MX2014012599A - Sistema y metodo para determinar un valor indicativo de indice de hidrogeno. - Google Patents

Abstract

Determinación de un valor indicativo de índice de hidrógeno. Al menos algunas de las modalidades ejemplares son métodos que incluyen obtener una tasa de conteo de inelásticas y una tasa de conteo de captura de un detector de rayos gamma de una profundidad de pozo particular en una formación, calcular una relación de una tasa de conteo de inelásticas con respecto a una tasa de conteo de captura para la profundidad de pozo particular, y determinar un valor indicativo de índice de hidrógeno con base en la relación de la tasa de conteo de inelásticas con respecto a la tasa de conteo de captura para la profundidad de pozo particular.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA DETERMINAR UN VALOR INDICATIVO DE ÍNDICE DE HIDRÓGENO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere al campo de registro de pozos, y más particularmente se refiere a un sistema y método para determinar un valor indicativo del índice de hidrógeno.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El registro (diagrafía) de pozos es una técnica que se utiliza para identificar las características de las formaciones de tierra que rodean un pozo. La interrogación de una formación que rodea a un pozo para identificar una o más características puede ser por medio de sonido, corriente eléctrica, ondas electromagnéticas, o partículas nucleares de alta energía (p.ej., partículas gamma y neutrones). Recibir la partícula o señal de interrogación, y determinar una propiedad de la formación a partir de tal partícula o señal, es en muchos casos una tarea complicada. Cualquier sistema o método que simplifica la detección de la partícula o señales de interrogación, y por lo tanto simplifique la determinación de la propiedad de la formación, proporciona una ventaja competitiva en el mercado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Notación y Nomenclatura Ciertos términos se utilizan a lo largo de la siguiente descripción y reivindicaciones para hacer referencia a componentes de sistema particulares. Como alguien experimentado en la materia apreciará, las compañías de servicios petrolíferos pueden hacer referencia a un componente por medio de nombres diferentes. Éste documento no pretende distinguir entre componentes que difieren en nombre pero no en función.

En la siguiente discusión y en las reivindicaciones, los términos "que incluye" y "que comprende" se utilizan en una forma abierta, y por lo tanto se deben interpretar para referirse a "que incluye, pero no está limitado a...". También, se pretende que el término "acoplar" o "acopla" signifique cualquiera de una conexión indirecta o directa. Por lo tanto, si un dispositivo se acopla a un segundo dispositivo, esa conexión puede ser a través de una conexión directa o a través de una conexión indirecta o por medio de otros dispositivos y conexiones.

Los "rayos gamma" o "gammas" se debe entender como energía en la forma de radiación electromagnética creada y/o liberada debido a la interacción de neutrones con átomos, y en particular a los núcleos atómicos, y deberán incluir tal energía ya sea que tal energía se considere una partícula (esto es, partícula gamma) o una onda (esto es, rayos u ondas gamma) .

La "tasa de conteo de inelásticas" se debe entender como una tasa de conteo de rayos gamma durante períodos de tiempo en que los rayos gamma creados por las colisiones inelásticas son los rayos gamma predominantes creados y/o contados (p.ej., durante el periodo de ráfaga de neutrones) . La presencia minoritaria de rayos gamma de captura contados no deberá obviar un estatus de tasa de conteo como una tasa de conteo de inelásticas.

La "tasa de conteo de captura" se debe entender como una tasa de conteo de rayos gamma durante períodos de tiempo en que los rayos gamma creados por la captura de neutrones térmicos son los rayos gamma predominantes creados y/o contados (p.ej., periodos de tiempo después del periodo de ráfaga de neutrones) . La presencia minoritaria de los rayos gamma inelásticos no deberá obviar un estatus de tasa de conteo como tasa de conteo de captura.

La "curva de decaimiento de tasa de conteo de rayos gamma" se debe entender, para un detector de rayos gamma particular, como una pluralidad de valores de conteo, cada valor de conteo con base en los rayos gamma contados durante un intervalo de tiempo particular. Los valores de conteo se pueden ajustar hacia arriba o hacia abajo para tomar en cuenta diferencias en el número de neutrones que dan lugar a los rayos gamma o diferentes herramientas, y tal ajuste no deberá negar el estatus como una "curva de decaimiento de tasa de conteo de rayos gamma".

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una descripción detallada de las modalidades ejemplares, ahora se hará referencia a los dibujos de acompañamiento, en los cuales: La Figura 1 muestra un sistema de acuerdo con al menos algunas modalidades.

La Figura 2 muestra una vista en sección transversal simplificada de una herramienta de registro de acuerdo con al menos algunas modalidades.

La Figura 3 muestra una gráfica que delinca las diferencias en volumen de fuente para los rayos gamma inelásticos y de captura de acuerdo con al menos algunas modalidades.

La Figura 4 muestra una relación ilustrativa entre la relación de captura a través de dos detectores de índice de hidrógeno para mostrar los inconvenientes de los sistemas de la técnica relacionada.

La Figura 5 muestra una relación ilustrativa entre la relación de inelásticas y de captura (desde un solo detector de rayos gamma) para el índice de hidrógeno de acuerdo con al menos algunas modalidades.

La Figura 6 muestra gráficas ilustrativas de una tasa de conteo como una función del tiempo de acuerdo con al menos algunas modalidades.

La Figura 7 muestra un método de acuerdo con al menos algunas modalidades.

La Figura 8 muestra un sistema de computadora de acuerdo con al menos algunas modalidades.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La siguiente discusión está dirigida a diferentes modalidades de la invención. Aunque una o más de estas modalidades puede ser preferida, las modalidades que se divulgan no se deben interpretar, o utilizar de otra forma, como limitando el alcance de la divulgación, incluyendo las reivindicaciones. Además, alguien experimentado en la materia entenderá que la siguiente descripción tiene amplia aplicación, y la discusión de cualquier modalidad se pretende que sea ejemplar solamente de esa modalidad, y no se pretende sugerir que el alcance de la divulgación, incluyendo las reivindicaciones, se limite a esa modalidad.

Las diferentes modalidades fueron desarrolladas en el contexto de herramientas de registro de linea de alambre, y por lo tanto la descripción que sigue se basa en el contexto de desarrollo; sin embargo, los diferentes sistemas y métodos encuentran aplicación no solamente en herramientas de registro de linea de alambre, sino también en herramientas de medición durante la perforación ( D Measuring-While-Drilling) y registro durante la perforación (LWD Logging-While-Drilling) . Además, las diferentes modalidades también encuentran aplicación en herramientas de alambre transportable " slickline" , en las cuales la herramienta de registro se coloca en el interior del pozo (p.ej., como parte de una cadena de perforación, o como un dispositivo independiente) y la herramienta de registro reúne datos que se almacenan en una memoria dentro del dispositivo (esto es, sin telemetría a la superficie) . Una vez que la herramienta se lleva nuevamente a la superficie, los datos son descargados, tiene lugar parte o todo el procesamiento, y los datos de registro se imprimen o se muestran de otra forma. Por lo tanto, el contexto de desarrollo no se deberá interpretar como una limitación en cuanto a la aplicabilidad de las diferentes modalidades.

La porosidad de la formación es uno de los parámetros petrofísicos más importantes para la caracterización del depósito. Una herramienta de neutrones pulsados es sensible al índice de hidrógeno de la formación, del cual, con información y/o suposiciones adicionales con respecto a la formación, se puede inferir un valor de porosidad. La Tabla 1 presenta valores representativos de índice de hidrógeno y densidad aparente para depósitos con diferentes valores de saturación de fluido.

Tabla 1 La Tabla 1 muestra valores de índice de hidrógeno y densidad aparente para depósitos con diferentes valores de saturación de fluido. Los valores representativos de índice de hidrógeno y densidad aparente se muestran para formaciones de arenisca que tienen diferentes porosidades, contenido de agua salada (Sw, Salt wáter) , y constituyente de hidrocarburos. Mientras la Tabla 1 ilustra muchas relaciones de las variables, observar como el índice de hidrógeno aumenta con el aumento de porosidad.

Las diferentes modalidades están dirigidas al cálculo de valores indicativos de índice de hidrógeno utilizando una herramienta de neutrones pulsados. La sensibilidad de la medición es especialmente buena cuando el espaciamiento de fuente-a-cetector es razonablemente largo. En comparación con las diferentes técnicas de la técnica relacionada utilizando relaciones de captura entre dos detectores de rayos gamma, las diferentes modalidades habilitan sensibilidad mejorada de índice de hidrógeno para formaciones de porosidades medias a altas con base en las relaciones de rayos gamma de captura con respecto a rayos gamma inelásticos medidos en un solo detector. La especificación pasa primero a un sistema ilustrativo .

La Figura 1 ilustra un sistema de registro nuclear 100 construido de acuerdo con al menos algunas modalidades. En particular, el sistema 100 comprende una herramienta de registro 10 colocada dentro de un pozo 12 próximo a una formación 14 de interés. La herramienta 10 comprende un recipiente a presión 16 dentro del cual residen diferentes subsistemas de la herramienta 10, y en el caso ilustrativo de la Figura 1, el recipiente a presión 16 se suspende dentro del pozo 12 por medio de un cable 18. El cable 18, en algunas modalidades de un cable armado con multi-conductor, no solamente proporciona soporte para el recipiente a presión 16, sino que también en estas modalidades acopla comunicativamente la herramienta 10 a un módulo de telemetría en la superficie 20 y una computadora en la superficie 22. La herramienta 10 se puede subir y bajar dentro del pozo 12 por medio del cable 18, y se puede determinar la profundidad de la herramienta 10 dentro del pozo 12 por medio del sistema de medición de profundidad 24 (que se ilustra como una rueda de profundidad) . En algunas modalidades, el recipiente a presión 16 puede estar cubierto con un material de absorción de neutrones térmicos 26 (el espesor del cual se exagera por claridad de la figura); sin embargo, en otras modalidades, el material 26 puede estar presente solamente parcialmente u omitirse por completo.

La Figura 2 muestra una vista en sección transversal simplificada de la herramienta de registro 10 para ilustrar los componentes internos de acuerdo con al menos algunas modalidades. En particular, la Figura 2 ilustra que el recipiente a presión 16 aloja diferentes componentes, tales como un módulo de telemetría 200, blindaje de pozo 202, una pluralidad de detectores de rayos gamma 204 (en este caso ilustrativo los detectores de rayos gamma etiquetados como 204A, 204B y 204C) , el sistema de computadora 206, un blindaje de neutrones 208 y una fuente de neutrones 210. Mientras los detectores de rayos gamma 204 se muestran por encima de la fuente de neutrones 210, en otras modalidades, los detectores de rayos gamma pueden estar por debajo de la fuente de neutrones. En al menos algunas modalidades, el detector de rayos gamma 204C puede estar colocado en el rango de unos 15.24 cm a 45.72 cm (6 a 18 pulgadas) desde la fuente de neutrones 210. En al menos algunas modalidades, el detector de rayos gamma 204B puede estar en el rango de 45.72 cm 76.2 cm (18 a 30 pulgadas) desde la fuente de neutrones 210. El detector de rayos gamma 204A puede estar en el orden de 82.55 cm a 91.44 cm (22.5 a 36 pulgadas) desde la fuente de neutrones 210. Sin embargo, se puede utilizar otro espaciamiento de manera equivalente. El blindaje de neutrones 210 puede hacer que los detectores de rayos gamma 204 reciban de manera más favorable los rayos gamma que tienen como fuente la formación (contrario a los rayos gamma que tienen como fuente el pozo) , y el blindaje merecer un material de alta densidad (p.ej., HEVIMET® disponible de General Electric Company de Fairfield, Connecticut ) .

En algunas modalidades, la fuente de neutrones 210 es un generador de neutrones de Deuterio/Tritio . La fuente de neutrones 210, bajo el comando de la computadora en la superficie 22 en el caso de herramientas de linea de alambre, o el sistema de computadora 206 dentro de la herramienta en el caso de herramientas de MWD, L D o alambre transportable, genera y/o libera neutrones energéticos. Con el fin de reducir la irradiación de los detectores de rayos gamma 204 y otros dispositivos por los neutrones energéticos de la fuente de neutrones 210, el blindaje de neutrones 208 (p.ej., HEVIMET®) separa la fuente de neutrones 210 de los detectores de rayos gamma 204. Debido a la velocidad de los neutrones energéticos (p.ej., 30,000 kilómetros/segundo o más), y debido a las colisiones de los neutrones con los núcleos atómicos cuyas colisiones cambian la dirección de movimiento de los neutrones (comúnmente denominado como dispersión) , se crea un flujo de neutrones alrededor de la herramienta de registro 10 que se extiende dentro de la formación 14.

Los neutrones generados y/o liberados por medio de la fuente 10 interactúan con los átomos por medio de colisiones inelásticas, dispersión elástica y/o captura térmica. En el caso de colisiones inelásticas, un neutrón colisiona con un núcleo atómico y se emite un rayo gamma (un rayo gamma inelásticos) cuando el núcleo golpeado, que ha sido elevado a un estado excitado, decae. La energía del neutrón también se reduce en consecuencia. El neutrón puede tener muchas colisiones inelásticas con los núcleos atómicos, creando cada vez un rayo gamma inelástico y perdiendo energía. Al menos algunos de los rayos gamma creados por las colisiones inelásticas son incidentes sobre los detectores de rayos gamma 204. Uno o ambos del tiempo de arribo de un rayo gamma particular y su energía se pueden utilizar para determinar el estatus como un rayo gamma inelástico. Además, cuando los neutrones de alta energía se dispersan con elementos de tierra más ligeros, tal como el Hidrógeno, sobreviene una colisión elástica y la pérdida de energía por el neutrón puede ser bastante grande; la energía perdida por el neutrón que es llevado por el núcleo que recula. Un neutrón puede continuar ralentizándose y perdiendo energía por medio de una o más colisiones elásticas con los núcleos de luz (los cuales no generan rayos gamma) hasta que alcanza el nivel de energía térmica .

Después de una o más colisiones inelásticas y/o elásticas (y pérdida de energía correspondiente) un neutrón alcanza una energía conocida como energía térmica (esto es, un neutrón térmico) . En la energía térmica, un neutrón puede ser capturado por los núcleos atómicos. En un evento de captura, el núcleo atómico que captura entra en un estado excitado y el núcleo posteriormente hace transición a un estado de menor energía por la liberación de un rayo gamma (conocido como un rayo gamma térmico o rayo gamma de captura) . Al menos algunos de los rayos gamma térmicos creados por la captura térmica también son incidentes sobre los detectores de rayos gamma 204. Uno o ambos del tiempo de arribo de un rayo gamma particular y su energía pueden ser utilizados para determinar el estatus como un rayo gamma de captura .

Aún con referencia a la Figura 2, cuando están operacionales , los detectores de rayos gamma 204 detectan el arribo y la energía de los rayos gamma. Haciendo referencia al detector de rayos gamma 204A como indicativo de todos los detectores de rayos gamma 204, un detector de rayos gamma comprende un recinto 212, y dentro del recinto 212 reside; un cristal 216 (p.ej., un cristal de centelleo de silicato de itrio/gadolinio de 2.54 cm por 15.24 cm (1 por 6 pulgadas)); un tubo fotomultiplicador 218 en relación operacional con el cristal 216; y un procesador 220 acoplado al tubo fotomultiplicador 218. Ya que los rayos gamma son incidentes sobre/dentro del cristal 216, los rayos gamma interactúan con el cristal 216 y se emiten destellos de luz. Cada destello de luz por si mismo es indicativo de un arribo de un rayo gamma, y la intensidad de luz es indicativa de la energía del rayo gamma. La salida del tubo fotomultiplicador 218 es proporcional a la intensidad de la luz asociada con cada arribo de rayo gamma, y el procesador 220 cuantifica la salida como energía de rayo gamma y releva la información a la computadora en la superficie 22 (Figura 1) por medio del módulo de telemetría 200 en el caso de una herramienta de línea de alambre, o el sistema de computadora 206 dentro de la herramienta en el caso de una herramienta de MWD, LWD o alambre transportable.

Con el fin de discutir los conceptos de volúmenes de fuente para diferentes tipos de rayos gamma, se hace referencia a la Figura 3. En particular, la Figura 3 muestra una vista en elevación de sección transversal de una formación 310 penetrada por un pozo 304. Dentro del pozo 304 se encuentra una fuente de neutrones 302 y un detector de rayos gamma 314, el detector de rayos gamma 314 ilustrativamente a una distancia por encima de la fuente de neutrones 302. Se puede considerar la generación y/o liberación de neutrones para crear un volumen de fuente de rayos gamma inelásticos esférico 306 (mostrado en la vista de sección transversal de la Figura 3 como una región circular) , y dentro del primer volumen de fuente 306 se crean los rayos gamma inelásticos. Además, se puede considerar la generación y/o liberación de neutrones para crear un volumen de fuente de rayos gamma de captura esférico 318 (nuevamente mostrado en la vista de sección transversal de la Figura 3 como una región circular) , y dentro del segundo volumen de fuente 306 se crean los rayos gamma de captura.

En sistemas ejemplares, se emiten neutrones de 14 MeV desde la fuente de neutrones, y los neutrones van a través de eventos de dispersión hasta su captura. Los eventos de dispersión pueden dar lugar a la generación de rayos gamma, los cuales se propagan entonces a través de la formación, y algunos de los rayos gamma son incidentes sobre los detectores. Considerar un neutrón ejemplar generado y/o liberado desde la fuente 302. Cuando es generado y/o liberado desde la fuente 302, una trayectoria de recorrido ejemplar para el neutrón se representa por medio de la flecha 301. Cuando un neutrón se dispersa con un núcleo de elementos de tierra más pesados, tales como el Oxigeno, el Silicio y el Calcio, las colisiones inelásticas con los núcleos pueden ocurrir dentro de volumen de fuente de rayos gamma inelásticos 306. El volumen de fuente 306 se puede considerar esférico para facilidad de concepción; sin embargo, la forma de la región en la cual ocurre la producción de rayos gamma por la dispersión de neutrones inelásticos no tiene que ser necesariamente esférica y puede variar en su forma dependiendo, por ejemplo, de la estructura y composición de la formación y la geometría de la fuente de neutrones pulsados. Se podría esperar una región esférica para una fuente y medio de neutrones sustancialmente isotrópicos. Un neutrón que hace una colisión inelástica en 308, por ejemplo, pierde energía en el núcleo golpeado. Aunque el neutrón se representa como experimentando una colisión inelástica en el borde del volumen de fuente 306, las colisiones inelásticas ocurren en todo el volumen de fuente. Como se describió previamente, el núcleo golpeado emite la energía recibida del neutrón en la forma de un rayo gamma inelástico.

Con respecto a los rayos gamma inelásticos, algunos de estos rayos gamma inelásticos alcanzan un detector y son enumerados en el mismo, con tiempo y energía particulares. Esto es, el flujo de rayos gamma inelásticos se atenúa conforme los rayos gamma se propagan a través de la formación de tal forma que solamente una porción de los rayos gamma alcanza el detector. Se puede crear un modelo de eficiencia de transmisión de rayos gamma que caracteriza la atenuación, y en casos ejemplares la atenuación se puede caracterizar por una atenuación exponencial, como se muestra por medio de la ecuación ( 1 ) : donde NInel es la tasa de conteo de inelásticas, AInei es un valor indicativo de los rayos gamma inelásticos en el volumen de fuente que se mueven inicialmente hacia el detector, p es la densidad de la formación, µ es el coeficiente de atenuación de masa de la formación, y Linei es la distancia de atenuación entre la región de fuente inelástica y el detector. La distancia de atenuación se puede representar esquemáticamente por la longitud de la trayectoria 312 desde la región de la fuente 306 al detector 314.

Aún con referencia a la Figura 3, un neutrón que se ha dispersado inelást icamente de los núcleos constituyentes de la formación y que adicionalmente ha perdido energía por medio de las colisiones elásticas puede experimentar captura térmica dentro del volumen de fuente de captura 318, por ejemplo, en 316. El volumen de fuente 318 se puede considerar esférico para facilidad de concepción; sin embargo, la forma de la región en la cual ocurre la producción de rayos gamma por captura de neutrones no tiene que ser necesariamente esférica y puede variar en su forma dependiendo, por ejemplo, de la estructura y composición de la formación y la geometría de la fuente de neutrones pulsados. Además, el volumen de fuente 318 en la situación ejemplar subsume el volumen de fuente inelástica 306. Aunque el neutrón se representa como experimentando una colisión de captura en 316 en el borde del volumen de fuente 318, los eventos de captura puede no ocurrir en todo el volumen de fuente 318. El rayo gamma de captura emitido cuando el núcleo objetivo excitado decae también se propaga a través de la formación 310, como se ilustra esquemáticamente por medio de la trayectoria 320.

Como con los rayos gamma inelásticos, se puede crear un modelo de eficiencia de transmisión de rayos gamma para los rayos gamma de captura que caracteriza la atenuación como el recorrido de los rayos gamma hacia el detector, y en casos ejemplares, la atenuación se puede caracterizar por una atenuación exponencial, tal como se muestra por medio de la ecuación ( 2 ) : donde NCap es la tasa de conteo de captura, ACap es un valor indicativo de los rayos gamma de captura en el volumen de fuente que se mueven inicialmente hacia el detector, p es la densidad de la formación, µ es el coeficiente de atenuación de masa de la formación, y LCap es la distancia de atenuación para los rayos gamma de captura. La distancia de atenuación LCap se puede representar esquemáticamente por medio de la longitud de la trayectoria 320 desde la región de fuente 318 al detector 314.

Los efectos del índice de hidrógeno en NInei y Ncap son complejos. Un índice de hidrógeno más alto resulta en volúmenes o nubes de fuente más pequeñas, y por lo tanto distancias de atenuación más largas. Las distancias de atenuación más largas provocan que tanto NInel como Ncap disminuyen. Sin embargo, un índice de hidrógeno más alto implica densidad de la formación menor. Debido a que el índice de hidrógeno se relaciona con los compuestos que contienen hidrógeno en la formación, el índice de hidrógeno es representativo de los constituyentes que se mantienen en espacios vacíos dentro de la matriz de roca. Además, los constituyentes que llevan hidrógeno son menos densos que la matriz de roca y, como consecuencia, la densidad de una formación que incluye vacíos que contienen constituyentes que llevan hidrógeno sería menor que la densidad de una formación sin tales vacíos. Una densidad de la formación más baja provoca que tanto NInei como Ncap aumenten. Los efectos de una distancia de atenuación más larga tienden a disminuir las tasas de conteo, y una densidad más baja tiende a aumentar las tasas de conteo, compiten una con la otra conforme el índice de hidrógeno varía de 0 (roca dura) a 1 (agua) .

En sistemas de la técnica relacionada, el índice de hidrógeno se calcula utilizando relaciones entre Ncap de dos o más detectores de rayos gamma en diferente espaciamiento . La relación de NCdp de dos o más detectores de rayos gamma espaciados de manera diferente es más sensible al índice de hidrógeno que las relaciones inelásticas por la razón de un volumen o nubes de fuente más grande, como se representar esquemáticamente en la Figura 3. Sin embargo, en índice de hidrógeno medio a alto, lo antes mencionado aumenta en longitud de atenuación cuando el índice de hidrógeno comienza a superar la disminución en la densidad de la formación. En consecuencia, la sensibilidad de la relación de captura con respecto al índice de hidrógeno comienza a disminuir, como se ilustra por medio de la Figura 4.

La Figura 4 muestra una gráfica de la relación de Ncap de dos o más detectores de rayos gamma espaciados de manera diferente (en la gráfica, la "relación de captura") con respecto al índice de hidrógeno para describir los inconvenientes de los dispositivos de la técnica relacionada. En particular, la Figura 4 muestra el aplanamiento de la curva ejemplar de relación de captura contra índice de hidrógeno en la Figura 4 en la región 400. Por lo tanto, determinar el índice de hidrógeno con base en las relaciones de captura de dos detectores de rayos gamma espaciados de manera diferente se vuelve difícil en la región 400. Además, la curva de relación de captura se puede volver incluso no monotónica, como se ilustra promedio de la región 402 en el ejemplo de la Figura 4, en los valores de índice de hidrógeno entre 0.4 y 0.5. Dicho de otra forma, utilizando la relación de Ncap de dos o más detectores de rayos gamma espaciados de manera diferente, uno podría no ser capaz de distinguir dónde reside la solución en la curva ejemplar no monotónica.

En contraste, las diferentes modalidades utilizan una relación de rayos gamma inclásticos con respecto a rayos gamma de captura para determinar el índice de hidrógeno. Las diferencias de tamaño de fuente como se ilustra en la Figura 3, por ejemplo, pueden ser la fuerza de impulso principal para NInei y Ncap para variar de manera diferente conforme el índice de hidrógeno varía. En otras palabras, debido a que el tamaño de la fuente para los rayos gamma inelásticos puede ser menos sensible al índice de hidrógeno, la relación entre Nmei y cap continúa reflejando una diferencia entre los tamaños de fuente incluso cuando aumentar el índice de hidrógeno disminuye los tamaños de fuente. En consecuencia, la relación entre NInei y Ncap mantiene buena sensibilidad al índice de hidrógeno. La Figura 5 ilustra un gráfico ejemplar de relación de conteos de inelásticas con respecto a de captura contra el índice de hidrógeno. Como se muestra en la misma, se mantiene la sensibilidad de la relación de conteos de inelásticas con respecto a de captura desde valores de índice de hidrógeno bajos a altos, y, además, no exhibe el comportamiento no monotónico que se observa en el ejemplo de la Figura 4. Por lo tanto, de acuerdo con al menos algunas modalidades, se puede determinar una indicación de índice de hidrógeno con una herramienta de neutrones pulsados con base en la relación de conteos de inelásticas con respecto a de captura de un solo detector.

La adquisición de conteos de rayos gamma se puede entender más haciendo referencia a la Figura 6 que representa gráficas de historias temporales de flujos de rayos gamma en los tres detectores 204A-204C generados por un pulso de neutrones desde el PNT. Las gráficas muestran cualitativamente el comportamiento en el tiempo de los rayos gamma que inciden en los detectores respectivos de acuerdo con al menos algunas modalidades de la divulgación. En particular, la Figura 6 muestra una gráfica que se relaciona con la activación de la fuente de neutrones 210, así como tasas de conteo de rayos gamma para el detector cercano 204C, el detector lejano 204B, y el detector distante 204A. La gráfica con respecto a la fuente de neutrones 210 es Booleana en el sentido de que muestra cuándo la fuente de neutrones está generando y/o liberando neutrones (esto es, el periodo de ráfaga) , y cuando la fuente de neutrones no lo está haciendo. En particular, con respecto a la gráfica de fuente de neutrones, la fuente de neutrones está generando y/o liberando neutrones durante el estado afirmado 600, y la fuente de neutrones está apagada durante el tiempo restante. De acuerdo con las diferentes modalidades, una sola interrogación (en una profundidad de pozo particular) comprende activar la fuente de neutrones por una cantidad de tiempo predeterminada (p.ej., 80 microsegundos ) y continuar el número de arribos de rayos gamma por al menos uno de los detectores durante el tiempo de activación de la fuente de neutrones y por una cantidad de tiempo predeterminada después de que la fuente se apaga. En al menos algunas modalidades, la cantidad de tiempo total para una sola interrogación (esto es, un solo disparo de la fuente de neutrones y la cantidad de tiempo predeterminada después de que la fuente de neutrones se apaga) puede abarcar aproximadamente 1250 microsegundos (ps) , pero se pueden utilizar equivalentemente otros tiempos.

Aún con referencia a la Figura 6, con respecto al conteo de arribos de rayos gamma por medio de los detectores de rayos gamma 204, el tiempo de interrogación se divide en una pluralidad de ranuras de tiempo o intervalos de tiempo. Con referencia a la gráfica para el detector distante 204A como ilustrativos de todos los detectores de rayos gamma, en algunas modalidades, el tiempo de interrogación se divide en 61 intervalos de tiempo totales. De acuerdo con al menos algunas modalidades, los primeros 32 intervalos de tiempo abarcan cada uno 10 µe , los siguientes 16 intervalos de tiempo abarcan cada uno 20 µe, y los intervalos de tiempo restantes abarcan cada uno 50 is . Se pueden utilizar equi alentemente otros números de intervalos de tiempo, y diferentes longitudes de intervalo de tiempo. Por ejemplo, en al menos algunas modalidades, se pueden utilizar 125 intervalos cada uno abarcando 10 ]is . Cada rayo gamma que arriba con un intervalo de tiempo particular aumenta el valor de conteo de rayos gamma dentro de ese intervalo de tiempo. Mientras en algunas modalidades se puede descartar el tiempo de arribo real de los rayos gamma dentro del intervalo de tiempo, en otras modalidades, el arribo real se puede retener y utilizar para otros propósitos. Iniciando con el intervalo de tiempo 0, el detector de rayos gamma cuenta los arribos de rayos gamma y aumentar el valor de conteo para el intervalo de tiempo particular para cada arribo de rayos gamma. Una vez que expira el periodo de tiempo para el intervalo de tiempo, el sistema inicia el conteo nuevamente de los arribos de rayos gamma dentro del siguiente intervalo de tiempo hasta que se hayan obtenido los conteos de los valores para todos los 61 intervalos de tiempo ilustrativos. En algunos casos, el sistema inicia inmediatamente nuevamente al activar la fuente de neutrones y contar intervalos de tiempo adicionales; sin embargo, los valores de conteo dentro de cada intervalo de tiempo (para una profundidad de pozo particular) se registran ya sea por medio de la computadora en la superficie 22 en el caso de herramientas de línea de alambre, o por medio del sistema de computadora 206 dentro de la herramienta en el caso de una herramienta de MWD, L D, o alambre transportable.

Valores de conteo ilustrativos para cada intervalo de tiempo se muestran en la Figura 6 como puntos en el centro de cada intervalo de tiempo. El valor de conteo para cada intervalo de tiempo se representa por la altura del punto por encima del eje X (esto es, el valor del eje Y) . Tomando todos los valores de conteo para un detector particular conjuntamente, los puntos se pueden conectar por medio de una línea (mostrada en una forma punteada en la Figura 6) para guiar al ojo ilustrativo del número de arribos de rayos gamma como una función del tiempo detectado por el detector de rayos gamma en particular. De acuerdo con las diferentes modalidades, la pluralidad de valores de conteo se denomina como una curva de decaimiento de tasa de conteo de rayos gamma. Todas las curvas tomadas conjuntamente (la curva para cada detector de rayos gamma) se pueden denominar como juego completo de curvas de decaimiento.

Debido a la física de la herramienta de registro y la formación circundante, con ciertos periodos de tiempo, es más probable que se creen ciertos tipos de rayos gamma, y por lo tanto más probable que se cuenten por medio de dichos uno o más detectores de rayos gamma 204. Por ejemplo, durante el periodo de tiempo dentro del cual la fuente de neutrones 210 está activada (como se indica por medio de la linea 600), la energía de neutrones creada y/o liberada lleva predominantemente a la creación de rayos gamma inelásticos. El período de tiempo en las curvas de decaimiento de tasa de conteo de rayos gamma, donde los rayos gamma son predominantemente rayos gamma inelásticos, se ilustra por el período de tiempo 60 . Por lo tanto, los rayos gamma contados durante parte o todo el periodo de tiempo 604 se pueden considerar rayos gamma inelásticos. Algunos rayos gamma de captura se pueden detectar durante el periodo de tiempo 604, y en algunas modalidades, se puede ignorar la presencia minoritaria de rayos gamma de captura. En todavía otras modalidades, debido a que los rayos gamma de captura son distinguibles de los rayos gamma inelásticos con base en la energía, la porción de la tasa de conteo durante el periodo de tiempo 604 atribuible a los rayos gamma de captura se puede remover algorítmicamente. Y, además, en otras modalidades, el conteo de captura durante el tiempo que la fuente de neutrones está activada, que también se puede denominar como el periodo de ráfaga de neutrones, se puede estimar desde la última tasa de conteo de captura y proyectar hacia atrás al periodo de ráfaga de neutrones utilizando relaciones conocidas en la materia.

De manera similar, después de que la fuente de neutrones 210 ya no está activa, la energía promedio de los neutrones que componen el flujo de neutrones alrededor de la herramienta 10 disminuye, y la energía más baja de los neutrones lleva predominantemente a la creación de rayos gamma de captura. El periodo de tiempo en las curvas de decaimiento de tasa de conteo de rayos gamma, donde los rayos gamma son predominantemente rayos gamma de captura, se ilustra por el periodo de tiempo 606. Por lo tanto, los rayos gamma contados durante parte o todo el periodo de tiempo 606 se pueden considerar como rayos gamma de captura. Se pueden detectar algunos rayos gamma inelásticos durante el periodo de tiempo 606, y en algunas modalidades, se puede ignorar la presencia minoritaria de rayos gamma inelásticos. En todavía otras modalidades, debido a que los rayos gamma inelásticos son distinguibles de los rayos gamma de captura con base en la energía, la porción de la tasa de conteo durante el periodo de tiempo 606 atribuible a los rayos gamma inelásticos se puede remover algorítmicamente.

Como se describió anteriormente, de acuerdo con los sistemas ejemplares, la relación de conteos de rayos gamma de captura e inelásticos desde un solo detector es indicativa del índice de hidrógeno de la formación. Considerar una curva de decaimiento de tasa de conteo de rayos gamma, tal como la curva de decaimiento de tasa de conteo de rayos gamma del detector lejano 204B de la Figura 6. De acuerdo con las diferentes modalidades, se toma una relación de tasa de conteo de inelásticas con respecto a la tasa de conteo de captura de la curva de decaimiento de tasa de conteo de rayos gamma. La tasa de conteo de inelásticas puede ser la tasa de conteo sumada de uno o más intervalos de tiempo dentro del periodo de tiempo 604. De pardo con algunas modalidades, las tasas de conteo de todos los intervalos de tiempo dentro del periodo de tiempo 604 se suman y se utilizan como la tasa de conteo de inelásticas. La tasa de conteo de captura puede ser la tasa de conteo sumada de uno o más de los intervalos de tiempo dentro del periodo de tiempo 606. Las tasas de conteo de captura e inelásticas a los detectores 204B y 204C se pueden obtener de manera similar. De acuerdo con algunas modalidades, las tasas de conteo de los intervalos de tiempo dentro del periodo de tiempo 606 abarcan de 100 µ= a 1000 después de la desactivación de la fuente de neutrones 210. La relación de estas tasas de conteo es indicativa del índice de hidrógeno de la formación en la ubicación de la herramienta de registro en el pozo. En algunas modalidades, la relación es la tasa de conteo de inelásticas dividida por la tasa de conteo de captura, y en otras modalidades la relación es la tasa de conteo de captura dividida por la tasa de conteo de inelásticas .

La herramienta de registro 10 de la Figura 2 ilustra tres detectores de rayos gamma 204. Sin embargo, en al menos algunas modalidades, calcular la relación y determinar el valor indicativo del índice de hidrógeno utilizan los conteos de rayos gamma desde un solo detector de rayos gamma. En algunos casos, el detector distante 204A proporciona mejores tasas de conteo de rayos gamma para determinar el valor del índice de hidrógeno. El detector cercano puede estar a unos 30.48 cm (12 pulgadas) desde la fuente de neutrones expulsados, pero puede estar como se describió previamente, en al menos algunas modalidades de unos 15.24 cm a 45.72 cm (6 a 18 pulgadas) desde la fuente de neutrones. En al menos algunas modalidades, el espaciamiento entre la fuente de neutrones y el detector espaciado lejano puede ser de unos 45.72 cm a 91.44 cm (18 a 36 pulgadas) . La sensibilidad del índice de hidrógeno se mejora un tanto en los valores de espaciamiento más grandes, pero se puede desplazar por tasas de conteo más bajas, y un aumento concomitante en fluctuaciones estadísticas. Sin embargo, con, por ejemplo, fuentes de neutrones lo suficientemente intensas, se pueden habilitar distancias del detector más espaciadas, incluso mayores a los 91.44 cm (36 pulgadas). Por lo tanto, en modalidades alternativas, se pueden utilizar otros espaciamientos y tales modalidades caerían dentro de los principios descritos en este documento. Además, en al menos algunas modalidades, las tasas de conteo de rayos gamma se pueden obtener a partir de una pluralidad de detectores, por ejemplo los tres detectores (204A-204C) en la Figura 2. Se puede hacer una determinación de índice de hidrógeno al seleccionar los datos de conteo de rayos gamma del detector que produce la sensibilidad deseada mientras mantiene estadísticas de conteo de tal forma que la incertidumbre en el valor del índice de hidrógeno así determinado no se reduce por el ruido en los datos.

La Figura 7, ilustra un diagrama de flujo de un método de acuerdo con una modalidad de la divulgación el cual se puede llevar a cabo al menos en parte por medio de un sistema de computadora, tal como la computadora en la superficie 22 o el sistema de computadora 206 en la herramienta de registro 10. El método inicia, bloque 700, y procede a obtener un conteo de rayos gamma inelásticos desde un detector de rayos gamma, bloque 702. El detector se puede seleccionar de entre una pluralidad de detectores en la herramienta de registro, como se describió previamente. Por ejemplo, el detector puede ser el detector lejano 204B o el detector distante 204? seleccionado con base en la sensibilidad a las estadísticas de conteo y similares. En el bloque 704, se obtiene un conteo de rayos gamma de captura desde el detector. Los conteos de rayos gamma respectivos pueden ser obtenidos, in-situ, por medio de la operación contemporánea de la fuente de neutrones o, alternativamente, por la recuperación desde una base de datos del registro del pozo que contiene datos de conteo de rayos gamma de la herramienta de registro de neutrones expulsados. Además, en una modalidad, cada una de las determinaciones mencionadas anteriormente se puede hacer en una profundidad de pozo particular. En todavía otra modalidad, las determinaciones se pueden hacer para una pluralidad de profundidades de pozo. En el bloque 706, el método forma una relación del conteo de rayos gamma inelásticos y el conteo de rayos gamma de captura. En una modalidad, la relación se puede formar al dividir el conteo de rayos gamma inelásticos por el conteo de rayos gamma de captura. En una modalidad alternativa, la relación se puede formar al dividir el conteo de rayos gamma de captura por el conteo de rayos gamma inelásticos. El método procede, en el bloque 708, a determinar un valor indicativo de un índice de hidrógeno con base en el valor de la relación calculada en el bloque 706. Si los valores indicativos de un índice de hidrógeno se van a determinar para profundidades de pozo adicionales, el método procede por medio de la ramificación "Si" del bloque de decisión 710 al bloque 702. De otra forma, el método procede por medio de la ramificación "No", y se genera un gráfico de valores indicativos de un índice de hidrógeno, bloque 712, y el método termina en el bloque 714.

La Figura 8 ilustra a mayor detalle un sistema de computadora 800, que es ilustrativo tanto del sistema de computadora en la superficie 22 como del sistema de computadora 206 dentro de la herramienta de registro 10. Por lo tanto, el sistema de computadora 800 descrito con respecto a la Figura 8 podría estar próximo al pozo durante el periodo de tiempo en que la herramienta 10 está dentro del pozo, o el sistema de computadora 800 se podría ubicar en la oficina central de la compañía de servicios petrolíferos, o el sistema de computadora 800 podría estar dentro de la herramienta de registro 10 (tal como para herramientas de LWD o MWD) . El sistema de computadora 800 comprende un procesador 802, y el procesador se acopla a una memoria principal 804 por medio de un dispositivo de puente 808. Además, el procesador 802 se puede acoplar a un dispositivo de almacenamiento a largo plazo 810 (p.ej., un disco duro) por medio del dispositivo de puente 808. Los programas ejecutables por medio del procesador 802 se pueden almacenar en el dispositivo de almacenamiento 810, y se puede tener acceso a ellos cuando sea necesario por medio del procesador 802. El programa almacenado en el dispositivo de almacenamiento 810 puede comprender programas para implementar las diferentes modalidades de la presente especificación, incluyendo programas para implementar el seleccionar un detector de rayos gamma a utilizar en la determinación del índice de hidrógeno, calcular una relación de la tasa de conteo de rayos gamma inelásticos con respecto a la tasa de conteo de rayos gamma de captura para uno o más de los detectores, calcular el valor indicativo del índice de hidrógeno y producir un gráfico del valor indicativo del índice de hidrógeno. En algunos casos, los programas son copiados desde el dispositivo de almacenamiento 810 a la memoria principal 804, y los programas son ejecutados desde la memoria principal 804. Por lo tanto, tanto la memoria principal 804 como el dispositivo de almacenamiento 810 se consideran medios de almacenamiento legibles por computadora. Las relaciones y valores indicativos del índice de hidrógeno generados por el sistema de computadora 810 pueden ser enviados a un trazador (plotter) que crea un registro en papel, o los valores pueden ser enviados a un dispositivo de pantalla el cual puede hacer una representación del registro para su visualización por un geólogo u otra persona experimentada en la materia de interpretar tales registros. ? partir de la descripción que se proporciona en este documento, aquellos experimentados en la materia son fácilmente capaces de combinar software creado como se describe con hardware de computadora de propósito general o propósito especial apropiado para crear un sistema de computadora y/o subcomponentes de computadora de acuerdo con las diferentes modalidades, para crear un sistema de computadora y/o subcomponentes de computadora para llevar a cabo los métodos de las diferentes modalidades y/o para crear un medio legible por computadora no transitorio (esto es, una onda portadora) que almacena un programa de software para implementar los aspectos de método de las diferentes modalidades .

Se pretende que la discusión anterior sea ilustrativa de los principios y las diferentes modalidades de la presente invención. Numerosas variaciones y modificaciones se harán aparentes para aquellos experimentados en la materia una vez que se aprecie completamente la divulgación anterior. Por ejemplo, el procesamiento de los datos puede presentarse, tal como corrección de tiempo muerto y corrección de entorno, sin afectar el alcance de esta especificación. Se pretende que las siguientes reivindicaciones sean interpretadas abarcar todas esas variaciones y modificaciones.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un método, que comprende: obtener una tasa de conteo de inelásticas y una tasa de conteo de captura de un detector de rayos gamma para una profundidad de pozo particular en una formación; calcular una relación de una tasa de conteo de inelásticas con respecto a una tasa de conteo de captura para la profundidad de pozo particular; y determinar un valor indicativo del índice de hidrógeno con base en la relación de la tasa de conteo de inelásticas con respecto a la tasa de conteo de captura para la profundidad de pozo particular.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, además comprende producir un gráfico del valor indicativo del índice de hidrógeno de la formación como una función de la profundidad del pozo.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la obtención además comprende obtener una curva de decaimiento de conteo de rayos gamma del detector de rayos gamma.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la obtención además comprende obtener desde una base de datos de tasas de conteo con base en la operación de una herramienta de registro nuclear no contemporáneamente con el conteo.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la obtención además comprende cooperar la herramienta de registro nuclear en el pozo contemporáneamente con el cálculo.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el detector de rayos gamma está colocado de unos 30.48 cm a 91.44 cm (12 a 36 pulgadas) desde una fuente de neutrones pulsados.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, además comprende seleccionar el detector con base en una calidad de señal de las tasas de conteo inelásticas y las tasas de conteo de captura de cada uno de una pluralidad de detectores.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el cálculo además comprende calcular cada una de las relaciones con base en las tasas de conteo de captura del detector de rayos gamma al menos parcialmente entre 100 microsegundos y 1000 microsegundos después de un periodo de ráfaga de neutrones.

9. Un sistema, que comprende: una herramienta en el interior del pozo que comprende una fuente de neutrones y un detector de rayos gamma, el detector de rayos gamma cuenta los arribos de rayos gamma; un procesador acoplado a una memoria, y el procesador acoplado al detector de rayos gamma; la memoria almacena un programa que, cuando es ejecutado por el procesador, provoca que el procesador: calcule una relación de una tasa de conteo de inelásticas con respecto a una tasa de conteo de captura de un detector de rayos gamma para una profundidad particular dentro de un pozo en una formación; y determinar un valor indicativo del índice de hidrógeno con base en la relación de la tasa de conteo de inelásticas con respecto a la tasa de conteo de captura para la profundidad del pozo particular.

10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el programa además provoca que el procesador produzca un gráfico del valor indicativo del índice de hidrógeno de la formación como una función de la profundidad del pozo.

11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque el detector de rayos gamma está colocado de unos 30.48 cm a 91.44 cm (12 a 36 pulgadas) desde una fuente de neutrones pulsados.

12. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque cuando el procesador calcula la relación de una tasa de conteo de inelásticas con respecto a una tasa de conteo de captura, el programa además provoca que el procesador calcule la relación con base en las tasas de conteo de captura del detector de rayos gamma al menos parcialmente entre 100 microsegundos y 1000 microsegundos después de un periodo de ráfaga de neutrones.

13. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque el programa además provoca que el procesador seleccione el detector de rayos gamma de una pluralidad de detectores de rayos gamma con base en una calidad de señal de las tasas de conteo inelásticas y tasas de conteo de captura de cada uno de la pluralidad de detectores de rayos gamma.

14. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque el programa además provoca que el procesador opere una herramienta de registro nuclear en el pozo contemporáneamente con provocar que el procesador calcule la relación.

15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque el programa además provoca que el procesador obtenga la tasa de conteo de inelásticas y la tasa de conteo de captura desde una base de datos de tasas de conteo con base en la operación de una herramienta de registro nuclear no contemporáneamente con el conteo.

16. Un medio de almacenamiento legible por computadora no transitorio que almacena un programa que, cuando es ejecutado por un procesador, provoca que el procesador: obtenga una tasa de conteo de inelásticas y una tasa de conteo de captura de un detector de rayos gamma para una profundidad del pozo particular en una formación; calcule una relación de una tasa de conteo de inelásticas con respecto a una tasa de conteo de captura para la profundidad del pozo particular; y determine un valor indicativo de índice de hidrógeno con base en la relación de la tasa de conteo de inelásticas con respecto a la tasa de conteo de captura para la profundidad de pozo particular.

17. El medio de almacenamiento legible por computadora no transitorio de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque, cuando el procesador obtiene, el programa además provoca que el procesador obtenga una curva de decaimiento de conteo de rayos gamma del detector de rayos gamma .

18. El medio de almacenamiento legible por computadora no transitorio de acuerdo con la rei indicación 16 ó 17, caracterizado porque el programa, cuando es ejecutado por el procesador, además provoca que el procesador opere la herramienta de registro nuclear en el pozo contemporáneamente provocando que el procesador calcule la relación.

19. El medio de almacenamiento legible por computadora no transitorio de acuerdo con la reivindicación 16 ó 17, caracterizado porque, cuando el procesador calcula, el programa además provoca que el procesador calcule la relación con base en las tasas de conteo de captura del detector de rayos gamma al menos parcialmente entre 100 microsegundos y 1000 microsegundos después de un periodo de ráfaga de neutrones.

20. El medio de almacenamiento legible por computadora no transitorio de acuerdo con la reivindicación 16 ó 17, caracterizado porque, cuando el procesador obtiene, el programa además provoca que el procesador obtenga desde una base de datos de tasas de conteo con base en la operación de una herramienta de registro nuclear no contemporáneamente con el conteo.