井下伽马射线检测制造技术

一种稳定用于井下测井工具的伽马射线检测器的增益的方法。该方法基于对完全伽马谱的反向散射峰值的处理。

【技术实现步骤摘要】

一般地讲，本专利技术涉及井眼伽马射线测井。
技术介绍
在测井中，使用位于井眼内的检测器测量伽马射线是一种常见的操作。在诸如钍、铀与钾(Th，U，K)等地下材料衰变时发射天然伽马射线，每种这些材料都发射由于发射各种能量的伽马射线而产生的特征频谱。在油气资源探测中，测量天然伽马射线尤其有用，这是因为人们认为单独或混合地测量的Th，U，K聚集可以很好地指示先前不可得的、有关环绕井眼的地层中页岩或粘土的存在、类型、以及体积的信息。谱模式检测器，即对伽马射线能量敏感的检测器，可以提供作为能量函数的伽马射线频谱。可替换地，可以不鉴别能量地计数伽马射线这种原始计数模式提供有关是否存在页岩的有用信息。另外，伽马射线检测器也可以检测中子感生(neutron-induced)的伽马射线。使用测井工具中的中子源以获得环绕井眼的地层特征是公知的，特别对于测量地层孔隙度。特定技术涉及使用诸如AmBe等化学源来提供中子以照射地层，从而可以检测返回到井眼的散射中子，并且导出地层特征(孔隙率)。照射地层还可以从被激发原子衰变感生伽马射线，该感应可以由伽马射线检测器检测。中子源可以是中子的电子发生器，其允许用大大高于由生成人们过去使用的AmBe源的中子的平均能量(4MeV)的能量(14MeV)的中子照射地层。结果，地层中原子核数目显著增加，这些原子核蜕变为放射性元素。具体地讲，氧原子核可能转换为氮原子核；放射性氮原子通过β衰变迅速衰变为激发态氧，其进而通过发射伽马射线衰变。所发射的伽马射线大部分具有大约6.1MeV的能量，其大大高于来自天然产生的放射性材料的伽马射线。伽马射线检测器也可以计数由伽马射线发生器产生的伽马感生的伽马射线。伽马射线发生器以能量相对较低例如600keV的伽马射线照射地层。伽马射线由地层中的电子散射，每次散射事件都丢失能量。因此，散射的伽马射线也具有相对较低的能量，并且可以在伽马射线检测器处检测，以提供有关环绕井眼的地层的信息。放射性示踪伽马射线也可以在伽马射线检测器处检测。放射性示踪剂被注入地层和/或井眼，并且发射放射性示踪伽马射线。检测放射性示踪伽马射线，并提供有关地层内和/或套管(casing)后流体的可能行为的信息。因此可能在井眼内检测来自多个源的伽马射线。在井眼的钻挖操作过程中可以进行伽马射线测井，从而尽早提供有关环绕井眼的被钻孔部分的地层的信息。图1显示钻挖同时测井的系统的例子的示意图。钻挖同时测井工具108包含钻柱端部的钻头101。钻柱103用来钻挖井眼102。测井工具(104，105，109)安装在钻柱103内，从而允许将钻探泥浆通过泥浆通道106运送。钻探泥浆向下泵至钻头101，在那里其有助于清理钻屑并将其通过钻柱103与地层107之间的环面带至地表。测井工具(104，105，109)之一可包含中子发生器104，其以高能中子照射地层107，从而提供的地层107的孔隙率的测图。伽马射线检测器109可以靠近中子发生器配置，以测量由所生成的中子感生的伽马射线。另外，伽马射线检测器105可以测量地层107的天然中子放射性。意在测量天然中子放射性的伽马射线检测器105也可能检测由伽马射线感生源(例如中子发生器104)产生的伽马射线。在美国专利5459314中描述了对于意在检测伽马感生的伽马射线的检测器的校正方法。密度源(density source)用伽马射线照射地层，伽马射线与地层相互作用，并在地层或井眼内散射之后检测。意在检测散射伽马射线的检测器也可能检测与由密度源发射的伽马射线无关的、非伽马感生的伽马射线，即由另一测井工具源生成的伽马射线或来自地层的天然伽马射线。该校正方法包含识别并去除所检测的非伽马感生的伽马射线。所述识别可以通过以下进行检测在门限能量级之上的伽马射线，并且确定非伽马感生的伽马射线的计数。然后，从总伽马射线计数中减去非伽马感生的伽马射线的计数，以获得来自密度源的伽马射线计数。伽马射线检测器的增益被定义为伽马射线信号幅度与伽马射线能量的比例。伽马射线频谱系统的增益可能作为伽马射线检测器的光电倍增器的高电压、光电倍增器的老化、温度等等的函数而变化。因此必须稳定伽马射线检测器的增益。一般用来稳定增益的第一种方法包含生成具有预定能量的伽马射线的峰值，即具有被明确定义的预定位置的校准峰值。因为已知校准峰值的预定能量，所以一旦在检测器处检测到峰值，调节增益使得校准峰值的所检测的位置等于预定位置就相对容易了。此方法可以用基本检测器与三个鉴别器来实现。然而当计数相关伽马射线时，必须从所检测的伽马射线的总数中减去校准峰值的伽马射线。因此，计数误差可能相对较高。对于检测计数率相对较低的天然伽马射线放射性，如果使用第一种方法，则对相关伽马射线的计数可能不够精确。在美国专利5360975中描述的第二种方法包含记录完全伽马射线频谱，并且确定基准频谱与所记录的频谱之间的最佳拟合。最佳拟合的增益用来调节伽马射线检测器的增益。该方法要求检测器处于谱模式以获得完全伽马射线频谱。欧洲专利EP0640848描述了用于套管井中的第三种方法。第三种方法针对稳定意在用来计数高能中子感生伽马射线的检测器的增益。高能中子发生器用高能中子照射套管与地层，其产生高能中子感生的伽马射线与热中子感生的伽马射线。配备定时部件以获得两种伽马射线的度量。因为套管包含铁原子，所以在热中子感生的伽马射线的度量中总包含铁峰值。因此，基于铁峰值稳定检测器增益。一旦稳定了增益，则认为高能中子感生的伽马射线的度量正确。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供了一种稳定用于井下测井工具的伽马射线检测器的增益方法。该方法基于对完全伽马谱的反向散射峰值的处理。在第一优选实施方式中，该方法包含确定第一比率，第一比率相应于能量在第一预定能量范围内的伽马射线。确定第二比率，第二比率相应于能量在第二预定能量范围内的伽马射线。第一预定能量范围与第二预定能量范围跨越反向散射峰值。在第二优选实施方式中，调整增益，使得第一比率与第二比率的比例基本等于预定值。在第三优选实施方式中，调整增益，使得第一比率与乘以预定正系数的第二比率的差异基本等于零。在第四优选实施方式中，测量所检测的反向散射峰值的重心位置。调整增益，使得测定的重心位置等于基准重心位置。在第五优选实施方式中，检测器意在检测来自环绕井眼的地层的天然伽马射线。在第六优选实施方式中，伽马射线感生源位于伽马射线检测器的附近。在第七优选实施方式中，检测器意在检测中子感生的伽马射线。在第二方面，本专利技术提供了一种稳定用于井下测井工具的伽马射线检测器的增益的系统。所述系统包含伽马射线检测器，用来检测伽马射线。所述系统还包含鉴别部件，其允许比较所检测的伽马射线的能量与至少三个调节门限。该三个调节门限位于完全伽马谱的反向散射峰值的能量临域。所述系统还包含调整部件，用来调整伽马射线检测器的增益。在第八优选实施方式中，鉴别部件允许确定第一比率与第二比率，第一比率与第二比率相应于能量分别在第一预定能量范围与第二预定能量范围内的伽马射线，第一预定能量范围与第二预定能量范围跨越反向散射峰值。在第九优选实施方式中，所述系统还包含计算部件，用来计算第一比率与第二比率的比例，并且比较该比例与预定值。在第十优选实施方式中，鉴别部件允许比较所检测的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稳定用于井下测井工具的伽马射线检测器的增益的方法，所述方法基于对完全伽马谱的反向散射峰值的处理。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉姆格劳，克里斯琴斯托勒，罗纳德普拉塞克，
申请(专利权)人：施蓝姆伯格海外股份有限公司，
类型：发明
国别省市：PA[巴拿马]