Система и способ коррекции влияния диаметра скважины и ее гидродинамического совершенства при измерениях пористости методом нейтронного каротажа

Система и способ коррекции влияния диаметра скважины и ее гидродинамического совершенства при измерениях пористости методом нейтронного каротажа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится в целом к области нейтронного каротажа и, в частности, к коррекции влияния скважины при измерениях пористости методом нейтронного каротажа, основываясь на данных измерений с помощью обращенных к скважине детекторов нейтронов.

Задача данного раздела - дать читателю введение в различные аспекты уровня техники, которые могут иметь отношение к различным аспектам настоящего изобретения, описанным и/или заявленным ниже. Данное обсуждение можно считать полезным в предоставлении читателю исходной информации, которая способствует лучшему пониманию различных аспектов настоящего изобретения. Соответственно, следует понимать, что данное изложение необходимо воспринимать именно в таком ключе, а не в качестве ограничивающего патентную формулу.

Приборы нейтронного каротажа применяются в течение многих лет в нефтяном промысле для измерения пористости и других свойств пласта. Эти приборы могут включать в себя источник нейтронов и один или более детекторов тепловых и/или надтепловых нейтронов. Свойства пласта можно определить путем испускания нейтронов в окружающий пласт источником нейтронов и детектирования нейтронов, рассеянных от окружающего пласта, с помощью одного или более детекторов нейтронов. В частности, скорость счета нейтронов, фиксируемая с помощью детектора нейтронов, соответствующим образом удаленного от источника нейтронов, может в общем случае определяться преимущественно упругим рассеянием нейтронов на ядрах атомов водорода в скважине и окружающем пласте. Чем больше водорода находится в окружении прибора нейтронного каротажа, тем меньшее количество нейтронов может достигать детектора нейтронов. Поскольку поры в пласте обычно заполнены водой или углеводородами, значение отклика детектора нейтронов, обусловленного нейтронами, также характеризует пористость.

Приборы измерения пористости методом нейтронного каротажа обычно помещаются вне центра скважины, предпочтительно, касаясь ее стенки. Такое расположение может привести к улучшению чувствительности прибора измерения пористости к характеристикам пласта относительно характеристик скважины. В частности, скважинный флюид (например, вода или нефть) может обычно содержать гораздо большее количество водорода, чем пласт. Таким образом, размещение прибора измерения пористости в данной конфигурации может привести к увеличению процентного отношения количества нейтронов, проходящих от источника нейтронов к детектору сквозь пласт, по сравнению с количеством нейтронов, проходящих сквозь скважину. Существенно то, что скважинный флюид может быть хорошей защитой от нейтронов, и, следовательно, попадание нейтронов в детектор через скважину будет маловероятным. К сожалению, эффективность скважины в качестве защиты от нейтронов может зависеть от ее размера и формы, а также состава скважинного флюида в ней. Размер и форма имеют значение, поскольку практически все нейтроны, включая те, которые достигают одного или более детекторов нейтронов, в первую очередь проходя сквозь пласт, должны пройти по меньшей мере сквозь некоторую часть скважинного флюида на пути к детектору, а объем скважинного флюида, который пересекают нейтроны, может зависеть от геометрии скважины. В частности, чем больше размер скважины, тем больший объем скважинного флюида может пересекать данный нейтрон перед попаданием в детектор нейтронов или прибор измерения пористости методом нейтронного каротажа. На прохождение нейтронов может оказывать влияние состав скважинного флюида, поскольку скважинный флюид влияет на концентрацию водорода и других элементов. Водород и некоторые другие элементы, такие как хлор, могут оказывать существенное влияние на наблюдаемые значения скоростей счета от одного или более детекторов нейтронов, в особенности, если один или более детекторов являются детекторами тепловых нейтронов.

Все эти эффекты могут приводить к отклонениям от простой зависимости наблюдаемых зависимостей скоростей счета детекторов нейтронов от пористости пласта. Обычно влияние данных эффектов учитывается путем вычисления вначале значений видимой пористости по измеренным значениям скоростей счета или отношений скоростей счета, полученных разными детекторами, в предположении стандартного набора скважинных условий (например, пласт кальцита, диаметр скважины 8 дюймов, пресная вода в качестве скважинного флюида, температура 20°С, давление в 1 атмосферу и т.д.). На следующем шаге можно определить значение реальной пористости пласта из значений видимой пористости, применяя ряд коррекций, в общем случае с использованием дополнительной внешней информации для учета разницы между стандартными и действительными скважинными условиями. Коррекции, требующиеся в рамках данной инструментальной модели, часто публикуются в виде диаграмм (например, таблицы расшифровки каротажных диаграмм компании Шлюмберже), а также реализованы в качестве программного обеспечения. Обычно коррекции, относящиеся к скважине, могут включать коррекции, связанные с диаметром скважины, соленостью скважинного флюида и его плотностью для конкретного типа флюида (например, буровой раствор на основе воды и барита).

Описанная выше техника работает хорошо в принципе, однако на практике может быть малоприменимой, поскольку некоторые из внешних параметров, от которых зависят поправки, могут быть недостаточно известными по множеству причин. Например, значения параметров никогда не были измерены; параметры были измерены, но результаты измерений недоступны лицам, осуществляющим коррекции; измерены только средние значения параметров, в то время как сами значения зависят от глубины в скважине; значения параметров изменились за время, прошедшее от момента измерения до момента определения пористости нейтронным каротажем и т.д. Кроме того, возможное число скважинных условий может намного превышать число условий, для которых существуют коррекции.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность некоторых вариантов настоящего изобретения приведена ниже. Следует понимать, что данные аспекты представлены всего лишь с целью дать краткое изложение указанных вариантов и что объем изобретения не ограничивается этими аспектами. В действительности настоящее изобретение может включать в себя множество аспектов, которые необязательно приведены ниже.

Варианты данного изобретения относятся к системам, способам и приборам для определения пористости подземного пласта с коррекцией влияния скважины. Одним из таких приборов может быть скважинный прибор, выполненный с возможностью погружения в скважину в подземном пласте, причем прибор может включать в себя источник нейтронов, два или более детектора нейтронов и электронную схему обработки данных. Источник нейтронов может испускать нейтроны в подземный пласт. Два или более детектора нейтронов могут соответственно размещаться в двух или более азимутальных ориентациях в скважинном приборе и детектировать нейтроны, рассеянные подземным пластом или скважинным флюидом в скважине, а также ими обоими. Основываясь на результатах детектирования нейтронов детекторами нейтронов, электронная схема обработки данных может определять значение пористости подземного пласта с коррекцией влияния скважины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Различные аспекты настоящего изобретения могут быть лучше поняты при чтении нижеследующего детального описания и при обращении к фигурам, на которых:

на фиг.1 представлена блок-схема системы нейтронного каротажа, согласно варианту;

на фиг.2 представлена блок-схема процесса нейтронного каротажа с использованием системы, показанной на фиг.1, согласно варианту;

на фиг.3 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту и к скважине детекторов надтепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных значениях диаметра скважины, заполненной пресной водой, согласно варианту;

на фиг.4 представлена блок-схема, описывающая вариант способа для получения скорректированного значения пористости, основываясь на значениях видимой пористости, полученных от обращенных к пласту и к скважине детекторов надтепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1;

на фиг.5 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенного к пласту детектора надтепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных значениях диаметра скважины, заполненной пресной водой, согласно варианту;

на фиг.6 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту и к скважине детекторов надтепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных значениях диаметра скважины, заполненной буровым раствором на основе барита с концентрацией 600 частей на тысячу, согласно варианту;

на фиг.7 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенного к пласту детектора надтепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных значениях диаметра скважины, заполненной буровым раствором на основе барита с концентрацией 600 частей на тысячу, согласно варианту;

на фиг.8 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту и к скважине детекторов надтепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных концентрациях бурового раствора на основе барита в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.9 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенного к пласту детектора надтепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных концентрациях бурового раствора на основе барита в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.10 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту и к скважине детекторов надтепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных концентрациях бурового раствора на основе гематита в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.11 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенного к пласту детектора надтепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных концентрациях бурового раствора на основе гематита в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.12 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту и к скважине детекторов надтепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных значениях солености в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.13 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенного к пласту детектора надтепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных значениях солености в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.14 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту и к скважине детекторов надтепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных значениях удлинения скважины, согласно варианту;

на фиг.15 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенного к пласту детектора надтепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных значениях удлинения скважины, согласно варианту;

на фиг.16 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего и обращенного к скважине детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных значениях диаметра скважины, заполненной пресной водой, согласно варианту;

на фиг.17 представлена блок-схема, описывающая вариант способа получения скорректированного значения пористости, основываясь на значениях видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего и обращенного к скважине детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1;

на фиг.18 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных значениях диаметра скважины, заполненной пресной водой, согласно варианту;

на фиг.19 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего и обращенного к скважине детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных значениях диаметра скважины, заполненной буровым раствором на основе барита с концентрацией 600 частей на тысячу, согласно варианту;

на фиг.20 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных значениях диаметра скважины, заполненной буровым раствором на основе барита с концентрацией 600 частей на тысячу, согласно варианту;

на фиг.21 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего и обращенного к скважине детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных концентрациях бурового раствора на основе барита в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.22 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных концентрациях бурового раствора на основе барита в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.23 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего и обращенного к скважине детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных концентрациях бурового раствора на основе гематита в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.24 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных концентрациях бурового раствора на основе гематита в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.25 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего и обращенного к скважине детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных значениях солености NaCl в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.26 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных значениях солености NaCl в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.27 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего и обращенного к скважине детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных значениях солености KCl в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.28 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных значениях солености KCl в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.29 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего и обращенного к скважине детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных значениях солености NaBr в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.30 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных значениях солености NaBr в скважине диаметром 8 дюймов, согласно варианту;

на фиг.31 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего и обращенного к скважине детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, при различных значениях удлинения скважины, согласно варианту;

на фиг.32 представлен график, полученный в результате моделирования значений видимой пористости, полученных от обращенных к пласту ближнего и дальнего детекторов тепловых нейтронов системы, показанной на фиг.1, и соответствующие скорректированные значения пористости при различных значениях удлинения скважины, согласно варианту;

на фиг.33-34 представлены блок-схемы скважинного прибора для измерения пористости методом нейтронного каротажа, имеющего обращенные назад детекторы нейтронов в различных азимутальных положениях, согласно варианту;

на фиг.35 представлена блок-схема, описывающая вариант альтернативного способа для получения скорректированных значений пористости в процессе, показанном на фиг.2;

на фиг.36 представлена блок-схема, описывающая вариант другого альтернативного способа для получения скорректированных значений пористости в процессе, показанном на фиг.2; и

на фиг.37 представлена блок-схема, описывающая вариант еще одного альтернативного способа для получения скорректированных значений пористости в процессе, показанном на фиг.2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ ИСПОЛНЕНИЯ

НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один или более конкретных вариантов описаны ниже. С целью сокращения описания данных вариантов не все черты, присущие реальной конструкции, описаны в спецификации. Следует принять во внимание, что при разработке любой из таких реальных конструкций, как и при выполнении любого другого инженерного или дизайнерского проекта, следует принять множество решений относительно конкретной конструкции для достижения целей, поставленных разработчиками, таких как соответствие ограничениям системы или бизнеса, которые могут меняться от конструкции к конструкции. Кроме того, следует принять во внимание, что такие усилия по разработке могут быть сложными и требующими времени, однако тем не менее будут стандартной работой в области дизайна, изготовления и производства для людей с обычными возможностями, которые выигрывают от данного изобретения.

Представленные варианты относятся к коррекции влияния скважины на измерения прибором нейтронного каротажа. В частности, основываясь на данных измерений детектора нейтронов, обращенного к скважине, варианты исполнения настоящего изобретения могут автоматически производить коррекции с учетом отклонений размера и формы скважины, плотности и/или состава жидкости от стандартных скважинных условий (например, пласт кальцита, диаметр скважины 8 дюймов, пресная вода в качестве скважинного флюида, температура 20°С, давление в 1 атмосферу и т.д.). Автоматическая коррекция может быть дополнена использованием внешних параметров или производиться без этого. Таким образом, даже если один или более внешних параметров, от которых при других обстоятельствах зависела бы коррекция влияния скважины, не достаточно известны, эффективная коррекция все же может быть произведена.

Особенно следует отметить, что с целью преодоления препятствий, возникающих при традиционном определении коррекции влияния скважины, и для улучшения точности измерений, получаемых прибором нейтронного каротажа, данный прибор, заявленный в изобретении, может содержать множество детекторов нейтронов, которые вследствие своего расположения и экранировки имеют различные относительные чувствительности к среде в скважине по сравнению с пластом. Такой прибор нейтронного каротажа может включать в себя по меньшей мере один детектор нейтронов, расположенный ближе к обращенной к пласту стороне прибора (например, сторона или грань прибора, которая обычно обращена к пласту, а не к скважине при помещении в скважину), и по меньшей мере один детектор нейтронов, расположенный ближе к обращенной к скважине стороне прибора (например, сторона или грань прибора, которая обычно обращена к скважине, а не к пласту при помещении в скважину). Если детекторы нейтронов в общем случае обращены к пласту, они могут быть обозначены как «обращенные вперед» детекторы, а если они в общем случае обращены к скважине, они могут быть обозначены как «обращенные назад» детекторы. Во всех вариантах исполнения изобретения по меньшей мере два детектора нейтронов могут иметь четкие азимутальные ориентации в приборе, на что указывают обозначения «обращенные вперед» и «обращенные назад» детекторы нейтронов, упомянутые выше.

Для улучшения чувствительности каждого из детекторов нейтронов по отношению к той стороне скважины, к которой они расположены ближе всего, между каждым из детекторов и противоположной стороной скважинного прибора нейтронного каротажа может помещаться нейтронный экран. Поскольку детекторы нейтронов, обращенные к скважине, могут быть значительно более чувствительными по отношению к скважине, чем детекторы, обращенные к пласту, это различие может быть использовано для отделения чувствительности по отношению к пласту от чувствительности по отношению к скважине. Более конкретно, разница между откликами детекторов нейтронов, обращенных вперед и назад, может обеспечить возможность непосредственного измерения параметров скважины без необходимости использовать информацию о каких-либо внешних параметрах, которые могут быть использованы при осуществлении коррекции влияния скважины. Среди всего прочего, параметры скважины могут включать в себя «геометрию скважины» или общую форму скважины, которая может быть или не быть цилиндрической.

Значение такого свойства пласта, как пористость, скорректированное с учетом влияния скважины, может быть получено с использованием скважинных приборов нейтронного каротажа множества конфигураций. Например, в некоторых вариантах определенные детекторы нейтронов скважинного прибора нейтронного каротажа могут быть детекторами надтепловых нейтронов. Основываясь на значениях скоростей счета надтепловых нейтронов, полученных от обращенных вперед и назад детекторов нейтронов, можно определить скорректированное значение пористости. Электронная схема обработки данных может определить первое значение видимой пористости, основываясь на значении скорости счета надтепловых нейтронов, полученного от обращенного вперед детектора нейтронов, и второе значение видимой пористости, основываясь на значении скорости счета надтепловых нейтронов от обращенного назад детектора нейтронов. К двум определенным значениям видимой пористости может быть применена корректирующая функция с целью получения значения пористости, для которого эффекты влияния скважины могут быть скорректированы. В некоторых вариантах корректирующая функция может содержать полином от значений видимой пористости, а коэффициенты полинома могут выбираться таким образом, чтобы минимизировать отклонение скорректированного значения пористости от реального. Значения скорости счета детектора надтепловых нейтронов и, следовательно, значения видимой пористости, используемые для такой минимизации, могут быть получены экспериментально или на основании результатов компьютерного моделирования. В дополнение или вместо этого электронная схема обработки данных может определять скорректированные значения пористости непосредственно из значений скоростей счета надтепловых нейтронов, получаемых от каждого детектора, используя преобразование, выведенное из данных моделирования и/или экспериментальных данных, относящее скорости счета надтепловых нейтронов к различным скважинным и пластовым условиям. В дополнение или вместо этого электронная схема обработки данных может определять скорректированные значения пористости путем обращения прямой модели, давая в результате ожидаемые значения скорости счета (или значения видимой пористости) как функцию реальной пористости и других скважинных и пластовых условий.

В некоторых вариантах определенные детекторы скважинного прибора нейтронного каротажа могут быть детекторами тепловых нейтронов. Основываясь на отношениях значений скоростей счета тепловых нейтронов от обращенных вперед ближнего и дальнего детекторов нейтронов и по меньшей мере от одного обращенного назад детектора нейтронов, можно определить скорректированное значение пористости. Лучшая коррекция может быть получена как вариант в случае детекторов тепловых нейтронов при использовании также зависящих от времени данных (например, времен(и) термического распада), полученных от одного или более детекторов. Такие данные, зависящие от времени, могут быть значениями видимого времени однокомпонентного распада, относящимися к отдельным детекторам, или скорректированными значениями времени распада, для которых учтены различные эффекты, такие как отделение времен распада, относящихся к скважине, от времен распада, относящихся к пласту, а также поправка на диффузию нейтронов.

Электронная схема обработки данных может определять первое значение видимой пористости, основываясь на отношении значений скоростей счета тепловых нейтронов от обращенных вперед ближнего и дальнего детекторов нейтронов, и второе значение видимой пористости, основываясь на отношении значений скоростей счета тепловых нейтронов от обращенного назад и обращенного вперед дальнего детекторов нейтронов. Корректирующая функция может быть применена к двум определенным значениям видимой пористости и, как вариант, к значениям времен термического распада от одного или более детекторов нейтронов для получения значения пористости, для которого можно скорректировать эффекты влияния диаметра скважины и ее гидродинамического совершенства на результаты каротажа. В некоторых вариантах корректирующая функция может содержать полином от значений видимой пористости и, как вариант, от значений времен термического распада, а коэффициенты полинома могут выбираться таким образом, чтобы минимизировать отклонение скорректированного значения пористости от реального. Значения скоростей счета от детекторов тепловых нейтронов и, следовательно, значения видимой пористости, а также, как вариант, значения времен термического распада, используемые для такой минимизации, могут быть получены экспериментально или на основе результатов компьютерного моделирования. В дополнение или вместо этого, электронная схема обработки данных может определять значения пористости непосредственно из значений скоростей счета тепловых нейтронов, используя преобразование, выведенное из данных моделирования и/или экспериментальных данных, относящее скорости счета тепловых нейтронов к различным скважинным и пластовым условиям. В дополнение или вместо этого, электронная схема обработки данных может определять скорректированные значения пористости путем обращения прямой модели, давая в результате ожидаемые значения скорости счета (или значения видимой пористости) и, как вариант, их зависимости от времени (или значения времен термического распада) как функцию реальной пористости и других пластовых и скважинных условий.

Принимая во внимание вышесказанное, на фиг.1 представлена система нейтронного каротажа 10 для определения таких значений пористости подземного пласта, скорректированных с учетом эффектов влияния диаметра скважины и ее гидродинамического совершенства на результаты каротажа, основываясь на данных измерений по меньшей мере одного обращенного к скважине детектора нейтронов и по меньшей мере одного другого детектора нейтронов, по меньшей мере один из которых обращен к пласту. Также могут использоваться дополнительные детекторы нейтронов, включая те, которые не имеют азимутальной чувствительности. Система 10 нейтронного каротажа может включать в себя скважинный прибор 12 и систему 14 обработки данных. Как пример, скважинный прибор 12 может опускаться на тросе или кабеле для каротажа существующей скважины или быть установлен на скважинном оборудовании для каротажа при бурении. В других вариантах скважинный прибор 12 может доставляться к месту работы любым другим подходящим способом. Также, хотя скважинный прибор 12 и система 14 обработки данных показаны как отдельные, в некоторых вариантах система 14 обработки данных может быть встроена в скважинный прибор 12.

Скважинный прибор 12 может помещаться в корпус 16, в котором, кроме всего прочего, содержится и источник 18 нейтронов. Источник 18 нейтронов может включать в себя любой подходящий источник нейтронов. Как пример, источник 18 нейтронов может быть электронным, таким как Минитрон^ТМ, изготовленный Технологической корпорацией Шлюмберже, и может испускать импульсы нейтронов или непрерывные потоки нейтронов посредством реакций дейтерий-дейтерий, дейтерий-тритий или тритий-тритий. В дополнение или вместо этого, источник 18 нейтронов может включать в себя радиоизотопный источник, такой как AmBe или ²⁵⁵Cf.

В некоторых вариантах скважинный прибор 12 может включать в себя регистратор 20 нейтронов, предназначенный для измерения мощности источника 18 нейтронов. В общем случае в качестве регистратора 20 нейтронов может использоваться любой подходящий детектор нейтронов в любой подходящей конфигурации в составе скважинного прибора 12, измеряющий главным образом количество нейтронов, испущенных источником 18 нейтронов и не рассеянных в окружающем пласте. Нейтронный экран 22 может отделять источник 18 нейтронов от остальных компонентов скважинного прибора 12.

Скважинный прибор 12 может включать в себя обращенный вперед «ближний» детектор 24 нейтронов и, как вариант, «дальний» детектор 26 нейтронов, расположенный дальше от источника 18 нейтронов, чем подобный ему обращенный вперед «ближний» детектор 24 нейтронов. Вследствие своего расположения в скважинном приборе вблизи обращенной к пласту стороны прибора 12 обращенные вперед детекторы 24 и 26 нейтронов могут быть более чувствительными по отношению к пласту, чем по отношению к скважине. Кроме того, скважинный прибор 12 может включать в себя по меньшей мере один обращенный назад детектор 28 нейтронов в конфигурации, обеспечивающей большую чувствительность по отношению к скважине, чем к пласту. Как обсуждается ниже, в некоторых конфигурациях один или более детекторов 24, 26 и 28 нейтронов могут быть детекторами надтепловых нейтронов, в то время как в других конфигурациях они могут быть детекторами тепловых нейтронов. В некоторых вариантах с детекторами надтепловых нейтронов может присутствовать только один из детекторов 24 и 26, обращенный вперед. Детекторы 24, 26 и 28 нейтронов могут включать в себя, помимо всего прочего, вещество, поглощающее нейтроны, такое как ³He.

Обращенный вперед ближний детектор 24 нейтронов может иметь «близкое удаление», отмерянное от источника 18 нейтронов до лицевой стороны активной области ближнего детектора 24 нейтронов, находящейся ближе всего к источнику 18 нейтронов. Обращенный вперед дальний детектор 26 нейтронов может иметь «далекое удаление», отмерянное от источника 18 нейтронов до лицевой стороны активной области дальнего детектора 26 нейтронов, находящейся ближе всего к источнику 18 нейтронов. Подобным образом обращенный назад детектор 28 нейтронов может иметь «заднее удаление», отмерянное от источника 18 нейтронов до лицевой стороны активной области обращенного назад детектора 28 нейтронов, находящейся ближе всего к источнику 18 нейтронов. В общем случае, далекое удаление может быть выбрано таким образом, что значения видимой пористости, рассчитанные на основе значений скоростей счета от дальнего детектора 26 нейтронов, нормированных на значения от регистратора 20 нейтронов, или полученные на основе отношения данных от дальнего и ближнего детекторов 26 и 24 нейтронов, имеют относительно высокую точность при стандартном наборе условий (например, пласт кальцита, диаметр скважины 8 дюймов, пресная вода в качестве скважинного и пластового флюида, температура 20°С, давление в 1 атмосферу и т.д.), на основе которых может выводиться соотношение для видимой пористости. Например, величина далекого удаления может быть равна примерно 2 футам. Ближний детектор 24 нейтронов может иметь близкое удаление примерно в 1 фут. Обращенный назад детектор 28 нейтронов может иметь заднее удаление от источника 18 нейтронов даже меньше, чем какой-либо из детекторов 24 и 26.

В некоторых альтернативных вариантах близкое удаление может быть намного меньше, чем во множестве традиционных конфигураций. В самом деле, в таких конструкциях близкое удаление может быть выбрано таким образом, что при малых значениях пористости значительная часть нейтронов, достигающих ближнего детектора 24 нейтронов непосредственно от источника нейтронов или после взаимодействия с подземным пластом, скважиной и/или внутри самого скважинного прибора, обладает слишком высокой энергией для детектирования. При относительно высоких значениях пористости вследствие дополнительного рассеяния на ядрах атомов водорода, количество низкоэнергетичных нейтронов, которые можно детектировать, может увеличиваться, поскольку расстояние, преодолеваемое нейтронами до замедления до таких величин энергии, уменьшается. При еще больших значениях пористости дополнительное рассеяние на атомах водорода может привести в конечном счете к уменьшению количества нейтронов с любой энергией, достигающих детектора, однако не ранее формирования отклика по пористости, относительно плоского или даже возрастающего в некотором диапазоне значений пористости. Для данного варианта воплощения скважинного прибора 12 точное значение оптимального удаления будет зависеть от конкретных деталей конструкции скважинного прибора 12, включая размер и эффективность в зависимости от энергии детектора 24 нейтронов, а также от того, где, какого рода и сколько нейтронных экранов используется. В некоторых вариантах ближний детектор 24 нейтронов может быть расположен на таком удалении, что его отклик по пористости может быть относительно плоским и/или увеличиваться с увеличением пористости.

В некоторых вариантах нейтронный экран 22 может быть помещен между отдельными детекторами 24, 26 и 28 нейтронов, а также между детекторами 24 и 26 нейтронов и обращенной к скважине стороне скважинного прибора 12 и/или между детектором 28 нейтронов и обращенной к пласту стороне скважинного прибора 12. Эти нейтронные экраны 22 могут приводить к уменьшению количества нейтронов, которые могут достигать обращенные вперед детекторы 24 и 26 нейтронов через скважину, а также количества нейтронов, которые могут достигать обращенн