СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ НАСТРАИВАЕМОГО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ГРАВИМЕТРА Российский патент 2016 года по МПК G01V7/00 

Предпосылки изобретения

Гравиметрия является видом измерений, которые используют для определения характеристик коллектора и мониторинга перемещения газа. Некоторые производимые серийно и имеющиеся в продаже гравиметры созданы на основе гравитационной теории Ньютона. Например, в гравиметрах Лакост-Ромберг применяют пружину нулевой длины для мониторинга гравитационной силы на небольшой контрольной массе. Некоторые гравиметры выполняют мониторинг времени свободного падения тела или периода колебаний маятника. Совсем недавно в некоторых гравиметрических измерениях стали осуществлять мониторинг положения сверхпроводящей ниобиевой сферы, подвешенной в магнитном поле.

В отличие от гравитационной теории Ньютона в гравитационной теории Эйнштейна введена общая зависимость между геометрической структурой пространства и времени и присутствием массивных тел. В теории Эйнштейна вычисляется растяжение времени в присутствии массивного тела. Такое растяжение времени называется "гравитационным красным смещением".

Ядерная спектроскопия предлагает способ, используемый для наблюдения и подтверждения гравитационного красного смещения, вычисляемого в гравитационной теории Эйнштейна. Например, ядро изотопа Fe⁵⁷ может испускать в своем самом нижнем состоянии возбуждения фотон 14,4 кэВ. Данное состояние может иметь приблизительное время существования 140 наносекунд (нс), ширину спектральной линии около 10^-8 эВ или относительную ширину линии около 9,2×10^-13. Эффект Мессбауэра устанавливает, что ядерный переход имеет высокую частотную точность или малую ширину спектральной линии, такую как у ядра Fe⁵⁷. Эффект Мессбауэра успешно используют для измерения/подтверждения гравитационного красного смещения, вычисляемого в гравитационной теории Эйнштейна. Паунд и Ребка в 1960 году первыми использовали эксперимент Мессбауэра для количественного подтверждения гравитационного красного смещения гравитационной теории Эйнштейна.

Сущность изобретения

В общем, описаны системы, способы и методики для определения свойств геологической формации из разности гравитационного потенциала с помощью измерения сдвига частоты радиоактивного излучения в результате разности гравитационного потенциала. Например, можно определить плотность геологической формации.

В одном варианте осуществления предложена система для определения свойства геологической формации. Система включает в себя компонент, размещенный в скважинном инструменте. Компонент измеряет сдвиг частоты гамма-излучения, проходящего от первой позиции компонента ко второй позиции компонента. Сдвиг частоты является результатом разности гравитационного потенциала между первой позицией и второй позицией, которые совпадают с соответствующими точками геологической формации.

Компонент включает в себя источник, установленный на первой позиции. Источник испускает гамма-излучение с первой позиции на вторую позицию. Абсорбер установлен на второй позиции для поглощения гамма-излучения или части гамма-излучения, испущенного из источника. Механизм настройки функционально соединен с источником или абсорбером или тем и другим для компенсации сдвига частоты и наведения резонансного поглощения абсорбером гамма-излучения, испущенного из источника. Детектор или детекторы функционально соединены с абсорбером. Детектор (детекторы) обнаруживает(ют) поглощение гамма-излучения абсорбером и генерирует(ют) сигнал или сигналы, связанные со сдвигом частоты. Процессор или процессоры функционально соединены с детектором (детекторами) для приема генерируемого сигнала или сигналов, определения разности гравитационного потенциала по принятому сигналу или сигналам и определения свойства геологической формации между первой и второй позицией на основе определенной разности гравитационного потенциала.

В другом варианте осуществления предложен способ определения свойства геологической формации. Способ включает в себя генерирование гамма-излучения на первой позиции геологической формации и испускание гамма-излучения с первой позиции на вторую позицию геологической формации. Гамма-излучение, проходящее с первой позиции на вторую позицию, имеет сдвиг частоты в результате разности гравитационного потенциала геологической формации между первой и второй позицией. Способ дополнительно включает в себя компенсацию сдвига частоты гамма-излучения для наведения резонансного поглощения гамма-излучения и поглощение гамма-излучения или части гамма-излучения на второй позиции геологической формации. Способ дополнительно включает в себя обнаружение поглощения гамма-излучения и генерирование сигнала или сигналов, связанных со сдвигом частоты, определение разности гравитационного потенциала на основе генерируемого сигнала или сигналов и определение свойства геологической формации между первой и второй позицией на основе определенной разности гравитационного потенциала.

Сущность изобретения представляет группу концепций, дополнительно описанных ниже. Данная сущность не идентифицирует ключевые или существенные признаки и не ограничивает объем заявленного объекта изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показана схема примера системы, описанной в данном документе.

На фиг. 2 показана схема одного варианта осуществления системы, описанной в данном документе, включающей в себя измерительное устройство, например инструмент на каротажном кабеле, подвешенный в стволе скважины.

На фиг. 3 показана схема одного варианта осуществления другой системы, описанной в данном документе, включающей в себя измерительное устройство, например инструмент измерений во время бурения или каротажа во время бурения, размещенный в стволе скважины.

На фиг. 4 показана схема примера компонента, включающего в себя дифференциальный гравиметр, описанного в данном документе, с механическим модулятором для компенсации сдвига частоты радиоактивного излучения из источника.

На фиг. 5a показана схема другого примера компонента, включающего в себя дифференциальный гравиметр, описанный в данном документе с магнитным модулятором для компенсации сдвига частоты радиоактивного излучения из источника.

На фиг. 5b показан пример зеемановского расщепления спектральной линии с четырехкратным вырождением (j=3/2).

На фиг. 6 показана блок-схема последовательности операций способа одного варианта осуществления для определения свойства геологической формации.

На фиг. 7 показана блок-схема последовательности операций способа одного варианта осуществления для определения плотности геологической формации.

На фиг. 8 показана схема примера модели концентрической сферической оболочки.

Подробное описание изобретения

В данном документе описаны системы, способы и методики определения свойств геологической формации на основе гравитационной теории Эйнштейна.

Теория Эйнштейна устанавливает растяжение времени в присутствии массивного тела. Например, в присутствии Земли частота радиоактивного излучения на двух позициях геологической формации может отличаться, если имеется разность гравитационного потенциала между данными двумя позициями. Радиоактивное излучение может, например, иметь ядерную спектральную линию некоторой энергии или частоты. Например, ядро изотопа Fe⁵⁷ может испускать фотон 14,4 кэВ с шириной спектральной линии около 10^-8 эВ. На первой позиции геологической формации ядерная спектральная линия радиоактивного излучения имеет частоту f₁, и на второй позиции геологической формации частота может изменяться, представляя собой частоту f₂. Разность частот, σf=f₁-f₂, можно выразить следующим образом:

где r₁ - радиус первой позиции геологической формации; r₂ - радиус второй позиции геологической формации; Φ(Μ,r₁) - гравитационный потенциал на первой позиции; Φ(Μ,r₂) - гравитационный потенциал на второй позиции; f₀ - частота радиоактивного излучения в отсутствие какого-либо тяжелого тела; c - скорость света в вакууме, M - масса Земли.

Аппроксимация уравнения (1) может дать

Уравнение (1) или (2) показывает соотношение между сдвигом частоты и разностью гравитационного потенциала.

Разность гравитационного потенциала, такую как σΦ(Μ,r₁)=[Φ(Μ,r₁)-Φ(Μ,r₂)], можно определить по измеренному сдвигу частоты, такому как σf=f₁-f₂, следующим образом:

где σr=r₁-r₂ - расстояние по вертикали между первой и второй позицией. Расстояние по вертикали в данном документе является расстоянием в направлении гравитационной силы.

Свойство геологической формации, например среднюю плотность пласта между первой и второй позицией, можно определить из разности гравитационного потенциала, определенной, как описано дополнительно ниже.

На фиг. 1 показан пример системы 100 для определения свойства геологической формации. Система 100 может связываться с контрольно-измерительными приборами, например скважинным инструментом, но может не ограничиваться скважинным инструментом. Система 100 включает в себя компонент 110 и по меньшей мере один процессор 108, функционально соединенный с компонентом 110. Компонент 110 может иметь дифференциальный гравиметр, включающий в себя источник 102, генерирующий радиоактивное излучение, абсорбер 104, поглощающий радиоактивное излучение из источника 102, и механизм 106 настройки. Процессор 108 функционально соединен с компонентом 110 для приема и/или передачи сигнала (сигналов) с/на компонент 110 и обработки данных сигнала (сигналов). Процессор 108 может включать в себя один или несколько модулей, например позиция 108a, для помощи в обработке данных измерений и/или сигналов.

Источник 102 генерирует радиоактивное излучение, например гамма-излучение, испущенное на абсорбер 104. Радиоактивное излучение, проходящее из источника 102 на абсорбер 104, может иметь сдвиг частоты в результате разности гравитационного потенциала между местом источника 102 и местом абсорбера 104. Данный сдвиг частоты можно компенсировать механизмом 106 настройки, функционально соединенным по меньшей мере с одним источником 102 или абсорбером 104, так что радиоактивное излучение может резонансно поглощать абсорбер 104. Резонансное поглощение, описанное в данном документе, может относиться к процессу поглощения, где частота входящих фотонов, подлежащих поглощению, совпадает с характеристичной резонансной частотой абсорбирующего материала. Например, если две частоты совпадают в ширине спектральной линии фотонов, может возникать резонансное поглощение. Вероятность процесса резонансного поглощения можно измерять с помощью поперечного сечения резонансного поглощения, которое можно отнести к длине волны фотонов.

Детектор 105 может функционально соединяться с абсорбером 104 для обнаружения поглощения и генерирования одного или нескольких сигналов, связанных со сдвигом частоты. Сигнал (сигналы) принимает(ют)ся и обрабатывает(ют)ся процессором 108. Процессор 108 может передавать сигналы управления на компонент 110 для управления его работой. Понятно, что можно использовать один или несколько процессоров. Процессор 108 может включать в себя один или несколько модулей, например 108a, дополнительно описанных ниже, для помощи в обработке данных измерений и/или сигналов.

Систему 100 можно использовать для определения свойства геологической формации. В одном варианте осуществления можно определять плотность геологической формации с помощью системы 100. Понятно, что другие свойства геологической формации можно определять отдельно от и/или в дополнение к плотности пласта, например составы текучей среды, изменение плотности пласта и/или разность (разности) гравитационных потенциалов. Например, систему 100 можно использовать для мониторинга изменений состава текучей среды геологической формации. На плотность пласта может влиять, например, содержание текучей среды, минералогия и/или литология. Изменение плотности может являться следствием, например, изменения содержания текучей среды, например, относительного содержания газа и воды и/или уплотнения породы в процессе истощения.

Источник 102 и абсорбер 104 может включать в себя по меньшей мере один изотоп, например Fe⁵⁷, Zn⁶⁷, Ag¹⁰⁹, Ag¹⁰⁷, Rh¹⁰³ и Оs¹⁸⁹ и т.д. Термин "изотоп" в данном документе может включать в себя ядерный изомер, который является, например, ядром атома в метастабильном состоянии, обусловленном возбуждением одного или нескольких его нуклонов. В таблице 1 приведены свойства некоторых примеров изотопов, которые можно применять. Следует понимать, что другие изотопы, подходящие для резонансного поглощения, можно также использовать. В одном варианте осуществления источник 102 и абсорбер 104 может включать в себя одинаковый изотоп (изотопы), например абсорбер 104 может являться кристаллом, включающим в себя одинаковый радиоактивный материал или изотоп (изотопы) с источником 102.

Таблица 1
Свойства изотопов Изотоп Энергия
(кэВ) Время
сущест-
вования Естественная
ширина
линии (эВ) Разрешение Безот-
катное
деление Период
полура-
спада Fe⁵⁷ 14,4 140 нс 1,3×10^-8 9,2×10^-13 0,7* 270 дней Zn⁶⁷ 93,3 9,4 мс 1,4×10^-11 1,5×10^-15 0,0212 78 часов Ag¹⁰⁷ 93,5 63 с 1,05×10^-17 1,1×10^-22 0,0377 6,5 часов Ag¹⁰⁹ 88 57 с 1,16×10^-17 1,3×10^-22 0,0535 464 дня Rh¹⁰³ 39,75 81 мин 1,35×10^-19 3,4×10^-24 0,756 11,96 дней Оs¹⁸⁹ 30,8 8,7 часов 2,1×10^-20 6,8×10^-25 0,905 13 дней *при комнатной температуре (около 300 K).
Ссылка (ссылки): A. Davydov, Hyperfine Interactions, 135 (2001), 125-153.

В одном варианте осуществления бета-радиоактивный изотоп элемента, такой как один из изотопов, приведенных в таблице 1, можно включить в состав источника 102 и/или абсорбера 104. Изотоп может существовать, например, в монокристаллической форме, в форме керамики или металлов. Бета-распад изотопа может испускать связанный фотон из состояния возбуждения со временем существования, τ. Ширина линии, Г=ћ/τ (ћ постоянная планка), может иметь значение до значений ширины линии, например, приведенных в таблице 1, и гравиметр может иметь разрешение, сравнимое с разрешениями, приведенными в таблице 1. Как показано в таблице 1, значение разрешения можно получить как частное от деления естественной ширины линий на энергию.

На фиг. 2 и 3 показаны варианты реализации систем, например, в скважинных инструментах. В некоторых вариантах осуществления скважинные инструменты могут иметь в составе систему 100 фиг. 1. В других вариантах осуществления скважинный инструмент может сам представлять собой систему 100 фиг. 1. На фиг. 2 показана схема одного варианта осуществления системы 200, включающей в себя компонент 220 для определения свойства геологической формации 202. Система 200 может определять разность гравитационного потенциала между двумя позициями геологической формации 202 по измеренному сдвигу частоты радиоактивного излучения, проходя между двумя позициями, на основе соотношения описанного, например, в уравнении (3). Свойство геологической формации 202 можно определить по определенной разности гравитационного потенциала. Например, плотность геологической формации 202 можно вывести из разности гравитационного потенциала, как рассмотрено дополнительно ниже. Понятно, что другие свойства геологической формации 202, например уплотнение пласта вследствие истощения и/или изменения в составе текучей среды геологической формации, такие как изменения в составе текучей среды от газа к воде, можно также определить из определенной разности гравитационного потенциала.

Система 200 включает в себя измерительное устройство 210 и компонент 220, установленный в измерительном устройстве 210. Компонент 220 может являться компонентом 110 фиг. 1. В данном варианте осуществления измерительное устройство 210 может являться скважинным инструментом, например инструментом, подвешиваемым на каротажном кабеле в стволе 204 скважины. Ствол 204 скважины может являться вертикальным, более или менее отклоненным от вертикали или даже по существу горизонтальным. Следует понимать, что измерительное устройство 210 не ограничено инструментом на каротажном кабеле и может являться инструментом измерений во время бурения, инструментом каротажа во время бурения, инструментом на гибкой насосно-компрессорной трубе, испытательным инструментом, инструментом заканчивания, эксплуатационным инструментом или их комбинациями в зависимости от вариантов применения. Например, на фиг. 3 показан инструмент измерений во время бурения/каротажа во время бурения, установленный в стволе скважины, который рассмотрен ниже.

В одном варианте осуществления, когда скважинный инструмент 210 проходит увеличенный глубинный интервал в стволе 204 скважины, инструмент 210 может служить для идентификации и мониторинга изменений плотности, возможных вследствие, например, вытеснения фронтами текучей среды газа или воды, вторгающейся асимметрично в направлении глубинного интервала. Увеличенный глубинный интервал относится, например, к толщине углеводородного коллектора, возможно составляющей несколько десятков метров, которая может значительно превышать интервал измерения инструмента 210. В одном варианте осуществления инструмент 210 можно использовать для определения в увеличенном глубинном интервале положения изменения плотности пласта, например изменения от низкой плотности газовой зоны к высокой плотности водной зоны ниже нее, где поверхность раздела может изменяться, например, из года в год по мере истощения коллектора добываемого газа.

Процессор 230 функционально соединен c компонентом 220 для приема/передачи сигнала (сигналов) с/на компонент 220 и обработки данных сигнала (сигналов). В данном варианте осуществления процессор 230 установлен в скважинном инструменте 210. В других вариантах осуществления процессор 230 можно устанавливать за пределами скважинного инструмента 210. Например, на фиг. 3 показан процессор, установленный над стволом скважины, например, на поверхности. Следует понимать, что один или несколько процессоров можно использовать.

Как показано на фиг. 2 (и также на фиг. 3), скважинный инструмент 210/310 установлен в сухопутной буровой установке. Понятно, что скважинный инструмент 210/310 можно также развертывать другими способами, например с морской буровой платформы.

На фиг. 3 показана схема одного варианта осуществления другой системы 300, включающей в себя компонент 320 для определения свойств геологической формации. Аналогично системе 200, показанной на фиг. 2, система 300 включает в себя измерительное устройство 310, например, скважинный инструмент и компонент 320, установленный в измерительном устройстве 310. Компонент 320 может представлять собой компонент 110 фиг. 1 или компонент 220 фиг. 2. В данном варианте осуществления измерительное устройство 310 является скважинным инструментом, например, измерений во время бурения или каротажа во время бурения, который можно устанавливать в стволе скважины 304 на интервале геологической формации 302.

Процессор 330 функционально соединен c компонентом 320 для приема/передачи сигнала (сигналов) c/на компонент 320 и обработки данного сигнала (сигналов). В данном варианте осуществления процессор 330 установлен на поверхности. Понятно, что процессор 330 может являться частью компонента 320 и/или скважинного инструмента 310. Также понятно, что один или несколько процессоров можно использовать.

В вариантах осуществления фиг. 2 и 3 геологическая формация 202, 302 является подземным пластом, в котором проходит ствол 204, 304 скважины. Понятно, что не обязательно геологическая формация 202, 302 должна являться подземным пластом. Систему 200, 300 можно применять для других геологических формаций над грунтом и/или под грунтом. Например, геологическая формация 202, 302 может являться морским дном, и компоненты 220, 320 можно устанавливать на морском дне.

На фиг. 4 и 5 показаны примеры компонентов, включающих в себя дифференциальный гравиметр для измерения свойства геологической формации. Дифференциальный гравиметр, описанный в данном документе, основан на применении гравитационной теории Эйнштейна для определения разности гравитационного потенциала между позициями в геологической формации. Каждый дифференциальный гравиметр фиг. 4 и 5 может включать в себя механизм настройки, такой как механизм 106 настройки фиг. 1. На фиг. 4 механизм настройки является механическим модулятором. На фиг. 5a механизм настройки является магнитным модулятором.

На фиг. 4 показана схема одного примера компонента, такого как компонент 110 фиг. 1. Являющийся примером компонент включает в себя дифференциальный гравиметр, указанный позицией 400 в данном документе, с механическим модулятором для компенсации сдвига частоты радиоактивного излучения из источника. Дифференциальный гравиметр 400 может являться частью инструмента 210 на каротажном кабеле фиг. 2 или частью инструмента 310 измерений/каротажа во время бурения фиг. 3. Понятно, что дифференциальный гравиметр 400 может являться частью других скважинных инструментов, в том числе инструмента на гибкой насосно-компрессорной трубе, испытательного инструмента, инструмента заканчивания, эксплуатационного инструмента или их комбинаций в зависимости от вариантов применения. В одном варианте осуществления гравиметр 400 можно установить над зондом каротажа сопротивлений, который может присутствовать в скважинном инструменте и являться его частью, таком как инструмент на каротажном кабеле фиг. 2 или инструмент измерений/каротажа во время бурения фиг. 3. Зонды каротажа сопротивлений скважинных инструментов являются известными в технике.

Дифференциальный гравиметр 400 фиг. 4 включает в себя источник 410, установленный в направлении к одному концу кожуха 450. Абсорбер 420 может устанавливаться на противоположном конце кожуха 450, в общем обращенном к источнику 410 для приема по меньшей мере части радиоактивного излучения, генерируемого источником 410. В одном варианте осуществления кожух 450 сконструирован в виде трубки или трубы для обеспечения контакта между источником 410 и абсорбером 420 по линии визирования. Понятно, что источник 410 и абсорбер 420 можно устанавливать в других местах кожуха 450 при условии, что радиоактивное излучение, испущенное источником 410, может передаваться на абсорбер 420.

Источник 410 и абсорбер 420 могут включать в себя по меньшей мере один изотоп, например, Fe⁵⁷, Zn⁶⁷, Ag¹⁰⁹, Ag¹⁰⁷, Rh¹⁰³ или Оs¹⁸⁹. В одном варианте осуществления источник 410 и абсорбер 420 включают в себя одинаковые изотопы. Изотоп может иметь форму, например, кварцевой пластины, которая может служить для поглощения энергии отдачи эмиссии испущенных фотонов. Понятно, что изотоп может иметь другие подходящие формы. Например, в источнике 410 и абсорбере 420 могут применяться металлическая полупроводниковая пластина, выполненная из изотопа или подходящего сплава, в котором изотоп встроен в кристаллическую структуру металла, так что металлическая полупроводниковая пластина или сплав могут служить целиком для поглощения энергии отдачи эмиссии. В некоторых вариантах осуществления источник 410 и абсорбер 420 может включать в себя один кристалл (кристаллы) с термической диффузией изотопа (изотопов), металлическую пленку (пленки), обогащенную(ые) изотопом (изотопами), и/или кварцевые порошки, содержащие изотоп (изотопы).

Источник 410 может генерировать радиоактивное излучение, например гамма-излучение требуемой узкой спектральной линии. Понятно, что радиоактивное излучение может приходить из различных источников. Например, выше в таблице 1 приведены примеры естественной ширины спектральных линий эмиссии ядерных изотопов. Следует понимать, что ширина спектральной линии гамма-излучения не ограничена значениями, приведенными в таблице 1. В других вариантах осуществления можно использовать радиоактивное излучение с частотой/энергией, отличающейся от соответствующих параметров гамма-излучения при условии, что такие параметры радиоактивного излучения могут являться сравнимыми с параметрами гамма-излучения, например ширина спектральной линии может являться сравнимой с шириной линий, приведенной в таблице 1.

Гамма-излучение, генерируемое источником 410, передается в абсорбер 420, который может поглощать по меньшей мере часть гамма-излучения. В одном варианте осуществления кожух 450 может включать в себя трубку или трубу, заполненную средой передачи данных для уменьшения поглощения радиоактивного излучения до прихода гамма-излучения на абсорбер 420. Легкие газы, например гелий или водород, можно использовать как среду передачи данных для удаления относительно тяжелых элементов, например, аргона. В другом варианте осуществления в пространстве между источником 410 и абсорбером 420 можно создавать вакуум для уменьшения поглощения радиоактивного излучения во время передачи.

Детектор может функционально соединяться с абсорбером 420 для обнаружения поглощения гамма-излучения. Понятно, что один или несколько детекторов можно использовать. В варианте осуществления фиг. 4 детектор сконструирован как компоновка 430 детекторов, включающая в себя детектор 432 передачи и два детектора 434 бокового рассеяния для обнаружения поглощения. В других вариантах осуществления компоновка 430 может включать в себя детектор 432 передачи без включения в состав детектора 434 бокового рассеяния. Понятно, что один или несколько детекторов передачи и/или один или несколько детекторов бокового рассеяния можно использовать в любых подходящих комбинациях.

В варианте осуществления фиг. 4 детектор 432 передачи может устанавливаться в направлении вперед, сзади абсорбера 420 относительно источника 410 для обнаружения уменьшенного фотонного потока или уменьшения гамма-излучения вследствие поглощения абсорбером 420. Направление вперед в данном документе относится к направлению радиоактивного излучения, проходящего из источника к абсорберу. В некоторых вариантах осуществления с поглощением гамма-излучения абсорбер 420 может переизлучать фотоны, которые можно обнаруживать в стороне от направления вперед детектора бокового рассеяния, например, детектором 434 бокового рассеяния. В данном варианте осуществления два детектора 434 бокового рассеяния установлены с каждой стороны абсорбера 420. Следует понимать, что один или несколько детекторов бокового рассеяния можно устанавливать, например, с одной стороны абсорбера 420. В другом варианте осуществления поглощение можно обнаруживать одним или несколькими детекторами передачи без использования детектора бокового рассеяния. Детектор передачи и/или детектор бокового рассеяния может включать в себя, например, сцинтилляционный кристалл, соединенный с трубкой фотоумножителя, и/или, например, твердотельный детектор фотонов.

Гамма-излучение, генерируемое источником 410, проходит из источника 410 на абсорбер 420. Например, частота гамма-излучения сдвигается вследствие разности гравитационного потенциала между позициями источника 410 и абсорбера 420. Например, если источник 410 и абсорбер 420 расположены на позициях с разным гравитационным потенциалом, они сталкиваются с разным растяжением времени. В соответствующем гамма-излучении, например, ядерные спектральные линии источника 410 и абсорбера 420 имеют незначительный сдвиг по частоте относительно друг друга, и имеется относительно уменьшенное резонансное поглощение и/или переизлучение в сравнении с ситуацией без такого сдвига частоты.

Такие сдвиги частоты можно компенсировать механизмом настройки, таким как механический модулятор 440 фиг. 4, так что может иметь место резонансное поглощение радиоактивного излучения абсорбером 420. В одном варианте осуществления механический модулятор 440 может функционально соединяться с источником 410 так, что источник 410 может перемещаться относительно абсорбера 420. Перемещение источника 410 может генерировать сдвиг частоты гамма-излучения, испущенного им. В одном варианте осуществления сдвиг частоты может являться допплеровским сдвигом, который можно использовать для компенсации сдвига частоты вследствие разности гравитационного потенциала. Здесь допплеровский сдвиг относится к изменению частоты волны для объекта, перемещающегося относительно источника волны. Например, относительные перемещения между источником и абсорбером генерируют допплеровский сдвиг, где частота радиоактивного излучения, испущенного из источника или принятого абсорбером, может изменяться. В варианте осуществления фиг. 4 источник 410 может устанавливаться на платформе и приводиться в действие поршнем, имеющим эксцентричное колесо. Понятно, что модулятор 440 не ограничен конкретной конструкцией фиг. 4, и модуляторы другого типа, которые могут создавать относительные перемещения между источником 410 и абсорбером 420, достаточные для наведения сдвига (например, допплеровского сдвига) на частоте гамма-излучения, можно использовать. Скорость перемещения источника 410 относительно абсорбера 420 может иметь величину, например, в диапазоне от нм/сек до мм/сек. Понятно, что относительная скорость может меняться согласно естественной ширине спектральной линии изотопа источника 410 и/или абсорбера 420. В некоторых вариантах осуществления пьезоэлектрический модулятор можно также использовать для перемещения источника и/или абсорбера. Понятно, что относительные перемещения между источником и абсорбером можно создавать различными средствами. Например, постоянный магнит внутри индукционной катушки, возбуждаемой переменным током, можно также использовать в качестве исполнительного механизма модулятора.

Источник 410 и/или абсорбер 420 могут перемещаться, например, другу к другу и друг от друга, совершая колебания. Данное перемещение обуславливает сдвиг (например, допплеровский сдвиг) в фотонной энергии и частоте. Скорости колебания в диапазоне, например, от 10 нм/сек до 10 мм/сек могут являться достаточными для свипирования испущенных и резонансно поглощенных спектральных линий мимо друг друга. Понятно, что другие скорости колебания могут являться подходящими.

Понятно, что механический модулятор 440 может функционально соединяться с абсорбером 420 для перемещения абсорбера 420 относительно источника 410 для генерирования сдвига (например, допплеровского сдвига) так, что сдвиг частоты радиоактивного излучения вследствие разности гравитационного потенциала можно компенсировать.

Понятно, что абсорбер 420 и источник 410, каждый, может функционально соединяться с одним или несколькими механическими модуляторами, такими как механический модулятор 440 и абсорбер 420, и источник 410 может перемещаться независимо или одновременно с генерированием относительных перемещений и генерировать сдвиг (например, допплеровский сдвиг), так что сдвиг частоты радиоактивного излучения вследствие разности гравитационного потенциала можно компенсировать.

На фиг. 5a показана схема другого примера компонента 110 фиг. 1, включающего в себя дифференциальный гравиметр 500, описанный в данном документе, с магнитным модулятором для компенсации сдвига частоты радиоактивного излучения в результате разности гравитационного потенциала. Дифференциальный гравиметр 500 может включать в себя источник 510, абсорбер 520 и компоновку детекторов 530, в том числе детектор 532 передачи и два детектора 534 бокового рассеяния, которые могут размещаться в кожухе 550. Структура и функции дифференциального гравиметра 500 могут являться аналогичными дифференциальному гравиметру 400 фиг. 4 за исключением, например, магнитного модулятора 540, который используется вместо механического модулятора.

В данном варианте осуществления магнитный модулятор 540 включает в себя катушку магнитного поля, которая может функционально соединяться с источником 510 для генерирования внешнего магнитного поля (полей). Генерируемое внешнее магнитное поле (поля) может помочь компенсировать сдвиг частоты гамма-излучения, испущенного источником 510, настраивая его. В некоторых вариантах осуществления внешнее магнитное поле (поля) может сдвигать спектральную частоту гамма-излучения с использованием квантовомеханического эффекта зеемановского расщепления, где энергия взаимодействия соединения между ядерными магнитными моментами атомов изотопа и внешним магнитным полем (полями) может модулироваться. Такая магнитная модуляция может расщеплять спектральные линии на несколько энергетических подуровней и обеспечивать энергетическую разность магнитных расщеплений для учета гравитационного сдвига частоты, так что фотоны могут резонансно поглощаться. Эффект зеемановского расщепления является известным в технике.

В одном варианте осуществления, как показано на фиг. 5b, гамма-излучение, проходящее из источника на абсорбер, имеет сдвиг частоты (f_absorber-f_source). Спектральная линия источника или абсорбера может иметь четырехкратное вырождение с общим ядерным моментом импульса j=3/2. В присутствии внешнего магнитного поля B_zeeman одну спектральную линию источника/абсорбера можно расщеплять на четыре подспектральные линии, указанные z-компонентом m (m=+3/2,+1/2,-1/2,-3/2) полного момента импульса. Абсолютная величина магнитного расщепления может являться функцией внешнего магнитного поля, B_zeeman. Например, когда B_zeeman=B_1bias, расщепление спектральной линии с m=-3/2 может компенсировать гравитационный сдвиг частоты. В качестве другого примера, когда B_zeeman=B_2bias, расщепление спектральной линии с m=-1/2 может компенсировать гравитационный сдвиг частоты.

Таким внешним магнитным полем (полями) можно управлять для настройки частоты гамма-излучения без перемещения источника 510 или абсорбера 520. В одном варианте осуществления магнитное поле можно генерировать, например, внутри индукционной катушки вокруг источника 510 электрическим током. Интенсивность электрического тока можно регулировать для определения напряженности магнитного поля. Электрический ток можно регулировать с относительной точностью, например одна часть на 1000 или выше. Например, ток в 1 мA можно регулировать с точностью ±1 мкΑ или выше.

Генерируемое магнитное поле (поля) может включать в себя наложение двух компонентов, например основного компонента и осциллирующего компонента. Основной компонент может являться по существу постоянным полем, которое может накладывать отклонение на сдвиг спектральной линии радиоактивного излучения на определенную величину против отсчета по нулевому полю. В одном варианте осуществления основной компонент может обеспечивать расщепление спектральной линии соединением ядерных магнитных моментов с электронными магнитными моментами. Основной компонент может составлять, например, несколько сот гаусс или миллитесла. Понятно, что основные компоненты с другими абсолютными величинами можно использовать для расщепления спектральной линии.

Основной компонент может служить для компенсации большинства сдвиговых частот вследствие разности гравитационного потенциала между позициями источника и абсорбера, например источника 510 и абсорбера 520. Например, если позиция источника 510 имеет гравитационный потенциал ниже позиции абсорбера 520, гамма-излучение, проходящее из источника 510 на абсорбер 520, имеет красное смещение по частоте. Магнитный модулятор, например магнитный модулятор 540, может функционально соединяться с источником 510, и постоянный основной компонент генерируемого магнитного поля может сдвигать частоту радиоактивного излучения из источника 510 вверх для компенсации красного смещения.

Разность гравитационного потенциала может зависеть от угла наклона гравиметра к гравитационной вертикали. Для компенсации сдвига частоты основной компонент можно регулировать, например, регулируя электрический ток согласно углу наклона гравиметра к гравитационной вертикали. В одном варианте осуществления угол наклона можно измерять инклинометром, например акселерометром с тремя измерительными осями, который может определять угол с разрешением, например, около 0,1 градуса или лучше. Понятно, что угол наклона можно измерять инклинометром, не являющимся акселерометром с тремя измерительными осями. Процессор, функционально соединенный с гравиметром 500, например процессор 108 фиг. 1, может иметь, например, модуль 108a, показанный на фиг. 1, для определения зависимости основного компонента от угла наклона.

Осциллирующий компонент магнитного поля может затем выполнять развертку спектральной линии радиоактивного излучения по частотному диапазону для сравнения спектральных резонансных частот источника и абсорбера. Осциллирующий компонент может быть значительно слабее основного компонента. Например, осциллирующий компонент может иметь амплитуду, составляющую несколько процентов основного компонента. Частоту осциллирующего компонента можно определить на основе заданного источника, например источника 510, и/или заданного абсорбера, например абсорбера 520. Например, частота осциллирующего компонента может составлять около 10-100 МГц для Fe⁵⁷ и около 10-100 кГц для Zn⁶⁷. Осциллирующий компонент может следовать сформированному импульсу, например треугольному или пилообразному импульсу, который может линейно выполнять развертку спектральной частоты источника и/или резонансной спектральной частоты абсорбера для сравнения частот источника и абсорбера. Понятно, что импульсы, имеющие нетреугольную или пилообразную форму, можно также использовать.

Некоторые источники, например Ag¹⁰⁹, могут испускать гамма-излучение в узкой спектральной линии, при этом магнитное поле Земли может расщеплять спектральную линию гамма-излучения на компоненты. Некоторые источники, например Fe⁵⁷ и Zn⁶⁷, имеют относительно большую ширину спектральной линии, при этом магнитное поле Земли может расширять спектральную линию. В некоторых вариантах осуществления магнитный модулятор может генерировать магнитное поле, имеющее компонент, компенсирующий магнитное поле Земли. Например, магнитный модулятор 540 может включать в себя магнитную катушку (катушки) для компенсации компонента магнитного поля Земли, например, соосную с гравиметром. В одном варианте осуществления магнитное поле Земли измеряют как трехкомпонентный вектор на скважинной площадке с помощью магнитoметра с тремя измерительными осями. Магнитное поле Земли можно принимать действительным в объемe вокруг скважинной площадки, включающем в себя несколько скважин, пробуренных со скважинной площадки. Релевантный компонент магнитного поля может совпадать с осью гравиметра.

В одном варианте осуществления магнитный модулятор 540 функционально соединен с источником 510 так, что генерируемое магнитное поле (поля) может располагаться вокруг источника 510. В других вариантах осуществления магнитный модулятор 540 может функционально соединяться с абсорбером 520 так, что генерируемое магнитное поле (поля) может располагаться вокруг абсорбера 520. В некоторых вариантах осуществления основной компонент и осциллирующий компонент могут разъединяться и отдельно устанавливаться вокруг источника 510 и/или абсорбера 520.

Дифференциальный гравиметр, описанный в данном документе, может измерять гравитационный потенциал, который является скалярной величиной в отличие от гравитационной силы, являющейся векторной величиной. Дифференциальный гравиметр, описанный в данном документе, не обязательно выставлять по направлению гравитации. Например, дифференциальный гравиметр, описанный в данном документе, можно использовать в наклонно-направленном или горизонтальном стволе скважины для мониторинга изменений плотности в геологической формации, например в поперечных фронтах текучей среды, вытесняющей газ или воду.

На фиг. 6 показана блок-схема последовательности операций являющегося примером способа определения свойства геологической формации. Понятно, что способ фиг. 6 можно реализовать в любой системе и/или компоненте, описанном выше и показанном на фиг. 1-5.

В блоке 610 источник, такой как источник 102, 410, 510, генерирует радиоактивное излучение, например гамма-излучение, на первой позиции геологической формации, таком как геологическая формация 202, 302.

В блоке 620 гамма-излучение испускается с первой позиции через, например, кожух, такой как кожух 450, 550, если необходимо, заполненный гелием, на вторую позицию геологической формации. Гамма-излучение, проходящее с первой позиции на вторую позицию, имеет сдвиг частоты в результате разности гравитационного потенциала геологической формации между первой и второй позицией.

В блоке 630 сдвиг частоты гамма-излучения можно компенсировать механизмом настройки, таким как механический модулятор 440 и/или магнитный модулятор 540, для наведения резонансного поглощения гамма-излучения. Следует понимать, что механизмы настройки, не являющиеся механическим модулятором и магнитным модулятором, можно также использовать для компенсации сдвига частоты.

В блоке 640 по меньшей мере часть гамма-излучения поглощается абсорбером, таким как абсорбер 104, 420, 520, на второй позиции. Сдвиг частоты гамма-излучения можно компенсировать как на этапе в блоке 630, так что гамма-излучение может резонансно поглощаться абсорбером.

В блоке 650 поглощение гамма-излучения обнаруживается детектором, таким как компоновка 430, 530 детекторов. В одном варианте осуществления снижение интенсивности радиоактивного излучения можно обнаруживать детектором передачи, таким как детектор 432, 532 передачи, например, по обнаружению уменьшенного фотонного потока в направлении вперед после поглощения гамма-излучения абсорбером, таким как абсорбер 420, 520. В другом варианте осуществления фотоны, переизлучаемые абсорбером при поглощении, можно обнаруживать в стороне от направления вперед одним или несколькими детекторами бокового рассеяния, такими как детекторы 434, 534 бокового рассеяния. Компоновка детекторов затем генерирует по меньшей мере один сигнал, связанный со сдвигом частоты вследствие разности гравитационного потенциала.

В блоке 660 разность гравитационного потенциала можно определить с помощью процессора, такого как процессор 230, 330, 108, по меньшей мере по одному сигналу, генерируемому компоновкой детекторов. Следует понимать, что один или несколько процессоров можно использовать для определения разности гравитационного потенциала.

В блоке 670 процессор может определять свойство геологической формации из определенной разности гравитационного потенциала. Например, плотность геологической формации можно определить из разности гравитационного потенциала. Преобразование из определенной разности гравитационного потенциала в плотность геологической формации можно получить, например, способом, где применяют модель из концентрических сферических оболочек, как описано дополнительно ниже. Понятно, что пластовые свойства, не являющиеся плотностью пласта, такие как изменения составов текучей среды, можно также определять из разности гравитационного потенциала.

На фиг. 7 показана блок-схема последовательности операций одного примера способа определения плотности геологической формации. Понятно, что способ фиг. 7 можно реализовать в любой системе и/или компоненте, описанном выше и показанном на фиг. 1-5.

Способ фиг. 7 является аналогичным способу фиг. 6, отличаясь дополнительным этапом обнаружения. В блоке 710, аналогичном блоку 610, источник, такой как источник 102, 410, 510, генерирует радиоактивное излучение, например гамма-излучение на первой позиции геологической формации, такой как геологическая формация 202, 302.

В блоке 720, аналогичном блоку 620, гамма-излучение испускается с первой позиции через, например, кожух, такой как кожух 450, 550, заполненный гелием, на вторую позицию геологической формации. Гамма-излучение, проходящее с первой позиции на вторую позицию, имеет сдвиг частоты в результате разности гравитационного потенциала геологической формации между первой и второй позицией.

В блоке 730, аналогичном блоку 630, сдвиг частоты гамма-излучения можно компенсировать механизмом настройки, таким как механический модулятор 440 и/или магнитный модулятор 540 для наведения резонансного поглощения гамма-излучения.

В блоке 740, аналогичном блоку 640, по меньшей мере часть гамма-излучения, генерируемого на первой позиции, поглощается абсорбером, таким как абсорбер 104, 420, 520, на второй позиции. Сдвиг частоты гамма-излучения можно компенсировать, как на этапе в блоке 730, так что гамма-излучение может резонансно поглощаться.

В блоке 750 поглощение гамма-излучения обнаруживается детектором, таким как компоновка 430, 530 детекторов. В одном варианте осуществления снижение интенсивности радиоактивного излучения можно обнаруживать в направлении вперед, как в блоке 650. В дополнение фотоны, переизлучаемые абсорбером при поглощении, можно обнаруживать в стороне от направления вперед. Детектор генерирует по меньшей мере один сигнал, связанный со сдвигом частоты вследствие разности гравитационного потенциала.

В блоке 760, аналогичном блоку 660, разность гравитационного потенциала можно определить с помощью по меньшей мере одного процессора, такого как процессор 108, 230, 330 по меньшей мере по одному сигналу, генерируемому компоновкой детекторов.

В блоке 770, аналогичном блоку 670, по меньшей мере один процессор может определять свойство геологической формации из определенной разности гравитационного потенциала. Например, плотность геологической формации можно определить из разности гравитационного потенциала. Понятно, что свойства геологической формации не ограничиваются плотностью пласта. Пластовые свойства, не являющиеся плотностью пласта, такие как изменения составов текучей среды, можно также определять из разности гравитационного потенциала.

На фиг. 8 показана схема примера модели концентрической сферической оболочки для определения плотности геологической формации по определенной разности гравитационного потенциала. В концентрической сферической модели Земли можно представлять Землю в общем как сферическое тело 800, имеющее концентрические оболочки, например концентрическую оболочку 810. Уравнение (4) дает прирост массы, dm, концентрической оболочки при радиусе r:

где ρ(r) - плотность на радиусе r. Полная масса m сферы до радиуса r₀ составляет:

Данная масса m(r₀) дает гравитационный потенциал Φ(r₀) до произвольной постоянной C:

где G - гравитационная постоянная.

Между двумя радиусами r₁ и r₂ (где r₁>r₂) разность гравитационного потенциала составляет:

В модели концентрической сферической оболочки можно принять, что между двумя близкими радиусами плотность в общем является постоянной, соответствующей средней плотности, ρ_ave. Разность гравитационного потенциала в уравнении (7) можно упростить до:

Второй член является градиентом в свободном воздухе для гравитационного потенциала. Понятно, что градиент в свободном воздухе для измерений силы в ньютоновской гравиметрии имеет другие формулы.

Расстояние по вертикали σr=r₁-r₂ может являться расстоянием между позициями, например, источника и абсорбера, таких как источник 410, 510 и абсорбер 420, 520, которое в некоторых примерах может являться расстоянием между источником и абсорбером на одном каротажном пункте в вертикальной скважине. В невертикальной скважине расстояние по вертикали, например, может являться расстоянием между источником и абсорбером, умноженным на косинус угла падения, например угла отклонения от вертикального направления. Расстояние по вертикали σr может быть гораздо меньше радиуса R Земли. Например, расстояние по вертикали σr может составлять несколько метров или меньше, например около 1-2 метров.

Для примера применения модели концентрической сферической оболочки на дифференциальном гравиметре, таком как дифференциальный гравиметр 400, 500 и/или дифференциальный гравиметр в компоненте 110, для определения плотности геологической формации по определенной разности гравитационного потенциала расстояние по вертикали σr можно определить как расстояние по вертикали между источником и абсорбером, например расстояние по вертикали между источником 410 и абсорбером 420 или расстояние по вертикали между источником 510 и абсорбером 520. Следует понимать, что расстояние по вертикали зависит от ориентации дифференциального гравиметра. Например, дифференциальный гравиметр может иметь невертикальную ориентацию, где расстояние по вертикали между источником и абсорбером можно определить на основе невертикальной ориентации.

Когда r₁=r₂+σr=r+σr, разность гравитационного потенциала может стать следующей:

Среднюю плотность пласта, ρ_ave, между радиусами r₁ и r₂ можно определить из разности гравитационного потенциала σΦ(r)=Φ(r₁)-Φ(r₂) как:

Среднюю плотность пласта, ρ_ave, можно определить с точностью Δρ_ave, например около ±0,01 г/см³. При заданной точности Δρ_ave около ±0,01 г/см³ соответствующая точность измерения для разности гравитационного потенциала, σΦ(r), может составлять около 4% точности измерения градиента в свободном воздухе. В одном варианте осуществления точность измерения для разности гравитационного потенциала, σΦ(r), может составлять около 5,3 м²/с² или лучше, что может соответствовать погрешности в определении плотности около 0,01 г/см³ или меньше.

В некоторых вариантах осуществления плотность ρ геологической формации, такую как упомянутая выше средняя плотность пласта, ρ_ave, между первой и второй позицией, такими как упомянутые выше r₁ и r₂, можно определить с помощью в общем монотонно возрастающей функции определенной разности гравитационного потенциала. Такая функция может являться линейной или нелинейной. Ряд Тэйлора можно использовать для представления нелинейной функции. В одном варианте осуществления линейную аппроксимацию низшего порядка ряда Тэйлора можно использовать для определения плотности ρ:

где ΔΦ - определенная разность гравитационного потенциала, d - расстояние по вертикали между первой и второй позицией, a и b - коэффициенты. Конкретный пример такого общего соотношения в уравнении (11) иллюстрирует уравнение (10), описанное выше, где коэффициент a можно определить, как 1/4πGR и коэффициент b можно определить как М/R³, где G - гравитационная постоянная, R - радиус Земли, M - масса Земли. Понятно, что формат общего соотношения между плотностью пласта и разностью гравитационного потенциала может изменяться без изменения его сути.

В общем, способы измерения дифференциальной гравиметрии, описанные в данном документе, включающие в себя, например, эмиссию, распространение и поглощение фотонов, могут работать на временных интервалах от нескольких десятков до сотен наносекунд (нс), что гораздо быстрее, чем в событиях обычного спектра ударных нагрузок, представленного миллисекундами (мс), например, в измерениях во время бурения или каротаже во время бурения. Дифференциальные гравиметры, описанные в данном документе, могут работать даже в процессе бурения и в неблагоприятных средах, в том числе в условиях высоких температуры, давления, ударных нагрузок и вибрации, с которыми сталкиваются, например, при измерениях во время бурения/каротаже во время бурения. Кроме того, гравиметры могут хорошо подходить для работы в среде, механически враждебной проведению измерений во время бурения/каротажа во время бурения.

Дифференциальный гравиметр, описанный в данном документе, можно также реализовать в виде стационарного гравиметра для различных измерений на поверхности или в виде постоянно установленного внутрискважинного гравиметра долгосрочных исследований.

Систему и способ, описанные в данном документе, можно осуществлять в других формах без отхода от их сущности или новизны. Варианты осуществления, раскрытые в данной заявке, следует считать во всех отношениях иллюстративными и неограничивающими. Объем описания задает прилагаемая формула изобретения, но не приведенное выше описание; и все изменения, попадающие в объем формулы и диапазон ее эквивалентов, охватывает формула изобретения.

Использование: для определения плотности геологической формации. Сущность изобретения заключается в том, что предложены системы и способы для определения свойства, например, плотности геологической формации на основе гравитационной теории Эйнштейна. Разность гравитационного потенциала определяется между двумя позициями геологической формации с помощью измерения сдвига частоты радиоактивного излучения, проходящего из источника на абсорбер дифференциального гравиметра. Дифференциальный гравиметр может являться частью скважинного инструмента. Определенную разность гравитационного потенциала можно использовать для определения свойства геологической формации. Технический результат: обеспечение возможности определения плотности геологической формации в процессе бурения в условиях высоких температур, давлений, ударных нагрузок и вибрации. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

1. Система для определения свойства геологической формации, содержащая:
компонент, установленный около скважинного инструмента, причем компонент выполнен с возможностью измерения сдвига частоты гамма-излучения, проходящего от первой позиции компонента ко второй позиции компонента, причем сдвиг частоты получен от разности гравитационного потенциала между первой позицией и второй позицией, совпадающих с соответствующими позициями в геологической формации, при этом компонент включает в себя:
источник, установленный на первой позиции, причем источник выполнен с возможностью испускания гамма-излучения с первой позиции на вторую позицию,
абсорбер, установленный на второй позиции, причем абсорбер выполнен с возможностью поглощения по меньшей мере части гамма-излучения, испущенного из источника,
механизм настройки, функционально соединенный по меньшей мере с одним из источника и абсорбера, причем механизм настройки выполнен с возможностью компенсации сдвига частоты и наведения резонансного поглощения абсорбером гамма-излучения, испущенного из источника, и
один или несколько детекторов, функционально соединенных с абсорбером, причем детекторы выполнены с возможностью обнаружения поглощения гамма-излучения абсорбером и генерирования по меньшей мере одного сигнала, связанного со сдвигом частоты; и
по меньшей мере один процессор, функционально соединенный с детекторами, причем по меньшей мере один процессор выполнен с возможностью приема по меньшей мере одного генерируемого сигнала, определения разности гравитационного потенциала из по меньшей мере одного принятого сигнала и определения свойства геологической формации между первой и второй позицией на основе определенной разности гравитационного потенциала.

2. Система по п. 1, в которой механизм настройки содержит механический модулятор для перемещения абсорбера или источника относительно друг друга.

3. Система по п. 1, в которой механизм настройки содержит магнитный модулятор для генерирования магнитного поля вокруг источника или абсорбера для генерирования магнитного расщепления гамма-излучения.

4. Система по п. 3, в которой магнитное поле содержит основной компонент и осциллирующий компонент.

5. Система по п. 4, в которой основной компонент является регулируемым согласно углу наклона компонента к гравитационной вертикали.

6. Система по п. 4, в которой основной компонент является регулируемым для компенсации магнитного поля Земли.

7. Система по п. 1, в которой один или несколько детекторов содержат по меньшей мере один детектор передачи для обнаружения уменьшенного фотонного потока вследствие поглощения гамма-абсорбером и/или по меньшей мере один детектор бокового рассеяния для обнаружения переизлучаемого фотонного потока, уходящего от направления вперед гамма-излучения.

8. Система по п. 1, в которой по меньшей мере один процессор содержит модуль, выполненный с возможностью определения зависимости разности гравитационного потенциала от ориентации компонента относительно гравитационной вертикали.

9. Система по п. 1, в которой скважинный инструмент дополнительно содержит кожух для содержания компонента, причем кожух включает в себя гелий для уменьшения поглощения гамма-излучения до поглощения абсорбером.

10. Система по п. 1, в которой скважинный инструмент представляет собой инструмент на каротажном кабеле, инструмент измерений во время бурения, инструмент каротажа во время бурения, инструмент на гибкой насосно-компрессорной трубе, испытательный инструмент, инструмент заканчивания, эксплуатационный инструмент или их комбинации.

11. Система по п. 1, в которой источник и абсорбер каждый включает в себя по меньшей мере один изотоп Fe⁵⁷, Zn⁶⁷, Ag¹⁰⁹, Ag¹⁰⁷, Rh¹⁰³ и Оs¹⁸⁹.

12. Способ определения свойства геологической формации, содержащий:
генерирование гамма-излучения на первой позиции геологической формации;
испускание гамма-излучения с первой позиции на вторую позицию геологической формации, причем гамма-излучение, проходящее с первой позиции на вторую позицию, имеет сдвиг частоты, полученный от разности гравитационного потенциала геологической формации между первой и второй позицией;
компенсацию сдвига частоты гамма-излучения для наведения резонансного поглощения гамма-излучения;
поглощение по меньшей мере части гамма-излучения на второй позиции геологической формации;
обнаружение поглощения гамма-излучения и генерирование одного или нескольких сигналов, связанных со сдвигом частоты;
определение разности гравитационного потенциала на основе одного или нескольких генерируемых сигналов; и
определение свойства геологической формации между первой и второй позицией на основе определенной разности гравитационного потенциала.

13. Способ по п. 12, в котором компенсация сдвига частоты содержит генерирование механического перемещения источника и/или абсорбера.

14. Способ по п. 12, в котором компенсация сдвига частоты содержит генерирование магнитного поля вокруг источника и/или абсорбера для генерирования магнитного расщепления гамма-излучения.

15. Способ по п. 14, в котором магнитное поле содержит основной компонент и осциллирующий компонент.