井下伽馬射線檢測的製作方法
2023-10-04 03:29:34
專利名稱：井下伽馬射線檢測的製作方法
技術領域：
一般地講，本發明涉及井眼伽馬射線測井。
背景技術：
在測井中，使用位於井眼內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射天然伽馬射線，每種這些材料都發射由於發射各種能量的伽馬射線而產生的特徵頻譜。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、有關環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的伽馬射線頻譜。
可替換地，可以不鑑別能量地計數伽馬射線這種原始計數模式提供有關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繞井眼的地層特徵是公知的，特別對於測量地層孔隙度。
特定技術涉及使用諸如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，並且導出地層特徵(孔隙率)。照射地層還可以從被激發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生器，其允許用大大高於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。結果，地層中原子核數目顯著增加，這些原子核蛻變為放射性元素。
具體地講，氧原子核可能轉換為氮原子核；放射性氮原子通過β衰變迅速衰變為激發態氧，其進而通過發射伽馬射線衰變。所發射的伽馬射線大部分具有大約6.1MeV的能量，其大大高於來自天然產生的放射性材料的伽馬射線。
伽馬射線檢測器也可以計數由伽馬射線發生器產生的伽馬感生的伽馬射線。伽馬射線發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，並且可以在伽馬射線檢測器處檢測，以提供有關環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，並且發射放射性示蹤伽馬射線。檢測放射性示蹤伽馬射線，並提供有關地層內和/或套管(casing)後流體的可能行為的信息。
因此可能在井眼內檢測來自多個源的伽馬射線。
在井眼的鑽挖操作過程中可以進行伽馬射線測井，從而儘早提供有關環繞井眼的被鑽孔部分的地層的信息。圖1顯示鑽挖同時測井的系統的例子的示意圖。鑽挖同時測井工具108包含鑽柱端部的鑽頭101。鑽柱103用來鑽挖井眼102。測井工具(104，105，109)安裝在鑽柱103內，從而允許將鑽探泥漿通過泥漿通道106運送。鑽探泥漿向下泵至鑽頭101，在那裡其有助於清理鑽屑並將其通過鑽柱103與地層107之間的環面帶至地表。
測井工具(104，105，109)之一可包含中子發生器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(例如中子發生器104)產生的伽馬射線。
在美國專利5459314中描述了對於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，並在地層或井眼內散射之後檢測。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射的伽馬射線無關的、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並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，並且確定非伽馬感生的伽馬射線的計數。然後，從總伽馬射線計數中減去非伽馬感生的伽馬射線的計數，以獲得來自密度源的伽馬射線計數。
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、溫度等等的函數而變化。因此必須穩定伽馬射線檢測器的增益。
一般用來穩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，調節增益使得校準峰值的所檢測的位置等於預定位置就相對容易了。此方法可以用基本檢測器與三個鑑別器來實現。然而當計數相關伽馬射線時，必須從所檢測的伽馬射線的總數中減去校準峰值的伽馬射線。因此，計數誤差可能相對較高。對於檢測計數率相對較低的天然伽馬射線放射性，如果使用第一種方法，則對相關伽馬射線的計數可能不夠精確。
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，並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節伽馬射線檢測器的增益。該方法要求檢測器處於譜模式以獲得完全伽馬射線頻譜。
歐洲專利EP0640848描述了用於套管井中的第三種方法。第三種方法針對穩定意在用來計數高能中子感生伽馬射線的檢測器的增益。高能中子發生器用高能中子照射套管與地層，其產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，基於鐵峰值穩定檢測器增益。一旦穩定了增益，則認為高能中子感生的伽馬射線的度量正確。
發明內容
在第一方面，本發明提供了一種穩定用於井下測井工具的伽馬射線檢測器的增益方法。該方法基於對完全伽馬譜的反向散射峰值的處理。
在第一優選實施方式中，該方法包含確定第一比率，第一比率相應於能量在第一預定能量範圍內的伽馬射線。確定第二比率，第二比率相應於能量在第二預定能量範圍內的伽馬射線。第一預定能量範圍與第二預定能量範圍跨越反向散射峰值。
在第二優選實施方式中，調整增益，使得第一比率與第二比率的比例基本等於預定值。
在第三優選實施方式中，調整增益，使得第一比率與乘以預定正係數的第二比率的差異基本等於零。
在第四優選實施方式中，測量所檢測的反向散射峰值的重心位置。調整增益，使得測定的重心位置等於基準重心位置。
在第五優選實施方式中，檢測器意在檢測來自環繞井眼的地層的天然伽馬射線。
在第六優選實施方式中，伽馬射線感生源位於伽馬射線檢測器的附近。
在第七優選實施方式中，檢測器意在檢測中子感生的伽馬射線。
在第二方面，本發明提供了一種穩定用於井下測井工具的伽馬射線檢測器的增益的系統。所述系統包含伽馬射線檢測器，用來檢測伽馬射線。所述系統還包含鑑別部件，其允許比較所檢測的伽馬射線的能量與至少三個調節門限。該三個調節門限位於完全伽馬譜的反向散射峰值的能量臨域。所述系統還包含調整部件，用來調整伽馬射線檢測器的增益。
在第八優選實施方式中，鑑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於能量分別在第一預定能量範圍與第二預定能量範圍內的伽馬射線，第一預定能量範圍與第二預定能量範圍跨越反向散射峰值。
在第九優選實施方式中，所述系統還包含計算部件，用來計算第一比率與第二比率的比例，並且比較該比例與預定值。
在第十優選實施方式中，鑑別部件允許比較所檢測的伽馬射線的能量與相對較高數目的調節門限，以獲得完整譜。所述系統還包含計算部件，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。
在第十一優選實施方式中，伽馬射線檢測器位於鑽挖工具內。所述伽馬射線檢測器意在檢測來自圍繞所鑽挖的井眼的地層的天然伽馬射線。
在第三方面，本發明提供了一種評定井眼內天然伽馬射線放射性的方法。該方法包含確定範圍計數比率。該計數比率相應於能量在預定校正範圍內的伽馬射線。根據所確定的範圍計數比率，計算校正計數比率，並且使用該校正計數比率來評定天然伽馬射線放射性。
在第十二優選實施方式中，預定校正範圍在預定校正門限之上為半無限。
在第十三優選實施方式中，測量總伽馬計數比率，該總伽馬計數比率相應於由檢測器檢測到的伽馬射線。從總伽馬計數比率中減去校正計數比率，以評定天然伽馬射線放射性。
在第十四優選實施方式中，校正計數比率與預定範圍計數比率成正比。
在第十五優選實施方式中，伽馬射線感生源位於井下所述系統附近。該伽馬射線感生源為高能中子發生器。
在第十六優選實施方式中，對天然伽馬射線放射性的評定在井眼的鑽挖過程中進行。
在第十七優選實施方式中，中子感生的伽馬射線是由於激活位於鑽探泥漿內的氧原子造成的。
在第十八優選實施方式中，穩定伽馬射線檢測器的增益。
在第十九優選實施方式中，確定第一比率，第一比率相應於能量在第一預定能量範圍內的伽馬射線。確定第二比率，第二比率相應於能量在第二預定能量範圍內的伽馬射線。調整所述增益，使得第一比率與第二比率的比例基本等於預定值。
在第二十優選實施方式中，第一預定能量範圍與第二預定能量範圍跨越完全伽馬譜的反向散射峰值。
在第二十一優選實施方式中，生成校準伽馬射線，校準伽馬射線的能量基本等於被明確定義的能量值。使用校準伽馬射線以穩定伽馬射線檢測器的增益。
在第四方面，本發明提供了一種評定井眼內天然伽馬射線放射性的系統。該系統包含位於井下的檢測器，用來檢測伽馬射線；至少一個鑑別器，用來允許確定範圍計數比率。範圍計數比率相應於能量在預定校正範圍之內的伽馬射線。該系統還包含處理部件，用來根據預定範圍計數比率計算校正計數比率。校正計數比率用來評定天然伽馬射線放射性。
在第二十二優選實施方式中，預定校正範圍在預定校正門限之上為半無限。
在第二十三優選實施方式中，所述至少一個鑑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於能量分別在第一預定能量範圍與第二預定能量範圍內的伽馬射線。所述系統還包含計算部件，用來計算第一比率與第二比率的比例，並且比較該比例與預定值。所述系統還包含調整部件，用來根據該比較的結果調整伽馬射線檢測器的增益。
在第二十四優選實施方式中，伽馬射線感生源位於井下所述系統附近。該伽馬射線感生源為高能中子發生器。
在第二十五優選實施方式中，所述檢測器位於鑽挖工具內。
在第二十六優選實施方式中，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於高能中子激活位於鑽探泥漿內的氧原子造成的。
在第二十七優選實施方式中，所述系統還包含位於伽馬射線檢測器晶體後側的護罩，用來減少對從後側來的伽馬射線的檢測。
在第二十八優選實施方式中，所述系統還包含圍繞晶體的束套，該束套在晶體前側具有凹坑，該凹坑改進從前側來的伽馬射線的透射。
本發明的其他方面與優點可從以下描述與權利要求中看出。
圖1包含現有的邊鑽挖邊側井工具的示意圖；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鑽挖邊側井工具的泥漿通道放置；圖3包含顯示本發明示例的流程圖；圖4顯示完全伽馬射線譜的例子；圖5包含根據本發明第二優選實施方式的系統圖；圖6包含根據本發明第三優選實施方式的系統圖；圖7包含顯示根據本發明的示例方法的流程圖；圖8包含根據本發明另一示例實施方式的系統圖；圖9包含根據本發明的側井工具的例子的示意圖；圖10包含根據本發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定伽馬射線檢測器。
所述穩定可能例如通過譜模式檢測器進行，如在現有技術第二種方法中所述。
用於所述穩定的另一例子使用現有技術的第三種方法。該檢測器意在用於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。
需要一種與現有技術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境的方法。
如上所述，中子的電子發生器通過激發圍繞電子發生器的材料來感生高能伽馬射線放射性。當電子中子發生器靠近鑽挖同時測井工具上的泥漿通道時，鑽探泥漿中某些氧原子可能被激活。當鑽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。該距離取決於氧的激發原子的半衰期以及鑽探泥漿的速率。
而鑽探泥漿流速度足以使位於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生了對於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顯示利用位於鑽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。泥漿流緊靠中子發生器通過，並且其某些氧原子可能被高能中子激活。然後，被激活的流體向伽馬射線檢測器行進。檢測器計數在放大後計數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。
這裡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被繪製為以keV表示的伽馬射線能量的函數。當關閉中子發生器時，記錄第一譜201。可以觀察到662keV處的第一峰值202以及2615keV處的第二峰值203，其分別相應於銫源與弱釷源。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，只觀察到在高於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於被激活原子的半衰期的時間之後到達伽馬射線檢測器。
當打開中子發生器並且鑽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後通過伽馬射線檢測器並且在大約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(即獨立於其能量，提供伽馬射線的原始計數的檢測器)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於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。
檢測器增益的調節圖3提供顯示本發明例子的流程圖。配備用於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。根據本發明，通過使用基於對完全伽馬譜的反向散射峰值的處理的方法，可以穩定增益。
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的能量相對較低並相對穩定。反向散射峰值401相對獨立於地層的密度與元素構成。因此，可能基於反向散射峰值的穩定性穩定檢測器。
鑑別部件，例如鑑別器，允許將所檢測的伽馬射線與至少三個調節門限比較。這三個調節門限位於反向散射峰值的能量附加，即在相同能量範圍之內。還提供了調整部件以調整伽馬射線檢測器的增益。
再次參照圖3，在第一優選實施方式中，根據三個調節門限T1、T2、以及T3鑑別(303)所檢測的伽馬射線。鑑別器可以允許根據與調節門限T1、T2、以及T3的比較分離所檢測的伽馬射線。第一調節門限T1與第二調節門限T2定義第一預定能量範圍I1(圖4中顯示)。第二調節門限T2與第三調節門限T3定義第二預定能量範圍I2(圖4中顯示)。
調節門限T1、T2、以及T3具有的值使得第一預定能量範圍與第二預定能量範圍跨越完全伽馬射線譜的反向散射峰值401。調節門限的值可以是例如100keV、200keV、以及300keV，而反向散射峰值對於基本等於200keV的能量具有最大值。
確定相應於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範圍I1與第二預定能量範圍I2之內的。計算第一比率W1與第二比率W2的比例(304)。然後將該比例與預定值比較(305)。
根據比較結果，調整部件可以調整伽馬射線檢測器的增益，使得該比例基本等於預定值。該預定值可以等於單位值，或者由於反向散射峰值的非對稱形狀和/或第一能量範圍I1與第二能量範圍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與乘以預定正係數c的第二比率W2之間的差異。可以調整增益使得該差異W1-cW2基本等於零。
一般地，通過調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。
使用調節環路穩定伽馬射線檢測器。該調節環路允許在不用如現有技術中那樣提供校準源並記錄完全伽馬射線譜的情況下穩定伽馬射線檢測器的增益。本發明的方法基於對反向散射峰值的處理，不需要定時部件來分離鐵峰值。
調整增益使得第一比率W1與第二比率W2的比例基本等於預定值，即相應於反向散射峰值401(參照圖4)，所檢測的伽馬射線的能量以第二調節門限T2為中心。一旦調節了增益，則陰影表面402與403的面積比例基本等於預定值。
圖5顯示根據本發明第一優選實施方式的系統的例子。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。鑑別器502允許將所檢測的伽馬射線的能量與三個調節門限T1、T2、以及T3比較。調節門限位於完全伽馬射線譜的反向散射峰值附近。
相應於能量在第一調節門限T1與第二調節門限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，相應於能量在第二調節門限T2與第三調節門限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可以與模數轉換器(未顯示)相關聯。
調整部件，例如與數模轉換器(未顯示)相關聯的高電壓線或高電壓控制線609，根據比較結果調整光電倍增器的增益。
在第二優選實施方式中，伽馬射線檢測器可以處於譜模式，並且因此，穩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。然後，測定的重心位置與基準重心位置比較。根據比較結果，修改能量敏感檢測器的增益，例如通過調整光電倍增器的高電壓。
圖6顯示根據第二優選實施方式的系統的例子。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轉換器613(ADC)數位化。鑑別部件，例如與存儲器612相關聯的數字積分器614，允許比較所檢測的伽馬射線的能量與相對較高數目n的調節門限。
一般地，數目n可以大於10，其中至少兩個門限位於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，該完全譜使用相應於門限數目n的多個頻道採樣。可以定義多個頻道(1，...，i，...，n-1)，每個頻道相應於兩個連續門限之間的能量範圍。對於每個頻道，可以在存儲器612中存儲多個計數Ni。
計算部件，例如數位訊號處理器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=i=C1C2i*Nii=C1C2Ni,]]>其中C1與C2分別表示反向散射峰值的下限與上限。
本領域技術人員可以容易地在DSP611內實現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。根據比較結果調整光電倍增器的增益。調整部件，例如與高電壓或高電壓控制線609相關聯的數模轉換器610，調整增益以提供基本等於基準重心位置的反向散射峰值重心位置度量。然後穩定伽馬射線檢測器601。
該系統還可以包含總線，例如CAN總線615，用來發送數據或者接收命令。
與第一優選實施方式相比，第二優選實施方式可以提供更準確的伽馬射線檢測器增益調節。然而，其需要更複雜的鑑別部件與計算部件。
伽馬射線檢測器可以是用於井下測井裝置的、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於鑽挖工具、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為顯示根據本發明的、評定井眼內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。定義校正範圍並且確定相應於能量在校正範圍內的伽馬射線的範圍計數比率。校正範圍可以在校正門限T4上為半無限；在這種情況下，配備鑑別器(702)。根據所確定的範圍計數比率來計算校正計數比例(703)，並且使用該範圍計數比率來評定(704)天然伽馬射線放射性。
該根據本發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於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生器。然而，伽馬射線感生源也可以是注入環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。
該根據本發明的方法可以用於邊鑽挖邊側井工具(logging whiledrilling tool)，該邊鑽挖邊側井工具包含泥漿通道，通過該通道鑽探泥漿被運送到鑽頭。鑽探泥漿可能包含氧原子，這些氧原子可能由高能中子激活並轉換為氮原子核；放射性氮原子衰變並發射中子感生的伽馬射線。根據鑽探泥漿的速率，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，大部分檢測高於3500keV的伽馬射線為中子感生的伽馬射線。
優選地，通過穩定檢測器來進行此類對檢測器響應的校正，即具有穩定增益的檢測器。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定。可以使用至少一個鑑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相應於能量分別在第一預定能量範圍與第二預定能量範圍之內的伽馬射線。所述至少一個鑑別器可以根據與三個調節門限T1、T2、以及T3的比較分離所檢測的伽馬射線。調節門限T1、T2、以及T3定義第一預定能量範圍與第二預定能量範圍。調節門限T1、T2、以及T3可以位於完全伽馬射線譜的反向散射峰值(即相對穩定的峰值)的能量臨域。該穩定方法基於反向散射的穩定性。
調節門限允許穩定檢測器的增益。可能計算(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)，並且根據比較結果，一般通過調整(707)施加到光電倍增管的高電壓，調整檢測器的增益。
任何其他方法，不管是否基於對反向散射峰值的處理，都可以用來穩定檢測器的增益。
圖8示意性地顯示根據本發明的系統的另一示例實施方式。伽馬射線檢測器801位於井眼內。伽馬射線檢測器可以與鑑別器802相關聯，以允許確定範圍計數比率，範圍計數比率相應於能量在預定校正範圍內的伽馬射線。校正範圍可以在預定校正門限T4上為半無限，即所確定的範圍計數比率相應於能量在預定校正門限T4之上的伽馬射線。範圍計數比率被發送給伽馬獲取單元803。處理部件804，例如微處理器，根據範圍計數比率計算校正計數比率。校正計數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、以及鑑別器802。鑑別器也可以是另一設備。
調整部件809，例如高電壓線或高電壓控制線，調整光電倍增器807的高電壓HV。因為檢測器801的增益依賴於高電壓HV，所以可以通過調整高電壓HV來穩定增益。對於高電壓HV的調整取決於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於能量在第一預定能量範圍與第二預定能量範圍之內的伽馬射線。可以通過三個調節門限T1、T2、以及T3定義第一預定能量範圍與第二預定能量範圍。
在每個門限T1、T2、以及T3之上的計數比率被轉送給伽馬獲取單元803。計算部件806計算第一比率與第二比率的比例，並且比較該比例與預定值。調整部件809根據計算部件806處的比較結果調整增益。處理部件804計算校正計數比率，以用於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都在一個晶片上實現。確定相應於能量高於第一確定調節門限T1的伽馬射線的準總伽馬計數比率。通過從準總伽馬計數比率中減去校正計數比率，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備。可以通過校正總線將校正計數比率傳送給第三單元。也可以將準總伽馬計數比率傳送給該第三單元。通過從準總伽馬計數比率中減去校正計數比率，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，並且可以在處理部件處進行對天然伽馬射線放射性的評定。
根據本發明的系統還可以包含單步生成設備811。當在光電倍增管處檢測到光子時，生成脈衝。單步生成設備811在每個脈衝後生成死區時間，例如100μs。由此單步生成設備811允許防止在每個脈衝後的可能的人為脈衝。
根據本發明的另一優選實施方式(未顯示)，該系統還可以包含校準源，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於明確定義的能量值。結果的校準峰值用來調節檢測器的增益，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比率可能不利地影響計數統計數字。
可以使用穩定檢測器增益的任何其他方法。該根據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顯示根據本發明的測井工具的示例橫截面。本發明的伽馬射線檢測器包含位於測井工具903內的晶體901。晶體901由檢測器支體支持。為了提高檢測的方位角的調焦，在晶體901的後側安裝護罩902。該護罩可能感生減少從後側來的大量伽馬射線。
另外，測井工具903的束套906可以包含在晶體前側的凹坑904。該凹坑允許改進從前側來的伽馬射線的透射，並且增加對前側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顯示根據本發明的護罩的例子。該護罩可以阻擋從後側來的伽馬射線。為此目的，該護罩可以由吸收材料製成，例如鎢，或者其他任何高密度材料。該護罩可以具有適當的厚度T，例如10毫米，以允許阻擋從後側來的伽馬射線。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焦的度量。伽馬射線檢測的統計精確度與晶體的長度與直徑密切相關。大的晶體允許檢測更多的伽馬射線。然而，大晶體將為後護罩留下更小的空間，從而降低了方位角的調焦。
雖然針對有限數目的實施方式描述了本發明，但是本領域技術人員在閱讀了本說明書後應該理解可以設想不脫離此處所公開的發明範圍的其他實施方式。因此，本發明的範圍只應該由權利要求限定。
權利要求
1.一種穩定用於井下測井工具的伽馬射線檢測器的增益的方法，所述方法基於對完全伽馬譜的反向散射峰值的處理。
2.如權利要求1所述的方法，該方法還包含確定第一比率，第一比率相應於能量在第一預定能量範圍內的伽馬射線；確定第二比率，第二比率相應於能量在第二預定能量範圍內的伽馬射線；其中第一預定能量範圍與第二預定能量範圍跨越反向散射峰值。
3.如權利要求2所述的方法，該方法還包含調整增益，使得第一比率與第二比率的比例基本等於預定值。
4.如權利要求2所述的方法，該方法還包含調整增益，使得第一比率與乘以預定正係數的第二比率的差異基本等於零。
5.如權利要求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；調整增益，使得測定的重心位置等於基準重心位置。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述檢測器意在檢測來自環繞井眼的地層的天然伽馬射線。
7.如權利要求6所述的方法，其中伽馬射線感生源位於伽馬射線檢測器的附近。
8.如權利要求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。
9.一種穩定用於井下測井工具的伽馬射線檢測器的增益的系統，所述系統包含伽馬射線檢測器，用來檢測伽馬射線；鑑別部件，其允許將所檢測的伽馬射線的能量與至少三個調節門限比較，該三個調節門限位於完全伽馬譜的反向散射峰值的能量臨域；調整部件，用來調整伽馬射線檢測器的增益。
10.如權利要求9所述的系統，其中所述鑑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於能量分別在第一預定能量範圍與第二預定能量範圍內的伽馬射線，第一預定能量範圍與第二預定能量範圍跨越反向散射峰值。
11.如權利要求10所述的系統，還包含計算部件，用來計算第一比率與第二比率的比例，並且比較該比例與預定值。
12.如權利要求9所述的系統，其中所述鑑別部件允許將所檢測的伽馬射線的能量與相對較高數目的調節門限比較，以獲得完整譜；所述系統還包含計算部件，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.如權利要求9所述的系統，其中所述伽馬射線檢測器位於鑽挖工具內；所述伽馬射線檢測器意在檢測來自圍繞所鑽挖的井眼的地層的天然伽馬射線。
14.一種評定井眼內天然伽馬射線放射性的方法，該方法包含確定範圍計數比率，該範圍計數比率相應於能量在預定校正範圍內的伽馬射線；根據所確定的範圍計數比率，計算校正計數比率；以及使用校正計數比率來評定天然伽馬射線放射性。
15.如權利要求14所述的方法，其中預定校正範圍在預定校正門限之上為半無限。
16.如權利要求15所述的方法，還包括測量總伽馬計數比率，該總伽馬計數比率相應於由檢測器檢測到的伽馬射線；從總伽馬計數比率中減去校正計數比率，以評定天然伽馬射線放射性。
17.如權利要求16所述的方法，其中校正計數比率與預定範圍計數比率成正比。
18.如權利要求14所述的方法，其中伽馬射線感生源位於井下所述系統附近；並且該伽馬射線感生源為高能中子發生器。
19.如權利要求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鑽挖過程中進行。
20.如權利要求19所述的方法，其中中子感生的伽馬射線是由於激活位於鑽探泥漿內的氧原子造成的。
21.如權利要求14所述的方法，還包含穩定伽馬射線檢測器的增益。
22.如權利要求21所述的方法，還包含確定第一比率，第一比率相應於能量在第一預定能量範圍內的伽馬射線；確定第二比率，第二比率相應於能量在第二預定能量範圍內的伽馬射線；調整所述增益，使得第一比率與第二比率的比例基本等於預定值。
23.如權利要求22所述的方法，其中第一預定能量範圍與第二預定能量範圍跨越完全伽馬譜的反向散射峰值。
24.如權利要求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於被明確定義的能量值；使用校準伽馬射線以穩定伽馬射線檢測器的增益。
25.一種評定井眼內天然伽馬射線放射性的系統，該系統包含位於井下的檢測器，用來檢測伽馬射線；至少一個鑑別器，用來允許確定範圍計數比率，範圍計數比率相應於能量在預定校正範圍之內的伽馬射線；處理部件，用來根據預定範圍計數比率計算校正計數比率，校正計數比率用來評定天然伽馬射線放射性。
26.如權利要求25所述的系統，其中預定校正範圍在預定校正門限之上為半無限。
27.如權利要求26所述的系統，其中所述至少一個鑑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於能量分別在第一預定能量範圍與第二預定能量範圍內的伽馬射線；所述系統還包含計算部件，用來計算第一比率與第二比率的比例，並且將該比例與預定值比較；調整部件，用來根據該比較的結果調整伽馬射線檢測器的增益。
28.如權利要求25所述的系統，其中伽馬射線感生源位於井下所述系統附近；並且該伽馬射線感生源為高能中子發生器。
29.如權利要求28所述的系統，其中所述檢測器位於鑽挖工具內。
30.如權利要求29所述的系統，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於高能中子激活位於鑽探泥漿內的氧原子造成的。
31.如權利要求25所述的系統，還包含位於伽馬射線檢測器晶體後側的護罩，用來減少對從後側來的伽馬射線的檢測。
32.如權利要求31所述的系統，還包含圍繞晶體的束套，該束套在晶體前側具有凹坑，該凹坑改善從前側來的伽馬射線的透射。
全文摘要
一種穩定用於井下測井工具的伽馬射線檢測器的增益的方法。該方法基於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 優先權日2003年12月12日
發明者吉姆·格勞, 克裡斯琴·斯託勒, 羅納德·普拉塞克 申請人:施藍姆伯格海外股份有限公司