專利名稱：井下伽馬射線檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地講，本發(fā)明涉及井眼伽馬射線測井。
背景技術(shù)：
在測井中，使用位于井眼內(nèi)的檢測器測量伽馬射線是一種常見的操作。
在諸如釷、鈾與鉀(Th，U，K)等地下材料衰變時發(fā)射天然伽馬射線，每種這些材料都發(fā)射由于發(fā)射各種能量的伽馬射線而產(chǎn)生的特征頻譜。在油氣資源探測中，測量天然伽馬射線尤其有用，這是因為人們認為單獨或混合地測量的Th，U，K聚集可以很好地指示先前不可得的、有關(guān)環(huán)繞井眼的地層中頁巖或粘土的存在、類型、以及體積的信息。
譜模式檢測器，即對伽馬射線能量敏感的檢測器，可以提供作為能量函數(shù)的伽馬射線頻譜。
可替換地，可以不鑒別能量地計數(shù)伽馬射線這種原始計數(shù)模式提供有關(guān)是否存在頁巖的有用信息。
另外，伽馬射線檢測器也可以檢測中子感生(neutron-induced)的伽馬射線。使用測井工具中的中子源以獲得環(huán)繞井眼的地層特征是公知的，特別對于測量地層孔隙度。
特定技術(shù)涉及使用諸如AmBe等化學源來提供中子以照射地層，從而可以檢測返回到井眼的散射中子，并且導出地層特征(孔隙率)。照射地層還可以從被激發(fā)原子衰變感生伽馬射線，該感應可以由伽馬射線檢測器檢測。
中子源可以是中子的電子發(fā)生器，其允許用大大高于由生成人們過去使用的AmBe源的中子的平均能量(4MeV)的能量(14MeV)的中子照射地層。結(jié)果，地層中原子核數(shù)目顯著增加，這些原子核蛻變?yōu)榉派湫栽亍?br> 具體地講，氧原子核可能轉(zhuǎn)換為氮原子核；放射性氮原子通過β衰變迅速衰變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)氧，其進而通過發(fā)射伽馬射線衰變。所發(fā)射的伽馬射線大部分具有大約6.1MeV的能量，其大大高于來自天然產(chǎn)生的放射性材料的伽馬射線。
伽馬射線檢測器也可以計數(shù)由伽馬射線發(fā)生器產(chǎn)生的伽馬感生的伽馬射線。伽馬射線發(fā)生器以能量相對較低例如600keV的伽馬射線照射地層。伽馬射線由地層中的電子散射，每次散射事件都丟失能量。因此，散射的伽馬射線也具有相對較低的能量，并且可以在伽馬射線檢測器處檢測，以提供有關(guān)環(huán)繞井眼的地層的信息。
放射性示蹤伽馬射線也可以在伽馬射線檢測器處檢測。放射性示蹤劑被注入地層和/或井眼，并且發(fā)射放射性示蹤伽馬射線。檢測放射性示蹤伽馬射線，并提供有關(guān)地層內(nèi)和/或套管(casing)后流體的可能行為的信息。
因此可能在井眼內(nèi)檢測來自多個源的伽馬射線。
在井眼的鉆挖操作過程中可以進行伽馬射線測井，從而盡早提供有關(guān)環(huán)繞井眼的被鉆孔部分的地層的信息。圖1顯示鉆挖同時測井的系統(tǒng)的例子的示意圖。鉆挖同時測井工具108包含鉆柱端部的鉆頭101。鉆柱103用來鉆挖井眼102。測井工具(104，105，109)安裝在鉆柱103內(nèi)，從而允許將鉆探泥漿通過泥漿通道106運送。鉆探泥漿向下泵至鉆頭101，在那里其有助于清理鉆屑并將其通過鉆柱103與地層107之間的環(huán)面帶至地表。
測井工具(104，105，109)之一可包含中子發(fā)生器104，其以高能中子照射地層107，從而提供的地層107的孔隙率的測圖。伽馬射線檢測器109可以靠近中子發(fā)生器配置，以測量由所生成的中子感生的伽馬射線。
另外，伽馬射線檢測器105可以測量地層107的天然中子放射性。意在測量天然中子放射性的伽馬射線檢測器105也可能檢測由伽馬射線感生源(例如中子發(fā)生器104)產(chǎn)生的伽馬射線。
在美國專利5459314中描述了對于意在檢測伽馬感生的伽馬射線的檢測器的校正方法。密度源(density source)用伽馬射線照射地層，伽馬射線與地層相互作用，并在地層或井眼內(nèi)散射之后檢測。意在檢測散射伽馬射線的檢測器也可能檢測與由密度源發(fā)射的伽馬射線無關(guān)的、非伽馬感生的伽馬射線，即由另一測井工具源生成的伽馬射線或來自地層的天然伽馬射線。該校正方法包含識別并去除所檢測的非伽馬感生的伽馬射線。所述識別可以通過以下進行檢測在門限能量級之上的伽馬射線，并且確定非伽馬感生的伽馬射線的計數(shù)。然后，從總伽馬射線計數(shù)中減去非伽馬感生的伽馬射線的計數(shù)，以獲得來自密度源的伽馬射線計數(shù)。
伽馬射線檢測器的增益被定義為伽馬射線信號幅度與伽馬射線能量的比例。伽馬射線頻譜系統(tǒng)的增益可能作為伽馬射線檢測器的光電倍增器的高電壓、光電倍增器的老化、溫度等等的函數(shù)而變化。因此必須穩(wěn)定伽馬射線檢測器的增益。
一般用來穩(wěn)定增益的第一種方法包含生成具有預定能量的伽馬射線的峰值，即具有被明確定義的預定位置的校準峰值。因為已知校準峰值的預定能量，所以一旦在檢測器處檢測到峰值，調(diào)節(jié)增益使得校準峰值的所檢測的位置等于預定位置就相對容易了。此方法可以用基本檢測器與三個鑒別器來實現(xiàn)。然而當計數(shù)相關(guān)伽馬射線時，必須從所檢測的伽馬射線的總數(shù)中減去校準峰值的伽馬射線。因此，計數(shù)誤差可能相對較高。對于檢測計數(shù)率相對較低的天然伽馬射線放射性，如果使用第一種方法，則對相關(guān)伽馬射線的計數(shù)可能不夠精確。
在美國專利5360975中描述的第二種方法包含記錄完全伽馬射線頻譜，并且確定基準頻譜與所記錄的頻譜之間的最佳擬合。最佳擬合的增益用來調(diào)節(jié)伽馬射線檢測器的增益。該方法要求檢測器處于譜模式以獲得完全伽馬射線頻譜。
歐洲專利EP0640848描述了用于套管井中的第三種方法。第三種方法針對穩(wěn)定意在用來計數(shù)高能中子感生伽馬射線的檢測器的增益。高能中子發(fā)生器用高能中子照射套管與地層，其產(chǎn)生高能中子感生的伽馬射線與熱中子感生的伽馬射線。配備定時部件以獲得兩種伽馬射線的度量。因為套管包含鐵原子，所以在熱中子感生的伽馬射線的度量中總包含鐵峰值。因此，基于鐵峰值穩(wěn)定檢測器增益。一旦穩(wěn)定了增益，則認為高能中子感生的伽馬射線的度量正確。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供了一種穩(wěn)定用于井下測井工具的伽馬射線檢測器的增益方法。該方法基于對完全伽馬譜的反向散射峰值的處理。
在第一優(yōu)選實施方式中，該方法包含確定第一比率，第一比率相應于能量在第一預定能量范圍內(nèi)的伽馬射線。確定第二比率，第二比率相應于能量在第二預定能量范圍內(nèi)的伽馬射線。第一預定能量范圍與第二預定能量范圍跨越反向散射峰值。
在第二優(yōu)選實施方式中，調(diào)整增益，使得第一比率與第二比率的比例基本等于預定值。
在第三優(yōu)選實施方式中，調(diào)整增益，使得第一比率與乘以預定正系數(shù)的第二比率的差異基本等于零。
在第四優(yōu)選實施方式中，測量所檢測的反向散射峰值的重心位置。調(diào)整增益，使得測定的重心位置等于基準重心位置。
在第五優(yōu)選實施方式中，檢測器意在檢測來自環(huán)繞井眼的地層的天然伽馬射線。
在第六優(yōu)選實施方式中，伽馬射線感生源位于伽馬射線檢測器的附近。
在第七優(yōu)選實施方式中，檢測器意在檢測中子感生的伽馬射線。
在第二方面，本發(fā)明提供了一種穩(wěn)定用于井下測井工具的伽馬射線檢測器的增益的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含伽馬射線檢測器，用來檢測伽馬射線。所述系統(tǒng)還包含鑒別部件，其允許比較所檢測的伽馬射線的能量與至少三個調(diào)節(jié)門限。該三個調(diào)節(jié)門限位于完全伽馬譜的反向散射峰值的能量臨域。所述系統(tǒng)還包含調(diào)整部件，用來調(diào)整伽馬射線檢測器的增益。
在第八優(yōu)選實施方式中，鑒別部件允許確定第一比率與第二比率，第一比率與第二比率相應于能量分別在第一預定能量范圍與第二預定能量范圍內(nèi)的伽馬射線，第一預定能量范圍與第二預定能量范圍跨越反向散射峰值。
在第九優(yōu)選實施方式中，所述系統(tǒng)還包含計算部件，用來計算第一比率與第二比率的比例，并且比較該比例與預定值。
在第十優(yōu)選實施方式中，鑒別部件允許比較所檢測的伽馬射線的能量與相對較高數(shù)目的調(diào)節(jié)門限，以獲得完整譜。所述系統(tǒng)還包含計算部件，用來計算完整譜的所檢測的反向散射峰值的重心位置，以及比較所求得的重心位置與基準重心位置。
在第十一優(yōu)選實施方式中，伽馬射線檢測器位于鉆挖工具內(nèi)。所述伽馬射線檢測器意在檢測來自圍繞所鉆挖的井眼的地層的天然伽馬射線。
在第三方面，本發(fā)明提供了一種評定井眼內(nèi)天然伽馬射線放射性的方法。該方法包含確定范圍計數(shù)比率。該計數(shù)比率相應于能量在預定校正范圍內(nèi)的伽馬射線。根據(jù)所確定的范圍計數(shù)比率，計算校正計數(shù)比率，并且使用該校正計數(shù)比率來評定天然伽馬射線放射性。
在第十二優(yōu)選實施方式中，預定校正范圍在預定校正門限之上為半無限。
在第十三優(yōu)選實施方式中，測量總伽馬計數(shù)比率，該總伽馬計數(shù)比率相應于由檢測器檢測到的伽馬射線。從總伽馬計數(shù)比率中減去校正計數(shù)比率，以評定天然伽馬射線放射性。
在第十四優(yōu)選實施方式中，校正計數(shù)比率與預定范圍計數(shù)比率成正比。
在第十五優(yōu)選實施方式中，伽馬射線感生源位于井下所述系統(tǒng)附近。該伽馬射線感生源為高能中子發(fā)生器。
在第十六優(yōu)選實施方式中，對天然伽馬射線放射性的評定在井眼的鉆挖過程中進行。
在第十七優(yōu)選實施方式中，中子感生的伽馬射線是由于激活位于鉆探泥漿內(nèi)的氧原子造成的。
在第十八優(yōu)選實施方式中，穩(wěn)定伽馬射線檢測器的增益。
在第十九優(yōu)選實施方式中，確定第一比率，第一比率相應于能量在第一預定能量范圍內(nèi)的伽馬射線。確定第二比率，第二比率相應于能量在第二預定能量范圍內(nèi)的伽馬射線。調(diào)整所述增益，使得第一比率與第二比率的比例基本等于預定值。
在第二十優(yōu)選實施方式中，第一預定能量范圍與第二預定能量范圍跨越完全伽馬譜的反向散射峰值。
在第二十一優(yōu)選實施方式中，生成校準伽馬射線，校準伽馬射線的能量基本等于被明確定義的能量值。使用校準伽馬射線以穩(wěn)定伽馬射線檢測器的增益。
在第四方面，本發(fā)明提供了一種評定井眼內(nèi)天然伽馬射線放射性的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含位于井下的檢測器，用來檢測伽馬射線；至少一個鑒別器，用來允許確定范圍計數(shù)比率。范圍計數(shù)比率相應于能量在預定校正范圍之內(nèi)的伽馬射線。該系統(tǒng)還包含處理部件，用來根據(jù)預定范圍計數(shù)比率計算校正計數(shù)比率。校正計數(shù)比率用來評定天然伽馬射線放射性。
在第二十二優(yōu)選實施方式中，預定校正范圍在預定校正門限之上為半無限。
在第二十三優(yōu)選實施方式中，所述至少一個鑒別器允許確定第一比率與第二比率。第一比率與第二比率相應于能量分別在第一預定能量范圍與第二預定能量范圍內(nèi)的伽馬射線。所述系統(tǒng)還包含計算部件，用來計算第一比率與第二比率的比例，并且比較該比例與預定值。所述系統(tǒng)還包含調(diào)整部件，用來根據(jù)該比較的結(jié)果調(diào)整伽馬射線檢測器的增益。
在第二十四優(yōu)選實施方式中，伽馬射線感生源位于井下所述系統(tǒng)附近。該伽馬射線感生源為高能中子發(fā)生器。
在第二十五優(yōu)選實施方式中，所述檢測器位于鉆挖工具內(nèi)。
在第二十六優(yōu)選實施方式中，所述檢測器檢測中子感生的伽馬射線，該中子感生的伽馬射線是由于高能中子激活位于鉆探泥漿內(nèi)的氧原子造成的。
在第二十七優(yōu)選實施方式中，所述系統(tǒng)還包含位于伽馬射線檢測器晶體后側(cè)的護罩，用來減少對從后側(cè)來的伽馬射線的檢測。
在第二十八優(yōu)選實施方式中，所述系統(tǒng)還包含圍繞晶體的束套，該束套在晶體前側(cè)具有凹坑，該凹坑改進從前側(cè)來的伽馬射線的透射。
本發(fā)明的其他方面與優(yōu)點可從以下描述與權(quán)利要求中看出。


圖1包含現(xiàn)有的邊鉆挖邊側(cè)井工具的示意圖；圖2顯示用伽馬射線檢測器獲得的伽馬射線譜，該伽馬射線檢測器靠近邊鉆挖邊側(cè)井工具的泥漿通道放置；圖3包含顯示本發(fā)明示例的流程圖；圖4顯示完全伽馬射線譜的例子；圖5包含根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施方式的系統(tǒng)圖；圖6包含根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實施方式的系統(tǒng)圖；圖7包含顯示根據(jù)本發(fā)明的示例方法的流程圖；圖8包含根據(jù)本發(fā)明另一示例實施方式的系統(tǒng)圖；圖9包含根據(jù)本發(fā)明的側(cè)井工具的例子的示意圖；圖10包含根據(jù)本發(fā)明的護罩的例子的示意圖。
具體實施例方式
評定天然伽馬射線放射性可能需要穩(wěn)定伽馬射線檢測器。
所述穩(wěn)定可能例如通過譜模式檢測器進行，如在現(xiàn)有技術(shù)第二種方法中所述。
用于所述穩(wěn)定的另一例子使用現(xiàn)有技術(shù)的第三種方法。該檢測器意在用于檢測套管井中中子生成的伽馬射線。第三種方法還需要定時部件以分離高能中子感生的伽馬射線與熱中子感生的伽馬射線。
需要一種與現(xiàn)有技術(shù)第二或第三種方法相比相對較簡單同時不需要校準源或諸如套管等特定環(huán)境的方法。
如上所述，中子的電子發(fā)生器通過激發(fā)圍繞電子發(fā)生器的材料來感生高能伽馬射線放射性。當電子中子發(fā)生器靠近鉆挖同時測井工具上的泥漿通道時，鉆探泥漿中某些氧原子可能被激活。當鉆探泥漿被通過泥漿通道運載時，被激活的氧原子在特定距離上保持放射性。該距離取決于氧的激發(fā)原子的半衰期以及鉆探泥漿的速率。
而鉆探泥漿流速度足以使位于附近的伽馬射線檢測器檢測到來自被激活氧原子的伽馬射線放射性。在這種情況下，對被激活的氧原子的檢測產(chǎn)生了對于測量地層天然伽馬射線放射性，這不是我們所希望的背景。
圖2顯示利用位于鉆挖同時測井工具的泥漿通道之旁的NaI(T1)伽馬射線檢測器獲得的伽馬射線譜。泥漿流緊靠中子發(fā)生器通過，并且其某些氧原子可能被高能中子激活。然后，被激活的流體向伽馬射線檢測器行進。檢測器計數(shù)在放大后計數(shù)所有超過給定能量門限的伽馬射線，即來自天然放射的伽馬射線與來自被激活的氧原子的伽馬射線兩者。
這里提供利用伽馬射線檢測器觀察的四種不同的譜。每個檢測器通道的計數(shù)被繪制為以keV表示的伽馬射線能量的函數(shù)。當關(guān)閉中子發(fā)生器時，記錄第一譜201?？梢杂^察到662keV處的第一峰值202以及2615keV處的第二峰值203，其分別相應于銫源與弱釷源。在更高能量處，只能記錄天然背景204。
當打開中子發(fā)生器時，記錄第二譜205與第三譜206。然而，在記錄第三譜206時泥漿流體具有低速度，而在記錄第二譜205泥漿流體根本不具備速率。在這兩種情況下，與在譜201中的天然背景204相比，只觀察到在高于3000keV的能量處的輕微增加。當泥漿流體不流動時，被激活的氧原子不通過伽馬射線檢測器。在低流動速度上，被激活的氧原子在大大長于被激活原子的半衰期的時間之后到達伽馬射線檢測器。
當打開中子發(fā)生器并且鉆探泥漿的流動速率相對較高時，即被激活的氧原子在與其半衰期相比相對較短的時間之后通過伽馬射線檢測器并且在大約5100keV處生成峰值，記錄第四譜207。由此觀察到清晰的效果。當使用基本檢測器(即獨立于其能量，提供伽馬射線的原始計數(shù)的檢測器)來檢測天然伽馬射線時，該效果可能感生相對較高的誤差。
因此，需要一種允許在伽馬射線感生源位于檢測器附近的情況下評定井眼中天然伽馬射線放射性的方法。
檢測器增益的調(diào)節(jié)圖3提供顯示本發(fā)明例子的流程圖。配備用于井下測井工具的伽馬射線檢測器來檢測伽馬射線(301)。伽馬射線檢測器具有可能隨時間、溫度、或者高電壓變化的增益。根據(jù)本發(fā)明，通過使用基于對完全伽馬譜的反向散射峰值的處理的方法，可以穩(wěn)定增益。
圖4顯示完全伽馬譜的例子。反向散射峰值401由已經(jīng)通過與電子交互作用而丟失了能量的伽馬射線引起。因此反向散射峰值401的能量相對較低并相對穩(wěn)定。反向散射峰值401相對獨立于地層的密度與元素構(gòu)成。因此，可能基于反向散射峰值的穩(wěn)定性穩(wěn)定檢測器。
鑒別部件，例如鑒別器，允許將所檢測的伽馬射線與至少三個調(diào)節(jié)門限比較。這三個調(diào)節(jié)門限位于反向散射峰值的能量附加，即在相同能量范圍之內(nèi)。還提供了調(diào)整部件以調(diào)整伽馬射線檢測器的增益。
再次參照圖3，在第一優(yōu)選實施方式中，根據(jù)三個調(diào)節(jié)門限T1、T2、以及T3鑒別(303)所檢測的伽馬射線。鑒別器可以允許根據(jù)與調(diào)節(jié)門限T1、T2、以及T3的比較分離所檢測的伽馬射線。第一調(diào)節(jié)門限T1與第二調(diào)節(jié)門限T2定義第一預定能量范圍I1(圖4中顯示)。第二調(diào)節(jié)門限T2與第三調(diào)節(jié)門限T3定義第二預定能量范圍I2(圖4中顯示)。
調(diào)節(jié)門限T1、T2、以及T3具有的值使得第一預定能量范圍與第二預定能量范圍跨越完全伽馬射線譜的反向散射峰值401。調(diào)節(jié)門限的值可以是例如100keV、200keV、以及300keV，而反向散射峰值對于基本等于200keV的能量具有最大值。
確定相應于檢測到的伽馬射線的第一比率W1與第二比率W2(在圖3或圖4中未顯示)，該伽馬射線的能量分別在第一預定能量范圍I1與第二預定能量范圍I2之內(nèi)的。計算第一比率W1與第二比率W2的比例(304)。然后將該比例與預定值比較(305)。
根據(jù)比較結(jié)果，調(diào)整部件可以調(diào)整伽馬射線檢測器的增益，使得該比例基本等于預定值。該預定值可以等于單位值，或者由于反向散射峰值的非對稱形狀和/或第一能量范圍I1與第二能量范圍I2具有不同寬度而引起的另一值。
可替換地，可以計算第一比率W1與乘以預定正系數(shù)c的第二比率W2之間的差異?？梢哉{(diào)整增益使得該差異W1-cW2基本等于零。
一般地，通過調(diào)整施加到檢測器的光電倍增管的電壓HV來改變伽馬射線檢測器的增益。
使用調(diào)節(jié)環(huán)路穩(wěn)定伽馬射線檢測器。該調(diào)節(jié)環(huán)路允許在不用如現(xiàn)有技術(shù)中那樣提供校準源并記錄完全伽馬射線譜的情況下穩(wěn)定伽馬射線檢測器的增益。本發(fā)明的方法基于對反向散射峰值的處理，不需要定時部件來分離鐵峰值。
調(diào)整增益使得第一比率W1與第二比率W2的比例基本等于預定值，即相應于反向散射峰值401(參照圖4)，所檢測的伽馬射線的能量以第二調(diào)節(jié)門限T2為中心。一旦調(diào)節(jié)了增益，則陰影表面402與403的面積比例基本等于預定值。
圖5顯示根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施方式的系統(tǒng)的例子。伽馬射線檢測器501包含晶體505、光電倍增器507、以及放大器508。鑒別器502允許將所檢測的伽馬射線的能量與三個調(diào)節(jié)門限T1、T2、以及T3比較。調(diào)節(jié)門限位于完全伽馬射線譜的反向散射峰值附近。
相應于能量在第一調(diào)節(jié)門限T1與第二調(diào)節(jié)門限T2之間的伽馬射線的第一比率可以通過計算部件確定。類似地，相應于能量在第二調(diào)節(jié)門限T2與第三調(diào)節(jié)門限T3之間的伽馬射線的第二比率可以通過計算部件確定。計算部件還可以比較第一比率與第二比率。計算部件可以是相對較簡單的微處理器504。微處理器504可以與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(未顯示)相關(guān)聯(lián)。
調(diào)整部件，例如與數(shù)模轉(zhuǎn)換器(未顯示)相關(guān)聯(lián)的高電壓線或高電壓控制線609，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整光電倍增器的增益。
在第二優(yōu)選實施方式中，伽馬射線檢測器可以處于譜模式，并且因此，穩(wěn)定檢測器的方法可以包含測量所檢測的反向散射峰值的重心位置。然后，測定的重心位置與基準重心位置比較。根據(jù)比較結(jié)果，修改能量敏感檢測器的增益，例如通過調(diào)整光電倍增器的高電壓。
圖6顯示根據(jù)第二優(yōu)選實施方式的系統(tǒng)的例子。伽馬射線檢測器601包含晶體605、光電倍增器607、以及放大器608。在放大器608輸出處的輸出信號由模數(shù)轉(zhuǎn)換器613(ADC)數(shù)字化。鑒別部件，例如與存儲器612相關(guān)聯(lián)的數(shù)字積分器614，允許比較所檢測的伽馬射線的能量與相對較高數(shù)目n的調(diào)節(jié)門限。
一般地，數(shù)目n可以大于10，其中至少兩個門限位于完全伽馬譜的反向散射峰值的附近。存儲器602允許存儲完全譜，該完全譜使用相應于門限數(shù)目n的多個頻道采樣?？梢远x多個頻道(1，...，i，...，n-1)，每個頻道相應于兩個連續(xù)門限之間的能量范圍。對于每個頻道，可以在存儲器612中存儲多個計數(shù)Ni。
計算部件，例如數(shù)字信號處理器611(DSP)，可以計算完全譜的所檢測的反向散射峰值的重心位置Cen。例如，可以通過以下計算重心位置CenCen=Σi=C1C2i*NiΣi=C1C2Ni,]]>其中C1與C2分別表示反向散射峰值的下限與上限。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地在DSP611內(nèi)實現(xiàn)確定重心位置的算法的其他例子。
DSP611比較求得的Cen與基準重心位置。根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整光電倍增器的增益。調(diào)整部件，例如與高電壓或高電壓控制線609相關(guān)聯(lián)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器610，調(diào)整增益以提供基本等于基準重心位置的反向散射峰值重心位置度量。然后穩(wěn)定伽馬射線檢測器601。
該系統(tǒng)還可以包含總線，例如CAN總線615，用來發(fā)送數(shù)據(jù)或者接收命令。
與第一優(yōu)選實施方式相比，第二優(yōu)選實施方式可以提供更準確的伽馬射線檢測器增益調(diào)節(jié)。然而，其需要更復雜的鑒別部件與計算部件。
伽馬射線檢測器可以是用于井下測井裝置的、允許檢測伽馬射線的任何檢測器，例如意在檢測來自環(huán)繞井眼的地層的天然伽馬射線的伽馬射線檢測器。伽馬射線檢測器可以位于鉆挖工具、測井電纜工具(wireline tool)、或者光滑線(slickline)測井工具。伽馬射線檢測器也可以是意在檢測中子感生的伽馬射線、伽馬感生的伽馬射線、或者來自放射性示蹤劑的伽馬射線等等。
校正檢測器響應圖7為顯示根據(jù)本發(fā)明的、評定井眼內(nèi)天然伽馬射線放射性的示例方法的流程圖。伽馬射線檢測器檢測(701)伽馬射線。定義校正范圍并且確定相應于能量在校正范圍內(nèi)的伽馬射線的范圍計數(shù)比率。校正范圍可以在校正門限T4上為半無限；在這種情況下，配備鑒別器(702)。根據(jù)所確定的范圍計數(shù)比率來計算校正計數(shù)比例(703)，并且使用該范圍計數(shù)比率來評定(704)天然伽馬射線放射性。
該根據(jù)本發(fā)明的示例方法允許評定天然伽馬射線放射性，尤其是在伽馬射線感生源位于伽馬射線檢測器附近的情況下。一般地，伽馬射線感生源為高能中子發(fā)生器。然而，伽馬射線感生源也可以是注入環(huán)繞井眼的地層中的放射性示蹤劑、或者伽馬射線源、或者可以感生伽馬射線的任何其他源。
該根據(jù)本發(fā)明的方法可以用于邊鉆挖邊側(cè)井工具(logging whiledrilling tool)，該邊鉆挖邊側(cè)井工具包含泥漿通道，通過該通道鉆探泥漿被運送到鉆頭。鉆探泥漿可能包含氧原子，這些氧原子可能由高能中子激活并轉(zhuǎn)換為氮原子核；放射性氮原子衰變并發(fā)射中子感生的伽馬射線。根據(jù)鉆探泥漿的速率，意在檢測天然伽馬射線的伽馬射線檢測器可能還檢測中子感生的伽馬射線。
校正門限T4的可能值可以是3500keV。如圖2所示，大部分檢測高于3500keV的伽馬射線為中子感生的伽馬射線。
優(yōu)選地，通過穩(wěn)定檢測器來進行此類對檢測器響應的校正，即具有穩(wěn)定增益的檢測器。大家都知道增益可能隨施加到光電倍增管的高電壓、溫度、或者時間而變化。
可以通過各種方法進行所述穩(wěn)定?？梢允褂弥辽僖粋€鑒別器來允許確定第一比率W1與第二比率W2，第一比率W1與第二比率W2相應于能量分別在第一預定能量范圍與第二預定能量范圍之內(nèi)的伽馬射線。所述至少一個鑒別器可以根據(jù)與三個調(diào)節(jié)門限T1、T2、以及T3的比較分離所檢測的伽馬射線。調(diào)節(jié)門限T1、T2、以及T3定義第一預定能量范圍與第二預定能量范圍。調(diào)節(jié)門限T1、T2、以及T3可以位于完全伽馬射線譜的反向散射峰值(即相對穩(wěn)定的峰值)的能量臨域。該穩(wěn)定方法基于反向散射的穩(wěn)定性。
調(diào)節(jié)門限允許穩(wěn)定檢測器的增益?？赡苡嬎?705)第一比率W1與第二比率W2的比例。將該比例與預定值比較(706)，并且根據(jù)比較結(jié)果，一般通過調(diào)整(707)施加到光電倍增管的高電壓，調(diào)整檢測器的增益。
任何其他方法，不管是否基于對反向散射峰值的處理，都可以用來穩(wěn)定檢測器的增益。
圖8示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另一示例實施方式。伽馬射線檢測器801位于井眼內(nèi)。伽馬射線檢測器可以與鑒別器802相關(guān)聯(lián)，以允許確定范圍計數(shù)比率，范圍計數(shù)比率相應于能量在預定校正范圍內(nèi)的伽馬射線。校正范圍可以在預定校正門限T4上為半無限，即所確定的范圍計數(shù)比率相應于能量在預定校正門限T4之上的伽馬射線。范圍計數(shù)比率被發(fā)送給伽馬獲取單元803。處理部件804，例如微處理器，根據(jù)范圍計數(shù)比率計算校正計數(shù)比率。校正計數(shù)比率用來評定天然伽馬射線放射性。
檢測器801可以包含晶體805、光電倍增器807、放大器808、以及鑒別器802。鑒別器也可以是另一設(shè)備。
調(diào)整部件809，例如高電壓線或高電壓控制線，調(diào)整光電倍增器807的高電壓HV。因為檢測器801的增益依賴于高電壓HV，所以可以通過調(diào)整高電壓HV來穩(wěn)定增益。對于高電壓HV的調(diào)整取決于第一比率與第二比率的比例值。第一比率與第二比率分別相應于能量在第一預定能量范圍與第二預定能量范圍之內(nèi)的伽馬射線?？梢酝ㄟ^三個調(diào)節(jié)門限T1、T2、以及T3定義第一預定能量范圍與第二預定能量范圍。
在每個門限T1、T2、以及T3之上的計數(shù)比率被轉(zhuǎn)送給伽馬獲取單元803。計算部件806計算第一比率與第二比率的比例，并且比較該比例與預定值。調(diào)整部件809根據(jù)計算部件806處的比較結(jié)果調(diào)整增益。處理部件804計算校正計數(shù)比率，以用于評定天然伽馬射線放射性。在該進一步的示例實施方式中，計算部件806與處理部件804都在一個芯片上實現(xiàn)。確定相應于能量高于第一確定調(diào)節(jié)門限T1的伽馬射線的準總伽馬計數(shù)比率。通過從準總伽馬計數(shù)比率中減去校正計數(shù)比率，進行對天然伽馬射線放射性的評定。
在替換實施方式(未顯示)中，計算部件與處理部件為分別的設(shè)備?？梢酝ㄟ^校正總線將校正計數(shù)比率傳送給第三單元。也可以將準總伽馬計數(shù)比率傳送給該第三單元。通過從準總伽馬計數(shù)比率中減去校正計數(shù)比率，進行對天然伽馬射線放射性的評定。
在替換實施方式(未顯示)中，處理部件可以與計算部件通信，并且可以在處理部件處進行對天然伽馬射線放射性的評定。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還可以包含單步生成設(shè)備811。當在光電倍增管處檢測到光子時，生成脈沖。單步生成設(shè)備811在每個脈沖后生成死區(qū)時間，例如100μs。由此單步生成設(shè)備811允許防止在每個脈沖后的可能的人為脈沖。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式(未顯示)，該系統(tǒng)還可以包含校準源，即生成校準伽馬射線的伽馬射線源。校準伽馬射線的能量基本等于明確定義的能量值。結(jié)果的校準峰值用來調(diào)節(jié)檢測器的增益，而不是使用先前描述的實施方式中的反向散射峰值。然而，來自校準源的附加的計數(shù)比率可能不利地影響計數(shù)統(tǒng)計數(shù)字。
可以使用穩(wěn)定檢測器增益的任何其他方法。該根據(jù)進一步實施方式的方法允許使用通用伽馬射線檢測器。
圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的測井工具的示例橫截面。本發(fā)明的伽馬射線檢測器包含位于測井工具903內(nèi)的晶體901。晶體901由檢測器支體支持。為了提高檢測的方位角的調(diào)焦，在晶體901的后側(cè)安裝護罩902。該護罩可能感生減少從后側(cè)來的大量伽馬射線。
另外，測井工具903的束套906可以包含在晶體前側(cè)的凹坑904。該凹坑允許改進從前側(cè)來的伽馬射線的透射，并且增加對前側(cè)來的伽馬射線的檢測，這就提高了方位靈敏度。
護罩902與凹坑904在井眼的縱向方向上延伸通過晶體901的全長。
圖10顯示根據(jù)本發(fā)明的護罩的例子。該護罩可以阻擋從后側(cè)來的伽馬射線。為此目的，該護罩可以由吸收材料制成，例如鎢，或者其他任何高密度材料。該護罩可以具有適當?shù)暮穸萒，例如10毫米，以允許阻擋從后側(cè)來的伽馬射線。該護罩還允許衰減中子感生的伽馬射線或者任何其他伽馬射線。
該護罩與凹坑允許具有改進的方位角的調(diào)焦的度量。伽馬射線檢測的統(tǒng)計精確度與晶體的長度與直徑密切相關(guān)。大的晶體允許檢測更多的伽馬射線。然而，大晶體將為后護罩留下更小的空間，從而降低了方位角的調(diào)焦。
雖然針對有限數(shù)目的實施方式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了本說明書后應該理解可以設(shè)想不脫離此處所公開的發(fā)明范圍的其他實施方式。因此，本發(fā)明的范圍只應該由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)定用于井下測井工具的伽馬射線檢測器的增益的方法，所述方法基于對完全伽馬譜的反向散射峰值的處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包含確定第一比率，第一比率相應于能量在第一預定能量范圍內(nèi)的伽馬射線；確定第二比率，第二比率相應于能量在第二預定能量范圍內(nèi)的伽馬射線；其中第一預定能量范圍與第二預定能量范圍跨越反向散射峰值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，該方法還包含調(diào)整增益，使得第一比率與第二比率的比例基本等于預定值。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，該方法還包含調(diào)整增益，使得第一比率與乘以預定正系數(shù)的第二比率的差異基本等于零。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，該方法還包含測量所檢測的反向散射峰值的重心位置；調(diào)整增益，使得測定的重心位置等于基準重心位置。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述檢測器意在檢測來自環(huán)繞井眼的地層的天然伽馬射線。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中伽馬射線感生源位于伽馬射線檢測器的附近。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述檢測器意在檢測中子感生的伽馬射線。
9.一種穩(wěn)定用于井下測井工具的伽馬射線檢測器的增益的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含伽馬射線檢測器，用來檢測伽馬射線；鑒別部件，其允許將所檢測的伽馬射線的能量與至少三個調(diào)節(jié)門限比較，該三個調(diào)節(jié)門限位于完全伽馬譜的反向散射峰值的能量臨域；調(diào)整部件，用來調(diào)整伽馬射線檢測器的增益。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述鑒別部件允許確定第一比率與第二比率，第一比率與第二比率相應于能量分別在第一預定能量范圍與第二預定能量范圍內(nèi)的伽馬射線，第一預定能量范圍與第二預定能量范圍跨越反向散射峰值。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，還包含計算部件，用來計算第一比率與第二比率的比例，并且比較該比例與預定值。
12.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述鑒別部件允許將所檢測的伽馬射線的能量與相對較高數(shù)目的調(diào)節(jié)門限比較，以獲得完整譜；所述系統(tǒng)還包含計算部件，用來計算完整譜的所檢測的反向散射峰值的重心位置，以及比較所求得的重心位置與基準重心位置。
13.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述伽馬射線檢測器位于鉆挖工具內(nèi)；所述伽馬射線檢測器意在檢測來自圍繞所鉆挖的井眼的地層的天然伽馬射線。
14.一種評定井眼內(nèi)天然伽馬射線放射性的方法，該方法包含確定范圍計數(shù)比率，該范圍計數(shù)比率相應于能量在預定校正范圍內(nèi)的伽馬射線；根據(jù)所確定的范圍計數(shù)比率，計算校正計數(shù)比率；以及使用校正計數(shù)比率來評定天然伽馬射線放射性。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中預定校正范圍在預定校正門限之上為半無限。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括測量總伽馬計數(shù)比率，該總伽馬計數(shù)比率相應于由檢測器檢測到的伽馬射線；從總伽馬計數(shù)比率中減去校正計數(shù)比率，以評定天然伽馬射線放射性。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中校正計數(shù)比率與預定范圍計數(shù)比率成正比。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中伽馬射線感生源位于井下所述系統(tǒng)附近；并且該伽馬射線感生源為高能中子發(fā)生器。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中對天然伽馬射線放射性的評定在井眼的鉆挖過程中進行。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中中子感生的伽馬射線是由于激活位于鉆探泥漿內(nèi)的氧原子造成的。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，還包含穩(wěn)定伽馬射線檢測器的增益。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包含確定第一比率，第一比率相應于能量在第一預定能量范圍內(nèi)的伽馬射線；確定第二比率，第二比率相應于能量在第二預定能量范圍內(nèi)的伽馬射線；調(diào)整所述增益，使得第一比率與第二比率的比例基本等于預定值。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中第一預定能量范圍與第二預定能量范圍跨越完全伽馬譜的反向散射峰值。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，還包含生成校準伽馬射線，校準伽馬射線的能量基本等于被明確定義的能量值；使用校準伽馬射線以穩(wěn)定伽馬射線檢測器的增益。
25.一種評定井眼內(nèi)天然伽馬射線放射性的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含位于井下的檢測器，用來檢測伽馬射線；至少一個鑒別器，用來允許確定范圍計數(shù)比率，范圍計數(shù)比率相應于能量在預定校正范圍之內(nèi)的伽馬射線；處理部件，用來根據(jù)預定范圍計數(shù)比率計算校正計數(shù)比率，校正計數(shù)比率用來評定天然伽馬射線放射性。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中預定校正范圍在預定校正門限之上為半無限。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個鑒別器允許確定第一比率與第二比率，第一比率與第二比率相應于能量分別在第一預定能量范圍與第二預定能量范圍內(nèi)的伽馬射線；所述系統(tǒng)還包含計算部件，用來計算第一比率與第二比率的比例，并且將該比例與預定值比較；調(diào)整部件，用來根據(jù)該比較的結(jié)果調(diào)整伽馬射線檢測器的增益。
28.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中伽馬射線感生源位于井下所述系統(tǒng)附近；并且該伽馬射線感生源為高能中子發(fā)生器。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述檢測器位于鉆挖工具內(nèi)。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述檢測器檢測中子感生的伽馬射線，該中子感生的伽馬射線是由于高能中子激活位于鉆探泥漿內(nèi)的氧原子造成的。
31.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，還包含位于伽馬射線檢測器晶體后側(cè)的護罩，用來減少對從后側(cè)來的伽馬射線的檢測。
32.如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，還包含圍繞晶體的束套，該束套在晶體前側(cè)具有凹坑，該凹坑改善從前側(cè)來的伽馬射線的透射。
全文摘要
一種穩(wěn)定用于井下測井工具的伽馬射線檢測器的增益的方法。該方法基于對完全伽馬譜的反向散射峰值的處理。
文檔編號G01V5/10GK1627102SQ20041010023
公開日2005年6月15日 申請日期2004年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者吉姆·格勞, 克里斯琴·斯托勒, 羅納德·普拉塞克 申請人:施藍姆伯格海外股份有限公司