[发明专利]用于测井应用的纳米结构的中子灵敏材料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年9月13日提交的美国申请第14/026506号的权 益，该申请通过引用以其全部内容并入本文中。

背景技术

地质地层被用于多种目的，诸如烃生产、地热生产和二氧化碳隔离。 通常，地层被表征以确定该地层是否适用于其预期使用的目的。

表征地层的一种方法是将井下工具运送通过穿透地层的钻孔。该工具 被配置成在钻孔中于各个深度处执行地层的一种或多种性质的测量以建 立测量测井。

多种类型的测井可被用于表征地层。在被称为中子测井的一种测井类 型中，中子源和中子探测器被设置在井下工具中。中子源被用来照射地层， 并且用中子探测器探测产生自与地层原子的相互作用的中子。从探测到的 中子可确定地层性质，诸如密度或孔隙度。可以理解的是，提高中子探测 器的灵敏度可提高地层表征的准确度。

发明内容

本发明公开了一种用于估计被钻孔穿透的地层的性质的装置。所述装 置包括：载体，其配置为被运送通过钻孔；中子源，其设置于载体上并且 配置为用中子照射地层；中子探测器，其设置于载体上并包括中子探测材 料，所述中子探测材料包括透光材料，其具有多个纳米微晶，其中多个纳 米微晶中的每个纳米微晶具有直径或尺寸小于1000nm的周期性晶体结 构，并包括中子相互作用材料的原子和激活体材料的原子，所述中子相互 作用材料的原子通过吸收所接收的中子而发射带电粒子，所述激活体材料 的原子通过与带电粒子相互作用而提供闪烁以发射光子，其中中子相互作 用材料的原子以及激活体材料的原子的位置在多个纳米微晶中的每个纳 米微晶的周期性晶体结构中；光电探测器，其光耦合至中子探测材料，并 且配置为探测从闪烁中发射出的光子并提供与所探测到的光子相关的信 号；以及处理器，其配置为使用所述信号来估计性质。

本发明还公开了一种用于估计被钻孔穿透的地层的性质的方法。该方 法包括：运送载体通过钻孔；用中子源发射的中子照射地层；使用中子探 测器接收中子，所述中子由发射的中子与地层相互作用而产生，所述中子 探测器包括中子探测材料，所述中子探测材料包括透光材料，其具有多个 纳米微晶，其中多个纳米微晶中的每个纳米微晶都具有直径或尺寸小于 1000nm的周期性晶体结构，并包括中子相互作用材料的原子和激活体材 料的原子，中子相互作用材料的原子通过吸收所接收的中子发射带电粒 子，激活体材料的原子通过与带电粒子相互作用提供闪烁发射光子，其中 中子相互作用材料的原子和激活体材料的原子的位置在多个纳米微晶中 的每个纳米微晶的周期性晶体结构中；使用光电探测器接收由闪烁发射的 光子以产生信号；以及使用接收信号的处理器来估计性质。

本发明进一步公开了一种用于制造用于估计被钻孔穿透的地层的性 质的装置的方法。所述方法包括：将中子源设置在载体上，所述中子源配 置为用中子照射地层，所述载体配置为被运送通过钻孔；将中子探测器设 置在载体上，所述中子探测器包括中子探测材料，所述中子探测材料包括 透光材料，其具有多个纳米微晶，其中多个纳米微晶中的每个纳米微晶具 有直径或尺寸小于1000nm的周期性晶体结构，并包括中子相互作用材料 的原子和激活体材料的原子，中子相互作用材料的原子通过吸收所接收的 中子发射带电粒子，激活体材料的原子通过与带电粒子相互作用提供闪烁 发射光子，其中中子相互作用材料的原子和激活体材料的原子的位置在多 个纳米微晶中的每个纳米微晶的周期性晶体结构中；将光探测器设置在载 体上，所述光探测器光耦合至中子探测材料，并且配置为探测从闪烁发射 的光子并提供与所探测到的光子相关的信号；以及将处理器耦合至光探测 器，所述处理器配置为接收信号并使用该信号来估计性质。具有多个纳米 微晶的中子探测器材料可采用以下方法制造，该方法包括：将透光材料、 中子相互作用材料，以及激活体材料混合在一起形成混合物；以及对混合 物进行热处理工艺，所述热处理工艺包括多个具有相应温度曲线的时间间 隔。

附图说明

以下描述无论如何都不应视作限制性的。参照附图，相同的元件编号 相同：

图1示出了设置在穿透地层的钻孔中的井下中子工具的示例性实施 例；

图2描绘了设置在井下中子工具处的闪烁探测器的方面；

图3描绘了3H和4He核子的平均路径长度与介质的原子数的相关性 的各方面；