CN104823075B - 用于检查地下管道的方法 - Google Patents

Abstract

位于设置在地下井孔中的管道上或其附近的物质可通过监测从该物质散射的伽玛射线而进行检测和/或识别它们的存在。这些物质包括管道侧壁上的沉积物和包含在管道中的液体。沉积物的示例包括沥青质、石蜡、污垢、沙砾等等。伽玛射线有策略地从设置在管道中的工具导向至管道的侧壁附近。某些伽玛射线从管道附近的物质散射，并且利用检测器来检测，检测器设置在离伽玛射线源指定的轴向距离处。

Description

用于检查地下管道的方法

相关申请的交叉引用

本申请是延续部分并要求享有于2011年12月21日提交的待审美国申请No.13/332,543的权益，该申请是2009年7月1日提交的美国申请No.12/496,163的延续部分，并要求享有其权益，这些申请的全部公开通过引用而结合在本文中，以用于所有目的。

背景

1．发明领域

本发明总地涉及检查地下井孔中的管道。更具体地说，本发明涉及一种装置和方法，其使用辐射源来检查地下管道，并使用辐射检测器来检测或识别沉积在管道中和/或其附近的不受欢迎或极坏的物质的存在。

2．现有技术的描述

用于生产碳氢化合物的地下井孔通常以套管柱作为内衬，其粘固在与井孔相交的岩层上。还可在第一套管柱中插入内套管柱，并将其粘固在合适位置上。从油井生产出的流体在生产管中流向地面，生产管插入在内套管柱的内部。在典型油井的寿命中，可能要除去生产管，从而在油井中执行修补、修理或流动增强操作。有时还可能需要除去套管的一部分或全部。

通常钻井流体填充在同心管道之间的环形空间中。钻井流体中的颗粒，例如重晶石可能随着时间沉积或沉积下来，并形成水泥状物质，其与同心管道粘结在一起，并阻碍了从井孔除去内管道。虽然刀具可切开管道，从而可除去未粘住的部分，但如果在管道粘附在一起的地方以下的深度进行切割的话也不能除去管道。或者，太浅的切割可能留下不合适宜的很长的自由管子部分，其在粘附点上面延伸。与重质碳氢化合物相混合的沥青质或沙砾可能在生产管道内部形成堵塞，其将限制油井的生产能力。贯穿生产管的废物筐、环规和虚拟工具已经用于寻找堵塞。

发明内容

本发明公开了一种检查地下井孔中的管道的方法。在一个示例中，该方法包括将辐射从定位在测井工具中的放射源引导至相邻的管道侧壁中，检测从与管道相邻的环面的材料散射的辐射，估算所检测的辐射的比率和能量，并基于所检测的辐射的比率和能量而识别出该物质。在一个示例中，辐射是伽马射线，并且源是¹³⁷Cs伽马射线源，其具有大约662keV的能量。在这个示例中，康普顿散射辐射在检测时具有大约250keV至大约650keV能量。在一个示例中，检测的步骤利用轴向偏离源的检测器来执行。发射出的辐射可从源处以基本圆锥形的图案进行导向，其中所检测的辐射的能量依赖于辐射的散射角。该物质可能是位于环面中并且粘附在管道上的沥青质、沉积在与管道相邻的环面中的污垢、管道上的沙砾以及其组合。该方法还可包括估算物质的位置，并基于识别物质和估算物质位置的步骤而有助于从管道上除去物质。可选地，该物质可能是位于管道内部或沉积在管道中的生产流体，其中管道是生产管。

这里还提供了一种对地下井孔进行成像的方法。在这个示例方法中，提供了测井仪，其具有辐射源和散射辐射检测器。在这个示例中，该方法还包括在插入井孔的管道中引入测井仪，引导来自源的辐射，使得某些辐射从与管道相邻的材料散射，从而限定散射辐射，利用散射辐射检测器检测散射辐射，并基于所测散射辐射的比率和能量而识别出该物质。可选地，提供了圆锥形的导向器，其靠近辐射源并定位在测井仪中，使得导向器的顶点朝着源进行导向，并且导向器具有与管道轴线基本平行的轴线。在一个备选实施例中，散射辐射的能量与所检测的辐射的散射角相对应。在一个示例中，该材料是沥青质、石蜡、污垢、沙砾的一种或多种或其组合。

附图说明

上面已经陈述了本发明的某些特征和好处，其它特征和好处将随着结合附图所做的说明而变得清晰明了，其中：

图1是根据本发明的井下成像工具的示例性实施例的示意图，其具有低能辐射源和设置在井孔中的检测器。

图2是根据本发明的单个康普顿-散射0.662MeV铯-137伽马射线相对散射角的能量相关性的示例图表。

图3是图1工具的一个实施例的透视图。

图4A和图4B是图3工具的一个示例性实施例的截面图。

图5是在砾石充填沙砾完井中的单个检测器对异常的强度/测井响应与根据本发明的成像工具的一个示例性实施例所测量的深度的图表。

图6是根据本发明的一个实施例的管道中的成像工具的一个示例的局部侧截面图。

图7是根据本发明一个实施例的计数强度对计数能量的图谱的一个示例。

图8是图表的一个示例，其代表根据本发明一个实施例的对沉积在生产管道内部的沥青质的高能量窗(W6)计数率响应。

图9是根据本发明一个实施例的图6的成像工具和高能量辐射的单个散射区域的示意性示例。

虽然本发明将结合优选实施例进行描述，但是应该懂得其并不意图将本发明局限于该实施例。相反，其意图覆盖所有包含在附属权利要求所限定的本发明的精髓和范围内的备选方案、变体和等效物。

具体实施方式

现在将在后文中参照附图更完整地描述本公开的方法，在附图中显示了实施例。本公开的方法可采用许多不同的形式，并且不应该认为局限于这里所阐述的例证性的实施例，相反提供这些实施例将使本公开更为完整和完善，并将其范围完全传达给本领域中的技术人员。全文中相似的标号标识相似的元件。

应该懂得本公开的范围并不局限于结构、操作、精确材料或所示和所述实施例的精确细节，因为改型和等效物对于本领域中的技术人员将是清晰明了的。在附图和说明书中已经公开了例证性的实施例，并且虽然采用了特定的术语，但其只是从普通和描述性的意义上使用的，而不用于限制目的。因此，所述这里的改进仅仅受到附属权利要求范围的限制。

现在参照图1，其显示井下成像工具100定位在砾石充填层的“底管”或内钢壳110中。应该认识到，工具壳130可由任何轻金属构造而成，其中这里使用的词语“轻金属”指原子序数小于23的任何金属。井下成像工具100至少包括外壳或管道130，其携带辐射源120和多个检测器140。在一个示例性的实施例中，伽玛辐射源120居中地定位在外壳130中。可选地，检测器140在方位角上以恒定半径对称地间隔开，但也定位在外壳130中。换句话说，在一个示例中，间隔开的检测器140所在的半径小于外壳130的半径。在这种情况下，辐射源120将辐射，即射线124发射到砾石充填层150中。

砾石充填层150的纹路图案指出了砾石充填层的可能区域，其可能被砾石填充或不被砾石填充。例如，中心区域151可能组成了砾石充填层150中的空隙，其已经被完井流体或生产流体填充，而其它区域153可能组成了被恰当完井或完全填充沙砾的砾石充填层部分。当然，本领域中的技术人员在受益本公开的条件下应该懂得，这些仅仅用于说明性的目的，而且空隙或孔洞相对于工具100可采用任何形状和任何位置。

在图1的示例中，传播到砾石充填层150中的伽玛射线124在某些能量损失的条件下经过康普顿散射(在点155处)回检测器140，检测器定位在井下成像工具100中。低能量伽玛射线126由检测器140进行检测。康普顿散射伽马射线126的计数率强度除了其它因素之外尤其依赖于砾石充填层材料的密度。因此，较高的计数率代表砾石充填层中较高的密度，而较低的计数率代表由于较少射线被散射回检测器而引起的较低密度。

在一个示例中，辐射源120包括钡、铯、某些其它辐射源或其组合。通过利用例如这种源，并且因为检测器定位在靠近源的位置，所以所测能量只来源于紧邻筛网的砾石充填层中的很短距离处。出于这些相同的原因，在一个示例中，检测器140定位在靠近辐射源120的外壳130中。在一个示例性的实施例中，辐射源120和检测器140沿着工具100的长度分开大约3至大约3.5英寸。

屏蔽层(图1中未显示)可应用于辐射源120周围，以校准来自辐射源120的辐射发射或将其限制于砾石充填层150的有限的纵向部段上。在一个实施例中，这种屏蔽层是重金属屏蔽层，例如烧结的钨，其校准用于发射到砾石充填层中的伽玛射线的路径。类似地，如下面更详细所述，相似的屏蔽层可用于各个检测器周围，以限制检测器观察孔只用于那些伽玛射线，其主要从砾石充填层的特定的方位角区域被单散射回检测器。

此外，可选择所发射的伽玛射线124的能量水平，以评估离井下成像工具100的变化的深度或距离处的砾石充填密度。作为一个示例，来自伽玛射线源，例如133Ba源的辐射可用于发射出各种能量水平的伽玛射线。或者，可使用具有接近¹³⁷Cs能量的伽马射线辐射源。

另外，如图2中所示，康普顿-散射伽马射线的能量依赖于散射角。在一个示例中，校准角和能量检测范围的细心选择可用于区别来自井孔管道的不同区域的散射。较高能量的单散射康普顿伽玛射线如图2中所示来自较浅的散射角，并且可用于感测靠近工具的散射材料，例如沉积在生产管内部的沥青质。在一个可选的实施例中，康普顿-散射伽马射线的支持容量由散射角和所测伽玛射线的能量来限定，使得测井工具中不同的能量窗可感测井孔中的不同区域。

现在存在用于将来自定位于测井工具周围的多个检测器的辐射计数率转换成表述砾石充填层完整性的完整2D剖面图的技术，其包括SYSTAT表曲线3D方法。其它技术包括但不局限于MATLAB、IMAGE和提前对准，并且可使用从数据点制作马赛克图的技术来映射底管和砾石充填层环境。同样，基于地质统计学3D软件可适合于转换基本的伽玛射线计数率，从而生成砾石充填层环境的地图。这样就可确定砾石充填层或岩层的完整性。

为了生产精确定向的地图，需确定测井工具相对于钻井高压侧的方位角。该定向可利用本领域中已知的任何定向装置来确定。定向装置可包含一个或多个姿态传感器，其用于确定测井工具相对于参考矢量的定向。合适的定向装置的示例包括，但不局限于由德克萨斯州休斯顿市的MicroTesla公司生产的那些定向装置。各组伽马射线测量值可与这样一种定向相关联，从而根据砾石充填层中的材料的实际方位角位置可精确地生成砾石充填层的2D剖面图。

图3显示了砾石充填层成像工具的一个实施例的透视图。如图所示，井下成像工具200包括外壳230，其携带辐射源220、源校准仪225和多个阵列形式的辐射检测器240。检测器阵列240可定位在离辐射源220固定距离处。在某些实施例中，检测器阵列可定位在离辐射源220不同的距离处。另外，在某些实施例中还可设想辐射源220的任一侧的检测器阵列。电子器件260还可定位在外壳230中或任何便利的地方。

辐射源220可能是一个或多个辐射源，其可包括任何合适的低能量伽玛射线源，其能够发射从大约250keV至大约700keV的伽玛射线辐射。适合于供本发明的一个实施例使用的伽玛射线源可包括任何合适的放射性同位素，其包括但不局限于钡、铯的放射性同位素、LAC、高能X-射线(例如大约200+keV)或任何其组合。来自辐射源220的辐射可能是连续的、间歇的或脉冲调制的。

在图3所示的示例性实施例中，辐射源220居中地定位在外壳230中。在所示的实施例中，源220沿着外壳230的轴线进行定位。

伽玛射线校准仪225在某些实施例中是可选的，其可重新配置为邻近源220从而将来自辐射源220的辐射导向地约束到砾石充填层的方位角辐射部段上。例如，校准仪225可包括与源220相邻的鳍板或壁226，以引导伽马射线的传播。通过对来自辐射源220的辐射进行引导、聚焦或定向，从而可将辐射引导至更具体的砾石充填层区域上。应该懂得，在某些实施例中，可进一步采用重金属快门机构，以引导来自辐射源220的辐射。另外，通过选择不同的同位素源可选择辐射能量，从而提供某些岩性的或空间的深度判别。

在所示的实施例中，校准仪225约束了来自源220的辐射。在这个实施例中，校准仪225在检测器240的方向上也成圆锥形状，如标号228所示，以便校准来自源220的伽玛射线。当然，本领域中的技术人员应该懂得，校准仪225可以任何合适的几何形状来配置，以用于将辐射源220的辐射引导、聚焦、导向或定向至更具体的砾石充填层区域中。

在一个非限制性的示例中，从源220发射到砾石充填层中(例如图1的砾石150)的辐射从砾石充填层经康普顿散射回工具200，在此处可通过辐射检测器240测量返回的-散射辐射。辐射检测器240可能是任意多个检测器，其适合于检测辐射，包括伽玛射线检测器。在所示的实施例中，描绘了四个检测器，但是可利用任意数量的检测器。在另一示例性的实施例中，利用了三个检测器或六个检测器；其中可选地，各个检测器设置为用于“察看”不同的砾石充填层部段。采用多个检测器，该工具可按照可分开识别的部段对砾石充填层的整个周边进行成像。整个周边的图像分辨率可能依赖于检测器的数量、伽玛射线的能量和在各个检测器周围提供的屏蔽程度。

在某些实施例中，伽玛射线检测器可包括闪烁晶体，其发射出与各个伽马射线沉积在晶体中的能量成比例的光。光电增倍管可联接在晶体上，以便将来自闪烁晶体的光转换成可测量的电子电流或电压脉冲，然后将其用于对各个所检测的伽马射线的能量进行量化。换句话说，伽玛射线的能量被量化、计数并用于估算与筛网相邻的砾石充填层的密度。光电增倍管可用高温电耦合装置(CCD)或微通道光电放大器来替代。可使用的闪烁晶体的合适的示例包括，但不局限于NaI(Tl)晶体、BGO和溴化镧或任何其组合。这样，可从返回的辐射中测量计数率，在这种情况下，返回的辐射是返回的伽玛射线。康普顿散射伽马射线的强度除了其它因素之外尤其依赖于砾石充填层材料的密度。因此，较低的密度代表砾石充填层中的间隙，并且较低的计数率代表由于较少射线被散射回检测器而引起的较低密度。

仍然参照图3，在一个示例性的实施例中，检测器240按照比外壳230的半径更小的半径安装在外壳内部，其从外壳230的表面插入。类似地，虽然它们不需要均匀地间隔开，但是在所示的实施例中，检测器240以选定的半径均匀地间隔开。虽然所示的示例显示了四个彼此间隔开90度的检测器240，但是本领域中的技术人员应该懂得在本发明中可利用任意数量的多个检测器。此外，虽然实施例显示了所有检测器240定位在离源220相同的距离处，但是它们不需要均匀地间隔开。因而在工具中，例如一个检测器(或多检测器阵列)可能相对源间隔开12厘米，而另一检测器(或检测器阵列)相对源间隔开20厘米或任何其它距离。

类似地，在另一实施例中，检测器240可定位在源220的上面和下面。在这种情况下，校准仪225将具有恰当的形状，以便在所需检测器的方向上引导伽玛射线。在辐射源两侧设置了多个检测器的这种实施例中，在校准仪之间可提供附加的屏蔽层，以防止来自砾石充填层的不同部段的辐射散射(即辐射的交叉污染)。

各个检测器240可经过安装，从而相对其它检测器240得以屏蔽。虽然对于检测器240可利用任何类型的屏蔽层配置，但是在所示的实施例中，校准仪248设有多个开口或槽245，其围绕校准仪248的周边而间隔开。虽然开口245可具有任何形状，例如弧形、椭圆形、方形或任何其它形状，但是在一个示例性的实施例中，开口245具有伸长槽的形状，并且在这里将以此为参照。

检测器240安装在各个槽245中，从而将检测器240封闭在屏蔽层中。根据需要可调整槽245的宽度和深度，以取得所需的方位角范围。在某些实施例中，槽245的长度可能与伽马射线检测器的灵敏区域一样长(即晶体高度)。应该懂得因为检测器设置在槽中，所以检测器并不位于校准仪的表面上，其可能从更大的方位角范围来检测伽玛射线。在一个示例性的实施例中，槽245是360度/(检测器的数量)的宽度，并且面向压力外壳内径的检测器只有几毫米深(例如大约2mm至大约5mm)。然而，更紧密的校准是可行的。可选地，各个槽的方位角范围被限制于360度/(检测器的数量)。这样，各的辐射检测器240的视野可能更聚焦于砾石充填层的特定区域。另外，这种屏蔽层消除或至少减轻了从一个检测器散射至另一检测器上的辐射。如图可见，各个检测器通过辐射吸收剂材料而彼此分隔开。通过消除检测器-至-检测器的辐射散射，可获得更精确的方位角读数。

虽然源校准仪225显示为单个整体成形的物体，其具有鳍板226和锥形表面228，但它不需要如此，并且可由单独的结构部件形成，例如源校准仪与检测器校准仪248的组合，只要实现这里所述的屏蔽层即可。

在所示的实施例中，位于源校准仪和检测器240的开口周围的外壳230的区域可由铍、铝、钛或其它低原子序数金属或材料制造而成，其目的是容许更多伽玛射线进入检测器240中。这种设计对于低能量的伽玛射线特别重要，低能量的伽玛射线优选被压力外壳中的任何密度的金属所吸收。

备选地或除了检测器屏蔽层或校准仪248之外，在电子器件260中可执行防重合算法，从而补偿检测器-至-检测器的辐射散射。这样，处理器可通过防重合算法而减轻多倍检测的伽玛射线的影响。在某些实施例中，电子器件260,262和264定位在检测器240的上面或源220的下面。

电子器件260可包括处理器262、存储器263以及用于为砾石充填层成像工具200供给功率的电源264。电源264可能是蓄电池，或者可接收来自外部电源的功率，例如测井电缆(未显示)。处理器262适合于接收来自辐射检测器240的测量数据。测量数据在某些实施例中包括计数率，其然后可储存在存储器263中，或者在储存于存储器263中之前进行进一步地处理。处理器262还可控制光电倍增管或其它用于将闪烁转换成电脉冲的装置的增益。电子器件260可定位在源220的下面和检测器240的上面，或者从中除去。

在一个实施例中，工具还包括加速计、3轴线倾斜仪或姿态传感器，以便明确地确定方位角部段的位置。在某些实施例中，可并入罗盘装置，以便进一步确定工具的定向。

考虑到尤其预期的温度、压力、作用力以及将暴露工具所处的化学环境，砾石充填层成像工具200可由任何合适的材料构造而成，其适合于预期暴露所处的井下环境。在某些实施例中，用于构造源校准仪225和检测器校准仪248的合适的材料包括，但不局限于烧结的钨(被称为重金属)、铅、稠密且非常高的原子序数(Z)材料或任何其组合。

此外，虽然显示了一种1 11/16英寸直径配置工具，但是工具100可根据具体应用的需求而定制尺寸。本领域中的技术人员应该懂得，较大直径的工具将容许更多检测器和屏蔽层，从而提供砾石充填层更多的视野段。

这种工具可被部署用于新安装时测量砾石充填层的完整性，以及诊断由于油井连续生产而对砾石充填层造成的损伤。本领域中的普通技术人员在受益本公开的条件下应懂得如何将计数率的测井结果和砾石充填层材料的推断密度联系到充填层的结构上，并从结果推断出充填层的状况。

作为图3中所示实施例的示例性几何形状的进一步图示，图4A和图4B显示了设置在底管或砾石充填层筛网330中的工具的另一实施例的横截面图，底管或砾石充填层筛网330还设置在外壳310中。砾石充填层350设置在外壳310和底管330之间，其中图4A显示了从X-Y平面看去的横截面，并且图4B显示了从X-Z平面看去的横截面。如所举的实施例中所示，源校准仪328在X-Z平面或Y-Z平面中为圆锥形状。在图4A中显示检测器340位于开口或槽345中，而在图4B中显示了所描绘的辐射源320。如图4A中所示，检测器校准仪348在X-Y平面中是扇形的，并且在X-Z或Y-Z平面中是矩形的。在某些实施例中，圆锥形的源校准仪328是必须的，因为其减少了砾石充填层中的多次散射事件。

利用本发明的方法可包括使用不同的能量窗，以便在低至高密度完井流体中映射砾石充填层中的空隙或堵塞。在某些实施例中，至少使用了四个能量窗(图7)。例如，对于¹³⁷Cs源(源能量为662keV)，低能量(LE或W1)窗(通常大约50keV至大约200keV)对于多次散射的源伽玛射线是很敏感的，而中等能量(W2)窗(通常大约200keV至大约250keV)对于单个散射源伽玛射线是很敏感的。宽窗(BW或W3)通常可包括大约50keV至大约250keV范围内的伽玛射线。高能量窗W6(这里也被称为HE)通常可包括在大约250keV至大约650keV之间的范围的接近源能量伽玛射线。BW计数率具有最高的统计精度。LE和中等能量窗可用于特定的应用，例如深读和最大动态范围成像能力。这些不同能量窗测井的组合可利用特殊方法进行组合(例如点对点适应算法或卡尔曼类型的处理算法)，以达到增强的精确度和分辨率。应该懂得，多个-强度能量源可在相同工具中同时或顺序地加以利用。

除了辐射源的能量水平之外，其它可调整以区别砾石充填层的分段视野的因素包括，但不局限于校准仪的角度以及源至检测器的间距。合适的源校准仪的角度示例包括，但不局限于大约15度至大约85度的角度，并且在其它实施例中为大约65度至大约85度。合适的源至检测器的间距示例包括，但不局限于大约1英寸至大约3.5英寸至大约8英寸，并且在其它实施例中，大约6英寸至大约10英寸，并且在其它实施例中至大约12英寸。

此外，应该懂得井下工具能够在井孔中下降或上升的同时测量计数率。在某些实施例中，井下工具可在工具固定于井孔中时执行测量。示例性的上升和下降速率包括高达大约1800英尺/小时的移动速率。

为了促进更好地理解本发明，给出了以下某些实施例的某些方面的示例。以下示例决不应阅读成限制或限定本发明的范围。

示例

在一个非限制性的使用示例中，图5显示了由2.5英寸砾石充填层成像工具在7英寸砾石充填层中所测量的计数率相对厘米为单位的深度的图表。这些测井是通过处理单独的检测器伽玛射线的计数率而产生的。图5中的曲线图是在4厘米深度标志处居中的砾石充填层中的计数率灵敏度相对1-英寸环面冲刷的MCNP-模型化示例。其显示了在砾石充填密度方面极大的灵敏度变化。MCNP指蒙特卡罗中子，其由洛斯阿拉莫斯蒙特卡罗集团研究出来，具体称为“MCNP-A普通蒙特卡罗中子传输代码方案5”，参见2003年4月洛斯阿拉莫斯国家实验室刊物第I-III卷；并且可从橡树岭国家实验室的辐射安全信息计算中心处以CCC-740获得。定性的图像测井将通过显示来自各个深度的各个检测器扇面的相对计数率而产生。分析计数的另一方法可用于计算更量化的多扇面密度(即按照克/cc)剖面。这种密度测井可通过利用校准后的测井计数率-密度算法而从计数率中推导出来。

明显地，用于测量砾石充填层的传统现有技术的密度工具通常在源和检测器之间具有相对较大的间距。这个的原因是，该工具是在没有高空间分辨率的一个方位角下为评估整个砾石充填层而提供的。源和检测器通常沿着工具轴线居中地定位在工具中。沿着轴线在源和检测器之间可提供屏蔽层，以防止这两个之间的能量耦合，即能量直接从源传递至检测器，而没有在砾石充填层中进行散射。在现有技术中，因为在源和检测器之间相对较大的间距，伽玛射线辐射在其受到检测和计数之前经历了显著的多次散射和吸收。砾石充填层越稠密，记录到的计数就越少。换句话说，在现有技术的工具中，计数率随着砾石充填密度而降低，因为多次散射和吸收损耗了被检测器测量到的总的辐射量。

在本公开的装置和方法的一个示例性的实施例中，源和检测器彼此靠近进行定位，例如分开大约3.5英寸。因为这种紧密的物理关系，扩散到砾石充填层并散射回检测器的能量经历了少得多的散射，即，通常只有单个散射(返回检测器)，与多个散射相反。事实上，在利用本发明的工具下，计数率随着砾石充填层的密度而增加。这很重要，因为同现有技术相比实现了改进的密度分辨率。

此外，现有技术不会利用圆锥形的校准仪来引导能量扩散到砾石充填层中。再次，通过在现有技术的工具中利用这种校准仪，可最大限度地减小多次散射，并且改善现有技术工具的成像。

图6在局部侧截面图中显示了插入在管道402中的成像工具400的一个示例。存在实施例，其中工具400可能与上面关于图1和图3分别所述的工具100,200是相同或基本相同的。在图6的示例中，管道402插入到井孔404中，井孔显示与地下岩层406相交。在井孔404中可选地提供套管408，用作井孔404的侧壁的衬里。因而在这个示例中，管道402是生产管。存在备选的使用示例，其中工具400插入在里面没有生产管的套管408中。工具400部署在井孔404中，位于管线410上，其中管线410可能是测井电缆、钢丝、线缆或线圈管。图中显示管线410通过井口组件412插入，井口组件安装在地面上，高于通向井孔404的开口。

在图6的实施例中进一步显示了沉积物414，其粘附在管道402的侧壁上，位于井孔404的各种深度且围绕井孔404的轴线AX的方位角位置。沉积物414可能包括形成于管道402内部的污垢、以及所示在管道402中处置的流体416的余渣。余渣的其它示例包括沥青质、石蜡、重质碳氢化合物、沙砾和其组合。在图6的示例中，流体416基本上占据了在成像工具400的本体418和管道402的内表面之间的环形空间。图6的工具400的实施例还包含了辐射源420，其可能与上面分别关于图2和图4B所述的源220,320是基本相同的。从源420发射出的辐射可沿着箭头A所示的路径而移动，其最初从轴线AX发散出来。某些辐射经历了散射，并且在轴向远离源420的位置经过重导向，以便随着轴线AX而收敛。如图所示，重导向的辐射接触到传感器422，在此处检测辐射的计数和相关联的能量。存在示例，其中传感器422包括上面分别关于图1和图3所论述的检测器140,240。

仍然参照图6的示例性的实施例，辐射被导向在远离源420的圆锥形图案中，并且大致关于源420和传感器422相交的线进行导向。因此，所示辐射由管道402中的流体416、靠近管道402侧壁的区域和岩层406进行康普顿散射。应该指出的是，辐射从源420至传感器422所遵循的路径可能在被轴线AX二等分的平面中与任何点相交，并且并不局限于出于清晰起见而显示的箭头A的选择数量。

已知的是，由传感器422所检测的辐射能量受到辐射的康普顿散射角的影响(即辐射的方向变化角度)。总地说来，能量随着散射角的增加而减少，如图2中所示；因而直接从源420流向传感器422的只经历了最小散射的辐射将比从相邻管道402和岩层406散射的辐射具有更大的检测能量，并且从相邻管道402散射的辐射将比从岩层406散射的辐射具有更大的检测能量。由传感器422检测到的辐射计数将基于各个计数的能量水平而进行丢弃。如图7的示例中所示，计数对其相对应的能量被绘制成曲线，以产生图谱424，从而说明所检测的辐射能量的分布。图中显示能量窗W1–W6重叠在图谱424上，其沿着能量轴线而延伸。来自砾石充填层的内部材料、或来自管道之间的材料、或来自与测井工具相邻的管道内部的散射辐射的计数落入窗W1、W2、W3或W6中。未散射且直接从源420流向传感器422的辐射计数(图6)落入窗W4或W5中，并可用于工具增益稳定化。从沉积在管道402上或其附近的材料散射的辐射计数如图所示位于窗W6中。在本领域中的技术人员的能力范围内可创建如图7中所发现的图谱，并且基于计数和相对应的所创建的图谱能量而识别从中散射出辐射的物质。此外，本领域中的技术人员能够基于能量窗W1-W6的相对排列而识别所标识出的材料的空间位置。

图8提供了曲线图426，其显示了对于高能量窗W6计数率响应与图6的5½-英寸管道402内部的沥青质沉积物的密度-厚度乘积相关性的示例MCNP模型化结果。在图8的示例曲线图中，W6计数率随着沥青质厚度的增加而增加，就如测井工具附近的单个浅角康普顿散射预计得那样。在一个示例性的实施例中，高能量窗W6中的计数率可能依赖于非常浅-角的康普顿散射，并且对于接近测井工具的材料密度变化是很敏感的。在一个示例中，高能计数率W6可用于检测由于沥青质、沙砾、污垢或其组合累积或积累在生产管中而造成的堵塞。因此，通过分析落在窗W6中的图谱424的部分(图7)，可识别管道402附近的物质。管道402附近的物质包括如图6所示位于管道402内表面上的沉积物414、管道中的流体416，流体416中的物质、管道402它本身、管道402的外径向表面上的物质、以及位于管道402和套管408之间的环面中的物质。

现在参照图9，其显示了插入在管道402中的成像工具400的示意性的示例的局部侧截面图。图中进一步显示了区域428，其代表浅角单散射伽马射线从靠近测井工具的材料散射的区域。因为浅角康普顿-散射伽马射线丢失非常少的其起始能量，所以它们落入图7的曲线图424的高能量窗W6中。在图9的示例中，区域428具有带内外横向边缘I，O的外周边，横向边缘远离工具400的轴线AX而构成角度，并且在其远端通过远端边缘D和近端边缘P而连接起来。在这个示例中，区域428从工具400附近延伸而穿过管道402的外表面。更具体地说，内边缘和近端边缘I，P的交会部邻近工具400的外表面，并且远端边缘和外边缘D，O的交会部位于管道402之外。康普顿散射方程可用于产生组成区域428的空间位置。同径向穿过区域428所发生的散射相比，发生在区域428中的辐射散射具有相对较低的角度，因此被传感器422所检测到的从区域428散射的辐射的能量水平大于浅角辐射的能量水平，浅角辐射是从径向穿过区域428的面积散射的。在一个示例中，从区域428散射并在W6中被传感器422检测到的辐射能量水平可高达大约662keV的源能量范围。

Claims (17)

1.一种勘测地下井孔中的管道的方法，包括：

将辐射从源导向至所述管道的侧壁；

经由传感器检测从所述管道附近的物质散射的辐射；

利用由所述传感器检测的辐射计数对应其相应的能量来产生图谱，以说明所检测的辐射能量的分布；并

基于所述计数和所产生的图谱的对应的能量来识别所述物质。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辐射包括伽玛射线，并且其中所述散射辐射在检测时具有250keV至650keV的能量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测步骤利用轴向偏离所述源的检测器来执行。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述辐射从所述源处以基本圆锥形的图案进行导向，其中所检测的辐射的能量依赖于所述辐射的散射角。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物质包括选自由沥青质、污垢、沙砾、石蜡及其组合所组成的集合的物质。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括基于识别所述物质和估算所述物质的位置的步骤而估算所述物质的位置。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当在所述管道上识别所述物质时，所检测的辐射是在250keV至650keV范围内的高能量辐射。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物质包括位于所述管道中的生产流体，并且所述管道包括生产管，其中所述图谱包括能量窗，并且所述方法还包括基于能量窗的相对分布来识别所述物质的空间位置。

9.一种用于在地下井孔中进行成像的方法括：

提供测井仪，其具有辐射源和散射辐射检测器；

将所述测井仪设置在管道中，所述管道插入到所述井孔中；

引导来自所述源的辐射，使得某些所述辐射从设置在所述管道附近的物质散射，从而限定散射辐射；利用传感器来检测所述散射辐射；且

利用由所述传感器检测的辐射计数对应其相应的能量来产生图谱，以说明所检测的辐射能量的分布；

基于所述计数和所产生的图谱的对应的能量来识别沉积在所述管道中或所述管道上的物质。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，提供了圆锥形的导向器，其靠近所述辐射源并定位在所述测井仪中，使得所述导向器的顶点朝着所述源进行导向，并且所述导向器具有与所述管道的轴线基本平行的轴线。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述散射辐射的能量与所检测的辐射的散射角相对应。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述物质包括选自由沥青质、石蜡、污垢、沙砾及其组合所组成的集合中的物质。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述辐射从所述源处以基本圆锥形的图案进行导向，其中所检测的辐射的能量依赖于所述辐射的散射角。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括在围绕所述测井仪周边的间隔开的位置提供多重检测器，从而利用所述检测器观察周向间隔开的不同部段，并且基本上对所述管道的纵长部分的整个周边进行成像。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述辐射从所述源处以基本圆锥形的图案进行导向，其中所检测的辐射的能量依赖于所述辐射的散射角，所述方法还包括监测来自所述辐射的不同能量窗区域的计数率，并选择康普顿散射角度，以便基于所监测的计数率而检查所述测井仪周围的不同区域。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述检测的最高能量是从所述测井仪附近的材料散射的。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述检测的最高能量是从沿着所述管道的内表面进行沉积的材料散射的。