтроны с энергией 14 мегаэлектрон-вольт. Как пример, источник 18 нейтронов может быть электронным источником нейтронов, таким как Minitron™ от Schlumberger Technology Corporation, который может генерировать импульсы нейтронов или непрерывный отсчет нейтронов благодаря d-T реакциям. Дополнительно или как вариант, нейтронный источник 18 может включать радиоизотопный источник, который может излучать или не излучать нейтроны с переменным или непредсказуемым отсчетом. Экранирование 20 нейтронов может отделять источник 18 нейтронов от других компонентов скважинного прибора 12.

[0025] Как отмечено выше, скважинный прибор 12 может содержать устройство 22 контроля нейтронов. Устройство 22 контроля нейтронов может измерять мощность источника 18 нейтронов, чтобы обеспечить основание для нормализации отсчетов нейтронов, определенных другими детекторами 24 нейтронов, как описано ниже, что позволит измерить нейтроны, рассеянные окружающим пластом. В целом устройство 22 контроля нейтронов может быть любым подходящим детектором нейтронов в любой подходящей конфигурации в скважинном приборе 12, который эффективно измеряет в значительной степени только нейтроны, излучаемые источником 18 нейтронов, которые не были рассеяны окружающим пластом. Таким образом, устройство 22 контроля нейтронов может быть чувствительным только к высокоэнергетическим нейтронам (например, имеющим энергетические уровни больше 1 МэВ и/или энергетические уровни, примерно равные уровням, излучаемым электронным источником 18 нейтронов), может быть расположено очень близко к источнику 18 нейтронов и/или может быть экранировано со стороны скважины от нейтронов, возвращающихся в скважинный прибор 12 из окружающего пласта.

[0026] В некоторых вариантах воплощения устройство 22 контроля нейтронов может включать пластиковый сцинтиллятор, соединенный с фотоумножителем. Такой пластиковый сцинтиллятор описан Симонетти и др. в патенте США № 6884994, переуступленном Schlumberger Technology Corporation и включенном в этот документ путем ссылки в полном объеме. В других вариантах воплощения устройство 22 контроля нейтронов может включать другие детекторы быстрых нейтронов, такие как счетчики газа He-4, водородные пропорциональные счетчики, жидкие сцинтилляторы или твердотельные детекторы, такие как SiC или алмаз.

[0027] Скважинный прибор 12 может содержать по меньшей мере один детектор 24 низкоэнергетических нейтронов. В варианте воплощения скважинного прибора 12, показанного на фиг.2, "ближний" детектор 24 нейтронов расположен ближе к источнику 18 нейтронов, чем подобный "дальний" детектор 24 нейтронов. В некоторых вариантах воплощения скважинный прибор 12 может также содержать дополнительные детекторы 24 низкоэнергетических нейтронов при промежуточных расстояниях между "близостью" и "дальностью". Если скважинный прибор 12 содержит только один детектор 24 нейтронов, то "дальний" детектор 24 нейтронов, расположенный примерно на 1 фут от источника 18 нейтронов, как правило, может обеспечить более точное измерение пористости. Если скважинный прибор 12 содержит и ближние, и дальние детекторы 24 нейтронов, то системой 14 обработки данных могут использоваться определенные способы усиления вертикального разрешения, такие как, например, альфа-обработка.

[0028] Кроме того, в определенных вариантах воплощения скважинный прибор 12 может содержать один или более обращенных к буровой скважине детекторов 25 нейтронов. Обращенный к буровой скважине детектор 25 нейтронов может быть более чувствительным к нейтронам, которые проходят через буровую скважину, чем ближние и дальние детекторы 24 нейтронов. Как таковые, отсчеты нейтронов, получаемые на обращенном к буровой скважине детекторе 25 нейтронов, могут использоваться для коррекции влияний окружающей среды, связанных с составом скважинной жидкости и/или геометрией буровой скважины, как описано более подробно в заявке на патент США 12/729 384, зарегистрированной 23 марта 2010 года, переуступленной Schlumberger Technology Corporation и включенной в этот документ путем ссылки в полном объеме. В иных вариантах воплощения скважинный прибор 12 может не включать обращенный к буровой скважине детектор 25 нейтронов, но при этом может использовать другие способы для коррекции влияния окружающей среды, связанного с буровой скважиной. Такие способы могут включать, среди прочего, измерение надтеплового времени замедления для коррекции величины отклонения прибора, которое может коррелировать с определенными влияниями окружающей среды. Эти другие способы могут использоваться самостоятельно или в комбинации с измерениями от обращенного к буровой скважине детектора 25 нейтронов для уменьшения влияний окружающей среды с целью выработки значащего измерения пористости с уменьшенными литологическими влияниями.

[0029] В некоторых вариантах воплощения экраны 20 нейтронов также могут быть размещены между детекторами 24 нейтронов и обращенной к буровой скважине стороной скважинного прибора 12. Эти нейтронные экраны 20 могут уменьшить число нейтронов, которые могут достичь детекторов 24 нейтронов через буровую скважину, по сравнению с теми, которые достигают этот детектор через пласт, что увеличивает чувствительность скважинного прибора 12 к свойствам пласта по сравнению с чувствительностью к свойствам буровой скважины. Кроме того, размещение экранов 20 нейтронов может увеличить число нейтронов, которые могут достигать обращенный к буровой скважине детектор 25 нейтронов через буровую скважину.

[0030] В определенных вариантах воплощения детекторы 24 и 25 нейтронов могут быть любыми детекторами нейтронов, способными к определению тепловых и/или надтепловых нейтронов. В некоторых вариантах воплощения детекторы 24 и 25 могут также быть относительно нечувствительными к высокоэнергетическим нейтронам, таким как излучаемые источником 18 нейтронов. В целом детекторы 24 и 25 нейтронов могут быть сконфигурированы практически так, чтобы они не определяли нейтроны, имеющие энергию, например, 1 килоэлектрон-вольт или больше. В некоторых вариантах воплощения детекторы 24 и 25 нейтронов могут быть детекторами нейтронов ³He. В определенных других вариантах воплощения детекторы 24 и 25 нейтронов могут быть способными к определению надтепловых нейтронов, но также могут быть относительно нечувствительными к высокоэнергетическим нейтронам, излучаемым источником 18 нейтронов.

[0031] Ближний детектор 24 нейтронов может иметь “ближнее размещение”, измеренное от источника 18 нейтронов к поверхности активной области ближнего детектора 24 нейтронов, самого близкого к источнику 18 нейтронов, и у дальнего детектора 24 нейтронов может быть “дальнее размещение”, измеренное от источника 18 нейтронов к поверхности активной области дальнего детектора 24 нейтронов, самого близкого к источнику 18 нейтронов. У обращенного к буровой скважине детектора 25 нейтронов может быть “заднее размещение”, которое ближе к источнику 18 нейтронов, чем любое переднее или заднее размещение. В целом дальнее размещение может быть выбрано таким образом, чтобы пористости, вычисленные на основе отсчета дальнего детектора 24 нейтронов, нормализованного к устройству 22 контроля нейтронов, имели относительно высокую точность при стандартном наборе условий (например, пласт кальцита, 8-дюймовая буровая скважина, буровая скважина с пресной водой и пластовые жидкости, 20 градусов по Цельсию, 1 атм и т.п.), на котором может основываться зависимость кажущейся пористости. Например, такое дальнее размещение может составлять примерно 2 фута. У ближнего детектора 22 нейтронов может быть ближнее размещение, которое позволяет извлечение информации об усилении вертикального разрешения, когда пористость, вычисленная на основе своего нормализованного отсчета, используется в комбинации с пористостью, вычисленной из отсчета на дальнем детекторе 24 нейтронов. Например, такое ближнее размещение может составлять примерно 1 фут.

[0032] В определенных альтернативных вариантах воплощения ближнее размещение может быть намного ближе, чем у многих традиционных конфигураций. Безусловно, в таких вариантах воплощения ближнее размещение может быть выбрано таким образом, чтобы при низкой пористости многие из нейтронов, которые достигают ближнего детектора 22 нейтронов либо непосредственно из источника нейтронов, либо после взаимодействия с подземным пластом, буровой скважиной и/или в пределах самого устройства, имели энергии, слишком высокие для определения. При относительно более высокой пористости из-за дополнительного рассеивания водородных ядер число определяемых низкоэнергетических нейтронов может увеличиться, так как расстояние, которое должны пройти нейтроны перед замедлением к этим энергиям, уменьшается. При еще более высокой пористости дополнительное рассеивание водорода может в конечном счете уменьшить число нейтронов с любой энергией, которые достигают детектора, но не прежде, чем приведут к реакции на пористость, которая является относительно пологой или даже возрастает в части диапазона пористости. Для данного варианта воплощения скважинного прибора 12 точное оптимальное размещение будет зависеть от конкретных элементов конструкции скважинного прибора 12, включая размер и эффективность в отношении энергии детектора 24 нейтронов, и от того, где, какой вид и сколько экранировки нейтронов используется. Ближний детектор 24 нейтронов может быть размещен таким образом, что его реакция на пористость может быть относительно плоской и/или возрастать с ростом пористости. Такое размещение может обеспечить высокую чувствительность к пористости, как описано более подробно в предварительной заявке на патент США 61/115670, зарегистрированной 17 ноября 2009 года и переуступленной Schlumberger Technology Corporation, которая включена в этот документ путем ссылки в полном объеме.

[0033] Когда скважинный прибор используется в подземном пласте, как в целом описано ниже со ссылкой на фиг.2, детекторы 24 нейтронов могут определить, среди прочего, количество нейтронов, которое изменяется в зависимости от интенсивности отсчета источника 18 нейтронов и пористости пласта. Таким образом, реакции устройства 22 контроля нейтронов и детекторов 24 нейтронов могут быть переданы как данные 26 в систему 14 обработки данных. С помощью подсчета пористости на основе реакции одного из детекторов 24 нейтронов, нормализованной к реакции устройства 22 контроля нейтронов, чувствительность к пористости одного из детекторов 24 нейтронов может быть сохранена в вычисленной пористости. Кроме того, пористость может быть откорректирована для влияний окружающей среды на основе многих способов, таких как измерение времени замедления надтепловых нейтронов с целью коррекции отклонения скважинного прибора 12 или измерение нейтронов на обращенном к буровой скважине детекторе 25 нейтронов.

[0034] Система 14 обработки данных может включать компьютер общего назначения, такой как персональный компьютер, сконфигурированный для запуска различного программного обеспечения, включая программное обеспечение, осуществляющее все или часть существующих способов. Как вариант, система 14 обработки данных может включать, среди прочего, основной компьютер, распределенную вычислительную систему или компьютер для конкретного приложения либо автоматизированное рабочее место, сконфигурированное для реализации всех или части представленных способов на основе специализированного программного и/или аппаратного обеспечения, предусмотренного как часть системы. Более того, для облегчения выполнения описанных здесь функциональных возможностей система 14 обработки данных может включать один или несколько процессоров. Например, обработка может иметь место, по меньшей мере отчасти, с помощью встроенного процессора в скважинном приборе 12.

[0035] В целом система 14 обработки данных может включать схему 28 получения и накопления данных и схему 30 обработки данных. Схема 30 обработки данных может быть микроконтроллером или микропроцессором, таким как центральный процессор (ЦП), который может выполнять различные регулярные операции и функции обработки данных. Например, схема 30 обработки данных может выполнять различные команды операционной системы, а также системы программного обеспечения, сконфигурированные для выполнения определенных процессов. Эти команды и/или регулярные операции могут быть сохранены в готовом изделии или обеспечиваться им, и оно может содержать компьютерный программоноситель, такой как устройство памяти (например, память произвольного доступа (RAM) персонального компьютера) или одно или более запоминающих устройств большой емкости (например, внутренний жесткий диск или внешний жесткий диск, твердотельное запоминающее устройство, CD-ROM, DVD или другое устройство хранения данных). Кроме того, схема 30 обработки данных может обрабатывать данные, предоставляемые как информация для различных систем программного обеспечения или программных приложений, включая данные 26.

[0036] Такие данные, связанные с представленными способами, могут храниться в памяти или запоминающем устройстве большой емкости в системе 14 обработки данных или обеспечиваться им. Как вариант, такие данные могут подаваться в схему 30 обработки данных из системы 14 обработки данных через одно или более устройств ввода. В одном варианте воплощения схема 28 получения и накопления данных может представлять одно такое устройство ввода; однако устройства ввода могут также включать ручные устройства ввода, такие как клавиатура, мышь и т.п. Кроме того, устройства ввода могут включать сетевое устройство, такое как проводная или беспроводная карта локальной сети Ethernet, адаптер беспроводной сети или любой из различных портов или устройств, сконфигурированных для облегчения связи с другими устройствами через любую подходящую систему связи, такую как локальная вычислительная сеть или Интернет. Через такое сетевое устройство система 14 обработки данных может обмениваться информацией и поддерживать связь с другими сетевыми электронными системами, находящимися рядом или вдалеке от системы. Сеть может включать различные компоненты, которые облегчают связь, включая выключатели, маршрутизаторы, серверные станции или другие компьютеры, сетевые адаптеры, коммуникационные кабели и т.п.

[0037] Скважинный прибор 12 может передавать данные 26 в схему 28 получения и накопления данных в системе 14 обработки данных через, например, внутренние соединения в скважинном приборе 12 или колонне скважинного прибора 12, связь телеметрической системы с поверхностью (линия связи "вверх") по кабелю или с помощью других средств связи скважины с поверхностью или по коммуникационному кабелю или другой линии связи, которая может соединять блок на поверхности с блоком в другом местоположении. После получения данных 26 схема 28 получения и накопления данных может передавать данные 26 схеме 30 обработки данных. В соответствии с одной или более сохраненными системами программного обеспечения схема 30 обработки данных может обрабатывать данные 26 для определения одного или более свойств подземного пласта, окружающего скважинный прибор 12, такого как, например, пористость. Такая обработка может включать, например, определение пористости на основе отсчета нейтронов на дальнем детекторе нейтронов, нормализованного к отсчету нейтронов на устройстве контроля нейтронов. Дополнительно или как вариант, обработка может включать выполнение способа усиления вертикального разрешения. Способ усиления вертикального разрешения может включать альфа-обработку пористости, вычисленную на основе нормализованного отсчета ближнего детектора. Схема 30 обработки данных может после этого вывести отчет 32, указывающий на одно или более определенных свойств пласта. Отчет 32 может быть сохранен в памяти или может быть предоставлен оператору через одно или более устройств вывода, таких как электронный дисплей и/или принтер.

[0038] На фиг.2 показано геофизическое исследование в скважине 34 при помощи скважинного прибора 12 для определения пористости подземного пласта 36. Как показано на фиг.2, скважинный прибор 12 может быть опущен в буровую скважину 38 в подземный пласт 36, который может быть или не быть обсажен обсадной трубой 40. Буровая скважина 38 может иметь диаметр D, который может влиять на отсчеты нейтронов, определяемых скважинным прибором 12, как описано ниже. После размещения в подземном пласте 36 излучение 42 нейтронов из источника 18 нейтронов может иметь различные взаимодействия 44 с элементами подземного пласта 36 и/или буровой скважины 38. Например, когда источник нейтронов содержит электронный генератор нейтронов, излучение 42 нейтронов может быть пучком нейтронов, содержащим нейтроны с энергией 14 мегаэлектрон-вольт. Устройство 22 контроля нейтронов может получать отсчет излучаемых нейтронов, который по сути не взаимодействует 44 с подземным пластом 36. Этот отсчет излучаемых нейтронов, который может быть пропорциональным к совокупному излучению 42 нейтронов, может образовывать основание, на котором можно нормализовать отсчет, далее получаемый другими детекторами 24 нейтронов скважинного прибора 12.

[0039] Взаимодействия 44 излучения 42 нейтронов с элементами подземного пласта 36 и/или буровой скважины 38 могут включать, например, неупругое рассеяние, упругое рассеяние и захват нейтронов. Эти взаимодействия 44 могут привести к нейтронам 46 от излучения 42 нейтронов, движущимся через подземный пласт 36 или буровую скважину 38 и достигающим детекторов 24 нейтронов при более низких энергиях, чем когда они вначале излучались. В зависимости от состава подземного пласта 36, буровой скважины 38 и/или самого скважинного прибора 12, взаимодействия 44 могут быть различными. Например, атомы водорода могут вызывать упругое рассеяние. Точно так же атомы хлора, находящиеся в соли в подземном пласте 36 или скважинной жидкости, практически наверняка могут вызывать захват 48 нейтронов 46 после того как энергия нейтронов 46 упадет ниже примерно 0,1 электрон-вольт. Количества и энергии нейтронов 46, которые достигают детекторов 24 нейтронов на различных расстояниях от источника 18 нейтронов, могут, таким образом, быть различными, в зависимости частично от свойств подземного пласта 34, включая, среди прочего, пористость подземного пласта 36. На основе числа нейтронов 46 на ближнем детекторе 24 нейтронов и/или дальнем детекторе 24 нейтронов, нормализованного к количеству нейтронов на устройстве 22 контроля нейтронов, система 14 обработки данных может при помощи любого подходящего способа определить пористость подземного пласта 36.

[0040] На фиг.3 показана блок-схема 50, представляющая вариант воплощения способа выполнения нейтронного скважинного геофизического исследования 34 по фиг.2. В первом шаге 52 скважинный прибор 12 может быть размещен в подземном пласте 36 на канате, тросе или в то время, как буровая скважина 38 бурится забойной компоновкой бурильной колонны (БК). На шаге 54 источник 18 нейтронов может излучать нейтроны (показано как излучение 42 нейтронов на фиг.2) в окружающий подземный пласт 36. Излучение 42 нейтронов может быть в пакетах нейтронов или как непрерывный отсчет нейтронов. Поскольку нейтроны излучаются в подземный пласт 36, устройство 22 контроля нейтронов может определить отсчет излучаемых нейтронов, который является пропорциональным полному излучению 42 нейтронов на шаге 56.

[0041] На основе взаимодействий 44 излучаемых нейтронов 42 с элементами подземного пласта 36, который может меняться в зависимости от пористости, детекторов 24 нейтронов может достичь различное число нейтронов. В силу этого, на шаге 58 по меньшей мере один детектор 24 нейтронов может определить нейтроны, которые рассеялись от подземного пласта 36. На шаге 60 система 14 обработки данных может нормализовать реакцию по меньшей мере одного детектора 24 нейтронов к реакции устройства 22 контроля нейтронов для получения нормализованного числа нейтронов, а на шаге 62 система 14 обработки данных может определить пористость подземного пласта 36 на основе этого нормализованного отсчета нейтронов. Как отмечено выше, система 14 обработки данных может определять пористость, используя любой подходящий способ. Например, система 14 обработки данных может определять кажущуюся пористость из нормализованного числа нейтронов, на основе которого для определения фактической пористости могут быть применены конкретные коррекции влияния окружающей среды. Дополнительно или как вариант, система 14 обработки данных может определять пористость, по меньшей мере частично, при помощи преобразования, получаемого из смоделированных и/или экспериментальных данных, которое связывает нормализованное число нейтронов с пористостью подземного пласта.

[0042] Без коррекции кажущаяся пористость, определенная на шаге 62, может иметь много нежелательного влияния окружающей среды. Это влияние окружающей среды может быть намного больше, чем влияние окружающей среды от пористости на основе отношений отсчетов нейтронов. Таким образом, на шаге 63 система 14 обработки данных может применить одну или более схем коррекции с целью устранения некоторой части влияния окружающей среды от пористости, определенной на шаге 62.

[0043] В некоторых вариантах воплощениях система 14 обработки данных может выполнить шаг 63, применяя коррекции влияния окружающей среды на основе различий между отсчетами нейтронов от обращенного к буровой скважине детектора(-ов) 24 нейтронов и обращенного к буровой скважине детектора 25 нейтронов. Например, система 14 обработки данных может определять на основе отсчетов нейтронов, получаемых из обращенного к буровой скважине детектора 25 нейтронов, заднюю кажущуюся пористость φ_back при помощи любых подходящих способов для вычисления пористости. При пористости, определенной на шаге 62 из обращенного к буровой скважине детектора(-ов) 24 нейтронов, представленной ниже как φ_near, система 14 обработки данных может вычислить скорректированную пористость φ_corr на основе зависимости между ближней кажущейся пористостью φ_near и задней кажущейся пористостью φ_back и соответствующую истинную пористость. Такая зависимость может включать, например, многочлен в кажущихся пористостях:

где n - это степень многочлена, а коэффициенты a_ij выбраны для минимизации разницы между скорректированной пористостью φ_corr и истинной пористостью. При этой минимизации отсчеты детектора и, следовательно, кажущиеся пористости могут быть получены экспериментально или посредством данных моделирования на компьютере. Хотя Уравнение (1) представляет собой полиномиальную функцию, следует понимать, что для вычисления скорректированной пористости φ_corr способом, описанным выше, может использоваться любая подходящая функциональная форма уравнения. Дополнительно или как вариант, система 14 обработки данных может определять пористость непосредственно из отсчетов нейтронов с помощью преобразования, получаемого из смоделированных и/или экспериментальных данных, связывающих отсчеты надтепловых нейтронов с различными условиями буровой скважины и пласта. Дополнительно или как вариант, система 14 обработки данных может определять скорректированную пористость с помощью инверсии модели, дающей ожидаемые отсчеты (или кажущиеся пористости), в виде функции истинной пористости и других условий пласта 36 и буровой скважины 38.

[0044] Дополнительно или как вариант, на шаге 63 система 14 обработки данных может применять коррекции влияния окружающей среды, такие как отклонения прибора, на пористость, определенную на шаге 62, с помощью вычисления времени замедления надтепловых нейтронов. Эти коррекции влияния окружающей среды могут быть выполнены с помощью любых подходящих способов, включая способы, описанные в патенте США № 5051581, включенном сюда посредством ссылки во всей своей полноте.

[0045] Как отмечено выше, когда скважинный прибор 12 включает по меньшей мере два детектора нейтронов с различными размещениями (например, ближние и дальние детекторы 24 нейтронов), могут использоваться определенные способы усиления вертикального разрешения. В частности, на блок-схеме 64, показанной на фиг.4, представлен вариант воплощения способа получения пористости с высоким вертикальным разрешением при помощи скважинного прибора 12, когда скважинный прибор 12 содержит ближний детектор 24 нейтронов и дальний детектор 24 нейтронов. На шаге 66 "точная" пористость может быть определена на основе реакции дальнего детектора 24 нейтронов способом, описанным выше в отношении блок-схемы 50 на фиг.3. Это измерение пористости можно назвать "точным", поскольку пористость из дальнего детектора 24 нейтронов, вероятно, будет более точной, чем пористость из ближнего детектора 24 нейтронов, но может иметь более низкое вертикальное разрешение. На шаге 68 "менее точная" пористость с высоким вертикальным разрешением может быть подобным образом определена на основе реакции ближнего детектора 24 нейтронов. Это измерение пористости можно назвать измерением с "более высоким вертикальным разрешением", поскольку пористость из ближнего детектора 24 нейтронов, вероятно, будет иметь более высокое вертикальное разрешение, чем пористость из дальнего детектора 24 нейтронов. На шаге 70 для получения измерения пористости с высоким вертикальным разрешением система 14 обработки данных может выполнить альфа-обработку при помощи измерений пористости, определенной на шагах 66 и 68. Как упомянуто выше, способы, с помощью которых система 14 обработки данных может выполнить альфа-обработку, описали Флаум и др. в патенте США № 4786796, переуступленном Schlumberger Technology Corporation и включенном в этот документ путем ссылки в полном объеме.

[0046] На фиг.5-16 показаны графики, сравнивающие измерения, связанные с пористостью на основе традиционного отношения отсчетов ближнего/дальнего детектора 24 нейтронов и на основе отдельных отсчетов ближнего и/или дальнего детектора 24 нейтронов, нормализованных к мощности источника 18 нейтронов при помощи устройства 22 контроля нейтронов. Эти графики предназначены для иллюстрации того, что описанные способы, включающие нормализованные отсчеты на детекторе 24 нейтронов, могут обеспечить большую точность и уменьшенные литологические влияния измерений пористости по сравнению с традиционными способами. Графики, показанные на фиг. 5-16, были смоделированы с помощью Monte Carlo N-Particle transport code - ведущей программы для моделирования процесса переноса нейтронов, фотонов и электронов в материальных системах с использованием методов Монте-Карло (MCNP). Нужно учитывать, среди прочего, что размер детектора, мощность источника нейтронов и экранировка могут быть различными в различных вариантах воплощения системы 10 геофизических исследований скважины; однако использование устройства 22 контроля нейтронов для нормализации реакций детекторов 24 нейтронов, как правило, может обеспечить выгоды, описанные в этом документе. И хотя эти переменные могут влиять на абсолютные отсчеты, смоделированные графиками на фиг.5-16, относительная форма реакций в целом может оставаться такой же.

[0047] На фиг.5-10 представлены смоделированные графики отсчетов из ближних и дальних детекторов 24 нейтронов и отношения ближних и дальних детекторов 24 нейтронов относительно пористости подземного пласта 36. В частности, на фиг.5-7 показаны отсчеты, когда детекторы 24 нейтронов являются детекторами тепловых нейтронов, и на фиг.8-10 показаны отсчеты, когда детекторы 24 нейтронов являются детекторами надтепловых нейтронов. Ближние и дальние расстояния между источником и детекторами составляют примерно 1 и 2 фута соответственно. Большая часть области между источником 18 нейтронов и концом дальнего детектора 24, не занятого самими детекторами 24, занята экранировкой 20 нейтронов.

[0048] На фиг.5 график 80 включает ординату 82, представляющую отсчет в единицах количества в секунду, и абсциссу 84, представляющую пористость в единицах пористости для ближнего детектора 24 тепловых нейтронов, размещенного примерно на 1 фут от источника 18 нейтронов. На кривой 86 показана зависимость между отсчетом и пористостью, полученной одним ближним детектором 24 тепловых нейтронов. На фиг.6 показан график 88, который включает ординату 90 отсчета в единицах количества в секунду и абсциссу 92 пористости в единицах пористости для дальнего детектора 24 тепловых нейтронов, размещенного примерно на 2 фута от источника 18 нейтронов. На кривой 94 показана зависимость между отсчетом и пористостью, полученной одним дальним детектором 24 тепловых нейтронов. На фиг.7 показан график 96, который включает ординату 98 отношения отсчетов и абсциссу 100 пористости в единицах пористости для отношения отсчетов на ближнем детекторе 24 тепловых нейтронов к отсчету на дальнем детекторе 24 тепловых нейтронов. На кривой 102 показана зависимость между отношениями отсчетов и пористостью подземного пласта 36.

[0049] На фиг.8 график 104 включает ординату 106, представляющую отсчет в единицах подсчетов в секунду, и абсциссу 108, представляющую пористость в единицах пористости для ближнего детектора 24 надтепловых нейтронов, размещенного примерно на 1 фут от источника 18 нейтронов. На кривой 110 показана зависимость между отсчетом и пористостью, полученной одним ближним детектором 24 надтепловых нейтронов. На фиг.9 показан график 112, который включает ординату 114 отсчета в единицах подсчетов в секунду и абсциссу 116 пористости в единицах пористости для дальнего детектора 24 надтепловых нейтронов, размещенного примерно на 2 фута от источника 18 нейтронов. На кривой 118 показана зависимость между отсчетом и пористостью, полученной одним дальним детектором 24 надтепловых нейтронов. На фиг.10 показан график 120, который включает ординату 122 отношения отсчетов в единицах подсчетов в секунду и абсциссу 124 пористости в единицах пористости для отношения подсчетов ближнего детектора 24 надтепловых нейтронов к подсчетам дальнего детектора 24 надтепловых нейтронов. На кривой 126 показана зависимость между отношениями отсчетов и пористостью подземного пласта 36.

[0050] Пористость может быть вычислена на основе отсчетов, показанных на графиках на фиг.5-10. Однако, как показано на фиг.11 и 12, чувствительность к пористости может резко изменяться в зависимости от того, какой из этих отсчетов используется для определения пористости.

[0051] На фиг.11 график 128 иллюстрирует чувствительность к пористости от отсчетов нейтронов на детекторах 24 тепловых нейтронов, показанных на фиг. 5-7. График 128 включает ординату 130, представляющую чувствительность к пористости в единицах процента на единицу пористости в процентах (например, 100*(d отсчет/d единица пористости/отсчет устройства контроля пористости)), и абсциссу 132, представляющую пористость в единицах пористости. Кривые 134, 136 и 138 соответственно иллюстрируют чувствительность к пористости, получаемую из отсчета ближнего детектора 24 тепловых нейтронов на фиг.5, нормализованного к отсчету устройства 22 контроля нейтронов, отсчета дальнего детектора 24 тепловых нейтронов на фиг.6, нормализованного к отсчету устройства 22 контроля нейтронов, и отношения отсчетов детекторов 24 тепловых нейтронов на фиг.7. На фиг.12 график 140 иллюстрирует чувствительность к пористости от отсчетов нейтронов детекторов 24 надтепловых нейтронов, показанных на фиг.8-10. График 140 включает ординату 142, представляющую чувствительность к пористости в единицах процента на единицу процента пористости, и абсциссу 144, представляющую пористость в единицах пористости. Кривые 146, 148 и 150 соответственно иллюстрируют чувствительность к пористости, получаемую из отсчета ближнего детектора 24 надтепловых нейтронов на фиг.8, нормализованного к отсчету устройства 22 контроля нейтронов, отсчета дальнего детектора 24 надтепловых нейтронов на фиг.9, нормализованного к отсчету устройства 22 контроля нейтронов, и отношения отсчетов детекторов 24 надтепловых нейтронов на фиг.10. (Обратите внимание, что при вычислениях чувствительности к пористости для ближних и дальних детекторов отсчет устройства 22 контроля нейтронов, используемый для нормализации, не зависит от пористости и, таким образом, не используется в отношении.)

[0052] Графики 128 и 140 иллюстрируют, что нормализованные отсчеты дальних детекторов 24 нейтронов обеспечивают более высокую чувствительность к пористости, чем соответствующие отношения отсчетов нейтронов от подобных детекторов. В частности, кривая 136 чувствительности к пористости у дальнего детектора 24 тепловых нейтронов выше для всех пористостей, чем кривая 138 чувствительности к пористости отношения детекторов 24 тепловых нейтронов. Аналогично, кривая 148 чувствительности к пористости у дальнего детектора 24 надтепловых нейтронов выше для всех пористостей, чем кривая 150 чувствительности к пористости отношения детекторов 24 надтепловых нейтронов. Безусловно, даже кривые 134 и 146 чувствительности к пористости ближнего детектора 24 нейтронов показывают более высокую чувствительность к пористости, чем соответствующие кривые 138 и 150 чувствительности к пористости отношения при пористостях выше чем примерно 25 единиц пористости. В то же время точные числа, показанные на графиках 128 и 140 на фиг.11 и 12, зависят от конструкции прибора, включая расстояние между источником и детекторами, характеристики детектора нейтронов, тип и размещение экранировки нейтронов и т.п.; эти примеры показывают общие тенденции, наблюдаемые в таких устройствах (то есть, что чувствительность к пористости имеет тенденцию увеличиваться с увеличением расстояния от источника к детекторам). Однако поскольку чувствительность к пористости имеет один и тот же основной характер изменения и для ближних, и для дальних детекторов 24, чувствительность к пористости значительно уменьшается при использовании отношения между отсчетами ближнего и дальнего детекторов 24. Устройство 22 контроля нейтронов не имеет чувствительности к пористости, поскольку оно чувствительно почти исключительно к непосредственному отсчету нейтронов из источника 18 нейтронов. Таким образом, нормализация с отсчетом устройства 22 контроля нейтронов сохраняет чувствительность к пористости одиночных детекторов 24.

[0053] В дополнение к увеличенной чувствительности к пористости, определенность нормализованных отсчетов детекторов 24 нейтронов также может улучшить точность определения пористости по отношению отсчетов детекторов 24 нейтронов. Примеры графиков точности пористости отсчетов нейтронов на фиг.5-10 показаны на фиг.13 и 14. На этих графиках показана соответствующая точность к пористости со среднеквадратическим отклонением, достигаемая при одной секунде получения и накопления данных, при условии типичного детектора 24 размера и мощности источника 18 нейтронов. Точность ближнего и дальнего детекторов 24 нейтронов эквивалентна точности для отсчетов, нормализованных с помощью отсчета устройства 22 контроля нейтронов, если принять, что отсчет в устройстве 22 контроля нейтронов может быть намного больше, чем в низкоэнергетических детекторах 24. Это, как правило, достижимо благодаря непосредственной близости к источнику 18 нейтронов устройства 22 контроля нейтронов.

[0054] В частности, на фиг.13 показан график 152, представляющий точность пористости, когда пористость определяется по отсчетам нейтронов детекторов 24 тепловых нейтронов, как проиллюстрировано на фиг.5-7. Ордината 154 представляет точность пористости (статистическая ошибка, называемая точностью) в единицах пористости в одну секунду, а абсцисса 156 представляет пористость в единицах пористости. Кривые 158, 160 и 162 соответственно иллюстрируют точность пористости, получаемую из отсчета ближнего детектора 24 тепловых нейтронов на фиг.5, нормализованного к отсчету устройства 22 контроля нейтронов, отсчета дальнего детектора 24 тепловых нейтронов на фиг.6, нормализованного к отсчету устройства 22 контроля нейтронов, и отношения отсчетов детекторов 24 тепловых нейтронов на фиг.7. Аналогично, на фиг.14 показан график 164, представляющий точность пористости, когда пористость определяется по отсчетам нейтронов детекторов 24 надтепловых нейтронов, как проиллюстрировано на фиг.8-10. Ордината 166 представляет точность пористости в единицах пористости в одну секунду, а абсцисса 168 представляет пористость в единицах пористости. Кривые 170, 172 и 174 соответственно иллюстрируют точность пористости, получаемую из отсчета ближнего детектора 24 надтепловых нейтронов на фиг.8, нормализованного к отсчету устройства 22 контроля нейтронов, отсчета дальнего детектора 24 надтепловых нейтронов на фиг.9, нормализованного к отсчету устройства 22 контроля нейтронов, и отношения отсчетов детекторов 24 надтепловых нейтронов на фиг.10.

[0055] Как видно из графиков 152 и 164, точность пористости, получаемая из нормализованных отсчетов детекторов 24 нейтронов, может быть значительно выше, чем точность пористости, получаемая из отношения отсчетов детекторов 24 нейтронов. В частности, кривая точности пористости 160 у дальнего детектора 24 тепловых нейтронов равна или выше для всех пористостей, чем кривая 162 точности пористости отношения детекторов 24 тепловых нейтронов. Аналогично, кривая 172 точности пористости у дальнего детектора 24 надтепловых нейтронов и кривая 170 точности пористости у ближнего детектора 24 надтепловых нейтронов может быть лучше для всех пористостей, чем кривая 174 точности пористости отношения детекторов 24 надтепловых нейтронов. Как также видно из графиков 152 и 164, с возрастанием пористости точность пористостей отношения, показанная на кривых 162 и 174, становится экспоненциально хуже, тогда как точность пористостей, вычисленных из отдельных отсчетов детекторов нейтронов, падает намного меньше.

[0056] В итоге, как можно увидеть из графиков 152 и 164 на фиг.13 и 14, использование устройства 22 контроля нейтронов вместо другого детектора 24 низкоэнергетических нейтронов для устранения влияния неизвестной переменной - интенсивности отсчета источника 18 нейтронов - дает значительное улучшение точности измерения, особенно при высокой пористости, когда точность является наихудшей. Кроме того, это обеспечивает еще более значительное улучшение эксплуатационной эффективности, поскольку уменьшение статистической ошибки в 2 раза может потребовать увеличения времени измерения в 4 раза. Это равноценно потенциальному увеличению скорости геофизического исследования в 4 раза при той же самой статистической точности, которая была бы достигнута с помощью измерения пористости отношения.

[0057] Как упомянуто выше, получение пористости из нормализованного отсчета нейтронов скорее от одного детектора 24 нейтронов, чем от отношения детекторов 24 нейтронов, может обеспечить увеличенную чувствительность к пористости и увеличенную точность пористости. Кроме того, получение пористости из нормализованного отсчета нейтронов от одного детектора 24 нейтронов может привести к уменьшению литологических влияний по сравнению с получением пористости из отношения детекторов 24 нейтронов. На фиг.15 и 16 соответственно показаны графики, иллюстрирующие литологическое влияние для пористости, полученной из отсчета нейтронов одного дальнего детектора 24 надтепловых нейтронов, и для пористости, полученной из отношения отсчета нейтронов ближнего детектора 24 надтепловых нейтронов к отсчету нейтронов дальнего детектора 24 надтепловых нейтронов. На фиг.15 и 16 показано, что надтепловое расстояние примерно на 1 фут от источника 18 нейтронов минимизирует литологическое влияние для пористостей от средней до высокой, так что это измерение может использоваться в качестве дальнего расстояния, когда близкое расстояние может быть примерно 2/3 этого расстояния от источника 18 нейтронов.

[0058] На фиг.15 график 176 включает ординату 178, которая представляет ошибку литологии по сравнению с кальцитовым пластом в единицах пористости, и абсциссу 180, которая представляет пористость в единицах пористости. Эта ошибка литологии - отклонение между истинной пористостью пласта и наблюдаемой пористостью, если предположить, что пласт состоит из кальцита. На кривых графика 176 показаны литологические влияния, привносимые несколькими обычными минералами в нефтяной скважине, которые могут присутствовать в подземном пласте 36, включая ангидрит, доломит, кварц, а также корунд, который является удобным материалом для моделирования пластов с высоким содержанием Al, подобных сланцам. На фиг.16 показан подобный график 182, включающий ординату 184, которая представляет ошибку литологии в единицах пористости, и абсциссу 186, которая представляет пористость в единицах пористости. На кривых графика 182 показаны литологические влияния, привносимые минералами ангидрита, корунда, доломита и кварца. Как очевидно из графиков 176 и 182, определенные минералы (например, корунд и доломит) могут привнести значительно большие литологические влияния при более высоких пористостях, когда пористость определяется по отношению отсчетов детекторов 24 нейтронов, чем тогда, когда пористость определяется по отсчетам детекторов 24 нейтронов, нормализованным к отсчетам устройства 22 контроля нейтронов. Более того, как видно из графиков 176 и 182, один “оптимально размещенный” детектор 24 нейтронов графика 176 дает значительно меньшее литологическое влияние, чем отношение ближнего/дальнего детекторов на графике 182. Выбор "другого" детектора 24, который будет дальше от источника 18 нейтронов (например, в 2 футах), а не ближе, может привести к еще большей ошибке литологии. Эта большая ошибка литологии может даже превысить 100 единиц пористости, так как наблюдаемое отношение отсчета ближнего к отсчету дальнего детектора нейтронов может превысить ошибку воды, когда подземный пласт 36 включает некоторые материалы при таком расстоянии детектора 24 нейтронов.

[0059] Конкретные варианты воплощения, описанные выше, показаны в качестве примера, но нужно понимать, что эти варианты воплощения могут быть восприимчивыми к различным модификациям и альтернативным формам. В частности, пористость может быть вычислена непосредственно из нормализованного отсчета одного детектора 24 тепловых или надтепловых нейтронов при использовании преобразования, получаемого из смоделированных и/или экспериментальных данных, которое связывает измеренный нормализованный отсчет с пористостью пласта 36. Измеренная таким образом пористость может далее быть скорректирована с учетом дополнительного влияния окружающей среды, среди которого, например, диаметр скважины, отклонение прибора и скважинная жидкость. Нужно понимать, что пункты формулы изобретения не ограничиваются конкретными описанными формами, а охватывают все модификации, эквиваленты и альтернативы, соответствующие объему и сущности настоящего изобретения.

Использование: для измерения пористости. Сущность изобретения заключается в том, что нейтронный скважинный прибор для определения пористости включает источник нейтронов, устройство контроля нейтронов, детектор нейтронов и схему обработки данных. Источник нейтронов может излучать нейтроны в подземный пласт, а устройство контроля нейтронов определяет отсчет нейтронов, пропорциональный излучаемым нейтронам. Детектор нейтронов может определить отсчет нейтронов, которые рассеиваются от подземного пласта. Схема обработки данных может определить скорректированную на влияние от окружающей среды пористость подземного пласта на основе, по меньшей мере отчасти, отсчета нейтронов, рассеянных от подземного пласта, нормализованного к отсчету нейтронов, пропорциональному нейтронам, излучаемым источником нейтронов. Технический результат: обеспечение возможности нейтронного геофизического исследования пористости с высокой точностью и уменьшенными литологическими влияниями. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Скважинный нейтронный инструмент для измерения пористости, содержащий:
источник нейтронов, сконфигурированный для излучения нейтронов в подземный пласт; устройство контроля нейтронов, сконфигурированное для определения отсчета нейтронов, пропорционального нейтронам, излучаемым источником нейтронов;
детектор нейтронов, сконфигурированный для определения отсчета нейтронов, рассеиваемых от подземного пласта; и
схему обработки данных, сконфигурированную для определения пористости подземного пласта, скорректированной на влияние окружающей среды, на основе, по меньшей мере отчасти, отсчета нейтронов, рассеянных от подземного пласта, нормализованного к отсчету нейтронов, пропорциональному нейтронам, излучаемым источником нейтронов.

2. Скважинный прибор по п.1, в котором источник нейтронов содержит импульсный источник нейтронов и схема обработки данных сконфигурирована для определения пористости, скорректированной на влияние окружающей среды, на основе, по меньшей мере отчасти, времени замедления, связанного с нейтронами, рассеиваемыми от подземного пласта, как это определено детектором нейтронов.

3. Скважинный прибор по п.1, в котором источник нейтронов содержит электронный генератор нейтронов, сконфигурированный для излучения нейтронов с энергией примерно 14 мегаэлектрон-вольт.

4. Скважинный прибор по п.1, в котором устройство контроля нейтронов сконфигурировано для определения быстрых нейтронов.

5. Скважинный прибор по п.1, в котором устройство контроля нейтронов сконфигурировано для определения более высокоэнергетических нейтронов, чем детектор нейтронов.

6. Скважинный прибор по п.1, в котором устройство контроля нейтронов сконфигурировано для определения нейтронов, имеющих энергию больше чем 1 мегаэлектрон-вольт, а детектор нейтронов сконфигурирован в основном не определять нейтроны с энергией больше чем 1 мегаэлектрон-вольт.

7. Скважинный прибор по п.1, в котором устройство контроля нейтронов содержит пластиковый сцинтиллятор.

8. Скважинный прибор по п.1, в котором устройство контроля нейтронов содержит твердотельный детектор нейтронов.

9. Скважинный прибор по п.1, в котором устройство контроля нейтронов содержит газовый счетчик Не-4, пропорциональный водородный счетчик, или жидкий сцинтиллятор, либо их комбинацию.

10. Способ измерения пористости, содержащий:
излучение нейтронов в подземный пласт при помощи источника нейтронов; определение отсчета нейтронов, пропорционального нейтронам, испускаемым при помощи устройства контроля нейтронов;
определение отсчета нейтронов, рассеиваемых от подземного пласта, при помощи детектора нейтронов;
нормализацию отсчета нейтронов, рассеиваемых от подземного пласта, к отсчету нейтронов, пропорциональному испускаемым нейтронам, для получения нормализированного отсчета рассеянных нейтронов при помощи схемы обработки данных;
определение кажущейся пористости подземного пласта на основе, по меньшей мере отчасти, нормализованного отсчета рассеянных нейтронов при помощи схемы обработки данных; и
применение коррекции влияния окружающей среды к кажущейся пористости подземного пласта для компенсации влияний диаметра скважины при помощи схемы обработки данных.

11. Способ по п.10, в котором кажущуюся пористость подземного пласта определяют из нормализованного отсчета рассеянных нейтронов на основе, по меньшей мере отчасти, преобразования, полученного из смоделированных или экспериментальных данных или их комбинации, связывающего нормализованный отсчет рассеянных нейтронов с пористостью подземного пласта.

12. Способ по п.10, в котором определяют отсчет нейтронов, которые проходят через буровую скважину, при помощи обращенного к буровой скважине детектора нейтронов, при этом коррекцию влияния окружающей среды применяют к кажущейся пористости на основе, по меньшей мере отчасти, отсчета нейтронов, проходящих через буровую скважину.