RU2327192C1 - Скважинный прибор для определения плотности пласта (варианты) - Google Patents

Abstract

Использование: для определения плотности пласта. Сущность: заключается в том, что скважинный прибор для определения плотности пласта содержит корпус, в котором установлен контейнер с источником гамма-излучения и, по меньшей мере, один детектор отраженного гамма-излучения, при этом в одном случае корпус выполнен с возможностью расположения контейнера с источником гамма-излучения в центре ствола скважины и содержит кольцевую щель, проницаемую для гамма-излучения, в другом случае источник гамма-излучения выполнен сфокусированным и установлен на вращающейся головке, а в третьем случае источник гамма-излучения выполнен кольцевым и расположен вокруг корпуса. Технический результат: обеспечение возможности получения информации о структуре геологических пластов вокруг скважины. 3 н. и 21 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к области геофизических приборов, применяемых при исследовании строения Земли, а именно приборов, применяемых при гамма-каротаже, и может быть использовано при анализе структуры геологических пластов вокруг скважины, а именно плотности пласта.

Изображения скважины могут быть получены либо с использованием приборов, спускаемых в скважину на канате, либо с использованием приборов, спускаемых в скважину на облегченных бурильных трубах.

Изображения скважины, полученные с использованием электрических полей, являются наиболее распространенными. В этом случае можно использовать различные каротажные приборы, предпочтительно способные работать в буровых растворах на водной основе. Их можно перемещать на канате (например, SLB FMI) или на колонне облегченных бурильных труб (например, SLB RAB). Некоторые специальные каротажные приборы позволяют получать изображения в скважине, заполненной буровым раствором на углеводородной основе (например, SLB OBMI).

Изображения скважины, полученные с использованием ультразвуковых колебаний, также могут быть получены с помощью приборов, спускаемых в скважину на облегченных бурильных трубах (например, ультразвуковые исследования SLB A.D.N) или с помощью приборов, спускаемых в скважину на канате (например, SLB UBI). Следует отметить, что ультразвуковые волны сильно ослаблены, когда в скважине присутствует газ. Необходимо также отметить, что буровые растворы на углеводородной основе обладают очень сильным поглощением. Это ограничивает диапазон величин зазора между каротажным прибором и стенкой скважины, который может перекрывать прибор.

Характеристики плотности прискважинного пласта могут быть получены с использованием некоторых приборов для плотностного каротажа, в которых используется гамма-излучение, спускаемых в скважину на облегченных бурильных трубах (например, LWD A.D.N.). В таком приборе источник гамма-излучения и детекторы смещены из центра прибора к периферии. Измерение плотности сильно сфокусировано по азимуту. При вращении прибора во время бурения измерение плотности сканирует всю окружность ствола скважины. При правильной синхронизации показаний с угловой координатой можно получить карту измеренной плотности пласта по азимуту и по глубине. Это позволяет получить изображение плотности ствола скважины. Разрешающая способность такого изображения ограничена в пространстве.

Заявителю не известны приборы гамма-каротажа, специально предназначенные для определения плотности прискважинных пластов.

Известно (SU, авторское свидетельство 1364704) устройство для контроля качества цементирования обсадных труб большого диаметра. Известное устройство содержит корпус, измерительные блоки, вращающиеся соосно относительно корпуса, узел электрической связи между измерительными блоками и механизм вращения блоков.

Недостатком известного устройства следует признать низкую точность измерений.

Известно также (RU, патент 2073896) устройство для гамма-каротажа наклонных и горизонтальных скважин, содержащее гамма-поглощающий экран, имеющий возможность свободного осевого вращения, внутри которого размещены источник гамма-излучения в контейнере и детекторы гамма-излучения, расположенные внутри герметичного корпуса, односторонне направленные коллимационные каналы, выполненные в гамма-поглощающем экране напротив источника и детекторов гамма-излучения, причем гамма-поглощающий экран выполнен асимметричным со смещением центра тяжести в сторону коллимационных каналов источника гамма-излучения и детектора гамма-излучения.

Недостатком известного устройства следует признать невысокую точность результатов, получаемых при характеристике состояния прискважинных пластов.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения можно признать (SU, авторское свидетельство 1653437) устройство для гамма-каротажа скважин. Известное устройство содержит герметичный цилиндрический корпус, внутри которого размещены источник гамма-излучения и детекторы гамма-излучения, а на корпусе установлен гамма-поглощающий экран, в котором выполнены односторонне направленные коллимационные каналы источника гамма-излучения и детекторов гамма-излучения, кроме того, устройство содержит прижимную систему. Гамма-поглощающий экран установлен на корпусе с возможностью свободного осевого вращения корпуса и экрана относительно друг друга, прижимная система закреплена на экране со стороны, противоположной коллимационным каналам источника гамма-излучения и детекторов гамма-излучения, а в цилиндрическом корпусе источник гамма-излучения и детекторы гамма-излучения установлены с возможностью обеспечения 4π геометрии.

Недостатком известного устройства можно признать неприменимость известного устройства для получения информации о плотности прискважинного пласта.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого технического решения, состоит в разработке приборов для гамма-каротажа, пригодных для получения информации о прискважинных пластах.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого технического решения, состоит в обеспечении возможности получения информации о структуре геологических пластов вокруг скважины.

Для достижения указанного технического результата по первому из вариантов предложено использовать скважинный прибор для определения плотности пласта, содержащий корпус, по вертикальной оси которого установлен контейнер с источником гамма-излучения и, по меньшей мере, один детектор отраженного гамма-излучения, причем корпус выполнен с возможностью расположения контейнера с источником гамма-излучения в центре ствола скважины, при этом корпус содержит кольцевую щель, проницаемую для гамма-излучения. В данном варианте реализации предложенного устройства использовано, с одной стороны, центральное расположение источника гамма-излучения и, с другой стороны, равномерное распределение гамма-излучения через кольцевую щель. Центральное расположение источника гамма-излучения может быть обеспечено различными способами. Так, в частности, дополнительно на корпусе прибора может быть закреплено кольцо из упругого деформируемого материала (предпочтительно полипропилена или полистирола), причем диаметр кольца равен диаметру трубы скважины, а корпус расположен на равном удалении от всех точек кольца. Кольцо под действием массы корпуса, выполненного из тяжелого металла (вольфрам, свинец), скользит по внутренней поверхности скважины. Корпус, соединенный с кольцом радиально расположенными стержнями, выполненными из того же полимера, всегда находится практически на вертикальной оси скважины. Небольшая деформация скважины приводит к соответствующей деформации кольца, при этом корпус прибора все равно остается практически на линии вертикальной оси скважины. Аналогично корпус будет находиться на вертикальной оси скважины и в том случае, когда дополнительно на корпусе прибора будут закреплены стержни, ориентированные в радиальном направлении относительно вертикальной оси корпуса, причем указанные стержни выполнены из упругого деформируемого материала, а диаметр окружности, проведенной через окончания стержней, расположенных в одной плоскости, перпендикулярной указанной вертикальной оси корпуса, равен диаметру трубы скважины. Принцип центрирующего действия указанных стержней практически идентичен действию кольца. Возможно использование и других центрирующих корпус приспособлений.

Кольцевая щель в корпусе может быть выполнена в виде полосы, изготовленной из материала, проницаемого для гамма-излучения (алюминия, цинка, полимера) и закрепленной в корпусе, а также в виде свободного пространства в корпусе, в котором расположены элементы, соединяющие верхнюю и нижнюю части корпуса. Крепление полосы в корпусе может быть осуществлено любым известным способом. Гамма-излучение будет практически без задержки проходить через указанную кольцевую щель. В случае использования полосы из полимера или взаимодействующего со скважинной жидкостью металла желательно дополнительно закрыть снаружи кольцевую щель полосой, изготовленной из материала, прозрачного для гамма-излучения и инертного к действию скважинкой жидкости. Для уменьшения рассеяния и поглощения гамма-излучения внутри корпуса желательно корпус вакуумировать. Для защиты корпуса с кольцевой щелью от действия скважинной жидкости без потери энергии гамма-излучения корпус может быть дополнительно помещен в кожух, выполненный из материала, проницаемого для гамма-излучения.

Указанный технический результат может быть достигнут также и при использовании скважинного прибора для определения плотности пласта, содержащего корпус, в котором установлен контейнер с источником гамма-излучения и, по меньшей мере, один детектор отраженного гамма-излучения, причем источник гамма-излучения выполнен сфокусированным и установлен на вращающейся головке. В этом варианте реализации однородное распределение гамма-излучения в радиальном направлении к пласту обеспечено посредством вращающегося сфокусированного источника излучения, находящегося в стволе скважины. После одного полного поворота вращающегося источника излучения при постоянной скорости распределение энергии становится однородным для всех азимутов. Для получения высокой интенсивности радиации и обеспечения более эффективного использования приемников излучения можно использовать несколько источников излучения, установленных на вращающейся головке под разными азимутами. Может быть предложено несколько конструкций вращающейся головки: контейнер, в котором находится источник излучения и фокусирующий экран, вращается вокруг своей собственной оси, которая совпадает с осью ствола скважины; контейнер с источником излучения и с экраном, задерживающим излучения по направлению оси, располагается в центре прибора, который расположен в центре ствола скважины. Полый цилиндр с крыльями вращается вокруг контейнера, в котором находится источник излучения. Это вращающееся устройство (и крылья) изготовлены из тяжелых материалов и имеет отверстие для сфокусированного прохождения гамма-лучей. Эти отверстия проходят через крылья, поэтому гамма-лучи могут проходить к пласту с минимальным ослаблением. Эти крылья обеспечивают возможность рециркуляции находящейся в скважине жидкости при перемещении каротажного прибора в скважине. Контейнер может быть также расположен эксцентрично по отношению к оси вращения и вращаться так, что его центр находится на одном и том же расстоянии от оси вращения (которая обычно совпадает с осью ствола скважины) или контейнер может быть расположен эксцентрично по отношению к оси вращения и вращаться так, что его внешняя поверхность находится на небольшом постоянном расстоянии от пласта (радиус вращения адаптирован к геометрии скважины). Кроме того, может вращаться таким образом, что его внешняя поверхность находится напротив пласта. В предпочтительном варианте реализации прибора детекторы отцентрованы по отношению к источнику гамма-излучения в азимутальных направлениях, при этом желательно, чтобы были использованы детекторы с азимутальным углом ±25°. В наиболее предпочтительном варианте реализации прибора контейнер содержит более одного окна выхода гамма-излучения.

Также указанный технический результат может быть достигнут и при использовании скважинного прибора для определения плотности пласта, содержащего корпус, в котором установлен контейнер с источником гамма-излучения и, по меньшей мере, один детектор отраженного гамма-излучения, причем источник гамма-излучения выполнен кольцевым и расположен вокруг корпуса. Подобный вид прибора также даст равномерное распределение гамма-излучения по поверхности скважины. В одном из случаев реализации подобного варианта реализации прибора кольцевой источник гамма-излучения может быть закреплен в кольцевой канавке на внешней поверхности корпуса. В этом случае желательно, чтобы кольцевой источник гамма-излучения был закрыт снаружи слоем материала, прозрачного для гамма-излучения. Также кольцевой источник гамма-излучения может быть расположен внутри вакуумированного корпуса. При этом указанный корпус выполнен трехслойным, причем внутренний слой изготовлен из материала, который взаимодействует с заряженными частицами, второй слой сделан из материалов с высокой плотностью, при этом во втором слое выполнена кольцевая щель, предназначенная для прохода гамма-излучения, а внешний слой представляет собой тонкую стенку, изготовленную из прочного материала, устойчивого к действию скважинкой жидкости. Такая конструкция обладает следующими преимуществами:

- Минимальные потери первичного радиоактивного излучения в приборе.

- Высокая вероятность того, что первичное радиоактивное излучение достигнет слоя, расположенного на периферии вакуумной камеры, в котором происходит образование гамма-квантов.

- Гамма-лучи, образовавшиеся в этом слое, фокусируются на пласт с помощью обычного экранирования. Распространяющиеся к периферии прибора гамма-кванты проходят через кольцевую щель в экране, а затем распространяются в направлении пласта. По сравнению с обычным методом фокусировки, который используется в обычных приборах для измерения плотности, вероятность генерации направленного наружу гамма-излучения в предлагаемом приборе в три раза выше.

- Излучение, выходящее из прибора, имеет почти однородную плотность распределения.

- Плотность распределения проходящих через щель гамма-квантов может изменяться с помощью регулирования отклоняющего поля внутри вакуумной камеры. Это может оказаться полезным для получения вращающегося луча гамма-излучения, а также для распространения выходящего из прибора гамма-излучения в нужном направлении.

Во всех случаях реализации прибор может дополнительно содержать магнитную или электрическую системы, установленные с возможностью фокусировки гамма-излучения на пласт.

Загибание траектории частиц может быть обеспечено с использованием электрического поля. В самой простой конструкции электрическое поле высокой напряженности создается между ядерным источником частиц и цилиндрической стенкой вакуумной камеры таким образом, чтобы заряженные частицы притягивались цилиндрической стенкой вакуумной камеры (вблизи щели). В улучшенном варианте конструкции отклоняющее поле создается между тонкой проволокой, совпадающей с осью прибора и закрепленной между двумя плоскими гранями вакуумной камеры. В этом случае силовые линии электрического поля расположены так, что заряженные частицы, которые первоначально распространялись по направлению к плоским граням камеры, будут отклоняться сильнее, чем заряженные частицы, которые распространяются к цилиндрической стенке камеры. Могут быть добавлены кольцевые электроды, расположенные аксиально вблизи поверхности плоских граней вакуумной камеры, обеспечивающие оптимальное изгибание траекторий заряженных частиц к цилиндрической поверхности вакуумной камеры.

Загибание траектории заряженных частиц также может быть получено с помощью магнитного поля. Изгибание траектории частицы описывается известным законом электромагнетизма: Сила, действующая на частицу, равняется векторному произведению напряженности магнитного поля и скорости частицы, умноженному на заряд частицы. Это означает, что траектория частиц загибается вследствие силы, направленной перпендикулярно плоскости, в которой лежат вектора напряженности магнитного поля и скорости частицы. При реализации указанной конструкции прибора желательно создавать магнитное поле, направленное перпендикулярно азимутальной плоскости. При этом частица теоретически должна совершать круговое движение. Траектория частицы может быть аппроксимирована последовательностью хорд. Необходимо также отметить, что направления магнитных потоков вблизи верхней и нижней граней вакуумной камеры должны быть взаимно противоположны, а действующая на частицу магнитная сила в плоскости, расположенной посредине между двумя плоскими гранями камеры, должна быть равна нулю. Другими словами, величина магнитного потока должна зависеть от координаты Z и должна возрастать по мере приближения к плоским граням камеры, обеспечивая при этом вращение частиц по обе стороны от плоскости, расположенной посредине между двумя плоскими гранями камеры, в противоположных направлениях.

Источник гамма-излучения расположен в точке с координатами Z=0/R=0 (R и α - это цилиндрические координаты в плоскости, перпендикулярной оси прибора/ствола скважины). При такой конфигурации магнитного поля на заряженные частицы будет действовать следующая сила:

- Когда частицы быстро перемещаются в горизонтальной плоскости (Z=0), никакой силы нет. Частицы продолжают двигаться по радиусу к щели.

- Когда частицы распространяются по направлению к плоским граням вакуумной камеры под углом γ к оси Z, то они приобретают ускорение в радиальном направлении и их траектория загибается в плоскости радиус - ось Z. Угол γ увеличивается настолько, что частица может пересечь плоскость источник излучения - щель и начать перемещение по направлению к противоположной плоской грани вакуумной камеры в поле с противоположным направлением. В этом случае траектория движения частицы загибается в противоположном направлении. Это означает, что частица перемещается к щели по изменяющейся траектории.

Амплитуда кольцевого поля оптимизирована по координатам (Z, R):

- Для каждого значения R магнитный поток является максимальным вблизи плоских граней вакуумной камеры (координата Z, соответствующая плоской грани камеры) и равна нулю при Z=0.

- Для каждого значения R (значение Z постоянно) магнитный поток математически оптимизирован для сведения к минимуму изменений траектории частицы, которая движется по направлению к щели.

- Магнитный поток является симметричным относительно плоскости Z=0.

Кольцевое магнитное поле может быть получено с использованием протекания электрического тока в плоских гранях камеры в радиальном направлении. Практически это осуществлено с использованием намотки провода на тороидальный сердечник, изготовленный из неферромагнитного материала. Тороидальный сердечник должен иметь достаточно большую толщину, чтобы обеспечить большое расстояние между двумя "плоскими" поверхностями проволоки. Каждый направленный в радиальном направлении провод генерирует круговое магнитное поле, которое уменьшается по закону 1/L, где L - расстояние от данной точки до провода. Благодаря совокупности множества радиально расположенных проводов магнитно-силовые линии имеют вид почти непрерывной окружности. При использовании предлагаемой тороидальной катушки плотность радиального магнитного потока уменьшается с увеличением значения R (R = расстояние от центра прибора). Таким образом, магнитное поле уменьшается с увеличением расстояния R. Тороидальные катушки расположены вблизи каждой из двух плоских граней вакуумной камеры.

Суперпозиция поля в камере отвечает следующим требованиям:

- Для любого значения R магнитный поток =0 при Z=0 (в плоскости источник излучения/щель).

- Для любого значения R магнитный поток (R, Z плоской грани камеры) = максимальный поток (R, плоская грань камеры).

- На плоскости Z магнитный поток (R, координата Z плоской грани камеры) = магнитный поток (0, плоская грань камеры)/R.

- В точке (R, Z) магнитный поток = магнитный поток (0, координата Z цилиндрической поверхности камеры)/R{1/(координата Z плоской грани камеры - R)-1/(координата Z плоской грани камеры + R)}.

Если частицы отклоняются недостаточно сильно и входят внутрь тороидальной катушки, то на них воздействует сильный магнитный поток, в результате чего частицы возвращаются назад в центральную плоскость системы (находится за пределами катушки). Очень важно, чтобы катушка была как можно легче и имела минимальное поперечное сечение для того, чтобы частицы не поглощались материалом катушки. Сердечником катушки является вакуум, что устраняет поглощение частиц.

В более сложных конструкциях тороидальных катушек может быть предусмотрено нужное распределение плотности магнитного потока в радиальном направлении в плоскости обмотки. Это позволяет контролировать распределение магнитного потока по координате R. Это может быть использовано для того, чтобы оптимизировать вывод - поток частиц на кольцевую мишень и щель.

Желательно, чтобы магнитные поля, создаваемые двумя тороидальными катушками, были симметричны. Теоретически в системе с правильной геометрией и однородными свойствами материала ток в обмотках должен быть одинаковым. На практике для того чтобы выровнять поля, может потребоваться регулировка тока в обмотках. Также желательно, чтобы передачу электроэнергии с одной стороны по радиусу вакуумной камеры на другую осуществляли с обеспечением возможности взаимной нейтрализации магнитных полей, создаваемых током в подводящих проводах (входящий и выходящий токи). При отсутствии такой взаимной нейтрализации магнитных полей заряженные частицы будут приобретать круговое ускорение, что является нежелательным для работы данного устройства. В идеальном случае может быть использован коаксиальный кабель, проходящий вдоль оси прибора. Но поскольку источник излучения также расположен в центре корпуса, может потребоваться некоторый компромисс. Например, можно проложить коаксиальный кабель на периферии вакуумной камеры, предположив, что магнитный поток в этой области близок к нулю. Можно добиться некоторого улучшения, проложив по периферии камеры несколько коаксиальных кабелей, расположенных на одинаковых угловых расстояниях друг от друга. Следует также отметить, что толщина тороидальных катушек должна быть достаточно большой, чтобы ограничить влияние проводов на дальней грани (обратной стороне) тороидальной катушки. Для устранения влияния этих проводов в самом тороидальном сердечнике катушки должен содержаться экранирующий материал. Этот экранирующий материал должен заполнять только часть поперечного сечения тороидального сердечника.

По третьему варианту реализации предлагаемого прибора в случае использования вторичной эмиссии гамма-излучения необходимо применение отклоняющего поля.

Для этого желательно обеспечить в вакуумной камере непостоянное (и неоднородное) отклонение пучка частиц, обеспечивающее перемещение пучка частиц по кругу. При наличии такого вращающегося пучка частиц поток гамма-квантов снаружи прибора также будет вращающимся. Для оптимального использования данного метода могут быть использованы многополюсные излучатели (квадрупольная эмиссия гамма-излучения).

При использовании электростатической отклоняющей системы квазивращающийся пучок частиц может быть получен с использованием разделения кольцевого электрода на несколько сегментов. Электрическая отклоняющая система обеспечивает подачу напряжения для создания отклоняющего электрического поля на определенные сегменты кольцевого электрода для того, чтобы заряженные частицы притягивались к этому электроду. Если напряжение подают по очереди на расположенные друг за другом сегменты, то получается квазивращающийся радиальный пучок заряженных частиц. Следует отметить, что на неиспользуемые в данный момент сегменты можно подавать напряжение обратной полярности для того, чтобы отклонять от них заряженные частицы.

При использовании магнитной отклоняющей системы радиальный вращающийся пучок заряженных частиц может быть получен с использованием направленного по оси магнитного поля. Это поле будет отклонять траекторию заряженных частиц в плоскости фокусирующей щели. Такое отклонение будет предотвращать (или, по крайней мере, ослаблять) поток частиц, попадающих на кольцевую мишень в этой зоне. Радиальный вращающийся пучок заряженных частиц может быть получен с использованием подачи возбуждения на несколько катушек, расположенных по периферии вакуумной камеры (оси этих катушек должны быть параллельны оси прибора). В данном случае предпочтительно использовать симметричную отклоняющую систему, которая может быть реализована с использованием U-образных электромагнитов, расположенных в верхней и в нижней части камеры источника излучения. Следует отметить, что для того чтобы получить радиальный вращающийся пучок заряженных частиц, необходимо использовать несколько U-образных электромагнитов. Чтобы обеспечить нужный магнитный поток на полюсном наконечнике магнита, U-образные электромагниты не должны соединяться в их центрах.

Для получения изображений обычно используется несколько детекторов, расположенных на различных расстояниях от источника гамма-излучения. Это обеспечивает ускорение процесса получения изображения посредством обеспечения большого азимутального перекрывания. Наборы детекторов могут быть установлены либо внутри корпуса прибора, либо на башмаках, которые прижимаются к породе.

При этом могут использоваться следующие типы детекторов:

- сцинтилляционный кристалл с фотоумножителем,

- счетчик Гейгера,

- другие миниатюрные детекторы, чувствительные к ядерному излучению.

В случае использования набора детекторов, расположенных внутри корпуса прибора, детекторы устанавливают в разных азимутальных позициях в одной плоскости прибора. Азимутальное разрешение изображения может быть ограничено вследствие:

- использования ограниченного количества детекторов, так как длина окружности прибора сравнительно невелика;

- рассеяние в буровом растворе возвращающихся назад гамма-квантов снижает угловое разрешение.

Данная конструкция является более простой, так как вся измерительная система находится внутри корпуса прибора. Но в этом случае скорость измерения может быть ограничена из-за малого количества возвращающихся в прибор гамма-квантов. Для ослабления поглощения на пути возвращения в прибор гамма-квантов может использоваться устройство для удаления бурового раствора.

Это же устройство для удаления бурового раствора может быть снабжено радиально расположенными крыльями, изготовленными из тяжелых материалов, которые способствуют повышению азимутального разрешения изображения благодаря уменьшению рассеяния в самом устройстве для удаления бурового раствора.

Для уменьшения влияния бурового раствора на количество возвращаемых назад гамма-квантов детекторы могут быть установлены в башмаках, которые прижимаются к стенкам скважины. Конструкция с использованием башмаков (с установленными в них наборами детекторов) аналогична той, которая используется в приборах для получения изображения ствола скважины на основании электрических измерений (например, каротажные прибор Schlumberger FMI или OBMI).

В приборах, имеющих такую конструкцию, детекторы и/или связанная с ними электроника могут быть установлены в расположенной в башмаке камере, в которой может быть атмосферное давление или давление, равное давлению в скважине.

В приборах для получения изображения плотности могут быть использованы вращающиеся детекторы. В частности, данная конструкция дает хорошие результаты в том случае, если используют также вращающийся источник излучения. Также может быть использована конструкция, в которой прибор имеет секцию, в которой расположены сфокусированный источник излучения и детекторы (аналогичные тем, которые используют в обычном каротажном приборе, спускаемом в скважину на канате). Эта секция вращается и таким образом прибор за один оборот проходит по всей окружности ствола скважины. Процесс получения изображения в таком приборе аналогичен тому, который используется в приборе для получения изображения плотности Schlumberger LWD.

Известно, что стенки скважины обычно покрыты глинистой коркой, образовавшейся из бурового раствора. Эта глинистая корка часто содержит элементы, которые оказывают сильное влияние на поглощение и рассеяние гамма-излучения, в частности, барит и некоторые соли могут оказывать влияние на результаты измерений. Для компенсации подобных потерь гамма-излучения желательно использовать не менее двух детекторов, установленных на разных расстояниях от источника излучения (на малом и на большом расстоянии). В этом случае компенсация влияния глинистой корки происходит за счет того, что гамма-лучи, поступающие на один из детекторов, должны пройти через глинистую корку два раза и их прохождение через пласт зависит от расстояния между источником и детектором. Поэтому на гистограмме энергетического распределения гамма-квантов, полученной с помощью детектора, расположенного на большем расстоянии от источника излучения, низкоэнергетическая составляющая будет больше, чем на гистограмме, полученной с помощью детектора, расположенного на меньшем расстоянии от источника излучения, так как в первом случае длина пути прохождения гамма-лучей через пласт будет больше чем во втором. С использованием калибровки для прибора указанной конструкции, содержащей, по меньшей мере, два детектора, установленные на разном расстоянии от источника, можно устранить (или значительно уменьшить) влияние глинистой корки на стенках скважины.

Экспериментально установлено, что амплитуда средней части гистограммы, характеризующей количество событий (регистрации отраженных гамма-квантов) от их энергии выхода за пределы корпуса прибора, которая соответствует средним энергиям (приблизительно от 200 до 600 кэВ), сильно зависит от плотности внешней среды (пласта): чем выше плотность среды, тем меньше интегральная амплитуда гистограммы в этой части. По этой причине желательно использовать конструкцию устройства (скважинного прибора), которая за счет подбора источника гамма-излучения и/или ослабления энергии за счет материала щели обеспечивает начальную энергию гамма-квантов за пределами корпуса в интервале 200-600 кэВ.

Соотношение между интегральной амплитудой той части гистограммы, которая соответствует низким энергиям (около 100 кэВ), и интегральной амплитудой той части гистограммы, которая соответствует средним энергиям, позволяет выполнить оценку литологии и минерального состава пласта на основании эмпирических данных и численного моделирования.

Работа предлагаемого прибора аналогична работе известных приборов гамма-каротажа.

Использование предлагаемого прибора позволяет получить информацию о структуре геологических пластов вокруг скважины.

Claims (24)

1. Скважинный прибор для определения плотности пласта, содержащий корпус, в котором установлен контейнер с источником гамма-излучения и, по меньшей мере, один детектор отраженного гамма-излучения, отличающийся тем, что корпус выполнен с возможностью расположения контейнера с источником гамма-излучения в центре ствола скважины, при этом корпус содержит кольцевую щель, проницаемую для гамма-излучения.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно на корпусе прибора закреплено кольцо из упругого деформируемого материала, причем диаметр кольца равен диаметру трубы скважины, а корпус расположен на равном удалении от всех точек кольца.

3. Прибор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно на корпусе прибора закреплены стержни, ориентированные в радиальном направлении относительно вертикальной оси корпуса, причем стержни выполнены из упругого деформируемого материала, а диаметр окружности, проведенной через окончания стержней, расположенных в одной плоскости, перпендикулярной указанной вертикальной оси корпуса, равен диаметру трубы скважины.

4. Прибор по п.1, отличающийся тем, что кольцевая щель выполнена в виде полосы, изготовленной из материала, проницаемого для гамма-излучения и закрепленной в корпусе.

5. Прибор по п.1, отличающийся тем, что кольцевая щель выполнена в виде свободного пространства в корпусе, в котором расположены элементы, соединяющие верхнюю и нижнюю части корпуса.

6. Прибор по п.1, отличающийся тем, что кольцевая щель дополнительно снаружи закрыта полосой, изготовленной из материала, прозрачного для гамма-излучения.

7. Прибор по п.1, отличающийся тем, что корпус вакуумирован.

8. Прибор по п.1, отличающийся тем, что корпус дополнительно помещен в кожух, выполненный из материала, проницаемого для гамма-излучения.

9. Скважинный прибор для определения плотности пласта, содержащий корпус, в котором установлен контейнер с источником гамма-излучения и, по меньшей мере, один детектор отраженного гамма-излучения, отличающийся тем, что источник гамма-излучения выполнен сфокусированным и установлен на вращающейся головке.

10. Прибор по п.9, отличающийся тем, что он дополнительно содержит не менее одного сфокусированного источника гамма-излучения, размещенного в указанном контейнере, при этом все дополнительные источники установлены на той же вращающейся головке и ориентированы под различными азимутами.

11. Прибор по п.9, отличающийся тем, что он дополнительно содержит симметричный фокусирующий экран, причем контейнер с источником гамма-излучения и фокусирующий экран выполнены вращающимися вокруг собственной вертикальной оси.

12. Прибор по п.11, отличающийся тем, что вертикальная ось контейнера совпадает с вертикальной осью корпуса.

13. Прибор по п.9, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полый цилиндр с крыльями и, по меньшей мере, с одним отверстием для прохода гамма-излучения, выполненный с возможностью вращения вокруг контейнера и размещенный вокруг контейнера с источником гамма-излучения, причем цилиндр и крылья выполнены из материала, задерживающего гамма-излучение.

14. Прибор по п.13, отличающийся тем, что дополнительно в крыльях выполнены отверстия для прохода гамма-излучения.

15. Прибор по п.9, отличающийся тем, что контейнер установлен эксцентрично относительно оси вращения корпуса таким образом, что при вращении центр контейнера проходит по окружности вокруг оси ствола скважины.

16. Прибор по п.9, отличающийся тем, что контейнер установлен эксцентрично относительно оси вращения корпуса таким образом, что при вращении центр контейнера проходит на постоянном расстоянии от пласта.

17. Прибор по п.9, отличающийся тем, что детекторы отцентрованы по отношению к источнику гамма-излучения в азимутальных направлениях.

18. Прибор по п.17, отличающийся тем, что использованы детекторы с азимутальным углом ±25°.

19. Прибор по п.9, отличающийся тем, что контейнер содержит более одного окна выхода гамма-излучения.

20. Скважинный прибор для определения плотности пласта, содержащий корпус, в котором установлен контейнер с источником гамма-излучения и, по меньшей мере, один детектор отраженного гамма-излучения, отличающийся тем, что источник гамма-излучения выполнен кольцевым и расположен вокруг корпуса.

21. Прибор по п.20, отличающийся тем, что кольцевой источник гамма-излучения закреплен в кольцевой канавке на внешней поверхности корпуса.

22. Прибор по п.20, отличающийся тем, что кольцевой источник гамма-излучения закрыт снаружи слоем материала, прозрачного для гамма-излучения.

23. Прибор по п.20, отличающийся тем, что кольцевой источник гамма-излучения расположен внутри вакуумированного корпуса, выполненного трехслойным, причем внутренний слой изготовлен из материала, который взаимодействует с заряженными частицами, второй слой сделан из материалов с высокой плотностью, при этом во втором слое выполнена кольцевая щель, предназначенная для прохода гамма-излучения, а внешний слой представляет собой тонкую стенку, изготовленную из прочного материала, устойчивого к действию скважинной жидкости.

24. Прибор по п.20, отличающийся тем, что он дополнительно содержит магнитную или электрическую системы, установленные с возможностью фокусировки гамма-излучения на пласт.