利用基于钻头的有源辐射源和伽玛射线检测器进行地层评估制造技术

根据一种实施方式制造的钻头包括配置成在钻取井筒的过程中把辐射感生到地层中的源和在钻头中配置成检测响应由源感生的辐射的、来自地层的辐射的传感器。钻头还可以包括配置成处理从传感器接收到的信号以便估计地层属性的电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对相关申请的交叉引用本专利技术要求于2010年4月19日提交的美国临时专利申请序列号61/325,423的优先权。
本公开内容总体上涉及包括传感器的钻头，所述传感器用于提供与检测来自地层的伽玛射线相关的测量结果。
技术介绍
油井（井筒）通常是用包括具有钻井组件（也称为井底钻具组件或者“BHA”）的管状组件的钻柱来钻取的，钻头附接到该钻井组件的底端。钻头旋转，使地层破裂，从而钻出井筒。BHA包括用于提供与涉及钻井操作、BHA行为以及被钻井筒周围地层的多个参数（地层参数）有关的信息的设备与传感器。包括辐射检测器在内的、通常称为随钻测井（LWD）传感器或者随钻测量（MWD）传感器的多个传感器设置在BHA中，用于估计地层的属性。检测在大地中自然发生的伽玛射线（“无源测量”）或者检测响应于从辐射源引起的辐射的、从地层中发射的辐射（“有源测量”）的辐射传感器设置在BHA中。当钻头从一种类型的地层移动到另一种类型的地层时，例如从页岩移动到沙砾或者反过来时，这样的传感器不紧邻地层，并且可能无法提供与区分岩层相关的高分辨率结果。此外，辐射传感器的这种设置无法提供关于钻头前面的地层的信息。因此，需要基于钻头的无源和有源辐射传感器，以提供在钻取井筒的过程中对地层属性的改进的估计。
技术实现思路
在一个方面，本公开内容提供了一种钻头，所述钻头包括钻头体和钻头体中的辐射传感器。在一个方面，辐射传感器配置成检测来自被钻地层的自然发生的伽玛射线（在这里称为“无源模式”）。在另一个方面，辐射传感器检测响应于由源感生到地层中的辐射的散射的辐射（在这里称为“有源模式”）。在一个方面，源可以选择性地被激活和停用，使得自然发生的射线和散射的射线可以在不同的时间周期或窗口中被检测到。在一个方面，源可以设置在钻头中。辐射传感器可以集成到位于钻头体上的刀具中、柄中或者任何其它合适的位置中。源可以是自然发生的伽玛射线源，例如钾、铀和/或钍。辐射源可以是伽玛射线源或者中子源。辐射传感器可以是伽玛辐射和/或中子传感器。在另一个方面，本公开内容提供了制造钻头的方法。在一个方面，该方法可以包括：提供钻头；把配置成检测来自地层的辐射的辐射传感器设置在钻头中；把辐射源设置在钻头中；提供控制电路，该控制电路在于地层中钻取井筒的过程中选择性地激活和停用所述源。在又一方面，本公开内容提供了在地层中钻取井筒时使用的钻井系统。该钻井系统可以包括具有位于钻具组件一端的钻头体的钻头；设置在钻头中并且配置成提供代表从被钻地层所检测到的辐射的信号的辐射传感器；配置成把辐射感生到地层中的源；以及配置成利用从传感器接收到的信号估计关于被钻地层的感兴趣参数的处理器。所希望的感兴趣参数可以是地层和/或矿床边界的岩性。在又一方面，本公开内容提供了在地层中钻取井筒的方法。该方法可以包括利用具有辐射传感器的钻头钻取井筒；检测来自被钻地层的辐射，所检测到的辐射是地层中自然发生的伽玛射线和/或响应有源感生的辐射而散射的辐射中的一种；以及处理检测到的辐射，来估计关于地层的感兴趣的属性。对在此所公开的装置与方法的某些特征的例子进行了有些广义地概述，以便可以更好地理解以下对其的具体描述。当然，下文中公开的装置与方法还有将构成所附权利要求主题的附加特征。附图说明为了详细理解本公开内容，应当联系附图参考以下具体描述，在附图中相同的元件通常用相同的标号来指示，其中：图1是用于钻取井筒的钻井系统的示意图，包括具有钻头的钻柱，其中钻头是根据本公开内容的一种实施方式制造的；图2是根据本公开内容一种实施方式的示例性钻头的等距视图，示出了辐射传感器在钻头中的设置和用于对由辐射传感器产生的信号进行至少部分处理的电路；以及图3示出了在根据本公开内容一种实施方式的示例性钻头中辐射传感器与源的设置。具体实施方式本公开内容涉及使用钻头中的辐射传感器从被钻地层检测自然发生的伽玛射线与响应由源感生的辐射而产生的辐射的设备与方法。本公开内容容许有不同形式的实施方式。附图示出并且说明书描述了本公开内容的具体实施方式，但应当理解本公开内容应当被看作所公开内容原理的示例而不是要把所公开内容限制到在此所说明和描述的公开内容。图1是示例性钻井系统100的示意图，该系统可以使用在此所公开的钻头来钻取井筒。图1示出了井筒110，包括在其中安装了外套112的上段111和用钻柱118钻取的下段114。钻柱118包括在其底端携带钻具组件130（也称为井底钻具组件或者“BHA”）的管状组件116。管状组件116可以通过连接钻管部分来形成或者它也可以是盘管。钻头150附接到BHA 130的底端，以使岩层破裂，从而在地层119中钻出选定直径的井筒110。没有示出例如推进器、稳定器、定心器的设备和例如用于在期望方向引导钻具组件130的引导单元的设备。术语井筒和钻孔在这里作为同义词使用。钻柱118示为从位于地面167的钻塔180传送进入井筒110。为了方便解释，图1中示出的示例性钻塔180是陆地钻塔。在此所公开的装置与方法还可以与用于钻取海上井筒的钻塔一起使用。在地面处耦合到钻柱118的转台169或者顶驱（未示出）可以用于旋转钻柱118并由此旋转钻具组件130和钻头150来钻取井筒110。也可以提供钻井电动机155（也称为“泥浆马达”）来旋转钻头。控制单元（或者控制器）190可以是基于计算机的单元，其可以设置在地面167处，用于接收和处理由钻头中的传感器和钻具组件130中的其它传感器发送的数据，并且用于控制钻具组件130中各种设备和传感器的选定操作。在一种实施方式中，地面控制器190可以包括处理器192、用于存储数据的数据存储设备（或者计算机可读介质）194和计算机程序196。数据存储设备194可以是任何合适的设备，包括但不限于只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、闪存存储器、磁带、硬盘和光盘。为了钻取井筒，来自钻井液源179的钻井液在压力下泵送到管状组件116中。钻井液在钻头150的底部释放并且经钻柱118与井筒110内壁之间的环形空间（也称为“环带”）返回地面。仍然参考图1，钻头150可以包括一个或多个辐射源162。在一个方面，辐射源可以是伽玛射线源，例如铯-137（CS-137）。当伽玛射线辐射感生到地层中时，所感生出的伽玛射线与地层相互作用并散射。钻头还可以包括传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.19 US 61/325,4231.一种钻头，包括：
钻头体；
所述钻头体中的源，配置成在钻取井筒的过程中把辐射感生到所
述钻头周围的地层中；以及
所述钻头体中的至少一个传感器，配置成在钻取井筒的过程中检
测响应于在地层中感生的辐射的辐射。
2.如权利要求1所述的钻头，其中所述源选自包括伽玛射线源
及中子源的组。
3.如权利要求1所述的钻头，其中所述至少一个辐射传感器包
括选自包括以下传感器的组的传感器：中子传感器和伽玛射线传感器。
4.如权利要求1所述的钻头，还包括配置成选择性地把地层暴
露于来自所述源的辐射的控制单元。
5.如权利要求4所述的钻头，其中所述控制单元包括可移动组
件，所述可移动组件在第一位置把来自所述源的辐射暴露给地层，而
在第二位置防止地层暴露于来自所述源的辐射。
6.如权利要求4所述的钻头，其中所述控制单元包括动力单元，
该动力单元配置成在所述第一位置和所述第二位置之间移动所述可移
动组件。
7.如权利要求6所述的钻头，其中所述动力单元选自包括以下
单元的组：电气操作的单元；以及液压操作的单元。
8.如权利要求7所述的钻头，还包括阀门，该阀门配置成控制
流体向所述可移动组件的提供，以便在所述第一位置和所述第二位置
之间移动所述可移动组件。
9.如权利要求1所述的钻头，还包括配置成处理由所述至少一
个传感器提供的信号的控制电路。
10.如权利要求1所述的钻头，其中所述至少一个传感器集成到
所述钻头的刀具中。
11.如权利要求1所述的钻头，其中所述至少一个传感器设置在
所述钻头的柄、锥体、叶片或刀具中的一个中。
12.如权利要求1所述的钻头，还包括配置成在远端设备与所述

【专利技术属性】
技术研发人员：T·T·郑，E·沙利文，D·A·柯里，小民·C·程，F·因纳克，刘翼，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：
国别省市：