CN105940184B - 通过降低康普顿散射改进对井下伽马辐射的测量 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于评估钻孔横穿的地层的系统、方法和装置。所述方法包括：使用第一辐射响应组件来探测能量低于阈能的γ射线；使用配置成探测穿过第一辐射响应组件的γ射线的第二辐射响应组件；通过产生指示第一辐射响应组件探测到的γ射线和第二辐射响应组件探测到的γ射线的反符合γ射线光谱而产生折合康普顿γ射线光谱。反符合γ射线光谱表示由第二辐射响应部件探测到的γ射线中未被探测到与由第一辐射响应部件探测到的γ射线相重合的那些γ射线。
Description
技术领域
在一个方面中，本发明总体上涉及使用基于核辐射的测量值用于估计与物质体积相关的所关注的至少一个参数的钻孔测井方法和设备。
背景技术
使用核技术来研究有机或无机物质的体积是众所周知的。例如，天然放射性元素以多种比例常见于地层中，这取决于岩性类型和其他因素。钾、铀和钍的放射性同位素是在石油工业中通常定量常见的天然存在的放射性元素。
刚性或非刚性传送装置常用于将一个或多个核辐射检测器传送到与地层相交的钻孔中，通常作为工具或一组工具的一部分。这里，检测器可用于通过在测量期间产生对钻孔附近环境中存在的一种或多种核辐射的响应来估计与地层的所关注的体积相关联的辐射。然后此响应可用于估计体积的所关注的参数。在核测井中，可通过向地层提供辐射(例如，中子轰击)产生额外的放射性同位素。
油井测井已公知多年并向油和气井钻孔机提供关于所钻探的特定地层的信息。以上所得到的地层的所关注的一个或多个参数可涉及烃类勘测或生产。例如，所关注的参数可提供给定地层中烃的位置和范围的指示。刚性或非刚性托架也可提供通信通道以将信息向上发送到地面。
发明内容
在多个方面中，本发明涉及使用从地下地层检测到的辐射来估计地层的所关注的参数的方法。
根据本发明的一个实施例可以是一种用于评价由钻孔横穿的地层的设备。该设备可包括被配置成检测伽马射线的第一辐射响应部件；被配置成检测横穿第一辐射响应部件的伽马射线的第二辐射响应部件；以及处理器，其被配置成：通过产生响应于由第一辐射响应部件所检测到的伽马射线和第二辐射响应部件所检测到的伽马射线的反符合伽马射线光谱而产生折合康普顿伽马射线光谱，其中反符合伽马射线光谱指示由与由第一辐射响应部件检测的相同伽马射线符合而未检测的第二辐射响应部件所检测的伽马射线的那些伽马射线。处理器可被进一步配置成：产生指示由第二辐射响应部件检测的伽马射线的全伽马射线光谱；产生指示由与由第一辐射响应部件检测的相同伽马射线符合而检测的第二辐射响应部件所检测的伽马射线的那些伽马射线的符合光谱；以及通过从全光谱中减去符合光谱来产生反符合伽马射线光谱。
至少一个处理器可被进一步配置成利用折合康普顿伽马射线光谱估计所关注的至少一个参数。至少一个处理器可被进一步配置成使用多个标准光谱将折合康普顿伽马射线光谱去卷积成多个元素光谱产出。折合康普顿伽马射线光谱可跨越连续能量范围，包括与多个标准光谱的各自光谱相关联的特征能量下的光峰。所关注的参数可以是地层中至少一种化学元素的浓度。第一辐射响应部件和第二辐射响应部件可被配置成使得第二辐射响应部件以比第一辐射响应部件更高的检测效率来检测伽马射线。伽马射线可从天然存在的放射性核素放射出。
第一辐射响应部件可至少部分地由响应于入射伽马射线而产生第一光闪烁的材料形成；以及第二辐射响应部件可至少部分地由响应于入射伽马射线而产生第二光闪烁的材料形成。
设备可以包括光隔离部件以基本上将第二辐射响应部件与第一光闪烁隔离以及将第一辐射响应部件与第二光闪烁隔离，该光隔离部件包括如下中的一者：(i)隔离器，以及(ii)施加到第一辐射响应部件和第二辐射响应部件中至少一个部件的处理。该设备也可以包括被配置成产生表示第一光闪烁和第二光闪烁的输出的至少一种光响应器件。至少一种光响应器件的输出可包括第一光闪烁与第二光闪烁之间的参数差异。至少一种光响应器件包括被配置成响应于第一光闪烁的检测产生输出的第一光响应器件；以及被配置成响应于第二光闪烁的检测产生输出的第二光响应器件。
根据本发明的另一实施例可以是一种估计由钻孔相交的地层的方法。方法实施例包括使用第一辐射响应部件检测伽马射线；使用第二辐射响应部件检测横越第一辐射响应部件的伽马射线；以及通过响应于由第一辐射响应部件检测的伽马射线和由第二辐射响应部件检测的伽马射线产生反符合伽马射线光谱而产生折合康普顿伽马射线光谱，其中反符合伽马射线光谱指示由与由第一辐射响应部件检测的伽马射线符合而未检测到的第二辐射响应部件所检测的伽马射线的那些伽马射线。方法可包括产生全伽马射线光谱，其指示由第二辐射响应部件检测的伽马射线；产生符合光谱，其指示由与第一辐射响应部件检测到的相同伽马射线符合而检测到的由第一辐射响应部件检测的伽马射线的那些伽马射线；以及通过从全光谱中减去符合光谱来产生所述反符合伽马射线光谱。
根据本发明的另一实施例可以是一种用于估计地层的参数的设备，其包括：处理器；子系统非暂时性计算机可读介质；以及由非暂时性计算机可读介质存储的程序，其包括在执行时使处理器执行本文所描述方法的指令。
根据本发明的另一实施例可以是一种非暂时性计算机可读介质产品，其用于从与来自地层体积的钻孔的设备中的测量相关的信息来估计体积的所关注的至少一个参数，所述设备包括第一辐射响应部件和第二辐射响应部件，所述第一辐射响应部件配置成检测伽马射线，而所述第二辐射响应部件配置成检测横越第一辐射响应部件的伽马射线，该非暂时性计算机可读介质产品包括：设置在介质上的指令，这些指令在由处理器执行时，使至少一个处理器：通过从指示由第一辐射响应元件检测的伽马射线和由第二辐射响应元件检测的伽马射线的反符合伽马射线光谱来产生折合康普顿伽马射线光谱，其中反符合伽马射线光谱指示由与由第一辐射响应元件检测到的相同伽马射线符合而未检测到的第二辐射响应元件检测的伽马射线的那些伽马射线。
本发明的特征的示例已进行了概括而非广义地理解，以便可更好地理解本发明的后续详细描述并且可理解它们对本领域做出的贡献。
附图说明
为了详细地理解本发明，应结合附图来参考各实施例的以下详细描述，其中，相同的元件采用相同的标记，在附图中：
图1示意地示出根据本发明实施例的钻井系统；
图2A和图2B示出说明根据本发明实施例的具有闪烁器部件的伽马射线检测器；
图3A和图3B示出根据本发明实施例的示例伽马射线光谱；
图4示出根据本发明的实施例的示例反符合伽马射线光谱；
图5示出根据本发明实施例用于估计地层的所关注参数的方法。
具体实施方式
在各方面中，本发明涉及使用井下工具来检测来自地下地层的辐射。在其他方面，本发明涉及由所检测的辐射来估计地下地层的所关注的参数。用于估计所关注参数的说明性方法可包括采集并且使用表征在单个检测器处检测到的伽马射线的信息。在许多情形中，用于这些估计的信息可以通过与所关注的一个或多个地层相交而部署到钻孔中的工具来采集。对于上下文，下面将描述用于部署并使用这些工具来采集该信息的示例性系统。这些方面的每个都可以大致称为地层的勘探。
在一些实施例中，这些检测器可检测来自天然存在的放射核素的辐射。在其他实施例中，地层可暴露于来自辐射源的能量。井下工具可包括该辐射源与一个或多个检测器。这里，辐射源可包括但不限于中子源和伽马射线源中的一个或多个。虽然这些检测器并不限于检测由辐射源发出的相同类型的辐射，但这些检测器可用于检测来自地层的辐射。检测器可包括至少一个辐射响应部件，诸如闪烁介质(例如，锗铋氧化物(‘BGO’))或者半导体材料(例如，氮化镓)；以及至少一个输出装置，其响应于辐射响应部件中的检测来产生信息。检测器可具有屏蔽以防止来自非预期源的辐射计数。
通过放射性核素的放射性衰减引起的能量光谱可用于估计地层的所关注的参数。能量光谱可根据大小(例如，每时间段的伽马射线计数)表述为能量函数。如上所述，放射性核素的放射性衰减可产生可由辐射检测器检测到的核辐射。放射性核素可包括天然存在的放射性核素，诸如钾-40以及铀和钍系列，其存在于地层和活性放射性核素中，该活性放射性核素可包括利用核辐射从核素照射激活的放射性核素。
沿井下工具布置的一个或多个核辐射检测器可以被配置为产生指示所检测到的核辐射的响应。检测到的核辐射可以包括伽马射线。检测到的核辐射可以表述为能量光谱(以下简称“响应光谱”)。响应光谱不仅指最初采集的响应光谱，而且指在滤波、校正或预处理之后的响应光谱。由于能量光谱可包括来自多个放射性核素的能量光谱成分，因此核辐射信息可以分开，以利用能量光谱识别其中包含的能量光谱成分。
单独的能量光谱成分可用于估计地层的所关注体积的至少一种放射性核素的浓度。该至少一种放射性核素的估计浓度可以用于估计地层的所关注体积的至少一个所关注参数。用于估计至少一个所关注参数的一些实施例的描述如下所示。该估计可以分多个阶段进行，以使得前面的阶段可以为后面的阶段处理信息。阶段中的一个阶段可以包括基于元素标准的光谱分解技术(也称为产出方法)。
基于元素标准的光谱分解可以使用参考光谱的组合，其中每个参考光谱乘以各自的加权系数。通常包括一个参考光谱，以供所关注的每一个元素(例如，希望知道浓度的元素)，或产生显著辐射的每一个元素。每个参考光谱代表特定样本元素(例如，铀)引起的辐射所对应的响应曲线。去卷积可以是线性或非线性的，并且可以在响应光谱上整体进行而不需要能量窗(即“无窗地”)。这些系数可用于确定由样本元素所构成的有关体积的部分。响应光谱可以在很宽的能量范围内被测量，从而改善所关注参数的估计。例如，响应光谱可横跨连续的能量范围，包括在与所有样本元素的相应元素相关联的特征能量处的伽马射线光峰。
该标准光谱可以从实验室或现场对样本的分析中导出，或者可以是被建模的标准，即，使用各种数字、模拟、统计，或其他基于软件的技术(例如，蒙特卡洛技术)导出的标准，这可以使用各种方法获得。在一个示例中，样本的伽马射线测量值可以提供响应光谱，以用作该元素的参考光谱(“标准”)。
然而，钻孔中的测量值还包含所测量体积的其他属性的多余信息。该钻孔信息可以遮掩振幅较低的响应光谱中的元素信息。例如，具有低能量或以低浓度存在的元素可以被遮掩。例如，在钻孔环境的差异可以改变与体积相关的伽马射线的相互作用。这些相互作用可以包括康普顿散射。康普顿散射效应(对于每个光峰发生)可以在中间能量范围内，即100Kev到10Mev，尤为突出。因为这些相互作用影响着响应光谱，对测量光谱与参考光谱的影响程度是不同的。响应光谱和“标准”的线性组合(加权和)之间的差值可能是由于岩石的康普顿散射和标准之间的差异造成的。本发明的方面涉及对钻孔环境影响的补偿，如本文所述。
地层通常具有相对大的尺寸，并且通常包括是令伽马射线经历显著康普顿散射事件的理想原子序数(Z)的元素。此外，用于伽马射线检测的闪烁晶体的相对有限的尺寸降低了光电吸收的可能性，并增加康普顿散射检测的相对概率。因此，闪烁媒介注册事件中沉积能量的光谱从光电吸收峰(′光峰′)下朝向较低能量迁移，以中间和低能量产生相对大的康普顿连续体。该连续体使得在能量低于约1000Kev时极难实现关于NGR光峰存在与否的检测。反过来，这方面的不足使得光峰的U-238和Th-232族的正确识别，以及它们在地层中绝对含量的正确计算，也比较困难。
通过可归因于康普顿连续体的伽马射线计数的显著贡献(大约占总计数的2/3)引起的同样问题也可以使中子俘获事件产生的伽马光谱的低能量部分中的表征性伽马辐射检测复杂化。那些已经经历了地层内部康普顿散射的低能量伽马射线缺乏其起源同位素的信息。因此，希望去掉此类伽马射线影响的响应光谱。
根据本发明的一般实施例可包括用于估计与由钻孔相交的地层的系统、方法和装置。该方法可包括使用第一辐射响应元件检测穿过部件行进的伽马射线；使用第二辐射响应元件，其被配置成检测横越第一辐射响应元件的伽马射线；并通过产生反符合伽马射线光谱来产生折合康普顿伽马射线光谱，该反符合伽马射线光谱指示由第一辐射响应部件检测到的伽马射线和由第二辐射响应部件检测到的伽马射线。反符合伽马射线光谱指示由与由第一辐射响应部件检测到的伽马射线符合而未检测到的第二辐射响应部件检测的伽马射线的那些伽马射线。折合康普顿伽马射线光谱通过从总能量光谱中除去康普顿散射事件而提高了准确性。
还公开了一种用于使用核辐射来估计地层特性的井下勘探方法和设备，特别是一种用于估计地层参数的设备和方法。该方法可包括使用来自检测器的伽马射线计数率信息来测量矩阵元素或其他所关注的参数。该设备包括处理器和存储子系统，其具有在执行时实施上述方法的程序。
图1示意性地说明具有井下工具10的钻井系统1，其配置成获取用于估计地层80的所关注的密度或其他参数的信息。工具10可包含用于检测辐射的传感器或检测器20、30。传感器20、30可各自检测地层的一个或多个参数。在一个说明性实施例中，工具10也可包含辐射源40。地层的参数可包括与地质参数、地球物理参数、岩石物理参数和/或岩性参数的信息。因此，传感器20、30可包括用于估计地层电阻率、介电常数、烃是否存在、声密度、地床边界、地层密度、核密度和某些岩石特征、渗透率、毛细血管压力和相对渗透率的传感器。
系统1可包括传统的竖立在井架台70上的井架60。可以是刚性的或非刚性的传送装置(托架15)可配置成将井下工具100传送到地层80附近的钻孔50中。托架15可以是钻柱、盘管、钢丝(slickline)、e线缆、测井电缆等。井下工具10可与附加的工具(例如，图1的一些或所有信息处理系统)耦接或组合。因此，取决于配置，工具100可在钻井期间和/或在井眼50形成之后使用。虽然示出了土地系统，但本发明的教示也可用在海上或海底应用中。托架15可包括用于功率和/或数据的嵌入式导体，用以在地面和井下设备之间提供信号和/或功率连通。托架15可包括底孔组件，其可包括用于使得钻头旋转的钻井马达。
在实施例中，辐射源40将辐射(例如，中子)发射到待勘测的地层中。在一个实施例中，井下工具10可将发出14.2Mev的快速中子的脉冲中子发生器用作其辐射源40。来自脉冲中子源的14.2Mev中子的使用仅仅是说明性的并且是示例性的，因为可使用不同能级的中子。在一些实施例中，辐射源40可以是连续的。在一些实施例中，辐射源40可以是可控的，因为不同于持续“接通”的辐射源，辐射源可以在井眼中“接通”和“关闭”。使用此种辐射类型执行的测量可称为“无源的”测量，这是因为不同于持续发出化学辐射源，他们采用可关闭的源。
检测器20、30提供可用于估计从地层返回的辐射计数(例如，伽马射线计数或中子计数)的信号。一般而言，检测器20、30相对于辐射源以基本上线性地方式隔开。如果使用两个检测器，则可以是短间隔(SS)检测器和长间隔(LS)检测器，其中这些检测器具有距辐射源不同的距离。例如，在一个实施例中，检测器30可以是短间隔检测器，而检测器20可以是长间隔检测器。SS和LS检测器并不限于布置在辐射源的同一侧上，并且他们距辐射源的间隔可以是相等或不相等的。附加的检测器可用于提供附加的辐射信息。检测器中的两个或更多个可以是伽马射线检测器。一些实施例可包括辐射屏蔽(未示出)，其可位于辐射源40和检测器20、30之间。辐射屏蔽可包括但不限于伽马射线屏蔽和中子屏蔽。钻井液90可存在于地层80和井下工具10之间，以使得来自辐射源40的发射可通过钻井液90到达地层80，且在地层80中引起的辐射可通过钻井液90到达检测器20、30。在其他实施例中，天然存在的辐射可通过钻井液90到达检测器20、30。
在一个实施例中，与检测器相关联的电子器件可配置成记录来自至少两个轴向隔开的检测器20、30的辐射计数，并且通过使用来自多个脉冲串的信息来产生轴向隔开的检测器之间基于时间的比值。该检测可以是基本上连续的，这可定义为在极窄的时间频段或者窗口(短于1000微秒或者短于10微秒)内发生。该比值可表示为描述多个比值组合的曲线或其他图形函数。在一些实施例中，所关注的参数可使用检测器计数之间的差异来估计。这里，术语基于时间广义地描述比值随着时间改变的特性，而非保持恒定的比值(诸如，可能利用连续的辐射源产生)。在一些实施例中，基于时间的比值可以进行加权。轴向隔开的检测器计数率比值可作为时间函数来获得并且图形地说明为基于时间的比值曲线。地层的各种特性可使用基于时间的比值曲线，包括但不限于地层的孔隙率来确定。
在其他实施例中，这些电子器件可位于其他位置(例如，在地面处)。为了在单程期间执行处理，工具可使用“高带宽”传输以将通过检测器20、30获得的信息发送给地面进行分析。例如，用于发送所获取信息的通信线可以是光纤、金属导体或任何其他合适的信号传导介质。应理解的是，“高带宽”通信线的使用可允许地面人员“实时”监视和控制处理活动。
一个或多个伽马射线检测器可以包括闪烁体部件，所述闪烁体部件包括响应于检测伽马射线产生光闪烁的多个辐射响应部件，以及配置为产生表示相应光闪烁的输出的至少一个光响应器件(例如，光电倍增管、其他光电倍增器器件、电荷耦合硅器件等等)。闪烁体部件可以配置为使得第一辐射响应部件定位于伽马射线的可用路径上，所述伽马射线另外还入射在第二辐射响应部件上。因此，在不横越第一部件的情况下，没有任何伽马射线可以到达第二部件。“辐射响应”定义为响应于冲击辐射而产生可检测发射物的特征，使得可以根据发射物量化所检测的辐射。对于一类辐射响应材料来说，这些发射物为由闪烁产生的光子。在闪烁时，作为诸如例如伽马射线的辐射吸收的结果，光被发射。辐射响应部件可以包括具有以下所述的适当特征的闪烁材料。
第一辐射响应部件可以配置为使得大部分(它检测到的伽马射线)为经由康普顿散射过程产生的伽马射线。因此，第一辐射响应部件和第二辐射响应部件的响应材料及尺寸可以选择为使得第二辐射响应部件以比第一辐射响应部件更高的检测效率检测到伽马射线。这可以通过使用具有相对较低Z和密度(如，低于CsI)的闪烁材料来实现，所述闪烁材料应具有相对较低的光电效应的效率，其与Z4成正比。检测产生了第一光闪烁，其可指示如图3A和图3B所示并且如下进一步所描述的检测伽马射线。第二辐射响应部件可以配置为通过诸如例如使用具有相对较高密度和Z(例如，等于或大于CsI)的闪烁材料来检测具有更高光效率的伽马射线。
作为示例，诸如NaI(T1)的闪烁介质可以用于第一辐射响应部件，而第二部件可以使用更重的闪烁介质，诸如CsI(纯的形式或掺杂有Ti或Na)、BrilLanCeTM380(例如，[LaBr3(Ce)]1、BGO、Pre Lude(TM))、或其他重的闪烁体。
在一个实施例中，第一部件可以具有密度和Zeff＜＝NaI(Tl)，以经由康普顿散射基本上只检测具有偏低能量的伽马射线。一个或多个其余辐射响应部件(第二辐射响应部件)可以具有密度和Zeff＞＝CsI，以便在最高可实现可能性下经由光效应常规地检测可检测伽马射线。第二辐射响应部件可以配置为产生第二光闪烁，其至少指示横越第一辐射响应部件的伽马射线。
辐射响应部件可以安装在托架上的相同轴向位置，使得在不造成彼此垂直偏置的情况下，所述部件沿着工具串定位。因此，更低能量的伽马射线和更高能量的伽马射线的区别检测可以用在相同的地层深度，其中同等岩石几何形状和伽马射线路径被评价，使得第一辐射响应部件和第二辐射响应部件可沿着井眼在基本上相同的深度检测伽马射线。由各个部件评价的地层都是相同的，使得部件间的测量值更为一致，估计值更为准确。即，信息更准确地代表了正在评价的地层的化学元素或基质。
图2A根据本发明的实施例示出了一种具有闪烁体部件110的伽马射线检测器100。闪烁体部件110包括第一辐射响应部件120和第二辐射响应部件130。闪烁体部件110进一步包括在一端处光耦合到第一辐射响应部件120的第一光响应器件160(例如，光电倍增管)以及在另一端处光耦合到第二辐射响应部件130的第二光响应器件165(例如，光电倍增管)，使得部件中发生的光闪烁转换为电信号。第二辐射响应部件130设置在第一辐射响应部件120内，因此其放置在外部部件120环绕的空间内。第一辐射响应部件120包括具有内井的柱体，其长度小于闪烁部件120的长度并且可能没有一路延伸到光收集器件160。在其他实施例中，第一辐射响应部件120可以实现为与第二辐射响应部件外接的中空柱体。第一辐射响应部件120可以包括可具有实现期望伽马效率的康普顿散射的壁厚的柱状壁，并且通常由蒙特卡罗模拟(Monte-Carlo)限定。第一辐射响应部件120可以与第二辐射响应部件130大致同心，并且因此其具有相同的中心轴线140。如下所述，第一辐射响应部件120和第二辐射响应部件130可以光学解耦。每个部件可以是不透光的。第一辐射响应部件120可以在柱状界面150处与第二辐射响应部件130接触，且可以填充第一辐射响应部件120的腔体。如图2A所示，第二辐射响应部件130为实心柱体。第一部件120的形状(如，中空柱体)可以相对于具有相同直径和长度的固态检测器而产生降低的伽马射线计数率。
闪烁部件可以被配置为检测入射在其上的来自于一组可用路径(例如，方位路径、坐标范围内的路径等)的伽马射线。第一部件120可以被配置为阻断伽马射线从地层到第二部件130的行进的这些可用路径。可以使用屏蔽材料来屏蔽到第一或第二部件的行进的另外路径。
图2B说明根据本发明的实施例具有闪烁体部件110的伽马射线检测器100。闪烁体部件110进一步包括在一端处光学地耦合到第一辐射响应部件120和第二辐射响应部件130的光响应器件160(例如，光电倍增管)，使得发生在部件中的光闪烁被转换为电信号。
可以对来自于光响应部件160、165的输出实行另外处理以确定发光活动，并且因此确定入射在第一部件120和第二部件130中的每一个上的伽马射线的数量。闪烁部件110可以被配置为使得至少一个光响应部件160的输出可以包括第一光闪烁与第二光闪烁之间的参数差。参数差可以是具有各种密度的光信号图案的形状(诸如反映信号强度随时间变化的曲线的形状)中的差。第一辐射响应部件120和第二辐射响应部件130可以产生不同光强或不同响应曲线的闪烁。例如，对于每个辐射响应部件均可以改变信号强度随时间变化的响应曲线。
图案变化可以用来分析“形状”和“峰值”以将伽马射线计数归属于特定辐射响应部件(例如，第一辐射响应部件、第二辐射响应部件等)。因此对应于边界(或另一限定能量级)以下的能量的闪烁可以归属于第一部件120。不透光材料可以放置在任一(或两种)辐射响应材料与光响应部件之间以更改已检测的光图案变化，并且因此最终更改反映这些变化的电信号图案。
在一些实施例中，可以使用两个以上辐射响应部件。一个或多个辐射响应部件可以耦合到专用光响应部件，或任何数量的辐射响应部件可以共享单个光响应部件。
参考图2A＆2B，伽马射线检测器100可以适用于防止闪烁归属于其中不发生闪烁的部件。闪烁体部件110可以被配置为使用光隔离部件基本上将第二辐射响应部件与第一闪烁体隔离并且基本上将第一辐射响应部件与第二闪烁体隔离。光隔离部件可以被实施为如下中的一个：(i)隔离器，以及(ii)施加于第一辐射响应部件和第二辐射响应部件中的至少一个的处理。例如，在第一部件120与第二部件130之间的界面150处，可以将处理施加于一个或两个部件的表面。表面可以被着色、打磨和/或涂覆以防止光脉冲从一个部件透射到另一部件。表面还可以利用防止光穿过的特征来制造。另外和/或替代地，闪烁体部件可以包括透射伽马射线的隔离器，该隔离器通常夹在第一辐射响应部件与第二辐射响应部件之间。另外，可以采用硬件、固件或软件解决方案来通过关于特定粒子或伽马射线的光响应部件识别闪光的同时，来双重检测并且将闪烁归属于其中闪烁实际上发生的部件(即，其中检测到伽马射线的部件)。例如，这可以使用同时检测的闪光的一个或多个参数(诸如强度、持续时间等)来执行。
再次参考图1，在更具体的实施例中，工具10可以是具有如上所述被配置为配合该工具的伽马射线检测器的10英寸直径的电缆工具。部件的长度可以是13英寸。晶体的外直径可以是4英寸。工具10可以适用于具有具体直径(诸如，例如近似10英寸)的钻孔。可以单独记录和/或处理用于这两个检测器的原始信号数据和/或计数速率。
如上所述，本发明方法可以包括通过产生指示由第一辐射响应部件检测的伽马射线和由第二辐射响应部件检测的伽马射线的反符合伽马射线光谱产生折合康普顿伽马射线光谱。反符合伽马射线光谱指示由与由第一辐射响应部件检测到的伽马射线符合而未检测到的第二辐射响应部件检测到的伽马射线的那些伽马射线的伽马射线光谱。在一些实施例中，操作地耦合到辐射响应部件的处理器或其他电子器件可以被配置为使得仅当没有检测到第一辐射响应部件中的伽马射线符合时注册指示第二辐射响应部件中的检测到的伽马射线的信息(例如，信号)来用于(例如，所测量的)响应光谱的目的。即，可以对从检测器输出的信息执行信号处理以提供不符合信号(或其他信息)。
在其他实施例中，处理器可以被配置为i)产生指示由第二辐射响应部件检测的伽马射线的全伽马射线光谱；ii)产生指示由与由第一辐射响应部件检测到的伽马射线符合而检测到的第二辐射响应部件检测到的伽马射线的那些伽马射线的符合光谱；以及iii)通过从全光谱中减去符合光谱来产生反符合伽马射线光谱。
当横越第一辐射响应部件并且将能量沉积在第一辐射响应部件(例如，检测到)的伽马射线接着又注册在第二辐射响应部件中时，第一部件中的所沉积能量是起因于康普顿散射。因此，行进到第二部件中的这些伽马射线降低了其可以(部分或完全)沉积在第二部件中的能量。来自这些伽马射线并且沉积在第二部件中的能量仍然已经小于初始伽马射线的全部能量，即便当剩余能量完全沉积在第二部件中时。因此，其不会携带关于产生能量的元件的信息。其将不会促成光峰，反而会促成康普顿连续体。这是拒绝来自折合康普顿伽马射线光谱的这些事件的一个原因。
图3A和图3B示出了根据本发明的实施例的示例性光谱。图3A示出表示由第二辐射响应部件检测的伽马射线的全响应伽马射线光谱、表示由与由第一辐射响应部件检测的伽马射线符合而检测到的第二辐射响应部件检测的伽马射线的符合伽马射线光谱，以及通过从全光谱中减去符合光谱产生的反符合伽马射线光谱。如图3B中所示，显而易见，来自这种处理的光谱的“高能”部分(高于1.5Mev)中几乎没有发生精确度损失。图4示出用作折合康普顿伽马射线光谱的反符合伽马射线光谱。由于没有产生不符合光谱来消除如本文所述的康普顿散射效果，所以实际上无法完成光谱到单独伽马峰值中的详细分解。
图5以流程图形式示出了根据本发明的一种方法500，该方法500用于使用将获取自至少伽马射线检测器100(图2)的伽马射线信息与地层80(图1)的关注参数关联的模型来估计该关注参数。现在参考图1、图2和图5，方法500可以包括可选步骤510，其中辐射源40紧靠地层80发射辐射。在步骤520中，可以由一个或多个检测器20、30收集关于伽马射线的信息，其中该一个或多个检测器20、30中的至少一个是伽马射线检测器100、200。步骤520可以通过以下项来实行：使用第一辐射响应部件检测伽马射线；并且使用第二辐射响应部件检测横越第一辐射响应部件的伽马射线。横越第一辐射响应部件的伽马射线可以包括与第一辐射响应部件相互作用的(例如，由第一辐射响应部件检测到的)伽马射线(指示康普顿散射)；和不与第一辐射响应部件相互作用的伽马射线这两者。
步骤530可以包括通过产生指示由第一辐射响应部件检测的伽马射线和由第二辐射响应部件检测的伽马射线的反符合伽马射线光谱来产生折合康普顿伽马射线光谱。步骤530可以通过以下项执行：1)产生指示由第二辐射响应部件检测的伽马射线的全伽马射线光谱；ii)产生指示由与由第一辐射响应部件检测到的伽马射线符合而检测到的第二辐射响应部件检测到的伽马射线的那些伽马射线的符合光谱；以及iii)通过从全光谱中减去符合光谱产生反符合伽马射线光谱。
在一些实施例中，方法500可以包括步骤540，其中存取关于(若干)地层或其单独元件(例如，参考光谱)的参考信息。参考信息可以结合折合康普顿伽马射线光谱使用以估计地层的关注参数。
在本文中，术语“信息”可以包括但不限于以下一项或多项：(i)原始数据、(ii)已处理数据，和(iii)信号。如上文所使用的术语“传送装置”意指可以用来传送、容纳、支撑或以其他方式促进另一装置、装置部件、装置组合、介质和/或构件的使用的任何装置、装置部件、装置组合、介质和/或构件。示例性非限制传送装置包括螺旋管类型、接合管类型和其任何组合或部分的钻柱。其他传送装置的示例包括套管、线缆、线缆探头、钢丝绳探头、弹丸、井下接头、BHA、钻柱插入物、模块、内部壳体和其基底部分、自行式拖拉机。如上文所使用，术语“接头(sub)”是指被配置成部分封闭、完全封闭、容纳或支撑装置的任何结构。如上文所使用的术语“信息”包括任何形式的信息(模拟、数字、EM、打印等)。本文的术语“信息处理装置”包括但不限于传输、接收、操控、转换、计算、调制、调换、携带、存储或以其他方式利用信息的任何装置。信息处理装置可以包括用于执行编程指令的微处理器、常驻存储器和外围设备。
如上文所使用，术语“检测”是指将电离辐射转换为诸如(例如)光子的其他可检测标记的含义中的相互作用。如上文所使用，术语“入射”或“入射在......上”是指撞击在......的物理空间上或穿透......的限定边界。如上文所使用，术语“横越”意指穿过。
再次参考图1，本发明的某些实施例可以采用包括信息处理器11、信息存储介质13、输入装置17、处理器存储器19并且可以包括外围信息存储介质9的硬件环境来实施。该硬件环境可以位于钻井中、钻井设备处或者远处。此外，硬件环境的若干部件可以分布在这些位置中。输入装置17可以是任何数据读取器或用户输入装置，诸如数据读卡器、键盘、USB端口等。信息存储介质13存储由检测器提供的信息。信息存储介质13可以包括用于标准计算机信息存储的任何非暂时性计算机可读介质，诸如USB驱动器、记忆棒、硬盘、可移动RAM、EPROM、EAROM、闪存和光盘或者本领域普通技术人员已知的包括基于互联网存储的其他常用存储器存储系统。信息存储介质13存储在执行时使信息处理器11执行所公开的方法的程序。信息存储介质13还可以存储用户提供的地层信息，或者，地层信息可以存储在外围信息存储介质9中，外围信息存储介质9可以是任何标准计算机信息存储装置，诸如USB驱动器、记忆棒、硬盘、可移动RAM或者本领域普通技术人员已知的包括基于互联网存储的其他常用存储器存储系统。信息处理器11可以是任何形式的计算机或数学处理硬件，包括基于互联网的硬件。当将程序从信息存储介质13加载入处理器存储器19(例如，计算机RAM)中时，该程序在执行时使信息处理器11从信息存储介质13或外围信息存储介质9中检索检测器信息，并且对该信息进行处理以估计所关注的参数。信息处理器11可以位于地面或井下。
本发明易于具有不同形式的实施例。尽管本发明是在产烃井的背景下进行讨论，但应理解的是，本发明可以用在任何钻孔环境(例如，地热井)中。在附图中示出了且在此详细描述了本发明的具体实施例，应理解的是，本发明应视作是本发明的原理的示例并且并不旨在将本发明限制于在此所示出和描述的内容。尽管前面的公开内容涉及本发明的一个模式的实施例，但是，各种修改对本领域技术人员而言是显而易见的。意图在于所有变型都包含在前面的公开内容中。
Claims (9)
1.一种用于评估由钻孔横穿的地层的设备，所述设备包括：
第一辐射响应组件，配置成探测γ射线；
第二辐射响应组件，配置成探测γ射线，所述γ射线穿过所述第一辐射响应组件，其中所述第二辐射响应组件设置在所述第一辐射响应组件内，并且其中穿过所述第一辐射响应组件的γ射线至少包括与所述第一辐射响应组件相互作用且指示地层中的康普顿散射的γ射线；以及
处理器，配置成：
通过响应于由所述第一辐射响应组件探测到的所述γ射线和由所述第二辐射响应组件探测到的所述γ射线产生反符合γ射线光谱而产生折合康普顿γ射线光谱，所述折合康普顿γ射线光谱减轻由地层中的康普顿散射导致的对γ射线光谱的影响，其中所述反符合γ射线光谱指示由所述第二辐射响应组件探测到的所述γ射线中未被探测到与由所述第一辐射响应组件探测到的相同的γ射线相重合的那些γ射线，其中由所述第二辐射响应组件探测到的所述γ射线中未被探测到与由所述第一辐射响应组件探测到的相同的γ射线相重合的所述那些γ射线指示地层中的康普顿散射。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理器进一步配置成：
产生全γ射线光谱，其指示由所述第二辐射响应组件探测的γ射线；
产生符合光谱，其指示由所述第二辐射响应组件探测到的所述γ射线中被探测到与由所述第一辐射响应组件探测到相同γ射线相重合的那些γ射线；以及
通过从所述全γ射线光谱中减去所述符合光谱来产生所述反符合γ射线光谱。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一辐射响应组件至少部分地由响应于入射γ射线产生第一光闪烁的材料形成；以及所述第二辐射响应组件至少部分地由响应于入射γ射线产生第二光闪烁的材料形成。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理器进一步配置成使用所述折合康普顿γ射线光谱来估计所考虑的至少一个参数。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理器进一步配置成使用多个标准光谱将所述折合康普顿γ射线光谱解卷积成多个元素光谱产量。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一辐射响应组件和所述第二辐射响应组件配置成使得所述第二辐射响应组件以比所述第一辐射响应组件高的探测效率探测γ射线。
7.一种用于评估由钻孔横穿的地层的方法，所述方法包括：
使用第一辐射响应组件探测γ射线；
使用第二辐射响应组件探测穿过所述第一辐射响应组件的γ射线，其中所述第二辐射响应组件设置在所述第一辐射响应组件内，并且其中穿过所述第一辐射响应组件的γ射线至少包括与所述第一辐射响应组件相互作用且指示地层中的康普顿散射的γ射线；
通过响应于由所述第一辐射响应组件探测到的所述γ射线和由所述第二辐射响应组件探测到的所述γ射线产生反符合γ射线光谱而产生折合康普顿γ射线光谱，所述折合康普顿γ射线光谱减轻由地层中的康普顿散射导致的对γ射线光谱的影响，其中所述反符合γ射线光谱指示由所述第二辐射响应组件探测到的所述γ射线中未被探测到与由所述第一辐射响应组件探测到的相同的γ射线相重合的那些γ射线，其中由所述第二辐射响应组件探测到的所述γ射线中未被探测到与由所述第一辐射响应组件探测到的相同的γ射线相重合的所述那些γ射线指示地层中的康普顿散射。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：
产生全γ射线光谱，其指示由所述第二辐射响应组件探测的γ射线；
产生符合光谱，其指示由所述第二辐射响应组件探测到的所述γ射线中被探测到与由所述第一辐射响应组件探测到的相同γ射线相重合的那些γ射线；以及
通过从所述全γ射线光谱中减去所述符合光谱来产生所述反符合γ射线光谱。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，进一步包括使用所述折合康普顿γ射线光谱来估计所考虑的至少一个参数。
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