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用于鉆孔測井的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種用于鉆孔測井的方法和裝置，該方法包括：收集來自鉆孔測井工具的輻射檢測器的檢測器輸出數(shù)據(jù)；以及通過(i)確定所述數(shù)據(jù)中存在的信號的信號形式，(ii)進(jìn)行所述信號的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的參數(shù)估計(jì)，其中所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)至少包括信號時(shí)間位置，以及(ii?i)至少從所述信號形式和所述參數(shù)估計(jì)確定所述信號中的每個(gè)信號的能量，來分解檢測器輸出數(shù)據(jù)中的各個(gè)信號。從而測井工具更短，測井工具速度更快，停留時(shí)間更短和/或改進(jìn)了分辨率。
【專利說明】用于鉆孔測井的方法和裝置
[0001]本申請是申請?zhí)枮?00980111977.8(國際申請?zhí)枮镻CT/AU2009/000394P)，國際申請日為2009年3月31日的名稱為“用于鉆孔測井的方法和裝置”的專利申請的分案申請。
[0002]相關(guān)申請
[0003]本申請基于并且主張2008年3月31日提交的美國申請?zhí)?1/041，141和2008年12月18日提交的美國申請?zhí)?1/138,879的權(quán)益，通過引用將上述申請按照提交的內(nèi)容完
整結(jié)合在此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明一般涉及用于鉆孔測井(borehole logging)的方法和裝置,并且具體但絕不排他地，涉及對油井測井的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0005]在礦物和石油勘探中，鉆孔測井用于確定巖石和礦物沉積物的地下內(nèi)容。
[0006]核測井工具為石油工業(yè)提供了有價(jià)值的數(shù)據(jù)，并且核測井工具已經(jīng)在油井測井中使用了超過30年。關(guān)于巖層的孔隙度和密度的數(shù)據(jù)形成了在油井測井中使用的測井系列之一，該關(guān)于巖層的孔隙度和密度的數(shù)據(jù)用于幫助檢測地質(zhì)儲藏的存在和它們的內(nèi)容(例如，油、氣和水)。
[0007]在鉆孔測井中采用的現(xiàn)有的數(shù)字脈沖處理技術(shù)依賴于線性濾波方法。然而，隨著增加的計(jì)數(shù)率，被要求來縮短脈沖長度并且增加吞吐量的高通濾波器也劣化了信噪比(SNR)，并且最終劣化了能量分辨率。這限制了可以采用的計(jì)數(shù)率、源的強(qiáng)度、源和檢測器的鄰近、或者這些參數(shù)的組合。例如，在鉆孔測井應(yīng)用中，總的測量時(shí)間非常重要。由于堆積事件的丟棄的信息丟失延長了在元素濃度的估計(jì)中獲得足夠精度所需的收集時(shí)間，并且最終對可以以其來測井的速度設(shè)置了上限。例如，美國專利號4，883，956評價(jià)了新的輻射檢測晶體(摻鈰硅酸釓(GSO))的好處。GSO檢測器的衰減時(shí)間對于任何特定計(jì)數(shù)率導(dǎo)致較少的堆積，或者對于特定可接受的堆積提供更高的計(jì)數(shù)率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種鉆孔測井的方法，包括:
[0009]收集來自鉆孔測井工具的輻射檢測器的檢測器輸出數(shù)據(jù)；以及
[0010]通過(i)確定所述數(shù)據(jù)中存在的信號的信號形式(或脈沖響應(yīng))，(ii)進(jìn)行所述信號的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的參數(shù)估計(jì)，其中所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)至少包括信號時(shí)間位置，以及(iii)至少從所述信號形式和所述參數(shù)估計(jì)確定所述信號中的每個(gè)信號的能量，分解檢測器輸出數(shù)據(jù)中的單個(gè)信號；
[0011]從而測井工具更短，測井工具速度更快，停留時(shí)間(即照射和/或數(shù)據(jù)收集時(shí)間)更短和/或改進(jìn)了分辨率。[0012]因此，本方法努力表征盡可能多的數(shù)據(jù)，但是將意識到可能不能充分地表征一些數(shù)據(jù)(該數(shù)據(jù)因此稱為“破壞的數(shù)據(jù)”)，如下所述。將理解的是術(shù)語“信號”在該上下文中可與“脈沖”相互交換，因?yàn)槠涫侵笇?yīng)于單個(gè)檢測事件的輸出，而不是包括單個(gè)信號的總和的整體輸出信號。還將意識到可以以各種方式測量或表示信號的時(shí)間位置(或時(shí)序)，諸如根據(jù)信號的最大值的時(shí)間(或時(shí)間軸上的位置)或信號的前沿。典型地，這描述為到達(dá)時(shí)間(“到達(dá)的時(shí)間”)或檢測時(shí)間。
[0013]還將理解的是，術(shù)語“檢測器數(shù)據(jù)”指已經(jīng)源自檢測器的數(shù)據(jù)，不管隨后由檢測器內(nèi)的還是檢測器外部的相關(guān)或其它電子裝置進(jìn)行處理。
[0014]該方法可以包括從參數(shù)估計(jì)構(gòu)造數(shù)據(jù)的模型，并且基于檢測器輸出數(shù)據(jù)和模型之間的比較確定參數(shù)估計(jì)的精確度。
[0015]信號形式(或脈沖響應(yīng))可以通過校準(zhǔn)處理確定，所述校準(zhǔn)處理包括測量對一個(gè)或多個(gè)單個(gè)事件檢測的檢測器的時(shí)間域響應(yīng)，以便從該數(shù)據(jù)得到信號形式或脈沖響應(yīng)。然后可以通過將該數(shù)據(jù)用合適的函數(shù)諸如多項(xiàng)式、指數(shù)或樣條函數(shù)進(jìn)行內(nèi)插(或者擬合該數(shù)據(jù))，獲得該信號形式的函數(shù)形式。然后可以從該檢測器信號形式構(gòu)造濾波器(諸如逆濾波器)。可以通過以濾波器對來自檢測器的輸出數(shù)據(jù)卷積進(jìn)行信號參數(shù)的初始估計(jì)。特別感興趣的信號參數(shù)包括信號的數(shù)目和每個(gè)信號的時(shí)間位置(或到達(dá)的時(shí)間)。
[0016]然后可以進(jìn)一步改善感興趣的特定信號參數(shù)。首先，應(yīng)用峰檢測和閾值來改善信號的數(shù)目和到達(dá)時(shí)間的估計(jì)。其次，與檢測器脈沖響應(yīng)(以及由此得到的信號形式)結(jié)合的對信號的數(shù)目和它們的到達(dá)時(shí)間的了解使得可能求解信號的能量參數(shù)。
[0017]通過比較(從信號參數(shù)和對檢測器脈沖響應(yīng)的了解構(gòu)造的)檢測器數(shù)據(jù)流的模型(實(shí)際上，一種估計(jì))與實(shí)際檢測器輸出，可以確定或“驗(yàn)證”參數(shù)估計(jì)的精確度。如果該驗(yàn)證過程確定一些參數(shù)不夠精確，則丟棄這些參數(shù)。在使用該方法的光譜分析中，被視為足夠精確的能量參數(shù)可以表示為直方圖。
所述方法可以包括根據(jù)信號形式(即，用于生成信號的檢測器的脈沖響應(yīng))進(jìn)行信號參數(shù)的估計(jì)。所述方法可以包括通過校準(zhǔn)過程確定信號形式，所述校準(zhǔn)過程包括測量檢測器對一個(gè)或多個(gè)信號檢測的響應(yīng)，以便得到信號形式的基于數(shù)據(jù)的模型。特別地，所述方法可以包括通過將數(shù)據(jù)與函數(shù)內(nèi)插獲得模型的函數(shù)形式，以便生成預(yù)期的信號形式。函數(shù)可以是多項(xiàng)式、指數(shù)或樣條函數(shù)。
所述方法可以包括基于由輻射檢測器產(chǎn)生的單個(gè)信號的預(yù)定形式設(shè)計(jì)濾波器。例如，濾波器可以是匹配濾波器或逆濾波器形式。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括使用檢測器輸出與濾波器的卷積，以便進(jìn)行信號參數(shù)的初始估計(jì)。所述方法可以包括改善信號參數(shù)的估計(jì)。所述方法可以包括用峰檢測過程改善信號數(shù)目的估計(jì)。所述方法可以包括通過應(yīng)用峰檢測過程進(jìn)行或改善信號時(shí)間位置的估計(jì)。所述方法可以包括通過由矩陣反演或由迭代技術(shù)來求解線性等式系統(tǒng)，改善信號能量的估計(jì)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述方法包括使用信號參數(shù)結(jié)合檢測器脈沖響應(yīng)創(chuàng)建檢測器輸出的模型。所述方法可以包括，例如，諸如通過使用數(shù)據(jù)和模型之間差的最小平方或一些其它測量比較實(shí)際的檢測器輸出數(shù)據(jù)與檢測器輸出的模型來執(zhí)行誤差檢測。
所述方法可以包括丟棄被視為沒有足夠精確估計(jì)的參數(shù)。 在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括以直方圖展示所有足夠精確的能量參數(shù)。
數(shù)據(jù)可以包括不同形式的信號。在此情況下，該方法可以包括確定其中每個(gè)信號的可能的信號形式。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括逐漸地從數(shù)據(jù)減去可接受地符合多個(gè)信號形式的連續(xù)信號形式的那些信號，并且拒絕沒有可接受地符合多個(gè)信號形式的任何信號形式的那些信號。
在一個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)信號的分解包括:
[0018]獲得所述檢測器輸出數(shù)據(jù)作為以數(shù)字時(shí)間序列的形式的數(shù)字化檢測器輸出數(shù)據(jù)；以及
[0019]基于數(shù)字時(shí)間序列形成數(shù)學(xué)模型，并且作為至少信號形式、至少一個(gè)信號的時(shí)間位置和至少一個(gè)信號的幅度的函數(shù)；
[0020]其中確定所述信號中的每個(gè)信號的能量包括基于所述數(shù)學(xué)模型確定所述信號的幅度，所述幅度指示輻射事件。
[0021 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括油井測井。
[0022]測井工具在長度上可以小于3米，并且在一些情況下在長度上小于2.7米，或者甚至在長度上小于2.4米。
[0023]信號的分解可以將停留時(shí)間減少2倍或更多，并且在一些情況下可以將停留時(shí)間減少5倍或更多。信號的分解可以將測井工具速度增加2倍或更多，或者在一些情況下可以將測井工具速度增加5倍或更多。
[0024]所述方法可能特征在于，500kHz或更大的伽馬射線的所述輻射檢測器上的入射通量。
[0025]所述方法可能特征在于，對于200kHz的輸入計(jì)數(shù)率的大于90%的數(shù)據(jù)吞吐量。
[0026]所述方法可能特征在于，對于500kHz和2000kHz之間的輸入計(jì)數(shù)率的大于70 %的
數(shù)據(jù)吞吐量。
[0027]所述方法可能特征在于，對于IOOkHz的輸入計(jì)數(shù)率的大于95%的數(shù)據(jù)吞吐量。
[0028]所述方法可能特征在于，對于IOOkHz和200kHz之間的輸入計(jì)數(shù)率的大于95%的
數(shù)據(jù)吞吐量。
[0029]所述方法可以包括大于750kHz的輸入計(jì)數(shù)率。
[0030]所述方法可以包括大于IMHz的輸入計(jì)數(shù)率。
[0031]所述檢測器可以包括GSO檢測器。
[0032]所述方法可以包括脈沖整形檢測器的輸出。
[0033]所述方法可以包括采用源同步信號以避免數(shù)據(jù)的不當(dāng)分配。
[0034]在第二方面，本發(fā)明提供一種鉆孔測井裝置，包括:
[0035]鉆孔測井工具，用于照射圍繞測井工具的材料，檢測由材料發(fā)射的輻射，并且用于響應(yīng)于輻射輸出檢測器數(shù)據(jù)；以及
[0036]處理器，用于以數(shù)字化形式接收檢測器數(shù)據(jù)，并且所述處理器被編程為確定數(shù)據(jù)中存在的每個(gè)信號的信號形式，進(jìn)行信號的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的參數(shù)估計(jì)，并且至少從信號形式和參數(shù)估計(jì)確定每個(gè)信號的能量，其中一個(gè)或多個(gè)參數(shù)至少包括信號時(shí)間位置；
[0037]從而測井工具更短，測井工具速度更快，停留時(shí)間更短和/或改進(jìn)了分辨率。[0038]所述處理器被編程為以數(shù)字時(shí)間序列的形式獲得所述檢測器輸出數(shù)據(jù)，并且基于數(shù)字時(shí)間序列形成數(shù)學(xué)模型，并且作為至少信號形式、所述信號的時(shí)間位置和所述信號的幅度的函數(shù)；
[0039]其中確定每個(gè)所述信號的能量包括基于所述數(shù)學(xué)模型確定所述信號的幅度，所述幅度指示輻射事件。
[0040]所述裝置可以適用于油井測井。
[0041]所述測井工具長度上可以小于3米。
[0042]所述處理器的使用可以允許將停留時(shí)間減少5倍或更多。此外，所述處理器的使用可以允許可以將測井工具速度增加5倍或更多。
[0043]所述裝置可能特征在于，500kHz或更大的伽馬射線的所述輻射檢測器上的入射通量。
[0044]所述裝置可能特征在于，對于200kHz的輸入計(jì)數(shù)率的大于90%的數(shù)據(jù)吞吐量。
[0045]所述裝置可能特征在于，對于500kHz和2000kHz之間的輸入計(jì)數(shù)率的大于70%的
數(shù)據(jù)吞吐量。
[0046]所述裝置可能特征在于，對于IOOkHz的輸入計(jì)數(shù)率的大于95%的數(shù)據(jù)吞吐量。
[0047]所述裝置可能特征在于，對于IOOkHz和200kHz之間的輸入計(jì)數(shù)率的大于95%的
數(shù)據(jù)吞吐量。
[0048]所述裝置可以包括大于750kHz的輸入計(jì)數(shù)率。
[0049]所述裝置可以包括大于IMHz的輸入計(jì)數(shù)率。
[0050]所述檢測器可以包括GSO檢測器。
[0051]所述裝置可以包括用于脈沖整形測井工具的輸出的脈沖整形模塊。
[0052]所述測井工具將典型地在單個(gè)外殼中安置輻射源和輻射檢測器，但是所述測井工具可以處于分布的形式，其中例如輻射源和輻射檢測器在分開的外殼中。
[0053]在第三方面，本發(fā)明提供一種量化被鉆孔橫穿的地層中的化學(xué)元素的方法，包括:
[0054]收集來自鉆孔測井工具的輻射檢測器的檢測器輸出數(shù)據(jù)；以及
[0055]通過(i)確定所述數(shù)據(jù)中存在的信號的信號形式，(ii)進(jìn)行所述信號的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的參數(shù)估計(jì)，其中所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)至少包括信號時(shí)間位置，以及(iii)至少從所述信號形式和所述參數(shù)估計(jì)確定所述信號中的每個(gè)信號的能量，來分解檢測器輸出數(shù)據(jù)中的單個(gè)信號；
[0056]至少從源自地層中元素的實(shí)例的那些信號確定元素的量；
[0057]從而測井工具更短，測井工具速度更快，停留時(shí)間更短和/或改進(jìn)了分辨率。
[0058]所述單個(gè)信號的分解包括:
[0059]獲得所述檢測器輸出數(shù)據(jù)作為以數(shù)字時(shí)間序列的形式的數(shù)字化檢測器輸出數(shù)據(jù)；以及
[0060]基于數(shù)字時(shí)間序列形成數(shù)學(xué)模型，并且作為至少信號形式、至少一個(gè)信號的時(shí)間位置和至少一個(gè)信號的幅度的函數(shù)；
[0061]其中確定所述信號中的每個(gè)信號的能量包括基于所述數(shù)學(xué)模型確定所述信號的幅度，所述幅度指示輻射事件。[0062]在第四方面，本發(fā)明提供一種鉆孔測井的方法，包括:
[0063]收集來自鉆孔測井工具的輻射檢測器的檢測器輸出數(shù)據(jù)；以及
[0064]通過(i)獲得或表示檢測器輸出數(shù)據(jù)作為數(shù)字序列，(ii)獲得或確定數(shù)據(jù)中存在的信號的信號形式，(iii)通過根據(jù)數(shù)學(xué)變換來變換信號形式，形成變換的信號形式，(iv)通過根據(jù)數(shù)學(xué)變換來變換數(shù)字序列，形成變換的序列，所述變換的序列包括變換的信號，(v)估計(jì)至少變換的序列和變換的信號形式的函數(shù)，從而提供函數(shù)輸出，(vi)根據(jù)模型對函數(shù)輸出進(jìn)行建模，(vii)基于該模型確定該函數(shù)輸出的至少一個(gè)參數(shù)，以及(viii)從該函數(shù)輸出的至少一個(gè)確定的參數(shù)確定信號的參數(shù)，來分解檢測器輸出數(shù)據(jù)中的單個(gè)信號；
[0065]從而測井工具更短，測井工具速度更快，停留時(shí)間更短和/或改進(jìn)了分辨率。
[0066]在第五方面，本發(fā)明提供一種鉆孔測井裝置，包括:
[0067]鉆孔測井工具，用于照射圍繞測井工具的材料，檢測由材料發(fā)射的輻射，并且用于響應(yīng)于輻射輸出檢測器數(shù)據(jù)；以及
[0068]處理器，用于接收作為數(shù)字序列的數(shù)據(jù)，并且所述處理器被編程為(i)獲得或確定數(shù)據(jù)中存在的信號的信號形式，(ii)通過根據(jù)數(shù)學(xué)變換來變換信號形式，形成變換的信號形式，(iii)通過根據(jù)數(shù)學(xué)變換來變換數(shù)字序列，形成變換的序列，所述變換的序列包括變換的信號，所述變換的序列包括變換的信號，(iv)估計(jì)至少變換的序列和變換的信號形式的函數(shù)，從而提供函數(shù)輸出，(V)根據(jù)模型對函數(shù)輸出進(jìn)行建模，(vi)基于該模型確定該函數(shù)輸出的至少一個(gè)參數(shù)，以及(vii)從該函數(shù)輸出的至少一個(gè)確定的參數(shù)確定信號的參數(shù)；
[0069]從而測井工具更短，測井工具速度更快，停留時(shí)間更短和/或改進(jìn)了分辨率。
[0070]在第六方面，本發(fā)明提供一種礦物測井的方法，包括:
[0071]收集來自礦物測井工具的輻射檢測器的檢測器輸出數(shù)據(jù)；以及
[0072]通過(i)確定所述數(shù)據(jù)中存在的信號的信號形式，(ii)進(jìn)行所述信號的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的參數(shù)估計(jì)，其中所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)至少包括信號時(shí)間位置，以及(iii)至少從所述信號形式和所述參數(shù)估計(jì)確定所述信號中的每個(gè)信號的能量，來分解檢測器輸出數(shù)據(jù)中的單個(gè)信號；
[0073]從而測井工具更短，測井工具速度更快，停留時(shí)間更短和/或改進(jìn)了分辨率。
[0074]因此，本發(fā)明還可以用于測井礦物或多種礦物的成分，所述礦物或多種礦物可以鄰近測井工具放置，通過測井工具傳送(諸如在傳送帶上)，通過移動(dòng)測井工具在原處測井，或者其它方式。
[0075]在第七方面，本發(fā)明提供一種礦物測井裝置，包括:
[0076]礦物測井工具，用于照射材料，檢測由該材料發(fā)射的輻射，并且用于響應(yīng)于輻射輸出檢測器數(shù)據(jù)；以及
[0077]處理器，用于以數(shù)字化形式接收檢測器數(shù)據(jù)，并且所述處理器被編程為確定數(shù)據(jù)中存在的每個(gè)信號的信號形式，進(jìn)行信號的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的參數(shù)估計(jì)，并且至少從信號形式和參數(shù)估計(jì)確定每個(gè)信號的能量，其中一個(gè)或多個(gè)參數(shù)至少包括信號時(shí)間位置；
[0078]從而測井工具更短，測井工具速度更快，停留時(shí)間更短和/或改進(jìn)了分辨率。
[0079]應(yīng)該注意到，在適合并且被本發(fā)明的任何其它方面所希望的情況下，可以采用本發(fā)明的每個(gè)方面的各種可選特征。【專利附圖】

【附圖說明】
[0080]為了可以更清楚地確定本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖僅通過示例的方式描述優(yōu)選實(shí)施例，附圖中:
[0081]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的油井測井裝置的視圖；
[0082]圖2是圖1的裝置的碘化鈉NaI (TI)伽馬射線檢測器的視圖；
[0083]圖3a、圖3b和圖3c是圖示脈沖堆積的曲線圖；
[0084]圖4是圖示由在圖1的裝置中體現(xiàn)的信號處理方法使用的輻射檢測的數(shù)學(xué)建模的圖；
[0085]圖5是詳述由在圖1的裝置中體現(xiàn)的信號處理方法使用的輻射檢測的數(shù)學(xué)模型的圖；
[0086]圖6是圖1的數(shù)據(jù)捕獲模塊的功能元件的示意圖；
[0087]圖7a、圖7b和圖7c是分別在1000 μ S、100 μ s和10 μ s的時(shí)間范圍上從圖2的檢
測器的輸出直接收集的未處理數(shù)字化數(shù)據(jù)的圖示；
[0088]圖8是由用于根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例來分析光譜數(shù)據(jù)的圖1的裝置采用的用于脈沖堆積恢復(fù)的信號處理方法的不意性表不;
[0089]圖9是由用于根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例來分析光譜數(shù)據(jù)的圖1的裝置采用的用于脈沖堆積恢復(fù)的信號處理方法的示意性流程圖；
[0090]圖10a、圖1Ob和圖1Oc是在圖9的信號處理方法的不同階段的結(jié)果的圖示；
[0091]圖11是用圖9的方法處理的各種輸入計(jì)數(shù)率的137Cs源的伽馬射線光譜的圖示；
[0092]圖12是使用由數(shù)字核脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)組而準(zhǔn)備的、圖9的信號處理方法的計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果的圖示；
[0093]圖13是在一個(gè)計(jì)數(shù)率范圍上圖12的模擬對于伽馬射線源的性能的圖示；
[0094]圖14a、圖14b、圖14c和圖14d描繪將圖9的信號處理方法應(yīng)用到76mmX76mmNaI (TI)伽馬射線檢測器的輸出的結(jié)果；
[0095]圖15a、圖15b、圖15c和圖15d描繪將圖9的信號處理方法應(yīng)用到采用HPGe檢測器收集的數(shù)據(jù)的結(jié)果；
[0096]圖16a、圖16b、圖16c和圖16d描繪將圖9的信號處理方法應(yīng)用到氙氣比例檢測器的輸出的結(jié)果；
[0097]圖17是在對數(shù)-線性刻度上繪制的、在中子源接通的情況下采用圖1的裝置收集的能量光譜的圖示；
[0098]圖18是在對數(shù)-線性刻度上繪制的、在中子源斷開的情況下采用圖1的裝置收集的能量光譜的圖示；
[0099]圖19包括圖示數(shù)據(jù)處理的不同階段的圖示，該圖示示出了以下部分:(i)輸入數(shù)據(jù)流、(ii)脈沖定位輸出、(iii)脈沖識別輸出、以及(iv)驗(yàn)證誤差信號；
[0100]圖20是本發(fā)明實(shí)施例的中子激活的伽馬射線光譜井測井工具的示意性橫截面圖；
[0101]圖21是為圖20的井測井工具計(jì)算的作為輸入計(jì)數(shù)率的函數(shù)的吞吐量計(jì)數(shù)率的圖示，以及在沒有用于本發(fā)明的脈沖堆積恢復(fù)的信號處理的情況下所計(jì)算的圖20的井測井工具的性能的圖示；
[0102]圖22a和圖22b是為圖20的井測井工具計(jì)算的作為輸入計(jì)數(shù)率的函數(shù)的百分比吞吐量的圖示，以及在沒有用于本發(fā)明的脈沖堆積恢復(fù)的信號處理的情況下所計(jì)算的圖20的井測井工具的性能的圖示；以及
[0103]圖23是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的中子激活的伽馬射線光譜井測井工具的示意性橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0104]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的油井測井裝置10的示意圖。裝置10包括用于降低到油井鉆孔(或其他鉆孔)中的測井工具或“環(huán)(collar)”12。工具12具有以用于生成用于激發(fā)圍繞鉆孔的材料的中子的脈沖中子發(fā)生器形式的中子源14、檢測器16、分離中子源14和檢測器16的屏蔽18、以及耦合到檢測器16的輸出的前置放大器20。前置放大器20的輸出耦合到同軸電纜22。將意識到的是，工具12可以包括與檢測器16相當(dāng)?shù)亩鄠€(gè)檢測器。
[0105]裝置10包括脈沖整形模塊24和數(shù)據(jù)捕獲與分析模塊26。安排這些模塊，使得前置放大器20的輸出可以通過同軸電纜22傳輸?shù)矫}沖整形模塊24并且因此傳輸?shù)綌?shù)據(jù)捕獲模塊26，或者可以通過同軸電纜22直接傳輸?shù)綌?shù)據(jù)捕獲與分析模塊26。應(yīng)該意識到的是，數(shù)據(jù)捕獲與分析模塊26可以包括被配置為用于收集數(shù)據(jù)并如下所述分析該數(shù)據(jù)的計(jì)算設(shè)備或多個(gè)組件(諸如用于執(zhí)行這些功能的數(shù)據(jù)收集設(shè)備和不同的數(shù)據(jù)分析設(shè)備)。在后面的情況下，這種數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析設(shè)備可以每個(gè)都包括計(jì)算設(shè)備。在兩種情況下，數(shù)據(jù)捕獲與分析模塊26包括顯示器。
[0106]工具12適于在大約20cm直徑和該領(lǐng)域的典型深度(該深度可以大至IOkm或更大)的鉆孔的情況下使用。由于裝置10處理高計(jì)數(shù)率的能力，可以收集有用數(shù)據(jù)的進(jìn)入圍繞材料中的最大深度是大于使用典型的現(xiàn)有工具的深度。這允許更強(qiáng)中子源的使用，更強(qiáng)的中子源引起來自更大深度的有用計(jì)數(shù)率。
[0107]此外，如果希望，則裝置10處理高計(jì)數(shù)率的能力允許屏蔽18更薄，或者減小源14和檢測器16之間的距離(或者這兩者)。因此，可以減小工具12的總的長度。此外，裝置10在有效地較少堆積(如下所述)的情況下從工具12的輸出提取更多有用信息的能力允許減少照射或收集時(shí)間，并且因此減少“停留”和總測井時(shí)間。
[0108]因此，目前最短的工具在長度上大于6.5m。使用裝置10的測試測量(見下文)啟示可以實(shí)現(xiàn)至少2倍的可容許計(jì)數(shù)率的增加，所以可以設(shè)想使用長度上小于(并且可能遠(yuǎn)小于)6m的工具可以根據(jù)本發(fā)明獲得與本領(lǐng)域的目前狀態(tài)相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。類似地，已經(jīng)報(bào)告了大約135m每小時(shí)(每30cm收集兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn))的測井速率:可以設(shè)想在至少更快50%(并且可能100% )的測井速率的情況下可以根據(jù)本發(fā)明獲得相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。
[0109]脈沖整形模塊24執(zhí)行前置放大器20的輸出的脈沖整形，以便減少由前置放大器20輸出的脈沖的長度，并且如有必要?jiǎng)t采用，但是可以被省略或旁路。不管是否采用脈沖整形模塊24，前置放大器信號最終都被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)捕獲與分析模塊26。
[0110]數(shù)據(jù)捕獲與分析模塊26包括信號處理單元，該信號處理單元包括兩個(gè)部分:1)產(chǎn)生對應(yīng)于檢測器單元的模擬輸出的數(shù)字輸出的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器；以及2)實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字信號處理(DSP)例程的處理單元。前置放大器20的輸出信號耦合連接到信號處理單元。
[0111]圖2是檢測器16的示意圖。當(dāng)由已經(jīng)通過來自中子源14的中子激發(fā)的圍繞油井鉆孔的材料中的原子發(fā)射伽馬射線時(shí)，該伽馬射線可以傳到檢測器16中，并且如果是這樣的話，則該伽馬射線的能量從伽馬射線轉(zhuǎn)移到NaI (TI)晶體28中的電子。在發(fā)射紫外光子時(shí)，電子損失該能量，將晶體中的電子提升到激發(fā)態(tài)。在發(fā)射紫外光子時(shí)，電子衰變到較低能量狀態(tài)。前述紫外光子通過光學(xué)窗傳到光電倍增管32的光電陰極36，該紫外光子在該光電陰極36處轉(zhuǎn)換為光電子，并且隨后在到達(dá)光電倍增管32的陽極40之前由電子倍增器38倍增。可以通過板載前置放大器42提供進(jìn)一步的倍增級。以此方式，其幅度與入射伽馬射線的能量成比例的電信號存在于檢測器16的檢測器輸出終端44處。還將理解的是，檢測器還可以額外包括μ金屬磁屏蔽46，該μ金屬磁屏蔽46大約位于光電倍增管32的邊緣48，并且向光電倍增管32的前方延伸足夠遠(yuǎn)以圍繞一部分NaI (TI)晶體28。
[0112]此類型的閃爍檢測器具有高效率，也就是說，其表現(xiàn)出檢測到入射伽馬射線的概率高。然而，它們還表現(xiàn)出相對長的檢測器響應(yīng)時(shí)間。檢測器響應(yīng)時(shí)間是檢測器用于檢測入射伽馬射線并且返回到可以精確檢測下一入射伽馬射線的狀態(tài)所需要的時(shí)間。因此，具有長的檢測器響應(yīng)時(shí)間的輻射檢測器有脈沖堆積的傾向。也就是說，理想地由完全離散的脈沖(每個(gè)對應(yīng)于單個(gè)伽馬射線的入射)組成的輸出而是表現(xiàn)出單獨(dú)脈沖可以重疊的波形，使得它們難以被表征。 [0113]圖3a、圖3b和圖3c圖示了脈沖堆積的效果，并且示出繪制為能量E相對于時(shí)間t(兩者以任意單位)的說明性信號或脈沖。圖3a圖示所謂的“末端堆積”，其中根據(jù)所采用的脈沖調(diào)節(jié)的類型，一個(gè)脈沖51的尾部50可以將明顯的正或負(fù)的偏差(在圖示的示例中為正的)提供給隨后脈沖52的幅度。盡管當(dāng)與的大多數(shù)脈沖的總的時(shí)間間隔相比時(shí)，兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間位移△ t相對大，但是在第二脈沖52到達(dá)處信號包絡(luò)或合成波形54顯著地在零之上。
[0114]兩個(gè)脈沖之間真正的零信號狀態(tài)的缺乏破壞了脈沖表征，由于第二脈沖的幅度由第一脈沖的尾部虛假膨脹。圖3b圖示了脈沖堆積的另一形式，“峰堆積”。這里，兩個(gè)脈沖56和58在時(shí)間上間隔緊密地到達(dá)，即脈沖之間的時(shí)間位移At與大多數(shù)脈沖的總的時(shí)間間隔相比小。合成輸出波形60或多或少表現(xiàn)為比任一組成脈沖稍微更大幅度的單個(gè)脈沖。在通過檢測器的伽馬射線的通量達(dá)到極端的情況下，常常具有在檢測器的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)到達(dá)的多個(gè)事件(event)，導(dǎo)致多個(gè)堆積事件。圖3c圖示這樣的情況。多個(gè)信號或脈沖(如用62示出的)在隨機(jī)的時(shí)間間隔At的情況下到達(dá)，并且合計(jì)產(chǎn)生合成波形64，難以從該合成波形64提取組成信號的參數(shù)。
[0115]根據(jù)本實(shí)施例的解決脈沖堆積的方法的一個(gè)部分是信號或脈沖的某些參數(shù)的估計(jì)；這些參數(shù)是檢測器數(shù)據(jù)流中的所有伽馬射線的數(shù)目、到達(dá)時(shí)間和能量。根據(jù)本實(shí)施例，通過數(shù)學(xué)建模數(shù)據(jù)流中的信號來估計(jì)這些參數(shù)。在本實(shí)施例中采用的模型包括關(guān)于數(shù)據(jù)和裝置的某些假設(shè)，如下面所討論的。
[0116]圖4是圖示建模輻射檢測處理的圖。輻射g(t)70入射在由測量處理m(t)表示的檢測器72上，得到來自檢測器的輸出數(shù)據(jù)y (t) 74。增加采樣處理76，產(chǎn)生數(shù)字檢測器數(shù)據(jù)或“時(shí)間序列” X [η] 78。
[0117]可以將關(guān)于輻射檢測的物理過程的一些知識添加到上述模型。圖5是圖示在圖4中示出的檢測處理的更詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型。到檢測器的輸入g(t)由等式I表征，其中假設(shè)輸入g(t)是未知數(shù)目(N)個(gè)隨機(jī)幅度(α)和到達(dá)時(shí)間(τ)的Σ函數(shù)狀脈沖。這樣的輸入的說明性示例用80示出。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆孔測井的方法，包括: 收集來自鉆孔測井工具的輻射檢測器的檢測器輸出數(shù)據(jù)；以及通過(i)獲得或表示檢測器輸出數(shù)據(jù)作為數(shù)字序列，(ii)獲得或確定數(shù)據(jù)中存在的信號的信號形式，(iii)通過根據(jù)數(shù)學(xué)變換來變換信號形式，形成變換的信號形式，(iv)通過根據(jù)數(shù)學(xué)變換來變換數(shù)字序列，形成變換的序列，所述變換的序列包括變換的信號，(V)估計(jì)至少變換的序列和變換的信號形式的函數(shù)，從而提供函數(shù)輸出，(Vi)根據(jù)模型對函數(shù)輸出進(jìn)行建模，(Vii)基于該模型確定該函數(shù)輸出的至少一個(gè)參數(shù)，以及(Viii)從該函數(shù)輸出的至少一個(gè)確定的參數(shù)確定信號的參數(shù)，來分解檢測器輸出數(shù)據(jù)中的單個(gè)信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括油井測井。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，包括對檢測器的輸出進(jìn)行脈沖整形。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，包括采用源同步信號以避免數(shù)據(jù)的不當(dāng)分配。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中測井工具長度上小于3米。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述信號的分解將停留時(shí)間減少至1/2倍或更多分之一 O
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述信號的分解將測井工具速度增加到2倍或更多倍。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，100kHz或更大的伽馬射線的所述輻射檢測器上的入射通量。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，500kHz或更大的伽馬射線的所述輻射檢測器上的入射通量。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于500kHz和2000 kHz之間的輸入計(jì)數(shù)率的大于70%的數(shù)據(jù)吞吐量。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于200kHz的輸入計(jì)數(shù)率的大于90%的數(shù)據(jù)吞吐量。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于100kHz和200 kHz之間的輸入計(jì)數(shù)率的大于95%的數(shù)據(jù)吞吐量。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于100kHz的輸入計(jì)數(shù)率的大于95%的數(shù)據(jù)吞吐量。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，包括大于750kHz的輸入計(jì)數(shù)率。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，包括大于IMHz的輸入計(jì)數(shù)率。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測器包括GSO檢測器。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法步驟被以不同的源強(qiáng)度重復(fù)。
18.—種礦物測井的方法，包括: 收集來自礦物測井工具的輻射檢測器的檢測器輸出數(shù)據(jù)；以及通過(i)獲得或表示檢測器輸出數(shù)據(jù)作為數(shù)字序列，(ii)獲得或確定數(shù)據(jù)中存在的信號的信號形式，(iii)通過根據(jù)數(shù)學(xué)變換來變換信號形式，形成變換的信號形式，(iv)通過根據(jù)數(shù)學(xué)變換來變換數(shù)字序列，形成變換的序列，所述變換的序列包括變換的信號，(V)估計(jì)至少變換的序列和變換的信號形式的函數(shù)，從而提供函數(shù)輸出，(vi)根據(jù)模型對函數(shù)輸出進(jìn)行建模，(vii)基于該模型確定該函數(shù)輸出的至少一個(gè)參數(shù)，以及(viii)從該函數(shù)輸出的至少一個(gè)確定的參數(shù)確定信號的參數(shù)，來分解檢測器輸出數(shù)據(jù)中的單個(gè)信號。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，包括對檢測器的輸出進(jìn)行脈沖整形。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，包括采用源同步信號以避免數(shù)據(jù)的不當(dāng)分配。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中測井工具長度上小于3米。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述信號的分解將停留時(shí)間減少至1/2或減少至更多分之一。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述信號的分解將測井工具速度增加到2倍或增加到更多倍。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，100kHz或更大的伽馬射線的所述輻射檢測器上的入射通量。
25.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，500kHz或更大的伽馬射線的所述輻射檢測器上的入射通量。
26.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，對于500kHz和2000 kHz之間的輸入計(jì)數(shù)率的大于70%的數(shù)據(jù)吞吐量。
27.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，對于200kHz的輸入計(jì)數(shù)率的大于90%的數(shù)據(jù)吞吐量。
28.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，對于100kHz和200 kHz之間的輸入計(jì)數(shù)率的大于95%的數(shù)據(jù)吞吐量。
29.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，對于100kHz的輸入計(jì)數(shù)率的大于95%的數(shù)據(jù)吞吐量。
30.如權(quán)利要求18所述的方法，包括大于750kHz的輸入計(jì)數(shù)率。
31.如權(quán)利要求18所述的方法，包括大于IMHz的輸入計(jì)數(shù)率。
32.如權(quán)利要求18所述的方法，其中檢測器包括GSO檢測器。
33.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述方法步驟被以不同的源強(qiáng)度重復(fù)。
34.一種鉆孔測井裝置，包括: 鉆孔測井工具，用于照射圍繞測井工具的材料，檢測由材料發(fā)射的輻射，并且用于響應(yīng)于輻射輸出檢測器數(shù)據(jù)；以及 處理器，用于接收作為數(shù)字序列的數(shù)據(jù)，并且所述處理器被編程為(i )獲得或確定數(shù)據(jù)中存在的信號的信號形式，(ii)通過根據(jù)數(shù)學(xué)變換來變換信號形式，形成變換的信號形式，( iii)通過根據(jù)數(shù)學(xué)變換來變換數(shù)字序列，形成變換的序列，所述變換的序列包括變換的信號，(iv)估計(jì)至少變換的序列和變換的信號形式的函數(shù)，從而提供函數(shù)輸出，(V)根據(jù)模型對函數(shù)輸出進(jìn)行建模，(vi)基于該模型確定該函數(shù)輸出的至少一個(gè)參數(shù)，以及(vii)從該函數(shù)輸出的所述至少一個(gè)確定的參數(shù)確定信號的參數(shù)。
35.如權(quán)利要求34所述的裝置，適于油井測井。
36.如權(quán)利要求34所述的裝置，包括用于脈沖整形測井工具的輸出的脈沖整形模塊。
37.如權(quán)利要求34所述的裝置，其中所述測井工具長度上小于3米。
38.如權(quán)利要求34所述的裝置，其中處理器的使用允許停留時(shí)間減少至1/2倍或更多分之一。
39.如權(quán)利要求34所述的裝置，其中處理器的使用允許測井工具速度增加到2倍或更多倍。
40.如權(quán)利要求34所述的裝置，其中所述鉆孔測井工具進(jìn)一步配置成以不同的源強(qiáng)度輻射，所述處理器進(jìn)一步配置成在不同的源強(qiáng)度中每一個(gè)處重復(fù)程序。
41.一種礦物測井裝置，包括: 礦物測井工具，用于照射材料，檢測由該材料發(fā)射的輻射，并且用于響應(yīng)于輻射輸出檢測器數(shù)據(jù)；以及 處理器，用于接收作為數(shù)字序列的數(shù)據(jù)，并且所述處理器被編程為(i )獲得或確定數(shù)據(jù)中存在的信號的信號形式，(ii)通過根據(jù)數(shù)學(xué)變換來變換信號形式，形成變換的信號形式，(iii)通過根據(jù)數(shù)學(xué)變換來變換數(shù)字序列，形成變換的序列，所述變換的序列包括變換的信號，(iv)估計(jì)至少變換的序列和變換的信號形式的函數(shù)，從而提供函數(shù)輸出，(v)根據(jù)模型對函數(shù)輸出進(jìn)行建模，(vi)基于該模型確定該函數(shù)輸出的至少一個(gè)參數(shù)，以及(vii)從該函數(shù)輸出的所述至少一個(gè)確定的參數(shù)確定信號的參數(shù)。
42.如權(quán)利要求41所述的裝置，包括用于對測井工具的輸出進(jìn)行脈沖整形的脈沖整形模塊。
43.如權(quán)利要求41所述的裝置，其中所述測井工具長度上小于3米。
44.如權(quán)利要求41所述的裝置，其中處理器的使用允許停留時(shí)間減少至1/2或更多分之一 O
45.如權(quán)利要求41所述的裝置，其中處理器的使用允許測井工具速度增加至2倍或更多倍。
46.如權(quán)利要求41所述的裝置，其中，所述礦物測井工具進(jìn)一步配置成以不同的源強(qiáng)度輻射，所述處理器進(jìn)一步配置成在不同的源強(qiáng)度中的每一個(gè)處重復(fù)程序。
【文檔編號】G01T1/17GK104020500SQ201410081763
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2008年3月31日
【發(fā)明者】P.A.B.斯考拉爾, R.J.伊文斯, C.C.麥克萊恩 申請人:南方創(chuàng)新國際股份有限公司