CN101680965B - 用于使用锶测量勘探地质地层的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于使用锶测量勘探地质地层的方法和设备。使用井下测井仪测量地层中的锶浓度。测井曲线可以被提供为深度或距离的函数。锶测量可以与地层年代做相关，以提供深度与绝对时间的相关性。在井眼中进行的锶的测量可以与通过被井眼穿过的地层的地震勘探获得信息做相关。可以使单个地层的多个井眼内的锶的测量做相关。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年12月31日提出申请的题为“METHODS ANDAPPARATUS FOR EXPLORING GEOLOGICAL FORMATIONSUTILIZING STRONTIUM MEASUREMENTS”的美国专利申请61/017,834的优先权权益，该申请总体上转让给本发明的受让人，并通过引入在此全文并入。
技术领域
本发明广泛地涉及地球物理学。更具体地，本发明涉及通过使用锶测量对地下地层的勘探。
背景技术
在地球地层勘探中，理想的是获得尽量多的与地层相关的信息。获得地层信息的一个方法是往地层中钻井，并利用诸如中子测井仪、自然伽马测井仪、电阻率测井仪、成像测井仪等井下测井仪以提供所述信息。这些工具对于获取与井眼直接相邻的地层相关的信息非常有用，并且得到在井眼深度(或距离)上的信息记录。然而，测井曲线通常不能提供较广的水平地层分析。
为了获得较广的水平地层分析，常常使用地震震源和探测器。虽然地震测井提供较大距离和深度的地层信息，但是与钻孔测井相比，地震测井具有低分辨率。与具体地层(岩性地层)的信息相反，地震测井的输出通常为本领域技术人员提供恒定时间的表层或地层(即，年代地层)的指示。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了用于使地层深度与地层年代信息做相关的方法和设备。
根据本发明的另一个方面，提供了用于使地层地震信息与井眼深度信息做相关的方法和设备。
根据本发明的又一个方面，提供了用于使用地层年代确定使来自地层内不同井眼的信息做相关。
根据本发明的再一个方面，使用井下测井仪进行的元素测量以提供地层年代信息。
根据本发明的又一个方面，室井眼或地层深度与地质年代做相关的信息用于分析地震剖面，所述地震剖面显示恒定时间的地震地层，但是相对于这种层位的深度却具有不确定性。
根据本发明在以下详细说明的这些方面，使用一个或多个井下测井仪在井眼中进行锶的测量。在一个实施例中，使用X射线荧光测井仪进行锶的测量。在另一个实施例中，使用俘获伽马射线能谱测井仪进行锶的测量。在又一个实施例中，使用缓发中子活化测井仪(delayed neutron activationtool)进行锶的测量。在又一个实施例中，使用上述测井仪器的结合。根据本发明的另一个方面，使沿着井眼的深度进行的锶的测量与地层年代做相关，以提供深度与绝对时间的相关性。在一个实施例中，使用诸如相对于时间的海平面曲线的信息进行这种相关。根据本发明的另一个方面，井眼中的锶的测量被用于与通过由井眼穿过的地层的地震勘探获得的信息做相关。根据本发明的另一个方面，使多个井眼中的锶的测量做相关。
当参照结合所给出的附图的详细说明时，本发明的优势对本领域的技术人员变得清楚可见。
附图说明
图1是根据本发明的位于穿过地层的井眼的的井下测井仪的示意图；
图2是作为井沿深度的函数的指示锶水平的测井曲线；
图3由显示海拔高度与时间变化的第一幅图和显示被分析地层中锶读数与地层深度的第二幅图组成；以及
图4由三幅图组成，第一幅图显示地震数据，第二幅图显示使用地震数据获得的与海平面下降相对应的层序地层界面以及第三幅图显示被分析的地层中通过第二幅图识别的水平中的锶浓度与深度。
具体实施方式
参照附图之前，说明被认为有助于理解本发明的一些资料是有用的。
在过去的20年里，使用井眼所穿地层的原位元素分析已经完成了关于矿物成分的定量确定的许多工作。具体地，已经从多个井眼中获得岩心样品，并对所述岩心样品详细地分析有关所述岩心样品的矿物成分和元素构成。然后，利用俘获能谱和非弹性能谱的优势的各种能谱测井仪已经用于获取关于地层中不同深度处发现的各种元素总量的大量信息。例如，俘获谱测井仪已经有规律地获取关于Si、Ca、Fe、S、Ti、Gd、H、Cl，甚至Al、Na、Mg、Mn及Ni的量的信息，而非弹性能谱测井仪有规律地获取关于C、O、Si、Ca和Fe的量的信息。结合从岩心样品获得的矿物知识使用能谱信息，已经可以做出相对精确的地层矿物成分的原位确定。
已经被发明人(一个或多个)认为尤其有用的一条信息是各种元素在地球地层在一定数量范围内变化。例如，在某些地层(例如，碳酸盐地层)中，钙的重量百分比在20％-40％之间变化。其它元素具有相当大的范围。然而，锶在碳酸盐地层中在从100ppm以下到超过20％的地层重量百分比的极大范围外的变化似乎是唯一的，20％的地层重量百分比表示超过5百万的因子。
锶(Sr)是天然地存在于矿物天青石(SrSO4)和碳锶石(SrCO3)中的碱土金属。在晶格中锶通常替代钙，使得高镁方解石(即，高镁碳酸钙)和文石(所述文石是碳酸钙的同质多象遍体)都富含有锶。碳锶石常常由大约40％的文石构成。发明人(一个或多个)认为的是锶提供地层年代信息。更具体地，在碳酸盐地层碳酸盐岩台沉降中，锶浓度可以反映海平面的变化。通常，当沉积(在地层处)时，浅海台地上的锶水平可能约为1000-2000ppm。当海平面上升时(例如，由于冰帽融化)，文石和高镁方解石锶的全球质量增加，从而从海洋析出锶，并降低海水中的锶的浓度。当海平面下降时(例如，由于冰期)，文石和高镁方解石被露出，从而允许雨水溶解这些矿石，由此析出锶。一些锶在海洋分界面(新的海平面)处被沉淀为天青石，而有些锶被析出到海水中。由于所述沉淀，在与此海平面下降相对应浅海台地中形成极高的锶水平，并且现在可以被检测。
在远离浅海台地的盆地中，具有大约300ppm的锶水平的低镁方解石占主要部分。随着海平面的上升，锶由于增长的浅海平台从海洋中被移积，因此所述盆地的锶浓度名义上降到了250ppm。当海平面下降并且通过溶解浅海平台处的文石，锶被析出，此盆地的锶名义上增加到350ppm。海水中锶浓度的这些变化可以反映在盆地锶浓度剖面中。
本领域的技术人员将认识的是成岩作用和矿物成分影响锶含量。成岩作用是指沉积物在初始沉积后以及在其岩化作用(不包括风化作用)期间及之后，所述沉积物经历的化学、物理或生物变化。在成岩作用期间，暴露于大气降水被认为是已经溶解了文石和高镁碳酸盐并析出锶。析出的锶中的一些在海岸线处沉积为天青石，而剩余的被认为已经析出进入到海水中。同样，在成岩作用期间文石和高镁碳酸盐到低镁碳酸盐或白云岩这样的深层转变认为已经将锶析出系统内。然而，初始锶浓度的一些信息可能已经保留。因此，观察表明矿物成分对锶浓度有影响。其它矿物成分也同样地影响所观察的锶浓度。例如，无水石膏往往具有约1000-1100ppm的锶，所以无水石膏整体上可能是地层的锶浓度的主要贡献者。石英基本上不含有锶，所以石英对总浓度影响较低。
现在转到图1，以测井仪串10的形式显示了实施本发明的总体方法的设备的示意性实施例，所述测井仪串由铠装电缆12悬挂在井眼14中。井眼中通常填充有钻井泥浆16并且被地球地层18包围。在钻井期间，钻井泥浆以泥饼15的形成将一层物质沉积在井壁上。开始应该理解的是，不管一个具体的功能由单个装置来或多个装置来执行，也不管这些装置包括串联下入井眼14中单个测井仪或多个测井仪中，此处所涉及的测井仪、探测器、测井系统和类似设备不被解释为限制性的。为了方便起见，此处采用的术语“测井系统”应该指从地层或井眼获取并处理用于在确定感兴趣的特性或数量中使用的数据的一个或多个独立装置。测井系统应该被泛泛地解释为与数据的获取、传输及处理的方式有关。因此，测井系统可以包括测量或随钻测井仪，可以通过井中井眼泥浆中的压力脉冲，或通过有线或无线方式发送信息，和可以处理井下或井口的信息。类似地，应该理解的是术语“井眼”也并不局限于被解释为穿过地层的孔，只要当测井系统横穿井眼时，所述测井系统能获获取期望的信息。因此，“井眼”被广泛地理解为包括未下套管井和套管井，钻完的井和未钻完的井等。
再回到图1并如仅通过示例的方式所示，测井仪串10总体包括细长壳体11，所述壳体在顶部包括通信盒22和被设计成获取与地层18相关的数据的一个或多个测井系统。当测井串10移动通过井眼14时，由总体由附图标记41表示的深度或距离确定设备指示所述测井串在井眼中的深度或距离，当电缆12通过绞车(未示出)放出和绕进时，所述深度和距离确定设备响应于电缆12的运动。深度确定设备41通过传统公认的电缆随动装置44连接到绘图仪/记录仪42。
由测井仪串10中不同的测井系统收集的数据在通信盒22中被初始处理，然后由通信线46通过电缆12被传输到系统处理器48中。系统处理器48通常位于地面以上并实时运转。出于本发明的目的，系统处理器48的功能是确定地层中的锶浓度并存储作为地层深度的函数的所述锶浓度值。可以使用一个或多个计算机、专用硬件、数据储存元件、软件或其它公知的元件来执行系统处理器48。井眼中内不同深度处的锶浓度的测绘或记录可以在42处进行。在图2中可以看到这种测绘图(曲线)的示例(尽管生成图2的数据是来自岩心样品而不是井下测井仪)。
测井仪串10可以包括沿着串10布置的一个或多个测井系统。虽然可以使用多个不同测井系统，但是根据本发明，本发明的测井仪串10包括能够测量与井眼相邻的地球地层的锶浓度的至少一个测井系统65。在本发明的一个实施例中，能够测量锶的测井系统包括诸如Boyce等人的美国专利#4,510,573中所述的X射线荧光能谱测井仪，该申请的内容通过引用在此全文并入，所述测井系统被修改以识别锶。可选地，X射线荧光能谱测井仪可以是合适地适于在井眼中使用的当前可获得的手持式X射线荧光能谱测井仪。在任一情况下，诸如在14.2keV处的k-αX射线谱峰特征的一个或多个特征谱峰被优选地用于识别和提供地层中锶的量。也可以使用其它锶的X射线峰特征。根据本发明的另一个实施例，能够测量锶的测井体系包括被修改以通过俘获热中子和缓放特征伽马射线来检测锶的诸如GLT(斯伦贝谢的商标)的缓发中子活化测井仪。根据本发明的又一个实施例，能够测量锶的测井体系包括被修改成检测锶的诸如ECS(斯伦贝谢的商标)的俘获伽马射线能谱测井仪。在这种情况下，伽马射线谱表征由 锶释放的瞬变伽马射线。根据本发明的又一个实施例，能够测量锶的测井系统包括上述测井仪中的两个或所有三个。
根据本发明的一方面，对沿井眼深度的地层中的锶进行的测量可以与地层年代做相关，以提供深度与绝对时间的相关性。如图3中的左图所示，与经过了几百万年的海洋水位相关的数据通常是已知的。参见Haq等人， Science，v235，4793，pp.1156-1167。通过对比诸如其深度基本上与年代相关(例如，每一百万年大约215英尺)的巴哈马地层的地层，并且如右图中所示，通过得到地层中的锶水平，可以看出并得出相关性以提供增强的深度-年代关系。更具体地，应该认识到是，两幅图相关地很好，因为无论何时，当海平面相对较高时，锶值就低，并且反之亦然。此外，在大约570万年前，海平面开始明显下降。此过程持续了大约20,0000-30,0000年，直到所述海平面再次开始上升。在大约海平面到达其最低点持续所述时间周期的时间，根据上述分析，由于文石暴露到了大气因此很有可能形成天青石。因此，在约1180英尺处的天青石中的尖峰可以与约540万年前的时间相对应。在海平面上升时，由于文石正在形成，锶水平相对稳定较长时期。在约800英尺深度处的第二个锶峰表明发生类似的暴露，所述暴露没有清楚地记录在海平面曲线中。然后，随着海平面的下降，更多锶被析出到海洋中，锶浓度被观察到稳定增加。
根据本发明的另一个方面，井眼中的锶测量用于与从井眼所横穿的地层的地震勘探获得的信息做相关。如图4中上左侧的图所示，用于地层的地震数据可以利用地震震源和探测器(未示出)来获得。此数据可以如本技术领域所公知的被处理以生成诸如在图4中底部左手侧所示的图表，所述图表显示与海平面下降相对应的层序地层边界。因此，许多地层位于超过70公里的范围内，并用a-q标明，第三幅图表显示在被分析的地层中由第二幅图表识别锶浓度水平与深度。从同一地层(从海底斜坡位置)中取来的岩心样品，地层的锶水平被绘制在图4中右手侧的图表内。可以看出，在地层d(D)(在大约300米到400米深之间)处的锶水平相对较大，这表明是天青石层，从而反映也反映在地震层中的海平面低潮(sea levellow-stand)。因此，使地震和岩心数据(所述岩心数据可以使用一个或多个上述测井仪通过测井来获地)很好地相互关联。
根据本发明的另一个方面，对多个井眼中的锶测量与恒定时间层做相关，而不是如通常实施的所公知的与固定岩性做相关。具体地，如图4左手侧的图表所示，并如本领域所公知的，地层假定是倾斜结构，且不同的时间层在不同位置具有不同的深度。利用锶水平，并且具体地在锶水平非常大的地方，在第一深度处的第一井眼中(例如，图4中1003位置)识别的时间层可以与在深度处的第二井眼(例如，图4中海底斜坡)中识别的相同的时间层做相关。因为锶水平只在非常具体的深度处很大，因此，与使用地震分析实施的时间层的相关相比，使用锶测量可以以更好的粒度(granularity)实施时间层的相关。
在此已经说明并图示了用于利用锶测量勘探地质地层的方法和设备的实施例。虽然已经说明了本发明的具体实施例，但是目的是不将本发明限于此，而是旨在允许本发明尽可能宽地落入本领域的保护范围内，并且同样获悉说明书。因此，虽然已经公开了用于测量井下锶的具体设备和方法，但是要认识的是也可以使用其它设备和方法。因此，本领域的技术人员要认识的是在不背离如权利要求限定的精神和保护范围的情况下可以对本发明做其它修改。
Claims (20)
1.一种研究被第一井眼穿过的地质地层的方法，包括以下步骤：
将测井仪放置在所述第一井眼中，所述第一井眼能够获得与所述地层内的锶有关的信息；
移动所述第一井眼内的所述测井仪，并获得与邻近所述第一井眼的所述地层内的锶有关的信息；以及
提供作为所述第一井眼内的地层深度或距离的函数的所述地层内的锶浓度的测井曲线。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述测井仪包括X射线荧光测井仪。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：所述X射线荧光测井仪包括：
用于至少使用14.2keV的k-α峰检测X射线谱的装置；和
用于从所述X射线能谱提供锶的量的指示的装置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：所述测井仪包括俘获伽马射线能谱测井仪。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：所述测井仪包括缓发中子活化测井仪。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
对所述地层内的至少一个深度处的所述锶浓度与地层年代做相关，以提供与所述至少一个深度的绝对时间的相关性。
7.根据权利要求6所述的方法，其中：所述做相关的步骤包括使用相对于时间的海平面曲线的步骤。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
生成所述地层的地震研究；以及
使来自所述地震研究的信息与来自所述锶浓度的所述测井曲线的信息做相关。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述地层被第二井眼穿过，所述方法还包括以下步骤：
将测井仪放置在所述第二井眼中，所述第二井眼能够获得与所述地层内的锶有关的信息；
移动所述第二井眼内的所述测井仪，并获得与邻近所述第二井眼的所述地层内的锶有关的信息；以及
使与邻近所述第一井眼的地层内的锶有关的所述信息与邻近所述第二井眼的地层内的锶有关的所述信息做相关。
10.一种研究被井眼穿过的地质地层的方法，包括以下步骤：
将测井仪放置在所述井眼中，所述井眼能够获得与所述地层内的锶有关的信息；
移动所述井眼内的所述测井仪，并获得与邻近所述井眼的所述地层内的锶有关的作为深度的函数的信息；以及
对所述地层内的至少一个深度处的锶浓度与地层年代做相关，以提供与所述至少一个深度的绝对时间的相关性。
11.根据权利要求10所述的方法，其中：所述测井仪包括X射线荧光测井仪。
12.根据权利要求11所述的方法，其中：所述X射线荧光测井仪包括：
用于至少使用14.2keV的k-α峰检测X射线谱的装置；和
用于从所述X射线能谱提供锶的量的指示的装置。
13.根据权利要求10所述的方法，其中：所述测井仪包括俘获伽马射线能谱测井仪和缓发中子活化测井仪中的一个。
14.根据权利要求10所述的方法，其中：所述做相关的步骤包括使用相对于时间的海平面曲线的步骤。
15.一种研究被井眼穿过的地质地层的方法，包括以下步骤：
将测井仪放置在所述井眼中，所述井眼能够获得与所述地层内的锶有关的信息；
移动所述井眼内的所述测井仪，并获得与邻近所述井眼的所述地层内的锶有关的信息；以及
获得所述地层的地震研究；以及
使来自所述地震研究的信息与来自所述锶浓度的所述测井曲线的信息做相关。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：所述测井仪包括X射线荧光测井仪。
17.根据权利要求16所述的方法，其中：所述X射线荧光测井仪包括：
用于至少使用14.2keV的k-α峰检测X射线谱的装置；和
用于从所述X射线能谱提供锶的量的指示的装置。
18.根据权利要求15所述的方法，其中：所述测井仪包括俘获伽马射线能谱测井仪和缓发中子活化测井仪中的一个。
19.一种研究被至少两个井眼穿过的地质地层的方法，包括以下步骤：
将测井仪放置在所述两个井眼内的第一井眼内，所述第一井眼能够获得与所述地层内的锶有关的信息；
移动所述第一井眼内的所述测井仪，并获得与邻近所述第一井眼的所述地层内的锶有关的信息；
将测井仪放置在第二井眼内，所述第二井眼能够获得与所述地层内的锶有关的信息；
移动所述第二井眼内的所述测井仪，并获得与邻近所述第二井眼的所述地层内的锶有关的信息；以及
使与邻近所述第一井眼的地层内的锶有关的所述信息与邻近所述第二井眼的地层内的锶有关的所述信息做相关。
20.根据权利要求19所述的方法，其中：放置在所述第一井眼内的所述测井仪是X射线荧光测井仪，并且放置在所述第二井眼内的所述测井仪是X射线荧光测井仪。
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