[发明专利]检测在单和双套管柱环境的环形材料中的异常

说明书

提供一种用于在单、双和多套管井眼环境内测量材料体积密度的基于x射线的水泥评估工具，该工具至少包括内部长度，该内部长度包括探测器区段，其中所述探测器区段还包括x射线源；用于辐射测量检测器的辐射屏蔽；依赖探测器的电子器件；以及多个工具逻辑电子器件和PSU，其中该工具使用x射线来照射井眼周围的地层，且多个检测器用来直接测量水泥环的密度和其内密度中的任何变化。检测器用来测量套管偏位，使得其它检测器响应补偿工具偏位和集中；多个参考检测器用来监测x射线源的输出，且最短轴向偏移检测器配置成将入射光子分布到能量分类中，使得可进行光电测量。

技术领域

本发明大体上涉及用于检测环形材料中的异常的方法和器件(means)，且在特定但非限制性的实施例中涉及用于检测单套管柱环境和双套管柱环境的环形材料中的异常的方法和器件。

背景技术

在油和气行业内，计量通过多个套管的水泥(cement)的质量的需求与确定环的状态的能力一样极为重要。该行业目前采用各种方法来用于验证单套管柱后面的液压密封。典型地，超声工具在井内运行以确定水泥是否结合到套管的外部，由此指示在套管与外套管之间或在套管与地层之间的环中水泥的存在。最终，需要压力测试来确保实现了区域隔离，因为超声工具高度地依赖于环中材料与套管之间的结合、套管的质量，以及在能够正确工作的环中的材料的机械性能。另外，超声工具将环中材料作为单个各向同性且均匀的体积来处理，远离该理想的任何实际偏差导致测量中的误差。

目前的工具可提供关于最内部套管的水泥结合的信息，然而缺少判别到水泥或环形材料中各种深度的能力。这可导致流体迁移路径可存在于水泥-地层边界处、水泥本身内或套管与外套管之间的可能性，由此导致区域隔离的损失。

目前没有可行的技术是有效的，是能够确定环形区域(直到水泥-地层边界)内异常的径向和方位角位置以确保不存在可对区域隔离和井完整性造成风险的流体路径的。

现有技术教导使用x射线或其它辐射能量来检测或获得关于在水、油或气井的井眼内或周围结构的信息的各种技术，然而没有教导能够在单或多柱套管的井环境中准确地分析在井眼周围的环形材料中异常的方位角和径向位置的方法或器件。另外，没有教导一种利用包括与井套管同心的集中(非衬塞)工具而不是需要源和检测器组件来与所述套管接触的‘衬塞’工具的器件来准确地分析异常的方位角位置的方法。

例如，授予Youmans的US 3,564,251公开使用方位角扫描的准直x射线束，出于产生紧接在工具周围的井眼表面或套管内部的螺旋形式记录(log)的目的，该x射线束用来在检测器处产生衰减信号，有效地体现为x射线井径仪(caliper)。然而，该参考文献未能公开一种穿过单或多井套管的钢壁来实现此的器件或方法，且因此不能从环形材料(诸如水泥)判别来自所述套管后面的信号。

授予Teague等的US 7,675,029教导一种允许测量来自井眼内部任何水平表面的x射线反向散射光子(这涉及二维成像技术)的设备。

授予Wraight的US 7,634,059提供一种可用来测量井眼内部的内表面的二维x射线图像而没有在径向方向上看井眼内部的技术可能性的概念和设备。然而，它未能教导一种穿过单或多井套管的钢壁来实现此的方法或器件，且因此不能从环形材料(诸如水泥)判别来自所述套管后面的信号。

授予Teague的US 8,481,919公开一种在不使用放射性同位素的情况下在井眼中产生康普顿光谱辐射的方法，且进一步描述使准直仪围绕在内部安装到设备的固定源旋转，但不具有带有准直仪的固态检测器。它进一步教导使用圆锥形且径向对称的阳极布置来允许产生全景x射线辐射。然而，该参考文献未能教导一种穿过单或多井套管的钢壁来实现此的器件或方法，由此不能从环形材料(诸如水泥)判别来自所述套管后面的信号。该参考文献还未能教导一种在单或多柱套管孔环境内的非衬塞(即，同心)的工具(tooling)技术。