用于检测超热中子和热中子的方法和系统的制作方法
用于检测超热中子和热中子的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于检测超热中子和热中子的方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]无。
[0003]背景
[0004]中子地层评价工具利用由与工具相关联的中子源产生的高能中子质询井眼周围的地层。通过中子与井眼和地层的元素的各种类型的相互作用，一些中子的能量降低。中子检测器可以检测(或“计数”)从地层收回的具有特定能级的中子，例如热中子。
[0005]中子对氢原子的存在敏感，氢原子在将中子的能量降低至热级方面有效。氢原子指示地层特性如孔隙率，地层特性因此可基于到达中子检测器处的热中子数量来确定。具体而言，大量氢原子会带来随后由中子检测器检测到的更多热中子。然而，井眼或地层中倾向于捕获热中子的某些离子如卤素的存在降低了中子检测器处所接收的中子的计数。这对基于由中子检测器检测到的中子数量的孔隙率计算的准确性具有不利影响。
[0006]附图简述
[0007]为详细描述示例性实施方案，现将仅通过举例来参考附图，其中:
[0008]图1示出根据至少一些实施方案的系统；
[0009]图2示出根据至少一些实施方案的系统；
[0010]图3a_3c示出根据至少一些实施方案的包括中子检测器和中子屏蔽件的测井工具的简化截面图；
[0011]图4a-4b示出根据各种实施方案的示例性地层孔隙率对深度曲线图；
[0012]图5示出根据至少一些实施方案的方法；以及
[0013]图6示出根据至少一些实施方案的计算机系统。
[0014]符号和命名法
[0015]某些术语贯穿以下描述和权利要求书用于指代具体系统部件。如本领域技术人员将了解，油田服务公司可用不同名称来指代部件。本文件不意图区分名称不同但功能相同的部件。
[0016]在以下论述和权利要求书中，术语“包括”和“包含”以包含性方式使用，并且因此应解释为意指“包括但不限于……”。此外，术语“联接(couple)”或“联接(couples)”旨在意指间接或直接连接。因此，如果第一装置联接至第二装置，所述连接可以是通过直接连接或通过借由其它装置和连接进行的间接连接。
[0017]如此处所使用，术语“约”应意指在引用值加上或减去5% (+/-5% )以内的值。
[0018]如本文所使用，术语“释放中子”应意指中子远离中子源行进，而不应涉及产生中子的机制(例如，粒子碰撞、放射性衰变)。
【具体实施方式】
[0019]以下论述涉及本公开的各种实施方案。虽然这些实施方案中的一个或多个可能是优选的，但所公开的实施方案不应解释为或以其它方式用作限制本公开、包括权利要求书的范围。此外，本领域技术人员将理解，以下描述具有广泛的应用，并且任何实施方案的论述仅意指例示所述实施方案，并且不意图指示本公开、包括权利要求书的的范围限于所述实施方案。
[0020]根据各种实施方案，工具包括中子检测器和中子屏蔽件，所述中子屏蔽件可相对于中子检测器在封闭位置与非封闭位置之间移动。如本领域中已知，中子检测器检测(或“计数”)热中子的到达。中子屏蔽件具有外部表面并且限定内部体积，并且在至少一些实施方案中，可具有环绕工具的大体圆柱形形状。中子屏蔽件阻止所具有的能量低于预先确定能级的中子穿过屏蔽件(例如，穿过外部表面而到达内部体积)，并且允许所具有的能量低于预先确定能级的中子穿过。中子屏蔽件处于非封闭位置时，中子检测器至少部分地位于中子屏蔽件的内部体积之外；然而，中子屏蔽件处于封闭位置时，中子检测器位于中子屏蔽件的内部体积内。因此，当中子屏蔽件处于封闭位置时，入射到中子屏蔽件的外部上的低于能量阈值的中子如热中子被吸收；然而，入射在中子屏蔽件的外部上的较高能中子如超热中子行进至内部体积。
[0021]根据各种实施方案，中子屏蔽件被构造成使得因超热中子行进穿过屏蔽件而损失的能量导致中子在行进穿过屏蔽件而到达屏蔽件的内部体积之后变为热中子。在一些实施方案中，中子屏蔽件可由镉构造并且可具有约2毫米或更大的厚度。镉是超热中子可穿透的，而所具有的吸收热中子的可能性却非常高。当中子屏蔽件处于非封闭位置时，中子检测器检测来自井眼和地层的热中子，而超热中子表现为噪声并且因此不被检测。因此，当中子屏蔽件处于封闭位置时，因为中子屏蔽件将热中子与中子检测器阻隔开，中子检测器检测来自井眼和地层的超热中子。
[0022]与易被井眼或地层中所存在的某些离子(例如，卤素)捕获的热中子不同，超热中子不太可能被捕获。通过观察检测到的热中子(即，当中子屏蔽件处于非封闭位置时)与检测到的超热中子(即，当中子屏蔽件处于封闭位置时)之间的差异，可确定关于地层中的卤素如氯的信息并且随后在确定地层的孔隙率时将所述信息考虑在内。换言之，通过检测热中子和超热中子，可获得地层孔隙率并且具体而言氢原子浓度的更丰富视图。另外，减轻了地层中所存在的卤素对氢浓度计算和孔隙率计算的不利影响。下文将参照附图论述本公开的各种实施方案。
[0023]图1示出用于钻探操作的井底钻具组件100，其中井底钻具组件100包括脉冲中子地层评价工具102和钻头101。井底钻具组件100通过钻柱106从钻探平台104如船或其它钻探平台下放。钻杆106延伸穿过隔水管108和井口 110。支撑在井架112之内和周围的钻探设备使钻杆106和钻头101旋转，从而使钻头101形成穿过地层材料116的井眼114。钻杆106与井眼114之间所限定的体积被称为环空118。井眼114穿透被认为含有商业可行量的碳氢化合物的地下区域或储层如储层120。同样与本文的教义相一致的是:工具102用在其它井底钻具组件中，并且与利用路基平台进行的陆基钻探以及如图1中所示的离岸钻探中的其它钻探装置一起被采用。除了工具102之外，井底钻具组件100还可包括各种其它系统，如井下钻探电动机、旋转可转向工具、泥浆脉冲遥测系统以及其它随钻测量和/或随钻测井传感器和系统。
[0024]在一些实施方案中，由工具102收集的信息可存储在工具102内，并且在工具102被提升至地表或平台104时被读取。在其它实施方案中，可在工具102位于井眼114内时，将由工具收集的一些或所有信息发送至地表或平台104。例如，可以钻杆106内的钻井液中的压力脉冲方式来发送已编码的由工具102收集的一些或所有信息。在又其它实施方案中，可在嵌入在钻杆106的管道内的通信路径上、例如通过电导体或光导体发送由工具102收集的信息。
[0025]工具102可由任何合适的机构联接在井底钻具组件100内。例如，在一些实施方案中，工具102在一端上具有阳螺纹“公”扣连接件，并且在另一端上具有阴螺纹“母”扣连接件，以使得工具102联接至井底钻具组件100的其它部件。外表面122的至少一部分形成压力容器，用于生成中子、检测中子以及检测Y的各种部件都位于压力容器内。此外，流体导管(在图1中不可见)也可驻留在外表面122内，并且钻井液在其到达钻头101的行程中穿过流体导管。
[0026]虽然在一些实施方案中，地层评价工具用于钻探操作，但在又其它实施方案中，地层评价工具用于电缆测井操作。具体而言，图2示出电缆测井系统，其包括邻近所关注地层204放置在井眼202内的测井工具200。工具200可包括压力容器206，工具200的各种子系统都驻留在压力容器206内，并且在图2的说明性情况下，压力容器206通过线缆208悬浮在井眼202内。线缆208、在一些实施方案中为多导体铠装线缆不仅为压力容器206提供支撑，而且在这些实施方案中将工具200可通信地联接至地表遥测模块210和地表计算机212。工具200可通过线缆208来在井眼202内提升和下放，并且工具200在井眼202内的深度可由深度测量系统214(示出为深度轮)来确定。取决于应用，压力容器206可覆盖有热中子吸收材料216(为了使附图清晰，放大了热中子吸收材料的厚度)；然而，在中子检测为首要的许多实施方案中，材料216可能仅部分地存在或完全省略掉。
[0027]图3a示出根据至少一些实施方案的测井工具300的简化部分截面图。测井工具300示出井底钻具组件100中的工具102，或电缆工具200。具体而言，图3示出压力容器302，压力容器302密封各种内部部件以免与井眼流体和压力接触。说明性地，压力容器302内驻留了遥测模块304、计算机系统306、中子源308以及近中子检测器310a和远中子检测器310b。如图所示，中子检测器310定位在中子源308上方；然而，在一些实施方案中这种取向可颠倒。
[0028]在一些实施方案中，中子源308是氘/氚中子发生器。然而，同样可使用能够产生和/或释放中子的任何中子源。中子源308在来自地表计算机系统212的命令下(图2，在电缆工具的情况下)，或在来自工具内的计算机系统306的命令下(在随钻测量(MWD)、随钻测井(LWD)或钢缆工具的情况下)生成和/或释放高能中子。在氘/氚中子发生器的具体情况下，中子是基于加速以与 涂布有氚的靶材312(以虚线示出，因为靶材将位于密封腔室内)碰撞的氘离子生成。或者，可使氚离子加速到氘涂布的靶材上。碰撞使粒子融合，从而产生氦和具有14.2兆电子伏特(MeV)的能量的中子。通过与靶材312进行的粒子碰撞所生成的中子在所有方向上随机向外传播，并且因此靶材312可以被视作是所产生中子的发射点。
[0029]由源308产生的中子通过碰撞(例如，弹性或非弹性)和/或热捕获与原子相互作用。在碰撞的情况下，中子与原子核碰撞，并且中子的能量降低。中子可多次与原子核碰撞，每次都损失能量。在一次或多次碰撞(以及对应的能量损失)之后，中子达到称为超热能的能量(即，超热中子)。随后，在进一步碰撞之后，中子达到称为热能的能量(即，热中子)。处于热能时，中子被原子核捕获的可能性远远大于超热中子被捕获的可能性。
[0030]根据至少一些实施方案，中子检测器310是密封腔室氦-3检测器。在这种类型的检测器中，通过中子与中子检测器310的压力壳体314中的氦-3的相互作用来检测中子。在至少一些实施方案中，近检测器310a位于与中子源308相距约一英尺之内，而远检测器310b位于与中子源308相距二至三英尺之间。地层或井眼特性如孔隙率可基于近检测器310a处检测到的中子与远检测器310b处检测到的中子之比来确定。
[0031]如上文所解释，基于中子检测确定地层孔隙率依赖于以下事实:中子对氢原子的存在敏感，因为氢原子能够将中子的能量降低至热级。另外，所存在氢原子的数量是地层孔隙率的良好指示。然而，井眼或地层中倾向于捕获热中子的某些离子如卤素的存在意味着中子检测器310检测到较少中子，并且因此所计算出的氢原子的存在率将较低。因此，真正的氢原子浓度和相关联的地层特性变得更加难以准确地计算。
[0032]现转到图3b，中子屏蔽件320被示出与中子检测器310处于操作关系，并且具体而言，被示出相对于中子检测器310处于非封闭位置。在图3b中，为简便仅示出一个中子检测器310 ;然而，如在图3a中，在某些实施方案中可存在近中子检测器和远中子检测器。中子屏蔽件320具有面向外部(S卩，朝向地层)的外部表面并且限定内部体积，所述内部体积包括工具300和位于中子屏蔽件320内部的区域。在一些实施方案中，中子屏蔽件320的形状大体上是圆柱形的，并且所具有的高度大得足以在移动至封闭位置时封闭中子检测器。
[0033]中子屏蔽件320阻止所具有的能量低于预先确定值的中子穿过。中子屏蔽件320处于非封闭位置时，中子检测器310至少部分地位于中子屏蔽件320的内部体积之外；然而，中子屏蔽件320处于封闭位置时，中子检测器310位于中子屏蔽件320的内部体积内。因此，当中子屏蔽件320处于封闭位置时，入射到中子屏蔽件320的外部上的热中子被吸收；然而，入射在中子屏蔽件320的外部上的较高能中子如超热中子行进至内部体积。
[0034]图3c示出处于封闭位置中的中子屏蔽件320，其中中子检测器310被中子屏蔽件320封闭并且设置在中子屏蔽件320的内部体积内。中子屏蔽件320可由电动机致动以沿工具300轴向平移，从而在封闭位置与非封闭位置之间移动。如上所述，为了简便仅示出一个中子检测器310。在包括近检测器310a和远检测器310b两者的实施方案中，一个中子屏蔽件可用于封闭两个检测器(即，当中子屏蔽件320处于封闭位置时，两个检测器都设置在中子屏蔽件320的内部体积内)。在包括近检测器310a和远检测器310b两者的其它实施方案中，分开的中子屏蔽件可用于封闭每个检测器(即，第一中子屏蔽件处于封闭位置时，检测器310a设置在第一中子屏蔽件内；并且第二中子屏蔽件处于封闭位置时，检测器310b设置在第二中子屏蔽件内)。
[0035]根据各种实施方案，中子屏蔽件320被构造成使得入射到屏蔽件320的外部表面上的任何热中子都被阻止行进至屏蔽件320的内部体积。在一些实施方案中，中子屏蔽件可由镉构造并且可具有约2毫米的厚度。当中子屏蔽件320处于非封闭位置中时，中子检测器310检测来自井眼和地层的热中子，而超热中子表现为噪声并且因此不被检测。因此，当中子屏蔽件320处于封闭位置时，因为中子屏蔽件320将热中子与中子检测器310阻隔开，中子检测器310检测来自井眼和地层的超热中子。如上文所解释，超热中子不太可能被井眼或地层中所存在的某些离子(例如，卤素)捕获。通过观察检测到的热中子(即，当中子屏蔽件320处于非封闭位置时)与检测到的超热中子(即，当中子屏蔽件320处于封闭位置时)之间的差异，可确定关于地层中的卤素离子如氯(例如，由于盐水的存在)的信息并且随后在确定地层的孔隙率时将所述信息考虑在内。换言之，通过检测热中子和超热中子，可获得地层孔隙率并且具体而言氢原子浓度的更丰富视图。另外，减轻了地层中所存在的卤素对氢浓度计算和孔隙率计算的不利影响。
[0036]虽然在图3b和图3c中未进行描绘，但在一些实施方案中，也具有外部表面和内部体积的第二中子屏蔽件相对于中子检测器310处于操作关系。第二中子屏蔽件类似地阻止所具有的能量低于第二预先确定值的中子穿过。在多于一个中子屏蔽件相对于中子检测器310处于可操作关系的实施方案中，能够更确切地调节允许穿过而到达中子检测器310并且在内部体积内是热中子的中子的能级。例如，通过将一个屏蔽件移动至封闭位置，在内部体积内检测所具有的能量高于第一阈值的中子。之后，通过将另一个屏蔽件移动至封闭位置，替代地在内部体积内检测所具有的能量高于第二阈值的中子。另外，在一些实施方案中，可同心地布置中子屏蔽件，以使得屏蔽件的组合允许在内部体积内检测所具有的能量高于最高阈值的中子。通过使得能够由中子检测器310检测具有不同能级的中子，可确定关于与地层相互作用的中子的光谱信息。中子屏蔽件的其它类似组合也在本公开的范围内。
[0037]图4a和图4b示出根据各种实施方案的示例性孔隙率对深度曲线图400、450。虽然曲线图400、450描绘了孔隙率单位，但本领域技术人员将理解，此类单位可基于对氢原子浓度的认识来确定。如上文所解释，氢原子浓度可使用中子检测、例如近检测器310a处检测到的中子与远检测器310b处检测到的中子之比来确定。
[0038]在曲线图400中，中子屏蔽件320处于非封闭位置，并且因此中子检测器310检测从周围地层入射到其上的热中子。在此具体实例中，对于前30英尺，孔隙率相对恒定地保持在30孔隙率单位左右，并且地层中不存在NaCl。
[0039]之后，在30与60英尺之间，NaCl(例如，呈盐水形式)以约150kppm的水平被引入到地层中；然而，地层的孔隙率同样增大。在此具体情况下，增加的氢原子和增加的氯离子的净效应仍是检测到的地层孔隙率的增大；也就是说，氯离子的存在率并非大到使得足够的中子被捕获以平衡因氢原子浓度增大而数量增加的热中子。然而，如下文将进一步详细解释，氯离子的存在仍然影响对中子的检测以及随后对氢原子浓度和地层孔隙率的计算。
[0040]在60与90英尺之间，地层中的NaCl增加至约260kppm的水平，这对应于与饱和盐水相关联的水平。在曲线图400中，孔隙率看起来降低至31-32孔隙率单位之间，并且在没有其它背景的情况下，操作员将会认为地层孔隙率在60-90英尺之间的深度处降低。
[0041]在图4b中所示的曲线图450中，中子屏蔽件320处于封闭位置，并且因此中子检测器310在中子屏蔽件320的内部体积内检测超热中子。如图所示，如在图4a中，前60英尺的深度看起来相对来说是相同的，这是因为以下事实:氯离子的浓度总体上并非高得足以使得地层孔隙率的计算不准确。然而，在其中在曲线图400中孔隙率看起来减小至约31-32孔隙率单位的60-90英尺之间，在曲线图450中，所确定的孔隙率实际上增大至约35孔隙率单位。
[0042]曲线图450示出检测不易被例如氯离子捕获的超热中子(因中子屏蔽件320而降低至热能级)的结果。因此，通过检测释放到地层中的中子的光谱信息，获得地层特性如孔隙率的更丰富且更准确的视图。
[0043]图5示出根据至少一些实施方案的方法500 (所述方法500在一些实施方案中可部分地由软件实施)。方法500在块502中以将测井工具设置在穿透地层的井眼内开始。方法500之后在块504中以由设置在测井工具内的中子源释放中子继续。最终，方法500包括确定关于与地层相互作用、在相互作用之后入射到测井工具上的中子的光谱信息。如上文所解释，关于中子的光谱信息可通过以下方式来确定:中子检测器310在中子屏蔽件320处于非封闭位置时检测热中子，并且在中子屏蔽件320处于封闭位置时检测超热中子。通过实现对中子进行这种光谱检测，因为超热中子未被类似地捕获，所以降低了因例如捕获热中子的卤素的存在所致的不准确性。
[0044]图6更详细地示出计算机系统600，所述计算机系统600示出地表计算机系统212和计算机系统306。因此，参照图6描述的计算机系统600在工具处于井眼内的时间段内可邻近井眼(如针对电缆工具)，计算机系统600可位 于油田服务公司的控制中心处，或者计算机系统600可位于测井工具内(如针对LWD、MWD或钢缆工具)。计算机系统600包括处理器602，并且所述处理器借助于网桥装置608而联接至主存储器604。此外，处理器602可借助于网桥装置608而联接至长期存储装置610 (例如，硬盘驱动器)。可由处理器6020执行的程序可存储在存储装置610上，并且在需要时由处理器602访问。存储在存储装置610上的程序可包括用于实施本说明书的各种实施方案的程序，包括用于以下各项的程序:创建由中子检测器产生的中子计数，创建由中子源产生的中子的数量的指示的程序，以及基于可包括热中子(即，当中子屏蔽件320处于非封闭位置时)和超热中子(即，当中子屏蔽件320处于封闭位置时)两者的中子检测比率来确定地层的参数。在一些情况下，将程序从存储装置610复制到主存储器604，并且从主存储器604执行程序。因此，主存储器604和存储装置610两者都被视作是计算机可读存储介质。可将由计算机系统600计算的地层的参数发送至创建纸质日记的绘图仪，或者可将值发送至显示装置，所述显示装置可制成日志的图示以供地质学家或本领域中能够解释此类日记的其他人员查看。
[0045]从本文提供的描述，本领域技术人员能够容易地将按描述创建的软件与适当的通用或专用计算机硬件组合起来，以创建根据各种实施方案的计算机系统和/或计算子部件，以创建用于执行各种实施方案的方法的计算机系统和/或计算机子部件，和/或以创建存储用于实施各种实施方案的方法方面的软件程序的非暂时性计算机可读介质(即，不是载波)。
[0046]以上论述仅意图示出本公开的原理和各种实施方案。本领域技术人员一旦完全了解以上公开内容就将清楚明白众多变化和修改。所附权利要求书意图被解释为涵盖所有此类变化和修改。
【主权项】
1.一种系统，其包括: 用于测量地层的特性的工具，所述工具包括: 工具主体； 中子源，其设置在所述工具主体内，所述中子源用于发射中子； 中子检测器，其设置在所述工具主体内、在与所述中子源间隔开的位置处； 第一中子屏蔽件，其被布置成与所述中子检测器处于操作关系，所述第一中子屏蔽件限定外部表面和内部体积，所述第一中子屏蔽件用于防止所具有的能量低于第一预先确定阈值的中子从所述外部表面行进至所述内部体积； 所述第一中子屏蔽件可移动地联接至所述工具主体，其中所述第一中子屏蔽件相对于所述中子检测器限定非封闭位置，以使得所述中子检测器至少部分地位于所述内部体积之夕卜，并且所述第一中子屏蔽件相对于所述第一中子检测器限定封闭位置，以使得所述第一中子检测器设置在所述内部体积内。2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一中子屏蔽件用于吸收入射到所述第一中子屏蔽件上的热中子，并且所述第一中子屏蔽件用于允许位于所述外部表面之外并且入射到所述第一中子屏蔽件上的超热中子行进至所述内部体积。3.如权利要求2所述的系统，其中所述第一中子屏蔽件用于在所具有的能量低于约I电子伏特的中子入射到所述第一中子屏蔽件上时吸收所述中子。4.如权利要求1所述的系统，其中所述中子检测器用于在所述第一中子屏蔽件处于所述非封闭位置时，检测从所述外部表面之外入射到所述中子检测器上的热中子。5.如权利要求4所述的系统，其中所述中子检测器用于在所述第一中子屏蔽件处于所述封闭位置时，检测入射到所述第一中子屏蔽件的所述外部表面上的超热中子，并且不检测入射到所述第一中子屏蔽件的所述外部表面上的热中子。6.如权利要求5所述的系统，其中当所述中子检测器检测入射到所述外部表面上的所述超热中子时，所述中子检测器用于在所述内部体积内检测所述超热中子。7.如权利要求1所述的系统，其中所述中子检测器用于在所述第一中子屏蔽件处于所述封闭位置时，检测入射到所述第一中子屏蔽件的所述外部表面上的超热中子，并且不检测入射到所述第一中子屏蔽件的所述外部表面上的热中子。8.如权利要求7所述的系统，其中当所述中子检测器检测入射到所述外部表面上的所述超热中子时，所述中子检测器用于在所述内部体积内检测所述超热中子。9.如权利要求1所述的系统，其中所述中子检测器是近中子检测器并且所述工具还包括: 远中子检测器，其设置在所述工具主体内、在与所述中子源间隔开比所述近中子检测器更远的位置处；以及 第二中子屏蔽件，其被布置成与所述远中子检测器处于操作关系，所述第二中子屏蔽件限定外部表面和内部体积，所述第二中子屏蔽件用于防止所具有的能量低于第二预先确定阈值的中子从所述第二中子屏蔽件的所述外部表面行进至所述内部体积； 所述第二中子屏蔽件可移动地联接至所述工具主体，其中所述第二中子屏蔽件相对于所述远中子检测器限定非封闭位置，以使得所述远中子检测器至少部分地位于所述第二中子屏蔽件的所述内部体积之外，并且所述第二中子屏蔽件相对于所述远中子检测器限定封闭位置，以使得所述远中子检测器设置在所述内部体积内。10.如权利要求1所述的系统，其还包括: 第二中子屏蔽件，其与所述中子检测器和所述第一中子屏蔽件处于操作关系，所述第二中子屏蔽件限定外部表面和内部体积，所述第二中子屏蔽件用于防止所具有的能量低于第二预先确定阈值的中子从所述第二中子屏蔽件的所述外部表面行进至所述内部体积； 所述第二中子屏蔽件可移动地联接至所述工具主体，其中所述第二中子屏蔽件相对于所述中子检测器限定非封闭位置，以使得所述中子检测器至少部分地位于所述第二中子屏蔽件的所述内部体积之外，并且所述第二中子屏蔽件相对于所述中子检测器限定封闭位置，以使得所述中子检测器设置在所述内部体积内。11.如权利要求10所述的系统，其中处于所述第二中子屏蔽件的所述封闭位置时，所述中子检测器位于所述第一中子屏蔽件和所述第二中子屏蔽件两者的所述内部体积内。12.如权利要求1所述的系统，其中所述工具主体还包括电缆测井压力容器。13.如权利要求1所述的系统，其中所述工具主体是随钻测井工具。14.如权利要求1所述的系统，其中所述第一中子屏蔽件是镉。15.一种用于测量地层的特性的方法，所述方法包括: 将测井工具设置在井眼内，其中所述井眼穿透所述地层； 由设置在所述测井工具内的中子源释放中子； 确定关于与所述地层相互作用并在所述相互作用之后入射到所述测井工具上的中子的光谱信息。16.如权利要求15所述的方法，其中确定光谱信息还包括:选择性地阻止所具有的能量低于第一预先确定阈值的中子到达设置在所述测井工具中的中子检测器。17.如权利要求16所述的方法，其中选择性地阻止还包括:由中子屏蔽件吸收所具有的能量低于所述第一预先确定阈值的所述中子。18.如权利要求16所述的方法，其中选择性地阻止还包括:由中子屏蔽件吸收所具有的能量低于约I电子伏特的所述中子。19.如权利要求15所述的方法，其中确定光谱信息还包括: 选择性地阻止所具有的能量低于第一预先确定阈值的中子到达设置在所述测井工具中的中子检测器；以及然后 选择性地阻止所具有的能量低于第二预先确定阈值的中子到达设置在所述测井工具中的所述中子检测器，所述第二预先确定阈值高于所述第一预先确定阈值。20.如权利要求15所述的方法，其中确定光谱信息还包括: 在设置在第一中子屏蔽件之外的中子检测器处检测中子；以及然后相对于所述中子检测器移动所述第一中子屏蔽件，以使得所述中子检测器由所述第一中子屏蔽件封闭；以及 检测穿过所述第一中子屏蔽件到达所述中子检测器的中子。21.如权利要求20所述的方法，其还包括: 相对于所述中子检测器移动第二中子屏蔽件，以使得所述中子检测器由所述第二中子屏蔽件封闭；以及 检测穿过所述第二中子屏蔽件到达所述中子检测器的中子。22.如权利要求20所述的方法，其还包括: 相对于所述中子检测器和所述第一中子屏蔽件移动第二中子屏蔽件，以使得所述中子检测器由所述第一中子屏蔽件和所述第二中子屏蔽件封闭；以及 检测穿过所述第一中子屏蔽件和所述第二中子屏蔽件到达所述中子检测器的中子。
【专利摘要】一种系统包括用于测量地层的特性的工具。所述工具包括工具主体、设置在所述工具主体内用于发射中子的中子源、设置在所述工具主体内与所述中子源间隔开的中子检测器、以及布置成与所述中子检测器处于操作关系的中子屏蔽件，所述中子屏蔽件限定外部表面和内部体积，所述中子屏蔽件用于防止所具有的能量低于第一预先确定阈值的中子从所述外部表面行进至所述内部体积。所述中子屏蔽件可移动地联接至所述工具主体，其中所述中子屏蔽件相对于所述中子检测器限定非封闭位置，以使得所述中子检测器至少部分地位于所述内部体积之外，并且所述中子屏蔽件相对于所述中子检测器限定封闭位置，以使得所述中子检测器设置在所述内部体积内。
【IPC分类】G01V5/10, G01T3/00
【公开号】CN104903751
【申请号】CN201280076793
【发明人】G·古德伊尔
【申请人】哈里伯顿能源服务公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2012年11月1日
【公告号】CA2889998A1, EP2898355A1, US20150276974, WO2014070184A1
【专利说明】用于检测超热中子和热中子的方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]无。
[0003]背景
[0004]中子地层评价工具利用由与工具相关联的中子源产生的高能中子质询井眼周围的地层。通过中子与井眼和地层的元素的各种类型的相互作用，一些中子的能量降低。中子检测器可以检测(或“计数”)从地层收回的具有特定能级的中子，例如热中子。
[0005]中子对氢原子的存在敏感，氢原子在将中子的能量降低至热级方面有效。氢原子指示地层特性如孔隙率，地层特性因此可基于到达中子检测器处的热中子数量来确定。具体而言，大量氢原子会带来随后由中子检测器检测到的更多热中子。然而，井眼或地层中倾向于捕获热中子的某些离子如卤素的存在降低了中子检测器处所接收的中子的计数。这对基于由中子检测器检测到的中子数量的孔隙率计算的准确性具有不利影响。
[0006]附图简述
[0007]为详细描述示例性实施方案，现将仅通过举例来参考附图，其中:
[0008]图1示出根据至少一些实施方案的系统；
[0009]图2示出根据至少一些实施方案的系统；
[0010]图3a_3c示出根据至少一些实施方案的包括中子检测器和中子屏蔽件的测井工具的简化截面图；
[0011]图4a-4b示出根据各种实施方案的示例性地层孔隙率对深度曲线图；
[0012]图5示出根据至少一些实施方案的方法；以及
[0013]图6示出根据至少一些实施方案的计算机系统。
[0014]符号和命名法
[0015]某些术语贯穿以下描述和权利要求书用于指代具体系统部件。如本领域技术人员将了解，油田服务公司可用不同名称来指代部件。本文件不意图区分名称不同但功能相同的部件。
[0016]在以下论述和权利要求书中，术语“包括”和“包含”以包含性方式使用，并且因此应解释为意指“包括但不限于……”。此外，术语“联接(couple)”或“联接(couples)”旨在意指间接或直接连接。因此，如果第一装置联接至第二装置，所述连接可以是通过直接连接或通过借由其它装置和连接进行的间接连接。
[0017]如此处所使用，术语“约”应意指在引用值加上或减去5% (+/-5% )以内的值。
[0018]如本文所使用，术语“释放中子”应意指中子远离中子源行进，而不应涉及产生中子的机制(例如，粒子碰撞、放射性衰变)。
【具体实施方式】
[0019]以下论述涉及本公开的各种实施方案。虽然这些实施方案中的一个或多个可能是优选的，但所公开的实施方案不应解释为或以其它方式用作限制本公开、包括权利要求书的范围。此外，本领域技术人员将理解，以下描述具有广泛的应用，并且任何实施方案的论述仅意指例示所述实施方案，并且不意图指示本公开、包括权利要求书的的范围限于所述实施方案。
[0020]根据各种实施方案，工具包括中子检测器和中子屏蔽件，所述中子屏蔽件可相对于中子检测器在封闭位置与非封闭位置之间移动。如本领域中已知，中子检测器检测(或“计数”)热中子的到达。中子屏蔽件具有外部表面并且限定内部体积，并且在至少一些实施方案中，可具有环绕工具的大体圆柱形形状。中子屏蔽件阻止所具有的能量低于预先确定能级的中子穿过屏蔽件(例如，穿过外部表面而到达内部体积)，并且允许所具有的能量低于预先确定能级的中子穿过。中子屏蔽件处于非封闭位置时，中子检测器至少部分地位于中子屏蔽件的内部体积之外；然而，中子屏蔽件处于封闭位置时，中子检测器位于中子屏蔽件的内部体积内。因此，当中子屏蔽件处于封闭位置时，入射到中子屏蔽件的外部上的低于能量阈值的中子如热中子被吸收；然而，入射在中子屏蔽件的外部上的较高能中子如超热中子行进至内部体积。
[0021]根据各种实施方案，中子屏蔽件被构造成使得因超热中子行进穿过屏蔽件而损失的能量导致中子在行进穿过屏蔽件而到达屏蔽件的内部体积之后变为热中子。在一些实施方案中，中子屏蔽件可由镉构造并且可具有约2毫米或更大的厚度。镉是超热中子可穿透的，而所具有的吸收热中子的可能性却非常高。当中子屏蔽件处于非封闭位置时，中子检测器检测来自井眼和地层的热中子，而超热中子表现为噪声并且因此不被检测。因此，当中子屏蔽件处于封闭位置时，因为中子屏蔽件将热中子与中子检测器阻隔开，中子检测器检测来自井眼和地层的超热中子。
[0022]与易被井眼或地层中所存在的某些离子(例如，卤素)捕获的热中子不同，超热中子不太可能被捕获。通过观察检测到的热中子(即，当中子屏蔽件处于非封闭位置时)与检测到的超热中子(即，当中子屏蔽件处于封闭位置时)之间的差异，可确定关于地层中的卤素如氯的信息并且随后在确定地层的孔隙率时将所述信息考虑在内。换言之，通过检测热中子和超热中子，可获得地层孔隙率并且具体而言氢原子浓度的更丰富视图。另外，减轻了地层中所存在的卤素对氢浓度计算和孔隙率计算的不利影响。下文将参照附图论述本公开的各种实施方案。
[0023]图1示出用于钻探操作的井底钻具组件100，其中井底钻具组件100包括脉冲中子地层评价工具102和钻头101。井底钻具组件100通过钻柱106从钻探平台104如船或其它钻探平台下放。钻杆106延伸穿过隔水管108和井口 110。支撑在井架112之内和周围的钻探设备使钻杆106和钻头101旋转，从而使钻头101形成穿过地层材料116的井眼114。钻杆106与井眼114之间所限定的体积被称为环空118。井眼114穿透被认为含有商业可行量的碳氢化合物的地下区域或储层如储层120。同样与本文的教义相一致的是:工具102用在其它井底钻具组件中，并且与利用路基平台进行的陆基钻探以及如图1中所示的离岸钻探中的其它钻探装置一起被采用。除了工具102之外，井底钻具组件100还可包括各种其它系统，如井下钻探电动机、旋转可转向工具、泥浆脉冲遥测系统以及其它随钻测量和/或随钻测井传感器和系统。
[0024]在一些实施方案中，由工具102收集的信息可存储在工具102内，并且在工具102被提升至地表或平台104时被读取。在其它实施方案中，可在工具102位于井眼114内时，将由工具收集的一些或所有信息发送至地表或平台104。例如，可以钻杆106内的钻井液中的压力脉冲方式来发送已编码的由工具102收集的一些或所有信息。在又其它实施方案中，可在嵌入在钻杆106的管道内的通信路径上、例如通过电导体或光导体发送由工具102收集的信息。
[0025]工具102可由任何合适的机构联接在井底钻具组件100内。例如，在一些实施方案中，工具102在一端上具有阳螺纹“公”扣连接件，并且在另一端上具有阴螺纹“母”扣连接件，以使得工具102联接至井底钻具组件100的其它部件。外表面122的至少一部分形成压力容器，用于生成中子、检测中子以及检测Y的各种部件都位于压力容器内。此外，流体导管(在图1中不可见)也可驻留在外表面122内，并且钻井液在其到达钻头101的行程中穿过流体导管。
[0026]虽然在一些实施方案中，地层评价工具用于钻探操作，但在又其它实施方案中，地层评价工具用于电缆测井操作。具体而言，图2示出电缆测井系统，其包括邻近所关注地层204放置在井眼202内的测井工具200。工具200可包括压力容器206，工具200的各种子系统都驻留在压力容器206内，并且在图2的说明性情况下，压力容器206通过线缆208悬浮在井眼202内。线缆208、在一些实施方案中为多导体铠装线缆不仅为压力容器206提供支撑，而且在这些实施方案中将工具200可通信地联接至地表遥测模块210和地表计算机212。工具200可通过线缆208来在井眼202内提升和下放，并且工具200在井眼202内的深度可由深度测量系统214(示出为深度轮)来确定。取决于应用，压力容器206可覆盖有热中子吸收材料216(为了使附图清晰，放大了热中子吸收材料的厚度)；然而，在中子检测为首要的许多实施方案中，材料216可能仅部分地存在或完全省略掉。
[0027]图3a示出根据至少一些实施方案的测井工具300的简化部分截面图。测井工具300示出井底钻具组件100中的工具102，或电缆工具200。具体而言，图3示出压力容器302，压力容器302密封各种内部部件以免与井眼流体和压力接触。说明性地，压力容器302内驻留了遥测模块304、计算机系统306、中子源308以及近中子检测器310a和远中子检测器310b。如图所示，中子检测器310定位在中子源308上方；然而，在一些实施方案中这种取向可颠倒。
[0028]在一些实施方案中，中子源308是氘/氚中子发生器。然而，同样可使用能够产生和/或释放中子的任何中子源。中子源308在来自地表计算机系统212的命令下(图2，在电缆工具的情况下)，或在来自工具内的计算机系统306的命令下(在随钻测量(MWD)、随钻测井(LWD)或钢缆工具的情况下)生成和/或释放高能中子。在氘/氚中子发生器的具体情况下，中子是基于加速以与 涂布有氚的靶材312(以虚线示出，因为靶材将位于密封腔室内)碰撞的氘离子生成。或者，可使氚离子加速到氘涂布的靶材上。碰撞使粒子融合，从而产生氦和具有14.2兆电子伏特(MeV)的能量的中子。通过与靶材312进行的粒子碰撞所生成的中子在所有方向上随机向外传播，并且因此靶材312可以被视作是所产生中子的发射点。
[0029]由源308产生的中子通过碰撞(例如，弹性或非弹性)和/或热捕获与原子相互作用。在碰撞的情况下，中子与原子核碰撞，并且中子的能量降低。中子可多次与原子核碰撞，每次都损失能量。在一次或多次碰撞(以及对应的能量损失)之后，中子达到称为超热能的能量(即，超热中子)。随后，在进一步碰撞之后，中子达到称为热能的能量(即，热中子)。处于热能时，中子被原子核捕获的可能性远远大于超热中子被捕获的可能性。
[0030]根据至少一些实施方案，中子检测器310是密封腔室氦-3检测器。在这种类型的检测器中，通过中子与中子检测器310的压力壳体314中的氦-3的相互作用来检测中子。在至少一些实施方案中，近检测器310a位于与中子源308相距约一英尺之内，而远检测器310b位于与中子源308相距二至三英尺之间。地层或井眼特性如孔隙率可基于近检测器310a处检测到的中子与远检测器310b处检测到的中子之比来确定。
[0031]如上文所解释，基于中子检测确定地层孔隙率依赖于以下事实:中子对氢原子的存在敏感，因为氢原子能够将中子的能量降低至热级。另外，所存在氢原子的数量是地层孔隙率的良好指示。然而，井眼或地层中倾向于捕获热中子的某些离子如卤素的存在意味着中子检测器310检测到较少中子，并且因此所计算出的氢原子的存在率将较低。因此，真正的氢原子浓度和相关联的地层特性变得更加难以准确地计算。
[0032]现转到图3b，中子屏蔽件320被示出与中子检测器310处于操作关系，并且具体而言，被示出相对于中子检测器310处于非封闭位置。在图3b中，为简便仅示出一个中子检测器310 ;然而，如在图3a中，在某些实施方案中可存在近中子检测器和远中子检测器。中子屏蔽件320具有面向外部(S卩，朝向地层)的外部表面并且限定内部体积，所述内部体积包括工具300和位于中子屏蔽件320内部的区域。在一些实施方案中，中子屏蔽件320的形状大体上是圆柱形的，并且所具有的高度大得足以在移动至封闭位置时封闭中子检测器。
[0033]中子屏蔽件320阻止所具有的能量低于预先确定值的中子穿过。中子屏蔽件320处于非封闭位置时，中子检测器310至少部分地位于中子屏蔽件320的内部体积之外；然而，中子屏蔽件320处于封闭位置时，中子检测器310位于中子屏蔽件320的内部体积内。因此，当中子屏蔽件320处于封闭位置时，入射到中子屏蔽件320的外部上的热中子被吸收；然而，入射在中子屏蔽件320的外部上的较高能中子如超热中子行进至内部体积。
[0034]图3c示出处于封闭位置中的中子屏蔽件320，其中中子检测器310被中子屏蔽件320封闭并且设置在中子屏蔽件320的内部体积内。中子屏蔽件320可由电动机致动以沿工具300轴向平移，从而在封闭位置与非封闭位置之间移动。如上所述，为了简便仅示出一个中子检测器310。在包括近检测器310a和远检测器310b两者的实施方案中，一个中子屏蔽件可用于封闭两个检测器(即，当中子屏蔽件320处于封闭位置时，两个检测器都设置在中子屏蔽件320的内部体积内)。在包括近检测器310a和远检测器310b两者的其它实施方案中，分开的中子屏蔽件可用于封闭每个检测器(即，第一中子屏蔽件处于封闭位置时，检测器310a设置在第一中子屏蔽件内；并且第二中子屏蔽件处于封闭位置时，检测器310b设置在第二中子屏蔽件内)。
[0035]根据各种实施方案，中子屏蔽件320被构造成使得入射到屏蔽件320的外部表面上的任何热中子都被阻止行进至屏蔽件320的内部体积。在一些实施方案中，中子屏蔽件可由镉构造并且可具有约2毫米的厚度。当中子屏蔽件320处于非封闭位置中时，中子检测器310检测来自井眼和地层的热中子，而超热中子表现为噪声并且因此不被检测。因此，当中子屏蔽件320处于封闭位置时，因为中子屏蔽件320将热中子与中子检测器310阻隔开，中子检测器310检测来自井眼和地层的超热中子。如上文所解释，超热中子不太可能被井眼或地层中所存在的某些离子(例如，卤素)捕获。通过观察检测到的热中子(即，当中子屏蔽件320处于非封闭位置时)与检测到的超热中子(即，当中子屏蔽件320处于封闭位置时)之间的差异，可确定关于地层中的卤素离子如氯(例如，由于盐水的存在)的信息并且随后在确定地层的孔隙率时将所述信息考虑在内。换言之，通过检测热中子和超热中子，可获得地层孔隙率并且具体而言氢原子浓度的更丰富视图。另外，减轻了地层中所存在的卤素对氢浓度计算和孔隙率计算的不利影响。
[0036]虽然在图3b和图3c中未进行描绘，但在一些实施方案中，也具有外部表面和内部体积的第二中子屏蔽件相对于中子检测器310处于操作关系。第二中子屏蔽件类似地阻止所具有的能量低于第二预先确定值的中子穿过。在多于一个中子屏蔽件相对于中子检测器310处于可操作关系的实施方案中，能够更确切地调节允许穿过而到达中子检测器310并且在内部体积内是热中子的中子的能级。例如，通过将一个屏蔽件移动至封闭位置，在内部体积内检测所具有的能量高于第一阈值的中子。之后，通过将另一个屏蔽件移动至封闭位置，替代地在内部体积内检测所具有的能量高于第二阈值的中子。另外，在一些实施方案中，可同心地布置中子屏蔽件，以使得屏蔽件的组合允许在内部体积内检测所具有的能量高于最高阈值的中子。通过使得能够由中子检测器310检测具有不同能级的中子，可确定关于与地层相互作用的中子的光谱信息。中子屏蔽件的其它类似组合也在本公开的范围内。
[0037]图4a和图4b示出根据各种实施方案的示例性孔隙率对深度曲线图400、450。虽然曲线图400、450描绘了孔隙率单位，但本领域技术人员将理解，此类单位可基于对氢原子浓度的认识来确定。如上文所解释，氢原子浓度可使用中子检测、例如近检测器310a处检测到的中子与远检测器310b处检测到的中子之比来确定。
[0038]在曲线图400中，中子屏蔽件320处于非封闭位置，并且因此中子检测器310检测从周围地层入射到其上的热中子。在此具体实例中，对于前30英尺，孔隙率相对恒定地保持在30孔隙率单位左右，并且地层中不存在NaCl。
[0039]之后，在30与60英尺之间，NaCl(例如，呈盐水形式)以约150kppm的水平被引入到地层中；然而，地层的孔隙率同样增大。在此具体情况下，增加的氢原子和增加的氯离子的净效应仍是检测到的地层孔隙率的增大；也就是说，氯离子的存在率并非大到使得足够的中子被捕获以平衡因氢原子浓度增大而数量增加的热中子。然而，如下文将进一步详细解释，氯离子的存在仍然影响对中子的检测以及随后对氢原子浓度和地层孔隙率的计算。
[0040]在60与90英尺之间，地层中的NaCl增加至约260kppm的水平，这对应于与饱和盐水相关联的水平。在曲线图400中，孔隙率看起来降低至31-32孔隙率单位之间，并且在没有其它背景的情况下，操作员将会认为地层孔隙率在60-90英尺之间的深度处降低。
[0041]在图4b中所示的曲线图450中，中子屏蔽件320处于封闭位置，并且因此中子检测器310在中子屏蔽件320的内部体积内检测超热中子。如图所示，如在图4a中，前60英尺的深度看起来相对来说是相同的，这是因为以下事实:氯离子的浓度总体上并非高得足以使得地层孔隙率的计算不准确。然而，在其中在曲线图400中孔隙率看起来减小至约31-32孔隙率单位的60-90英尺之间，在曲线图450中，所确定的孔隙率实际上增大至约35孔隙率单位。
[0042]曲线图450示出检测不易被例如氯离子捕获的超热中子(因中子屏蔽件320而降低至热能级)的结果。因此，通过检测释放到地层中的中子的光谱信息，获得地层特性如孔隙率的更丰富且更准确的视图。
[0043]图5示出根据至少一些实施方案的方法500 (所述方法500在一些实施方案中可部分地由软件实施)。方法500在块502中以将测井工具设置在穿透地层的井眼内开始。方法500之后在块504中以由设置在测井工具内的中子源释放中子继续。最终，方法500包括确定关于与地层相互作用、在相互作用之后入射到测井工具上的中子的光谱信息。如上文所解释，关于中子的光谱信息可通过以下方式来确定:中子检测器310在中子屏蔽件320处于非封闭位置时检测热中子，并且在中子屏蔽件320处于封闭位置时检测超热中子。通过实现对中子进行这种光谱检测，因为超热中子未被类似地捕获，所以降低了因例如捕获热中子的卤素的存在所致的不准确性。
[0044]图6更详细地示出计算机系统600，所述计算机系统600示出地表计算机系统212和计算机系统306。因此，参照图6描述的计算机系统600在工具处于井眼内的时间段内可邻近井眼(如针对电缆工具)，计算机系统600可位 于油田服务公司的控制中心处，或者计算机系统600可位于测井工具内(如针对LWD、MWD或钢缆工具)。计算机系统600包括处理器602，并且所述处理器借助于网桥装置608而联接至主存储器604。此外，处理器602可借助于网桥装置608而联接至长期存储装置610 (例如，硬盘驱动器)。可由处理器6020执行的程序可存储在存储装置610上，并且在需要时由处理器602访问。存储在存储装置610上的程序可包括用于实施本说明书的各种实施方案的程序，包括用于以下各项的程序:创建由中子检测器产生的中子计数，创建由中子源产生的中子的数量的指示的程序，以及基于可包括热中子(即，当中子屏蔽件320处于非封闭位置时)和超热中子(即，当中子屏蔽件320处于封闭位置时)两者的中子检测比率来确定地层的参数。在一些情况下，将程序从存储装置610复制到主存储器604，并且从主存储器604执行程序。因此，主存储器604和存储装置610两者都被视作是计算机可读存储介质。可将由计算机系统600计算的地层的参数发送至创建纸质日记的绘图仪，或者可将值发送至显示装置，所述显示装置可制成日志的图示以供地质学家或本领域中能够解释此类日记的其他人员查看。
[0045]从本文提供的描述，本领域技术人员能够容易地将按描述创建的软件与适当的通用或专用计算机硬件组合起来，以创建根据各种实施方案的计算机系统和/或计算子部件，以创建用于执行各种实施方案的方法的计算机系统和/或计算机子部件，和/或以创建存储用于实施各种实施方案的方法方面的软件程序的非暂时性计算机可读介质(即，不是载波)。
[0046]以上论述仅意图示出本公开的原理和各种实施方案。本领域技术人员一旦完全了解以上公开内容就将清楚明白众多变化和修改。所附权利要求书意图被解释为涵盖所有此类变化和修改。
【主权项】
1.一种系统，其包括: 用于测量地层的特性的工具，所述工具包括: 工具主体； 中子源，其设置在所述工具主体内，所述中子源用于发射中子； 中子检测器，其设置在所述工具主体内、在与所述中子源间隔开的位置处； 第一中子屏蔽件，其被布置成与所述中子检测器处于操作关系，所述第一中子屏蔽件限定外部表面和内部体积，所述第一中子屏蔽件用于防止所具有的能量低于第一预先确定阈值的中子从所述外部表面行进至所述内部体积； 所述第一中子屏蔽件可移动地联接至所述工具主体，其中所述第一中子屏蔽件相对于所述中子检测器限定非封闭位置，以使得所述中子检测器至少部分地位于所述内部体积之夕卜，并且所述第一中子屏蔽件相对于所述第一中子检测器限定封闭位置，以使得所述第一中子检测器设置在所述内部体积内。2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一中子屏蔽件用于吸收入射到所述第一中子屏蔽件上的热中子，并且所述第一中子屏蔽件用于允许位于所述外部表面之外并且入射到所述第一中子屏蔽件上的超热中子行进至所述内部体积。3.如权利要求2所述的系统，其中所述第一中子屏蔽件用于在所具有的能量低于约I电子伏特的中子入射到所述第一中子屏蔽件上时吸收所述中子。4.如权利要求1所述的系统，其中所述中子检测器用于在所述第一中子屏蔽件处于所述非封闭位置时，检测从所述外部表面之外入射到所述中子检测器上的热中子。5.如权利要求4所述的系统，其中所述中子检测器用于在所述第一中子屏蔽件处于所述封闭位置时，检测入射到所述第一中子屏蔽件的所述外部表面上的超热中子，并且不检测入射到所述第一中子屏蔽件的所述外部表面上的热中子。6.如权利要求5所述的系统，其中当所述中子检测器检测入射到所述外部表面上的所述超热中子时，所述中子检测器用于在所述内部体积内检测所述超热中子。7.如权利要求1所述的系统，其中所述中子检测器用于在所述第一中子屏蔽件处于所述封闭位置时，检测入射到所述第一中子屏蔽件的所述外部表面上的超热中子，并且不检测入射到所述第一中子屏蔽件的所述外部表面上的热中子。8.如权利要求7所述的系统，其中当所述中子检测器检测入射到所述外部表面上的所述超热中子时，所述中子检测器用于在所述内部体积内检测所述超热中子。9.如权利要求1所述的系统，其中所述中子检测器是近中子检测器并且所述工具还包括: 远中子检测器，其设置在所述工具主体内、在与所述中子源间隔开比所述近中子检测器更远的位置处；以及 第二中子屏蔽件，其被布置成与所述远中子检测器处于操作关系，所述第二中子屏蔽件限定外部表面和内部体积，所述第二中子屏蔽件用于防止所具有的能量低于第二预先确定阈值的中子从所述第二中子屏蔽件的所述外部表面行进至所述内部体积； 所述第二中子屏蔽件可移动地联接至所述工具主体，其中所述第二中子屏蔽件相对于所述远中子检测器限定非封闭位置，以使得所述远中子检测器至少部分地位于所述第二中子屏蔽件的所述内部体积之外，并且所述第二中子屏蔽件相对于所述远中子检测器限定封闭位置，以使得所述远中子检测器设置在所述内部体积内。10.如权利要求1所述的系统，其还包括: 第二中子屏蔽件，其与所述中子检测器和所述第一中子屏蔽件处于操作关系，所述第二中子屏蔽件限定外部表面和内部体积，所述第二中子屏蔽件用于防止所具有的能量低于第二预先确定阈值的中子从所述第二中子屏蔽件的所述外部表面行进至所述内部体积； 所述第二中子屏蔽件可移动地联接至所述工具主体，其中所述第二中子屏蔽件相对于所述中子检测器限定非封闭位置，以使得所述中子检测器至少部分地位于所述第二中子屏蔽件的所述内部体积之外，并且所述第二中子屏蔽件相对于所述中子检测器限定封闭位置，以使得所述中子检测器设置在所述内部体积内。11.如权利要求10所述的系统，其中处于所述第二中子屏蔽件的所述封闭位置时，所述中子检测器位于所述第一中子屏蔽件和所述第二中子屏蔽件两者的所述内部体积内。12.如权利要求1所述的系统，其中所述工具主体还包括电缆测井压力容器。13.如权利要求1所述的系统，其中所述工具主体是随钻测井工具。14.如权利要求1所述的系统，其中所述第一中子屏蔽件是镉。15.一种用于测量地层的特性的方法，所述方法包括: 将测井工具设置在井眼内，其中所述井眼穿透所述地层； 由设置在所述测井工具内的中子源释放中子； 确定关于与所述地层相互作用并在所述相互作用之后入射到所述测井工具上的中子的光谱信息。16.如权利要求15所述的方法，其中确定光谱信息还包括:选择性地阻止所具有的能量低于第一预先确定阈值的中子到达设置在所述测井工具中的中子检测器。17.如权利要求16所述的方法，其中选择性地阻止还包括:由中子屏蔽件吸收所具有的能量低于所述第一预先确定阈值的所述中子。18.如权利要求16所述的方法，其中选择性地阻止还包括:由中子屏蔽件吸收所具有的能量低于约I电子伏特的所述中子。19.如权利要求15所述的方法，其中确定光谱信息还包括: 选择性地阻止所具有的能量低于第一预先确定阈值的中子到达设置在所述测井工具中的中子检测器；以及然后 选择性地阻止所具有的能量低于第二预先确定阈值的中子到达设置在所述测井工具中的所述中子检测器，所述第二预先确定阈值高于所述第一预先确定阈值。20.如权利要求15所述的方法，其中确定光谱信息还包括: 在设置在第一中子屏蔽件之外的中子检测器处检测中子；以及然后相对于所述中子检测器移动所述第一中子屏蔽件，以使得所述中子检测器由所述第一中子屏蔽件封闭；以及 检测穿过所述第一中子屏蔽件到达所述中子检测器的中子。21.如权利要求20所述的方法，其还包括: 相对于所述中子检测器移动第二中子屏蔽件，以使得所述中子检测器由所述第二中子屏蔽件封闭；以及 检测穿过所述第二中子屏蔽件到达所述中子检测器的中子。22.如权利要求20所述的方法，其还包括: 相对于所述中子检测器和所述第一中子屏蔽件移动第二中子屏蔽件，以使得所述中子检测器由所述第一中子屏蔽件和所述第二中子屏蔽件封闭；以及 检测穿过所述第一中子屏蔽件和所述第二中子屏蔽件到达所述中子检测器的中子。
【专利摘要】一种系统包括用于测量地层的特性的工具。所述工具包括工具主体、设置在所述工具主体内用于发射中子的中子源、设置在所述工具主体内与所述中子源间隔开的中子检测器、以及布置成与所述中子检测器处于操作关系的中子屏蔽件，所述中子屏蔽件限定外部表面和内部体积，所述中子屏蔽件用于防止所具有的能量低于第一预先确定阈值的中子从所述外部表面行进至所述内部体积。所述中子屏蔽件可移动地联接至所述工具主体，其中所述中子屏蔽件相对于所述中子检测器限定非封闭位置，以使得所述中子检测器至少部分地位于所述内部体积之外，并且所述中子屏蔽件相对于所述中子检测器限定封闭位置，以使得所述中子检测器设置在所述内部体积内。
【IPC分类】G01V5/10, G01T3/00
【公开号】CN104903751
【申请号】CN201280076793
【发明人】G·古德伊尔
【申请人】哈里伯顿能源服务公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2012年11月1日
【公告号】CA2889998A1, EP2898355A1, US20150276974, WO2014070184A1
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