RU2325522C2 - Измерение скорости потока бурового раствора при помощи импульсных нейтронов - Google Patents
Измерение скорости потока бурового раствора при помощи импульсных нейтронов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2325522C2 RU2325522C2 RU2005124268/03A RU2005124268A RU2325522C2 RU 2325522 C2 RU2325522 C2 RU 2325522C2 RU 2005124268/03 A RU2005124268/03 A RU 2005124268/03A RU 2005124268 A RU2005124268 A RU 2005124268A RU 2325522 C2 RU2325522 C2 RU 2325522C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drilling fluid
- distance
- tool
- well
- travel time
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 78
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 35
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 27
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 24
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 18
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-NJFSPNSNSA-N nitrogen-16 Chemical group [16NH3] QGZKDVFQNNGYKY-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 5
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 4
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-IGMARMGPSA-N oxygen-16 atom Chemical group [16O] QVGXLLKOCUKJST-IGMARMGPSA-N 0.000 description 3
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001730 gamma-ray spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- NIICMVKXWJNYSB-UHFFFAOYSA-N 13-Hydroxy-Leontalbinine Natural products OC1CC(=O)N2CC3CCCN4CCCC(=C2C1)C34 NIICMVKXWJNYSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CDDHEMJXKBELBO-UHFFFAOYSA-N Leontalbinin Natural products C1CCC2CN3C(=O)CCCC3=C3C2N1CCC3 CDDHEMJXKBELBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005255 beta decay Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 chlorine ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 238000001427 incoherent neutron scattering Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/10—Locating fluid leaks, intrusions or movements
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/003—Determining well or borehole volumes
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/08—Measuring diameters or related dimensions at the borehole
- E21B47/085—Measuring diameters or related dimensions at the borehole using radiant means, e.g. acoustic, radioactive or electromagnetic
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/10—Locating fluid leaks, intrusions or movements
- E21B47/11—Locating fluid leaks, intrusions or movements using tracers; using radioactivity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для определения скважинных скоростей потока бурового раствора (БР) и других скважинных параметров. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и точности измерений за счет учета неблагоприятных факторов от БР или отступов устройства. Для этого способ включает следующие этапы: использование импульсного генератора нейтронов (ИГН), выключение ИГН, обнаружение значительно неактивированной порции БР на известном расстоянии от ИГН и определение времени пробега, необходимого неактивированной порции БР на прохождение от ИГН до точки детектирования. По времени пробега и известному расстоянию вычисляют скорость БР. Затем скорость БР может быть использована для вычисления других скважинных параметров - диаметра или объема скважины и объемной скорости потока БР. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
При бурении скважины через геологический пласт важно знать условия на забое скважины, для того чтобы быть уверенным в том, что буровая коронка правильно функционирует. Эти условия включают, помимо других, диаметр скважины и, таким образом, объем бурового раствора в любой заданной точке. Кроме того, измеряются свойства пласта, для того чтобы предсказать наличие нефти или газа. Свойства пласта могут регистрироваться с помощью устройств, спускаемых в скважину на тросе, устройств для каротажа (скважинных исследований) в процессе бурения (каротажные устройства) или устройств для измерения в процессе бурения (измерительные устройства). При современном поиске нефти и газа, как правило, используются каротажные устройства и измерительные устройства вместо устройств, спускаемых в скважину на тросе, для каротажного пласта из-за экономии времени и расходов.
Различные каротажные устройства и измерительные устройства используются для измерения свойств скважины и пласта. Например, диаграммы нейтронного каротажа или гамма-каротажа используются для получения информации о литологии, пористости пласта и плотности породы пласта. Нейтронная/гамма-спектроскопия часто выполняется с использованием отправки импульса нейтронов в пласт при помощи импульсного генератора нейтронов. Нейтроны взаимодействуют с элементами в пласте посредством неупругих взаимодействий или упругих взаимодействий. Нейтроны высокой энергии постепенно теряют их энергию в этих взаимодействиях и становятся тепловыми нейтронами, которые могут быть захвачены ядрами различных элементов в пласте. После захвата нейтрона эти элементы становятся активированными. Затем активированные элементы распадаются, испуская гамма-кванты. Гамма-кванты, испускаемые этими активированными элементами, могут быть обнаружены детекторами гамма-излучения. Из-за того что различные элементы производят гамма-кванты с различной энергией, снятые гамма-спектры могут быть использованы для определения элементного состава пласта. Элементные выходы, в свою очередь, могут быть использованы для получения литологии пласта, так как различные слои осадочной породы, как правило, обогащены различными типами элементов. Способы для нейтронного и гамма каротажа широко известны в данной области техники. Детальное описание может быть найдено, например, в патентах США №5440118, выданном Roscoe, №5786595, выданном Herron et al., и №5539255, выданном Loomis et al. Смотри так же Albertin et al. "The many facets of pulsed neutron cased-hole logging", Schlumberger Oilfield Review, v.8, no. 2, p.28-41, 1996.
Тем не менее, на различные каротажные и измерительные устройства, используемые для каротажа пласта, к сожалению, влияет наличие буровых растворов, и их чувствительность, как правило, ухудшается из-за "отступа" устройства, то есть расстояния от устройств (или датчиков) до стенки ствола буровой скважины. Например, ионы хлора в буровых растворах могут взаимодействовать с (захватывать) тепловыми нейтронами с высокой эффективностью, уменьшая чувствительность гамма-спектроскопии. Таким образом, каротажные измерения часто должны быть скорректированы для учета неблагоприятных эффектов от буровых растворов или отступов устройства. Для корректировки эффектов от буровых растворов или отступов устройства необходимо определить диаметр скважины, отступы устройства или удерживающие объемы бурового раствора в области измерений в процессе бурения скважины.
Диаметр скважины, как правило, измеряется каверномерами. Различные каверномеры имеются в данной области техники. Тем не менее, большинство из этих устройств полезны только как устройства, спускаемые в скважину на тросе, они не могут быть развернуты во время бурения. С устройствами, спускаемыми в скважину на тросе, эти измерения получаются, после того как бурильные колонны извлекаются из скважин. Здесь могут быть значительные временные задержки между временем, когда скважины бурятся и пласты регистрируются, и временем, когда определяется диаметры скважины. В течение этого периода формы и размеры скважин должны измениться из-за нестабильностей скважины. По этой причине желательно, чтобы диаметры скважины измерялись, пока пласты регистрируются в процессе бурения. Также желательно, чтобы процессы определения диаметра скважины не влияли на обычную регистрацию в процессе бурения.
Более того, большие количества буровых растворов закачиваются через бурильные колонны в скважины во время бурения скважины. Буровые растворы помогают охлаждать калибрующие поверхности буровых коронок и помогают убирать буровой шлам с нижней части скважины, когда они поднимаются по кольцевому пространству к поверхности. Для предотвращения протекания пластовых текучих сред в скважину в процессе бурения буровые растворы закачиваются под давлением, которое слегка выше, чем предполагаемое давление пласта. Более высокое гидравлическое давление буровых растворов может приводить к значительным потерям раствора в пласте, когда встречается начальная зона или зона низкого давления в подземном пласте. Обнаружение таких потерь раствора может быть использовано при коррекции измерений от различных каротажных датчиков. Потеря раствора в пласте может быть обнаружена по уменьшению обратного потока буровых растворов на поверхность. Тем не менее, для определения в какой зоне возникла потеря раствора, необходимы средства для определения объемных потоков вдоль оси глубины скважины.
Измерение времени пробега активированных порций раствора использовалось в предшествующем уровне техники в связи с каротажной диаграммой расхода воды (WFL). При использовании этой диаграммы порция раствора активируется, а затем синхронизуется в течение достаточно длительного периода. В этом процессе импульсный генератор нейтронов, как правило, выключен, и он активируется только на короткие промежутки для периодической постановки меток в растворе нейтронным пучком. Такой процесс не очень хорошо согласуется с окружающей породой при каротаже или с нейтронными устройствами, где импульсный генератор нейтронов активирован большую часть времени.
Таким образом, было бы желательно иметь каротажные совместимые способы и устройство для определения времени пробега раствора, диаметра скважины, объемной скорости потока и других различных параметров на заданной глубине в скважине.
Сущность изобретения
Один аспект настоящего изобретения относится к способам для определения скважинных параметров. Способ для определения скважинного параметра в окружающей среде в соответствии с реализациями настоящего изобретения включает следующие этапы: использование импульсного генератора (6) нейтронов для активации бурового раствора, обтекающего генератор нейтронов; выключение импульсного генератора (6) нейтронов на время, достаточное для создания неактивированной порции бурового раствора; обнаружение неактивированной порции бурового раствора на известном расстоянии (d) от импульсного генератора (6) нейтронов; определение времени пробега (t) неактивированной порции бурового раствора на расстояние (d). В некоторых реализациях способ включает дополнительный этап вычисления скорости бурового раствора по времени пробега (t) и известному расстоянию (d). В некоторых реализациях способ включает дополнительный этап вычисления диаметра скважины над расстоянием (d), используя известную объемную скорость потока. В некоторых реализациях способ включает дополнительный этап вычисления скважинной объемной скорости потока по времени пробега (t) и известному объему скважины.
Другой аспект настоящего изобретения относится к инструменту для определения скважинных параметров. Устройство для определения скважинных параметров в окружающей среде приспособлено для размещения в бурильной колонне и содержит импульсный генератор (6) нейтронов и детектор (7) гамма-излучения, отстоящие друг от друга по оси бурильной колонны на расстояние (d). Инструмент дополнительно содержит схему управления для выключения импульсного генератора (6) нейтронов на время, достаточное для создания неактивированной порции бурового раствора, обтекающего устройство, и процессор (17), соединенный с детектором (7) гамма-излучения для определения, когда неактивированая порция бурового раствора обтекает детектор (7) гамма-излучения, и для определения времени пробега (t) неактивированной порции бурового раствора на расстояние (d). В некоторых реализациях средство обработки приспособлено для вычисления скорости бурового раствора по времени пробега (t) и известному расстоянию (d). В некоторых реализациях средство обработки приспособлено для вычисления диаметра скважины над расстоянием (d) с использованием известной объемной скорости потока. В некоторых реализациях средство обработки приспособлено для вычисления скважинной объемной скорости потока по времени пробега (t) и известному объему скважины.
Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут понятны из нижеследующего описания и формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает каротажный инструмент в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения.
Фиг.2 - схематичная диаграмма компоновки каротажного инструмента в соответствии с вариантами настоящего изобретения.
Фиг.3 - блок-схема варианта способа согласно изобретению для определения времени пробега.
Фиг.4 - блок-схема варианта настоящего изобретения для определения различных параметров из времени пробега.
Подробное описание
Настоящее изобретение относится к способам и инструментам для определения скоростей потока буровых растворов в скважинах. Настоящее изобретение преимущественно может быть использовано в процессе бурения скважины. Скорость раствора позволяет вычислить другие скважинные параметры, такие как диаметр скважины и объемная скорость потока бурового раствора.
В некоторых реализациях изобретение основано на активации кислорода в буровом растворе. В процессе активации атомы кислорода в буровом растворе трансформируются из стабильных атомов в радиоактивные атомы посредством бомбардировки нейтронами. Когда атом кислорода-16 поглощает нейтрон (захват нейтрона), он может испустить протон и образовать радиоактивный атом азота-16. Азот-16, с временем жизни около 7,1 секунды, распадается на кислород-16, испуская бета-частицу. Кислород-16, который образовался в процессе бета-распада азота-16, находится в возбужденном состоянии, и он выделяет энергию возбуждения при помощи гамма-излучения. Гамма-излучение может быть обнаружено детектором гамма-излучения.
Варианты настоящего изобретения могут быть использованы с нейтронным каротажным инструментом с минимальным влиянием или без влияния на нормальную эксплуатацию инструмента, то есть они допускают практически непрерывное использование импульсного генератора нейтронов для каротажных измерений. Диаграммы нейтронного каротажа, как правило, используются для измерения пористости пласта. Кроме того, элементы в пласте могут активироваться после захвата тепловых нейтронов. Затем активированные элементы испускают гамма-кванты при возвращении в их основное состояние. Эти гамма-кванты могут быть обнаружены детекторами гамма-излучения для получения плотности пласта или литологии.
В нормальном процессе каротажа импульсный генератор нейтронов в нейтронном инструменте находится во включенном состоянии большую часть времени для генерации нейтронов для измерений диаграммы нейтронного каротажа. В соответствии с настоящим изобретением импульсный генератор нейтронов импульсно выключается на период времени, достаточно длинный для того, чтобы позволить порции раствора проследовать через импульсный генератор нейтронов без активации. Детектор гамма-излучения на известном расстоянии от импульсного генератора нейтронов измеряет уменьшение в уровне радиоактивности, когда неактивированная порция раствора проходит через детектор. Используемый термин «неактивированная порция» означает порцию раствора, которая прошла через область активации вблизи импульсного генератора нейтронов, когда импульсный генератор нейтронов был выключен, хотя неактивированная порция может быть частично активирована блуждающими нейтронами в скважине или импульсным генератором нейтронов, когда неактивированная порция проходит импульсный генератор нейтронов, протекая с внешней стороны бурильной колонны. Неактивированная порция имеет меньшую радиоактивность, чем активированная порция, для того чтобы уменьшение в гамма-излучении могло быть обнаружено детектором гамма-излучения.
На Фиг.1 показан один вариант каротажного инструмента 3 в скважине 2. Этот инструмент является частью бурильной колонны 14. Инструмент 3 содержит, помимо других устройств, импульсный генератор 6 нейтронов и детектор 7 гамма-излучения, которые отстоят друг от друга на известное расстояние d. Импульсный генератор 6 нейтронов имеет зону 11 активации, внутри которой атомы активируются нейтронами, испускаемыми импульсным генератором 6 нейтронов. Когда буровой раствор, текущий вверх в кольцевом зазоре между инструментом 3 и стенками 5 ствола буровой скважины, проходит через зону 11 активации, кислород в растворе активируется. Стрелки обозначают направление потока раствора. Когда раствор проходит около детектора 7 гамма-излучения, гамма-кванты, испускаемые активированным кислородом, детектируются. Когда импульсный генератор 6 нейтронов выключается, порция раствора будет проходить через зону 11 активации не активируясь. Когда эта неактивированная порция достигнет детектора 7 гамма-излучения, будет обнаружено уменьшение в уровне гамма-излучения. Интервал времени между тем, когда импульсный генератор 6 нейтронов выключается и обнаружением уменьшения уровня гамма-излучения, является временем, за которое неактивированная порция раствора проходит от импульсного генератора 6 нейтронов до детектора 7 гамма-излучения. Далее это время называется временем пробега.
Расстояние d между импульсным генератором 6 нейтронов и детектором 7 гамма-излучения должно быть выбрано так, чтобы оптимизировать обнаружение неактивированной порции. Если расстояние d слишком маленькое, то детектор получает очень большой вклад от активированного кислорода внутри устройства. Хотя это измеряемо и повторяемо, статистическая вариация в уровне может сделать измерение менее точным. С другой стороны, если расстояние d слишком большое, то слишком много времени проходит с того момента, как импульсный генератор выключился, до обнаружения неактивированной порции, что делает обнаружение ненадежным. В общем случае расстояние должно быть выбрано так, чтобы для нормальных скоростей потока, d было меньше чем расстояние, проходимое раствором в кольцевом зазоре за примерно 30 секунд.
Детектор 7 гамма-излучения может быть любым традиционным детектором, используемым в нейтронных/гамма-устройствах. В этом случае, канал регистрации излучения детектора 7 гамма-излучения устанавливается так, чтобы регистрировались гамма-кванты, испущенные активированным кислородом. В качестве альтернативы, детектор 7 гамма-излучения может быть специализированным детектором для гамма-квантов, испущенных активированным кислородом. Скорость раствора в кольцевом зазоре может быть вычислена с использованием времени пробега и известного расстояния d между импульсным генератором 6 нейтронов и детектором 7 гамма-излучения. Следующее Уравнение 1 предназначено для вычисления скорости бурового раствора:
где d есть расстояние между импульсным генератором 6 нейтронов и детектором 7 гамма-излучения, t есть время пробега и Vр есть скорость бурового раствора.
Затем скорость бурового раствора может быть использована для вычисления других скважинных параметров. Одним таким параметром является диаметр или объем скважины. Другим возможным параметром, который может быть вычислен с использованием скорости бурового раствора, является объемная скорость потока бурового раствора.
Следует отметить, что порция бурового раствора, проходящая через зону 11 активации в кольцевом пространстве, может уже проследовать через зону 11 активации во время течения вниз по желобу для бурового раствора (не показан) в инструменте 3. Как правило, это не должно влиять на вышеописанное измерение времени пробега, по меньшей мере, по двум причинам. Во-первых, желоб для бурового раствора имеет намного меньшее сечение потока, чем кольцевой зазор. В результате буровой раствор в желобе для бурового раствора проходит через зону 11 активации внутри бурильной колонны намного быстрее и активируется в значительно меньшей степени. Во-вторых, время полураспада для азота-16 составляет примерно 7,1 секунды. Таким образом, только половина радиоактивного азота-16 останется по истечении 7,1 секунды после активации. За время, пока буровой раствор в желобе протекает к буровой коронке и возвращается к инструменту 3 через кольцевое пространство, большая часть радиоактивности уже распадется.
На Фиг.2 показан схематический вид части инструмента 3, показанного на Фиг.1. Как было отмечено ранее, инструмент 3 содержит импульсный генератор 6 нейтронов и детектор 7 гамма-излучения, разделенные известным расстоянием d. В заданном варианте инструмента 3 он содержит множество схем в дополнение к различным другим генераторам и датчикам в зависимости от его конструкции. Точная конструкция, например, схемы управления и обработки инструмента не связана с настоящим изобретением и поэтому не описывается здесь подробно. Тем не менее, как минимум, должно быть понятно, что инструмент 3 содержит схему 15 управления, приспособленную для активации и деактивации импульсного генератора 6 нейтронов в желаемые моменты времени. Кроме того, как показано в этом примере, схема 15 управления может также управлять детектором 7 гамма-излучения.
Выходной сигнал от детектора 7 гамма-излучения поступает в схему обработки, которая в этом варианте показана просто как процессор 17. Процессор 17 может выполнять, например, вычисление скорости бурового раствора, как задано в уравнении (1) выше. Кроме того, процессор 17 может выполнять различные другие вычисления, как задано в реализациях ниже. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что процессор 17 может быть выделен для функциональности настоящего изобретения или, что более вероятно, может быть процессором общей функциональности для устройства.
Когда процессор 17 завершает желаемое вычисление, процессор выводит результат в запоминающее средство (для последующего извлечения) или в устройство вывода (для передачи на поверхность по коммуникационному каналу). Существуют и известны специалисту в данной области техники различные типы и конфигурации таких устройств. Для целей настоящего описания эти устройства показаны в общем виде, как устройство 19 вывода/хранения.
На Фиг.3 представлена блок-схема, иллюстрирующая вариант настоящего изобретения, описанный выше, для определения времени пробега бурового раствора в окружающей среде. Во-первых, на этапе 201, импульсный генератор нейтронов функционирует, например, как правило, во включенном состоянии. Затем на этапе 202 импульсный генератор нейтронов выключается на период времени, достаточный для того, чтобы позволить порции бурового раствора протечь через зону 11 (Фиг.1) активации, пока импульсный генератор нейтронов выключен. Продолжительность выключения выбирается таким образом, чтобы размер неактивированной порции был достаточным для вызова детектируемого уменьшения в уровне радиоактивности гамма-излучения на детекторе гамма-излучения. На этапе 203 уменьшение в уровне радиоактивности гамма-излучения детектируется на известном расстоянии от импульсного генератора нейтронов. Как было отмечено выше, это может быть выполнено при помощи любого существующего детектора гамма-излучения или при помощи детектора, специализированного для регистрации гамма-квантов, испущенных активированным кислородом. Затем на этапе 204 вычисляется время пробега для прохождения неактивированной порции от импульсного генератора нейтронов до детектора гамма-излучения.
На Фиг.4 показана блок-схема, иллюстрирующая использование времени пробега для определения параметров бурения в соответствии с различными вариантами настоящего изобретения. Во-первых, как было подробно описано выше, импульсный генератор нейтронов используется для маркировки порции раствора на этапе 401, и на этапе 403 измеряется время до того момента, как помеченная порция обнаруживается датчиком гамма-излучения. Это есть время пробега, определенное на этапе 405. Затем время пробега может быть использовано для определения других интересующих параметров. В одном варианте заданное известное расстояние «d» (этап 407) между импульсным генератором нейтронов и детектором гамма-излучения, приведенное выше уравнение (1) могут быть использованы (409) для определения скорости порции раствора или жидкости на этапе 411.
Как было отмечено выше, размер скважины может быть непосредственно измерен при помощи, например, каверномера. Тем не менее, намного более сложно определить размер скважины в процессе бурения. Способ, в соответствии с одной реализацией настоящего изобретения, делает возможным определение размера скважины в процессе бурения. Буровой раствор закачивается в бурильную колонну с известной объемной скоростью потока. Предполагая что буровой раствор несжимаем, что не имеется значительного проникновения бурового раствора в пласт между буровой коронкой и детектором гамма-излучения, что объем устройства известен, и что механическая скорость проходки бурильной колонны или известна или пренебрежимо мала по сравнению с расстоянием «d» (413), объем скважины 2 на расстоянии «d» может быть вычислен с использованием времени пробега. А именно, объем потока в кольцевом зазоре скважины на расстоянии d может быть вычислен произведением объемной скорости (расхода) потока Q и времени пробега t. Известный объем инструмента 3 на расстоянии «d» может быть затем добавлен к объему (415) потока для определения объема на этапе 417 скважины (Vс) на расстоянии «d». Уравнение 2 показывает эту зависимость:
где Vu есть объем каротажного инструмента на расстоянии «d», Q есть объемная скорость потока бурового раствора, определяемая как скорость нагнетания на поверхности, и t есть время пробега.
Объем скважины Vс может, например, быть использован для вычисления среднего диаметра скважины Dс на расстоянии «d». Уравнение для объема цилиндра может быть решено для нахождения диаметра цилиндра, как в уравнении 3:
Некоторые каротонажные инструменты могут содержать датчики, спроектированные для прямого измерения диаметра скважины в процессе бурения. Одним примером такого датчика является ультразвуковой датчик, который определяет диаметр скважины, измеряя время, которое требуется ультразвуковому импульсу на прохождение через буровой раствор от инструмента, отражение от стенки ствола буровой скважины и возвращение к инструменту. Если такой датчик включен в состав инструмента, объем скважины на расстоянии «d» может быть вычислен, исходя из диаметра. Затем вариант настоящего изобретения может быть использован для производства скважинного измерения объемной скорости потока бурового раствора в кольцевом пространстве. А именно, предполагая что объем скважины известен на расстоянии «d», что объем устройства известен, и что механическая скорость проходки или известна или пренебрежимо мала по сравнению с расстоянием «d» (419), из уравнения 2 можно определить объемную скорость (421) потока бурового раствора, как показано в уравнении:
где t есть время пробега, Vс есть объем скважины на расстоянии «d», Vu есть объем инструмента на расстоянии «d», Qр есть объемная скорость потока бурового раствора в области между импульсным генератором нейтронов и детектором гамма-излучения. Хотя объемная скорость потока бурового раствора известна на поверхности, подземное измерение полезно, так как оно предоставляет индикатор потери (423) раствора в пласте.
Описанные выше уравнения предполагают что, механическая скорость проходки (Vnp) бурильной колонны пренебрежимо мала по сравнению с расстоянием «d». В большинстве случаев это предположение обеспечивает хорошие результаты. Тем не менее, как было отмечено выше, способы настоящего изобретения могут быть адаптированы для учета механической скорости проходки бурильной колонны в тех случаях, когда ее нельзя игнорировать.
Механическая скорость проходки может быть учтена посредством уменьшения расстояния между импульсным генератором нейтронов и детектором гамма-излучения на расстояние, проходимое бурильной колонной в процессе измерения времени пробега. Расстояние, проходимое бурильной колонной, равно механической скорости проходки, умноженной на время пробега. Таким образом, уравнение 1 может быть переписано с учетом механической скорости проходки:
где Vnp есть механическая скорость проходки, d есть расстояние между импульсным генератором нейтронов и детектором гамма-излучения, t есть время пробега и Vp есть скорость потока бурового раствора. Подобным образом уравнения 2-4 могут быть адаптированы для учета механической скорости проходки путем замены d на расстояние d-(Vnp×t).
Способ в соответствии с настоящим изобретением также может быть использован в нисходящем направлении, то есть когда буровой раствор двигается вниз по бурильной колонне. Как было описано выше, буровой раствор в желобе для бурового раствора активируется в момент прохождения через зону 11 активации около импульсного генератора 6 нейтронов. Импульсный генератор нейтронов может быть выключен, и результирующее уменьшение активации может быть обнаружено детектором гамма-излучения (не показан), расположенным ниже импульсного генератора 6 нейтронов в инструменте 3. Хотя в этой реализации детектор гамма-излучения должен быть расположен ниже импульсного генератора нейтронов в бурильной колонне, устройство и способы изобретения, описанные выше, не будут как либо еще изменены.
Определение времени пробега бурового раствора в бурильной колонне может быть использовано для калибровки свойств бурового раствора по скважинным условиям. Например, так как внутренний объем желоба для бурового раствора известен, время пробега может быть использовано для получения сжимаемости бурового раствора при данных скважинных условиях. Таким образом, приведенное выше вычисление скорости бурового раствора может использовать эту экспериментально определенную сжимаемость бурового раствора вместо того, чтобы предполагать, что раствор несжимаем.
Хотя настоящее изобретение было описано на примере ограниченного количества реализаций, специалисту в данной области техники, использующему преимущества настоящего раскрытия, должно быть понятно, что могут быть разработаны другие реализации, не выходящие за пределы объема раскрытого здесь изобретения. Например, хотя с целью иллюстрации была рассмотрена активация с использованием импульсного генератора нейтронов, любое устройство активации может быть использовано в пределах объема изобретения. Соответственно объем изобретения ограничивается только нижеследующей формулой.
Claims (18)
1. Способ для определения скважинных параметров в окружающей среде, включающий следующие этапы:
активация при помощи устройства (6) активации бурового раствора, протекающего через устройство активации;
выключение устройства (6) активации на время, достаточное для создания неактивированной порции бурового раствора;
обнаружение неактивированой порции бурового раствора на известном расстоянии (d) от устройства (6) активации;
определение времени пробега (t), требующееся неактивированной порции бурового раствора для прохождения расстояния (d).
2. Способ по п.1, дополнительно включающий вычисление скорости бурового раствора по времени пробега (t) и известному расстоянию (d).
3. Способ по п.2, в котором вычисление скорости потока включает использование поправки на механическую скорость бурения.
4. Способ по п.1, дополнительно включающий этап вычисления объема скважины на расстоянии (d) с использованием известной объемной скорости потока на поверхности.
5. Способ по п.4, дополнительно включающий этап вычисления диаметра скважины по объему скважины.
6. Способ по п.1, дополнительно включающий этап вычисления скважинной объемной скорости потока по времени пробега (t) и известному объему скважины.
7. Способ по любому из пп.1-6, который выполняется с использованием скважинного инструмента для каротажа в процессе бурения.
8. Способ по любому из пп.1-6, в котором раствор, протекающий через устройство активации, течет в направлении поверхности.
9. Способ по любому из пп.1-6, в котором обнаружение неактивированной порции бурового раствора осуществляется с использованием детектора гамма-излучения, расположенного в бурильной колонне на расстоянии d от устройства активации.
10. Способ по п.1, в котором расстояние d выбирается так, чтобы неактивированная порция бурового раствора обнаруживалась в пределах 30 с после ее прохождения через устройство активации.
11. Способ по любому из пп.1-6, в котором буровой раствор, протекающий через устройство активации, протекает наружу инструмента.
12. Инструмент для определения скважинных параметров в окружающей среде, приспособленный для размещения в бурильной колонне и содержащий устройство (6) активации и детектор (7) гамма-излучения, отстоящие друг от друга по оси бурильной колонны на расстояние d, схему управления для выключения устройства (6) активации на время, достаточное для создания неактивированной порции бурового раствора, обтекающего через устройство, и процессор (17), соединенный с детектором (7) гамма-излучения, для определения, когда неактивированная порция бурового раствора обтекает детектор (7) гамма-излучения.
13. Инструмент по п.12, в котором средство обработки приспособлено для определения времени пробега (t), требующееся неактивированной порции бурового раствора для прохождения расстояния (d).
14. Инструмент по п.13, в котором средство обработки приспособлено для вычисления скорости бурового раствора по времени пробега (t) и известному расстоянию (d).
15. Инструмент по п.13, в котором средство обработки приспособлено для вычисления объема скважины на расстоянии (d) с использованием известной объемной скорости потока на поверхности.
16. Инструмент по п.13, в котором средство обработки приспособлено для вычисления диаметра скважины по объему скважины.
17. Инструмент по п.13, в котором средство обработки приспособлено для вычисления скважинной объемной скорости потока по времени пробега (t) и известному объему скважины.
18. Инструмент по любому из пп.12-17, содержащий скважинный инструмент для каротажа в процессе бурения.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP02293280A EP1435430B1 (en) | 2002-12-31 | 2002-12-31 | Measuring mud flow velocity using pulsed neutrons |
| EP02293280.0 | 2002-12-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005124268A RU2005124268A (ru) | 2006-01-27 |
| RU2325522C2 true RU2325522C2 (ru) | 2008-05-27 |
Family
ID=32479833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005124268/03A RU2325522C2 (ru) | 2002-12-31 | 2003-11-21 | Измерение скорости потока бурового раствора при помощи импульсных нейтронов |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7669468B2 (ru) |
| EP (1) | EP1435430B1 (ru) |
| AT (1) | ATE358226T1 (ru) |
| AU (1) | AU2003288150A1 (ru) |
| DE (1) | DE60219185D1 (ru) |
| RU (1) | RU2325522C2 (ru) |
| WO (1) | WO2004059125A1 (ru) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2399111B (en) * | 2003-03-07 | 2005-10-05 | Schlumberger Holdings | Methods for detecting while drilling underbalanced the presence and depth of water produced from the formation and for measuring parameters related thereto |
| US7186971B2 (en) * | 2004-06-29 | 2007-03-06 | Baker Hughes Incorporated | Flowshot technique |
| US20080156532A1 (en) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Zamfes Konstandinos S | Flow density tool |
| GB2445159B (en) * | 2006-12-23 | 2009-11-18 | Schlumberger Holdings | Methods and systems for determining mud flow velocity from measurement of an amplitude of an artificially induced radiation |
| EP2388624A3 (en) * | 2008-06-27 | 2011-12-07 | Services Petroliers Schlumberger (SPS) | Determining downhole fluid flow |
| BRPI0918479A2 (pt) | 2008-09-15 | 2016-02-16 | Bp Corp North America Inc | métodos de uso de medições distribuídas para determinar o tamanho de poço não revestido, de detecção de poço não revestido fora de calibre e de rastreamento de tampão químico pelo uso de medições distribuídas e sistema de computador |
| US7950451B2 (en) * | 2009-04-10 | 2011-05-31 | Bp Corporation North America Inc. | Annulus mud flow rate measurement while drilling and use thereof to detect well dysfunction |
| US20140130591A1 (en) | 2011-06-13 | 2014-05-15 | Schlumberger Technology Corporation | Methods and Apparatus for Determining Downhole Parameters |
| US9268055B2 (en) | 2011-12-30 | 2016-02-23 | Schlumberger Technology Corporation | Well-logging apparatus including azimuthally spaced radiation detectors |
| US9599743B2 (en) | 2015-04-29 | 2017-03-21 | Baker Hughes Incorporated | Density measurements using detectors on a pulsed neutron measurement platform |
| CN108194076B (zh) * | 2017-12-27 | 2021-03-26 | 中国石油天然气股份有限公司 | 双向脉冲中子氧活化测井仪标定解释方法、装置和图版 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3691378A (en) * | 1970-06-26 | 1972-09-12 | Dresser Ind | Simultaneous pulsed neutron well logging |
| US4233508A (en) * | 1978-12-18 | 1980-11-11 | Texaco Inc. | Water injection profiling |
| US5219518A (en) * | 1989-10-02 | 1993-06-15 | Schlumberger Technology Corporation | Nuclear oxygen activation method and apparatus for detecting and quantifying water flow |
| US5404752A (en) * | 1993-09-28 | 1995-04-11 | Western Atlas International, Inc. | Method for measuring the velocity of water flow through nested conduits |
| CA2133286C (en) * | 1993-09-30 | 2005-08-09 | Gordon Moake | Apparatus and method for measuring a borehole |
| US5486695A (en) * | 1994-03-29 | 1996-01-23 | Halliburton Company | Standoff compensation for nuclear logging while drilling systems |
| US5440118A (en) | 1994-03-31 | 1995-08-08 | Schlumberger Technology Corporation | Methods and apparatus for determining formation lithology by gamma ray spectroscopy |
| US5539225A (en) | 1994-09-16 | 1996-07-23 | Schlumberger Technology Corporation | Accelerator-based methods and apparatus for measurement-while-drilling |
| US5786595A (en) | 1996-03-29 | 1998-07-28 | Schlumberger Technology Corporation | Method for estimating lithological fractions using nuclear spectroscopy measurements |
-
2002
- 2002-12-31 AT AT02293280T patent/ATE358226T1/de not_active IP Right Cessation
- 2002-12-31 DE DE60219185T patent/DE60219185D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-12-31 EP EP02293280A patent/EP1435430B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2003
- 2003-11-21 WO PCT/EP2003/013142 patent/WO2004059125A1/en not_active Application Discontinuation
- 2003-11-21 US US10/539,465 patent/US7669468B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-11-21 RU RU2005124268/03A patent/RU2325522C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2003-11-21 AU AU2003288150A patent/AU2003288150A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ATE358226T1 (de) | 2007-04-15 |
| RU2005124268A (ru) | 2006-01-27 |
| AU2003288150A1 (en) | 2004-07-22 |
| EP1435430B1 (en) | 2007-03-28 |
| WO2004059125A1 (en) | 2004-07-15 |
| US7669468B2 (en) | 2010-03-02 |
| EP1435430A1 (en) | 2004-07-07 |
| US20060254350A1 (en) | 2006-11-16 |
| DE60219185D1 (de) | 2007-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8143570B2 (en) | Method and apparatus for detecting while drilling underbalanced the presence and depth of water produced from the formation | |
| US8510051B2 (en) | Systems and methods for evaluating formations having unknown or mixed salinity | |
| US8695728B2 (en) | Formation evaluation using a bit-based active radiation source and a gamma ray detector | |
| US7253402B2 (en) | Apparatus and method for determining thermal neutron capture cross section of a subsurface formation from a borehole using multiple detectors | |
| US8440960B2 (en) | Salt concentration logging systems and methods | |
| US20080156977A1 (en) | Methods and systems for determining mud flow velocity from measurement of an amplitude of an artificially induced radiation | |
| US9952348B2 (en) | Compensated sigma from measurements made by a pulsed neutron instrument | |
| US9341737B2 (en) | Measuring total, epithermal and thermal neutron formation porosities with one single set of neutron detectors and a pulsed neutron generator | |
| US11125082B2 (en) | Systems and methods for monitoring changes in a formation while dynamically flowing fluids | |
| BRPI0619912B1 (pt) | Method and apparatus for detecting the presence of the second flood of terrestrial formation in purification of well containing first fluid and computer legible media | |
| US7186971B2 (en) | Flowshot technique | |
| RU2325522C2 (ru) | Измерение скорости потока бурового раствора при помощи импульсных нейтронов | |
| CA1257405A (en) | Method and apparatus for determining true formation porosity from measurement-while-drilling neutron porosity measurement devices | |
| EP4141216B1 (en) | Method for wellbore ranging and proximity detection | |
| US20160047941A1 (en) | Gamma ray measurement quality control | |
| NO346238B1 (no) | Apparat og fremgangsmåte for bestemmelse av undergrunnens densitet utført ved bruk av radioaktive kilder og sensorer på mer enn ett sted |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151122 |