[发明专利]使用脉冲中子装置的套管井眼内地层气体压力测量

说明书

技术领域

[0001]本发明一般地涉及油气井测井工具。更特别地，本发明涉及使用由脉冲中子源产生的伽马射线测量地层的气体饱和度及气体压力的工具。本发明可以用于套管孔以及裸孔。

背景技术

[0002]在石油和烃类生产中，储层气体的采收具有相当大的商业价值。在气体产生的过程中，存在不断增加的进到储层内的水流量。该情况可能是由于自然的原因，或者可能是在二次采收作业的情况下水注入到储层内的结果。从而气体的产生导致储层中的气体饱和度减小。另外，由于作为其重要本质储层在不可透过性地层内包含可透过性地层的事实，气体的生产导致了气体压力减小。而气体压力的减小又影响储层流体的流动方式。知道气体压力在储层开发中同样是非常有帮助的。在将气体贯进注入井内并用来将石油流从储层引导到生产井内的增强石油采收项目(EOR)中，知道气体饱和度也是重要的。

[0003]支撑气体饱和度与/或气体压力的确定的基本方法即是密度确定的方法。一种被称为感生伽玛射线测井的方法包括了响应于高能中子源在地层内产生的伽马辐射的探测。当使中子源产生脉冲时，伽玛射线由两个反应中的一个产生。第一个反应是快中子的非弹性散射(具有大约1MeV以上或大约一个量级以内能量的中子)。第二个反应是超热中子的俘获(具有大约1eV能量的中子)。第三个反应是热中子的俘获(具有大约0.025eV能量的中子)。快中子的寿命非常短(几微妙)，使得在中子源的脉冲期间存在混合能量中子场。在脉冲之后不久，所有中子减慢到热中子能级并且这些具有几百微秒以内寿命的热中子到处游荡直到被俘获。来自非弹性散射的伽玛射线紧邻于加速器产生，以及来自热中子俘获的伽马射线被驱散以更远离加速器(高达几十厘米)。俘获伽马射线的数量受地层的氢数量和热中子俘获截面数量的强烈影响。非弹性散射所产生的伽马射线的数量较少地依赖于上述数量，并且这种伽马射线的测量与地层密度更直接相关。脉冲中子源的使用允许将俘获伽马射线与非弹性伽玛射线分开，以给出密度的较佳估计。

[0004]Smith Jr.等人的US3780301公开了使用布置于裸孔中的测井工具来测定气体饱和度的方法和装置。脉冲中子源产生了具有大约14MeV能量的中子脉冲。单一伽玛射线探测器测量了由中子与地层中的核子的相互作用所产生的非弹性伽马射线数。具体地，对与C、O、Si和Ca相应的能带进行计数。通过将这些区域内的Si/Ca和C/O的比与已知的含水砂层的Si/Ca和C/O的比相比较，可以估计在低氢含量地层中的石灰岩的相对丰度，从而将气体区区别于水饱和的低孔隙度石灰岩。

[0005]当其中运行了工具的井眼是无套管储层时，工具能够接触地层本身。但是，一旦钻井已套管，则在其中布置有工具的井眼内部和地层本身之间存在钢筋混凝层。钻井套管使得在工具和储层间难以传递信号，反之亦然。另外，水泥能够干扰地层性质的测量。

[0006]传统上已经使用两个伽马射线探测器进行地层密度测量。在裸孔的情况下，使用由以下方程表示的脊骨和肋骨方法，将由近的和远的探测器获得的密度估计值ρ_SS和ρ_LS用来获得校正的密度估计：

ρ-ρ_LS＝Δρ＝f(ρ_LS-ρ_SS)    (1)，

其中f(.)是非线性的函数，其依赖于工具平衡或者在工具和地层之间的泥饼数量，并且由校准方法确定。该双探测器布局能够补偿平衡(在MWD应用中)和泥饼厚度(在有线线路应用中)。当与脉冲中子源一起使用时，校正同样必须针对源的强度差异进行，所以双探测器布局只是给出密度的单个估计，例如这两个探测器的输出的比。

[0007]如上所述，对于在套管孔中所进行的测量，由于套管和水泥的存在还有额外的复杂性。为了探查地层，中子必须退出工具，通过套管和水泥并发生散射，或者在由此产生的伽玛射线反向穿过水泥和套管并最终再进入工具以被探测之前于地层中被俘获。因而，作为只是泥饼校正(对于裸孔有线线路)或者平衡校正(对于MWD)的代替，套管孔密度工具必须能够对于影响大于泥饼的水泥和套管进行校正或补偿。Moake的US5525797公开了使用校正套管影响的化学伽马射线源的三探测器工具的应用。Moake设备的缺点是需要相对高能量的化学源(安全的问题)以及测量伽马射线能量的事实(代替计数率)。另外，从俘获伽马射线中分离非弹性伽马射线是不可能。