CN1138988C - 一个确定钻孔周围土地地层的密度的系统 - Google Patents

Abstract

本发明是用一个组合式探测器密度工具，决定地层密度的先进方法。使用三个或以上的探测器，即使在工具与地层之间有大的间隙，仍可取得更准确和更精密的地层密度量度。通过一个新的单探测器算法，可决定更准确的光电因素。使用光电效应的资料和从三个探测器所得的密度，可使量补偿间隙的度光电效应及泥饼的光电因素。使用多个探测器密度答案，可使检查一致，因而改善了密度量度的品质控制。

Description

一个确定钻孔周围土地地层的密度的系统

技术领域

本发明与决定土地地层性质有关。特别是，它与决定钻孔工具与地层之间的间隙地层密度有关。本发明还量度地层的光电因素，以便提供更高质素的密度量度控制。

背景技术

数十年来，人们一直用核子工具来决定钻孔周围的地球岩石密度。核子密度工具依赖在地层里作康普顿散射伽马射线，进行密度量度。一种常用的密度工具包括一个伽马射线源头(或X光)、至少一个伽马射线探测器，及在探测器与源头之间的一道屏蔽，以便确保只会探测到散发的伽马射线。在进行探测密度时，从工具源头发出的伽马射线通过钻孔进入地层。然后伽马射线将由电子在地层或钻孔内散发，其中一些会散发回测井工具的探测器内。根据源头和探测器之间的间距，探测到的伽马射线计数率将因地层密度的增加而增加(散发条件为主)，或因地层密度的增加而减少(衰减条件为主)。在中等的间距中，衰减和散发条件均影响回应。

在一个理想的测井情况下，钻孔应有一个均匀的及垂直的形状。均匀性的钻孔可以使密度工具包含一个探测器，紧贴钻孔周围的地层，将工具空余减至最低限度。在这些条件下，一个探测器已足够进行密度量度。

但是，因为钻孔的形状通常都既不均匀又不垂直，从事密度探测时一个重要的关注点，是探测器与钻孔壁的接触。密度探测工具可以设计为衬垫工具或心轴工具。在一个心轴工具中，源头和探测器都是在一个直的圆筒工具机身内。这种长而欠灵活的长度安排，使工具与不均匀的钻孔壁保持紧密接触有困难。在衬垫工具中，探测器以及在大部分情形下，连同探测头都装置在一个短的、活节的垫上，可以配合工具机身活动。一个强力的偏心器臂，将垫推靠钻孔壁，使接触效果更好，因为仪器的长度短得多。所有密度探测工具将碰到钻孔壁上泥饼，影响良好的接触。密度量度需要补偿这方面的间隙。因为心轴工具具有上述缺陷，所以这些工具只有在因大小或费用限制无法设计衬垫工具时，才会使用。

大部分现代的密度工具，都使用一个活节的垫，装置探测器和伽马射线源头。一个支承臂将垫推靠地层。由于垫很短，并且支承臂能产生强大的偏心力，所以能确保在大部份情况下，垫与地层的接触良好。但是，在直径小的工具里，使用衬垫型的结构会有困难或不可能。在这些情况下，探测器会放置在工具套壳内(心轴工具)。一个弧弹簧和/或一个有支承臂的卡钳仪器，提供偏心化作用。但是，长而欠灵活的工具长度，使工具应用在钻孔壁时效果差，并造成平均间隙更大。

包括两个探测器的工具的主要布置，如图1所示。工具1包括一个伽马射线源头2，一个短距(SS)探测器3，及一个长距(LS)探测器4。工具是在相当均匀的钻孔5内。伽马射线从源头2发出，进入钻孔和地层6，然后散发，最后有一些被探测器测到。短距探测器3对靠近工具7的区域较为敏感。长距探测器4探测到从地层6发出的伽马射线8，比短距探测器探得更深，并且对工具间隙影响敏感较小。从长距探测器量度所得的表面密度，可与长距及短距探测器的表面密度读数比较，从而改正工具间隙。

可以利用两个探测器在不同的深度进行调查，改正由泥饼堆积或工具间隙造成的间隙。在这种情况下，第一个短距(SS)的调查深度较浅，对工具与地层之间的钻孔液或泥饼较为敏感。第二个探测器(LS)距源头较远，对钻孔环境敏感度较弱，但对地层敏感度较强。两个探测器读数的差异，可以转化用来改正间隙与泥饼差别。但是，因为不规则钻孔形状，9的间隙较大，含两个探测器的补偿通常是不足够或含糊不准确的。

两个探测器量度的不足之处是要用两个探测器来决定三个未知数：地层密度、间隙(工具与钻孔壁之间的距离)及工具与地层之间的液体及/或泥饼的密度。在间隙较小的情况下，后两个未知数可以结合成一个有效的厚度(泥饼厚度*间隙)。在一个较大的间隙中，这个方法就会失灵，而改正的结果也不够明鲜。此外，短距探测器的调查深度，可能变得比间隙更小。这就影响到适当的补偿。

如图1所示，钻孔壁9的不规则形状，造成工具被远远地与壁分开。短距探测器3的调查深度比间隙小，因而对长距探测器4提供有效的密度补偿就较困难，几乎不可能获得。

在传统的长距及短距探测器中间使用一个额外的探测器，可以帮助解决长距工具间隙改正的问题，并可克服两个探测器工具的一些限制。三个探测器量度分别提供泥土及/或泥饼厚度的效果，及工具与地层之间的泥土及/或泥饼的密度效果。此外，中间量度提供的较佳统计准确性，可以改善工具的测井速度。图2展示一个有三个探测器工具的工作情况。有三个探测器的工具11有能力量度地层三个不同的调查深度。工具有源头12、短距探测器(SS)13、中距探测器(MS)14、及长距探测器(LS)15。因为钻孔壁9的形状，在工具11与钻孔壁9之间产生一个很大的间隙23。为了补偿这个大间隙的影响，至少需要有两个比工具间隙更大的探测器调查深度。探测器14与15的有它们各自的调查深度25与26，延展入地层6，量度地层，及在工具与钻孔壁之间，提供区域23的材料。

使用三个探测器来分别调查深度的概念，在美国专利4,129,777(Wahl)中有所说明。Wahl的主要概念是从工具的三个不同深度量度材料的密度。这个方法可以用来通过套管，决定地层的密度，决定套管后的水泥厚度，或决定工具与地层之间的泥饼密度和厚度。在所有三种情况下，量度也用来决定地层密度和厚度，及工具与地层之间的一层材料的密度。

根据Wahl的方法，工具发出伽马射线入周围的媒体，取得放射量的量度。经过与周围媒体第一、第二及第三层的放射产生交互作用后，每个从钻孔开始延展至不断增加的放射深度，伽马射线回到探测器。位于伽马射线源头不同间距的三个探测器取得量度结果，因而有三个不同的调查深度。从三个伽马放射量度所得，可以得出固体物质的代表性厚度。

Wahl建议的方法，特别对决定钻孔套管与附近地层之间的粘合材料厚度有用。在该情况下，针对套管的衰减影响，改正三个伽马放射量度(浅、中、深)。然后分别从浅、中、深的放射量度，计算出三个密度。

另一个结合三个探测器的专利方法是美国专利5,525,797(Moake)的方法，像Wahl一样，它是将伽马射线源头与第一、第二及第三个探测器作轴向距离安排。第一个探测器与伽马源头的间距最近，该间距定为第一个间距。第一个探测器的第一个间距及准直的设计，是让第一个探测器探测到的伽马射线主要是由套管发散的伽马射线。

第二个探测器或中间的探测器，轴向的间距，比第一探测器距伽马源头更远。从伽马源头到第二探测器的间距定为第二个间距。第二个探测器的第二个间距及准直的设计，是让第二个探测器探测到的伽马射线，主要是从套管及水泥发射的伽马射线。最后，第三个或最远的一个探测器，其轴向间距比第一个及第二个探测器与伽马源头的距离更远，该间距定义为第三个间距。第三个探测器的第三个间距及准直的设计，是让第三个探测器探测到的伽马射线主要是从套管、水泥及地层发射的伽马射线。第三个探测器可使工具量度地层的密度，而第一个及第二个探测器主要是让工具改正套管和水泥的量度。但是，如果没有水泥，也可以用第二个探测器量度地层密度。

较好的是，用高密度材料在源头与探测器之间屏蔽探测器，以便防止探测到通过工具的伽马射线。屏蔽以准直通道方式，从探测器通过工具延伸至工具外表面为止，提供一个路径或空隙。准直通道的特别设计适应每个探测器的探测方案。具体地说，最近的或第一个探测器会有一个准直，相对套管采取小角度目标，使第一个探测器探测到主要是套管发散的伽马射线。第二个或中间探测器的准直，角度较斜，或相对套管采取较垂直的角度，因为第二探测器的目的是探测发散在所有水泥以及套管(较深的调查深度)中的伽马射线。最后，第三个探测器会有一个宽的准直通道，相对套管而言，相当垂直，这是由于第三个探测器与源头距离较远。因为最远一个探测器探测的伽马射线，必须先通过水泥和套管和地层，然后再退回通过套管和水泥，其统计上的概率比第一个及第二个探测器为小，所以第三个探测器需要一个较宽的准直通道。

Wahl提出的三个探测器密度方法，说明了在厚度相当及/或工具与地层之间密度材料使用三探测器进行量度密度的概念。通过探测器作不同轴向间距安排，可以找出不同调查深度的分别。

Moake提出的方法，在相当程度上使用与Wahl同样的安排探测器间距的方法，进行贯穿套管量度时，可发挥探测器准直的最高效能。短距SS探测器(第一个)及长距LS探测器(第三个)使用与传统两个探测器密度工具相似的准直。中距MS探测器(中间一个)的准直使得角度几乎与钻孔壁垂直，在贯穿套管量度时，会取得更深入的密度读数。中距探测器的斜准直角度，减少了其计算率和统计准确性。在一个开孔量度中，中距及长距探测器的调查深度，将会变得十分相似，而对比钢套管密度小得多的泥饼的敏感性，亦会减少。

我们还需要一个方案，用以决定改正测井工具的间隙，克服这些限制。其中一个可能性的方案，在美国专利5,390,115(Case与Ellis)中有所说明。

发明内容

本发明的目的是提供一种在出现大的工具间隙时，能进行高质素的密度量度的高效能的方案。

本发明的另一个目的是提供一种经改善、更实用的量度土地层光电因素的方案。

本发明的另一个目的是提供一种进行密度量度的品质控制的经改善的方案。

根据本发明，提供了一个确定钻孔周围土地地层的密度的系统，包括：一个测井工具，配备有伽马射线或X射线源以辐照土地地层；所述测井工具上安装有以短距、中距和长距间隔开的探测器，每个探测器以固定的连续变大的距离距源头布置，使每个探测器对增加的地层密度给出非负响应；所述探测器能产生指示每个探测器探测到的伽马射线能量的信号；一个处理器，适于将探测到的伽马射线的射线谱分为多个窗孔，所述窗孔包括伽马射线的计数并代表不同的伽马射线能量；所述处理器还为间歇时间校正探测到的伽马射线计数率；所述处理器根据以下公式确定每个探测器的密度量度： ${\mathrm{RHO}}_{\mathrm{apparent}}=A+B\·\ln \left(\frac{W_{\mathrm{hard}}}{W_{\mathrm{calhard}}}\right)+C\·\ln \left(\mathrm{Max}(\frac{W_{\mathrm{soft}}}{W_{\mathrm{calsoft}}},\mathrm{\β}\frac{W_{\mathrm{hard}}}{W_{\mathrm{calhard}}})\right)$ 其中，RHOapparent是探测器探测到的地层密度，A是表示校准媒介的密度的常数，B是在高能量窗孔中的计数率的密度敏感性系数，C是岩性学改正系数，Whard、Wcalhard分别表示高能量窗孔中的计数率和校准量度中的等价的计数率，Wsoft、Wcalsoft分别表示低能量窗孔中的计数率和校准量度中的等价的计数率，β是一个用于为Wsoft确定最低值的系数；和所述处理器从每个探测器确定的密度量度，计算出校正的密度。

上述系统中，所述的为间歇时间校正探测到的伽马射线计数率的处理器还进一步从计数率减去稳固源头的背景量度。

上述系统中，所述的确定每个探测器的密度量度的处理器还进一步计算长距及短距探测器量度的密度之间的差异。

上述系统中，所述的确定每个探测器的密度量度的处理器还进一步计算中距及短距探测器量度的密度之间的差异。

本发明提供一个多重的探测器量度法，以便密度工具碰到地层有相当间隙时，能充分发挥作用。

除决定地层密度外，本发明还可量度地层的光电(PEF)因素。这个量度方法，依赖通过地层的光电效应，吸收低能量的伽马射线。因为光电效应强度依赖地层因素的原子序数，它提供一个地层岩性学的指示。因为光电吸收偏向清除低能量伽马射线，工具的套壳需要让低能量伽马射线通过套壳内的探测器。这个目的可以通过使用套壳内有低原子序数(Z)的材料的窗口，或通过使用低-Z套壳的材料例如钛达到典型的窗口材料是铍和钛。套壳材料可以是钛，或者如果符合低压需求，可以是石墨或强力的碳化合物。

本发明是一个经改善的方案和工具，利用伽马射线探测器组合来决定地层密度，这包括经改善的间隙改正方案，具有更大的准确性，显著地加强了光电效应的量度功能。探测器在地层内有不同的调查深度。在小的间隙中，短距的探测器主要调查泥、泥饼和较浅的地层。当间隙增加时，短距的探测器信号对接近地层的地层或泥饼就不再敏感。中距的探测器有更深的调查深度，即使工具的间隙增加时，对钻孔和地层仍然敏感。长距探测器主要是对地层密度敏感。利用中距和长距探测器所得的资料，可以改正这个长距的读数，提供更准确的密度读数。

本发明也是一个决定地层的光电效应因素(PEF)经改善的方案。在一个钛设置内使用三个探测器的组合，提供高质素的PEF答案，比传统的两个探测器更准确更精密。

附图说明

图1是在一个含两探测器的测井工具，位于不规则形状钻孔造成的大间隙内。

图2是一个含三个探测器的测井工具，位于不规则形状钻孔造成的大间隙内。

图3是密度工具观察到的典型伽马射线谱。

图4是较偏取密度算法的流量图。

图5a与5b展示密度补偿算法的基础，及有需要限制岩性学改正。

图6a与6b展示中间距密度的补偿数据。

图7a与7b展示传统及经改善决定Pef算法的比较。

图8是决定Pef算法的流程图。

图9展示密度品质控制算法的潜在数据。

图10是决定密度品质因素的流程图。

具体实施方式

三个探测器的算法依赖传统的脊肋方法进行密度量度。但为了能充分使用三个探测器工具，需修改脊的算法和肋的算法，以便使用三个探测器。传统脊的算法使用以下的公式从单个探测器测量来确定表面密度。在源头较远的地方使用公式(1)，而在近源头的探测器使用公式(2)。RHO_appaent＝A+B·ln(W_hard／W_calhard)+C·ln(W_soft/W_calso)    (1)RHO_apparent＝A＝B·ln(W_hard／W_calhard·A_L/RHO_L)+C·ln(W_soft/W_calsoft)    (2)

图3展示一个密度工具观察所得的典型伽马射线谱。这个伽马射线谱分为两个窗孔：软窗孔及硬窗孔。“软”是指谱的低能量部分，其能量范围在30至120keV之间。“硬”是指谱的高能量部分。其能量范围在200至500keV之间，如果在测井时是使用一个¹³⁷Cs源头的话。RHO_apparent表面是由单一传感器量度的密度，并未作工具间距改正。A是一个常数(典型的校准媒介的密度)，B是一个系数，用于高能量窗孔计算的密度敏感性。典型密度工具的高能量窗孔，使用一个137Cs的源头，在200至500keV之间，也就是，在主要伽马射线互动通过康普顿发散的地方，而不是通过光电吸收的地方。W_hard代表高能量窗孔的计算率。W_cal等于校准量度的计算率。校准正常化可消除小的工具至工具的差别。C是岩性学改正的系数。这个改正的作用是消除因不同岩性学造成的细小偏差，也就是因不同有效原子序数造成的偏差。因为当伽马射线能量低时，这个效应的敏感性最高，所以改正是基于用相对校准窗孔计算率予以正常化的低能量窗孔W_soft。公式(2)使用额外的条件AL，代表了在较远间距探测器的系数A，及该较远间距探测器决定的表面密度RHO1。

作为钻孔大小的A、B和C系数，可以有差别。差别可以用钻孔大小的不关连值方式予以说明，即通过量度或模拟决定系数，而其他钻孔的值将通过内插法取得。也可以说明A、B和C系数作为钻孔大小分析函数的价值。

因为在一个组合密度工具中，三个(或更多的)探测器有不同的调查深度，因而可比较三个(或更多)探测器量度的表面密度，而决定真正的密度是什么。图4的流程图展示出决定土地层密度的较好方法。在第一步40里，软的和硬的窗孔计算率是由三个探测器(长距、中距和短距)决定的。然后改正计算率41求电子静歇时间的影向，及减除所得稳定化源头的背景谱。背景谱在测井源头插入工具前已经予以决定。其结果“净”计算率42由工具校准的计算率予以正常化43，以便提供正常化或校准的窗孔计算率44。每个探测器的表面密度是由公式(1或2)来决定的45。此外，如有需要，密度46将予以改正47，以求得净计算率的温度效应。因为泥浆比重的密度影响伽马射线传送，因此有需要改正表面密度47以求得泥的密度(泥浆比重)。如图示，气温改正47可以用公式(3)进行，即改正是一个工具气温T_tool与参考气温T_ref之间差异的直线函数。后者是t。后者是工具校准的典型气温。γ是密度量度的气温系数。

RHO_corr＝RHO_uncorr·｛1+γ·(T_tool-T_ref)｝    (3)这些改正产生一个改正的密度48。公式(4)展示一个可能性的泥浆比重改正，即ρ_mud是钻孔内泥浆的密度，Bhs是钻孔的直径，dia是工具直径，而M1，M2和M3是通过实验及/或模拟决定的系数。RHO_corr＝RHO_uncorr·(1-M1(ρ_mud-1)·(Bhs-dia)M2·eM3·RHO_uncorr   (4)

在这个步骤之后，是决定改正条件deltaRHOLS_available49，即长距与短距密度之间的差别50。这个差别指示出工具间隙51的效应。然后用以这个deltaRHOLS_available差别为基础的改正，取得长距52与中距53的补偿密度。改正是deltaRHOLS_available的单调函数，而间隙改正密度是由图示公式(5)来决定的。补偿的长距52与中距53密度，再予平均54，得出大量密度RHOB55。

RHOLS-corr＝RHOLS-nucorr+f(deltaRHOLS_available)   (5)

f(deltaRHOLS_available)可以是一个分析函数，或可以用一序列的直线节段(节段助)予以说明。图5a展示出所需改正deltaRHO_needed与已有的改正deltaRHOLS_available之间的相互关系。图中数据点代表用不同厚度和密度的模拟泥饼，从1.7至3.1g/cc密度取得的多个量度。大部分点都跟随一趋向线，但有些点却相当偏离。这是因为公式(1)过份改正，泥饼或钻孔液的光电影响所致。

“软”伽马射线深入力不强，并且在途中强烈受到有高原子序数Z的元素影响。公式(1)改正了地层的光电因素影响。但是，如果伽马射线通过高-Z钻孔材料(重的泥浆和重的泥饼)，改正将会太大，而密度的答案将会不准确。所以，这个发明限制用“软”性改正来取得即使在重泥浆中是准确的答案。结果如公式(6)所示。RHO_apparent＝A+B·ln(W_hard/W_calhard)+C·ln(Max(W_soft/W_calso，β·W_hard/W_calhard))  (6)

β是决定W_soft需要与高能量窗孔W_hard比较的最低价值系数。图5a与5b展示这个改正的影响。图5a展示出所需密度改正(所需deltaRHO)，作为长距与短距表面密度(deltaRHOLS_available)之间差别的函数，没有密度改正的限制。图5b展示出同样的数据，但包括出岩性学改正的限制。数据点根据泥浆及/或泥饼的光电因素予以标签的。中距探测器的表面密度可以用长距密度的同样方法改正。最佳实施例使用如公式(7)所示由长距与短距密度差别决定的deltaRHOLS_available。

RHOMS-corr＝RHOMS-nucorr+g(deltaRHOLS_available)    (7)

中距改正函数与长距探测器的函数不同。图6a与6b展示出选用deltaRHOLS_available的原因。图6a的deltaRHOLS_available对所需改正的deltaRHOMS_needed展示出如果使用deltaRHOMS_available，图6a的分散会少得多。图6a数据点落在不同的线上，作为工具间隙的函数，用于在较大的间隙上作额外改正。

在最佳实施例中，最后的密度答案，是以补偿的长距密度的简单平均得出的，如公式(8a)所示。

   RHO_final＝(RHOLS_corrected+RHOMS_corrected)/2   (8a)

   RHO_final＝(cl^*RHOLS_corrected+c2^*RHOMS_corrected)    (8b)如方程式(8b)所示的重量平均，也可以用c1+c2＝1。而且可以根据补偿中距和长距密度之间的密度差异，更进一步地改正密度，如公式(9)所示：RHO_final＝(RHOLS_corrected+RHOMS_corrected)/2·+h(RHOLS_corrected-RHOMS_corrected)  (9)实施其它算法也是可能的。特别是，改正钻孔大小和泥浆比重，可以用最后密度答案RHOB_final来做，而无须用单一探测器的表面密度来做。

光电效应主要影响低能量(软)伽马射线，而高能量(硬)窗孔几乎全部受地层密度的影响。所以人们很容易用软/硬伽马射线比率量度地层光电因素。

传统的PEF算法，依赖方程式(10)所示的公式。它利用低能量伽马射线比高能量伽马射线更受通过光电效应的伽马射线吸收影响这一事实。将低能量窗孔(＜120keV)和高能量窗孔(＞200keV)的之间数字做比例，可指出地层光电的效应。

1/REF+C＝A W_soft/W_hard+B    (10)

在使用铍窗孔，以便低能量的伽马射线从地层通过探测器，散发或吸收减至最少的情况下，用这个方程式极为有效。在这个情况下，可以用十分低能量的窗孔(例如，30至70keV)。这个窗孔的计算率被光电效应的影响控制。如果使用钛的套壳，在极低能量下(30至60keV)的伽马射线将被套壳材料强烈吸收。这需要使用一个能量窗孔，包括较高的伽马射线，以便取得足够准确的答案。但是，窗孔计算率更受地层密度的影响。在低密度当PEF高时，会展示这些情况。只要稍为改变一下方程式(10)，即可简单而精确地改正这种密度影响。改变的方程式(11)如下：

1/PEF+C＝A W_soft/(W_hard)α+B    (11)

改变包括在形成软-硬比率前，取密度窗孔计算率的乘方α。如果这个乘方小于10，那么密度影响减少。图7a和7b展示出两种方法的实际例子。在图7a中有一点60，有低密度及高PEF，其情况并不跟随方程式(10)两面相对时的明显趋向。在图7b，使用有α＝0.94的方程式(11)。点61也是密度，高PEF与一般趋向更一致。因此可以如图示的方程式(12)一后，从计算率取得PEF。

PEF＝1/AW_soft/Wα_hard-C    (12)

系数A、B和C可以做钻孔大小的函数。特别是，在最佳实施例中，当常数是小数目时，可以将系数A写作

A＝Ao^*(1-const^*(钻孔大小-工具直径)    (13)

这可改正工具与地层之间的钻孔液影响，即使工具与地层有良好的接触。如果工具的弯曲与钻孔之间有重大的失配，则只有进入工具接触地层线的伽马射线不会碰到途径中的钻孔液。当弯曲失配增加时，钻孔液横过伽马射线的数量亦会增加，如果不予改正，会导致答案的偏差。如果使用两个探测器来决定地层的PEF，及如果两个探测器对方位角重大差异时，伽马射线通过钻孔液的平均途径长度会有不同，可以用来改正钻孔液的PEF影响。

图8展示出决定伽马射线谱光电因素所需的多个步骤。在第一个步骤70中，所有探测器都一样，每个探测器会量度伽马射谱，并分为两个窗孔(“软”和“硬”)。在第二个步骤71中，将改正窗孔的计算率，求取因电子间歇造成的计算率损失，及减除探测器稳定源头的背景窗孔计算率。在第三个步骤73中，将从相对的工具校准的窗孔率74，然后改正，用于工具气温75。在第四个步骤中，单一的探测器光电效应，根据方程式(12)予以决定。一些或所有的系数(A，B，C)可以是钻孔大小的函数77，及/或是泥浆比重。如果用一个以上的探测器量度PEF，一个探测器PEF的结果78可以结合步骤79与80，取得一个补偿了泥浆光电影响及工具间隙的PEF82。要取得这个结果，可能需要额外的资料例如deltaRHO_available 81，加入计算。组合的所有探测器，可以决定PEF。这样可以达到两个目的：

补偿密度和泥饼与间隙的光电效应。

用两个或以上的探测器，决定光电因素；比较这些因素取得品质控制。

泥饼和间隙的补偿与密度补偿不同。两个探测器PEF的不同，有赖于探测器、间隙和密度的准值，以及泥浆或泥饼的光电因素。经改正的PEF因此不只是两个探测器PEF差异的函数，并且有赖于量度密度，和单探测器密度之间的dRHO差异。

PEF_corr＝PEF+g(dPEF，dRHO.PEF and RHO)    (14)PEF是从其中一个探测器计算出来的单一探测器密度，dRHO是长距与短距单一探测器密度之间的差异，而dPEF是两个探测器PEF之间的差异。RHO可以是经改正的密度，或作单一探测器密度。

在测录密度时，有可能出现答案不准确或错误的情况。所以必须有品质控制，一旦当工具不再可靠时，会有指示。

使用三个或以上的探测器组合，能使用探测器响应之间的连贯性来指示工具不再提供可靠的答案，或指示出工具失灵。传统(两个探测器)密度工具依赖单一探测器品质检查(品质比率)和改正的大小，应用于脊肋算法，以推定结果是否有效。但是，deltaRHO_available不是一个非含糊不确定的品质指示器，因此即使工具遇到过大间隙时，它也可以作出错误的指示，指示出良好的数据。结合三个探测器的答案，是探测及指出坏数据品质更为准确和适当的方法。那是根据以下从三个探测顺量度表面密度取得的量计算的。

    dMS＝(RHOMS-RHOSS_high)/RHOLS    (15)

    dLS＝(RHOLS-RHOSS_med)/RHOLS     (16)如果以上量(1)和量(2)是相对的排列，我们可以得到图9的图示。RHOMS是表面的中距密度。RHOLS是表面的长距密度。RHOSS_med表示从伽马射线能量窗孔的表面短距密度，窗孔位于谱的中间(使用137Cs源头的工具，约为300keV)。RHOSS_high表示高能量窗孔(约400keV)。能量窗孔的位置，需要为任何组合密度工具作实验和模拟后予以决定。

品质因素是由图10所述方法决定。四个步骤90至97中第一个，与密度算法者相同，作用是决定四个或以上的表面单一探测器密度96，产生改正的密度98。在第六个步骤99中，决定了方程式15与16的比率。在第七个步骤中100，决定了两个比率是否符合在交会图的预定地区。然后决定品质因素101，即从预定地区疆界开始的数据点距离。距离在疆界内者属正性，在外者属负性。负性品质因素即表示数据有问题或是坏的数据。

比较密度处理，从短距探测器校准窗孔计算率决定了两个表面密度。这指出了发射伽马射线的不同能量，并且对应不同的调查深度。选择可能与密度算法不同的适当能量窗孔，需要通过实验和模拟达到。

本发明的方法提供了比现有技术更大的优点。我们是结合最佳实施例陈述发明的。但这不是限制。可以改变、修订或修改基本设计，而不会偏离本发明的概念。此外，这些改变、修订或修改，对本领域的一般技术人员自是明显不过。所有这些改变、修订和修改，仍属发明范畴以内，只受以下权利要求书的限制。

Claims (4)

1.一个确定钻孔周围土地地层的密度的系统，包括：

一个测井工具，配备有伽马射线或X射线源以辐照土地地层；

所述测井工具上安装有以短距、中距和长距间隔开的探测器，所述短距、中距和长距探测器以固定的连续变大的距离距源头布置，使每个探测器对增加的地层密度给出非负响应；所述探测器能产生指示每个探测器探测到的伽马射线能量的信号；

一个处理器，适于将探测到的伽马射线的射线谱分为多个窗孔，所述窗孔包括伽马射线的计数并代表不同的伽马射线能量；

所述处理器还依据间歇时间校正探测到的伽马射线计数率；

所述处理器根据以下公式确定每个探测器的密度量度： ${\mathrm{RHO}}_{\mathrm{apparent}}=A+B\·\ln \left(\frac{W_{\mathrm{hard}}}{W_{\mathrm{calhard}}}\right)+C\·\ln \left(\mathrm{Max}(\frac{W_{\mathrm{soft}}}{W_{\mathrm{calsoft}}},\mathrm{\β}\frac{W_{\mathrm{hard}}}{W_{\mathrm{calhard}}})\right)$

其中，RHO_apparent是探测器探测到的地层密度，A是表示校准媒介的密度的常数，B是在高能量窗孔中的计数率的密度敏感性系数，C是岩性学改正系数，W_hard、W_calhard分别表示高能量窗孔中的计数率和校准量度中的等价的计数率，W_soft、W_calsoft分别表示低能量窗孔中的计数率和校准量度中的等价的计数率，β是一个用于为W_soft确定最低值的系数；和

所述处理器从每个探测器确定的密度量度，计算出校正的密度。

2.根据权利要求1的系统，其中所述的为间歇时间校正探测到的伽马射线计数率的处理器还进一步从计数率减去稳固源头的背景量度。

3.根据权利要求1的系统，其中所述的确定每个探测器的密度量度的处理器还进一步计算长距及短距探测器量度的密度之间的差异。

4.根据权利要求1的系统，其中所述的确定每个探测器的密度量度的处理器还进一步计算中距及短距探测器量度的密度之间的差异。

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