[发明专利]用元素法定量测定地下建造性质

说明书

本发明一般地涉及对钻孔穿越的地层的研究。更具体地说，本发明论及这样一种方法，它通过在钻孔中放下一种或几种研究地下地层的仪器，对测井记录数据加工处理，从而确定钻孔周围地层属性的数值，并对其作进一步的鉴定。由于能够确定地层属性的数值（例如定量化），并且能对地层属性（例如地层矿物）作进一步的鉴定，就有可能通过测井得到范围广泛的、改进的新结果，包括直接计算阳离子交换容量（CEC）和校正过的水饱和度（SW）测量、油的API（美国石油学会）容重指标测井记录、改进的颗粒密度与孔隙度测量、改善对沉积环境的了解，渗透率测井记录、平均颗粒大小测井记录、热中子俘获截面测井记录，和无法直接测量的地层元素的测井记录等等。

对井中存在的岩性组分随深度变化的定量了解，对于勘探、评价、生产及完井的全面评估是有价值的。一份完全的页岩质砂的岩性描述不能只是简单地区分“砂”与“页岩”，而必须通过对地层矿物的鉴定，确定在所有各层、包括所谓“净砂”层中的粘土矿物的数量，鉴定并定量确定所存在的非粘土矿物与粘土矿物，鉴别沉积相或成岩相的微小的与显著的变化。

直到现在，一般都认为尚无成功的技术可用来得到元素化学数据，并由此而得到所要的岩性的矿物定量分析。曾提出过一些方法可以从化学数据中得到关于岩性的有限知识，也曾用过各种测井仪以提供元素的数据和指示。但是已知的这些先有技术和仪器，无论是单独地或是合起来使用，都不能根据测井进行广泛而准确的矿物定量分析。已知的技术与方法一般只谈到得出个别的结果，例如水饱和度、孔隙度、碳/氧比、阳离子交换容量、一般的岩性分类等。

能提供并确定元素化学数据和容量的钻孔仪表有天然γ射线仪、感应γ射线谱仪和高分辨率光谱仪。天然γ射线仪一般由闪烁器和脉冲高度分析器组成，它可以感受到并测量出地层中由于天然放射性元素钍、铀和钾的衰变造成的γ射线放射性。过去，钍加上钾的含量曾被用作为粘土或页岩含量的指示。曾经建议用铀的数量指示有机碳源，并提供关于次生孔隙探测和断裂的信息。有关的例子见苏波纳（Supernaw）等的美国专利4，071，755号。如同洛克（G.A.Lock）和霍伊尔（W.A.Hoyer）在“天然γ射线谱测井”（The    Log    Analyst，1971年9-10月号，3-9页）中详细谈到的，在某些情形，钍/铀比可以提供关于所讨论的海相环境类型的信息，钾的百分含量在某些场合可以作为钾碱沉积物或云母砂的指示。

感应γ射线谱仪一般是用一个脉冲式氘-氚加速器中子源和碘化钠探测器，它可以探测由于中子源与地层元素相互作用而生成的γ射线。如同在1970年7月21日发给莫兰（Moran）的美国专利3，521，064号，和发给奥特克夫（Autkiw）的美国专利4，055，763号所公开的，此谱仪能以非弹性型或以活化型的方式工作，并提供关于氢、氯、硅、钙、铁、氧、碳和硫等元素容量的信息。利用测得的元素的不同比例，可以确定诸如流体盐度、孔隙度、页岩度、岩性以及氧活化等指数。

高分辨率的光谱仪是基于和感应γ射线谱仪同样的原理，只是加速器的中子源，如果愿意的话可以换成化学源，并且所用的探测器是高分辨的（例如高纯锗）探测器。高分辨的（或增强分辨率的）光谱仪（见R.Everett，M.Herron和G.Pirie，“测井记录特性曲线和岩心评定研究技术的现场与实验室方法”，SPWLA第25次测井年会，1983年6月27-30，第23-24页）既可以象感应γ射线谱仪那样用来测量较丰富的地层元素的数量，也可以用来测量不那么丰富的元素、例如铝、钒、镁、钠等的数量。