專利名稱：由核譜學(xué)確定絕對元素濃度的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開總體涉及中子感應(yīng)伽瑪射線能譜學(xué)，并且更具體地涉及由中子感應(yīng)伽瑪射 線能譜學(xué)確定絕對元素濃度的技術(shù)。
背景技術(shù)：
使用核井下工具，可以使用各種技術(shù)確定地下地層的元素濃度?？梢允褂脕碜陨?射在地層中的伽瑪射線的密度和光電效應(yīng)(PEF)測量值的信息間接確定地層巖性。可以通 過檢測中子感應(yīng)伽瑪射線直接檢測地層元素。當(dāng)中子源將中子發(fā)射到地層中時，可以產(chǎn)生 中子感應(yīng)伽瑪射線，所述中子可以通過非彈性散射、高能量核反應(yīng)、或中子俘獲與地層元素 相互作用。在非彈性散射核轉(zhuǎn)變(event)( “非彈性伽瑪射線”)或中子俘獲核轉(zhuǎn)變(“中子 俘獲伽瑪射線”)中發(fā)射的伽瑪射線可以具有特征能量，所述特征能量可以基于各種能譜學(xué) 技術(shù)識別所發(fā)射的伽瑪射線的具體同位素。涉及非彈性能譜學(xué)解釋的技術(shù)可以基于可歸因 于各種特征能量的非彈性伽瑪射線的元素產(chǎn)額的比值。在大多數(shù)情況下要注意的是，已經(jīng) 使用由于碳而檢測到的伽瑪射線的數(shù)量與由于氧而檢測到的伽馬射線的數(shù)量的比值(“C/ 0比”)來估算地層含油飽和度。使用比值的優(yōu)點在于一些儀器影響(例如，可變中子輸出 和多個環(huán)境影響)將互相抵消。使用比值的缺點在于通常更加難以解釋。對于估算充滿水 的井眼中的含油飽和度的簡單情況來說，C/0比由于可歸因于來自井筒流體和水泥環(huán)空的 氧的伽瑪射線而可能變得復(fù)雜，而可歸因于碳的所有伽瑪射線將來源于地層。涉及中子俘獲能譜學(xué)的類似技術(shù)可以涉及采集和分析中子伽馬射線能量譜。通常 包括在中子俘獲能譜中的元素可以包括Si、Ca、i^e、S、Ti、Gd、H、Cl及其它元素，并且有時包 括Al、Na、Mg、Mn、Ni及其它少量或微量元素。然而，使用這種技術(shù)確定的元素濃度還可以 僅大致識別地層元素的相對濃度，除非地層元素的絕對濃度已經(jīng)是已知的或被正確估算。用于估算地層中的絕對元素濃度的一些其它技術(shù)可能涉及能譜學(xué)測井?dāng)?shù)據(jù)的氧 化物閉合歸一化值，或者可能及具有活化和/或天然伽瑪射線測量值的補充能譜學(xué)測井?dāng)?shù) 據(jù)。然而，閉合歸一化值可能取決于對未測量元素的準(zhǔn)確締合(association)，這可能會根 據(jù)地層元素的精確組合而變化。另外，閉合歸一化值可能取決于使用可能會影響能譜的所 有元素(除了 K和Al)，所述元素中的一些可以不必與其它元素一樣被精確確定?；罨? 或天然伽瑪射線測量值的使用還可能具有多種缺點。例如，這種測量值通?？赡苄枰叨?復(fù)雜的測井儀和較長的測量時間。

發(fā)明內(nèi)容
以下說明與原始主張的實施例在保護(hù)范圍方面相對應(yīng)的一些方面。應(yīng)該理解的是 這些方面僅僅為閱讀者提供實施例可以采取的一些形式的簡要概述，并且這些方面不旨在 限制實施例的保護(hù)范圍。相反，實施例可以包括以下沒有說明的各種方面。本發(fā)明的實施例總體涉及一種用于使用中子感應(yīng)能譜學(xué)估算地下地層中的絕對元素濃度的系統(tǒng)和方法。例如，用于估算地下地層中的元素的絕對產(chǎn)額的系統(tǒng)可以包括井 下工具和數(shù)據(jù)處理電路。井下工具可以包括中子源，用于將中子發(fā)射到地下地層中；中子 監(jiān)測器，用于檢測所發(fā)射的中子的計數(shù)率；和伽瑪射線探測器，用于獲得伽瑪射線能譜，所 述伽瑪射線能譜至少部分地由非彈性伽瑪射線和中子俘獲伽瑪射線得到，所述非彈性伽瑪 射線由所述非彈性散射核轉(zhuǎn)變產(chǎn)生，所述中子俘獲伽瑪射線由所述中子俘獲核轉(zhuǎn)變產(chǎn)生。 數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成由所述伽瑪射線能譜確定相對元素產(chǎn)額；和至少部分地根據(jù)相對 元素產(chǎn)額相對于所發(fā)射的中子的計數(shù)率的歸一化值確定絕對元素產(chǎn)額。


本公開的優(yōu)點在獲悉以下詳細(xì)說明和參考附圖時可以變得清楚可見，其中圖1是根據(jù)一個實施例的、包括用于根據(jù)中子感應(yīng)伽瑪射線的能譜分析測量絕對 元素濃度的井下工具和數(shù)據(jù)處理電路的系統(tǒng)的示意性方框圖；圖2是根據(jù)一個實施例的、使用圖1的井下工具的測井操作的示意性方框圖；圖3是根據(jù)一個實施例的、說明用于根據(jù)中子感應(yīng)伽瑪射線測量值確定地層中的 絕對元素產(chǎn)額的方法的實施例的流程圖；圖4是根據(jù)一個實施例的、說明用于根據(jù)中子感應(yīng)伽瑪射線測量值確定地層和井 眼中的部分絕對元素產(chǎn)額的方法的實施例的流程圖；圖5是根據(jù)一種實施例的、說明用于根據(jù)確定的絕對元素產(chǎn)額確定絕對元素濃度 的實施例的流程圖；和圖6是根據(jù)一個實施例的、說明用于使用氧化物閉合技術(shù)和相對產(chǎn)額驗證絕對元 素濃度的方法的實施例的流程圖。
具體實施例方式一個或多個具體的實施例描述如下。在努力提供這些實施例的簡潔說明中，不是 實際實施方案的所有特征都在說明書中被描述。應(yīng)該認(rèn)識的是在任意這種實際實施方案的 發(fā)展中，如在任何工程或設(shè)計項目中，必須進(jìn)行多個實施方案(具體判定)以實現(xiàn)研發(fā)者的 特定目標(biāo)，例如具有系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)約束的靈活性，所述靈活性在一種實施方案和另 一種實施方案之間不同。此外，應(yīng)該認(rèn)識的是這種研發(fā)工作可能是復(fù)雜并且耗時的，然而對 得益于本公開的普通技術(shù)人員來說卻是一項設(shè)計、制造、和生產(chǎn)的程序化任務(wù)。目前公開的主題的實施例總體涉及用于中子感應(yīng)伽瑪射線能譜學(xué)的系統(tǒng)和方法。 具體地，目前公開的主題涉及用于確定地下地層的絕對元素濃度的技術(shù)。這些技術(shù)可以涉 及通過利用中子轟擊地下地層而在地層中產(chǎn)生非彈性散射核轉(zhuǎn)變和中子俘獲核轉(zhuǎn)變，這可 以發(fā)射非彈性伽瑪射線和中子俘獲伽瑪射線。非彈性伽瑪射線和中子俘獲伽瑪射線可以具 有表征從其獲得非彈性伽瑪射線和中子俘獲伽瑪射線的元素的能譜?？梢员O(jiān)測所發(fā)射的中子的數(shù)量，或者以其它方式知道所發(fā)射的中子的數(shù)量，并且 可以測量產(chǎn)生的伽瑪射線頻譜，并相對于監(jiān)測到的中子輸出對所述產(chǎn)生的伽瑪射線頻譜標(biāo) 進(jìn)行歸一化。已經(jīng)確定的是絕對元素濃度的估計值可以由絕對伽瑪射線能譜學(xué)元素產(chǎn)額獲 得，這可以被稱作伽瑪射線能譜學(xué)產(chǎn)額，所述伽瑪射線能譜學(xué)產(chǎn)額通過已監(jiān)測到或已知的 中子輸出和各種環(huán)境校正值被歸一化以說明地層和/或井眼性質(zhì)。如這里所使用的，術(shù)語“絕對產(chǎn)額”不表示相對于已知地層元素執(zhí)行伽瑪射線能譜學(xué)測量。相反，根據(jù)如下所述的 技術(shù)，可不需要其它元素的直接測量來獲得經(jīng)驗閉合因子?？紤]到上述，圖1顯示用于確定地下地層的絕對元素濃度的系統(tǒng)10，所述系統(tǒng)包 括井下工具12和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14。以示例的方式，井下工具12可以是用于對現(xiàn)有井進(jìn)行 測井的試井鋼絲或電纜測井儀，或者井下工具12可以安裝在用于隨鉆測井(LWD)的底部鉆 具組合中。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14可以裝入到井下工具12中或可以位于遠(yuǎn)距離處。井下工具12 可以被殼體16包圍。井下工具12可以包括被構(gòu)造成將中子發(fā)射到地下地層中的中子源18。僅以示例 的方式，中子源18可以是諸如斯倫貝謝技術(shù)公司的Minitron 的電子中子源，該中子源可 以通過d-D和/或d-T反應(yīng)產(chǎn)生中子脈沖。另外或者可選地，中子源18可以是諸如AmBe 或252Cf的放射源。中子源18的中子輸出可以通過使用各種技術(shù)而已知。例如，如果中子源18包括 放射源，則中子源18的絕對輸出可以通過校準(zhǔn)來確定。另外，因為放射源可以遵循已知的 指數(shù)衰變率并且可以具有已知的半衰期，因此中子源18的絕對輸出可以通過計算作為自 校準(zhǔn)開始的時間的函數(shù)的中子源18活性的變化來確定。如果中子源18包括電子中子發(fā)生器，則中子源18的給定瞬時輸出可以取決于控 制中子的生成并因此控制中子源18的中子輸出的多個參數(shù)。其中，這些參數(shù)可以包括在中 子發(fā)生器管內(nèi)供應(yīng)的離子束流、施加到所述管的加速高壓、和離子源的操作。然而，即使所 有這些參數(shù)被精密調(diào)節(jié)，也可能不能確保恒定中子輸出，因為由于中子發(fā)生器操作特性隨 時間和溫度的變化而可能使中子輸出發(fā)生短期波動。另外，由于發(fā)生器管的老化使得更長 期的變化可能會進(jìn)一步影響中子源18的中子輸出。因此，在一些實施例中，中子監(jiān)測器20可以監(jiān)測來自中子源18的中子輸出。中子 監(jiān)測器20可以例如是塑料閃爍器和光電倍增器，該塑料閃爍器和光電倍增器可以主要檢 測直接來自中子源18的沒有被散射的中子，并且可以提供與來自中子源18的中子輸出率 成比例的計數(shù)率信號。如以下更加詳細(xì)地所述，中子輸出不管是通過中子源18的校準(zhǔn)和 /或適當(dāng)?shù)挠嬎銇泶_定或通過使用中子監(jiān)測器20來確定，所述中子輸出都可以用于確定可 歸因于各種地層元素的絕對能譜產(chǎn)額。中子屏蔽件22可以將中子源18與井下工具12中的各種探測器分開?？梢园?諸如鉛的元素的類似屏蔽件M防止伽瑪射線在井下工具12的各種探測器之間移動。井下 工具12還可以包括一個或多個伽瑪射線探測器，并且可以包括三個或更多個伽瑪射線探 測器。圖1中所示的井下工具12包括兩個伽瑪射線探測器沈和觀?？梢愿淖冑が斏渚€探 測器沈和/或觀在井下工具12中的相對位置。伽瑪射線探測器沈和/或28可以容納在各自的殼體30中。通過產(chǎn)生光，伽瑪射 線探測器沈和/或觀中的閃爍器晶體32能夠通過當(dāng)伽瑪射線散射或被俘獲在閃爍器晶 體32中時檢測伽瑪射線的計數(shù)或能譜。閃爍器晶體32可以是含有例如NaI (Tl)、LaCl3^ LaBr3^ BGO, GSO、YAP和/或其它適當(dāng)材料的無機閃爍探測器。殼體34可以包圍閃爍器晶 體32。當(dāng)伽瑪射線被吸收并且由閃爍器晶體32發(fā)射的光已經(jīng)穿過光學(xué)窗口 38時，光探測 器36可以檢測該光。伽瑪射線探測器沈和/或觀可以被構(gòu)造成獲得伽瑪射線計數(shù)和/ 或伽瑪射線能譜，并因此可以包括伽瑪射線脈沖高度分析器。
一個或多個中子探測器21可以在井下工具12中位于其它位置，并且可以如下所 述用于確定各種環(huán)境校正因子。具體地，一個或多個中子探測器21可以是熱中子探測器、 超熱中子探測器或快中子探測器，該探測器可以允許測量對在伽瑪射線探測器26和/或觀 附近的熱中子通量和/或超熱中子通量的相關(guān)性。這種熱中子通量和/或超熱中子通量可 以通過遠(yuǎn)離中子源18定位的一個或多個中子探測器21進(jìn)行測量或估算。來自中子監(jiān)測器20、中子探測器21、和伽瑪射線探測器沈和/或28的信號可以 作為數(shù)據(jù)40被發(fā)送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14和/或可以通過井下工具12中的嵌入式處理器被 處理或預(yù)先處理。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14可以包括諸如個人計算機的通用計算機，該計算機被構(gòu) 造成運行各種軟件，包括執(zhí)行本技術(shù)的所有技術(shù)或該技術(shù)的一部分的軟件?？蛇x地，其中， 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14可以包括被構(gòu)造成根據(jù)作為系統(tǒng)的一部分而提供的專用軟件和/或硬件 執(zhí)行本技術(shù)的所有技術(shù)或該技術(shù)的一部分技術(shù)的主計算機、分布式計算系統(tǒng)、或?qū)Ｓ糜嬎?機或工作站。此外，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14可以包括單個處理器或多個處理器以便于執(zhí)行目前所 公開的功能。通常，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14可以包括數(shù)據(jù)處理電路44，該數(shù)據(jù)處理電路可以是諸如可 以執(zhí)行各種程序和處理功能的中央處理單元(CPU)的微控制器或微處理器。例如，數(shù)據(jù)處 理電路44可以執(zhí)行被構(gòu)造成影響一些過程并存儲在包括計算機可讀介質(zhì)(例如，存儲裝置 (例如個人計算機的隨機存取存儲器(RAM))或一個或多個大容量存儲裝置(例如，內(nèi)置硬 盤驅(qū)動器或外置硬盤驅(qū)動器、固態(tài)儲存裝置、CD-ROM、DVD、或其它儲存裝置)的產(chǎn)品中或由 所述產(chǎn)品提供的各種操作系統(tǒng)指令以及軟件程序。另外，數(shù)據(jù)處理電路44可以處理作為各 種程序或軟件程序的輸入的包括數(shù)據(jù)40的數(shù)據(jù)。與本技術(shù)相關(guān)聯(lián)的這種數(shù)據(jù)可以儲存在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14的存儲器或大容量存儲 裝置中或者由所述存儲器或大容量存儲裝置提供?？蛇x地，這種數(shù)據(jù)可以經(jīng)由一個或多個 輸入裝置提供給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14的數(shù)據(jù)處理電路44。在一個實施例中，數(shù)據(jù)獲取電路42 可以表示一種這樣的輸入裝置；然而，輸入裝置還可以包括諸如鍵盤、鼠標(biāo)、或類似裝置的 手動輸入裝置。另外，輸入裝置可以包括諸如有線網(wǎng)卡或無線網(wǎng)卡的網(wǎng)絡(luò)裝置、無線網(wǎng)絡(luò)適 配器、或被構(gòu)造成有助于通過任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)(例如，局域網(wǎng)或因特網(wǎng))與其它裝置進(jìn) 行通信的各種端口或裝置中的任一個。通過這種網(wǎng)絡(luò)裝置，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14可以與其它網(wǎng) 絡(luò)電子系統(tǒng)進(jìn)行交換數(shù)據(jù)和通信，而不管靠近該系統(tǒng)或遠(yuǎn)離該系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)可以包括有助于 通信的各種部件。網(wǎng)絡(luò)可以包括開關(guān)、路由器、服務(wù)器或其它計算機、網(wǎng)絡(luò)適配器、通信電纜等。井下工具12可以通過例如遙測系統(tǒng)通信下行鏈路或通信電纜將數(shù)據(jù)40發(fā)送到數(shù) 據(jù)處理系統(tǒng)14的數(shù)據(jù)獲取電路42。在接收數(shù)據(jù)40之后，數(shù)據(jù)獲取電路42可以將數(shù)據(jù)40 發(fā)送到數(shù)據(jù)處理電路44。根據(jù)一個或多個存儲程序，數(shù)據(jù)處理電路44可以處理數(shù)據(jù)40以 確定包圍井下工具12的地下地層的一種或多種特性。這種處理可以涉及例如根據(jù)絕對非 彈性伽瑪射線能譜產(chǎn)額和/或中子俘獲伽瑪射線能譜產(chǎn)額估算地層元素的絕對產(chǎn)額的一 個或多個技術(shù)。之后，數(shù)據(jù)處理電路44可以輸出指示地層的一種或多種確定的特性的報告 46。報告46可以被存儲在存儲器或可以通過例如電子顯示器和/或打印機的一個或多個 輸出裝置提供給操作者。圖2顯示中子感應(yīng)伽瑪射線測井操作，該操作包括將井下工具12放置到周圍地下地層50中。在圖2所示的操作48中，井下工具12已經(jīng)被下入到井眼52中。當(dāng)中子源 18將中子M輸出到周圍地層50時可以開始測井操作48。如果中子源18發(fā)射例如大約 14. IMeV的中子，14. IMeV中子可以通過非彈性散射核轉(zhuǎn)變56與周圍地層50中的原子核碰 撞，這可以產(chǎn)生非彈性伽瑪射線58，并且可以使中子M爆發(fā)而損失能量。當(dāng)中子M損失能 量以變成超熱中子和熱中子時，該中子可以在可以產(chǎn)生中子俘獲伽瑪射線62的中子俘獲 核轉(zhuǎn)變60中被地層50核子吸收。如果中子源18僅發(fā)射不足以產(chǎn)生非彈性散射核轉(zhuǎn)變的 能量的中子M，則基本上僅可以發(fā)生中子俘獲核轉(zhuǎn)變60?？梢杂少が斏渚€探測器沈和/或觀檢測非彈性伽瑪射線58和/或中子俘獲伽 瑪射線62。如以上簡短地所述，伽瑪射線58和62的能譜可以表征所述伽瑪射線由其獲得 的元素。因此，可以對伽瑪射線58和/或62的能譜進(jìn)行分析以確定元素產(chǎn)額。同時，中子源18附近的中子監(jiān)測器20可以測量中子源18的絕對中子輸出。如以 下進(jìn)一步所述，檢測到的伽瑪射線58和/或62能譜與中子源18的絕對中子輸出之間的關(guān) 系可以指示絕對元素產(chǎn)額。然而，由于地層50和井眼52的環(huán)境影響，可能會出現(xiàn)多種復(fù)雜 情況。例如，伽瑪射線探測器沈和/或觀可能基本上僅能夠檢測在地層50的鄰近各個伽 瑪射線探測器26或觀的一定區(qū)域中產(chǎn)生的非彈性伽瑪射線58和/或中子俘獲伽瑪射線 62?？傊凶覯通量的一部分(fraction，或分?jǐn)?shù))可能從此區(qū)域逃逸，并且這部分中子的分 數(shù)可能取決于各種環(huán)境因素。當(dāng)較少的中子M抵達(dá)地層50中伽瑪射線探測器沈和/或 28敏感的區(qū)域時，可以產(chǎn)生較少的可檢測到的伽瑪射線58和/或62。慢化長度是可能會 促進(jìn)這種影響的一個因素。類似地，因為中子源18和伽瑪射線探測器沈和/或觀沒有定位于同一位置處， 因此可能需要對于在地層50中伽瑪射線探測器沈和/或觀敏感的區(qū)域中的中子通量的 變化的幾何效應(yīng)對由一個或多個中子探測器21測量的中子計數(shù)率進(jìn)行校正。來自其它測 井儀和/或模擬的另外的測量值可以用于估算損失的中子M的分?jǐn)?shù)，以及伽瑪射線探測器 沈和/或觀的有效立體角的變化。多個因素可能會促進(jìn)這種影響，如以下所述，可以使用 各種參數(shù)說明所述因素中的多個?？赡馨l(fā)生的另一個復(fù)雜情況可能是對中子俘獲伽瑪射線62的測量。具體地，抵達(dá) 地層50的可由伽瑪射線探測器沈和/或觀檢測到體積的熱中子的數(shù)量可能不與高能量 (例如，14. IMeV)中子的絕對中子輸出成正比。相反，熱中子通量可能取決于在俘獲之前通 過地層50的熱中子的中子遷移和壽命。因此，來自其它測井儀和/或模擬的另外的測量值 可以用于估算抵達(dá)地層50的可由伽瑪射線探測器沈和/或觀檢測到體積的熱中子的分 數(shù)。在這種計算中的一個因子可是地層50的Σ測量值，該測量值表示地層50的宏觀熱中 子俘獲截面。伽瑪射線58和/或62的衰減可能還受地層50的環(huán)境的影響。因為這種伽瑪射 線衰減可受到地層50的地層密度的影響，因此這種測量值可以用于說明這些影響。最后， 井眼52的存在還可能使由伽瑪射線探測器沈和/或觀獲得的伽瑪射線58和/或62的 測量值變得復(fù)雜?？梢允褂镁?2參數(shù)和/或模擬的另外的測量值說明井眼52的環(huán)境影 響，所述另外的測量值可以包括井眼52的直徑和/或井眼52的Σ測量值或估算值。如果井下工具12包括鄰近伽瑪射線探測器沈和/或觀的中子探測器21，則這 種中子探測器21可以用于測量與地層50和/或井眼52中可由伽瑪射線探測器沈和/或觀檢測到的區(qū)域相關(guān)聯(lián)的熱中子通量和/或超熱中子通量。這些測量值可以顯示一定地層 50的環(huán)境特征，可以使用如下所述的技術(shù)對所述環(huán)境特征進(jìn)行校正。圖3和圖4表示用于由檢測到的伽瑪射線能譜確定絕對元素產(chǎn)額的方法的各種實 施例。圖3和圖4中所示的技術(shù)表示可以涉及使用井下工具12和/或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14的 技術(shù)。首先參照圖3，流程圖64以步驟66開始，此時將井下工具12下入到地層50中且井 下工具12的中子源18將中子M發(fā)射到周圍地層50中。在步驟68中(該步驟可以與步 驟66同時發(fā)生)，可以使用中子源18附近的中子監(jiān)測器20測量中子源18的絕對中子輸 出。另外或者可選地，可以隨后根據(jù)中子源18校準(zhǔn)和放射性衰變模型估算中子源18的絕 對中子輸出。在步驟70中，伽瑪射線探測器沈和/或觀可以測量非彈性伽瑪射線58和/ 或中子俘獲伽瑪射線62的能譜，當(dāng)中子M與地層50相互作用時，可以產(chǎn)生所述非彈性伽 瑪射線和/或中子俘獲伽瑪射線。步驟71-76可以大致涉及處理步驟，該處理步驟可以在嵌入在井下工具12和/或 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14中的處理器中發(fā)生。在步驟71中，可以將測量的伽瑪射線能譜分為元素 貢獻(xiàn)、或相對元素產(chǎn)額。在步驟72中，可以相對于中子源18的中子輸出對這些來自可歸因 于所關(guān)心的能譜區(qū)域的伽瑪射線的相對元素產(chǎn)額進(jìn)行歸一化，這可以產(chǎn)生地層50的未被 校正的絕對元素產(chǎn)額。在步驟74中，可以考慮各種因素以對地層50和/或井眼52的可能 會影響測量到的伽瑪射線58和/或62能譜的環(huán)境影響進(jìn)行校正。在步驟76中，根據(jù)以上 關(guān)系，如以下參照公式(1)，可以確定地層50的一個或多個絕對元素濃度?？梢砸匀魏雾樞?完成這些步驟，并且可以通過計算例如以下關(guān)系開始Ai = YdiTotCI^F (參數(shù)-1，參數(shù)-2，....VnCR (1)在以上的公式(1)中，Ai表示每一種元素i的絕對產(chǎn)額。1表示相對元素產(chǎn)額，或 歸因于元素i的測量到的伽瑪射線能譜的分?jǐn)?shù)。TotCR表示在能譜分析中使用以得到相對 產(chǎn)額的能譜的區(qū)域內(nèi)的總計數(shù)率。nCR表示確定的中子討輸出，所述確定的中子M輸出通 過由中子監(jiān)測器20得到的絕對中子計數(shù)測量值和/或通過由校準(zhǔn)或放射性衰變模型得到 的估算值獲得。F表示說明井眼52和/或地層50參數(shù)的環(huán)境校正因子。如上所述，其中， 這種環(huán)境校正可以說明中子遷移和伽瑪射線衰減。以下更加詳細(xì)地說明這些環(huán)境校正和參 數(shù)。在圖4中，流程圖78示出了用于確定地層50和井眼52中的元素濃度的部分絕對 產(chǎn)額的方法的實施例。流程圖78以步驟80開始，此時將井下工具12下入到地層50中并 且井下工具12的中子源18將中子發(fā)射到周圍地層50中。在步驟82中(該步驟可以與步 驟80同時發(fā)生)，可以使用中子源18附近的中子監(jiān)測器20測量中子源18的絕對中子輸 出。另外或者可選地，可以隨后根據(jù)中子源校準(zhǔn)或放射性衰變模型估算中子源18的絕對中 子輸出。在步驟84中，伽瑪射線探測器沈和/或觀可以測量非彈性伽瑪射線58和/或 和中子俘獲伽瑪射線62的能譜，當(dāng)中子M與地層50相互作用時可以產(chǎn)生所述非彈性伽瑪 射線58和/或和中子俘獲伽瑪射線62。步驟85-92可以大致涉及處理步驟，該處理步驟可以在嵌入在井下工具12和/或 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14中的處理器中發(fā)生。在步驟85中，可以將測量的伽瑪射線能譜分為元素 貢獻(xiàn)、或相對元素產(chǎn)額。在步驟86中，可以相對于中子源18的中子輸出對這些來自可歸因 于所關(guān)心的能譜區(qū)域的伽瑪射線的相對元素產(chǎn)額進(jìn)行歸一化，這可以產(chǎn)生地層50的未被校正的絕對元素產(chǎn)額。在步驟88中，可以區(qū)分可歸因于地層50的相對產(chǎn)額和可歸因于井 眼52的相對產(chǎn)額，并且在步驟90中，可以考慮各種因素以對地層50和/或井眼52的可能 會影響測量到的伽瑪射線58和/或62能譜的環(huán)境影響進(jìn)行校正。在步驟92中，如以下參 照公式O)，可以確定可歸因于地層50的部分絕對環(huán)境產(chǎn)額和可歸因于井眼52的部分絕對 環(huán)境產(chǎn)額。具體地，對于同時存在于地層50和井眼52中的元素來說，可以認(rèn)為測量的絕對產(chǎn) 額Ai是地層50中的部分絕對產(chǎn)額AFi和井眼52中的部分絕對產(chǎn)額ABHi的總和。在這種條 件下，可以在以下兩種可能性之間進(jìn)行區(qū)分在由地層50產(chǎn)生的伽瑪射線58和/或62能 譜的一部分與由井眼52產(chǎn)生的伽瑪射線58和/或62能譜的一部分之間具有顯著的能譜 差；沒有可使用的可檢測到的差異。如果地層50和井眼52之間的差異確實存在，則可以使 用該差異將絕對產(chǎn)額Ai分成地層50產(chǎn)額分量Af,i和井眼52產(chǎn)額分量Abh,it)實際實施方案 可以單獨使用兩種標(biāo)準(zhǔn)中的任一種，或者可以使用地層50標(biāo)準(zhǔn)和地層50與井眼52之間的 差異標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，還可以對地層和井眼截面單獨分解校正因子F。可以以任何順序 完成步驟85-92，并且可以通過計算例如以下關(guān)系開始步驟85-92 Ai =Af, ^Abhj1= (YfJFf (參數(shù)-1，參數(shù)-2，....) +YBH, ^Fbh (參數(shù)-1，參數(shù) _2，. . . .)) *TotCR/nCR(2)在以上的公式O)中，Ai表示每一種元素i的絕對產(chǎn)額，而Af, i和Abh, 別表示 元素i在地層50和井眼52中的部分絕對產(chǎn)額。YF,i和YBH,i分別表示地層50或井眼52的 相對元素產(chǎn)額，或可歸因于地層50或井眼52的元素i的測量到的伽瑪射線能譜的分?jǐn)?shù)。 TotCR表示在譜分析中使用以提取相對產(chǎn)額的的能譜的區(qū)域內(nèi)的總計數(shù)率。nCR表示確定 的中子討輸出，所述確定的中子M輸出通過由中子監(jiān)測器20得到的絕對中子計數(shù)測量值 和/或通過由校準(zhǔn)或放射性衰變模型得到的估算值獲得。Ff和Fbh分別表示說明井眼52和 地層50參數(shù)的環(huán)境校正因子。對于由圖3和圖4以及公式⑴和(2)所述的方法的上述兩個實施例中，環(huán)境校 正因子(一個或多個)F可以是相當(dāng)復(fù)雜的函數(shù)。環(huán)境校正因子(一個或多個)F可以被 因式分解，并且可以通過一系列蒙特卡洛計算確定與大多數(shù)參數(shù)的相關(guān)性。環(huán)境校正因子 (一個或多個)F還可以包括由最終井下工具12硬件的校準(zhǔn)確定的比例因子。另外或者可 選地，可以由來自以上由公式(1)或( 所述的閉合歸一化的結(jié)果的自動一致性分析確定 比例因子。以下提供比例因子的示例。環(huán)境校正因子(一個或多個)F采用的參數(shù)(例如，參數(shù)-1等)可以是例如由井下 工具12的被設(shè)計成用于此目的的其它部分或通過其它測井儀測量的任意普通物理參數(shù)。 以示例的方式，其中，這種普通物理參數(shù)可以包括孔隙度測量值或估計值、慢化時間測量值 或估計值、密度測量值或估計值、地層或井眼熱中子俘獲截面測量值或估計值等?？梢杂赏?常沒有被測井儀報告的不同組的物理參數(shù)獲得一個或多個其它參數(shù)，其可以不具有明確的 物理解釋。例如，其中，這種其它參數(shù)可以包括鄰近伽瑪射線探測器沈和/或28的局部中 子通量估計值、鄰近伽瑪射線探測器沈和/或觀的局部中子能量分布估計值、原始中子監(jiān) 測器20的計數(shù)率、原始伽瑪射線探測器沈和/或觀的計數(shù)率等。這些其它參數(shù)可以涉及 使用被定位成與靠近中子源18相比更靠近伽瑪射線探測器沈和/或28的一個或多個中
13子探測器21的測量值。應(yīng)用到中子俘獲伽瑪射線62產(chǎn)額的因子F中的一個或多個可以包括與伽瑪射線 探測器沈和/或觀附近的熱中子通量的相關(guān)性。這種因子F的一種實施可以包括伽瑪射 線探測器沈和/或觀附近的熱中子通量與測量的中子M通量之間的分?jǐn)?shù)，其由一個或多 個中子探測器21測量和/或根據(jù)其它地層50測量值進(jìn)行估算。應(yīng)用到非彈性伽瑪射線58 產(chǎn)額的因子F中的一個或多個可以包括與伽瑪射線探測器沈和/或觀附近的超熱中子通 量的相關(guān)性?？梢酝ㄟ^遠(yuǎn)離中子源18附近的中子監(jiān)測器的一個或多個中子監(jiān)測器20測量 或估算熱中子通量和/或超熱中子通量，或者可以根據(jù)其它地層50測量值估算所述熱中子 通量和/或超熱中子通量。因子F中的一個或多個可以包括與伽瑪射線探測器沈和/或28附近的伽瑪射線 衰減的相關(guān)性。因子F中的一個或多個可以包括對測井儀殼體16中的伽瑪射線衰減的變 化的校正，該變化可能是由于環(huán)境變化和/或磨損而引起的。因子F中的一個或多個可以 包括對由例如中子俘獲核轉(zhuǎn)變60產(chǎn)生的井下工具12背景(kickgroimd)進(jìn)行校正，其中該 中子俘獲核轉(zhuǎn)變60可發(fā)生在構(gòu)成井下工具12的材料中。因子F中的一個或多個可以包括 對伽瑪射線探測器沈和/或觀附近的元素的有效原子序數(shù)的估算值，其通過其它井下測 量值或使用各種其它地層50模型技術(shù)確定。校正因子F的公式的一個示例由公式(3)被描述如下。公式(3)中所述的示例性 校正因子F可以具有與總地層中子俘獲截面(Σ F)、中子慢化長度(Ls)、體積密度(Pb)、井 內(nèi)流體中子俘獲截面(Σ Β)、和井徑(Db)的相關(guān)性，并且可以由以下關(guān)系表示F = ( Σ F+gi) *exp (Ls/g2) *exp ( P b/g3) *exp (DB/g4)(3)其中g(shù)l和g2取決于Db，g3取決于Ls,而g4取決于Σ β。圖5示出了用于獲得地層50的元素濃度的流程圖96。流程圖96的步驟基本上可 以涉及處理步驟，該處理步驟可以在嵌入在井下工具12和/或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14中的處理 器中發(fā)生。具體地，第一步驟96可以涉及獲得元素的絕對產(chǎn)額或元素的部分產(chǎn)額，所述元 素的絕對產(chǎn)額或部分產(chǎn)額可以根據(jù)圖3的流程圖64或圖4的流程圖78確定。在步驟98 中，可以說明正在評價的元素的專門特征，并且可以將該特征應(yīng)用到元素的絕對產(chǎn)額?？梢?利用基于元素的靈敏因子說明這些特征，基于元素的靈敏因子可以例如考慮截面、伽瑪射 線多樣性、伽瑪射線探測器沈和/或觀響應(yīng)、和/或原子量。在步驟100中，可以通過應(yīng) 用適當(dāng)?shù)谋壤蜃诱f明元素、環(huán)境、和/或測井儀的各種物理性質(zhì)。在步驟102中，根據(jù)上 述條件，可以獲得地層50中的元素的部分密度。如以上所述，步驟96-102可以涉及處理步驟，所述處理步驟可以在嵌入在井下工 具和/或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)14中的處理器中發(fā)生。具體地，可以通過計算例如以下公式(4)執(zhí) 行步驟96-102。對于給定元素i的部分密度可以描述如下ρ i = A1ZS1^f(4)其中Si是其中說明截面、伽瑪射線多樣性、伽瑪射線探測器沈和/或28響應(yīng)、和 /或原子量的基于元素的靈敏度，而f是比例因子。以示例的方式，比例因子f可以是由基本原理計算確定的常數(shù)，其可以由特定元 素的物理常數(shù)(例如，質(zhì)量)和/或環(huán)境的其它物理信息(例如，體積密度)獲得。另外 或者可選地，比例因子f可以由對在一定預(yù)定條件或已知條件下的測量值的校準(zhǔn)值得出，或可以包括來自對在一定預(yù)定條件或已知條件下的測量值的校準(zhǔn)值的分?jǐn)?shù)。在一個實施例 中，因子f可以是地層50深度的常數(shù)。為了允許進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)以補償沒有在計算絕對產(chǎn)額Ai時進(jìn)行說明的二次影響，如 上所述，比例因子f可以是函數(shù)，而不是常數(shù)?？梢酝ㄟ^采用作為函數(shù)的比例因子f進(jìn)行說 明的影響可以包括例如類似于伽瑪射線探測器沈和/或觀偏移和/或分辨率下降的其余 儀器影響。另外或者可選地，這種影響還可以包括來自測量的原始數(shù)據(jù)的在計算絕對產(chǎn)額 Ai時之前還沒有進(jìn)行說明的環(huán)境影響。以示例的方式，由溫度和/或壓力產(chǎn)生并且在公式 (1)或O)的因子f中還沒有說明的環(huán)境影響可以通過采用對這種影響進(jìn)行說明的比例因 子函數(shù)f來進(jìn)行說明?？梢允褂酶鞣N技術(shù)驗證地層50的被確定的部分元素密度。在一個示例中，如由以 下關(guān)系所述，與地層50相關(guān)的所有可測量的部分密度的總和Σ JpfJ可以小于或等于地 層50的體積密度 P b, eff ·Σ i(pFji) ^ Pbjeff(5)通常，因為不是可以使用這里所述的技術(shù)測量地層50的所有元素，因此所有可測 量的部分密度的總和Σ JpfJ將在大多數(shù)情況下小于地層50的體積密度Pb,rff。在由圖6的流程圖104所示的另一個示例中，可以使用涉及相對產(chǎn)額的技術(shù)檢查 根據(jù)絕對產(chǎn)額Ai確定的元素濃度結(jié)果的一致性。具體地，在第一步驟106中，如上所述，可 以根據(jù)涉及絕對產(chǎn)額的技術(shù)確定地層50的元素濃度。在第二步驟108中，如以下所述參照 公式(6)和(7)、和/或公式(8)，可以根據(jù)涉及具有相對產(chǎn)額的元素閉合或氧化物閉合的 技術(shù)確定地層50的元素濃度。在步驟110中，可以驗證元素濃度。在一些實施例中，驗證 步驟110可以涉及合并根據(jù)相對產(chǎn)額確定的元素濃度與根據(jù)絕對產(chǎn)額確定的元素濃度以 獲得結(jié)果的加權(quán)平均數(shù)，其中權(quán)重可以是常數(shù)或者根據(jù)置信度估計值來調(diào)節(jié)。這種用于氧化物閉合的技術(shù)可以用作元素濃度的第二估計以檢查如上所述根據(jù) 絕對產(chǎn)額Ai計算的部分密度Pitl氧化物閉合過程可以利用中子俘獲能譜學(xué)數(shù)據(jù)和鋁(Al) 和鉀(K)的單獨測量值。該模型可以假設(shè)由中子俘獲能譜學(xué)測量檢測到的地層50元素可 以以定量的方式與所述元素的氧化物或地層中的最常見的形式有關(guān)，并且所有氧化物總和 為一。該模型采取以下關(guān)系的形式XKWK+XA1ffAi+F{ Σ Xi(YiZSi)I = 1(6)其中\(zhòng)是將元素轉(zhuǎn)換成該元素的氧化物或最常見結(jié)合體(例如，鈣通常被轉(zhuǎn)化成 CaCO3而不是CaO)的因子，W是元素在地層中的重量分?jǐn)?shù)，Y是由俘獲能譜獲得的元素的相 對產(chǎn)額，而S是基于特定元素的俘獲截面和測井儀對該元素的特征輻射的靈敏度的預(yù)先確 定的測量靈敏度。在對F進(jìn)行求解之后，每一個元素的重量分?jǐn)?shù)可以被計算為Wi = FxYiZSi(7)另外或者可選地，上述方法可以用于由非彈性伽瑪射線58產(chǎn)生的能譜。使用上述 方法，可以使用非彈性能譜產(chǎn)額測量多個元素。可以使用相對于中子源18輸出的歸一化值 將這些產(chǎn)額描述為絕對元素產(chǎn)額。類似于Al、Mg、Ca、Si、S的元素可以存在于非彈性伽瑪 射線58能譜和中子俘獲伽瑪射線62能譜中。使用經(jīng)環(huán)境校正的絕對產(chǎn)額可以將來自非彈 性伽瑪射線58能譜的結(jié)果和中子俘獲伽瑪射線62能譜的結(jié)果結(jié)合或使用非彈性能譜作為 獨立解。
以類似于對由于中子俘獲伽瑪射線62得到的絕對能譜產(chǎn)額和相對能譜產(chǎn)額的比 較的方式，可以比較由于非彈性伽瑪射線58得到的非彈性絕對產(chǎn)額和非彈性相對產(chǎn)額，并 且在適當(dāng)?shù)那闆r下，在加權(quán)平均產(chǎn)額中結(jié)合所述非彈性絕對產(chǎn)額和非彈性相對產(chǎn)額。另外， 對于存在于非彈性能譜和俘獲能譜中的元素來說，由于非彈性伽瑪射線58得到的絕對非 彈性產(chǎn)額和由于中子俘獲伽瑪射線62得到的中子俘獲產(chǎn)額可以用于提高上述答案的準(zhǔn)確 度和精確性。當(dāng)非彈性產(chǎn)額可以不受地層50或井眼52的熱中子俘獲截面的影響時，對非 彈性產(chǎn)額的環(huán)境校正還可以更加簡單。這使得在高井眼52礦化度和相關(guān)聯(lián)的高中子俘獲 截面的情況下，非彈性產(chǎn)額尤其有價值。另外或者可選地，可以采用第二閉合模型驗證根據(jù)絕對產(chǎn)額Ai計算的部 分密度Pi,這尤其可以在僅可獲得中子俘獲能譜學(xué)數(shù)據(jù)的情況中使用，美國專利 No. 5, 471, 057"METHOD AND APPARATUS for DETERMINING ELEMENTAL CONCENTRATIONS FOR GAMMA RAY SPECTROSCOPY TOOLS”中說明了這種情況，該專利通過引用在此全文并入。除 了該模型消除鋁(Al)和鉀(K)項之外，此模型可以與由以上公式(6)和(7)所述的模型相 同。另外，如由以下關(guān)系所述，此模型修改關(guān)聯(lián)因子OCi)以說明沒有鋁(Al)和鉀(K)測量 值F{ Σ Xi(YiZSi)I = 1(8)在利用涉及絕對產(chǎn)額的技術(shù)獲得地層的元素濃度并且使用氧化物閉合技術(shù)獲得 地層的元素濃度之后，可以相對于彼此檢查這兩種計算。之后，根據(jù)絕對產(chǎn)額確定的元素濃 度可以與根據(jù)相對產(chǎn)額和氧化物閉合確定的元素濃度合并以獲得結(jié)果的加權(quán)平均數(shù)。此加 權(quán)平均數(shù)可以具有恒定權(quán)數(shù)或置信度估算調(diào)節(jié)權(quán)數(shù)?；谙鄬Ξa(chǎn)額和閉合的元素濃度與基 于絕對產(chǎn)額的元素濃度的比較還可以用于通過使兩個得到的濃度在已知或簡單區(qū)域中或 在總測量區(qū)域的大部分區(qū)域上一致來確定比例因子f。雖然這里已經(jīng)僅示出和說明了一些特征，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會進(jìn)行多種修 改和改變。因此，要理解的是所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入本公開的實際精神內(nèi)的所有這類 修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括 井下工具，包括中子源，所述中子源被構(gòu)造成將中子發(fā)射到地下地層中以產(chǎn)生非彈性散射核轉(zhuǎn)變和中 子俘獲核轉(zhuǎn)變；中子監(jiān)測器，所述中子監(jiān)測器被構(gòu)造成檢測所發(fā)射的所述中子的計數(shù)率；和 伽瑪射線探測器，所述伽瑪射線探測器被構(gòu)造成獲得伽瑪射線能譜，所述伽瑪射線能 譜至少部分地由非彈性伽瑪射線和中子俘獲伽瑪射線得到，所述非彈性伽瑪射線由所述非 彈性散射核轉(zhuǎn)變產(chǎn)生，所述中子俘獲伽瑪射線由所述中子俘獲核轉(zhuǎn)變產(chǎn)生；和 數(shù)據(jù)處理電路，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成 由所述伽瑪射線能譜確定相對元素產(chǎn)額；和至少部分地根據(jù)所述相對元素產(chǎn)額相對于所發(fā)射的所述中子的計數(shù)率的歸一化值確 定絕對元素產(chǎn)額。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成至少部分地根據(jù)環(huán) 境校正因子確定所述絕對元素產(chǎn)額，所述環(huán)境校正因子至少部分地說明對所發(fā)射的所述中 子、所述非彈性伽瑪射線、所述中子俘獲伽瑪射線、或發(fā)射的所述中子、所述非彈性伽瑪射 線和所述中子俘獲伽瑪射線的任意組合的環(huán)境影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成至少部分地根據(jù)環(huán) 境校正因子確定所述絕對元素產(chǎn)額，所述環(huán)境校正因子至少部分地說明所發(fā)射的所述中子中的、能夠從所述地下地層中所述伽瑪射線探測器敏感的區(qū)域逃逸 的分?jǐn)?shù)；對所述地下地層中所述伽瑪射線探測器敏感的區(qū)域中的中子通量的變化的幾何效應(yīng)；對所述地下地層中所述伽瑪射線探測器敏感的區(qū)域的立體角的幾何效應(yīng)； 所述非彈性伽瑪射線和所述中子俘獲伽瑪射線在所述地下地層中的衰減； 所述地下地層中所述伽瑪射線探測器敏感的區(qū)域中的熱中子通量； 所述地下地層中所述伽瑪射線探測器敏感的區(qū)域中的超熱中子通量；或 以上所述的任意組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成至少部分地根據(jù)環(huán) 境校正因子確定所述絕對元素產(chǎn)額，所述環(huán)境校正因子是與所述地下地層的一個或多個物 理特征有關(guān)的一個或多個參數(shù)的函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成至少部分地根據(jù)環(huán) 境校正因子確定所述絕對元素產(chǎn)額，所述環(huán)境校正因子是與所述地下地層的一個或多個物 理特征有關(guān)的一個或多個參數(shù)的函數(shù)，其中，所述一個或多個參數(shù)包括所述地下地層的孔隙度； 所述地下地層的慢化時間； 所述地下地層的密度； 所述地下地層的熱中子俘獲截面； 所述地下地層中的井眼的熱中子俘獲截面；在所述地下地層中所述伽瑪射線探測器敏感的區(qū)域處的中子通量的估計值；在所述地下地層中所述伽瑪射線探測器敏感的區(qū)域處的中子能量分布的估計值；來自所述中子監(jiān)測器的原始計數(shù)率；來自所述伽瑪射線探測器的原始伽瑪射線計數(shù)率；或以上所述參數(shù)的任意組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成至少部分地根據(jù)所 述相對元素產(chǎn)額乘以所述伽瑪射線能譜中用于獲取所述相對產(chǎn)額的區(qū)域內(nèi)的總伽瑪射線 計數(shù)除以所發(fā)射的所述中子的計數(shù)率的商的乘積確定所述絕對元素產(chǎn)額。
7.一種方法，包括以下步驟使用中子源將已知近似數(shù)量的中子發(fā)射到地下地層中以產(chǎn)生非彈性散射核轉(zhuǎn)變和中 子俘獲核轉(zhuǎn)變；使用伽瑪射線探測器測量來自非彈性伽瑪射線的伽瑪射線能譜和來自中子俘獲伽瑪 射線的伽瑪射線能譜，所述非彈性伽瑪射線由所述非彈性散射核轉(zhuǎn)變產(chǎn)生，所述中子俘獲 伽瑪射線由所述中子俘獲核轉(zhuǎn)變產(chǎn)生；使用處理器由所述伽瑪射線能譜確定元素的相對產(chǎn)額；以及使用所述處理器至少部分地根據(jù)所述元素相對產(chǎn)額相對于所發(fā)射的中子的已知近似 數(shù)量的歸一化值確定所述元素的絕對產(chǎn)額。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的所述，包括以下步驟使用所述處理器至少部分地根據(jù)所述絕對產(chǎn)額和基于元素的靈敏度確定所述地下地 層中的元素的濃度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，至少部分地根據(jù)所述基于元素的靈敏度確定所 述元素的濃度，其中，所述基于元素的靈敏度被構(gòu)造成說明所述元素的截面；與所述元素相關(guān)聯(lián)的伽瑪射線多樣性； 所述伽瑪射線探測器對由所述元素得到的伽瑪射線的響應(yīng)； 所述元素的原子量；或 以上所述的任意組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，包括以下步驟使用所述處理器至少部分地根據(jù)所述絕對產(chǎn)額和比例因子確定所述地下地層中的元 素的濃度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，至少部分地根據(jù)所述比例因子確定元素的所 述濃度，其中，所述比例因子包括由所述元素的物理常數(shù)和所述地下地層的物理特征得到的常數(shù)； 由包括所述中子源和所述伽瑪射線探測器的井下工具的校準(zhǔn)得到的常數(shù)； 包括來自對所述井下工具相對于已知條件下的測量值的校準(zhǔn)值的分?jǐn)?shù)的常數(shù)，所述井 下工具包括所述中子源和所述伽瑪射線探測器； 基于深度的常數(shù)；或 以上所述常數(shù)的任意組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，至少部分地根據(jù)所述比例因子確定所述元素 的濃度，其中，所述比例因子是被構(gòu)造成補償環(huán)境影響或與伽瑪射線探測器性能下降有關(guān)的儀器影響、或所述環(huán)境影響和所述儀器影響的組合的函數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的所述，包括以下步驟使用所述處理器至少部分地根據(jù)所述絕對產(chǎn)額、基于元素的靈敏度和比例因子確定所 述地下地層中的元素的濃度。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，包括以下步驟使用所述處理器至少部分地根據(jù)所述元素的絕對產(chǎn)額確定所述地下地層中的元素的 濃度，以及使用所述處理器至少部分地根據(jù)所述元素的相對產(chǎn)額的閉合歸一化值確定所述地下 地層中的元素的濃度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括以下步驟使用所述處理器確定至少部分地根據(jù)所述元素的絕對產(chǎn)額確定的所述地下地層中的 元素的濃度和至少部分地根據(jù)所述元素的相對產(chǎn)額的閉合歸一化值確定的所述地下地層 中的元素的濃度的加權(quán)平均，其中，所述加權(quán)平均的權(quán)重是常數(shù)或能夠根據(jù)置信度估計值 來調(diào)節(jié)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括以下步驟使用所述處理器確定比例因子，所述比例因子是至少部分地根據(jù)所述元素的絕對產(chǎn)額 確定的所述地下地層中的元素的濃度與至少部分地根據(jù)所述元素的相對產(chǎn)額的閉合歸一 化值確定的所述地下地層中的元素的濃度之間的比較。
17.一種系統(tǒng)，包括井下工具，所述井下工具被構(gòu)造成將已知近似數(shù)量的中子發(fā)射到地下地層，并且檢測 來自伽瑪射線的伽瑪射線能譜，當(dāng)所發(fā)射的所述中子與所述地下地層相互作用時產(chǎn)生所述 伽瑪射線；和數(shù)據(jù)處理電路，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成由所述伽瑪射線能譜確定元素的相對產(chǎn) 額、并且至少部分地根據(jù)所述元素的相對產(chǎn)額相對于所發(fā)射的所述中子的已知近似數(shù)量的 歸一化值和環(huán)境校正因子確定元素的絕對產(chǎn)額，所述環(huán)境校正因子至少部分地說明對發(fā)射 的所述中子、所述非彈性伽瑪射線、所述中子俘獲伽瑪射線、或發(fā)射的所述中子、所述非彈 性伽瑪射線和所述中子俘獲伽瑪射線的任意組合的環(huán)境影響。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述井下工具被構(gòu)造成使用校準(zhǔn)的放射源發(fā) 射已知近似數(shù)量的中子，所述校準(zhǔn)放射源在可預(yù)測的速率下發(fā)射中子。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述井下工具被構(gòu)造成使用電子中子發(fā)生器 發(fā)射已知近似數(shù)量的中子，所述電子中子發(fā)生器的中子輸出由中子監(jiān)測器監(jiān)測。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述井下工具被構(gòu)造成以足以產(chǎn)生非彈性散 射核轉(zhuǎn)變的能量將已知近似數(shù)量的中子發(fā)射到所述地下地層中。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述井下工具被構(gòu)造成以足以產(chǎn)生中子俘獲 核轉(zhuǎn)變而不產(chǎn)生非彈性散射核轉(zhuǎn)變的能量將已知近似數(shù)量的中子發(fā)射到所述地下地層中。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述井下工具被構(gòu)造成檢測抵達(dá)所述地下地 層中所述井下工具敏感的區(qū)域的中子的數(shù)量。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成至少部分地根據(jù) 所述環(huán)境校正因子確定所述元素的絕對產(chǎn)額，其中，所述環(huán)境校正因子是因式分解函數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成至少部分地根據(jù) 所述環(huán)境校正因子確定所述元素的絕對產(chǎn)額，其中，所述環(huán)境校正因子是基于與所述地下 地層的一個或多個物理特征有關(guān)的一個或多個參數(shù)的函數(shù)，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu) 造成通過一系列蒙特卡洛計算確定所述環(huán)境校正因子和所述一個或多個參數(shù)的相關(guān)性。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成至少部分地根據(jù) 所述環(huán)境校正因子確定所述元素的絕對產(chǎn)額，其中，所述環(huán)境校正因子包括基于所述井下 工具的校準(zhǔn)的比例因子。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成至少部分地根據(jù) 所述環(huán)境校正因子確定所述元素的絕對產(chǎn)額，其中，所述環(huán)境校正因子包括由所述地下地 層中確定的所述元素的絕對產(chǎn)額與所述元素的絕對濃度的確定值之間的關(guān)系確定的比例 因子，其中，所述絕對濃度的確定值不是基于所述元素的相對產(chǎn)額相對于發(fā)射的中子的已 知近似數(shù)量的歸一化值。
27.一種方法，包括以下步驟使用井下工具中的中子源將已知近似數(shù)量的中子從井眼發(fā)射到地下地層中以產(chǎn)生非 彈性散射核轉(zhuǎn)變和中子俘獲核轉(zhuǎn)變；使用所述井下工具中的伽瑪射線探測器測量來自非彈性伽瑪射線的伽瑪射線能譜和 來自中子俘獲伽瑪射線的伽瑪射線能譜，所述非彈性伽瑪射線由所述非彈性散射核轉(zhuǎn)變產(chǎn) 生，所述中子俘獲伽瑪射線由所述中子俘獲核轉(zhuǎn)變產(chǎn)生；使用處理器由所述伽瑪射線能譜確定所述地下地層中的元素的部分相對產(chǎn)額；使用處理器由所述伽瑪射線能譜確定所述井眼中的元素的部分相對產(chǎn)額；以及使用所述處理器至少部分地根據(jù)所述地下地層中的元素的部分相對產(chǎn)額相對于所發(fā) 射的已知近似數(shù)量的中子的歸一化值確定所述地下地層中的元素的部分絕對產(chǎn)額，并且使 用所述處理器至少部分地根據(jù)在所述井眼中的元素的部分相對產(chǎn)額相對于所發(fā)射的已知 近似數(shù)量的中子的歸一化值確定所述井眼中的元素的部分絕對產(chǎn)額。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，根據(jù)所述地下地層中的元素的能譜標(biāo)準(zhǔn)確定 所述地下地層中的元素的部分相對產(chǎn)額，并且其中根據(jù)所述井眼中的元素的能譜標(biāo)準(zhǔn)確定 所述井眼中的元素的部分相對產(chǎn)額。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，根據(jù)所述地下地層中的元素的能譜標(biāo)準(zhǔn)確定 所述地下地層中元素的部分相對產(chǎn)額，并且其中根據(jù)所述地下地層中的元素的能譜標(biāo)準(zhǔn)與 所述井眼中的元素的能譜標(biāo)準(zhǔn)之間的差異確定所述井眼中的元素的部分相對產(chǎn)額。.
30.一種系統(tǒng)，包括井下工具，所述井下工具包括中子源，所述中子源被構(gòu)造成將中子發(fā)射到地下地層中；中子監(jiān)測器，所述中子監(jiān)測器被構(gòu)造成確定由所述中子源發(fā)射的中子的中子計數(shù)率；伽瑪射線探測器，所述伽瑪射線探測器被構(gòu)造成測量伽瑪射線的伽瑪射線能譜和伽瑪 射線計數(shù)率，所述伽瑪射線由所發(fā)射的所述中子與所述地下地層的相互作用產(chǎn)生；和數(shù)據(jù)處理電路，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成至少部分地根據(jù)所述伽瑪射線能譜確定元 素的相對產(chǎn)額，和至少部分地根據(jù)所述元素的相對產(chǎn)額乘以所述伽瑪射線計數(shù)率除以所述 中子計數(shù)率的商的乘積確定所述元素的絕對產(chǎn)額。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中，所述井下工具包括比所述中子源更靠近所述 伽瑪射線探測器的中子探測器。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理電路被構(gòu)造成至少部分地根據(jù) 環(huán)境校正因子確定所述元素的絕對產(chǎn)額，其中，所述環(huán)境校正因子取決于所述地下地層中所述伽瑪射線探測器敏感的區(qū)域中的熱中子通量； 包括所述地下地層中所述伽瑪射線探測器敏感的區(qū)域的熱中子通量相對于所述中子 計數(shù)率的分?jǐn)?shù)；取決于所述地下地層中所述伽瑪射線探測器敏感的區(qū)域中的超熱中子通量； 取決于所述地下地層中所述伽瑪射線探測器敏感的區(qū)域中的伽瑪衰減； 包括對所述井下工具的殼體中的伽瑪射線衰減的變化的校正； 包括所述地下地層中所述伽瑪射線探測器敏感的區(qū)域中的元素的原子序數(shù)的估計值；或以上所述的任意組合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于由中子感應(yīng)伽瑪射線能譜學(xué)估算地下地層的絕對元素濃度的系統(tǒng)和方法。在一個示例中，用于估算地下地層中的元素的絕對產(chǎn)額的系統(tǒng)(10)可以包括井下工具(12)和數(shù)據(jù)處理電路(14)。井下工具可以包括中子源(18)，用于將中子發(fā)射到地下地層中；中子監(jiān)測器(20)，用于檢測所發(fā)射的中子的計數(shù)率；和伽瑪射線探測器(26，28)，用于獲得伽瑪射線能譜，所述伽瑪射線能譜至少部分地由非彈性伽瑪射線和中子俘獲伽瑪射線得到，所述非彈性伽瑪射線由所述非彈性散射核轉(zhuǎn)變產(chǎn)生，所述中子俘獲伽瑪射線由所述中子俘獲核轉(zhuǎn)變產(chǎn)生。數(shù)據(jù)處理電路可以被構(gòu)造成由所述伽瑪射線能譜確定相對元素產(chǎn)額；和至少部分地根據(jù)相對元素產(chǎn)額相對于所發(fā)射的中子的計數(shù)率的歸一化值確定絕對元素產(chǎn)額。
文檔編號G01V5/10GK102084271SQ200980125733
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者克里斯蒂安·斯特勒, 吉姆·A·格勞, 馬庫斯·伯海德 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司