CN102985852B - 定向辐射检测工具 - Google Patents
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Abstract
公开了用于实现定向辐射检测工具的各种系统和方法。一种这样的方法涉及接收来自各自面向不同方向的数个辐射传感器(例如，伽马射线传感器)的输出。所接收的输出然后被组合，以使得输出之一中的方向误差基于输出中的另一个输出而被减小。
Description
技术领域
本发明涉及测井(logging)领域，尤其是用在油气开发和勘探中的测井。
背景技术
测井是用来测量地下地质层的一个或多个特性(诸如电阻率)的技术。这样的测量例如可被用来确定钻头周围的地下地层的类型。因此，测井向参与油气勘探和生产以及类似领域(诸如采矿)的工程师和地质学家提供了有用信息。
测井可以以多种方式执行，包括暂时从钻井孔移除钻管以使得可插入测井工具的裸眼井测井、以及随钻测井(LWD，也称为随钻测量(MWD))。LWD系统与裸眼井测井系统的不同之处在于可以在利用LWD系统获得测量的同时使得钻管仍然在钻井孔中。LWD系统准许在钻头钻透地层后立即测量该地层中的各种信息。这提供了基本上实时的信息，该信息(a)是在地层被钻孔液的流入物或其它因素大量改变之前获得的，并且(b)可由钻孔者用来例如通过导向钻头以钻透(或不钻透)由LWD系统检测到的所选地层来控制钻孔操作。LWD系统通常包括被布置在位于钻头附近的钻管的各区部中或各区部上的发射器和传感器。
可用在测井系统内的一种类型的传感器是诸如伽马射线传感器之类的辐射检测器。例如，伽马射线传感器可被用来检测从放射性源放射出的伽马光子。伽马光子检测(或其它类型的辐射检测)可被用来从诸如铀、钾和钍之类的已知的自然存在的同位素标识岩石类型。当用在测井系统中时，伽马射线传感器可以以加固形式(例如，被设计为禁受得住钻柱内的条件的钻铤或可回收式工具)被实现并且在钻井(例如，以产生油井和气井)的同时被用来标识伽马射线传感器正经过的不同类型岩石。该知识然后可以辅助对钻头进行导向。遗憾的是，可用在钻井环境中的许多辐射检测器缺乏定向精确度。因此，希望改进用于钻井环境的定向辐射检测技术。
发明内容
一种方法可涉及接收来自第一辐射传感器的第一输出和来自第二辐射传感器的第二输出。第一输出和第二输出是在第一辐射传感器和第二辐射传感器位于钻井孔内时被生成的。第一辐射传感器内的窗口面向着与第二辐射传感器中的窗口不同的方向。该方法然后可将第一输出与第二输出相组合。组合第一和第二输出的动作基于第二输出来减小第一输出中的方向误差。
附图说明
通过参考以下说明和附图，可获得对本发明的更完整了解，其中，相似的标号指示相似的特征。
图1图示出了可在其中采用本发明的实施例的钻井系统。
图2A-2C图示出了根据本发明各个实施例的可用在钻井系统中的示例传感器布置。
图3是根据本发明一个实施例的包括多个伽马射线传感器的伽马射线工具的框图。
图4是根据本发明一个实施例的操作伽马射线工具的方法的流程图。
图5A和图5B示出了根据本发明一个实施例的允许在单个伽马射线传感器的输出与包括其输出被组合的两个伽马射线传感器的伽马射线工具的输出之间进行比较的一组曲线图。
虽然本发明易接受各种修改和替代形式，但是本发明的具体实施例被提供作为附图和详细描述中的示例。应明白，附图和详细描述不意图将本发明限制于所公开的特定形式。而是，本发明覆盖落在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代。
具体实施方式
图1图示出了钻井操作如何使用钻机10在地里开凿出钻孔12，从而钻透地下地质层。钻柱16通过钻孔12并被偶接在钻机10与钻头14之间。钻柱16包括钻头14、钻铤28和钻管。
钻柱16的最低部分由钻铤28形成。钻铤28是厚壁管，其在钻头14上提供重量并提供用于抵抗其自身重量下的屈曲的力量。钻管具有较薄的壁。钻管被保持拉紧(其可能受到在钻头14上施加重量的钻铤28的影响)以防止屈曲。钻铤28可以具有称为稳定器的放射性投影(未示出)。可被适配用于专门功能的短的钻铤被称为“短铤”(sub)，并且这里对钻铤的引用意在包括短铤。
钻机10转动钻头14，钻头14切入在钻孔12的底部的岩石。在一些情况下，钻机10通过将钻头14附接至钻柱16的下端并且利用地面处的动力设备转动钻柱16，来转动钻头14。可替代地，如图1所示，可由与钻井12中的钻头14相邻的电动机18通过弯接头20来驱动钻头14。例示的布置作为“导向工具(steeringtool)”系统而已知，其中钻柱16不需要旋转以转动钻头。然而，可转动钻柱16以对钻头14进行导向，以便控制钻井12的前进方向，从而使钻井12的路线能像所希望的那样被精确导向通过地下地质层。
随钻测井(LWD)工具22被置于钻柱16中，在钻头14的附近(如果LWD工具22被用于地质导向，则可能希望将LWD工具22定位得尽可能接近钻头14)。在被导向的系统中，LWD工具可位于泥浆电动机(mudmotor)18之上，以使得LWD工具22通过有线线路线缆24接收电力并且/或者向地面返回数据，其中有线线路线缆24是沿着不旋转的(或缓慢旋转的)钻柱16的中心向下传递的。在使用旋转钻柱16来转动钻头14的系统中，LWD工具22可位于钻头14正上方，并且泥浆脉冲数据遥测系统(或任何其他适当的遥测方法)可用来向地面返回信息。因此，LWD工具22可操作地被定位在钻井12中，通常伴随着工具22和井壁之间的环形空间(例如充满了钻井泥浆)。
LWD工具22可具有方向传感器26或者与方向传感器26相关联，方向传感器26将方向信息提供至钻探者以辅助控制对钻头的导向。例如，这样的方向传感器可被校准以指示LWD工具22相对于诸如重力向量或磁北之类的绝对方向的位置。
LWD工具22(或多个这样的LWD工具的组)包括数个伽马射线传感器以及控制模块，该控制模块被配置为组合来自伽马射线传感器的输出以产生伽马射线工具输出，如下面将更详细描述的。LWD工具22还可以包括或被耦合到遥测发备或其它通信设备以将该输出发送到地表。
在一些替代实施例中，所采用的传感器可以检测伽马射线之外的辐射形式，在该情况下，控制模块将来自多个这样的辐射传感器的输出相组合以按照这里真的伽马射线传感器描述的方式类似的方式来形成输出。一般地，如这里描述的辐射检测工具是指包括诸如伽马射线传感器之类的多个辐射传感器的并且将来自多个辐射传感器的每个的输出组合成单个工具输出的任何工具，其中，按照使一个传感器的输出减少另一传感器的输出中的方向错误的方式来组合这些输出。
在地表30之上，遥测接收机和/或其它适当通信装备可被定位在测井车32中，该测井车32位于钻机10附近。因此，通信装备被定位来接收和解释由LWD工具22和方向传感器26生成的信息，以使得该信息可被收集用于以后的分析和/或被用来将钻孔12导向到所希望的位置(例如，为了最大化对来自所选油藏的油气的开采)。
数据显示板34可被设置在钻机10和/或测井车上或附近，以向操作者(例如钻探者、工程师、地质学家等)给出与钻孔12的方向前进以及当前接近LWD工具22的地质层的地层特质有关的实时信息。在一个实施例中，数据显示板34可以是计算装置的一部分(例如，数据显示板34可呈现在钻机10的操作者所使用的膝上计算机的屏幕上)。
图2A-2C图示出了可被用于如图1所示那样的钻井环境中的示例伽马射线传感器布置的不同视图。在图2A和图2C中，有两个被定位为彼此接近且其端部(end)对齐的伽马射线传感器。除了这里示出的传感器之外，许多其它传感器配置也是可以的。另外，在替代实施例中也可以使用伽马射线传感器之外的定向辐射传感器。
伽马射线传感器组结合控制模块形成了伽马射线工具。这样的伽马射线工具可被包括在一个或多个短铤中(例如，钻铤，如上面简要描述的)以用作钻柱的一部分，如上所述。例如，两个伽马射线传感器和控制模块可组合成单个短铤。替代地，每个伽马射线传感器可以在分离的短铤中实现，并且对应的控制模块可位于第三短铤或者甚至地表上。在其它实施例中，一个伽马射线传感器可包括控制模块，并且该控制器伽马射线传感器可被包括在与一个或多个其它伽马射线传感器相同或不同的短铤内。
一般地，可以按将伽马射线传感器放置得彼此相对靠近的任何方式来布置组件。在一个实施例中，伽马射线传感器内的传感器尽量实际可行地被放置得靠近在一起。每个伽马射线传感器被耦合来提供其输出到控制模块。
每个个体伽马射线传感器可包括传感器和屏蔽物。传感器可以是耦合到光电传感器(例如，光电倍增器)或其它适当传感器的闪烁晶体(例如，当由诸如伽马光子之类的辐射激励时产生闪光的碘化钠晶体)。例如，一种类型的传感器包括与光电倍增器相组合的闪烁晶体。其它传感器可以包括充满可感应出电场的气体的电子管。
每个传感器的屏蔽物是诸如钨或铅之类的重金属，并且至少当基于闪烁器的伽马射线传感器被使用时，包括有形成允许伽马射线到达传感器的窗口的纵向割缝。除了在窗口所暴露出的传感器的区域之外，屏蔽物抑制伽马光子(或其它辐射)到达传感器的能力。因此，屏蔽物中的窗口使传感器相对于钻柱的轴对准在特定径向方向上。这允许传感器在钻井者监视传感器的输出的同时，有效地朝钻井者可能希望避免钻进去的可疑类型的岩石看去或者有效地将视线从该类岩石转移。在一个实施例中，屏蔽物是可被放置在闪烁晶体周围的一种一般的圆柱体钨屏蔽物。
作为基于闪烁器的伽马射线传感器的替代，盖革-米勒(Geiger-Mueller)电子管(也称为盖革电子管、盖革-米穆勒电子管或GM电子管)也可被用作个体伽马射线传感器(或者作为被配置为取代和/或除了检测伽马射线，还检测伽马射线之外的辐射形式的传感器)。在这些盖革-米勒电子管中，可不同地定向窗口(例如，取代轴向窗口，而定向在电子管的端部处)；然而，每个传感器中的窗口将按与针对伽马射线传感器描述的相同方式被定向为面向与其它传感器中的窗口不同的方向。如果窗口具有不同朝向，则传感器可被布置为使得一个传感器的包含该传感器的窗口的部分被布置为相对接近于另一传感器的包含该另一传感器的窗口的那部分。
在实现可用在钻井环境中的伽马射线传感器的可用的有限形状因素中，不总是能够提供足够厚度的钨来阻挡不希望方向(即，当前未面向屏蔽物中的窗口所暴露出的传感器区域的方向)上的所有伽马光子。一些伽马光子具有数百万电子伏(MeV)范围的能量，其将需要数英寸的屏蔽厚度来进行完全阻挡。由于构造出能够阻挡不希望方向上的所有伽马光子的伽马射线传感器是不切实际的，因此个体伽马射线传感器将在一定程度上降低了区分对照石头方向的能力。(将在下面参考图5A提供对此现象的更具体说明。)
为了补偿个体伽马射线传感器的精度的降低，当前的伽马射线工具包括至少两个伽马射线传感器和用于组合这两个伽马射线传感器的输出的控制模块。当使用两个伽马射线传感器时，伽马射线传感器被定向为面向相反的方向，以使得相对于彼此，一个伽马射线传感器的窗口位于0度并且另一伽马射线传感器的窗口位于180度。
虽然伽马射线传感器的类型和/或配置在不同伽马射线工具中可能不同，但是通常希望给定的伽马射线工具仅包括相同类型和/或配置的传感器(例如，单个伽马射线工具可以包括相同配置的、分别具有闪烁晶体和钨屏蔽的两个伽马射线传感器)。
其它伽马射线传感器可以被添加并且每个伽马射线传感器的朝向可被调节，以使得可以基于其它伽马射线传感器的输出来校正一个伽马射线传感器的输出(以便考虑到源自不希望方向的由该伽马射线传感器检测到的伽马光子)。例如，当使用两个伽马射线传感器时，伽马射线传感器可被定向为彼此以180度背对着。当使用三个伽马射线传感器时，伽马射线传感器可被定向为彼此以120度背对着(例如，一个伽马射线传感器的窗口位于0度，第二个伽马射线传感器的窗口位于120度，第三个伽马射线传感器的窗口位于240度)。如果使用四个伽马射线传感器，则伽马射线传感器可被定向为彼此以90度背对着(例如，一个伽马射线传感器的窗口位于0度，第二个伽马射线传感器的窗口位于90度，第三个伽马射线传感器的窗口位于180度，并且第四个伽马射线传感器的窗口位于270度)。也可以实现其它布置。
图2A图示出了被布置用作伽马射线工具的两个伽马射线传感器100(1)和100(2)的侧视图。类似地，图2B图示出了前视图，其中，包括这两个传感器的伽马射线工具朝着读者被旋转了90度。在两个视图中，两个伽马射线传感器100(1)和100(2)端对端地依次被布置(相对于每个伽马射线传感器的长轴)，其中在这两个伽马射线传感器之间具有少量空间。在具有多于两个伽马射线传感器的实施例中，伽马射线传感器可类似地依次被布置。
伽马射线传感器100(1)包括大体被闪烁屏蔽物104(1)围绕的传感器102(1)。屏蔽物104(1)中的纵向窗口106被定向为在图2A中面向上并且在图2B中面向读者。
伽马射线传感器102(1)包括大体被闪烁屏蔽物104(2)围绕的传感器102(2)。屏蔽物104(2)中的纵向窗口110被定向为在图2A中面向下并且在图2B中背向读者(如虚线所指示的)。因此，传感器100(2)中的窗口110被定向为以180度背离传感器100(1)中窗口106所面对的方向。
在所示示例中，传感器(例如，102(1)或102(2))从包含其的伽马射线传感器的每个端部等距离地被定位。在替代实施例中，传感器可被定位为更接近伽马射线传感器的特定端部。在这些实施例中，伽马射线传感器可被定位为使得传感器彼此更近。例如，如果传感器更接近各个伽马射线传感器的后端，则伽马射线传感器可后端对后端地被定向以便将传感器定位得彼此更接近。
图2C图示出了伽马射线传感器的端部，示出了屏蔽物104内的传感器102。图2C图示出了屏蔽物中的窗口106是如何暴露出传感器的一部分的。注意，该窗口可被填充有不同的非屏蔽材料，其保护传感器102不会抑制伽马光子经由屏蔽物104中的窗口到达传感器的能力。
图3包括两个伽马射线传感器100(1)和100(2)的伽马射线工具。伽马射线传感器100(1)和100(2)被布置为紧密靠近并且使它们的窗口面向着相反的方向。这两个伽马射线传感器被耦合到控制模块200。
在此示例中，控制模块200包括两个信号检测器202(1)和202(2)、信号抵消模块204、存储发备208和通信模块206。控制模块200的所有或一些组件可被实现在与不同短铤中的伽马射线传感器中的一个或多个相同的短铤中，和/或地表上。例如，信号检测器202(1)和202(2)和信号抵消模块204可被实现在与伽马射线传感器100(1)和100(2)相同的短铤中并且电气地被耦合到另一短铤中的通信模块206，而存储设备208被实现在地表上。替代地，所有组件可被实现在与这两个伽马射线传感器相同的短铤中。
信号检测器202(1)被耦合来接收伽马射线传感器100(1)的输出，而信号检测器202(2)被耦合来接收伽马射线传感器100(2)的输出。通常，来自伽马射线传感器的输出包括一系列电脉冲。电脉冲对应于响应于检测到伽马射线光子(或其它辐射，如果伽马射线传感器之外的辐射传感器被使用的话)而对伽马射线传感器内的传感器的激励(例如，闪烁晶体)。在一些实施例中，输出中的每个电脉冲对应于由传感器检测到的个体光子。
因此，每个信号检测器202(1)和202(2)接收来自相应伽马射线传感器的相应输出。每个信号检测器然后累积(例如，使用计数器)一固定时间间隔中(例如，一秒或多秒)的脉冲。每个信号检测器然后可以将其累积值提供给信号抵消模块204，该累积值指示在前一间隔中接收到的脉冲数目。在一些实施例中，每个信号检测器还可以至少临时存储累积值。信号检测器202(1)和202(2)的输出可被同步(例如，使用时钟信号)，以使得信号抵消模块204每个时钟周期从每个信号检测器接收一个累积值。这些累积值各自提供指示每个时间间隔中检测到的伽马射线光子的数目的计数率(count-rate)。
信号抵消模块204从信号检测器202(1)和202(2)接收累积值并且将这些值组合以产生伽马射线工具输出，该输出也采取计数率的形式。该伽马射线工具输出是基于来自伽马射线工具内的所有个体伽马射线传感器(这里为伽马射线传感器100(1)和100(2)的输出的、校正了方向的输出。伽马射线工具输出可被存储在(例如，存储设备208内)伽马射线工具内和/或被发送到地表。
信号抵消模块204将一个伽马射线传感器(例如，伽马射线传感器100(1))指定为面向前伽马射线传感器并将另一伽马射线传感器(例如，伽马射线传感器100(2))指定为面向后伽马射线传感器。该指定可以是任意的，只要对于每个计算被一致地使用即可。如果多于两个伽马射线传感器被使用，则其他指定(例如，指定一个伽马射线传感器面向0度，另一传感器面向90度，等等)可被用来区分伽马射线传感器。信号抵消模块204将使用从一个或多个伽马射线传感器(在此示例中，例如是伽马射线传感器100(2))的输出生成的累积值来在方向上校正从其它伽马射线传感器(在此示例中，例如是伽马射线传感器100(1))的输出生成的累积值。
为了在方向上校正从伽马射线传感器的输出生成的累积值，针对将使用的伽马射线传感器的特定类型、配置和/或制造商来校准控制模块。因此，在伽马射线工具被实现之前，可在实验室中评估(例如，与将在伽马射线工具或伽马射线工具组中使用的那些相同类型、配置和制造商的)代表性伽马射线传感器(替代地，这样的工具可通过仿真来评估)。代表性同位素的放射源可被置于该代表性伽马射线传感器附近。该放射源可从该代表性伽马射线传感器隔开一距离，该距离通常在钻孔半径内寻找。
首先，代表性伽马射线传感器被设置为将其窗口面向放射源(该位置被称为0度)。代表性伽马射线传感器然后可以在操作的同时，被从0度旋转到360度(以使得其屏蔽物内的其窗口相对于放射源移动)(例如，参见图3C，伽马射线传感器的窗口当前位于0度并且可绕着该图的中心点被旋转360度)。代表性伽马射线传感器的输出被记录(例如，在计数率方面)用于评估。
作为一个示例，图5A示出了代表性伽马射线传感器的未经校正的输出。在此示例中，代表性伽马射线传感器具有厚度为0.125英寸(3.175毫米)的钨屏蔽物。这里，从代表性伽马射线传感器输出的脉冲被累积以获得多个计数率，每个计数率相对于1被归一化并被绘制在极坐标图中。该极坐标图示出了未经校正的伽马射线传感器的定向能力。如图5A所示，当窗口面向0度时(即，正好朝向放射源)，归一化的响应最大并且每个时间增量具有1个计数的值。当窗口从放射源旋转开时，归一化响应被减小。当窗口面向45度时，并且同样当窗口面向315度时，归一化响应在每个时间增量中为0.7个计数。当窗口面向90度时，并且同样当窗口面向270度时，归一化响应在每个时间单位中大约为0.5个计数。当窗口面向135度时，并且同样当窗口面向225度时，归一化响应在每个时间增量中大约为0.475个计数。当窗口面向180度时(即，正好背向放射源)，归一化响应在每个时间增量中大约为0.42个计数。
可见，归一化响应在所希望方向上(0度)最大并且在相反方向上(180度)最小。然而，即使当代表性伽马射线传感器背向放射源时该响应被最小化，在该方向上仍然存在相当显著的响应。该响应是由经过代表性伽马射线传感器的屏蔽物的光子引起的。希望使该响应最小化以改善伽马射线传感器的方向性。换言之，希望伽马射线传感器的响应更明确地指示放射源的位置。
在所示示例中，在0.125英寸厚的钨屏蔽物的情况下，最好的前/后比率Rfb为大约1.0/0.42，或者大概为2.4。该前/后比率Rfb是在窗口面向放射源时(即，图5A的示例中的0度)从前面测得的计数率与当窗口背离放射源时(即，图5A的示例中的180度)从后面测得的计数率之比。如下面更详细描述的，一旦对于特定类型的伽马射线传感器已知了Rfb，就可以实现用于补偿该类型的伽马射线传感器的后向响应的伽马射线工具。
返回图3，控制模块200使用来自一个伽马射线传感器的输出来修改另一伽马射线传感器的输出。在此示例中，伽马射线传感器100(2)被称为面朝后伽马射线传感器并且输出被用来生成面朝后计数Cb的信号。类似地，伽马射线传感器100(1)被称为面朝前伽马射线传感器并且输出被用来生成面朝前计数Cf的信号。信号抵消模块204使用Cb来修改Cf。修改后的计数率是答案计数率Ca。具体地，信号抵消模块204在首先将Cb除以Rfb之后计算从面朝前和面朝后传感器的输出获得的计数率(Cf和Cb)的差，以使得Ca＝Cf-(Cb/Rfb)。
图5B图示出了使用两个其方向响应在图5A中被示出的那种类型的传感器的伽马射线工具的输出Ca。如图所示，当面朝前传感器正面对着放射源(在此示例中为0度)时，归一化计数率Ca最强。当伽马射线工具被旋转以使得面朝前窗口不再正面对着放射源时，方向响应减小。因此，当面朝前窗口以45度和135度偏离放射源时，Ca大概为0.7。当面朝前窗口以90度和270度偏离放射源源时，Ca大概为0.31。当面朝前窗口以135和225度偏离放射源源时，Ca大概为0.2。当面朝前窗口正好背离放射源源时(处于180度)，Ca几乎为零。通过比较图5A和图5B可见，伽马射线工具的输出相对于从个体伽马射线传感器生成的输出改善了方向响应。
返回图3，实际上，面朝后传感器的输出被用来抵消面朝前传感器中由能够穿过钨屏蔽物的伽马光子引起的计数率部分，同时仅适度地(如果真发生的话)减小由进入窗口的光子引起的计数率。如果面朝前传感器在伽马射线工具进行测量时实际上正背向放射源，则该抵消将减小该工具的响应，因为正进入面朝前传感器的大多数光子正经由屏蔽物而非窗口进入。
尤其是如果伽马射线工具内使用的伽马射线传感器的数目增加，则也可以使用其它等式来生成Ca。例如，如果有四个伽马射线传感器，则其他比率(例如，将0度时，即面向放射源时的响应与在“右”侧(例如，图5A中的90度)时的响应以及在“左”侧时(例如，图5A中的270度)的响应相比较)可被确定并被用来缩放来自其它传感器的输出，该输出然后可以与Cf相组合以生成Ca。
伽马射线传感器所感测到的光子并不总是遵循着直线。取而代之的是，这些光子常常在经过固体材料时被散射。这样，在使用上述技术实现的伽马射线工具中仍可能存在一定的方向不确定性。另外，通过减去所测得值来执行信号抵消的技术在一定程度上可能增加得到的测量结果的统计不确定性。
为了减少这些潜在影响中的任一个或两者，伽马射线工具可被配置为在更长时段中累积从个体传感器的输出生成的计数率(例如，Cf和Cb)。例如，常规计数时段可能从1秒到数秒，而在所描述的伽马射线工具中，该计数时段可延长4到16倍。这样的延长可以将统计不确定性分别降低2到4倍。由于通常钻井将被短暂停顿以执行这些测量以及其它测量(例如，调查测量等)，因此所涉及到的额外时间不太可能对性能具有大的不利影响。
伽马射线传感器通常将在钻铤(即，短铤)中被操作，这可能影响该伽马射线传感器相对于在实验室中被评估的代表性伽马射线传感器的响应。为了补偿该影响，可针对特定类型(例如，大小、材料和/或配置)钻铤内部的操作来校准伽马射线工具。校准可能涉及在输出经修改的计数率以作为伽马射线工具的输出之前，确定要对计数率执行的附加修改。替代地，校准可能涉及修改Rfb，以将钻铤对伽马射线传感器的性能的影响考虑在内。如果已被校准用于特定类型钻铤内的伽马射线工具被用在不同类型钻铤内部，则附加校正可被应用(例如，针对Rfb或Ca)以补偿该不同类型钻铤的使用。
在信号抵消模块204组合了Cf与Cb(或其它适当计数率，如果多于两个伽马射线传感器被使用的话)之后，得到的答案计数率Ca可以被存储在存储设备208中。存储设备208是可以存储数据的任何类型的存储设备。存储设备208例如可以包括随机存取存储器。在一些实施例中，存储设备208可以永久地存储数据，即使不向存储发备208供电。例如，存储设备208可以包括闪速存储器、固态存储装置、硬盘、可写致密或数字通用盘等。
由信号抵消模块204输出的答案计数率Ca也可以(或替代地)经由通信模块206输出。在一个实施例中，通信模块206被配置为将答案计数率从短铤发送到地表(例如，经由泥浆脉冲遥测器或有线线路电缆)。
控制模块200可以连续地操作，以使得在从各个伽马射线传感器的输出生成计数率的每个时段中，控制模块200将计算并输出相应的答案计数率Ca。这些计数率可在它们被生成时被存储在存储设备208中和/或经由通信模块206被发送。另外，计数率可与其它信息一起被存储。例如，可将计数率与时间戳或其它信息相关联，这些时间戳或其它信息可被用来在时间方面将计数率相对于彼此进行排序。类似地，可将计数率与另外的工具生成的数据相关联，该数据例如是该伽马射线工具相对于绝对方向的朝向(例如，磁北或重力向量)。
当伽马射线工具移动通过钻孔时，Ca的值可改变。在至少一些实施例中，这些改变可实时地被提供给地表上的钻井操作者以用于对钻头导向以停留在特定地层中。例如，伽马射线工具的输出可被用来确定钻头是否正靠近或移离更具放射性类型的石头。钻井操作可以控制伽马射线传感器的朝向。
在一些实施例中，控制模块200可以针对从伽马射线传感器的输出生成的每组计数率，多于一次地计算Ca。例如，当两个伽马射线传感器被包括在伽马射线工具中时，控制模块200可以计算第一版本的Ca，在其中，从伽马射线传感器100(1)生成的计数率被用作Cf，如图3所示。控制模块200还可以计算第二版本的Ca，在其中，从伽马射线传感器100(2)生成的计数率被用作Cf。通过对于从各个伽马射线传感器输出生成的每组计数率来多次计算Ca(例如，针对包括在伽马射线工具中的每个伽马射线传感器计算一次)，控制模块200有效地同时(或几乎同时)获得两个方向上的方向测量结果，而不用在钻孔内旋转伽马射线工具。如果需要多于两个方向上的测量结果，则钻井操作者可以旋转钻柱，以使得伽马射线工具中的伽马射线传感器的窗口被转动以面向不同方向。
如上面提到的，在一些实施例中，控制模块200的所有部分可以在地表上实现。因此，在一些实施例中，Cf和Cb(或者从各个伽马射线传感器的输出生成的其它适当的计数率)可经由通信模块206被发送到地表，并且信号抵消模块204和/或存储设备208可以在地表上实现(例如，在钻井操作者使用的膝上型计算机中)。在其它实施例中，伽马射线工具可以在用在钻柱中的同时存储Cf和Cb(或其它适当的计数率)。伽马射线工具然后可从钻柱被移除。操作者可以检索所存储的计数率并且将这些计数率输入地表上的信号校准模块204。
图4是使用具有像以上描述的那些之一的传感器布置的伽马射线工具的方法的流程图，在该传感器布置中，至少两个辐射传感器被布置为使其窗口靠近在一起并且由这些辐射传感器检测到的信号被组合以减小由辐射传感器中的至少一个检测到的信号中的方向误差。将参考如图3所示那样的、使用伽马射线传感器作为其辐射传感器的伽马射线工具来说明该方法。
该方法开始于200，即，当伽马射线工具检测到来自端对端地被布置在钻柱内的多个伽马射线传感器的每个的输出时。伽马射线传感器被布置为使得每个伽马射线传感器面对不同的轴向。来自这些传感器的输出可以随着时间被累积以生成与每个个体传感器的输出相对应的计数率。
在205，伽马射线工具将来自个体伽马射线传感器的输出(例如，以计数率的形式)相组合，以抵消由通过一个传感器的屏蔽物(与屏蔽物中的窗口相对)到达该传感器的光子生成的该传感器的输出的一部分。例如，当两个伽马射线传感器被使用时，面朝后传感器的输出可以用Rfb来缩放，(通过校准正使用的特定类型的伽马射线传感器而确定的缩放因子)并且然后从面朝前传感器的输出中被减去。如果两个以上传感器被使用，则可针对该面朝前传感器以外的每个传感器来确定缩放因子。该缩放因子可被应用于相关联传感器的输出，并且来自这些其它传感器的每个的经缩放输出然后可从面朝前传感器的输出中被减去。用于组合输出的其它技术也可以被使用。
在生成了组合输出(例如，如上所述的答案计数率Ca)之后，组合输出可以被存储，如210所示。替代地或另外地，该组合输出可被发送到另一设备以显示给钻井操作者和/或被存储为日志的一部分。
在一些实施例中，图5所示的组件中的至少一些被包括在实现随钻测井工具的钻铤内。例如，这些组件中的至少一些可被置于钻铤内的一个或多个空腔内。可替代地，所有这些组件或这些组件中的一些可位于如下的盒子内：该盒子被配置为耦合至钻铤或位于钻铤内(例如，这样的盒子可被挂在钻井泥浆通道内)。在一个实施例中，这样的盒子包括诸如电子电路、通信电路、方向传感器(例如被配置为检测诸如重力向量或磁北之类的标准方向向量)等之类的组件。在一些实施例中，此内部盒子是可收回的，以使得当随钻测井工具在地面之下时，内部盒子可被安装和/或从随钻测井工具中撤回。例如，利用附接至随钻测井工具的上端的光滑的线路线缆或钢丝绳，可通过钻柱安装或撤回内部盒子。钻柱可包括斜口管鞋(muleshoe)(未示出)以接受和定向这样的实施例中的内部盒子。
注意，图3所示的控制模块200的全部或一些可被实现在计算装置(例如位于地表的个人计算机、服务器、个人数字助理、蜂窝电话、膝上计算机、工作站等，或者被实现在短铤内的专用计算设备)上运行的软件中。具体地，这样的计算装置包括被配置为执行存储器中存储的程序指令的一个或多个处理器(例如微处理器、PLD(可编程逻辑器件)或ASIC(专用集成电路))。这样的存储器可包括各种类型的RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、闪存等。计算装置还可包括一个或多个接口(例如，网络接口，到存储装置的一个或多个接口，和/或到诸如键盘、数字输入板、鼠标、监视器之类的输入/输出(I/O)装置的一个或多个接口，等等)，这些接口每个都可(例如通过总线或其他互连)耦合至处理器和存储器。
注意，由全部或部分的控制模块200消费的和/或实现全部或部分的控制模块302的程序指令和数据可存储在诸如存储设备208之类的各种计算机可读介质上。在一些实施例中，这样的程序指令可存储在计算机可读存储介质上，例如CD(光碟)、DVD(数字多功能光碟)、硬盘、光盘、磁带装置、软盘等。为了被处理器执行，指令和数据从其他计算机可读存储介质中被载入存储器。指令和/或数据还可经由诸如因特网之类的网络或者在载体介质上传送至计算装置以供存储在这样的存储器中。
虽然已经与若干实施例有关地描述了本发明，但是本发明不希望限于这里所陈述的具体形式。相反，本发明希望覆盖可合理地被包括在所附权利要求限定的本发明的范围内的替换、修改和等同物。
产业适用性
本发明适用于地质、油气勘探与开发以及采矿领域。
Claims (22)
1.一种用于实现定向辐射检测的方法，包括：
接收来自第一辐射传感器的第一输出和来自第二辐射传感器的第二输出，其中，所述第一输出和所述第二输出是在所述第一辐射传感器和所述第二辐射传感器位于地层中的钻井孔内时被生成的，其中，所述第一输出指示所述地层内的放射源的位置，并且其中，所述第一辐射传感器内的窗口面向着与所述第二辐射传感器中的窗口不同的方向；以及
将所述第一输出和所述第二输出相组合，其中，该组合基于所述第二输出减少所述第一输出的指示所述放射源的位置的能力的方向误差。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该组合包括：以一比率来缩放所述第二输出以生成抵消值，并且从所述第一输出减去所述抵消值。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一辐射传感器中的窗口以180度背离所述第二辐射传感器所面向的方向。
4.如权利要求1所述的方法，还包括接收来自第三辐射传感器的第三输出和来自第四辐射传感器的第四输出，其中，该组合包括将所述第一输出、所述第二输出、所述第三输出和所述第四输出相组合。
5.如权利要求1所述的方法，还包括针对另外的第一输出和另外的第二输出重复所述接收和所述组合多次，其中，所述另外的第一输出和所述另外的第二输出是在所述第一辐射传感器和所述第二辐射传感器相对于所述第一输出和所述第二输出被生成时的位置位于所述钻井孔内的不同位置时生成的。
6.如权利要求1所述的方法，其中，该组合生成辐射工具输出，并且其中，该方法还包括当所述第一辐射传感器和所述第二辐射传感器位于所述钻井孔内的同时向钻井操作者显示所述辐射工具输出。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一辐射传感器包括由管状钨屏蔽物围绕的闪烁晶体，其中，所述管状钨屏蔽物包括能使光子通过其到达所述闪烁晶体的轴向窗口。
8.一种用于实现定向辐射检测的系统，包括：
钻铤；
第一辐射传感器，其中，所述第一辐射传感器包括第一屏蔽窗口并被配置为生成第一输出，其中，所述第一输出指示地层内的放射源的位置；
第二辐射传感器，其中，所述第二辐射传感器包括第二屏蔽窗口并被配置为生成第二输出，其中，所述第二屏蔽窗口在所述地层中的钻井孔中面向着与所述第一屏蔽窗口不同的方向；以及
控制模块，其中，所述控制模块被配置为将所述第一输出与所述第二输出相组合以使得所述第一输出中的方向误差基于所述第二输出被减小。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述控制模块位于所述钻铤内。
10.如权利要求8所述的系统，其中，所述控制模块被配置为用一比率来缩放所述第二输出以生成抵消值并且从所述第一输出减去所述抵消值以生成辐射检测工具输出。
11.如权利要求8所述的系统，其中，所述第一辐射传感器中的窗口以180度背离所述第二辐射传感器所面向的方向。
12.如权利要求8所述的系统，其中，还包括被配置为生成第三输出的第三辐射传感器和被配置为生成第四输出的第四辐射传感器，其中，所述控制模块被配置为将所述第一输出、所述第二输出、所述第三输出和所述第四输出相组合。
13.如权利要求8所述的系统，其中，所述控制模块被配置为将来自所述第一辐射传感器的另外的第一输出与来自所述第二辐射传感器的另外的第二输出相组合，并且其中，所述另外的第一输出和所述另外的第二输出是在所述第一辐射传感器和所述第二辐射传感器相对于所述第一输出和所述第二输出被生成时的位置位于所述钻井孔内的不同位置时生成的。
14.如权利要求8所述的系统，其中，所述控制模块被配置为生成辐射监测工具输出，并且其中所述系统还包括显示设备，其中，所述显示设备被配置为在所述第一辐射传感器和所述第二辐射传感器位于所述钻井孔内的同时向钻井操作者显示所述辐射工具输出。
15.如权利要求8所述的系统，其中，所述第一辐射传感器包括由管状钨屏蔽物围绕的闪烁晶体，其中，所述管状钨屏蔽物包括能使光子通过其到达所述闪烁晶体的轴向窗口。
16.一种用于实现定向辐射检测的系统，包括：
第一辐射传感器装置，其中，所述第一辐射传感器装置面向第一方向并且生成第一输出，其中，所述第一输出指示地层内的放射源的位置；
第二辐射传感器装置，其中，所述第二辐射传感器装置在所述地层中的钻井孔中面向与所述第一辐射传感器装置不同的第二方向并且生成第二输出；以及
控制装置，用于将所述第一输出与所述第二输出相组合以使得所述第一输出中的方向误差基于所述第二输出被减小。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述控制装置用一比率来缩放所述第二输出以生成抵消值并且从所述第一输出减去所述抵消值以生成辐射检测工具输出。
18.如权利要求16所述的系统，其中，所述第一辐射传感器装置以180度背离所述第二辐射传感器装置所面向的方向。
19.如权利要求16所述的系统，还包括用于生成第三输出的第三辐射传感器装置和用于生成第四输出的第四辐射传感器装置，其中，所述控制装置基于所述第一输出、所述第二输出、所述第三输出和所述第四输出的组合来生成所述辐射检测工具输出。
20.如权利要求16所述的系统，其中，所述控制装置将来自所述第一辐射传感器装置的另外的输出与来自所述第二辐射传感器装置的另外的输出相组合，并且其中，所述另外的第一输出和所述另外的第二输出是在所述第一辐射传感器装置和所述第二辐射传感器装置相对于所述第一输出和所述第二输出被生成时的位置位于所述钻井孔内的不同位置时生成的。
21.如权利要求16所述的系统，还包括显示装置，用于在所述第一辐射传感器装置和所述第二辐射传感器装置位于所述钻井孔内的同时向钻井操作者显示由所述控制装置生成的输出。
22.如权利要求16所述的系统，其中，所述第一辐射传感器装置包括伽马射线传感器装置。
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