BR112019017496B1

BR112019017496B1 - DETECTION OF ANOMALIES IN RING MATERIALS IN SINGLE AND DOUBLE-CATED COLUMN ENVIRONMENTS

Info

Publication number: BR112019017496B1
Application number: BR112019017496-6A
Authority: BR
Inventors: Philip Teague; Alex Stewart
Original assignee: Philip teague; Alex Stewart
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2023-09-19

Abstract

Uma ferramenta de avaliação de cimento a base de raios-x para medição da densidade de volumes de material dentro de ambientes de furo de poço de único, duplo e múltiplos revestimentos é fornecido, a ferramenta incluindo pelo menos um comprimento interno compreendendo uma seção de sonda, em que a dita seção de sonda compreende adicionalmente uma fonte de raios-x; uma blindagem de radiação para detectores de medição de radiação; componentes eletrônicos dependentes de sonda; e uma pluralidade de componentes eletrônicos de lógica de ferramenta e PSUs , em que a ferramenta usa raios-x para iluminar a formação que circunda um furo de sondagem e uma pluralidade de detectores é usada para medir diretamente a densidade das coroas circulares de cimento e quaisquer variações na densidade dentro. Detectores usados para medir afastamento de revestimento de modo que outras respostas do detector são compensadas para afastamento e centralização da ferramenta; uma pluralidade de detectores de referência é usada para monitorar a saída da fonte de raios-x, e um detector de deslocamento axial mais curto é configurado para distribuir fótons recebidos em classificações de energia de modo que medições fotoelétricas possam ser feitas.An x-ray based cement evaluation tool for measuring the density of volumes of material within single, double and multi-casing wellbore environments is provided, the tool including at least one internal length comprising a probe section , wherein said probe section further comprises an x-ray source; a radiation shield for radiation measurement detectors; probe dependent electronic components; and a plurality of tool logic electronics and PSUs, wherein the tool uses x-rays to illuminate the formation surrounding a drill hole and a plurality of detectors are used to directly measure the density of the cement rings and any variations in density inside. Detectors used to measure coating clearance so that other detector responses are compensated for tool clearance and centering; a plurality of reference detectors are used to monitor the output of the x-ray source, and a shorter axial displacement detector is configured to distribute received photons into energy ratings so that photoelectric measurements can be made.

Description

TECHNICAL FIELD

[001] A presente invenção refere-se geralmente a métodos e meios para detectar anomalias em materiais anulares, e em uma modalidade particular ainda que não limitante a métodos e meios para detectar anomalias nos materiais anulares de ambientes de coluna de revestimento único e duplo.[001] The present invention generally relates to methods and means for detecting anomalies in annular materials, and in a particular yet non-limiting embodiment to methods and means for detecting anomalies in the annular materials of single and double casing column environments.

FUNDAMENTALS

[002] Na indústria de petróleo e gás, o requisito de medir a qualidade de cimento através de múltiplos revestimentos é primordial como é a capacidade de determinar a situação das coroas circulares. A indústria emprega atualmente diversos métodos para a verificação da vedação hidráulica atrás de uma coluna de revestimento único. Tipicamente, ferramentas ultrassônicas são executadas no interior do poço para determinar se cimento é ligado à parte externa do revestimento, indicando assim a presença de cimento na coroa circular entre o revestimento e a formação, ou entre o revestimento e o revestimento externo. Por fim, um teste de pressão é necessário para assegurar que isolamento zonal tenha sido alcançado como ferramentas ultrassônicas são altamente dependentes da qualidade do revestimento, a ligação entre o revestimento e o material na coroa circular, e as propriedades mecânicas do material na coroa circular a serem capazes de trabalhar corretamente. Além disso, ferramentas ultrassônicas tratam o material na coroa circular como um volume único isotrópico e homogêneo, qualquer desvio real para fora deste ideal leva a imprecisões na medição.[002] In the oil and gas industry, the requirement to measure cement quality through multiple coatings is paramount as is the ability to determine the status of annular crowns. The industry currently employs several methods for checking the hydraulic seal behind a single casing string. Typically, ultrasonic tools are run down the wellbore to determine whether cement is bonded to the outside of the casing, thus indicating the presence of cement in the annulus between the casing and the formation, or between the casing and the outer casing. Finally, a pressure test is necessary to ensure that zonal isolation has been achieved as ultrasonic tools are highly dependent on the quality of the coating, the bond between the coating and the material in the annulus, and the mechanical properties of the material in the annulus to be able to work correctly. Furthermore, ultrasonic tools treat the material in the annulus as a single isotropic and homogeneous volume, any real deviation away from this ideal leads to measurement inaccuracies.

[003] Ferramentas atuais podem oferecer informações relativas à ligação de cimento do revestimento mais interno, ainda sem a capacidade de discriminar várias profundidades no cimento ou material anular. Isto pode levar à possibilidade que trajetórias de migração de fluido possam existir no limite de formação de cimento, dentro do próprio cimento, ou entre o revestimento e o revestimento externo, assim levando a uma perda de isolamento zonal.[003] Current tools can offer information regarding the cement bond of the innermost casing, yet without the ability to discriminate between various depths in the cement or annular material. This can lead to the possibility that fluid migration trajectories may exist at the cement formation boundary, within the cement itself, or between the casing and the outer casing, thus leading to a loss of zonal isolation.

[004] Não estão disponíveis tecnologias viáveis que sejam capazes de determinar a posição radial e azimutal de anomalias dentro da região anular (até o limite de formação de cimento) para garantir que não exista nenhuma trajetória de fluido que possa impor risco de isolamento zonal e integridade de poço.[004] Viable technologies are not available that are capable of determining the radial and azimuthal position of anomalies within the annular region (up to the limit of cement formation) to ensure that there is no fluid path that could pose a risk of zonal isolation and well integrity.

[005] Estado da Técnica ensina uma variedade de técnicas que usam raios-x ou outra energia radiante para inspecionar ou obter informações sobre as estruturas dentro ou circundando o furo de sondagem de um poço de água, óleo ou gás, ainda nenhum outro método ou meios capazes de analisar com precisão a posição azimutal e radial de anomalias nos materiais anulares que circundam um furo de poço em ambientes de poço revestido de única ou múltiplas colunas. Além disso, nenhum ensinamento de um método para analisar precisamente a posição azimutal de anomalias com um meio que inclui uma ferramenta centralizada (não-amortecida) que é concêntrica com o revestimento do poço, ao invés de ser uma ferramenta "amortecida" que permite que requer que os conjuntos de fonte e detector estejam em contato com o referido revestimento.[005] Prior Art teaches a variety of techniques that use x-rays or other radiant energy to inspect or obtain information about structures within or surrounding the borehole of a water, oil or gas well, yet no other method or means capable of accurately analyzing the azimuthal and radial position of anomalies in the annular materials surrounding a wellbore in single or multi-column cased hole environments. Furthermore, no teaching of a method for accurately analyzing the azimuth position of anomalies with a means that includes a centered (undamped) tool that is concentric with the well casing, rather than being a "damped" tool that allows requires that the source and detector assemblies are in contact with said coating.

[006] Por exemplo, US 3,564,251 de Youmans divulga o uso de um feixe de raios-x colimados varrendo azimutalmente que é usado para produzir um sinal atenuado em um detector com os propósitos de produzir um perfil formado em espiral do interior de uma superfície de revestimento ou furo de sondagem circundando imediatamente a ferramenta, efetivamente modalizada como um calibrador de raios-x. Entretanto, a referência falha em divulgar tanto um meio ou método para alcançar através da parede de aço de revestimentos de poço único ou múltiplos, e é portanto incapaz de discriminar o sinal a partir de atrás dos ditos revestimentos de materiais anulares, tais como cimento.[006] For example, US 3,564,251 to Youmans discloses the use of an azimuthally scanning collimated x-ray beam that is used to produce an attenuated signal in a detector for the purposes of producing a spirally formed profile of the interior of a surface of casing or drill hole immediately surrounding the tool, effectively modalized as an x-ray calibrator. However, the reference fails to disclose either a means or method for reaching through the steel wall of single or multiple well casings, and is therefore unable to discriminate the signal from behind said casings of annular materials, such as cement.

[007] US 7,675,029 de Teague et al. ensina um aparelho que permite a medição de fótons retrodispersos de raios-x a partir de qualquer superfície horizontal dentro de um furo de sondagem que se refere a técnicas de formação de imagens bidimensionais.[007] US 7,675,029 to Teague et al. teaches an apparatus that allows the measurement of backscattered x-ray photons from any horizontal surface within a borehole that relates to two-dimensional imaging techniques.

[008] US 7,634,059 de Wraight proporciona um conceito e aparelho que podem ser usados para medir imagens bidimensionais de raios-x da superfície interna dentro de um furo de sondagem sem a possibilidade técnica de olhar dentro do furo de sondagem em uma direção radial. Entretanto, ela falha em ensinar um método ou meios de alcançar através da parede de aço de um poço de um único ou múltiplos revestimento, e é portanto incapaz de discriminar o sinal a partir de atrás dos ditos revestimentos, de materiais anulares, tais como cimento.[008] US 7,634,059 to Wraight provides a concept and apparatus that can be used to measure two-dimensional x-ray images of the inner surface within a borehole without the technical possibility of looking into the borehole in a radial direction. However, it fails to teach a method or means of reaching through the steel wall of a single or multiple casing well, and is therefore unable to discriminate the signal from behind said casings, from annular materials such as cement. .

[009] US 8,481,919 de Teague divulga um método de produção de radiação de espectro Compton em um furo de sondagem sem o uso de isótopos radioativos, e descreve adicionalmente colimadores rotativos em torno de uma fonte fixa instalada internamente ao aparelho, mas não tem detectores de estado sólido com colimadores. Adicionalmente ensina o uso de arranjos de anodo cônicos e radialmente simétricos para permitir a produção de radiação de raios- x panorâmica. Entretanto, a referência falha em ensinar um meio ou método para alcançar através da parede de aço de um poço de um único ou múltiplos revestimentos, desse modo é incapaz de discriminar o sinal a partir de atrás dos referidos revestimentos, de materiais anulares, tais como cimento. A referência também falha em ensinar uma técnica de ferramentas não amortecidas (isto é, concêntrica) dentro de um ambiente de furo revestido de uma única ou múltiplas colunas.[009] US 8,481,919 to Teague discloses a method of producing Compton spectrum radiation in a borehole without the use of radioactive isotopes, and additionally describes rotating collimators around a fixed source installed internally to the apparatus, but does not have detectors. solid state with collimators. Additionally teaches the use of conical and radially symmetric anode arrangements to enable the production of panoramic x-ray radiation. However, the reference fails to teach a means or method for reaching through the steel well wall of a single or multiple casings, thereby being unable to discriminate the signal from behind said casings, from annular materials, such as cement. The reference also fails to teach an undamped (i.e., concentric) tooling technique within a single- or multi-column lined hole environment.

[010] US 2013/009049 de Smaardyk divulga um aparelho que permite medição de raios-x retrodispersos a partir das camadas internas de um furo de sondagem. Entretanto, falha em ensinar um meio ou método para alcançar através da parede de aço de revestimentos de poço único ou múltiplos, desse modo é incapaz de discriminar o sinal a partir de atrás dos ditos revestimentos, de materiais anulares, tais como cimento.[010] US 2013/009049 to Smaardyk discloses an apparatus that allows measurement of backscattered x-rays from the internal layers of a drilling hole. However, it fails to teach a means or method for reaching through the steel wall of single or multiple well casings, thereby being unable to discriminate the signal from behind said casings, from annular materials, such as cement.

[011] US 8,138,471 de Shedlock, divulga um aparelho de feixe de varredura com base em uma fonte de raios-x, um colimador de feixe de raios-x rotativo e detectores de radiação de estado sólido possibilitando a formação de imagem de apenas as superfícies internas de revestimentos e tubulações de furo de sondagem. No entanto, a referência falha em ensinar um método ou meios de alcançar tal passagem através da parede de aço de um único ou múltiplos revestimentos de poço, e é portanto, incapaz de discriminar o sinal a partir de atrás dos ditos revestimentos de materiais anulares, tais como cimento.[011] US 8,138,471 to Shedlock, discloses a scanning beam apparatus based on an x-ray source, a rotating x-ray beam collimator and solid state radiation detectors enabling imaging of surfaces only internal casings and borehole pipes. However, the reference fails to teach a method or means of achieving such passage through the steel wall of a single or multiple well casings, and is therefore unable to discriminate the signal from behind said annular material casings. such as cement.

[012] US 5,326,970 de Bayless divulga um conceito para uma ferramenta que visa medir raios-x retrodispersos a partir de superfícies internas de um revestimento de furo de sondagem com a fonte de raios-x sendo com base em um acelerador linear. Entretanto, a referência falha em ensinar meios ou método para medir dispersão através da parede de aço de um único ou múltiplos revestimentos de poço, desse modo, é incapaz de discriminar o sinal a partir de atrás dos ditos de materiais anulares, tais como cimento.[012] US 5,326,970 to Bayless discloses a concept for a tool that aims to measure backscattered x-rays from internal surfaces of a borehole casing with the x-ray source being based on a linear accelerator. However, the reference fails to teach a means or method for measuring dispersion through the steel wall of a single or multiple well casings, thus, it is unable to discriminate the signal from behind said annular materials, such as cement.

[013] US 7,705,294 de Teague ensina um aparelho que visa medir os raios-x retrodispersos a partir das camadas internas de um furo de sondagem em direções radiais selecionadas com os dados de segmento faltantes sendo povoados através do movimento do aparelho através do furo de sondagem. O aparelho permite geração de dados para uma reconstrução bidimensional do poço ou furo de sondagem, mas a publicação não ensina a geometria necessária para o feixe de raios-x iluminando para permitir discriminação da profundidade a partir da qual os fótons retrodispersos originaram, apenas sua direção.[013] US 7,705,294 to Teague teaches an apparatus for measuring backscattered x-rays from the inner layers of a borehole in selected radial directions with the missing segment data being populated by movement of the apparatus through the borehole . The device allows data generation for a two-dimensional reconstruction of the well or borehole, but the publication does not teach the necessary geometry for the illuminating x-ray beam to allow discrimination of the depth from which the backscattered photons originated, only their direction. .

[014] US 5,081,611 de Hornby divulga um método de retroprojeção para determinar parâmetros físicos acústicos da formação terrestre longitudinalmente ao longo do furo de sondagem usando um único transdutor ultrassônico e um número de receptores, que são distribuídos ao longo do eixo primário da ferramenta.[014] US 5,081,611 to Hornby discloses a backprojection method for determining acoustic physical parameters of the earth formation longitudinally along the borehole using a single ultrasonic transducer and a number of receivers, which are distributed along the primary axis of the tool.

[015] US 6,725,161 de Hillis ensina um método de colocação de um transmissor em um furo de sondagem, e um receptor na superfície da terra, ou um receptor em um furo de sondagem e um transmissor na superfície da terra, com o objetivo de determinar as informações estruturais relativas aos materiais geológicos entre o transmissor e o receptor.[015] US 6,725,161 to Hillis teaches a method of placing a transmitter in a borehole, and a receiver on the surface of the earth, or a receiver in a borehole and a transmitter on the surface of the earth, for the purpose of determining the structural information relating to the geological materials between the transmitter and receiver.

[016] US 6,876,721 de Siddiqui ensina um método de correlação de informações obtidas a partir de uma amostra de núcleo com informações a partir de um perfil de densidade de furo de sondagem. As informações de amostra de núcleo são derivadas de uma varredura por CT da amostra de núcleo, pela qual a fonte de raios-x e detectores estão localizados no exterior da amostra, e assim configurados como uma disposição fora-de-vista. Vários tipos de informações a partir da varredura por CT tal como a sua densidade de massa são comparadas e correlacionadas com informações de perfil.[016] US 6,876,721 to Siddiqui teaches a method of correlating information obtained from a core sample with information from a drill hole density profile. Core sample information is derived from a CT scan of the core sample, whereby the x-ray source and detectors are located on the exterior of the sample, and thus configured as an out-of-sight arrangement. Various types of information from the CT scan such as your mass density are compared and correlated with profile information.

[017] US 4,464,569 de Flaum revela um método para determinar a composição elementar de formações de terra que circundam um furo de sondagem de poço pelo processamento da radiação gama de captura de nêutron detectada emanando da formação terrestre após a irradiação de nêutrons da formação terrestre por uma ferramenta de perfilagem por espectroscopia de nêutron.[017] US 4,464,569 to Flaum discloses a method for determining the elemental composition of earth formations surrounding a wellbore by processing detected neutron capture gamma radiation emanating from the earth formation following neutron irradiation of the earth formation by a neutron spectroscopy profiling tool.

[018] US 4,433,240 de Seeman divulga uma ferramenta de perfilagem de furo de sondagem que detecta radiação natural da rocha da formação e perfila ditas informações de modo que ela possa ser representada em um formato de plotagem de intensidade versus profundidade.[018] US 4,433,240 to Seeman discloses a borehole logging tool that detects natural formation rock radiation and profiles said information so that it can be represented in an intensity versus depth plot format.

[019] US 3,976,879 de Turcotte divulga uma ferramenta de perfilagem de furo de sondagem que detecta e registra a radiação retrodispersa a partir da formação que circunda o furo de sondagem por meio de uma energia eletromagnética pulsada ou fonte de fótons, de forma que informações características possam ser representadas em um formato de plotagem de intensidade versus profundidade.[019] US 3,976,879 to Turcotte discloses a borehole logging tool that detects and records backscattered radiation from the formation surrounding the borehole by means of a pulsed electromagnetic energy or photon source, so that characteristic information can be represented in an intensity versus depth plot format.

[020] US 9,012,836 de Wilson et al. divulga um método e meios para a criação de imagens de porosidade de nêutron azimutais em um ambiente de cabeado. Similar à US 8,664,587, a referência divulga uma disposição de detectores estáticos azimutalmente que poderia ser implementada em uma ferramenta cabeada para auxiliar um operador na interpretação dos perfis de pós-fragmentação, subdividindo os detectores de nêutrons em uma pluralidade de detectores dispostos azimutalmente que são blindados dentro de um moderador para inferir direcionalidade a nêutrons e raios gama incidentes.[020] US 9,012,836 to Wilson et al. discloses a method and means for imaging azimuthal neutron porosity in a wired environment. Similar to US 8,664,587, the reference discloses an azimuthally static detector arrangement that could be implemented in a wired tool to assist an operator in interpreting post-fragmentation profiles by subdividing the neutron detectors into a plurality of azimuthally arranged detectors that are shielded. within a moderator to infer directionality to incident neutrons and gamma rays.

[021] US 4,883,956 de Manente et al. fornece um aparelho e métodos para investigação de formações de terra de subsuperfície usando um aparelho adaptado para movimento através de um furo de sondagem. Dependendo da característica ou características de formação a serem medidas, o aparelho pode incluir uma fonte de radiação natural ou artificial para irradiar as formações com radiação penetrante tal como raios gama, raios-x ou nêutrons. A luz produzida por um cintilador em resposta à radiação detectada é usada para gerar um sinal representativo de pelo menos uma característica da radiação e este sinal é registrado.[021] US 4,883,956 by Manente et al. provides an apparatus and methods for investigating subsurface earth formations using an apparatus adapted for movement through a borehole. Depending on the feature or features of the formation to be measured, the apparatus may include a natural or artificial radiation source to irradiate the formations with penetrating radiation such as gamma rays, x-rays or neutrons. The light produced by a scintillator in response to detected radiation is used to generate a signal representative of at least one characteristic of the radiation and this signal is recorded.

[022] US 6,078,867 de Plumb divulga um método para gerar uma representação gráfica tridimensional de um furo de sondagem, incluindo pelo menos as etapas de receber dados de calibração referentes ao furo de sondagem, gerar um modelo de malha de fios tridimensional do furo de sondagem a partir dos dados de calibração, e mapear com cores o modelo de malha de fios tridimensional a partir dos dados de calibração com base tanto na forma de furo de sondagem, rugosidade e/ou litologia.[022] US 6,078,867 to Plumb discloses a method for generating a three-dimensional graphical representation of a borehole, including at least the steps of receiving calibration data relating to the borehole, generating a three-dimensional wire mesh model of the borehole from the calibration data, and color map the three-dimensional wire mesh model from the calibration data based on either borehole shape, roughness and/or lithology.

[023] US 3,321,627 de Tittle divulga um sistema de detectores colimados e fontes de raios gama colimados para determinar a densidade de uma formação fora de um furo de sondagem, representado otimamente em um formato de plotagem de densidade versus profundidade. Entretanto, a referência falha em ensinar um meio ou método para alcançar através da parede de aço de um único ou múltiplos revestimentos de poço.[023] US 3,321,627 to Tittle discloses a system of collimated detectors and collimated gamma ray sources for determining the density of a formation outside a drill hole, optimally represented in a density versus depth plot format. However, the reference fails to teach a means or method for reaching through the steel wall of a single or multiple well casings.

SUMMARY

[024] Uma ferramenta de avaliação de cimento a base de raios-x para medição da densidade de volumes de material dentro de ambientes de furo de poço de um único, duplo ou múltiplos revestimentos é fornecido, a ferramenta incluindo pelo menos um comprimento interno compreendendo uma seção de sonda, em que dita seção de sonda compreende adicionalmente uma fonte de raios-x; uma blindagem de radiação para detectores de medição de radiação; componentes eletrônicos dependentes de sonda; e uma pluralidade de componentes eletrônicos de lógica de ferramenta e PSUs, em que a ferramenta usa raios-x para iluminar a formação que circunda um furo de sondagem e uma pluralidade de detectores é usada para medir diretamente a densidade das coroas circulares de cimento e quaisquer variações na densidade dentro. Detectores usados para medir o afastamento de revestimento de tal modo que outras respostas de detector são compensadas para afastamento e centralização da ferramenta; uma pluralidade de detectores de referência é usada para monitorar a saída da fonte de raios-x, e um detector de deslocamento axial mais curto é configurado para distribuir fótons recebidos em classificações de energia, de modo que medições fotoelétricas possam ser feitas.[024] An x-ray based cement evaluation tool for measuring the density of volumes of material within single, double or multiple casing wellbore environments is provided, the tool including at least one internal length comprising a probe section, said probe section further comprising an x-ray source; a radiation shield for radiation measurement detectors; probe dependent electronic components; and a plurality of tool logic electronics and PSUs, wherein the tool uses x-rays to illuminate the formation surrounding a drill hole and a plurality of detectors are used to directly measure the density of the cement rings and any variations in density inside. Detectors used to measure coating clearance such that other detector responses are compensated for tool clearance and centering; a plurality of reference detectors are used to monitor the output of the x-ray source, and a shorter axial displacement detector is configured to distribute received photons into energy ratings so that photoelectric measurements can be made.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[025] A figura 1 ilustra uma ferramenta de avaliação de cimento a base de raios-x implantada por transporte cabeado em um furo de sondagem, em que a densidade das coroas circulares cimentadas é medida pela ferramenta.[025] Figure 1 illustrates an x-ray-based cement assessment tool implanted by wired transport in a drill hole, in which the density of the cemented circular crowns is measured by the tool.

[026] A figura 2 ilustra uma pluralidade azimutal de feixes de raios- x feitos para criar um pseudo-cone de raios-x.[026] Figure 2 illustrates an azimuthal plurality of x-ray beams made to create a pseudo-cone of x-rays.

[027] A figura 3 ilustra uma fonte de raios-x e detectores localizados dentro de um alojamento de ferramenta.[027] Figure 3 illustrates an x-ray source and detectors located within a tool housing.

[028] A figura 4 ilustra uma fonte de raios-x e detectores localizados dentro de um alojamento de ferramenta.[028] Figure 4 illustrates an x-ray source and detectors located within a tool housing.

[029] A figura 5 ilustra uma fonte de raios-x e detectores localizados dentro de um alojamento de ferramenta[029] Figure 5 illustrates an x-ray source and detectors located within a tool housing

[030] A figura 6 ilustra uma medição fotoelétrica do revestimento resultante da interação do feixe de raios-x com o fluido de furo de poço e revestimento pode ser tomado pelos detectores de 2a ordem ou pelos detectores de ia ordem para determinar a quantidade geral de materiais associados com corrosão dentro dos materiais de revestimento.[030] Figure 6 illustrates a photoelectric measurement of the casing resulting from the interaction of the x-ray beam with the wellbore fluid and casing can be taken by the 2nd order detectors or the 1st order detectors to determine the overall amount of materials associated with corrosion within coating materials.

[031] A figura 7 ilustra a energia da saída de feixe de raios-x modulada e deslocamentos axiais ótimos modificam com relação à sensibilidade para cada grupo detector como uma função da profundidade de investigação.[031] Figure 7 illustrates the modulated x-ray beam output energy and optimal axial displacements modify with respect to sensitivity for each detector group as a function of depth of investigation.

[032] A figura 8 ilustra uma representação espectral de um detector de ia ordem mostrando intensidade versus energia de fóton.[032] Figure 8 illustrates a spectral representation of a 1st order detector showing intensity versus photon energy.

BRIEF DESCRIPTION OF SEVERAL EXAMPLE MODALITIES

[033] Esta invenção descreve um método e meios para melhorar a resolução e determinação da densidade dos materiais que circundam um furo de poço em um empacotamento que não requer contato físico direto com os revestimentos de poços (isto é, não amortecidos). A invenção descrita e reivindicada aqui consiste em um método e meios para a usar um feixe de raios- x pseudo-cônico, localizado dentro de uma ferramenta de perfilagem de furo de sondagem concentricamente localizada, não-amortecida, para o propósito de detectar variações de densidade dentro dos materiais anulares que circundam um furo de sondagem dentro de ambientes de furos revestidos de única ou múltiplas colunas.[033] This invention describes a method and means for improving the resolution and determination of the density of materials surrounding a wellbore in a packaging that does not require direct physical contact with well casings (i.e., undamped). The invention described and claimed herein consists of a method and means for using a pseudo-conical x-ray beam, located within a concentrically located, undamped, borehole logging tool, for the purpose of detecting variations in density within the annular materials surrounding a borehole within single- and multi-column cased hole environments.

[034] A disposição dos detectores colimados permite a coleta de dados que se referem especificamente a regiões radialmente localizadas e azimutais conhecidas de interação (profundidades de investigação distribuídas azimutalmente). Quando dita ferramenta é movida axialmente dentro do poço, um mapa tridimensional das densidades dos materiais anulares que circundam o furo de sondagem pode ser criado de modo que variações na densidade dos materiais anulares possam ser analisadas para procurar problemas com integridade de cimento e isolamento zonal, tais como canais, ou orifícios nos materiais anulares que poderiam transmitir pressão.[034] The arrangement of the collimated detectors allows the collection of data that specifically refers to known radially located and azimuthal regions of interaction (azimuthally distributed depths of investigation). When said tool is moved axially within the wellbore, a three-dimensional map of the densities of the annular materials surrounding the borehole can be created so that variations in the density of the annular materials can be analyzed to look for problems with cement integrity and zonal isolation. such as channels, or holes in the annular materials that could transmit pressure.

[035] Um método exemplar compreende uma combinação de tecnologia conhecida e nova em uma nova aplicação com relação à física de radiação e cimento e medições de revestimento para uso dentro da indústria de petróleo e gás. Tais métodos são modalizados adicionalmente por um meio, que pode ser usado para praticar o método para uso em um poço de água, óleo ou gás. Este método exemplar beneficia o monitoramento e determinação da integridade do cimento, isolamento zonal, e integridade do poço, dentro de ambientes de furo de poço de uma única ou múltiplas colunas cimentado.[035] An exemplary method comprises a combination of known and new technology in a new application with respect to radiation physics and cement and coating measurements for use within the oil and gas industry. Such methods are further modalized by a means, which can be used to practice the method for use in a water, oil or gas well. This exemplary method benefits the monitoring and determination of cement integrity, zonal isolation, and well integrity, within single- and multi-column cemented wellbore environments.

[036] Com referência agora às Figuras em anexo, a figura 1 ilustra uma ferramenta de avaliação de cimento a base de raios-x [101] implantada por transporte cabeado [102, 103] em um furo de sondagem [105], em que a densidade das coroas circulares cimentadas [104] é medida pela ferramenta [101].[036] Referring now to the attached Figures, Figure 1 illustrates an x-ray based cement evaluation tool [101] deployed by wired transport [102, 103] in a drill hole [105], in which the density of the cemented circular crowns [104] is measured by the tool [101].

[037] A figura 2 ilustra uma pluralidade azimutal de feixes de raios- x [201] feitos para criar um pseudo-cone de raios-x. Entretanto, ao contrário de um cone verdadeiro, os dedos separados do pseudo-cone [201] podem ser empregados para reduzir a quantidade de interferência no sinal entre os detectores [203], isto é, anomalias [204] nos materiais anulares [202] que circundam o furo de sondagem e revestimentos [205] serão detectados por diferentes detectores localizados azimutalmente [203] em taxas diferentes, de modo que a localização azimutal mais provável da anomalia possa ser determinada.[037] Figure 2 illustrates an azimuthal plurality of x-ray beams [201] made to create a pseudo-cone of x-rays. However, unlike a true cone, the separate fingers of the pseudo-cone [201] can be employed to reduce the amount of signal interference between detectors [203], i.e. anomalies [204] in the annular materials [202]. that surround the borehole and casings [205] will be detected by different azimuthally located detectors [203] at different rates so that the most likely azimuth location of the anomaly can be determined.

[038] A figura 3 ilustra uma fonte e detectores de raios-x [307, 308] localizados dentro de um alojamento de ferramenta [310]. A ferramenta é localizada dentro de um furo de sondagem revestido preenchido com fluido [306]. O primeiro revestimento [305] é ligado a um segundo revestimento [303] por uma coroa circular preenchida com cimento [304]. O segundo revestimento [303] é ligado à formação [301] por uma segunda coroa circular preenchida com cimento [302]. Como o feixe cônico de raios-x [309] interage com os meios [301,302,303, 304, 305, 306] que circundam o furo de sondagem, as contagens são detectadas em cada grupo deslocado axialmente de detectores [307, 308]. Os dados de detector de fluido e revestimento [308] serão principalmente atribuíveis a mecanismos de dispersão de evento único, enquanto que os dados do grupo detector de anomalias [307] serão principalmente compreendidos por múltiplos mecanismos de eventos de dispersão.[038] Figure 3 illustrates an x-ray source and detectors [307, 308] located within a tool housing [310]. The tool is located inside a lined borehole filled with fluid [306]. The first shell [305] is connected to a second shell [303] by a cement-filled circular crown [304]. The second casing [303] is connected to the formation [301] by a second cement-filled circular crown [302]. As the conical beam of x-rays [309] interacts with the media [301,302,303, 304, 305, 306] surrounding the borehole, counts are detected at each axially displaced group of detectors [307, 308]. The fluid and coating detector [308] data will be primarily attributable to single event scattering mechanisms, whereas the anomaly detector group [307] data will be primarily comprised of multiple scattering event mechanisms.

[039] A figura 4 ilustra uma fonte de raios-x e detectores [410,411,412, 413, 414, 415] localizados dentro de um alojamento de ferramenta [407]. A ferramenta é localizada dentro de um furo de sondagem preenchido com fluido [406]. O primeiro revestimento [405] é ligado a um segundo revestimento [403] por uma coroa circular preenchida com cimento [404]. O segundo revestimento [403] é ligado à formação [401] por uma segunda coroa circular preenchida com cimento [402]. Como o feixe de raios-x [409] (aqui mostrado como um cone) interage com o meio [401,402,403, 404, 405, 406] que circunda o alojamento de ferramenta [407], as contagens que são detectadas em cada grupo de detectores de deslocamento axial [410,411,412, 413, 414, 415] são uma convolução das várias somas de fator de atenuação dos fótons detectados à medida que eles se deslocam através de e de volta através de cada ‘camada’ da vizinhança da ferramenta [401,402,403, 404, 405, 406]. À medida que o deslocamento axial (a partir da fonte) para o grupo detector aumenta, assim também a quantidade de convolução do sinal detectado. Uma função adicional é a média de comprimentos de trajetória livre dos vários materiais como função da energia de fóton de raios-x. Os dados do detector de 1a ordem [410] serão basicamente atribuíveis a mecanismos de dispersão de um único evento, enquanto que os dados do grupo detector de 3a - enésima ordem [412 a 415] serão principalmente compreendidos por múltiplos mecanismos de evento de dispersão (Compton). Os dados provenientes de cada detector podem ser desconvolvidos através do uso dos dados coletados pelo detector coerente azimutalmente correspondente com um deslocamento axial inferior (profundidade radial inferior de investigação). Usando uma abordagem de multietapas, o sinal de cada detector pode ser desconvolvido de tal modo que o resultado é uma medida da densidade do material dentro da profundidade de investigação (região de interesse) de um detector específico.[039] Figure 4 illustrates an x-ray source and detectors [410,411,412, 413, 414, 415] located within a tool housing [407]. The tool is located inside a fluid-filled borehole [406]. The first shell [405] is connected to a second shell [403] by a cement-filled circular crown [404]. The second casing [403] is connected to the formation [401] by a second cement-filled circular crown [402]. As the x-ray beam [409] (shown here as a cone) interacts with the medium [401,402,403, 404, 405, 406] surrounding the tool housing [407], the counts that are detected at each group of detectors of axial displacement [410,411,412, 413, 414, 415] are a convolution of the various attenuation factor sums of the detected photons as they travel through and back through each 'layer' of the tool's vicinity [401,402,403, 404 , 405, 406]. As the axial displacement (from the source) to the detector group increases, so does the amount of convolution of the detected signal. An additional function is the average free path lengths of the various materials as a function of x-ray photon energy. Data from the 1st order detector [410] will be primarily attributable to single-event scattering mechanisms, while data from the 3rd-nth order detector group [412 to 415] will primarily be comprised of multiple scattering event mechanisms ( Compton). Data from each detector can be devolved through the use of data collected by the corresponding azimuthally coherent detector with a lower axial offset (lower radial depth of investigation). Using a multistep approach, the signal from each detector can be deconvolved such that the result is a measure of the density of material within the depth of investigation (region of interest) of a specific detector.

[040] A figura 5 ilustra uma fonte de raios-x e detectores [510,511,512, 513, 514, 515] localizados dentro de um alojamento de ferramenta [507]. A ferramenta é localizada dentro de um furo de sondagem preenchido com fluido [506]. O primeiro revestimento [505] é ligado a um segundo revestimento [503] por uma coroa circular preenchida com cimento [504]. O segundo revestimento [503] é ligado à formação [501] uma coroa circular preenchida com cimento [502]. Como o feixe de raios-x [509] (aqui mostrado como um cone) interage com o meio que circunda o furo de sondagem, as contagens que são detectadas em cada grupo deslocado axialmente de detectores [510,511,512, 513, 514, 515] é uma convolução das várias somas do fator de atenuação dos fótons detectados à medida que eles se deslocam através de e de volta através de cada ‘camada’ que circunda a ferramenta [501,502,503, 504, 505, 506]. Os dados de cada detector podem ser desconvolvidos através do uso dos dados coletados pelo grupo detector de 1a ordem [510], para compensar por variações de espessura de fluido [506] e de revestimento [505] isoladamente. Usando uma abordagem de etapa única, o sinal de cada detector pode ser compensado tal que o resultado é uma medida da densidade do material dentro da profundidade de investigação (região de interesse) combinada com uma função das atenuações e seções transversais de dispersão dos materiais em profundidades inferiores de investigações (ou desvios axiais inferiores).[040] Figure 5 illustrates an x-ray source and detectors [510,511,512, 513, 514, 515] located within a tool housing [507]. The tool is located inside a fluid-filled borehole [506]. The first shell [505] is connected to a second shell [503] by a cement-filled circular crown [504]. The second coating [503] is connected to the formation [501] a circular crown filled with cement [502]. As the x-ray beam [509] (shown here as a cone) interacts with the medium surrounding the borehole, the counts that are detected at each axially displaced group of detectors [510,511,512, 513, 514, 515] are a convolution of the various sums of the attenuation factor of the detected photons as they travel through and back through each 'layer' surrounding the tool [501,502,503, 504, 505, 506]. Data from each detector can be deconvolved through the use of data collected by the 1st order detector group [510], to compensate for variations in fluid thickness [506] and coating [505] alone. Using a single-step approach, the signal from each detector can be compensated such that the result is a measure of the material density within the depth of investigation (region of interest) combined with a function of the attenuations and scattering cross-sections of the materials in lower depths of investigations (or lower axial deviations).

[041] A figura 6 ilustra uma medição fotoelétrica do revestimento [603], resultante da interação do feixe de raios-x [601] com o fluido de furo de poço [604] e o revestimento [603] pode ser tomado pelos detectores de 2a ordem [606] ou dos detectores de 1a ordem [605] para determinar a quantidade geral de materiais associados com corrosão [607] dentro dos materiais de revestimento. Esta medição também poderia ser combinada com a medição de deslocamento radial contribuída pelo detector de 1a ordem [605] para determinar uma medição de índice de ‘qualidade de revestimento’. Revestimentos são tipicamente classificados em grupos dimensionais por seu diâmetro externo, e em peso por unidade de comprimento. A variabilidade dimensional do revestimento é exibida pelo diâmetro interno. Consequentemente, corrosão da superfície interna do revestimento, voltada para os fluidos do furo de poço, pode ser determinada por medições de diâmetro interno sozinho usando a intensidade medida (pelos detectores de 1a ordem [605]) do feixe de raios-x [601] movendo axialmente para trás e para frente na superfície interna do revestimento conforme o diâmetro interno varia.[041] Figure 6 illustrates a photoelectric measurement of the casing [603], resulting from the interaction of the x-ray beam [601] with the wellbore fluid [604] and the casing [603] can be taken by the detectors. 2nd order [606] or 1st order detectors [605] to determine the general amount of materials associated with corrosion [607] within the coating materials. This measurement could also be combined with the radial displacement measurement contributed by the 1st order detector [605] to determine a ‘coating quality’ index measurement. Coatings are typically classified into dimensional groups by their outer diameter, and by weight per unit length. The dimensional variability of the coating is displayed by the internal diameter. Consequently, corrosion of the inner surface of the casing, facing the wellbore fluids, can be determined by inner diameter measurements alone using the measured intensity (by the 1st order detectors [605]) of the x-ray beam [601]. moving axially back and forth on the inner surface of the casing as the inner diameter varies.

[042] A figura 7 ilustra a energia do feixe de raios-x de saída [701] modulada e mudanças de deslocamento axial ótimo com relação à sensibilidade para cada grupo detector [707], como função da profundidade de investigação. Uma redução da energia do feixe de raios-x [708] resultará em uma redução do deslocamento axial ótimo dos grupos detectores [709]. Entretanto, conforme os detectores físicos [707] permanecem estáticos, as informações coletadas relativas à modulação de feixe de raios-x podem ser usadas para determinar níveis variados de funções de sensibilidade para a região que circunda o furo de sondagem. De fato, atuando como uma abertura sintética, e aumentando resolução radial.[042] Figure 7 illustrates the modulated output x-ray beam energy [701] and optimal axial displacement changes with respect to sensitivity for each detector group [707], as a function of investigation depth. A reduction in the energy of the x-ray beam [708] will result in a reduction in the optimal axial displacement of the detector groups [709]. However, as the physical detectors [707] remain static, the information collected regarding x-ray beam modulation can be used to determine varying levels of sensitivity functions for the region surrounding the borehole. In effect, acting as a synthetic aperture, and increasing radial resolution.

[043] A figura 8 ilustra a representação espectral de um detector de 1a ordem mostrando intensidade [801] versus energia de fóton [802]. O detector de ia ordem pode ser usado para coletar um espectro de fótons recebidos, ou para coletar com base nos limites de energia, em que as janelas específicas de energia [803, 804] são usadas para se separar entre contagens originando de eventos de dispersão Compton, e aquelas originando de fotoelétricos. A este respeito, energias fotoelétricas seriam representadas pelas contagens dentro da janela de baixa energia [803], e Compton dentro da janela de energia mais alta [804]. A relação das contagens coletadas dentro das duas janelas fornece a base da medição fotoelétrica.[043] Figure 8 illustrates the spectral representation of a 1st order detector showing intensity [801] versus photon energy [802]. The 1st order detector can be used to collect a spectrum of incoming photons, or to collect based on energy limits, where specific energy windows [803, 804] are used to separate between counts originating from scattering events. Compton, and those originating from photoelectrics. In this regard, photoelectric energies would be represented by counts within the low energy window [803], and Compton within the higher energy window [804]. The relationship of the counts collected within the two windows provides the basis for the photoelectric measurement.

[044] Em uma modalidade, uma ferramenta de avaliação de cimento a base de raios-x [101] é implantada por transporte cabeado [102, 103] em um furo de sondagem [105], em que a densidade das coroas circulares cimentadas [104] é medida pela ferramenta [101].[044] In one embodiment, an x-ray based cement assessment tool [101] is implanted by wired transport [102, 103] into a drill hole [105], wherein the density of the cemented circular crowns [ 104] is measured by tool [101].

[045] Em uma modalidade adicional, colimadores cilíndricos são usados para fornecer direcionalidade à saída de uma fonte de raios-x que está localizada dentro do alojamento de pressão de uma ferramenta de perfilagem de furo de sondagem [101]. Uma pluralidade azimutal de feixes de raios-x [201] pode ser feita para criar um pseudo-cone de raios-x. Entretanto, ao contrário de um único cone, os dedos separados do pseudo-cone [201] podem ser empregados para reduzir a quantidade de interferência no sinal entre os detectores [203], isto é, anomalias [204] nos materiais anulares [202] que circundam o furo de sondagem e revestimentos [205] serão detectadas por diferentes detectores orientados azimutalmente [203] em taxas diferentes, de modo que a localização azimutal mais provável da anomalia possa ser determinada. A fonte de raios-x e detectores [307, 308] estão localizados dentro de um alojamento de ferramenta [310]. A ferramenta é localizada dentro de um furo de sondagem preenchido com fluido [306]. O primeiro revestimento [305] é ligado a um segundo revestimento [303] por uma coroa circular preenchida com cimento [304]. O segundo revestimento [303] é ligado à formação [301] por uma segunda coroa circular preenchida com cimento [302]. Como o feixe cônico de raios-x [309] interage com o meio [301,302,303, 304, 305, 306] que circunda o furo de sondagem, as contagens são detectadas em cada grupo deslocado axialmente de detectores [307, 308]. Dados de detector de fluido e revestimento [308] serão principalmente atribuíveis a mecanismos de dispersão de evento único, enquanto que os dados do grupo detector de anomalias [307] serão principalmente compreendidos por mecanismos de múltiplos eventos de dispersão. A fonte de raios-x e os detectores [410,411,412, 413, 414, 415] estão localizados dentro de um alojamento de ferramenta [407]. Como o feixe de raios- x [409] interage com os meios [401, 402, 403, 404, 405, 406] que circundam o alojamento da ferramenta [407], as contagens que são detectadas em cada grupo de detectores axialmente deslocados [410, 411, 412, 413, 414, 415] é uma convolução das várias somas do fator de atenuação dos fótons detectados conforme eles se deslocam através de e de volta através de cada camada radial da vizinhança da ferramenta [401, 402, 403, 404, 405, 406]. Como o deslocamento axial (a partir da fonte) para o aumento do grupo detector, a quantidade de convolução do sinal detectado. Uma função adicional é a média de comprimentos de trajetória livre dos vários materiais como uma função da energia de fóton de raios-x. Dados de detector de 1a ordem [410] serão basicamente atribuíveis a mecanismos de dispersão de um único evento, enquanto que os dados do grupo detector de 3a - enésima ordem [412 a 415] serão principalmente constituídos por múltiplos mecanismos de evento de dispersão (Compton).[045] In a further embodiment, cylindrical collimators are used to provide directionality to the output of an x-ray source that is located within the pressure housing of a borehole logging tool [101]. An azimuthal plurality of x-ray beams [201] can be made to create a pseudo-x-ray cone. However, unlike a single cone, the separate fingers of the pseudo-cone [201] can be employed to reduce the amount of signal interference between detectors [203], i.e. anomalies [204] in the annular materials [202]. that surround the borehole and casings [205] will be detected by different azimuthally oriented detectors [203] at different rates so that the most likely azimuth location of the anomaly can be determined. The x-ray source and detectors [307, 308] are located within a tool housing [310]. The tool is located inside a fluid-filled borehole [306]. The first shell [305] is connected to a second shell [303] by a cement-filled circular crown [304]. The second casing [303] is connected to the formation [301] by a second cement-filled circular crown [302]. As the conical beam of x-rays [309] interacts with the medium [301,302,303, 304, 305, 306] surrounding the borehole, counts are detected at each axially displaced group of detectors [307, 308]. Fluid and coating detector data [308] will be primarily attributable to single-event scattering mechanisms, whereas anomaly detector group [307] data will primarily be comprised of multiple scattering event mechanisms. The x-ray source and detectors [410,411,412, 413, 414, 415] are located within a tool housing [407]. As the x-ray beam [409] interacts with the media [401, 402, 403, 404, 405, 406] surrounding the tool housing [407], the counts that are detected at each group of axially displaced detectors [ 410, 411, 412, 413, 414, 415] is a convolution of the various sums of the attenuation factor of the detected photons as they travel through and back through each radial layer in the vicinity of the tool [401, 402, 403, 404, 405, 406]. As the axial displacement (from the source) to the detector group increases, the amount of convolution of the detected signal. An additional function is the average free path lengths of the various materials as a function of x-ray photon energy. 1st order detector data [410] will be primarily attributable to single-event scattering mechanisms, whereas 3rd-nth order detector group data [412 to 415] will primarily be comprised of multiple scattering event mechanisms (Compton ).

[046] Os dados de cada detector são desconvolvidos através do uso dos dados coletados pelo detector coerente azimutalmente correspondente com um deslocamento axial inferior (profundidade radial inferior de investigação). Usando uma abordagem de multietapas, o sinal proveniente de cada detector pode ser desconvolvido de tal modo que o resultado é uma medida da densidade do material dentro da profundidade de investigação (região de interesse) de um detector específico.[046] Data from each detector is devolved through the use of data collected by the corresponding azimuthally coherent detector with a lower axial displacement (lower radial depth of investigation). Using a multistep approach, the signal from each detector can be deconvolved such that the result is a measure of the density of material within the depth of investigation (region of interest) of a specific detector.

[047] Em uma modalidade adicional, os dados de cada detector podem ser desconvolvidos através do uso dos dados coletados pelo grupo detector de 1a ordem [510], para compensar as variações de espessura de fluido [506] e revestimento [505] isoladamente. Usando uma abordagem de etapa única, o sinal de cada detector pode ser compensado tal que o resultado é uma medida da densidade do material dentro da profundidade de investigação (região de interesse) combinada com uma função das atenuações e seções transversais de dispersão dos materiais em profundidades inferiores de investigações (ou desvios axiais inferiores).[047] In an additional embodiment, data from each detector can be devolved through the use of data collected by the 1st order detector group [510], to compensate for variations in fluid thickness [506] and coating [505] alone. Using a single-step approach, the signal from each detector can be compensated such that the result is a measure of the material density within the depth of investigation (region of interest) combined with a function of the attenuations and scattering cross-sections of the materials in lower depths of investigations (or lower axial deviations).

[048] O enviesamento de dispersão única do grupo detector de 1a ordem torna o grupo ideal para medir o deslocamento entre o alojamento de ferramenta e o revestimento através dos fluidos de poço. À medida que a ferramenta deve estar localizada principalmente coaxialmente com o revestimento de poço (isto é, não amortecida), pode ser antecipado que a ferramenta permanecerá principalmente centralizada. Entretanto, qualquer variação leve no diâmetro do revestimento de poço (ovalidade) ou ineficiências nos mecanismos centralizadores de ferramenta resultarão em um comprimento de trajetória mais longo para os raios-x através do fluido do furo de poço. Por esta razão, os detectores de 1a ordem são o mecanismo de compensação primário para mudanças no comprimento de trajetória e atenuação para os detectores de ordem mais alta. Além disso, comparação de cada um dos detectores de 1a ordem azimutalmente distribuídos podem ser empregues, tal que a localização física da ferramenta dentro do revestimento (como uma função de deslocamento da linha central) pode ser determinada. Por exemplo, o sinal proveniente de um lado de uma ferramenta centralizada será diferente do lado oposto da ferramenta, o uso de três ou mais detectores azimutalmente no grupo pode ajudar a determinar se a ferramenta está centralizada ou não (como informações úteis), e o uso de 5 ou mais detectores pode alcançar a mesma, mas com o benefício adicional de fornecer o meio para criar uma função elíptica para determinar a ovalidade do revestimento.[048] The single dispersion bias of the 1st order detector group makes the group ideal for measuring the displacement between the tool housing and casing through well fluids. As the tool must be located primarily coaxially with the well casing (i.e., undamped), it can be anticipated that the tool will remain primarily centered. However, any slight variation in well casing diameter (ovality) or inefficiencies in tool centering mechanisms will result in a longer path length for x-rays through the wellbore fluid. For this reason, 1st order detectors are the primary compensation mechanism for changes in path length and attenuation for higher order detectors. Furthermore, comparison of each of the azimuthally distributed 1st order detectors can be employed, such that the physical location of the tool within the casing (as a function of centerline offset) can be determined. For example, the signal coming from one side of a centered tool will be different from the opposite side of the tool, using three or more detectors azimuthally in the group can help determine whether the tool is centered or not (as useful information), and the Using 5 or more detectors can achieve the same, but with the added benefit of providing the means to create an elliptical function to determine coating ovality.

[049] Uma técnica similar pode ser aplicada aos grupos detectores de ordem superior. Onde, nesses grupos detectores que estão associados a uma região de interesse (ou raios de interesse) associada com um revestimento de poço ‘externo’, podem ser usados para atribuir uma função elíptica para determinar onde o revestimento mais interno está localizado em comparação com o revestimento mais externo, e, portanto, uma métrica de excentricidade do revestimento de múltiplas colunas pode ser resolvida.[049] A similar technique can be applied to higher order detector groups. Where in those detector groups that are associated with a region of interest (or radii of interest) associated with an 'outer' well casing can be used to assign an elliptical function to determine where the innermost casing is located in comparison to the outermost casing, and therefore a multi-column casing eccentricity metric can be solved.

[050] Comparação de agrupamentos azimutais axialmente deslocados de detectores também pode ser usada para determinar a posição radial de ‘anomalias de densidade’ prospectivas. A este respeito, se uma anomalia estiver localizada no interior da coroa circular externa, entre um revestimento externo e a formação, então somente grupos detectores de ordem mais alta devem detectar uma mudança na intensidade/contagem de fótons recebidos, enquanto que a profundidade de investigação dos grupos detector de ordem inferior seria muito baixa para detectar a dita anomalia. Uma anomalia detectada por um grupo detector de ordem inferior seria detectada por ambos os detectores de anomalia de ordem inferior e detectores de ordem mais alta, à medida que o feixe de raios-x passa através de todas as regiões de interesse. Uma anomalia localizada em uma profundidade inferior (interna) de investigação terá impacto convoluto sobre os detectores de ordem mais alta. Esta diferença entre o impacto nos detectores de ordem superior e inferior serve a base para determinar a posição radial de uma anomalia de densidade localizada dentro dos materiais anulares que circundam um furo de sondagem.[050] Comparison of axially displaced azimuthal groupings of detectors can also be used to determine the radial position of prospective 'density anomalies'. In this regard, if an anomaly is located within the outer annulus, between an outer shell and the formation, then only higher order detector groups should detect a change in the intensity/count of received photons, while the depth of investigation of lower order detector groups would be too low to detect said anomaly. An anomaly detected by a lower order detector group would be detected by both lower order anomaly detectors and higher order detectors as the x-ray beam passes through all regions of interest. An anomaly located at a lower (inner) depth of investigation will have convoluted impact on higher order detectors. This difference between the impact on the higher and lower order detectors serves the basis for determining the radial position of a density anomaly located within the annular materials surrounding a borehole.

[051] Em uma modalidade, os dados coletados a partir de cada plano azimutal podem ser processados para criar um mapa de densidade bidimensional (pixels) dos materiais estendendo para fora da superfície da ferramenta a uma distância significativa na formação que circunda o furo de sondagem, assim capturando todos os dados de densidade para os materiais como uma função da posição axial e posição radial. Em uma modalidade adicional, os dados coletados de cada ‘azimute’ podem ser comparados com azimutes vizinhos para determinar a posição azimutal de uma anomalia, tal que os mapas bidimensionais podem ser amalgamados em um mapa tridimensional (voxels) dos dados de densidade para os materiais como uma função da posição axial, azimutal e radial.[051] In one embodiment, data collected from each azimuth plane can be processed to create a two-dimensional density map (pixels) of the materials extending outward from the tool surface a significant distance into the formation surrounding the drill hole. , thus capturing all density data for the materials as a function of axial position and radial position. In a further embodiment, data collected from each 'azimuth' can be compared with neighboring azimuths to determine the azimuthal position of an anomaly, such that the two-dimensional maps can be amalgamated into a three-dimensional (voxel) map of the density data for the materials. as a function of axial, azimuthal and radial position.

[052] Durante operações de tamponação e abandono, a qualidade do revestimento pode não ser conhecida. Em uma modalidade adicional, uma medição fotoelétrica do revestimento [603], resultante da interação do feixe de raios-x [601] com o fluido de furo de poço [604] e revestimento [603] pode ser tomada pelos detectores de 2a ordem [606] ou detectores de 1a ordem [605] para determinar a quantidade geral de materiais associados à corrosão [607] dentro dos materiais de revestimento. Esta medição também poderia ser combinada com a medição de deslocamento radial contribuída pelo detector de 1a ordem [605] para determinar a medição de índice de ‘qualidade de revestimento’. Os revestimentos são tipicamente classificados em grupos dimensionais por seu diâmetro externo, e em peso por unidade de comprimento. A variabilidade dimensional do revestimento é exibida pelo diâmetro interno. Consequentemente, corrosão da superfície interna do revestimento, voltada para fluidos do furo de poço, pode ser determinada por medições de diâmetro interno sozinhas usando a intensidade medida (pelos detectores de 1a ordem [605]) do feixe de raios-x [601] movendo axialmente para trás e para frente na superfície interna do revestimento à medida que o diâmetro interno varia. O detector de 1a ordem pode ser usado para coletar um espectro de fótons recebidos, ou para coletar com base em limites de energia, em que as janelas de energia específicas [803, 804] são usadas para se separar entre as contagens originando de eventos de dispersão Compton, e aquelas originando de fotoelétricos. A este respeito, as energias fotoelétricas seriam representadas pelas contagens dentro da janela de baixa energia [803], e Compton dentro da janela de energia mais alta [804]. A relação das contagens colhidas dentro das duas janelas fornece a base da medição fotoelétrica.[052] During plugging and abandonment operations, the quality of the coating may not be known. In a further embodiment, a photoelectric measurement of the casing [603], resulting from the interaction of the x-ray beam [601] with the wellbore fluid [604] and casing [603] can be taken by the 2nd order detectors [ 606] or 1st order detectors [605] to determine the general amount of corrosion-associated materials [607] within the coating materials. This measurement could also be combined with the radial displacement measurement contributed by the 1st order detector [605] to determine the ‘coating quality’ index measurement. Liners are typically classified into dimensional groups by their outer diameter, and by weight per unit length. The dimensional variability of the coating is displayed by the internal diameter. Consequently, corrosion of the inner surface of the casing, facing wellbore fluids, can be determined by inner diameter measurements alone using the measured intensity (by the 1st order detectors [605]) of the x-ray beam [601] moving axially back and forth on the inner surface of the casing as the inner diameter varies. The 1st order detector can be used to collect a spectrum of incoming photons, or to collect based on energy thresholds, where specific energy windows [803, 804] are used to separate between counts originating from photon events. Compton scattering, and those originating from photoelectrics. In this regard, photoelectric energies would be represented by counts within the low energy window [803], and Compton counts within the higher energy window [804]. The relationship of the counts collected within the two windows provides the basis for the photoelectric measurement.

[053] Em uma modalidade adicional, todos detectores são configurados para medir espectros de energia, de forma que a informação espectral possa ser usada para realizar análise espectroscópica dos materiais que circundam o furo de sondagem para reconhecimento de materiais melhorados. Em uma modalidade adicional, aprendizado por máquina seria empregado para analisar automaticamente o conteúdo espectral (energia característica ou fotoelétrica) dos dados perfilados para identificar características chaves, tais como corrosão, buracos, fissuras, riscos, e/ou acúmulo de incrustações. Em uma outra modalidade, aprendizado por máquina seria empregado para analisar automaticamente os dados resultantes de perfis históricos produzidos pela mesma ferramenta a fim de determinar melhor a localização mais ótima para realizar fraturamento da formação.[053] In an additional embodiment, all detectors are configured to measure energy spectra, so that the spectral information can be used to perform spectroscopic analysis of the materials surrounding the drill hole for improved material recognition. In an additional embodiment, machine learning would be employed to automatically analyze the spectral content (characteristic or photoelectric energy) of profiled data to identify key features such as corrosion, holes, cracks, scratches, and/or scale accumulation. In another modality, machine learning would be used to automatically analyze data resulting from historical profiles produced by the same tool in order to better determine the most optimal location to fracture the formation.

[054] Em outras modalidades, os dados coletados podem ser apresentados como perfis 2D tradicionais (como uma função de profundidade), como um modelo de densidade tridimensional voxelado, como fatias ou seções de tais. Em uma modalidade alternativa, os dados são adicionalmente processados através de aprendizado por máquina, tal que uma rede neural é treinada para procurar anormalidades de sinal, ou pelo ajuste de discriminadores simples nos gradientes (calibrados) e diferenças entre coleções de dados de grupo detector axialmente deslocados. Esta técnica é particularmente poderosa quando combinada com modulação de tensão de fonte, isto é, mudando funções de sensibilidade. Em uma outra modalidade, a ferramenta é usada para determinar a posição, distribuição e o volume de fraturas, tanto naturais ou artificiais, dentro da formação que circunda o furo de poço revestido.[054] In other embodiments, the collected data may be presented as traditional 2D profiles (as a depth function), as a voxlated three-dimensional density model, as slices or sections thereof. In an alternative embodiment, the data is further processed through machine learning, such that a neural network is trained to look for signal abnormalities, or by fitting simple discriminators to the (calibrated) gradients and differences between axially detector group data collections. displaced. This technique is particularly powerful when combined with source voltage modulation, i.e. changing sensitivity functions. In another embodiment, the tool is used to determine the position, distribution and volume of fractures, both natural and artificial, within the formation surrounding the cased wellbore.

[055] Em uma modalidade adicional, a ferramenta [101] é localizada dentro de uma coluna de perfilagem enquanto perfurando (LWD), ao invés de transportada por cabo. Em uma modalidade adicional, a ferramenta fornecida de LWD [101] seria acionada por turbinas de lama. Em uma modalidade adicional, a ferramenta fornecida de LWD seria alimentada por baterias.[055] In an additional embodiment, the tool [101] is located within a logging column while drilling (LWD), rather than transported by cable. In a further embodiment, the provided LWD tool [101] would be driven by mud turbines. In a further embodiment, the provided LWD tool would be powered by batteries.

[056] Em uma modalidade adicional, a ferramenta fornecida de LWD poderia ser usada para determinar a posição, distribuição e volume de fraturas, tanto naturais ou artificiais, dentro da formação que circunda o furo de poço. Em outra modalidade adicional, a ferramenta fornecida de LWD poderia ser usada para determinar se o conjunto de furos de fundo do aparelho de perfuração permanece dentro de seu leito geológico desejado medindo constantemente a distribuição azimutal das densidades de formação.[056] In an additional embodiment, the provided LWD tool could be used to determine the position, distribution and volume of fractures, both natural and artificial, within the formation surrounding the wellbore. In another additional embodiment, the provided LWD tool could be used to determine whether the set of drilling rig bottom holes remains within its desired geological bed by constantly measuring the azimuthal distribution of formation densities.

[057] Em outra modalidade adicional, a ferramenta [101] é combinável com outras ferramentas de medição tais como ferramentas de porosidade de nêutron, de raios gama naturais e/ou de indução de arranjo.[057] In another additional embodiment, the tool [101] is combinable with other measurement tools such as neutron porosity, natural gamma ray and/or array induction tools.

[058] Em uma modalidade adicional, uma medição acústica segmentada azimutalmente (tal como para medir ligação de cimento azimutalmente) poderia ser integrada na ferramenta, tal que a qualidade da ligação de cimento ao primeiro revestimento poderia ser determinada sem a necessidade de uma ferramenta adicional ou execução de perfilagem.[058] In an additional embodiment, an azimuthally segmented acoustic measurement (such as for measuring cement bond azimuthally) could be integrated into the tool, such that the quality of the cement bond to the first coating could be determined without the need for an additional tool. or performing profiling.

[059] Um método de exemplo associado resolve a localização radial e azimutal das variações de densidade nos materiais que circundam um furo de sondagem sem o uso de amortecimento. Adicionalmente, o método não exige pré-modelagem dos materiais que circundam o furo de sondagem (como com ferramentas acústicas).[059] An associated example method resolves the radial and azimuthal location of density variations in materials surrounding a borehole without the use of damping. Additionally, the method does not require pre-shaping of the materials surrounding the borehole (as with acoustic tools).

[060] A técnica não depende da qualidade da ligação física entre vários materiais anulares, tal como com métodos acústicos. Além disso, a técnica pode ser usada com múltiplas colunas de revestimento para determinar se existem quaisquer anomalias que possam reduzir a integridade do poço, isolamento zonal ou integridade do cimento.[060] The technique does not depend on the quality of the physical connection between various annular materials, as with acoustic methods. Additionally, the technique can be used with multiple casing strings to determine if there are any anomalies that could reduce well integrity, zonal isolation, or cement integrity.

[061] Os dados coletados são uma medição direta, ao invés de inferir através de um modelo. A técnica não é amortecida, isto é, a fonte e detectores não precisam estar em contacto físico com os revestimentos de poços. Em algumas modalidades, a técnica funciona independentemente do fluido atualmente no poço.[061] The data collected is a direct measurement, rather than inferring through a model. The technique is undamped, that is, the source and detectors do not need to be in physical contact with the well casings. In some embodiments, the technique works independently of the fluid currently in the well.

[062] O relatório descritivo acima é apresentado apenas para fins ilustrativos, e não se destina a descrever todos os aspectos possíveis da presente invenção. Embora a invenção tenha sido aqui apresentada e descrita em detalhes com relação a diversas modalidades exemplificativas, aqueles versados na técnica apreciarão que mudanças menores na descrição, e várias outras modificações, omissões e adições podem também ser feitas sem se afastar do espírito ou escopo da mesma.[062] The above specification is presented for illustrative purposes only, and is not intended to describe all possible aspects of the present invention. Although the invention has been presented and described in detail herein with respect to several exemplary embodiments, those skilled in the art will appreciate that minor changes in the description, and various other modifications, omissions and additions may also be made without departing from the spirit or scope thereof. .

Claims

1. X-ray based cement evaluation tool (101) for measuring the density of volumes of material within single, double and multi-casing wellbore environments, said tool (101) comprising: an internal length comprising a probe section, said probe section further comprising an x-ray source; radiation measurement detectors (203, 307, 308, 410, 411, 412, 413, 414, 415, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 605, 606, 707, 709); a radiation shield for radiation measurement detectors (203, 307, 308, 410, 411, 412, 413, 414, 415, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 605, 606, 707, 709); probe dependent electronic components; and a plurality of tool logic electronics and PSUs, wherein the tool (101) is configured to use x-rays (201, 309, 409, 509, 601, 701) to illuminate the formation surrounding a drill hole (105) and a plurality of radiation measuring detectors (203, 307, 308, 410, 411, 412, 413, 414, 415, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 605, 606, 707, 709 ) are configured to directly measure the density of a cemented circular crown (104, 304, 402, 404, 502, 504) and any variations in internal density, wherein the tool (101) is configured to modulate a ray source energy -x, CHARACTERIZED by the fact that a plurality of reference detectors are configured to monitor the output of the x-ray source, wherein the tool (101) is configured to modulate an energy (708) of the x-ray beam output. x (201, 309, 409, 509, 601, 701), wherein a reduction of the energy of the x-ray beam (708) by modulation of the tool (101) results in a reduction of the optimal axial displacement of the measuring detector groups of radiation (203, 307, 308, 410, 411, 412, 413, 414, 415, 510, 511, 512, 513, 514, 515, 605, 606, 707, 709), wherein the tool (101) is configured to use collected information relating to x-ray beam modulation (201, 309, 409, 509, 601, 701), wherein the tool (101) is configured to determine varying levels of sensitivity functions for the region surrounding the drill hole (105) of the collected information relating to the modulation of the x-ray beam (201, 309, 409, 509, 601, 701).

2. Tool (101), according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that it additionally comprises a detector that is used to measure the distance of coating (205, 302, 303, 403, 405, 503, 505, 603) from so that other detector responses can be compensated for tool offset and centering.

3. Tool (101), according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that said shield additionally comprises tungsten.

4. Tool (101), according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the tool (101) is configured to allow continuous spinning.

5. Tool (101), according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the shortest axial displacement detector is configured to distribute received photons in energy classifications so that photoelectric measurements can be made.

6. Tool (101), according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the tool (101) would be combinable with other measuring tools comprising one or more of neutron porosity, natural gamma ray and gas induction tools. arrangement.

7. Tool (101), according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that an azimuthally segmented acoustic measurement is integrated into the tool (101).

8. Tool (101), according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the tool (101) would be used to determine the position, distribution and volume of fractures, both natural or artificial, within the formation surrounding the borehole. cased well.

9. Tool (101), according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the tool (101) is integrated into a logging assembly during drilling.

10. Tool (101), according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the tool (101) is powered by mud turbine generators.

11. Tool (101), according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the tool (101) is powered by batteries.