NO344428B1 - Estimering av en litologiparameter med bruk av minst to sett av estimert uelastisk gammastråleinformasjon - Google Patents

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

[0001] I ett aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse generelt fremgangsmåter og anordninger ved borehullslogging for estimering av en formasjonslitologiparameter med bruk av kjernestrålingsbaserte målinger. Mer spesifikt vedrører foreliggende oppfinnelse estimering av en formasjonslitologiparameter med bruk av informasjon innhentet fra en grunnformasjon bestrålt med en nøytron-, gamma- eller røntgenstrålekilde.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

[0002] Oljebrønnlogging har vært kjent i mange år, og gir de som borer olje- og gassbrønner informasjon om grunnformasjonen som bores. Ved tradisjonell oljebrønnlogging, under boring av en brønn og/eller etter at en brønn er boret, kan en strålingskilde og tilhørende strålingsdetektorer bli fraktet inn i borehullet. Informasjon samlet inn av de tilhørende strålingsdetektorene kan være nyttig for karakterisering av formasjonen, som kan inkludere estimering av én eller flere parametere av interesse for formasjonen, så som en formasjonslitologiparameter. En stiv eller fleksibel bærer blir gjerne anvendt for å frakte strålingskilden, ofte som del av et verktøy eller et sett av verktøy, og bæreren kan også tilveiebringe kommunikasjonskanaler for å sende informasjon opp til overflaten. US 2009/0039242 A1 vedrører metoder for densitetslogging som benytter gammastråler over en pardannelsesterskel for å bestemme litologiinformasjon for formasjoner for derved å korrigere densitetsdata som er målt. US 4,492,863 omhandler detektering av naturlig gammastråling ved hjelp av en scintillasjonsdetektor i en brønnloggingssonde, idet gammastrålingen blir separert i minst seks separate energiområder. Gammastråletellingene i de øverste fire energiområdene brukes til å utlede borehullskompenserte naturkonsentrasjoner av kalium, uran og thorium. Gammastråletellingene i de nedre to energiområdene brukes til å identifisere formasjonslitologi.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0003] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkrav. I aspekter vedrører foreliggende oppfinnelse fremgangsmåter og anordninger for estimering av en formasjonslitologiparameter med bruk av stråling detektert fra en undergrunnsformasjon.

[0004] En utførelsesform av foreliggende oppfinnelse omfatter en fremgangsmåte for å estimere en litologiparameter for en formasjon, omfattende å: estimere litologiparameteren med bruk av minst to sett av estimert uelastisk gammastråleinformasjon innenfor minst ett energivindu ovenfor et energinivå nødvendig for pardannelse.

[0005] En annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse omfatter en anordning for å estimere en litologiparameter, omfattende: en prosessor; et ikke-volatilt datamaskinlesbart medium; og et program lagret av det ikke-volatile datamaskinlesbare mediet omfattende instruksjoner som når de blir eksekvert, bevirker prosessoren til å: estimere litologiparameteren med bruk av minst to sett av estimert uelastisk gammastråleinformasjon innenfor minst ett energivindu ovenfor et energinivå nødvendig for pardannelse.

[0006] Eksempler på de viktigere trekkene ved oppfinnelsen har blitt oppsummert nokså generelt for at den detaljerte beskrivelsen av disse som følger skal forstås bedre og for at bidragene de representerer til teknikken skal kunne sees.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0007] For en gjennomgående forståelse av foreliggende oppfinnelse henvises til den følgende detaljerte beskrivelsen av utførelsesformer, sett sammen med de vedlagte tegningene, der like elementer er gitt like henvisningstall, og hvor:

Figur 1 viser en skjematisk betraktning av et nedihullsverktøy utplassert i et brønnhull med en kabel i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

Figur 2 viser et flytdiagram av en estimeringsfremgangsmåte for en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

Figur 3 viser en skjematisk betraktning av anordningen for å utføre en utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse;

Figur 4 viser en grafisk illustrasjon av tellerater av gammastråler delt inn i energivinduer i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

Figur 5 viser en grafisk illustrasjon av forhold mellom gammastråleinformasjon fra par av detektorer ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

Figur 6 viser en grafisk illustrasjon av lineære dempningskoeffisienter for vanlige formasjonsmaterialer;

Figur 7 viser en grafisk illustrasjon av dempningsegenskapene til kalkstein; Figur 8 viser en grafisk illustrasjon av dempningsegenskapene til sandstein; og Figur 9 viser en grafisk illustrasjon av dempningsegenskapene til dolomittstein.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0008] I aspekter vedrører foreliggende oppfinnelse estimering av litologien i en undergrunnsformasjon. Eksempler på fremgangsmåter for å estimere en formasjonslitologiparameter kan omfatte modellering av gammastråler med høy energi detektert fra formasjonen og korrigering for pardannelseseffekter. Formasjonslitologiparametere kan omfatte, men er ikke begrenset til Z<2>/A, romdensitet, Z<2>*romdensitet/A, μpardannelse, μcompton og porøsitet. Et LPR-(Lithology Pair Ratio)-forhold, eller en annen matematisk relasjon, kan bli anvendt for å sammenlikne de detekterte høyenergi-gammastrålene med egenskaper ved referanseformasjonsmaterialer. Med "høyenergi-gammastråler" menes generelt gammastråler med energinivåer høyere enn de nødvendig for pardannelse, eller omtrent 1,022 MeV. Imidlertid kan utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse bli utført med bruk av gammastråler generert gjennom comptonspredning, som kan finne sted innenfor høy- og lavenergi gammastråleområder. LPR-forholdet kan uttrykkes som følger: ;; ;;; der Z er antallet protoner og A er atommassen. LPR kan inneholde densitet i sin formulering, noe som gjør LPR tilsvarende i prinsipp som en litologiindikator basert på et kryssplott av densitet og porøsitet. LPR-forholdet kan bli kombinert med densitet i et kryssplott for å bestemme porøsitet, eller kombinert med porøsitet for å bestemme densitet med bruk av kryssplottmetoden. I mange tilfeller kan informasjonen som anvendes for disse estimeringene være samlet inn av verktøy utplassert i et brønnhull som krysser gjennom én eller flere formasjoner av interesse. Betegnelsen "informasjon" kan her omfatte, men er ikke begrenset til én eller flere av: (i) rådata, (ii) behandlede data og (iii) signaler. Som bakgrunnsinformasjon er et eksempel på et system for utplassering og bruk av slike verktøy for å innhente denne informasjonen beskrevet nedenfor. ;[0009] Figur 1 illustrerer skjematisk et boresystem 10 med et nedihullsverktøy 100 innrettet for å samle inn informasjon for å estimere en formasjonslitologiparameter for en formasjon 20. I én illustrerende utførelsesform kan verktøyet 100 inneholde en strålingskilde 140 og tilhørende detektorer 120, 130. Systemet 10 kan omfatte en tradisjonell rigg 12 oppstilt på et riggulv 14. En bærer 16, som kan være stiv eller fleksibel, kan være innrettet for å frakte nedihullsverktøyet 100 inn i et brønnhull 18 nær ved grunnformasjonen 20. Bæreren 16 kan være en borestreng, kveilrør, en glattline, en "e-line", en kabel, osv. Nedihullsverktøyet 100 kan være koblet til eller kombinert med ytterligere verktøy (f.eks. en del av eller hele informasjonsprosesseringssystemet i figur 3). Avhengig av utførelsen kan verktøyet 100 således bli anvendt under boring og/eller etter at brønnhullet 18 er boret. ;[0010] Strålingskilden 140 kan sende stråling ut i grunnformasjonen som skal kartlegges. Her kan strålingskilden 140 omfatte, men er ikke begrenset til én eller flere av: (i) en nøytronkilde, (ii) en gammastrålekilde, og (iii) en røntgenstrålekilde. Detektoren(e) 120, 130 kan bli anvendt for å detektere stråling fra grunnformasjonen, selv om detektorene 120, 130 ikke er begrenset til å detektere stråling av samme type som utsendt av strålingskilden 140. Selv om to detektorer 120, 130 er vist i figur 1, kan utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse anvende én eller flere detektorer. I noen utførelsesformer kan strålingsavskjerming (ikke vist) bli anvendt for å hindre telling av stråling fra utilsiktede kilder av detektorene 120, 130. Stråling fra strålingskilden 140 kan vekselvirke med kjernene og elektronene i atomene i materialet i grunnformasjonen og kan resultere i utsending av én eller flere av: (i) uelastiske gammastråler, (ii) innfangningsgammastråler, (iii) comptonspredte fotoner og (iv) pardannelsesfotoner. Tidligere har enkelte formasjonslitologiparametere blitt beregnet ved anvendelse av den fotoelektriske indeks (PE - Photoelectric Index), som er et mål på hvordan gammastråler med lav energi blir absorbert av en grunnformasjon. PE-målinger er imidlertid veldig følsomme for barytt, og borefluid inneholder ofte barytt for å øke densiteten og det hydrostatiske trykket i borehullet. Gammastråler med høy energi kan være forholdsvis ufølsomme for de baryttkonsentrasjoner som vanligvis blir anvendt i borefluid (omtrent 30% barytt og 70% vann) sammenliknet med PE-baserte metoder. Denne baryttkonsentrasjonen er for illustrasjonsformål og kun et eksempel, ettersom utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan bli utført over et bredt spekter av baryttkonsentrasjoner. I en utførelsesform kan nedihullsverktøyet 100 anvende en pulset nøytrongenerator som sender ut 14,2 MeV hurtige nøytroner som sin strålingskilde 140. Bruken av 14,2 MeV nøytroner fra en pulset nøytronkilde er for illustrasjonsformål og kun et eksempel, ettersom nøytroner med forskjellige energinivåer kan bli anvendt. I noen utførelsesformer kan strålingskilden 140 anvende røntgenstråler eller gammastråler. I noen utførelsesformer kan strålingskilden 140 være kontinuerlig. ;[0011] I noen utførelsesformer kan strålingskilden 140 være regulerbar ved at strålingskilden kan bli skrudd "på" og "av" mens den befinner seg i brønnhullet, i motsetning til en strålingskilde som er "på" kontinuerlig. Denne typen strålingskilde kan kalles "kildeløs" siden den ikke har noen kontinuerlig strålingskilde. Som følge av den periodevis aktive karakteren til strålingskilden vil de uelastiske fotonene og innfangningsfotonene som blir generert ankomme til detektorene 120, 130 under overlappende tidsperioder. Uelastiske fotoner blir generert hovedsakelig under pulsen, mens innfangningsfotoner blir generert under og etter pulsen. Denne tidsforskjellen kan gjøre det mulig å skille informasjonen fra strålingsdetektoren ikke bare ved energinivået til gammastrålene som mottas, men også ved når gammastrålene blir mottatt av detektorene 120, 130, ettersom det er velkjent at uelastiske gammastråler hovedsakelig kan ankomme ved detektorene før ankomsten av innfangede gammastråler. I tillegg kan strålingsinformasjon bli estimert for hver enkelt detektor eller som en totalsum av strålingstellinger mottatt av alle detektorene 120, 130. ;[0012] Detektorene 120, 130 tilveiebringer signaler som kan bli anvendt for å estimere strålingstellingene som returnerer fra formasjonen. I alminnelighet er detektorene 120, 130 plassert i en avstand fra hverandre langs en hovedsakelig rett linje i forhold til strålingskilden. Dersom to detektorer blir anvendt, kan det være en nær (SS - Short Spaced) detektor og en fjern (LS - Long Spaced) detektor, der detektorene står i forskjellig avstand fra strålingskilden. For eksempel kan i en utførelsesform detektoren 130 være en nær detektor og detektoren 120 kan være en fjern detektor. De nære og fjerne detektorene er ikke begrenset til å være plassert på samme side av strålingskilden, og deres respektive avstander fra strålingskilden kan være like eller forskjellige siden responsen til detektorene ikke avhenger av den romlige variasjonen til gammastrålekilden innenfor formasjonen. Detektorene 120, 130 kan fortrinnsvis være plassert på den ene siden av kilden for å bedre målingens vertikale oppløsning. Ytterligere detektorer kan bli anvendt for å tilveiebringe ytterligere strålinginformasjon. Minst to av detektorene kan være gammastråledetektorer. Strålingsavskjerming (ikke vist) kan være anordnet mellom strålingskilden 140 og detektorene 120, 130. Strålingsavskjerming kan omfatte, men er ikke begrenset til, gammastråleskjold og nøytronskjold. Gammastråleskjold kan hindre deteksjon av gammastråler fra bak verktøyet og fra de med opphav inne i verktøyet. Nøytronskjold kan hindre at nøytroner kommer til detektorområdene og induserer gammastråler. Strålingsavskjermingen kan omfatte én eller flere av nøytronmoderatorer, nøytronabsorbatorer, epoksy med høyt hydrogeninnhold og materialer med høy densitet og høy Z-verdi kjent for fagmannen. ;[0013] Borefluid eller -væske 22 kan befinne seg mellom grunnformasjonen 20 og nedihullsverktøyet 100, slik at stråling fra strålingskilden 140 kan gå gjennom borefluid 22 for å komme til grunnformasjonen 20 og stråling indusert i grunnformasjonen 20 kan gå gjennom borefluid eller -væske 22 for å komme til detektorene 120, 130. ;[0014] I en utførelsesform kan elektronikk (ikke vist) i tilknytning til detektorene være i stand til å registrere strålingstellinger fra minst to aksielt atskilte detektorer 120, 130 med veldig korte tidsintervaller eller vinduer (i størrelsesorden 1 til 1000 mikrosekunder) og generere et tidsavhengig forhold mellom de minst to aksielt atskilte detektorene ved å anvende informasjon fra flere pulsutbrudd. Dette forholdet kan bli uttrykt som en kurve eller en annen grafisk funksjon som beskriver en kombinasjon av flere forholdsverdier. I noen utførelsesformer kan parameteren av interesse bli estimert ved anvendelse av en differanse mellom detektortellingene. Betegnelsen "tidsavhengig" beskriver her generelt den egenskap at forholdet variererer med tid, i motsetning til et forhold som holder seg konstant, så som med en kontinuerlig strålingskilde. I noen utførelsesformer kan det tidsavhengige forholdet bli vektet. Forholdene mellom telleratene til de aksielt atskilte detektorene kan bli bestemt som funksjon av tid og illustrert grafisk som en tidsavhengig forholdskurve. Forskjellige egenskaper ved formasjonen kan bli bestemt ved hjelp av den tidsavhengige forholdskurven, herunder, men ikke begrenset til formasjonslitologiparametere. I andre utførelsesformer kan denne elektronikken befinne seg et annet sted (f.eks. på overflaten). ;[0015] Figur 2 viser et flytdiagram av én fremgangsmåte 200 ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse for å estimere litologien til grunnformasjonen 20 (figur 1) ved hjelp av en modell basert på informasjon innhentet fra minst to gammastråledetektorer 120, 130 (figur 1). Nå med henvisning til figurene 1 og 2 kan fremgangsmåten 200 omfatte et trinn 210 der strålingskilden 140 sender ut stråling nær ved grunnformasjonen 20. I trinn 220 kan informasjon vedrørende gammastråler bli fanget opp av detektorene 120, 130. I trinn 230 kan gammastråleinformasjon bli delt inn i energivinduer basert på tellerate. I trinn 240 kan forholdene mellom telleratene av gammastråler for minst ett av energivinduene bli estimert. Innenfor modellen kan energivinduet som blir anvendt for gammastråleinformasjonen fra den første detektoren 130 og energivinduet som blir anvendt for gammastråleinformasjonen fra den andre detektoren 120 være det samme energivinduet eller forskjellige energivinduer. En formasjonslitologiparameter kan således bli estimert med bruk av to detektorer og ett eller flere energivinduer. Bruken av tellerater av gammastråler er for illustrasjonsformål og kun et eksempel, ettersom annen informasjon, så som gammastråletellinger, kan bli anvendt for å finne forholdene. Disse forholdene kan bli korrelelert med den lineære dempningskoeffisienten fra følgende relasjoner: ;;; ;;; der I er gammastråle-telleraten for de minst to detektorene 120, 130; μc er den lineære dempningskoeffisienten som følge av comptonspredning; μpp er den lineære dempningskoeffisienten som følge av pardannelse; Δx er forskjellen i veilengde mellom de minst to detektorene 120, 130; og d og e er koeffisienter for å relatere μc og μpp mellom de forskjellige energivinduene. ;[0016] I en utførelsesform kan fremgangsmåten anvende kun én detektor og minst tre energivinduer for å løse likningene nedenfor for de lineære dempningskoeffisientene: ;;; ; der f, g, h og j er koeffisienter for å relatere μc og μpp mellom de forskjellige energivinduene og N angir energivinduet innenfor den ene detektoren, og Δx opptrer ikke i likningene. ;[0017] Trinn 240 kan også omfatte korrigering for pardannelse. Korrigering kan være nødvendig siden comptonspredning i alminnelighet er proporsjonal med Z/A*romdensitet, og Z/A er ≈0.5 for de fleste materialer. Informasjon om comptonspredning kan derfor bli anvendt for densitetskorrelasjon. Pardannelse, derimot, er proporsjonal med Z<2>/A, som gir et område av formasjonslitologiparameterverdier som er forskjellig fra comptonspredning.

[0018] For korrigering, som et første alternativ, kan pardannelse bli numerisk korrelert med en måling av toppen ved 511 keV som følge av positronannihilasjon. Det kan være nødvendig å kompensere for comptonspredning inne i detektoren som også genererer fotoner med energien 511 keV. Apriori kunnskap om detektormaterialet og en detektorresponsfunksjon kan bli kombinert med det målte høyenergi fotonspekteret for å beregne responsen ved 511 keV som følge av pardannelse i detektoren.

[0019] Pardannelse kan også bli kompensert for ved å anvende flere energivinduforhold (eller, toppreduksjoner) for å løse et system av lineære likninger på en direkte måte eller med en minste kvadratmetode for å bestemme innvirkningen av pardannelse på densitetsmålingen. Pardannelse kan bli parametrisert for vanlige formasjonsmaterialer som en funksjon av energi og grunnstoffsammensetning.

[0020] Endelig kan pardannelse bli kompensert for ved anvendelse av en "ryggrad og ribbein (spine and rib)"-basert metode der ribbeina blir anvendt for å kvantifisere pardannelseseffekter. Et unikt ribbein kan bli beregnet for hver energitopp og hver materialtype. Disse ribbeina kan bli: A) kombinert i en parametrisert form for å korrigere romdensitetsestimatene uten kunnskap om litologi, B) anvendt individuelt med apriori kunnskap om tilnærmet litologi, C) anvendt individuelt med målt mineralogisk sammensetning, og D) slått sammen til ett enkelt tilnærmet ribbein (f.eks. kalksteindensitet). Målingen av toppreduksjon beskrevet over kan bli anvendt for å løse et system av likninger med en minste kvadratmetode for å bestemme pardannelseskorrigeringen (ribbein).

[0021] I trinn 250 kan én eller flere formasjonslitologiparametere bli estimert ved anvendelse av forholdene og koeffisientene oppnådd basert på gammastråleinformasjonen. Estimeringen av formasjonslitologiparameteren kan også omfatte sammen likning eller kombinasjon av gammastråleinformasjonen med referanseinformasjon om grunnformasjonen. I noen utførelsesformer kan estimeringsfremgangsmåten 200 omfatte et trinn 260 der referanseinformasjon om grunnformasjonen eller formasjoner generelt blir hentet frem. Referanseinformasjon kan bli kombinert med gammastråleinformasjon i trinn 250 for å estimere en formasjonslitologiparameter.

[0022] Som vist i figur 3 kan noen utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse bli realisert med et maskinvaremiljø som omfatter en informasjonsprosessor 300, et informasjonslagringsmedium 310, en innmatingsanordning 320, prosessorminne 330, og kan omfatte et eksternt informasjonslagringsmedium 340. Maskinvaremiljøet kan befinne seg i brønnen, på riggen eller på et fjernt sted. Videre kan de flere komponentene i maskinvaremiljøet være fordelt mellom disse stedene. Innmatingsanordningen 320 kan være en hvilken som helst informasjonsleser eller brukerinnmatingsanordning, så som en datakortleser, et tastatur, en USB-port, osv.

Informasjonslagringsmediet 310 lagrer informasjon tilveiebragt av detektorene.

Informasjonslagringsmediet 310 kan være en hvilken som helst standard informasjonslagringsanordning for datamaskiner, herunder ikke-volatile datamaskinlesbare informasjonslagringsmedier så som en USB-stasjon, minnepinne, harddisk, flyttbart RAM, EPROM, EAROM, flashminner og optiske platelagre eller et annet utbredt minnelagringssystem kjent for fagmannen, herunder Internettbasert lager. Informasjonslagringsmediet 310 lagrer et program som når det blir kjørt, bevirker informasjonsprosessoren 300 til å utføre den viste fremgangsmåten. Informasjonslagringsmediet 310 kan også lagre informasjon om grunnformasjonen tilveiebragt av brukeren, eller informasjon om grunnformasjonen kan være lagret i et eksternt informasjonslagringsmedium 340, som kan være en hvilken som helst standard informasjonslagringsanordning for datamaskiner, så som en USB-stasjon, minnepinne, harddisk, flyttbart RAM, eller et annet utbredt minnelagringssystem kjent for fagmannen, herunder Internettbasert lager. Informasjonsprosessoren 300 kan være en hvilken som helst form for datamaskin eller matematisk prosesseringsmaskinvare, herunder Internettbasert maskinvare. Når programmet er lastet fra informasjonslagringsmediet 310 inn i prosessorminnet 330 (f.eks. RAM), bevirker programmet, når det blir kjørt, informasjonsprosessoren 300 til å hente frem detektorinformasjon fra enten informasjonslagringsmediet 310 eller det eksterne informasjonslagringsmediet 340 og prosessere informasjonen for å estimere en formasjonslitologiparameter. Informasjonsprosessoren 300 kan befinne seg på overflaten eller nede i hullet.

[0023] Tidsavhengigheten til gammastråleinformasjonen kan gjøre det mulig å korrigere gammastråleinformasjonen for pardannelse, noe som kan bedre estimatene av formasjonslitologiparameteren. I utførelsesformer der gammastråleinformasjon kan bli fanget opp ved energinivåer fra minimumsnivået for pardannelse og høyere, kan det være behov for å korrigere for pardannelse som følge av de mulige vekselvirkningene, herunder både comptonspredning og pardannelse. Pardannelse fjerner et foton fra systemet, som dersom det ikke korrigeres for kan resultere i en overestimert sannsynlighet for comptonspredning. Comptonspredningssannsynlighet kan regnes om til en formasjonslitologiparameter med metoder kjent for fagmannen.

[0024] Når forhold mellom tellerater av gammastråler blir anvendt i trinn 240, kan den lineære dempningskoeffisienten for de enkelte kjemiske grunnstoffer regnes ut med følgende likning, som konverterer den lineære dempningskoeffisienten for pardannelse av bly til et hvilket som helst annet grunnstoff:

[0025] I praksis kan μ, den totale lineære dempningskoeffisienten, bli målt fra forhold mellom energivinduer i den høye enden av energispekteret hvor pardannelse kan ha størst innvirkning. De lineære dempningskoeffisientene for comptonspredning og pardannelse for vanlige formasjonsmaterialer er vist i figurene 7-9. ρ kan bli bestemt fra en egen loggemåling. Deretter kan Z<2>/A bli bestemt og korrelert med kjente formasjoners verdier for Z<2>/A.

[0026] Denne relasjonen vil imidlertid vanligvis ikke gjelde for blandinger dersom ikke enkeltgrunnstoffers bidrag blir beregnet og deretter kombinert basert på vektfraksjon (eller atomfraksjon). En ny relasjon som konverterer mellom de lineære dempningskoeffisientene for vanlige formasjoner kan bli anvendt. For eksempel kan verdier for kalkstein bli brukt som et grunntilfelle, og deretter kan verdiene for kalkstein bli regnet om til motsvarende verdier for sandstein, dolomittstein, osv. Denne omregningen kan gjøres ved å beregne Zeffektiv og Aeffektiv for blandingen og så sette inn optimaliserte koeffisienter i likningen for å kompensere for endringen i sammensetning. Zeffektiv og Aeffektiv svarer til gjennomsnittlige Z- og A-verdier for blandingen, som er tilnærmelsesvis ekvivalente med grunnstoffenes Z- og A-verdier. Det finnes mange metoder for å beregne Zeffektiv og Aeffektiv individuelt for fotoeffekten, comptonspredning og pardannelse. Én metode er å anvende en vektfraksjonsbasert summasjon av Z og A, som følger:

Her kan N være omtrent 4-5 for fotoeffekt, 1 for comptonspredning og 2 for pardannelse; i går over alle grunnstoffene i blandingen; wi er vektfraksjonen av i-te grunnstoff. Materialparametrene for vanlige formasjoner, barytt og vanlige baryttyngede fluider / væsker er vist nedenfor. Parametrene er romdensitet, effektiv Z for fotoeffekt, effektiv Z for pardannelse, effektiv A for pardannelse, LPR-forholdet Z<2>/A og fotoelektrisk indeks. Baryttblandingene utviser en høy fotoelektrisk indeks, men et LPR-forhold Z<2>/A som er tilsvarende som for kalkstein og sandstein. LPR-forholdet Z<2>/A antar et område av verdier for disse vanlige formasjonsmaterialene, slik at kunnskap om Z<2>/A muliggjør angivelse av litologi og fluidfylt porøsitet.

Omregningen kan uttrykkes som, men er ikke begrenset til følgende form:

der C kan være et generelt skaleringsledd bestemt for optimal omregning mellom settet av formasjoner som betraktes. C kan være generell og kan være en funksjon av energi, detektorposisjonering, osv. En vektet kombinasjon av formasjoner kan bli anvendt for å optimalisere for de som er mest viktige, hvor viktighet kan være relatert til sannsynligheten for å finne ønskelige substanser, så som olje eller naturgass. De viktigeste formasjonene blir gjerne generalisert som kalkstein, sandstein og dolomittstein for kalibrering av brønnloggingsutstyr, men dette kan variere med geologisk område, spesifikke forhold i borehullet og personlige vurderinger. Et lineært ledd eller potensledd kan også bli lagt til for å korrigere de beregnede verdiene for innvirkningen av screening. Screening kan opptre ved høyere energier (typisk >5 MeV) når elektronskyen til et atom screener ladningen til kjernen som sett fra et foton utenfor atomradien. Denne screeningen endrer Z- og A-avhengigheten til pardannelsen, men denne endringen vil imidlertid i alminnelighet være liten ved energinivåene som detekteres.

[0027] Figur 4 illustrerer prøver av gammastråleinformasjon innhentet under trinn 230 fra tre detektorer. Informasjonen kan bli uttrykt som kurver 400, 402, 404 og delt inn i energivinduer 406. Disse gammastråleinformasjonskurvene 400, 402, 404 kan bli uttrykt som forhold 502, 504 i trinn 240, som vist i figur 5. Forholdene 502, 504 kan bli anvendt, i trinn 250, for å estimere én eller flere formasjonslitologiparametere. Høyere energivinduer 406 kan ha en tendens til å inneholde sterkere pardannelseseffekter og svakere comptoneffekter. Høyere energivinduer 406 kan også være ønskelig som følge av et lavere krav til signalforsterkning og et lavere nivå av signalstøy som følge av det lavere kravet til signalforsterkning. Informasjon registrert av én enkelt detektor og delt inn i tre eller flere energivinduer kan også bli anvendt å konstruere forhold og, i trinn 250, for å estimere én eller flere formasjonslitologiparametere.

[0028] I ett aspekt kan den lineære dempningskoeffisienten bli anvendt for å identifisere en formasjons litologi, som vist i figur 6, siden lineære dempningskoeffisienter kan være kjent for vanlige formasjonsmaterialer. Den lineære dempningskoeffisienten for pardannelse og comptonspredning kan bli anvendt uten videre omregning som en formasjonslitologiparameter, selv om omregning til LPR-forholdet kan være foretrukket i noen tilfeller. Figur 6 viser også det dynamiske området til lineære dempningskoeffisienter for forskjellige materialer som forefinnes i formasjoner. Siden pardannelse er mer dominerende ved høyere energinivåer, viser figur 6 at den enkelte lineære dempningskoeffisient gjerne er mer distinkt ved høyere energinivåer.

[0029] Figurene 7-9 viser strålingsegenskaper for formasjoner dannet av kalkstein, sandstein og dolomittstein når de blir bestrålt av en strålingskilde. Konsistent med det ovennevnte viser figurene 7-9 at den fotoelektriske effekten er betydelig bare ved lave gammastråleenergier, og over pardannelsesterskelen (omtrent 1,022 MeV) er de dominerende vekselvirkningsmekanismene pardannelse og comptonspredning. For de aktuelle formasjonsmaterialene, som normalt har lav Z-verdi, vil ikke pardannelse dominere over comptonvekselvirkningsmekanismen før mye høyere gammastråleenergier enn de vist i figurene.

Claims (13)

PATENTKRAV

1. Fremgangsmåte for å estimere en litologiparameter for en formasjon (20) krysset av et borehull (18), omfattende følgende trinn:

å bruke en prossesor (300) til å estimere litologiparameteren med bruk av minst tre sett av estimert uelastisk gammastråleinformasjon som er oppnådd i borehullet (18) innenfor minst ett energivindu over et energinivå nødvendig for pardannelse til å estimere en lineær dempningskoeffisient for pardannelse som reflekterer forskjeller eller differanser mellom de minst tre settene som skyldes dempning fra pardannelse, hvor den uelastiske gammastråleinformasjonen er relatert til gammastråler fra uelastisk nøytronspredning, ved å bruke et forhold (502) mellom et første sett av de minst tre settene i et første energivindu og et andre sett av de minst tre settene i et andre energivindu, og et andre forhold (504) mellom det første settet og et tredje sett av de minst tre settene i et tredje energivindu for å løse for pardannelsens lineære dempningskoeffisient. [se avsnitt [0014]-[0022] og [0027]]

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der de minst tre settene av estimert uelastisk gammastråleinformasjon innbefatter minst én av: en telling av gammastråler og en tellerate av gammastråler.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der litologiparameteren er én av: (i) Z<2>/A, (ii) romdensitet, (iii) Z<2>*romdensitet/A, (iv) μpardannelse, (v) μcompton, og (vi) porøsitet, der Z er formasjonens (20) atomnummer, og A er formasjonens (20) atommasse.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der de minst tre settene av estimert uelastisk gammastråleinformasjon genereres ved å eksponere en formasjon (20) for minst én av: (i) en røntgenstrålekilde, (ii) en gammastrålekilde, og (iii) en nøytronkilde.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende estimering av litologien ved anvendelse av en estimert litologiparameter.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der litologiparameteren estimeres ved anvendelse av en differanse mellom to av de minst tre settene av estimert uelastisk gammastråleinformasjon.

7. Anordning for estimering av en litologiparameter for en formasjon (20) krysset av et borehull (18), omfattende:

minst én prosessor (300);

et ikke-volatilt datamaskinlesbart medium (310); og

et program lagret av det ikke-volatile datamaskinlesbare mediet (310) omfattende instruksjoner som, når de blir eksekvert, bevirker den minst ene prosessoren (300) til:

å estimere litologiparameteren med bruk av minst tre sett av estimert uelastisk gammastråleinformasjon som er oppnådd i borehullet (18) innenfor minst ett energivindu over et energinivå nødvendig for pardannelse til å estimere en lineær dempningskoeffisient for pardannelse som reflekterer forskjeller eller differanser mellom de minst tre settene som skyldes dempning fra pardannelse, hvor den uelastiske gammastråleinformasjonen er relatert til gammastråler fra uelastisk nøytronspredning, ved å bruke et forhold (502) mellom et første sett av de minst tre settene i et første energivindu og et andre sett av de minst tre settene i et andre energivindu, og et andre forhold (504) mellom det første settet og et tredje sett av de minst tre settene i et tredje energivindu for å løse for pardannelsens lineære dempningskoeffisient. [se avsnitt [0014]-[0022] og [0027]]

8. Anordning ifølge krav 7, der de minst tre settene av estimert uelastisk gammastråleinformasjon innbefatter minst én av: en telling av gammastråler og en tellerate av gammastråler.

9. Anordning ifølge krav 7, der litologiparameteren er én av: (i) Z<2>/A, (ii) romdensitet, (iii) Z<2>*romdensitet/A, (iv) μpardannelse, (v) μcompton, og (vi) porøsitet, der Z er formasjonens (20) atomnummer, og A er formasjonens (20) atommasse.

10. Anordning ifølge krav 7, der de minst tre settene av estimert uelastisk gammastråleinformasjon blir generert ved å eksponere en formasjon (20) for minst én av: (i) en røntgenstrålekilde, (ii) gammastrålekilde, og (iii) en nøytronkilde.

11. Anordning ifølge krav 7, videre omfattende estimering av litologien ved anvendelse av en estimert litologiparameter.

12. Anordning ifølge krav 7, der litologiparameteren blir estimert ved anvendelse av en differanse mellom to av de minst tre settene av estimert uelastisk gammastråleinformasjon.

13. Fremgangsmåte for å estimere en litologi for en formasjon (20) krysset av et borehull (18), omfattende følgende trinn:

å bruke minst to detektorer (120, 130) som er atskilt fra hverandre, for å oppnå minst to sett av estimert uelastisk gammastråleinformasjon i borehullet (18) i minst ett energivindu over et energinivå nødvendig for pardannelse;

å bruke en prosessor (300) for å estimere litologien ved å anvende de minst to settene av estimert uelastisk gammastråleinformasjon for å estimere en linjær dempningskoeffisient for pardannelse som gjenspeiler forskjeller eller differanser mellom de to settene som skyldes dempning fra pardannelse, hvor den uelastiske gammastråleinformasjonen er relatert til gammastråler fra uelastisk nøytronspredning, ved:

- å modellere forskjellene / differansene i en modell ved å anvende en differanse eller forskjell i veilengde mellom a første veilengde fra en strålingskilde (140) til en første detektor (130) av de minst to atskilte detektorene (120, 130) og en andre veilengde fra strålingskilden (140) til en andre detektor (120) av de minst to atskilte detektorene (120, 130); og

- å løse for pardannelsens lineære dempningskoeffisient ved å bruke: i) modellen,

ii) et forhold (502) mellom responser i et første energivindu for et første sett av de minst to settene ved den første detektoren (130) og et andre sett av de minst to settene ved den andre detektoren (120), og

iii) et andre forhold (504) mellom responser i et andre energivindu for et første sett av de minst to settene ved den første detektoren (130) og et andre sett av de minst to settene ved den andre detektoren (120). [se avsnitt [0014]-[0022] og [0027]]