[发明专利]用于井眼周围的地层和水泥体积的方位中子孔隙度成像的方法和装置

说明书

提供了用于对井眼周围的地层和水泥体积成像的第一示例性方位中子孔隙度工具，所述工具至少包括：包括探头部段的内部长度，其中，所述探头部段还包括一个与探头相关的电子器件；滑环和马达部段；以及多个工具逻辑电子器件和PSU。还提供了用于对井眼周围的地层和水泥体积成像的替代性方位中子孔隙度工具，所述工具至少包括：远空间探测器；近空间探测器；以及位于慢化器屏蔽物内的源，其围绕内部工具轴线旋转。

技术领域

本发明总体上涉及井眼周围的地层和水泥体积的方位中子孔隙度成像，并且在具体但非限制性的实施例中，涉及用于使得测井缆索操作者能够使用方位中子孔隙度成像来评估设置在套管之后的水泥的均质性的方法和装置。

背景技术

几十年来，中子工具被用于测量地层的中子孔隙度和氢指数。现代工具通常使用脉冲中子源以及热和/或超热中子探测器来测量距中子源若干距离处的中子的中子通量。另外，如通过一个或多个探测器测量的中子“慢化时间”是对氢指数的浅测量并且对间隔（standoff）非常敏感。传统的孔隙度测量依赖于由来自距离源的至少两个不同距离的中子通量之比来得到充液孔隙度。

不幸的是，这样的中子测井工具无法提供方位测井信息。而是，两个或更多个探测器组件与中子源相距一段短的距离沿中子测井工具的主体纵向隔开，并且探测器组件沿该工具的中心轴线彼此成直线。

因此，这些探测器组件在不考虑方向或定向的情况下进行它们对井眼的相邻壁的探测。相反，多个探测器组件的意图在于在测井操作期间提供不同的地层和统计灵敏度。

最接近中子发生器（“近空间”）的探测器通常对井眼更敏感且更响应，并且较远离中子发生器（“远空间”）的探测器组件通常对地层更敏感且更响应。于是，与远空间读数相比，井眼和井眼的周围环境的西格玛俘获截面可通过对近空间读数应用不同的权重来确定。

例如，在具有两个探测器的工具中，对于近探测器读数可以给予70%的权重，并且对于远探测器读数可以给予30%的权重。典型的裸眼中子测井工具通常利用偏置弹簧分散地延伸到井孔，使得该中子测井工具有效地沿井孔的一个壁延伸。

更多当前的测井工具具有绕工具的周界隔开的多个探测器。所述探测器通常彼此屏蔽，使得每个探测器从它最接近的井眼和地层的区域进行探测。然后，来自每个探测器的读数与该探测器的定向相关联，以便提供关于进入粒子或光子的入射方向的信息。然后分析定向特定的数据以提供基本方位记录。

然而，没有现有工具使得能够实现套管井（cased-hole）测井技术以便确定井眼套管周围的水泥体积的孔隙度，现有技术也没有教导或建议如下方法，即增加这些工具的方位分辨率，而不增加周向定位的探测器的数量，而随之减少探测器间的屏蔽。

例如，Evans等人的US 8,664,587公开了用于在“随钻测井”环境中创建方位中子孔隙度图像的方法和装置。由于基于井底组件的系统历史上依赖于钻柱的旋转来帮助获取方位相关的数据，因此该专利论述了一种可在现代BHA中实施的方位静态探测器的布置，该布置不一定随钻头旋转，这是通过将中子探测器细分成屏蔽在慢化器（moderator）内的多个方位布置的探测器，以便推断入射的中子和伽马射线的方向性。

Wilson等人的US 9,012,836公开了用于在测井缆索环境中创建方位中子孔隙度图像的方法和装置。与US 8,664,587非常相似，该专利论述了一种方位静态探测器的布置，其可在测井缆索工具中实施，以便帮助操作者解释压裂后的记录，这是通过将中子探测器细分成屏蔽在慢化器内的多个方位布置的探测器，以便推断入射的中子和伽马射线的方向性。

Odom的US 5,374,823公开了一种测井工具，其依赖于中子爆发来确定在经过井深间隔的单次测井期间的非弹性能谱和热中子俘获截面。

Thornton等人的US 2011/0238313公开了一种用于校正中子孔隙度测量中的井眼效应的方法。两个或更多个中子探测器被用于确定可归因于工具的非衬垫侧的方位分量，使得可不需要井径仪。