使用脉冲中子测量平台上的检测器进行的密度测量

摘要

一种用于估计地球地层和钻孔流体的性质的设备包括：载体，其被配置来设置在钻孔中；以及脉冲中子测量组件，其包括被配置来将中子发射至所述钻孔和所述地球地层中的脉冲中子源，和伽马射线检测器。所述设备还包括流体密度测量组件，其包括所述伽马射线检测器和被配置来以伽马射线辐射钻孔流体的伽马射线源。所述伽马射线检测器相对于所述伽马射线源被定位以检测以下两者：因中子相互作用而产生的伽马射线，和响应于来自所述伽马射线源的辐射而从所述钻孔流体发射的伽马射线。所述设备还包括处理器，其被配置来将与所述相互作用相关联的脉冲中子伽马射线谱与密度伽马射线谱区别开。

权利要求

1.一种用于估计地球地层和钻孔流体的至少一种性质的设备，其包括：

载体，其被配置来设置在所述地球地层中的钻孔(14)中；

脉冲中子测量组件，其设置在所述载体处，所述脉冲中子测量组件包括被配置来将中子发射至所述钻孔(14)和所述地球地层中的脉冲中子源(20)，和被配置来传输对应于所检测伽马射线的信号的伽马射线检测器(64)；

流体密度测量组件，其设置在所述载体处，所述流体密度测量组件包括所述伽马射线检测器(64)和被配置来以伽马射线辐射钻孔流体的伽马射线源(26)，其中所述伽马射线检测器(64)相对于所述伽马射线源(26)被定位以检测以下两者：因所述中子与所述钻孔(14)和所述地层二者中的至少一个之间的相互作用而产生的伽马射线，和响应于来自所述伽马射线源(26)的辐射而从所述钻孔流体发射的伽马射线；以及处理器，其被配置来从所述检测器接收所述信号并生成伽马射线谱数据，所述处理器被配置来将与所述相互作用相关联的脉冲中子伽马射线谱跟与响应于所述辐射而发射的所述伽马射线相关联的密度伽马射线谱区别开。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述脉冲中子测量组件包括第一检测器和位于距所述脉冲中子源比所述第一检测器更远处的第二检测器，并且所述伽马射线检测器(64)被配置为所述第二检测器。

3.如权利要求1所述的设备，其还包括流体控制部件(28)，所述流体控制部件(28)被配置来将流体抽吸至所述设备中，所述流体控制部件(28)包括位于所述伽马射线检测器(64)和所述伽马射线源(26)附近并且定位在所述伽马射线检测器(64)与所述伽马射线源(26)之间的流体腔室。

4.如权利要求2所述的设备，其中所述伽马射线源(26)设置在所述第一检测器内。

5.如权利要求4所述的设备，其中所述第一检测器是闪烁检测器并且所述伽马射线源(26)是具有自然伽马射线发射的闪烁材料。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述伽马射线源(26)包括中子激活材料，所述中子激活材料被配置来响应于来自脉冲中子源(20)的中子冲击在所述中子激活材料上而朝向所述钻孔流体发射伽马射线。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述脉冲中子源(20)是密封中子管(54)，并且所述中子激活材料包括所述密封中子管(54)的一个或多个部件。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述脉冲中子源(20)包括离子源(56)和被配置来响应于离子而发射中子的靶，并且所述中子激活材料是所述靶的部件。

9.如权利要求1所述的设备，其中所述处理器被配置来基于所述脉冲中子伽马射线谱估计地层性质，并且被配置来基于所述密度伽马射线谱通过估计由于所述钻孔流体造成的所述伽马射线的衰减来估计所述钻孔流体的密度。

10.通过使用根据权利要求1所述 的设备来估计地球地层和钻孔流体的至少一种性质的方法(80)，其包括：将载体设置在所述地球地层中的钻孔(14)中；

从所述脉冲中子源(20)将中子脉冲发射至所述钻孔(14)和所述地球地层中；

以来自所述伽马射线源(26)的伽马射线辐射钻孔流体；

通过所述伽马射线检测器(64)检测因所述中子与所述钻孔(14)和所述地层二者中的至少一个之间的相互作用而产生的伽马射线和响应于来自所述伽马射线源(26)的辐射而从所述钻孔流体发射的伽马射线两者；以及在处理器处从所述检测器接收信号，并且执行：

生成与因所述中子与所述钻孔(14)和所述地层二者中的至少一个之间的相互作用而产生的伽马射线相关联的脉冲中子伽马射线谱，和与响应于所述辐射而发射的伽马射线相关联的密度伽马射线谱；以及基于所述脉冲中子伽马射线谱估计地层性质，并且基于所述密度伽马射线谱通过估计由于所述钻孔流体造成的所述伽马射线的衰减来估计所述钻孔流体的密度。

11.如权利要求10所述的方法(80)，其中辐射所述钻孔流体包括将流体抽吸至流体腔室中，所述流体腔室位于所述伽马射线检测器(64)和所述伽马射线源(26)附近并且定位在所述伽马射线检测器(64)与所述伽马射线源(26)之间。

12.如权利要求10所述的方法(80)，其中所述脉冲中子测量组件包括第一检测器和位于距所述脉冲中子源(20)比所述第一检测器更远处的第二检测器，所述伽马射线检测器(64)被配置为所述第二检测器，所述第一检测器是闪烁检测器并且所述伽马射线源(26)是具有自然伽马射线发射的闪烁材料，并且辐射所述钻孔流体包括将所述钻孔流体设置成邻近所述第一检测器，使得所述自然伽马射线发射冲击在所述钻孔流体上。

13.如权利要求10所述的方法(80)，其中所述伽马射线源(26)包括中子激活材料，并且辐射所述钻孔流体包括响应于来自所述脉冲中子源(20)的中子冲击在所述中子激活材料上而从所述中子激活材料朝向所述钻孔流体发射伽马射线。

14.如权利要求10所述的方法(80)，其中所述伽马射线源(26)被配置来发射具有与因所述相互作用而产生的所述伽马射线的能级不同的能级的伽马射线，并且生成所述脉冲中子伽马射线谱和所述密度伽马射线谱包括根据所述不同的能级对所述信号进行滤波。

15.如权利要求10所述的方法(80)，其中检测因所述相互作用而产生的所述伽马射线包括在脉冲中子测量循环内的多个时间门期间检测信号，所述多个时间门包括非弹性门、发生在所述非弹性门之后的热门和发生在所述热门之后的背景门，并且检测从所述钻孔流体发射的所述伽马射线包括在所述背景门期间检测信号。

说明书

使用脉冲中子测量平台上的检测器进行的密度测量

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2015年4月29日提交的美国申请第14/699910号的权益，所述美国申请通过引用整体并入本文。

背景技术

[0003] 能源工业出于诸如勘探、地层评估、增产和生产的目的而利用各种类型的测井工具以便评估地球地层和储层。示例性工具包括电阻率工具、伽马密度工具、中子孔隙度工具、声波和声学测井工具以及脉冲中子工具。脉冲中子测量工具在井下环境中被用于多种多样的目的，诸如基于中子的地层密度和孔隙度测量和中子诱发伽玛射线谱测量。

发明内容

[0004] 用于估计地球地层和钻孔流体的至少一种性质的设备的实施方案包括：载体，其被配置来设置在所述地球地层中的钻孔中；以及脉冲中子测量组件，其设置在所述载体处，所述脉冲中子测量组件包括被配置来将中子发射至所述钻孔和所述地球地层中的脉冲中子源，和被配置来传输对应于所检测伽马射线的信号的伽马射线检测器。所述设备还包括流体密度测量组件，其设置在所述载体处，所述流体密度测量组件包括所述伽马射线检测器和被配置来以伽马射线辐射钻孔流体的伽马射线源。所述伽马射线检测器相对于所述伽马射线源被定位以检测以下两者：因所述中子与所述钻孔和所述地层中的至少一个之间的相互作用而产生的伽马射线，和响应于来自所述伽马射线源的辐射而从所述钻孔流体发射的伽马射线。所述设备还包括处理器，其被配置来从所述检测器接收所述信号并生成伽马射线谱数据，所述处理器被配置来将与所述相互作用相关联的脉冲中子伽马射线谱跟与响应于所述辐射而发射的所述伽马射线相关联的密度伽马射线谱区别开。

[0005] 估计地球地层和钻孔流体的至少一种性质的方法的实施方案包括将载体设置于所述地球地层中的钻孔中，所述载体包括具有脉冲中子源和伽马射线检测器的脉冲中子测量组件，和具有伽马射线源和所述伽马射线检测器的流体密度测量组件。所述方法还包括：从所述脉冲中子源将中子脉冲发射至所述钻孔和所述地球地层中；以来自所述伽马射线源的伽马射线辐射钻孔流体；通过所述伽马射线检测器检测因所述中子与所述钻孔和所述地层中的至少一个之间的相互作用而产生的伽马射线，和响应于来自所述伽马射线源的辐射而从所述钻孔流体发射的伽马射线两者；以及在处理器处从所述检测器接收信号。所述方法还包括：生成与因所述中子与所述钻孔和所述地层中的至少一个之间的相互作用而产生的伽马射线相关联的脉冲中子伽马射线谱，和与响应于所述辐射而发射的伽马射线相关联的密度伽马射线谱；以及基于所述脉冲中子伽马射线谱估计地层性质，并且基于所述密度伽马射线谱通过估计由于所述钻孔流体造成的所述伽马射线的衰减来估计所述钻孔流体的密度。

附图说明

[0006] 说明书结尾处的权利要求书中具体地指出并且明确要求保护被认为是本发明的主题。本发明的前述和其他特征和优点从以下结合附图进行的详细描述显而易见，在附图中：

[0007] 图1是地下井钻探、评估、勘探和/或生产系统的实施方案的截面侧视图；

[0008] 图2描绘组合脉冲中子和流体密度测量工具的一个实施方案；

[0009] 图3描绘组合脉冲中子和流体密度测量工具的另一个实施方案；

[0010] 图4描绘组合脉冲中子和流体密度测量工具的再一个实施方案；

[0011] 图5描绘组合脉冲中子和流体密度测量工具的又一个实施方案；并且[0012] 图6是描绘估计地层和钻孔流体的性质的方法的实施方案的流程图。

具体实施方式

[0013] 公开用于执行地层性质测量和分析过程的装置和方法。地层测量设备或系统的实施方案包括组合脉冲中子和流体密度测量工具，其被配置来对钻孔和/或地层进行脉冲中子测量，并且结合脉冲中子测量进行流体密度测量。在一个实施方案中，流体密度测量用于基于密度测量估计流体的一个或多个相的含率(即，含率密度)。组合工具被配置来设置在井下环境中，例如，设置在电缆或随钻测井(LWD)测井应用中。

[0014] 组合工具包括脉冲中子测量组件，其包括被配置来执行脉冲中子测量(例如，中子诱发伽玛射线谱测量、地层孔隙度等)的部件。这类部件包括中子辐射源和一个或多个辐射检测器，所述一个或多个辐射检测器被配置来检测响应于中子而在钻孔和地层中生成的辐射。除脉冲中子测量所需要的或被配置用于脉冲中子测量的部件之外，流体密度测量组件合并至组合工具中。流体密度测量组件利用脉冲中子测量组件的一个或多个部件进行流体密度测量。流体密度测量对于估计包括流体的相的含率的钻孔流体性质是有用的。

[0015] 在一个实施方案中，流体密度测量组件包括补充伽马辐射源，其邻近或相对于来自脉冲中子测量组件的至少一个辐射检测器(例如，远检测器)设置。补充辐射源可以是可响应于脉冲中子发射而独立于从地层或钻孔发射的辐射发射伽马辐射的任何合适的源。补充辐射源被配置来辐射钻孔流体以用于估计诸如流体密度的流体性质。在这个实施方案中，工具包括流体控制部件，所述流体控制部件将钻孔流体定位在补充辐射源与脉冲中子检测器中的一个之间。来自补充辐射源的伽马辐射穿过所定位流体并由脉冲中子检测器检测到，并且用于估计流体的密度。

[0016] 在一个实施方案中，密度测量组件合并中子激活源，所述中子激活源被配置来响应于由中子源发射的中子而发射伽马辐射。中子激活源邻近流体控制部件设置。在一个实施方案中，中子激活源包括合并至脉冲中子检测器中的一个中和/或设置在脉冲中子源处或其附近的材料。例如，激活源包括密封脉冲中子管的一个或多个部件。一个或多个部件可包括已经是中子源的一部分的已有部件，和/或添加到中子源的部件的激活材料(例如，密封中子管的内部或外部部件)。在这个实施方案中，对来自钻孔流体的伽马辐射的检测可使用脉冲中子检测器中的一个和/或使用合并在工具中的一个或多个另外的检测器来实现。中子激活源可位于组合工具处或其中的任何合适的选定位置处，例如，位于足够靠近脉冲中子源以激励或引起伽马辐射的位置处，所述伽马辐射可用于辐射钻孔流体并且执行密度或其他流体性质测量。

[0017] 任何合适的伽马辐射源可与组合工具合并，并且不限于本文所描述的那些。例如，诸如伽马射线闪烁体的一些检测器可具有它们自己的内部放射性，例如由于内部衰变造成的闪烁体生成的辐射。钻孔流体可相对于一个或多个检测器被抽吸或定位成使得流体(或流体样品)被检测器的内部辐射辐射。

[0018] 组合工具利用已有的脉冲中子工具配置并且提供可同时或并行地用于脉冲中子和密度测量两者的设备或系统。本文所描述的系统和方法提供众多优点，诸如归因于在单个工具中使用多种测量状态的能力的提高的效率，以及降低的成本和制造复杂性。

[0019] 参考图1，地下井钻探、评估、勘探和/或生产系统10的示例性实施方案包括钻孔管柱12，所述钻孔管柱12被示出为设置在钻孔14中，所述钻孔14在地下操作期间穿透至少一个地球地层16。如本文所描述，“地层”指的是可在地下环境中遇到并且包围钻孔的各种特征和物质。钻孔14是有套管钻孔或开放钻孔，或具有有套管部分和开放部分两者。在一个实施方案中，钻孔管柱包括诸如测井工具的井下工具18。在这个实例中，井下工具18是电缆工具，但不限于此。例如，井下工具18可与用于随钻测井(LWD)应用的钻管柱合并。井下工具18不限于本文所描述的实施方案，并且可与任何合适的载体一起设置。如本文所描述的“载体”意味着以下任何装置、装置部件、装置的组合、介质和/或构件：其可用于运输、容置、支撑另一装置、装置部件、装置的组合、介质和/或构件或以其他方式促进其使用。示例性非限制性载体包括连续油管类型的钻管柱、接合管道类型的钻管柱以及其任何组合或部分。其他载体实例包括套管管道、电缆、电缆探头、滑线探头、熔滴弹丸(drop shot)、井下短节、井底组件和钻管柱。

[0020] 井下工具18被配置为组合脉冲中子和密度测量工具，其包括脉冲中子测量组件和密度测量组件。脉冲中子测量组件包括例如至少一个脉冲中子源20(例如，密封中子管)和一个或多个辐射检测器，诸如伽马射线检测器和中子检测器。示例性检测器是能够生成表示非弹性和/或俘获伽马射线能量谱的信号和/或数据的闪烁检测器。在一个实施方案中，工具18包括多个检测器，诸如定位在第一位置处的近检测器22，和定位在距中子源20比第一位置更远的第二位置处的远检测器24。近检测器和远检测器被示出为与中子源20轴向对准(即，沿着纵向轴线或工具和/或钻孔)，但工具18可具有其他配置。

[0021] 脉冲中子测量是基于将中子突发至钻孔周围的地层区带中，并且因此是基于对中子计数的监视和由于散射和俘获效应造成的衰变。脉冲中子测量包括在估计储层油饱和度中有用的测量(诸如，碳/氧比(C/O)和西格马测量)，以及根据基于对非弹性和俘获伽马射线谱的分析的元素产额进行的岩性估计。

[0022] 密度测量组件的一个实施方案包括伽马射线(“γ”)源26，其被配置来以伽马射线光子辐射或照射钻孔流体。如本文所描述，“钻孔流体”包括穿过钻孔前进的任何可流动物质，包括液体、气体和可流动固体。钻孔流体可包括从地层产生的流体，诸如油、天然气、非烃气体、沙、切屑和水。钻孔流体的其他实例包括钻探流体、注入流体、增产流体和注入到钻孔中的其他物质。在一个实施方案中，钻孔流体是具有包括诸如液烃(例如，油)、气体和/或水的相的浓度的组分的单相或多相流体。

[0023] 为了进行密度测量，伽马射线源20和远检测器24两者都邻近流体定位，并且一束伽马射线从伽马射线源(例如，铯-137源等)发射出。伽马射线源可以是发射具有对流体测量来说充分的动态范围的伽马射线的任何合适的放射性同位素或放射性物质。可选择具有所希望的能级的源，所述能级引起来自流体的可被测量以估计流体性质的发射。这类能级可基于诸如将要辐射的物质的类型和体积的考虑因素来选择。

[0024] 穿过流体和/或由流体散射的伽马射线由远检测器24检测到。入射光子由流体吸收和/或散射(有时散射并且随后吸收)，导致较低数目的光子到达检测器。流体对伽马射线的衰减用于估计密度。

[0025] 在一个实施方案中，工具18包括被配置来取得钻孔流体的样品或允许钻孔流体流动至工具18中或从中穿过的流体控制部件28或其他特征。例如，如图1所示，工具18包括联接至端口30的样品腔室或流过式导管，所述端口30被配置来将钻孔流体抽吸至样品腔室28中。端口包括充足的部件(诸如，阀装置和/或出口端口)，以允许对流体样品进行控制。

[0026] 伽马射线源26邻近流体控制装置定位，即，足够靠近流体控制装置定位，使得足够量的伽马辐射入射在钻孔流体上以允许有效地测量辐射的散射或衰减。另外，流体控制装置和伽马射线源26相对于远检测器24被定位成使得远检测器24可检测到来自钻孔流体的伽马射线并且用于密度测量。

[0027] 井下工具18包括诸如探头的壳体34，所述壳体34被配置来容置脉冲中子测量组件和流体密度测量组件的部件。壳体34形成图1的实施方案中的电缆测井工具的部分，但并不如此受限制。例如，工具18可根据需要合并为LWD工具、生产管柱或注入管柱或合并在其中。

[0028] 系统10还包括一个或多个地面和/或井下处理器或处理装置。例如，井下电子设备32合并在工具18中或与其通信，并且被配置来执行控制、数据收集、数据传输和/或分析功能。在一个实施方案中，工具18配备有传输装备以最终与地面处理单元36通信。这种传输装备可采取任何所希望的形式，并且可使用不同的传输介质和方法。连接的实例包括有线、光纤和无线连接。电子设备32和/或地面处理单元36执行各种功能，诸如控制井下部件(例如，中子和伽马射线源、检测器和流体控制装置)、收集和传输检测器信号和数据，和/或处理数据以用于估计地层和钻孔流体性质。

[0029] 图2至图5中示出工具18的各种类型的伽马辐射源和配置。工具18可具有多种多样的配置并且包括不同类型的伽马射线源，并且不限于本文所描述的实施方案。

[0030] 在这些实施方案中，工具包括多个检测器，诸如短源距(SS)检测器40、长源距(LS)检测器42和/或超长源距(XLS)检测器44。SS检测器40定位在距中子源20的第一距离处，并且XLS检测器44定位在距中子源20大于第一距离的第二距离处。在一些实施方案中，称为LS检测器42的至少一个另外的检测器定位在SS检测器与XLS检测器之间。

[0031] 同样在这些实施方案中，流体控制部件包括具有入口48和出口50的流过式腔室46。阀或其他流量控制装置可设置在入口48和/或出口50处或器附近以允许控制流体穿过腔室46的流动。例如，阀可打开或闭合以控制允许流体流过腔室(例如，用于取样)的时间，或部分地打开或闭合以调节腔室内的流体的压力和/或流动速率。流体可在执行测量时被允许连续地流过流体腔室46，或在伽马射线和/或脉冲中子测量时间窗口期间被保持在腔室46内并且随后被释放。

[0032] 参考图2，在一个实施方案中，伽马射线源26是放置在腔室46附近并且相对于XLS检测器44放置在腔室的相反侧上的化学源。来自源26的伽马射线用于照射腔室46中的流体，并且透射穿过流体的伽马射线在XLS检测器44(或其他检测器)中被计数以产生伽马射线谱(也称为密度伽马射线谱)，所述伽马射线谱可被分析以确定伽马射线的衰减和对应密度。

[0033] 如图2所示，在一个实施方案中，工具18被配置成使得透射穿过流体的伽马辐射由远检测器(例如，LS检测器或XLS检测器)检测到。这个实施方案的一个益处在于远检测器与近检测器相比通常经历低得多的来自脉冲中子发生器的计数率，这允许更容易地在与密度相关联的伽马射线谱跟与脉冲中子相互作用相关联的谱之间进行区别。

[0034] 参考图3，在一个实施方案中，伽马射线源26包括充当伽马射线或中子检测器以及伽马射线源两者的源材料。例如，LS检测器42包括闪烁体晶体，所述闪烁体晶体具有它自己的独立于中子诱发伽马辐射产生的自然发生的伽马射线发射，即，具有自放射性。在这个配置的情况下，检测器42可用作正常脉冲中子测井中的检测器，并且还可用作将照射钻孔流体的源。

[0035] 具有自放射性的闪烁体的实例包括具有镧(La)的那些，诸如LaBr3:Ce和LaCl3:Ce，以及基于镥(Lu)的闪烁体，诸如LuxY2-x(SiO4)O:Ce(LYSO)、LuAlO3:Ce(LuAP:Ce)、Lu3Al5O12:Ce(LuAG:Ce)、Lu3Al5O12:Pr(LuAG:Pr)等等。这类材料可合并至如闪烁体晶体的检测器中。由晶体发射的自然发生的辐射可通过使用能量阈值对所测量数据进行滤波或以其他方式进行处理来与从地层发射的伽马射线区别开。

[0036] 图4和图5示出其中伽马射线源是中子激活源的实施方案。中子激活源包括由于中子冲击在其上而发射伽马辐射的材料。在这些实施方案中，伽马射线源由从中子源20发射的中子通过激活反应激活。参考图4，一个实施方案包括设置在流体控制装置46的一侧上的中子激活源52。响应于从中子源20发射的中子突发，中子激活源将伽马射线发射至钻孔流体中，并且在钻孔流体中散射并且透射穿过钻孔流体的伽马射线由XLS检测器44检测到。

[0037] 图5示出利用中子激活伽马射线源的另一个实施方案。在这个实施方案中，中子源20被配置为密封中子管54，所述密封中子管54包括用于使离子加速以及响应于适当能量(例如来自井下或地面电源的电信号)的施加而发射中子的部件。中子管54充当中子发射体或中子源并且与中子激活源相互作用。

[0038] 中子管54包括离子源56、加速电极58和靶60。诸如氘离子的离子从离子源56排出并且与靶60碰撞，从而生成中子。例如，靶是氚靶，并且中子由于氘-氚(D-T)聚变反应而生成。中子管的部件设置在诸如真空密闭外壳的壳体62中。在一个实施方案中，中子管54是圆柱形管，但可使用任何合适的形状或配置。

[0039] 一个或多个中子激活源材料设置在中子管54处或其附近，所述一个或多个中子激活源材料可以是分离部件、形成中子管54的部件或是添加至中子管54的另外的部件。管54的激活产物，作为贡献的总和或作为具有比能和衰变特性的材料，被用作用于在流动的或取样的钻孔流体的情况下实行流体密度测量的伽马射线光子的源。

[0040] 在一个实施方案中，中子激活源材料被形成为氚靶60的衬底。靶60包括圆盘形或圆柱形衬底和氢吸留材料(例如，钛)，所述衬底由诸如银或铜的金属制成，所述氢吸留材料沉积在衬底上并且适合于产生D-T聚变反应。在这个实施方案中，衬底由响应于与在靶60处生成的中子的相互作用而发射伽马射线的材料制成。

[0041] 对于平面衬底和用于产生中子的近似点源射束，由靶60生成的快中子的近似一半横穿衬底材料的某一分段。那个衬底材料的快中子激活可用作伽马射线的源以在现有伽马射线检测器(例如，SS检测器40)的情况下或在邻近流体控制装置46中的流动或取样钻孔流体和密封中子管54添加另一个伽马射线检测器的情况下实行密度测量。

[0042] 工具18包括流体控制装置46，其被定位成使得从中子激活材料发射的伽马射线辐射钻孔流体。用于密度测量的伽马射线可通过选择时间窗口来与脉冲中子测量区别开，在所述时间窗口期间，不发生显著的中子生成，例如，在用于非弹性和热俘获谱的时间窗口(或时间门)之后的延长背景门期间。

[0043] 在一个实施方案中，另外的伽马射线检测器64放置在中子管54与流体腔室46之间以监视伽马射线源力度的变化。这个实施方案允许使所施加伽马射线强度标准化，使得可在中子管54发射变化的伽马射线强度和/或能量时进行密度测量。这里，也可放置快中子检测器以使来自中子发生器的产额标准化。这所具有的优点可在于快中子检测器计数将不取决于周围地层，而来自伽马检测器的计数可取决于中子发生器输出和周围地层两者。

[0044] 在一些情况下，中子管54包括具有天然或中子激活成分的多个部件。在这类情况下，能量窗口被选择以用于分析对应于由不同部件发射的伽马射线能量的检测器计数。例如，一个或多个能量窗口被选择以用于对与特定靶衬底材料或其他部件(诸如，针对Cu-65的相对长寿命的通道)相关联的适当能量进行门控，所述Cu-65具有表示为65Cu(n,p)65Ni的激活产物反应，具有1.352MeV的β衰变反应能量，并且是充分地自然同位素丰富的(30.8)，具有1100靶恩的良好激活截面。选择对应于由这个部件发射的伽马射线能量的能量窗口。如以上所讨论，诸如检测器64的检测器可被定位成使得得以确定能量窗口中的伽马射线的初始强度或计数并可将其与从钻孔流体发射的计数进行比较。

[0045] 其他候选衬底包括例如钼、铁、镍和其他元素或同位素。衬底或其他部件材料可基于例如所发射伽马射线的半衰期和能级来选择。

[0046] 图6示出估计地球地层和钻孔流体的性质的方法80的实施方案。方法80可由处理器诸如地面处理单元36和/或电子设备32执行，但不如此受限制。可使用能够从工具接收测量数据的任何合适的处理器或处理装置。出于例示性目的，以下结合系统10讨论方法80，但方法80可与诸如图2至图5所示的那些的任何合适的配置一起使用。方法80包括一个或多个阶段81-85。在一个实施方案中，方法80包括所描述顺序对所有阶段81-85的执行。然而，可省略某些阶段，可添加阶段，或改变阶段的顺序。

[0047] 在第一阶段81中，将工具18设置在钻孔14中。工具18可被设置并激活以用于在运行的井或已经关井的井中进行测量。在一个实施方案中，工具18是电缆工具，但可使用于诸如LWD应用的其他情境中。测量和分析可在多个时间和深度处执行以产生诸如C/O测井和密度测井的伽马射线谱数据。

[0048] 在第二阶段82中，激活脉冲中子源20以在选定时间窗口内发射一系列突发。处理单元和/或电子设备通过在时间窗口期间打开和关闭中子源来产生脉冲。例如，电子定时门使中子脉冲的定时与由检测器进行的检测同步。“同步”涉及发起中子脉冲PNG并记录中子源“打开”(即，脉冲起始)时的开始时间、中子源“关闭”(即，脉冲结束)时的时间、在脉冲发射结束之后继续的时间以及与打开和关闭时间有关的中子检测时间。

[0049] 近检测器22和远检测器24在选定时间门、即时间窗口或时间窗口的子集内的选定时间段处检测伽马射线。非弹性时间门在这些时间门之中，所述非弹性时间门对应于由于非弹性散射而发射的伽马射线的检测时间，所述非弹性散射在中子突发期间在中子具有相对高的能级以能够诱发非弹性散射伽马射线发射时发生。非弹性散射生成可由检测器检测为非弹性谱的伽马射线(非弹性伽马射线)。在一些情况下，在非弹性时间门期间不仅测量来自非弹性相互作用的伽马射线而且还测量来自热俘获相互作用的伽马射线，并且因此所检测计数率是总(非弹性和热俘获)计数率。可执行另一个步骤以移除热俘获伽马计数，从而获得非弹性伽马射线。

[0050] 检测器还在对应于热相互作用的热时间门期间检测伽马射线，在所述热相互作用中，具有热能的中子由地层中的元素的原子核俘获或吸收。在热能下，中子继续经历弹性碰撞，但它们平均上不再损失能量。

[0051] 在第三阶段83中，使用流体密度测量组件辐射钻孔流体并检测响应于照射而从钻孔流体发射的伽马射线。

[0052] 在一个实施方案中，钻孔流体被抽吸至诸如流体腔室46的流体控制部件中。钻孔流体可被允许在测量期间连续地或周期性地流过流体腔室46，或被抽进并保持为流体样品，所述流体样品在执行测量之后可被释放回钻孔中。

[0053] 伽马射线从自伽马射线源20发射，所述伽马射线源20诸如化学源或由中子激活的源，例如，密封中子管54和/或中子激活源52的部件。透射并散射穿过流体的伽马射线由例如远检测器24、LS检测器42和/或XLS检测器44检测到。伽马射线源可以是分离源(例如，化学源或中子激活源)或是已有脉冲中子组件部件的部分(例如，脉冲中子发生器的中子激活部件或检测器的内部放射性)。

[0054] 在一个实施方案中，通过以下方式执行密度测量：以具有与预期在脉冲中子测量期间检测到的伽马射线不同的能级的伽马射线辐射流体，和/或仅对具有在用于辐射钻孔流体的伽马射线的主能量处或其附近的能量的那些伽马射线进行计数。这个实施方案允许通过例如按能量对所检测伽马射线谱进行门控或分级(binning)来将密度伽马射线谱与脉冲中子谱区别开。

[0055] 伽马射线可被施加至钻孔流体且/或在允许区别开密度伽马射线谱的选定时间窗口或门处被检测。在一个实施方案中，在不同于非弹性时间门和热时间门的选定时间窗口或门期间检测伽马射线，或者检测器22被配置来仅在选定时间门期间对伽马射线进行计数。例如，在脉冲中子测量循环的背景时间门期间发射且/或检测伽马射线，所述背景时间门发生在非弹性和热时间门之后。在另一个实例中，延长的背景门被选择以用于检测来自钻孔流体的伽马射线(所述延长的背景门比针对脉冲中子测量选定的背景时间门更长)。这允许更有效地进行区别，因为通常不存在或存在相对少的因中子相互作用而产生的伽马射线。

[0056] 在第四阶段84中，处理由脉冲中子和/或密度测量组件生成的信号和数据以将因中子相互作用而产生的伽马射线谱(脉冲中子伽马射线谱)与由透射穿过钻孔流体或由钻孔流体散射的伽马射线产生的伽马射线谱(密度伽马射线谱)区别开。例如，在脉冲中子测量循环期间检测到的伽马射线信号被划分或分离到对应于非弹性时间门、热时间门和背景时间门的不同时间门中。非弹性时间门和热时间门中的谱被处理以生成脉冲中子谱，并且背景门或延长的背景门中的谱被处理以生成流体密度谱。这项处理可包括按能级对数据进行门控，如以上所讨论。

[0057] 在第五阶段85中，使用所处理伽马射线谱估计地层和/或钻孔流体性质。

[0058] 各种性质或指示地层性质的信息(诸如，孔隙度、饱和度、西格玛值、矿物学和碳-氧(C/O)比)可根据脉冲中子伽马射线谱来估计。非弹性谱数据和浮获谱数据被处理以确定多种元素的元素重量分数(即，表达为样品的质量的百分数的元素浓度)。来自近检测器和远检测器的时间谱可被单独地处理以提供传统的热中子俘获截面西格玛信息，或两个谱可一起用于针对钻孔和扩散效应自动地进行校正并且产生大致上近似固有的地层西格玛值的结果。

[0059] 示例性测量是C/O测量，其由工具18执行并且生成诸如C/O测井的结果。基于对非弹性伽马射线谱的谱分析来估计C/O比以估计所研究体积中的氧和碳的量，所述氧和碳的量可结合岩性和其他信息用于获得地层中的油和水浓度的估计值。

[0060] 密度伽马射线谱被分析以估计钻孔流体的密度或其他性质。用于辐射流体的伽马射线的能量和强度是基于所使用的源已知的，或者可由设置在伽马射线源与钻孔流体之间的伽马射线检测器(例如，检测器64)来测量。将密度伽马射线谱与所施加谱进行比较以估计伽马射线的衰减，所述衰减随后用于估计密度。

[0061] 在一个实施方案中，估计流体的含率密度性质。钻孔流体的特定相的含率(例如，气体、油和/或水相含率)指的是由所述相占据的套管或钻孔的横截面积的分数。分析使用密度测量组件在沿着钻孔的一个或多个深度或位置处执行的密度测量以估计钻孔流体中的不同相的含率。

[0062] 在一个实施方案中，在生产期间于运行的井中执行脉冲中子和伽马射线测量。例如，当液体朝向地面流动时，一部分被抽吸穿过工具中的流体腔室并且被辐射。这可与中子辐射同时地或在分离时间处执行。

[0063] 尽管实施方案被示出为将流体抽吸到工具内，但实施方案不如此受限制。例如，工具18可被配置成不具有流体腔室，并且来自伽马射线源26的伽马射线射束朝向环空发射或向中心工具镗孔内发射。护罩(例如，钨盘)可设置在伽马射线源26与远检测器之间。来自流体的反向散射辐射随后由诸如远检测器24的伽马射线检测器检测到，并且所得伽马射线谱如以上所讨论地被处理并分析。

[0064] 本文所描述的设备和方法具有优于现有技术设备和技术的各种优点。所述设备和方法允许使用脉冲中子技术测量地层性质和使用伽马射线密度技术测量流体性质同时或并行地进行。另外，通过将这些测量合并在使用常见部件(例如，检测器和/或中子源)来执行这些技术的单个工具中，可使制造和测井操作更加成本有效且更简单。

[0065] 例如，本文所描述的实施方案允许在脉冲中子和/或C/O测井期间对含率密度进行测量，使得可在运行条件期间执行脉冲中子和/或C/O测井。这与在关井条件期间执行的典型C/O测井过程(run)形成对比。

[0066] 此外，本文所描述的实施方案可用于利用已由脉冲中子工具部件产生的伽马辐射。例如，油田工业使用用于测井应用的电力驱动的密封中子管装置。这些装置的使用的有害副效应一直是通过中子与装置的材料的相互作用产生的所不希望的伽马射线的存在。这些相互作用以中子在询问钻孔和地层组分中相互作用相同的方式发生。也就是说，存在于发射装置自身的构造的材料内发生的非弹性、俘获和激活事件，所述事件通常并不赋予它们任何合意的地层评估能力。

[0067] 相反，这些事件通常被视为将要适当地处置的污染或寄生成分。本文所描述的实施方案可利用这些先前所不希望的事件来提供流体含率密度测量。

[0068] 结合本文教义，可使用各种分析法和/或分析部件，包括数字和/或模拟系统。所述系统可具有诸如处理器、存储介质、存储器、输入端、输出端、通信链路(有线、无线、脉冲泥浆、光学或其他)、用户接口、软件程序、信号处理器(数字或模拟)和其他这类部件(诸如电阻器、电容器、感应器等等)的部件，来以本领域中众所周知的若干方式中的任何方式提供本文所公开的设备和方法的操作和分析。据认为这些教义可以但不需要结合存储在计算机可读介质上的计算机可执行指令集来实现，所述计算机可读介质包括存储器(ROM、RAM)、光学介质(CD-ROM)或磁性介质(磁盘、硬盘驱动器)，或在执行时致使计算机实现本发明的方法的任何其他类型。除本公开中所描述的功能之外，这些指令可提供装备操作、控制、数据收集和分析以及系统设计员、所有者、用户或其他这类人员认为有关的其他功能。

[0069] 本领域技术人员将认识到，各种部件或技术可提供某些必要的或有益的功能性或特征。因此，这些功能和特征在支持所附权利要求书及其变型时可能需要时被认为内在地包括为本文教义的一部分和所公开的本发明的一部分。

[0070] 虽然已参考示例性实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并且等效物可取代其元件。另外，本领域技术人员将了解许多修改以使特定器械、情形或材料适应本发明的教义，而不脱离本发明的本质范围。因此，本发明旨在不限于作为预期实行本发明的最佳模式公开的特定实施方案。