[发明专利]放射性测井装置

说明书

本发明涉及钻井时地层评价装置，更具体地说，涉及一种钻井时的放射性测井装置。

在探测地下碳氢化合物时，一旦井孔钻成，就必须着手评价钻孔所在岩层的性质。进行这种评价最常见的目的是确定水的饱和度和多孔地层结构的孔隙度。所获信息对于正确确定将一口裸井变为生产井的经济效益是至关重要的，同时，如果经济效益很好，对于在此井孔基础上开发一个从地下含碳氢化物的地层中生产碳氢化合物流体的计划，也是必不可少的。

在石油工业中，已在确定水饱和度和孔隙度的方面取得了巨大成就的技术就是工业中熟知的电缆测井。为了确定水饱和度和孔隙度，绝大多数利用电缆勘探仪器进行评价的井都使用一套通常由三部分组合的测井记录。这三组组合测井记录通常是三组电缆测井记录，它们是：测量地层电阻率的电阻率测井记录（电流测量或电感测量）;测量地层孔隙率的中子测量测井记录和测量地层密度的γ射线测量测井记录。另外，三组组合中有时还包括声波测井记录。

虽然电缆技术所获得的结果已满足了大多数情况下的需要，本领域的熟练技术人员都越来越意识到非电缆技术可能还会有它的优点。但很遗憾，电缆测井必须在井孔钻完之后才能进行。这样，电缆测井要等到井孔形成后数小时、甚至数天后才能进行，但是，地层和井孔会随着时间而变化，因此，利用电缆探测技术所得到的结果就可能不是最佳的，且最感兴趣的地层性质会变得模糊不清。

例如，地层的电学性质会随着钻井液渗入或浸入地层而变化。已经知道，在钻井液的浸入过程中，钻井液分离成渗入地层的滤液和由钻井孔中的固体形成的覆盖于井孔表面的泥饼。钻井液的浸入改变了比如是测电阻率设备所得到的读数，而泥饼使得电缆仪器很难直接与岩石接触，这样就产生了钻具“间隙”（standoff）效应，这种“间隙”效应对许多电缆仪器、包括中子孔隙度仪器都有不良影响。

另外一个随时间的推移而出现的不良影响就是地层本身会变化。地层物质会因暴露于钻井液而膨胀造成井孔堵塞。有时，因地层结构不实而造成向井内剥落或倒塌，形成“空洞”，这种“空洞”给许多电缆探测法带来“间隙”效应的困难。若地层物质向井内倒塌的趋势很严重的话，则井孔自身可能会倒塌或形成孔壁跨接，这样不仅防碍了进一步进行电缆测井，而且还会导致丢失仪器和/或放弃该井。

还有，完成电缆探测所需的时间会延误将井孔变为生产井的时间，造成很大损失。

因此，很清楚，如果能将一般要在井孔完成后才进行的电缆测井法对地层性质的测试改为在钻井的同时进行，那么，上述电缆测井过程中许多固有的困难就可以避免。

到目前为止，只有在石油工业中，有可能在钻井过程中满意地进行地层评价。以前，没有能开发出一种能满意地解决在钻井过程中进行地层评价的固有问题的技术。比如，工业方面一直谨慎地反对在钻杆柱中放入放射源。

最近至少有一种已有技术已经提出，在钻井过程中用核技术（γ密度法或中子孔隙度法）进行地层评价。美国专利4596926，4698501，4705944和英国专利申请2175085，2183831及有关文章中提出了一种装置的技术方案，该方案在钻铤外侧槽内装有核放射源（中子或γ射线源）。为防止在钻井过程中源位移，采取了三种独立的防范措施。很容易理解为何采取这些特别措施，因为在钻井过程中如果源掉入井内，这是完全不能接受的。然而，采取三种独立措施以防止源掉入井内，就使源的插入和卸出变得更为困难，并且需要比预期更多的时间。完成这一步骤所需的时间必须尽可能的短，因为辐射对于操作人员的危害是逐渐积累的。

还有，已有技术提出的装置还具有其他缺陷，因为在地表面时，钻探过程会损坏装有源的钻铤外侧，如钻铤损坏到影响源的拆卸的程度，如上述原因，这就很不理想。另外，已有技术对于钻杆柱可能会在井孔底部脱落的危险丝毫没有谈及，且对找回脱落的钻杆柱的“冲刷”或“打捞”程序也丝毫没有谈及。打捞操作即使没有破坏源本身，就是损坏了装源容器也是不可想象的。

因此，本发明的目的是提供一种钻井时的放射性测井装置，它能探测和除去与该测井装置所研究的地层性质无关的背景效应。

发展出一种新颖的MWD（钻井时测量）的核技术测井设备，克服了已有技术的固有问题。本发明装置中设有中子和γ射线仪器，其放射源完全置于筒状钻铤内部，并可以轴向通过钻铤一端插入或取出。

概括地讲，钻井时用于探测井孔周围地层性质的MWD测井装置包括一个管状体，该管状体连接于钻杆柱，并允许钻井液流过。中子源置于该管状体内轴线上，钻井液可从其周围流过。由于中子与地层间相互作用，发射出的中子会在地层中产生二次辐射。此处“二次辐射”是指被地层散射的中子（如热或超热中子）或地层中原子核俘获中子后产生的γ射线。