專(zhuān)利名稱(chēng)：核工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定流體滲透到地層中的深度的工具。
技術(shù)背景在油服務(wù)工業(yè)中，在己發(fā)現(xiàn)特定的油氣藏或碳?xì)浠衔锊?hydrocarbon reservoir)(油或氣儲(chǔ)藏)之后，創(chuàng)建生產(chǎn)油井的第一步就 是考慮在地殼中鉆一個(gè)鉆孔直至到達(dá)期望的油氣藏。在該鉆孔期間，常常在鉆孔機(jī)的頂端上或靠近鉆孔機(jī)的頂端處安裝各 種測(cè)量工具，以便給石油工程師提供鉆孔和周?chē)貙拥淖钚聰?shù)據(jù)。具體地， 在鉆孔階段，例如，能夠使用各種傳感器來(lái)測(cè)量周?chē)貙拥碾娮杪屎涂紫?度，并把結(jié)果反饋到地面用于評(píng)價(jià)。即使在己經(jīng)鉆好鉆孔之后，也期望把各種測(cè)量工具放到鉆孔下面，以 便測(cè)試和描繪鉆孔中不同深度處的周?chē)貙?。這種測(cè)量對(duì)于更精確地描述 周?chē)貙拥臉?gòu)成成分都是有用的。具體地，能夠獲得周?chē)貙又杏蜌獾钠?質(zhì)和數(shù)量的更精度的評(píng)價(jià)。油氣流體能夠?yàn)闅鈶B(tài)(即，天然氣)或液態(tài)(即， 石油或具有溶解氣的石油)。鉆孔周?chē)牡貙拥湫偷匕ǘ鄠€(gè)不同的組成材料和想要測(cè)量的數(shù)量 的流體，前述組成材料包括不同的巖石或沙石等固體。能夠通過(guò)測(cè)量它們 相應(yīng)的密度和其它特性來(lái)區(qū)別開(kāi)這些組成成分。在鉆孔過(guò)程中或之后，來(lái) 自鉆孔的流體可滲透到與流體(油氣或水)混合的周?chē)貙又?，因而破?測(cè)量。鉆孔流體的特性常常與原始地層流體的特性大不相同。因此，為了正確地測(cè)量和獲取實(shí)際油氣成分的更真實(shí)的測(cè)量，期望估 計(jì)發(fā)生的滲透程度(侵入程度)。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于確定被鉆孔流體滲透的地層的 至少一個(gè)特性的核測(cè)量工具，該工具包括用于輻射地層的核源；多個(gè)核傳感器，所述各個(gè)核傳感器工作時(shí)具有探測(cè)到地層中的不同深度；和處理裝置，所述處理裝置用于接收來(lái)自核傳感器的數(shù)據(jù)，并基于該數(shù)據(jù)通過(guò)考 慮鉆孔流體的滲透來(lái)確定地層的至少一個(gè)特性。有利地，其中該工具被設(shè)置用于同時(shí)確定多個(gè)特性。這具有這樣的優(yōu) 點(diǎn)，即提供用于鉆孔流體侵入的所有特性固有校正的同時(shí)估計(jì)?？蛇x地，其中特性包括泥漿濾液的西格馬、地層的西格馬、泥漿濾液的含氫指數(shù)(Hydrogen index of mud filtrate )、地層的含氫指數(shù)、泥漿濾液 的密度、地層巖石的密度、地層巖石的孔隙度、地層流體的含水飽和度、 鉆孔直徑、工具偏距(standoff)、地層未侵入流體密度和侵入流體的半徑 中的至少一個(gè)的測(cè)量。優(yōu)選地，其中前述數(shù)值被確定為用于確定地層孔隙度和含水飽和度的 中間值。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于確定鉆孔流體滲透到地層中的 侵入輪廓的核測(cè)量工具，該工具包括用于輻射地層的核源；多個(gè)核傳感 器，所述各個(gè)核傳感器工作時(shí)具有探測(cè)到地層中的不同深度；和處理裝置， 所述處理裝置用于接收來(lái)自核傳感器的數(shù)據(jù)，并基于該數(shù)據(jù)來(lái)確定侵入輪 廓。


下面將參考附圖、通過(guò)實(shí)例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。圖l顯示地殼中鉆出的鉆孔；圖2a， 2b和2c顯示鉆孔侵入的各種狀態(tài)；圖3顯示表示侵入地層中的輪廓的實(shí)例的圖表；圖4a顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的核工具；圖5顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)單的臺(tái)階侵入輪廓；和圖6顯示本發(fā)明的位于井底并用于測(cè)量侵入輪廓的核工具。
具體實(shí)施方式
圖1顯示在地表面2下鉆出的鉆孔4的基本構(gòu)造，并且該鉆孔4具有 周?chē)貙?。鉆孔被顯示為豎直地延伸到一特定深度。鉆孔底部附近，有 周?chē)蜌鈱?，人們想測(cè)量鉆孔周?chē)脑撚蜌鈱?的特性。為了這樣做， 例如，纜線11上的核工具10被下放到對(duì)應(yīng)深度以便開(kāi)始相關(guān)油氣層或 碳?xì)浠衔飳?hydrocarbon formation)的密度測(cè)量。具體地，該核工具 沿鉆孔與地層的分界面12排列布置，并能夠開(kāi)始測(cè)量。由于鉆出了鉆孔，因此鉆孔流體能夠開(kāi)始侵入地層分界面12。鉆孔流 體向油氣層8的侵入會(huì)影響核工具10的、用于確定地層和地層流體特性 的測(cè)量讀數(shù)。典型地，鉆孔流體的特性與原始地層流體的特性非常不同。 這將影響地層的部分或完全侵入?yún)^(qū)域的探測(cè)測(cè)量。當(dāng)鉆孔流體的特性極大 地不同于地層流體的特性時(shí)，影響特別顯著。因此，通過(guò)說(shuō)明鉆孔流體侵 入，本發(fā)明的實(shí)施例能夠提供更精確的地層特性測(cè)量，這是非常有利的。盡管地層侵入的校正通常用電阻率測(cè)量，該電阻率測(cè)量典型地探測(cè)幾 厘米到幾米的地層深度，核測(cè)量典型地被限制為小于30 cm的探測(cè)深度。 由于該更小的范圍，因此核測(cè)量對(duì)鉆孔流體侵入更敏感，因?yàn)樗鼈儗?duì)lcm 或更小的侵入敏感。如果充滿氣體的地層被鉆孔流體侵入，這就特別地明 顯。地層中的氣體的密度和含氫指數(shù)(HI)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于典型的鉆孔流體。例 如，核密度測(cè)量對(duì)電子密度(electron density)敏感，因而對(duì)地層的容積 密度(bulk density)敏感。因此，即使很淺的侵入也能夠?qū)е虏徽_的工 具讀數(shù)。最近的一些鉆孔技術(shù)包括使用特殊的甲酸鹽泥漿(具體地，為Na， K和 Cs甲酸鹽)，該甲酸鹽泥漿(formate muds)具有覆蓋傳統(tǒng)泥漿范圍的密 度。對(duì)于傳統(tǒng)的泥漿，通過(guò)使用固體加重材料(斑脫土，重晶石，赤鐵礦) 來(lái)調(diào)節(jié)密度，該固體加重材料(solid weighting materials)是懸在液體中的 固體。在大部分情況下，僅液體侵入地層。在甲酸鹽泥漿的情況中，液體 密度能夠很高，并且很少的固體被添加到該泥漿中。高密度、高PEF、低 HI的流體對(duì)地層的侵入會(huì)導(dǎo)致地層特性顯著地改變。如果侵入深度不知 道，或者知道的不充分，那么地層特性的測(cè)量將不精確。因此，期望能夠校正侵入的核測(cè)量。 一旦侵入輪廓(invasionprofile) 已經(jīng)確定，進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是，根據(jù)核測(cè)量確定的侵入輪廓能夠被用于校正對(duì)侵入敏感的其它測(cè)井測(cè)量(loggingmeasurements)。圖2是顯示鉆孔侵入的各種狀態(tài)的變化過(guò)程a)， b)和c)。即，圖2a 顯示鉆孔4和油氣層8間明顯的、沒(méi)有侵入的分界面12。圖2b顯示更模 糊的分界面20，表示鉆孔流體部分侵入到周?chē)貙?2中。圖2c顯示進(jìn)行 測(cè)量并具有覆蓋區(qū)域的核工具10，前述覆蓋區(qū)域延伸到油氣層8中并包 括來(lái)自鉆孔流體的侵入。圖3顯示地層中的侵入輪廓的實(shí)施例。在鉆孔壁12處，鉆孔流體34 代替了 80%的地層流體32。可清楚地看出，隨著到鉆孔壁12的距離的增 加，鉆孔流體34的滲透深度減小。圖4a顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的核工具10。具體地，核工具10包 含脈沖中子源(pulsed neutron source) 42，近熱中子探測(cè)器(near thermal neutron detector) 44， 短間距Y射線探觀!j器(short spaced gamma-ray detector) 46，遠(yuǎn)熱中子探測(cè)器(far thermal neutron detector) 48禾口長(zhǎng)間距 Y射線探測(cè)器(long spaced gamma-ray detector) 50。在優(yōu)選實(shí)施例中，中 子探測(cè)器44， 48是3He管，Y射線探測(cè)器46， 50是連接到光倍增器(photo-multipliers)的閃爍探測(cè)器，脈沖中子源42是d-T中子發(fā)生器。 可以理解的是，也可應(yīng)用其它構(gòu)造。例如，工具能夠僅使用中子探測(cè)器(見(jiàn) 圖4b)或僅使用Y射線探測(cè)器。中子源也能夠是d-D發(fā)生器。也能夠?qū)?中子測(cè)量與電阻率測(cè)量相結(jié)合，g卩，電阻率測(cè)量傳感器中的一些或全部占 據(jù)豎直位置，這些豎直位置與中子測(cè)量探測(cè)器和/或源的位置重疊。中子源的脈沖調(diào)制計(jì)劃能夠改變，因此工具10允許通過(guò)使用更長(zhǎng)的爆 炸間隔(intervals between bursts)來(lái)進(jìn)行短時(shí)期(短爆炸)和長(zhǎng)時(shí)期測(cè)量。 在更長(zhǎng)的"無(wú)中子(neutron-off)"間隔期間，可以進(jìn)行背景測(cè)定(Background determination)(、激活)。圖4a顯示由用于輻照周?chē)貙拥暮嗽?、沿工具以不同間距布置的中子 和Y射線探測(cè)器構(gòu)成的測(cè)量工具。在圖4a的實(shí)施例中，探測(cè)器執(zhí)行各種 測(cè)量。中子探測(cè)器44,48主要對(duì)地層的HI(含氫指數(shù))敏感。第一Y射線探 測(cè)器46用于確定地層的巖性，它也對(duì)地層的容積密度和含氫指數(shù)敏感地 反應(yīng)。第二Y射線探測(cè)器(長(zhǎng)間距Y射線探測(cè)器)50對(duì)地層的容積密度敏 感，并對(duì)地層的更少程度的含氫指數(shù)敏感。圖4b顯示當(dāng)所有探測(cè)器為中子探測(cè)器時(shí)核工具的可選實(shí)施例。可選地，所有探測(cè)器能夠?yàn)閅射線探測(cè)器。 所有探測(cè)器能夠測(cè)量時(shí)間相關(guān)的信息，這使得它們適用于確定中子的慢化時(shí)間(slowing downtime)和地層的熱俘獲截面(thermal c叩ture cross section) (sigma， 西格馬)。圖5顯示如何使用多探測(cè)深度西格馬測(cè)量(multiple DOI (depth of investigation) sigma measurements)來(lái)確定簡(jiǎn)單侵入輪廓的實(shí)施例。其它實(shí) 施例能夠單獨(dú)使用其它測(cè)量或組合來(lái)確定臺(tái)階輪廓。例如，能夠通過(guò)使用 從單個(gè)或多個(gè)探測(cè)器獲取的多密度測(cè)量來(lái)確定侵入輪廓?？蛇x地，能夠使 用多HI (含氫指數(shù))或中子孔隙度(cp)測(cè)量。能夠使用不同測(cè)量的組合(例 如，密度、含氫指數(shù)、西格馬、PE(光電)等)在廣泛的環(huán)境條件下來(lái)確定 侵入輪廓。根據(jù)這些測(cè)量來(lái)確定侵入輪廓的方法是相似的，而與被選擇的 測(cè)量無(wú)關(guān)。特別是對(duì)于西格馬測(cè)量，圖5顯示簡(jiǎn)單的臺(tái)階侵入輪廓，其中對(duì)于 Sinvaded,Ri和Swded需要解決三個(gè)未知數(shù)。g卩，臺(tái)階侵入輪廓在直至地層 深度Ri具有常數(shù)西格馬值(constant sigma value, i:invaded)，對(duì)于更大半徑 值Ri具有不同的常數(shù)西格馬值(different constant sigma value, Suninvaded)。為了求解這三個(gè)未知數(shù)，至少需要三個(gè)DOI (depth of investigation,探 測(cè)深度)。這些不同的DOI圖示成圖6上的三個(gè)不同的響應(yīng)52,54和56。 最淺測(cè)量52對(duì)被侵入?yún)^(qū)域最敏感以便用于確定I!i,ded。最深測(cè)量56對(duì)被 侵入?yún)^(qū)域相對(duì)不敏感并且其大部分響應(yīng)被引導(dǎo)到未侵入?yún)^(qū)域以便確定 Suninvaded。第三測(cè)量54對(duì)被侵入和未侵入?yún)^(qū)域都具有良好的敏感度，并提 供必要的信息以便確定侵入半徑Ri。在可選實(shí)施例中，能夠通過(guò)僅使用兩個(gè)DOI來(lái)獲得侵入輪廓估計(jì)，但 是其僅在當(dāng)鉆孔的影響可以被忽略的條件下才可以。即，采用根據(jù)兩個(gè)傳 感器的不同測(cè)量，也能夠求解地層的三個(gè)或更多個(gè)未知特性。例如，每個(gè) 傳感器能夠給出與鉆孔和地層的不同區(qū)域相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)或更多個(gè)不同的 西格馬值。因此，對(duì)于每個(gè)傳感器能夠獲取一個(gè)以上的西格馬。因此，對(duì) 于每個(gè)傳感器，能夠獲取多個(gè)不同西格馬，每個(gè)西格馬與鉆孔和地層中的 不同DOI相關(guān)聯(lián)。通過(guò)以多個(gè)不同方式來(lái)組合三個(gè)相應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)未知數(shù)的求解，前述多個(gè)不同方式包括正向模型逆變換(forward model inversion),以 未校正的(或估計(jì)的)未知數(shù)值開(kāi)始的迭代(iteration starting with uncorrected (or estimated) values for the unknowns),響應(yīng)表面模型(response surface modeling )等。因此，至少需要三個(gè)DOI來(lái)確定簡(jiǎn)單的侵入輪廓，如果多個(gè)DOI至少 極大地不同，以便提供更大的測(cè)量范圍，那么侵入輪廓就更精確。有多個(gè)不同方式來(lái)獲取這些不同的響應(yīng)深度或DOI。第一種方式是源 和探測(cè)器之間的間距。例如，典型地，與更靠近源的探測(cè)器相比，從源開(kāi) 始沿工具更進(jìn)一步縱向間隔開(kāi)的探測(cè)器能夠提供地層的更深滲透。變化 DOI的第二種方式是基于被探測(cè)的粒子類(lèi)型。即，不同類(lèi)型的傳感器對(duì)不 同深度的滲透敏感，例如中子或Y射線傳感器。因此，能夠從源開(kāi)始以相 同間距布置Y射線傳感器和中子傳感器，并且仍具有兩個(gè)不同深度的探 測(cè)。變化DOI的第三種方式是基于使用不同的源定時(shí)(source timing)(爆 炸)計(jì)劃的。可以理解的是，能夠使用上述各種方式的組合。改變探測(cè)深 度的第四種方式包括改變離開(kāi)源的粒子和返回到探測(cè)器的粒子/光子的準(zhǔn) 直性(方向性)。對(duì)于這些實(shí)施例，當(dāng)使用西格馬測(cè)量來(lái)確定侵入輪廓時(shí)，第一種的兩 個(gè)方法(即間距和傳感器型)在產(chǎn)生圖4a的核工具所示的顯著不同的DOI 方面最有效。在該優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器的間距和不同傳感器類(lèi)型都被使 用，該優(yōu)選實(shí)施例有利地提供了最不同的DOI，因而在核測(cè)量期間得出最 精確的侵入結(jié)果。因此，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，熱俘獲測(cè)量的探測(cè)的深度極大地取決于探測(cè) 器間距和測(cè)量類(lèi)型 與Y射線測(cè)量46， 50相比，使用對(duì)熱中子或超熱中子44， 48敏感的 傳感器的中子測(cè)量具有更淺的探測(cè)深度，Y射線測(cè)量46， 50探測(cè)在中子俘獲之后從地層返回的Y射線。
典型地，不同測(cè)量的探測(cè)深度隨著傳感器到源的距離的增加而增加。 因此，與短間距Y射線傳感器46的西格馬測(cè)量相比，長(zhǎng)間距傳感器 50的西格馬測(cè)量受侵入的影響較小。 遠(yuǎn)中子傳感器48的探測(cè)深度深于近中子傳感器44的探測(cè)深度。
遠(yuǎn)y射線傳感器50的探測(cè)深度深于近射線探測(cè)器46的探測(cè)深度。如果能夠以不同探測(cè)深度來(lái)執(zhí)行地層的相同部分的幾個(gè)同步或大致同 步測(cè)量時(shí)，則能夠確定侵入深度和潛在的侵入輪廓。通過(guò)使用與地層侵入 相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)參數(shù)，并調(diào)節(jié)這些參數(shù)使得從所有傳感器獲得一致的 答案，從而實(shí)現(xiàn)侵入深度和潛在的侵入輪廓的確定。如果多個(gè)傳感器不被 組合，那么可能需要包括侵入的時(shí)間關(guān)系。通過(guò)應(yīng)用具有相對(duì)唯一的DOI的額外的傳感器，g口，超過(guò)或超出用于 解決三個(gè)未知數(shù)所需的三個(gè)，其中一個(gè)能夠獲得侵入輪廓的改善的估計(jì)。 這對(duì)于更精確地解析侵入半徑Ri (或深度)特別有用。盡管己經(jīng)顯示了簡(jiǎn) 單的臺(tái)階侵入模型，但是可以理解的是，可以使用更復(fù)雜的侵入模型曲線。 具有不同探測(cè)深度的額外的傳感器將允許更詳細(xì)地確定侵入輪廓。因此， 測(cè)量的DOI越多，侵入輪廓就變得更圓滑(或更精確)，這最終意味著地 層的特性的確定更精確。但是有一種工程平衡(engineering trade-off)，因 為更精確的侵入輪廓需要更多的處理過(guò)程，而較簡(jiǎn)單的模型需要較少的處 理過(guò)程，因此根據(jù)情況可以優(yōu)選具有較少處理過(guò)程的簡(jiǎn)單模型。圖4a和4b的實(shí)施例中所顯示的核工具能夠應(yīng)用到多個(gè)不同測(cè)量過(guò)程。 使用不同類(lèi)型傳感器和測(cè)量過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)需求能夠測(cè)量不同特性。現(xiàn)在說(shuō)明第一測(cè)量過(guò)程，其包括以下步驟1. 測(cè)量個(gè)體(每個(gè)探測(cè)器的表觀響應(yīng)(apparentresponses))a. HI響應(yīng)(近和遠(yuǎn))b. 密度響應(yīng)(短間距和長(zhǎng)間距)c. 西格馬響應(yīng)(所有探測(cè)器)2. 假定無(wú)侵入，計(jì)算補(bǔ)償?shù)腍I (從近和遠(yuǎn))3. 假定無(wú)侵入，計(jì)算補(bǔ)償?shù)闹凶覻密度(近，短間距和長(zhǎng)間距)4. 根據(jù)所有探測(cè)器計(jì)算地層西格馬5. 根據(jù)西格馬計(jì)算侵入輪廓6. 校正2和3的侵入答案感興趣的是步驟6計(jì)算的最終答案，因?yàn)樗鼈兪茄a(bǔ)償?shù)臏y(cè)量，它們對(duì) 于侵入是完全正確的，或者提供侵入太深而不能可靠校正的提示。多DOI西格馬測(cè)量適用于給出侵入深度的良好估計(jì)。對(duì)于侵入的影響， 一旦已知 密度和HI測(cè)量能夠被校正，那么就能夠獲得孔隙度的精確測(cè)量。 可選地1. 計(jì)算所有表觀數(shù)量(apparent quantities) (HI,密度，西格馬)2. 進(jìn)入使用侵入的正向模型3. 逆變換(invert)數(shù)據(jù)集合(data set)以便獲得HI，密度，西格馬和 侵入的優(yōu)化解使用正向模型和逆變換(inversion)的該過(guò)程在數(shù)學(xué)上更難以執(zhí)行， 但是具有一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)，即提供使用了所有可得到的信息的答案。每個(gè)測(cè) 量值Mj能夠被記錄成地層、泥漿濾液(mud filtrate)和環(huán)境變量的函數(shù)。Mj = Uf，HIm，HIf,pm, Pf,Pfi，Of, Sw,Ri,Db, SO，…)其中，Mj =來(lái)自傳感器j的觀!j量(measurement from sensor j)F=函數(shù)關(guān)系 5^=泥漿濾液的西格馬 Sf=地層的西格馬 HIm-泥漿濾液的含氫指數(shù) HIf=地層的含氫指數(shù) pm=泥漿濾液的密度 pf=地層巖石的密度 *f=地層巖石的孔隙度Sw =地層流體的含水飽和度(water saturation of formation fluid)Db =鉆孔直徑SO-工具偏距(tool standoff)pfl =地層流體密度(未侵入)Ri=侵入流體的半徑(臺(tái)階函數(shù)輪廓)如果假設(shè)傳感器測(cè)量已經(jīng)被環(huán)境地校正，從而我們能夠?qū)⒆⒁饧s束到 第一種八個(gè)變量(地層和泥漿濾液)，那么我們考慮采用八個(gè)測(cè)量的工具(作為實(shí)例)，那么可以得到 Mi = aui:m +a12Ef +ai3HIm + a" HIf +ai5pm + a,6 pf +anPfi +ai8Ri<formula>formula see original document page 15</formula>每個(gè)等式涉及傳感器對(duì)八個(gè)地層和泥漿濾液變量的響應(yīng)。通過(guò)使等式與公知的實(shí)驗(yàn)室條件下的響應(yīng)相匹配，來(lái)確定每個(gè)傳感器等式的系數(shù)aij (八個(gè)變量具有良好的特征并且能夠在它們的整個(gè)可應(yīng)用范圍上變化)。能夠?qū)懗删仃囆问組 = AV其中M = [ M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 ]是傳感器測(cè)量的向量，▲=[ ail &12 &13 314 &15 &16 317 &18a21 a22 a23 a24 a25 a26 a27 a28 a31 a32 a33 a34 &35 "6 a" a38 a41 aj2 a43 a44 a45 a47&52 &53 &54 &55 &56 ^7 a58 &61 &62 a^3 &64 &65 &6化7 &68 &71 a72 &73 874 &75 &77 &78a8i a82 a83 &84 a85 &86 a87 ass]矩陣系數(shù),禾卩 v = [i:m Zf HIm HIf pm Pf pfl Ri]是已知的地層和泥漿濾液特性 的向量。因此，能夠求解實(shí)驗(yàn)室條件下的矩陣A。該矩陣等式說(shuō)明了傳感器響應(yīng)和已知條件(實(shí)驗(yàn)室或模型條件)下測(cè)量 的地層變量之間的函數(shù)關(guān)系。這也被公知為響應(yīng)的正向模型。盡管在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井測(cè)量，但逆變換處理(inverse process)是必須使用的。 即，盡管測(cè)井底，但實(shí)際上期望解決地層特性，同時(shí)測(cè)量V,。g。因此，通 過(guò)使用逆變換等式<formula>formula see original document page 15</formula>我們需要逆變換等式和利用已知的矩 陣A求解V,。g，并且將它們裝載到工具的存儲(chǔ)器中。艮口，對(duì)于井中獲得的被測(cè)傳感器響應(yīng)M,。g的每個(gè)向量，我們想要計(jì)算推斷地層和泥漿濾液特性的向量V,。g = [ 2m Sf HIm HIf pm pf Pfl Ri]。這里給出簡(jiǎn)單實(shí)例，系數(shù)矩陣A和地層特性V,。g的傳感器響應(yīng)都是 線性的，以允許簡(jiǎn)單解答V,。g= M,。g A",這里能夠根據(jù)A使用標(biāo)準(zhǔn)的 矩陣逆變換技術(shù)來(lái)計(jì)算逆矩陣A"。在包括系數(shù)矩陣A或地層特性V,。g或 兩者是非線性的傳感器響應(yīng)的更復(fù)雜的情況下，至少平方或其它技術(shù)能夠 被用于求解。無(wú)論選擇了什么求解方法，逆變換的結(jié)果是地層和泥漿濾液特性的向 量V,。g-[; & HIm HIf pm pf pfl Ri]，該特性被固有地校正用于 流體侵入(假設(shè)臺(tái)階侵入輪廓)。侵入的泥槳濾液的特性隨侵入半徑一起^因此，為了簡(jiǎn)潔地總結(jié)，生成矩陣A并載入到工具的存儲(chǔ)器中。矩陣 A包括在實(shí)驗(yàn)室條件下確定的、與傳感器對(duì)地層特性的響應(yīng)相關(guān)的一系列 系數(shù)。利用己知的矩陣A，工具能夠采取現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量(井底測(cè)量)，并且根 據(jù)該測(cè)量，能夠求解要測(cè)量的地層實(shí)際特性。具體地，通過(guò)使逆矩陣A與 取得的測(cè)量響應(yīng)進(jìn)行矩陣相乘，能夠容易地實(shí)現(xiàn)地層特性，同時(shí)測(cè)量地層 井底。因此，盡管可能需要更多的處理過(guò)程，但是該方法的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)產(chǎn)生 一個(gè)范圍的校正值，并且該校正值固有地被校正用于鉆孔流體侵入?？梢岳斫獾氖?，向量Mj還能夠處理成用于求解地層的兩個(gè)主要特性， 即，<formula>formula see original document page 16</formula>這里，9=孔隙度Sw =含水飽和度可選地，求解Mj = F(Sm， 2f, fflm， HI" pm, pf ， 0>f, Ri,Db, SO，…)的 中間步驟能夠被執(zhí)行，并使用這些作為確定地層的孔隙度cp和含水飽和度 Sw特性的中間結(jié)果。進(jìn)一步的測(cè)量過(guò)程包括如下步驟1. 使用來(lái)自更深侵入的電阻率測(cè)量的信息(探測(cè)全部侵入)2. 使用超熱中子測(cè)量(計(jì)算速率(countrate)和慢化時(shí)間(slowingdowntime))來(lái)確定淺侵入的輪廓。電阻率比核工具具有更深的探測(cè)深度。因此，該過(guò)程具有這樣的優(yōu)點(diǎn)， 即如果侵入深度超過(guò)核測(cè)量的探測(cè)深度時(shí)，電阻率能夠指示侵入的存在， 那么核工具測(cè)量能夠被校正用于整個(gè)侵入。可選地，如果侵入很淺時(shí)，那 么慢化時(shí)間可提供淺侵入的敏感測(cè)定。因?yàn)樵摐y(cè)量的DOI僅為2 4 cm的數(shù) 量級(jí)。另一種可能的過(guò)程如下1. 使用上述確定的侵入輪廓來(lái)校正標(biāo)準(zhǔn)的Y-Y測(cè)量(standard gamma-gamma measurement)2. 將Y-Y表觀密度(apparent densities)包括在正向模型和逆變換模 型中盡管上述工具是LWD工具，可以想象的是，相似工具能夠用于其它運(yùn) 輸模式。標(biāo)準(zhǔn)Y-Y測(cè)量是根據(jù)Y射線的康普頓散射的傳統(tǒng)核密度測(cè)量。該 測(cè)量與中子測(cè)量相獨(dú)立。因此，該過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)是，如果侵入深度很深，由 于地層流體的密度的不正確的假設(shè)，Y - Y密度可給出不正確地獲取的孔 隙度測(cè)量。同樣，對(duì)于所謂的PEx密度工具，可以利用MCFL (其是一種 淺電阻率測(cè)量類(lèi)型)來(lái)增加淺侵入的信息以便獲取表示淺侵入的正確密度 讀數(shù)。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的位于井底的、并測(cè)量侵入輪廓的核工 具。圖6顯示核工具10，該核工具10沿鉆孔壁12排列對(duì)齊，用于確定鉆 孔流體在周?chē)貙又械那秩胼喞?0。該核工具具有三個(gè)傳感器64, 66和 68，該三個(gè)傳感器被布置成到核源62的距離各不相同。最近的傳感器64 具有進(jìn)入地層的最短DOI，該最短D01由區(qū)域覆蓋范圍72表示。中間傳感 器66具有在地層中較深的滲透，該較深的滲透由區(qū)域74表示。最遠(yuǎn)傳感器 68具有在地層中最深的滲透，該最深的滲透由區(qū)域76表示。由于具有三種 相對(duì)不同的DOI，因此允許確定合理精確的侵入輪廓，具體地為Ri，其表 示鉆孔流體在地層中的滲透深度。傳感器64，66和68都接收它們相應(yīng)的核測(cè)量，并將這些測(cè)量向前輸 送到處理器69，處理器69例如能夠校對(duì)區(qū)別可能從三個(gè)傳感器同時(shí)接收 的測(cè)量。盡管顯示處理器存在核工具自身上，但是例如侵入輪廓能夠通過(guò)有線或無(wú)線遙測(cè)來(lái)輸送到地面； 一可選實(shí)施例允許從傳感器接收到的原始 數(shù)據(jù)被直接傳送到地面用于處理。在任何情況下，利用被校正或被確定的 鉆孔侵入的影響，處理電路69負(fù)責(zé)校對(duì)區(qū)分結(jié)果，并負(fù)責(zé)應(yīng)用與顯示的 相關(guān)數(shù)據(jù)最相關(guān)的那個(gè)測(cè)量過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種用于確定被鉆井流體滲透的地層的至少一個(gè)特性的核測(cè)量工具，該工具包括用于輻射地層的核源；多個(gè)核傳感器，所述多個(gè)核傳感器中的每一個(gè)以探測(cè)到地層中的不同深度操作；和處理裝置，所述處理裝置用于接收來(lái)自核傳感器的數(shù)據(jù)，并基于該數(shù)據(jù)通過(guò)考慮鉆井流體的滲透來(lái)確定地層的至少一個(gè)特性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的核測(cè)量工具，其中所述傳感器中的每一個(gè)被構(gòu)造 成測(cè)量時(shí)間關(guān)系信息或依賴(lài)時(shí)間的信息，該時(shí)間關(guān)系信息或依賴(lài)時(shí)間的信 息用于確定地層的熱中子俘獲截面測(cè)量值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的核測(cè)量工具，其中至少一個(gè)傳感器的探測(cè)深 度取決于該傳感器與核源的間隔距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的核測(cè)量工具，其中至少一個(gè)傳感器的探測(cè)深 度取決于該傳感器的類(lèi)型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的核測(cè)量工具，其中至少一個(gè)傳感器的探測(cè)深 度取決于該傳感器的類(lèi)型和該傳感器與核源的間隔距離。
6. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的核測(cè)量工具，其中所述多個(gè)傳感器中的 至少一些包括電阻率、聲波和超聲波型傳感器中的至少一種。
7. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的核測(cè)量工具，其中地層包含碳?xì)浠衔?流體，該碳?xì)浠衔锪黧w相對(duì)于鉆井流體的密度具有更低的密度。
8. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的核測(cè)量工具，其中處理裝置具有用于確 定侵入輪廓的單元，該侵入輪廓提供鉆井流體滲透到地層中的深度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的核測(cè)量工具，其中侵入輪廓提供鉆井流體在不同 深度處己經(jīng)侵入地層的程度的指示。
10. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的核測(cè)量工具，其中多個(gè)傳感器中的每 一個(gè)沿核測(cè)量工具的長(zhǎng)度與核源間隔不同距離。
11. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的核測(cè)量工具，其中所述多個(gè)傳感器是 三個(gè)核傳感器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6的核測(cè)量工具，其中所述三個(gè)傳感器中的各個(gè)被 構(gòu)造成以探測(cè)到地層中的不同深度操作。
13. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的核測(cè)量工具，其中所述核源是脈沖中 子源。
14. 一種使用權(quán)利要求1的核工具來(lái)進(jìn)行地層的井底測(cè)量的方法，該 方法包括如下步驟a) 測(cè)量核工具對(duì)于要確定的多個(gè)特性的響應(yīng)；b) 在沒(méi)有鉆井流體滲透的情況下確定要確定的特性的補(bǔ)償值；c) 基于要確定的多個(gè)特性的至少一個(gè)的測(cè)量到的響應(yīng)來(lái)確定侵入輪 廓；以及d) 利用步驟c)中的侵入輪廓，來(lái)校正步驟b)中獲取的、要確定的多個(gè) 特性中的至少一些的補(bǔ)償值。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中步驟a)中測(cè)量的、用于多個(gè)特性的 響應(yīng)為HI響應(yīng)、密度響應(yīng)和西格馬響應(yīng)，其中對(duì)于步驟b)，三個(gè)響應(yīng)中 的至少兩個(gè)被補(bǔ)償，其中對(duì)于步驟c)，基于其余的響應(yīng)來(lái)確定侵入輪廓；并且其中對(duì)于步驟d)，利用基于其余的響應(yīng)確定的侵入輪廓，來(lái)校正具有 被補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)的兩個(gè)特性。
16. —種使用權(quán)利要求1的核工具來(lái)進(jìn)行地層的井底測(cè)量的方法，該 方法包括如下步驟a) 利用核工具上的對(duì)應(yīng)傳感器來(lái)測(cè)量HI響應(yīng)、密度響應(yīng)和西格馬響應(yīng)；b) 沒(méi)有侵入的情況下確定補(bǔ)償?shù)腍I; C)沒(méi)有侵入的情況下確定補(bǔ)償?shù)闹凶淤ゑR密度；d) 確定來(lái)自所有探測(cè)器的西格馬響應(yīng)；e) 基于西格馬響應(yīng)確定侵入輪廓；以及f) 利用步驟e)中確定的侵入輪廓，來(lái)校正步驟b)和步驟c)中獲取的補(bǔ) 償?shù)腍I和密度測(cè)量。
17. —種使用權(quán)利要求1的核工具來(lái)進(jìn)行地層的井底測(cè)量的方法，該 方法包括如下步驟a) 利用核工具上的對(duì)應(yīng)傳感器來(lái)測(cè)量HI響應(yīng)、密度響應(yīng)和西格馬響應(yīng)；b) 沒(méi)有侵入的情況下確定西格馬響應(yīng)；c) 沒(méi)有侵入的情況下確定補(bǔ)償?shù)闹凶淤ゑR密度；d) 確定來(lái)自所有探測(cè)器的HI響應(yīng)；e) 基于HI響應(yīng)確定侵入輪廓；以及f) 利用步驟e)中確定的侵入輪廓，來(lái)校正步驟b)和步驟c)中獲取的補(bǔ) 償?shù)奈鞲耨R和密度測(cè)量。
18. —種使用權(quán)利要求1的核工具來(lái)進(jìn)行地層的井底測(cè)量的方法，該 方法包括如下步驟a) 利用對(duì)應(yīng)的傳感器來(lái)測(cè)量HI響應(yīng)、密度響應(yīng)和西格馬響應(yīng)；b) 執(zhí)行用于組合測(cè)量的響應(yīng)的正向模型計(jì)算以便產(chǎn)生數(shù)據(jù)集合；以及c) 對(duì)數(shù)據(jù)集合執(zhí)行逆變換或反演以便同時(shí)獲取HI、密度、西格馬和侵入測(cè)量的優(yōu)化解。
19. 一種使用權(quán)利要求1的核工具來(lái)進(jìn)行地層的井底測(cè)量的方法，該 方法包括如下步驟a) 執(zhí)行電阻率測(cè)量，用于確定鉆井流體侵入地層的較深侵入；b) 執(zhí)行計(jì)算速率和慢化時(shí)間的超熱測(cè)量，用于確定鉆井流體侵入地層 的較淺侵入。
20. —種使用權(quán)利要求1的核工具來(lái)進(jìn)行地層的井底測(cè)量的方法，該 方法包括如下步驟a) 測(cè)量伽馬-伽馬響應(yīng)，用于確定依賴(lài)于伽馬射線散射的核密度測(cè)量值；b) 使用確定的侵入輪廓來(lái)校正伽馬-伽馬響應(yīng)；并且 利用正確的伽馬-伽馬響應(yīng)執(zhí)行用于組合響應(yīng)的正向模型和逆變換或反演，以便同時(shí)獲取HI、密度、西格馬和侵入測(cè)量的優(yōu)化解。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1的核測(cè)量工具，其中每個(gè)傳感器被構(gòu)造成確定多 個(gè)西格馬。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的核測(cè)量工具，其中多個(gè)西格馬中的每個(gè)與探測(cè) 到地層中的不同深度相關(guān)。
23. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的核測(cè)量工具，其中所述工具包括用于 輻射地層的多個(gè)核源。
24. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的核測(cè)量工具，其中所述工具用于同時(shí) 確定多個(gè)特性。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的核測(cè)量工具，其中多個(gè)特性包括泥漿濾液的西 格馬、地層的西格馬、泥漿濾液的含氫指數(shù)、地層的含氫指數(shù)、泥漿濾液的密度、地層巖石的密度、地層巖石的孔隙度、地層流體的含水飽和度、 鉆孔直徑、工具偏距、地層未侵入流體密度和侵入流體的半徑中的至少一 個(gè)的測(cè)量值。
26. —種用于確定鉆井流體滲透到地層中的侵入輪廓的核測(cè)量工具，該工具包括用于輻射地層的核源；多個(gè)核傳感器，所述所多個(gè)核傳感器中的每一個(gè)以探測(cè)到地層中的不 同深度操作；和處理裝置，所述處理裝置用于接收來(lái)自核傳感器的數(shù)據(jù)，并基于該數(shù) 據(jù)來(lái)確定侵入輪廓。
27. —種用于確定多個(gè)井底地層特性的方法，該方法包括如下步驟 決定要求解的特性的數(shù)量和給每個(gè)特性分配變量； 確定系數(shù)矩陣，該系數(shù)矩陣表示多個(gè)傳感器的測(cè)量值與實(shí)驗(yàn)室條件下的變量的對(duì)應(yīng)的一組之間的關(guān)系；將系數(shù)矩陣加載到具有多個(gè)傳感器的井底工具的存儲(chǔ)單元中； 利用井底工具執(zhí)行傳感器測(cè)量；以及通過(guò)應(yīng)用系數(shù)矩陣來(lái)對(duì)所述井底傳感器測(cè)量值執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，以便確 定地層特性。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中所述多個(gè)傳感器中的至少一些是位 于能夠用于井底的工具上的核傳感器，各個(gè)傳感器以探測(cè)到地層中的不同 深度操作。
全文摘要
一種用于確定被鉆孔流體滲透的地層的特性的核測(cè)量工具。該工具包括用于輻射地層的核源；和多個(gè)核傳感器，所述各個(gè)核傳感器工作時(shí)具有探測(cè)到地層中的不同深度。該工具還包括處理裝置，所述處理裝置用于接收來(lái)自核傳感器的數(shù)據(jù)，并基于該數(shù)據(jù)通過(guò)考慮鉆孔流體的滲透來(lái)確定地層的特性。
文檔編號(hào)E21B47/10GK101240705SQ20081000326
公開(kāi)日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月5日
發(fā)明者克麗斯蒂安·斯特勒, 邁克爾·埃文斯 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司