使用中子源的定向测量制造技术

一种主要用于钻孔中的测量工具，具有位于外壳内的中子源和位于外壳内的基于中子的探测器。中子源和基于中子的探测器中至少之一离开旋转的纵轴偏移。轴向偏移的中子源或基于中子的探测器允许通过旋转钻孔内的工具对钻孔周围的岩层进行定向测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用中子源的定向测量
当前的描述涉及钻孔(borehole)中的定向测量，并且尤其涉及基于从中子源生成的信息在钻孔中的定向测量。
技术介绍
钻孔测量装置可以用于确定围绕钻孔的岩层特性并且通常用在为了从围绕钻孔的岩层提取诸如碳氢化合物的自然资源而钻探的井眼中。钻孔测量装置可以使用不同类型的测量方法，例如，钻孔测量装置可以使用伽马测量方法、热中子测量方法、电阻率测量或其他类型的测量方法。图1示出钻孔测量装置在确定已有的垂直钻孔的岩层特性中的使用。如所示出的，钻孔102钻透多个岩层104a、104b、104c、104d、104e。测量装置106可以下放到钻孔以确定一个或多个特性。测量装置106可以包括例如中子源108以及一个或多个中子探测器110a、110b，中子探测器诸如伽马探测器、热中子探测器或超热中子探测器。测量特性可以与钻孔内的测量的高度相关联。可以在钻孔被钻探后或正在被钻探时进行垂直钻孔中的测量。钻孔还可以包括被水平钻探的部分。针对水平钻孔，钻探的方向可以被控制以“引导”钻孔。可以使用地理导航控制钻探的方向。地理导航可以利用岩石切削分析和/或电阻率和/或自然伽马射线测量来确定周围岩层的岩层特性并且如此确定合适的或期望的钻探方向。岩石切削分析一般涉及在钻探期间对岩石进行分析的井场地质师。然后，钻探方向则基于该分析的结果。当利用井下测量时，诸如电阻率和自然伽马射线，测量分析可以用于确定井路径或井结构。在地理导航中，期望在钻柱的前面或者尽可能地靠近钻柱的前面，并且尽可能远地在钻头之前测量岩层特性。为了提供方向信息，需要能够在钻柱的径向方向上提供测量。通常，定向测量由于测量的全方位性质而不涉及核测量。伽马探测器可以通过使用在一个位置具有窗口的屏蔽材料来提供径向测量。尽管有窗口的伽马探测器可以提供径向测量，但期望使用诸如热或超热测量的中子测量，因为这些中子能够进一步穿透进入岩层中。然而，屏蔽中子所需的屏蔽层的厚度较大并且因此对于在井下应用中使用是不实际的。期望在径向方向上进行中子测量。
技术实现思路
根据本申请公开的实施例，提供用于在定向钻探中使用的设备，包括：外壳，其尺寸被设计为容纳在钻孔内并具有旋转的纵轴；位于外壳内的中子源；以及位于外壳内的基于中子的探测器，中子源和基于中子的探测器中至少之一离开旋转的纵轴偏移。在设备的另一实施例中，中子源沿着旋转的纵轴定位，并且基于中子的探测器离开旋转的纵轴偏移。在设备的另一实施例中，基于中子的探测器沿着旋转的纵轴定位，中子源离开旋转的纵轴偏移。在设备的另一实施例中，中子源离开旋转的纵轴偏移，并且基于中子的探测器离开旋转的纵轴偏移。在设备的另一实施例中，基于中子的探测器是超热中子探测器、热中子探测器、以及伽马探测器中之一。在设备的另一实施例中，还包括位于外壳内的第二基于中子的探测器。在设备的另一实施例中，中子探测器是热中子探测器，以及第二中子探测器是伽马探测器。在设备的另一实施例中，还包括：短热中子探测器，位于在纵向方向上与中子源相距第一距离处；长热中子探测器，位于在纵向方向上与中子源相距比第一距离大的第二距离处；短伽马探测器，位于在纵向方向上与中子源相距第三距离处；以及长伽马探测器，位于在纵向方向上与中子源相距比第三距离大的另一距离处。在设备的另一实施例中，中子源和中子探测器中至少之一能够相对于钻孔围绕旋转的纵轴旋转。在设备的另一实施例中，还包括方位测量装置，其能够确定基于中子的探测器相对于中子源的旋转位置。在设备的另一实施例中，还包括将基于中子的探测器的测量值传送至位于钻孔外部的计算装置的通信接口。在设备的另一实施例中，其中，通信接口还传送基于中子的探测器相对于中子源的旋转位置。在设备的另一实施例中，通信接口提供与位于钻孔外部的计算装置的实时的或接近实时的通信。根据本申请公开的另一实施例，还提供一种确定钻孔周围的岩层特性的径向方向信息的方法。该方法包括：接收来自包括中子源和基于中子的探测器的井下测量装置的测量信息，中子源和基于中子的探测器中至少之一离开测量装置的旋转的纵轴偏移，测量信息包括利用基于中子的探测器的测量值以及在进行相关测量时中子源和基于中子的探测器相对于钻孔的相对方位的指示；以及确定围绕钻孔的径向方向的岩层特性，岩层特性基于所接收到的基于中子的探测器的测量的指示来确定，径向方向根据相对方位来确定。在该方法的另一实施例中，井下测量装置包括与中子源不对称地排列的多个中子探测器。在该方法的另一实施例中，多个中子探测器包括：至少一个热中子探测器；至少一个伽马探测器。在该方法的另一实施例中，多个中子探测器包括：短热中子探测器；长热中子探测器；短伽马探测器；以及长伽马探测器。附图说明下面将参考附图描述实施例，其中：图1是用于在垂直钻孔中提供井下测量的测井工具的图；图2是用于使用中子源的定向测量的钻探系统的图；图3示出中子源偏移与差分中子强度的图；图4是利用中子源在测试定向测量中使用的测试设备的图；图5是图3的测试设备中的中子场的图；图6A-D是图3的测试设备中中子场随着中子源的变化位置的图；图7是在图3的测试设备中进行的测量的图；图8是在图3的测试设备中进行的测量的图；图9是能够使用中子源进行定向测量的测井工具的示例的图；图10示出能够使用中子源进行定向测量的测井工具的另一示例；图11A-C示出示例性的中子源和探测器排列；图12示出定向钻探系统的部件；以及图13示出使用中子源的定向导航的方法。具体实施方式如在下文进一步描述的，可以在不使用屏蔽的情况下使用中子源进行定向测量。基于中子的定向测量可以在钻孔钻探的地理导航中使用。即，定向测量可以用于确定或便于确定钻孔周围的岩层特性并确定钻孔的钻探路径。中子源和探测器可以提供关于岩层特性的有用信息。如这里进一步描述的，可以确定这些测量的方向并如此确定相关岩层特性的位置或建议位置。因此，可以使用定向测量来朝向具有期望岩层特性的位置“引导”钻孔的钻探路径，从而允许对于诸如石油或天然气的碳氢化合物产品的更优化的钻探结构。图2是用于使用中子源进行定向测量的钻探系统的图。如所示出的，在地壳中钻探钻孔202，地壳可以包括多个不同的岩层204a、204b、204c(总地称为岩层204)。如可以理解的，不同的岩层具有不同的特性，诸如孔隙率、密度、粘土水平、含油饱和度、含水饱和度以及其他特性。期望钻探路径可以基于这些期望特性来确定。例如，如果钻孔被钻探以用于油井，则期望将钻孔导向具有高含油饱和度或者显示高含油饱和度的特性的岩层。钻孔202由钻探系统206形成。钻探系统206包括用于钻探钻孔202以及测量和记录钻孔202和周围岩层204的数据的多个部件。可以理解，钻探系统206代表典型的钻探系统，并且可以有多个特定钻探系统，它们对于特定应用具有特定适用性，这对于本领域技术人员是已知的。钻探系统206在钻孔中包括钻柱。钻柱在其头部具有钻头208和泥浆马达210。在压力下将钻探泥浆从地面供给至泥浆马达210。钻探泥浆使得泥浆马达210旋转钻头208。注意，当使用所示出的泥浆马达时，作为连接在泥浆马达210和地面之间的钻柱的部件的上柱部件不随着钻头208旋转。一个或多个管212可以包括在钻柱中。管212被示出为在其内部214内具有多个传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在定向钻探中使用的设备，包括：外壳，其尺寸被设计为容纳在钻孔内并具有旋转的纵轴；位于所述外壳内的中子源；以及位于所述外壳内的基于中子的探测器，所述中子源和所述基于中子的探测器中至少之一离开旋转的纵轴偏移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.20 US 61/766825;2013.02.20 US 61/766823;201.一种被配置为在定向钻探中使用的对岩层进行定向测量的设备，所述设备包括：外壳，其尺寸被设计为容纳在钻孔内并具有旋转纵轴；位于所述外壳内的未屏蔽的中子源；以及位于所述外壳内的未屏蔽的基于中子的探测器，其相对于所述中子源围绕所述外壳的旋转纵轴不对称地布置，其中所述设备被配置为旋转，使得当接收在所述钻孔内时旋转的情况下，在所述设备围绕所述钻孔内的所述旋转纵轴旋转360°时获得所述岩层的围绕所述钻孔的径向360°的定向测量值。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述中子源沿着所述旋转纵轴定位，并且所述基于中子的探测器离开所述旋转纵轴偏移。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述基于中子的探测器沿着所述旋转纵轴定位，并且所述中子源离开所述旋转纵轴偏移。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述中子源离开所述旋转纵轴偏移，并且所述基于中子的探测器离开所述旋转纵轴偏移。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述基于中子的探测器是以下中之一：超热中子探测器；热中子探测器；以及伽马探测器。6.根据权利要求1所述的设备，还包括位于所述外壳内的第二基于中子的探测器。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述基于中子的探测器是热中子探测器，以及所述第二基于中子的探测器是伽马探测器。8.根据权利要求1所述的设备，包括：短热中子探测器，位于在纵向方向上与所述中子源相距第一距离处；长热中子探测器，位于在所述纵向方向上与所述中子源相距比所述第一距离大的第二距离处；短伽马探测器，位于在所述纵向方向上与所述中子源相距第三距离处；以及长伽马探测器，位于在所述纵向方向上与所述中子源相距比所述第三距离大的另一距离处。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述中子源和所述基...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·克雷默，
申请(专利权)人：罗克科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA