CN1864081A

CN1864081A - 用于井筒的集成测井仪

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Publication number: CN1864081A
Application number: CNA2004800286569A
Authority: CN
Inventors: 简·W·斯米茨; 克里斯琴·斯托勒; 迈克尔·伊万斯; 帕特里克·菲斯勒; 罗伯特·阿道夫
Original assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2024-08-02
Also published as: US7073378B2; MXPA06001345A; CA2534304C; US20070119243A1; NO20060652L; WO2005015265A1; US7334465B2; EA200600379A1; EP1651985A1; EP1651985B1; CN100399055C; US20050028586A1; EA010781B1; CA2534304A1; NO338273B1

Abstract

一种用于测量井筒周围地层特性的仪器，包括具有多个在仪器纵向彼此间隔的天线的电阻测量装置。所述仪器的中子测量装置包括至少一个中子源和至少一个中子探测器，每个中子探测器在仪器纵向上与所述中子源相距一定距离。所述多个天线与所述中子探测器交错，以便减少仪器的总长度，并且以便允许使用所述中子探测器和所述电阻率测量装置对所述地层的已确定区域同时进行测量。

Description

用于井筒的集成测井仪

技术领域

本发明总地涉及一种测量地层特性的装置和方法，其中所述测量可在钻井时或测井电缆测量时进行。

背景技术

随钻测井装置(LWD)通常用于在井筒中进行测量。已知的随钻测井装置可包括允许仅使用一个装置就能获得若干不同测量的测量装置的组合。例如，通常在称为三组合(triple combo)的装置中采用三个测量装置的组合。该已知的三组合可对电阻率，中子测井孔隙度，地层体积密度，地层光电因子，和天然γ射线进行测量。可选择地，组合测量装置也可以在其它测井配置中使用，例如在电缆测井装置中。

由于技术限制，当在单个LWD装置中安装所述三个测量装置时，所述三组合必须具有通常约为18米的最小长度。三组合的所述长度可能限制其进入某些环境，例如井筒限定了一个曲线的环境。

发明内容

本发明的第一个方面提供一种测量井筒周围地层特性的仪器。所述仪器包括具有多个在所述仪器的纵向上彼此间隔的天线的电阻率测量装置。所述仪器还包括具有至少一个中子源和至少一个中子探测器的中子测量装置，每个中子探测器在所述仪器的纵向上与中子源间隔一定距离。所述多个天线与所述中子探测器交错，以便减少装置的总长度，并且以便允许使用所述中子探测器和所述电阻率测量装置对所述地层的已确定区域同时进行测量，。

在第一个优选实施例中，所述装置还包括与中子测量装置交错的第一多个γ射线探测器，第一多个γ射线探测器的每一个在所述仪器的纵向上与所述中子源间隔一距离。

在第二个优选实施例中，所述装置包括天然γ射线探测器，其中所述天然γ射线探测器在所述仪器的纵向上与所述中子源间隔。

在第三个优选实施例中，所述中子测量装置相对于天然γ射线探测器纵向定位于所述仪器的尾侧，该尾侧相对于所述仪器在井筒的运动而被限定。

在第四个优选实施例中，所述仪器还包括具有至少一个γ射线源和第二多个γ射线探测器的γ射线测量装置，第二多个γ射线探测器的每一个在所述仪器的纵向上与所述γ射线源间隔一距离。

在第五个优选实施例中，所述中子测量装置相对于γ射线测量装置纵向地定位在所述所述的尾侧。

在第六个优选实施例中，所述中子测量装置包括脉冲中子源。

在第七个优选实施例中，所述仪器还包括测量中子源输出的中子监测器。

在第八个优选实施例中，所述中子测量装置包括化学中子源。

在第九个优选实施例中，所述仪器还包括X-射线测量装置，所述X-射线测量包括至少一个X-射线源和X-射线探测器，所述X-射线探测器在所述仪器的纵向上与该X-射线源间隔一距离。

在第十个优选实施例中，所述仪器还包括超声波测量装置。

在第十一个优选实施例中，所述仪器还包括泥浆压力传感器。

在第十二个优选实施例中，所述仪器还包括至少一个电的电阻率传感器(galvanic resistivity sensor)。

在第十三个优选实施例中，所述仪器还包括至少一个倾斜的天线线圈，以实现具有方向敏感性的电磁测量。

在第十四个优选实施例中，所述仪器被安装在随钻测井仪上。

在第十五个优选实施例中，所述仪器被安装在电缆测井仪上。

本发明的第二个方面提供一种测量井筒周围地层参数的仪器。该仪器包括具有多个在所述仪器的纵向上彼此间隔的天线的电阻率测定装置，和具有至少一个γ射线源和多个γ射线探测器的γ射线测量装置，多个γ射线探测器的每一个在所述仪器的纵向上与所述γ射线源间隔一距离。所述多个天线与所述中子探测器交错，以便减少所述仪器的总长度，并且以便允许使用所述中子探测器和所述电阻率测量装置对所述地层的已确定区域同时进行测量，。

本发明的第三个方面提供一种处理来自于携带至少一个中子源，中子探测器和γ射线探测器的测井仪的数据的方法。所述方法包括：对分别来自每个探测器的输出信号计数，作为测井仪的方位位置的函数；分别为每个探测器对用于方位位置的已计数的输出信号计数，作为输出信号到达时间的函数；和分别为每个γ射线探测器对用于方位位置的已计数的输出信号计数，作为输出信号脉冲幅度的函数。

通过下面的描述和本发明的权利要求书，本发明的其它方面和优点将会很明显。

附图说明

现在将参考附图对本发明进行更详细的描述，其中：

图1说明了现有技术的随钻测井仪；

图2包含了根据本发明的第一个例子的装置的示意图；

图3包含了根据本发明的第二个例子的装置的示意图；

图4包含了一个γ射线装置实施例的截面图；

图5包含了一个中子测井孔隙度装置实施例的截面图；

图6包含了根据本发明的一个信号处理装置实施例的示意图；和

图7包含了根据本发明的第三个实施例的装置的示意图；

具体实施方式

现有技术的总的概述

已知的三组合装置可进行如将在下面所描述的测量的多种测量。某些测量对于在测井电缆上或在LWD上实现的三组合装置来说是特殊的。可以设想所描述的测量是本领域的技术人员所熟知的，因此这里不对每个测量做详细的解释。

可根据下述的一种或几种方法对地层电阻率进行测量：

直接电阻率测量(通常为测井电缆)；

感应测量(通常为测井电缆)；

传播电阻率(通常为LWD)。

可以采用下面的一种或几种方法获得中子测井孔隙度的测量。利用中子探测器根据对散射中子的探测获得测量。可以测量两种典型的孔隙度：热孔隙度和超热孔隙度。热孔隙度和超热孔隙度之间的区别可根据所使用的探测器作出。热探测器既可探测热中子也可探测超热中子，后者通常比前者更丰富。超热探测器仅可探测超热中子。所述测量方法如下：

使用化学中子源的热中子测井孔隙度测量；

使用化学中子源的超热中子测井孔隙度测量；

使用脉冲中子发生器的超热中子测井孔隙度测量；

使用脉冲中子发生器的热中子测井孔隙度测量。

中子测井孔隙度测量可通过使用中子源，例如化学中子源或脉冲中子源和通过使用一个或多个γ射线探测器测量γ射线诱导的中子的计数率选择性地获得。

地层体积密度测量可通过γ射线的康普顿散射获得。

地层光电因子PEF测量可通过散射的γ射线的光谱分析获得。该PEF测量可使用与地层体积密度测量相同的设备进行。PEF可允许地层岩性的识别。其依赖康普顿散射的γ射线的光电吸收，该吸收对于地层中元素的有效电子序数非常敏感。

天然的γ射线测量

图1说明了具有一个用于本领域熟知的LWD的示例性装置的典型的旋转钻机***5，其允许进行电阻率，中子测井孔隙度，地层体积密度，地层光电因子和天然γ射线测量。为了更好地理解本发明，该图说明了钻机部件的不同部分并且在不同部分之间采用了不同的比例。井眼底部的测量通过放置于钻挺(collar)20内和/或放置在钻挺20上的测量装置进行。这些测量结果可储存于井底测量装置的存储装置，或通过常规的LWD遥测装置和方法遥测传送至地面。为了这个目的，一个数据信号发射装置模块23接收来自钻挺20的测量装置的信号，并且通过钻柱6的泥浆路径将其发射，最后通过管柱15内的压力传感器21到达地面装置7。

钻机5包括一个通过转盘4旋转方钻杆3的马达2。钻柱6包括端对端连接于方钻杆并因此旋转的钻杆段。象其它的常规钻挺和其它的LWD工具一样，本发明的钻挺20连接于钻柱6。这样的钻挺和工具在钻柱6和钻头30之间形成了一个底部钻具组合。

当钻柱6和底部钻具组合旋转时，钻头30钻出一个穿过地层32的井筒9。在包括底部钻具组合的钻柱6的外部和地层32之间限定了作为井筒9的一部分的环空10。

钻井液或“泥浆”借助泵11经由管柱15和旋转注入头17并通过方钻杆3和钻柱6的空心被压入钻头30。泥浆起到润滑钻头30的作用并且通过环空10将井筒内的钻屑携带到地面。所述泥浆返回泥浆池13，在这里将泥浆与井筒切屑等分离，脱气，并且再次返回钻柱应用。

钻挺20，也就是所述工具包括实现传播电阻率测量并确定地层电阻率的电阻率天线40。

中子测井孔隙度可通过测定从中子源41发射的和散射回中子探测器42的中子来确定。

地层体积密度可从γ射线康普顿散射获得。所述γ射线通过γ射线源43发射并由γ射线探测器44探测。

地层光电因子可使用相同的γ射线源43和γ射线探测器44通过查看反向反射的γ射线的光谱分析获得。

所述光电因子可用于识别地层岩性。天然γ射线探测器45可用于测量井筒内的天然γ射线。

为了在井筒内保持工具的中心，可选择的扶正器46可设置于工具的外缘。

重叠的中子和电阻率测定装置

图2说明了根据本发明的工具205的一个例子。所述工具205使用化学源，也就是化学中子源200和化学γ射线源201。

中子测井孔隙度部分

所述化学中子源200产生最终反射回中子探测器202的中子。中子探测器202的测量结果可用于确定中子测井孔隙度。

通常的化学源为²⁴¹AmBe源，其通过²⁴¹Am与⁹Be衰变发射的α粒子的核反应产生了高能中子光谱，如下面反应所说明的：

也可以使用可替换的²⁵²Cf源。所述后面的源由于²⁵²Cf重核的自发裂变产生中子。

γ密度部分

该工具205的γ密度部分，所述化学γ射线源201产生反射回γ射线探测器203的γ射线。尽管在图2中说明了2个γ射线探测器203，但是可以理解这仅仅是一个例子并且γ射线探测器203的数量可以有很大的不同。另外，可以理解，在图2中位于γ射线源203“下部”的γ射线探测器203的位置相对于γ射线源201可以变化，即，至“高于”所述γ射线源203的位置。当在应用中时，术语“低于”和“高于”在这里仅用于图形的框架内并不想给出工具的绝对方向，即，术语“低于”和“高于”不必企图涉及由重力给定的方向或其它方向。来自γ射线探测器203的测量结果可用于确定地层体积密度和地层光电因子。

应该注意，中子源激活地层导致γ射线延迟发射。为了避免延迟的γ射线发射被工具的γ射线探测器记录，所述γ射线探测器必须设置在工具的主导位置，例如，当工具在测井操作期间移动时，其位于工具的前部位置。LWD测井通常在钻进时进行，即，为了在工具上第一个“看到”被钻地层的给定区域，所述探测器应该设置在井眼底部一侧。

在大多数情况下，当从井底岩井孔向上移动工具时，进行电缆测井，即，首先将工具下放到井筒并且当将工具提出井筒时进行测井。假如这样的话，任何通过地层的激活对其它测量产生间接影响的测量最好位于井眼底部一侧，即，在工具的尾部以使其影响最小化。

然而，或许还有其它的需要改变测量顺序的理由。

用于化学γ射线源201的典型元素为¹³⁷Cs。

γ射线探测器203最好位于装备有γ射线窗口的可选扶正器207的后面。当将γ射线在扶正器207内的吸收降低到最小时，这提供了最好的地层联系。

当γ射线探测器203相对靠近γ射线源201时，两个γ射线探测器203与γ射线源201之间的通常距离通常分别在0.12m和0.24m之间变化，当γ射线探测器203离γ射线源201较远时，在0.30m和0.55m之间变化。

图4说明了γ密度部分的详细实施例，例如，密度测井仪400位于穿过地层402的井筒401内。该密度测井仪400包括钻挺403。钻挺403包括限定了泥浆管路405的底盘404。扶正器406和407设置于钻挺上并且在密度测井仪400与地层402之间提供了改善的联系。该改善的联系可减少γ射线在流经窗口与地层之间的井筒的泥浆中传输的影响。γ射线源408设置在钻挺403内。可以理解，γ射线源408也可以设置在底盘404内而不是在钻挺403内。

从γ射线源408发射的γ射线通过朝向地层407的低密度窗口409。可以选择的是，如果用合适的材料制作扶正器407以允许γ射线从所述γ射线源408传送到地层402，那么窗口409的使用也可能是选择性的。γ射线散射在地层上并且通过至少2个设置在窗口412和413后的探测器410和411探测，或者可选择的是位于由允许γ射线通过的适当材料制成的扶正器407后部。γ射线从射线源408到探测器410和411两者之间任何一个的直接通道可通过具有高密度材料414的屏蔽阻止，例如该高密度材料为钨。

可选择的是，该γ射线源可被X射线电子源(electronic source)代替。如果它们具有相同的能量，那么X射线和γ射线是难以辨别的。X射线可以由连接于高压电源的常规X射线管产生。可替换的是，X射线可由一装置产生，例如直线性电子加速器或类似电子感应加速器的环形加速器。虽然当使用不同的装置时所述测量(屏蔽，探测器间隔，窗口等)需要适应，但是基本的测量保持相同。

电阻率部分

电阻率天线204至少部分地与中子探测器202重叠地设置在工具205上。所述电阻率天线用于实现传播电阻率测量。通常的测量频率为400KHz和200KHz，但是其它更高和/或更低的频率也可以用于获得不同的测量特性。

天然γ射线部分

天然γ射线探测器206定位为朝向工具205的一端，所述工具205的一端与工具205的携带中子测量装置200和202以及电阻率天线204的一端相对。

为了减少来自由中子源200发射的中子产生的γ射线的γ射线探测，天然γ射线探测器206最好定位为离开中子源200足够的距离。

优选的是，在测量期间，所述γ射线探测器设置于超前中子源的位置，例如，在工具上位于一个引导工具运动的位置，这样其不会受到地层中材料活化以及中子源200引起的向下流动的泥浆的影响。

另外，为了避免测量从γ射线源200发射的γ射线，天然γ射线探测器也应该离开γ射线源201足够的距离。

中子测量装置200和201的重叠，与电阻率天线204一起允许获得一种比图1中现有技术中的工具20明显短的工具205。

耐磨带208可设置于靠近电阻率天线204的位置，以阻止通过与地层的接触或摩擦对电阻率天线204造成损害。

图3说明了根据本发明的工具300的另一个实施例。

一些在图3和图2中已经使用的附图标记涉及相同的部件。

γ射线密度部分和天然γ射线部分与图2中说明的各自相应部分相同。现在将描述图2中说明的工具不同于工具300的特定特征。

在工具300中，化学中子源200被脉冲中子源301替代，例如，一个利用d-T反应的中子发生器。所述脉冲中子源301包括高压电源，通常在70至100kv范围内，和一种真空管，该真空管首先产生氘和氚离子，然后在一个包含氚和氘的目标上加速。氚核和氘核之间的反应导致具有约14MeV能量的中子的发射。

工具300的中子测井孔隙度部分与电阻率部分交错。中子测井孔隙度部分与γ射线密度部分间隔一定距离设置，该距离足以阻止脉冲中子源301发射的中子引起的辐射到达γ射线密度部分。相似地，中子部分和γ射线部分两者之间的距离阻止γ射线源发射的γ射线引起的辐射到达中子部分。中子部分和γ射线部分间隔的距离通常可为1，2米并且需要与所使用的源的长度适合。

优选地，该中子测井孔隙度部分设置在工具300上，这样当将工具300***井筒时，在中子测井孔隙度测量之前，可首先对γ射线密度进行测量。这可阻止密度测量被地层和从中子测井孔隙度部分发射的中子产生的钻井液活化所偏移(bias)。倘若在γ射线密度测量之前需要依次进行中子测井孔隙度测量，那么必须矫正密度测量。

中子测量装置202位于远离脉冲中子源301的两个不同距离。该中子探测器202为热中子探测器和/或超热中子探测器，例如，³He正比例探测器。工具300还包括两个与中子测井孔隙度部分交错的γ射线探测器302。不同的屏蔽装置可用于使从源301到探测器202的直接通道最小化，并且加强方位响应。所述屏蔽装置还允许减少γ射线探测器302对由工具300的γ射线源201产生的γ射线的探测。当靠近中子发生器301或靠近γ射线探测器302使用时，所述屏蔽材料通常可为钨(未在图3中示出)，当靠近中子探测器202使用时，可为¹⁰B(硼10)(未在图3中示出).

中子监测器303设置在靠近中子源301处以便于确定或监测中子源的输出。中子源输出的测量可用于在中子探测器202或γ射线探测器302测量的计数率的标准化。它也可以用于调节中子源输出。中子源监测器303通常可与探测反冲质子的塑料闪烁体一起实现。

γ射线探测器302最好使用闪烁探测器，例如，NaI(Th)，BGO，CsI，GSO等。每个γ射线探测器302设置在距离中子源301不同的距离。距离所述源301最近的探测器302可用于通过测量和分析捕获的γ射线光谱确定地层的元素组成。此外，为了减少地层和井筒的中子俘获截面，后面的探测器302可用于测量热γ射线的衰减。另外，后面的探测器302可用于测量高能中子非弹性反应(inelastic reactions)的γ射线光谱。为了增加地层元素组成的测量和/或用于补偿密度测量，这些γ射线光谱可用于分析。

距离所述源301最远的一个特殊的探测器302可用于测量非弹性γ射线光谱和计数率，这些反过来可用于推测地层体积密度。另外，即使具有非常少的统计量，该探测器也可测量俘获γ射线光谱和热γ射线衰减。

与图2中的工具相似，电阻率天线204与中子源301和探测器202重叠。电阻率天线204可用作发射天线和接收天线。为了在中子测井孔隙度部分获得改进的原子核测量性能，孔隙度天线204的定位可以不同。

优选的是，中子源301与最接近源的中子探测器202之间的距离可在20cm到40cm之间。距离所述源更远的中子探测器202与源之间的距离可为50cm到80cm。

优选的是，中子源301与离源最近的γ射线探测器302之间的距离可在20cm到50cm之间，尽管所述源301与距离该源最远的探测器302之间的距离可在60cm到100cm之间或者根据中子源301的长度可以更远。

图3说明了中子探测器202和γ射线探测器302处于交替的位置，可以理解，这仅仅是一个示例，也可以设想其它的位置。例如，为了同时进行中子和γ射线测量，中子探测器202和γ射线探测器302可距离所述源301相同的距离，彼此邻接或结合。也可以设想，γ射线探测器位于中子源上部和中子探测器位于中子源下部。

图5说明了与电阻率部分重叠的中子测井孔隙度部分的一个实施例在纵向和横向的工具截面图。所述中子测井孔隙度部分测量装置位于钻挺500内部，安装在底盘501内。底盘501限定了允许泥浆流经工具的泥浆通道502。中子测井孔隙度部分测量装置包括脉冲中子源503和中子探测器504。为了在钻井时探测器504超前所述源，当工具被***井筒时，中子源503所位于的工具一侧通常位于朝向井口位置。

靠近所述源503设置的钨块505，例如，位于图5中所述源503的右侧，阻挡γ射线的传送和减少从源503朝向探测器504的中子的直接流量。

最接近源503的中子探测器504，在一个密度中性位置(density neutralposition)，实际上可以为一套包括超热中子探测器和热中子探测器的中子探测器，并且可用于执行近计数率测定，从而获得直接的含氢指数测量。概念“密度中性”表示在该位置中子计数率为地层含氢指数和其它环境变量的函数。然而，该中子计数率不受地层体积密度的影响，其不伴有地层含氢指数的变化。距离源503最远的中子探测器504实际上可为一套热中子探测器，和可用于远计数率测量。该中子测井孔隙度的确定基于远近计数率的比率。

为了减少通过井筒或通过泥浆管路移动的中子信号，中子探测器利用中子挡板来屏蔽，例如¹⁰B挡板。

第一γ射线探测器507位于两套中子探测器506之间。该第一γ射线探测器507可主要用于俘获γ射线光谱的测量和一个∑(sigma)测定。∑为地层的宏观俘获截面。∑相反地涉及热中子衰变时间。

第二γ射线探测器508可产生测量，该测量可结合来自第一γ射线探测器507的测量进行分析以便获得脉冲中子密度测量。另外，该探测器可用于获得具有更深入研究的∑测量。

设置在钻挺500表面的挡板509将钻挺与可被钻挺俘获并导致强的γ射线背景辐射的热中子屏蔽，该背景辐射增加了来自井筒和地层的信号。挡板509减少了γ射线探测器507和508内由于钻挺500和底盘501内中子俘获所产生的背景信号。

电阻率天线510设置于工具的外缘。电阻率天线510的位置可以被优化为相对于探测器506相适合从而改善中子探测。可选择的是，该天线可与钻挺一体安装或可安装于钻挺内部或安装于底盘上，在这种情况下，槽(slots)必须做在钻挺内部从而确保其足以透过电磁场。

中子探测器504的输出响应可作为相对于脉冲中子源503产生的中子爆发的时间的函数被记录，另外，对于每次储存还作为方位的函数。更精确的是，超热探测器输出响应涉及的时间可在中子爆发后几十微秒期间，以确定超热中子衰减现象，即，减速时间SDT。利用热中子衰减引起的热中子探测器的输出响应，可减小地层俘获截面(∑)。

第一γ射线探测器507的输出响应作为下列参数的函数得到记录：时间，沉积在探测器中的γ射线能量，以及方位。后者的输出响应可用于确定非弹性的和俘获γ射线光谱以及∑。

第二γ射线探测器508的输出响应以与γ射线探测器507相似的方式被记录，并且通常用于确定γ射线诱导的中子密度和光谱学，和∑信息，如果统计精度足够。

如先前在图3中所述的，输出响应，即，在探测器获得的计数率，通过计数率除以如中子监测器600测定的源503发射的中子速率实现标准化。因此，根据单个中子探测器506确定孔隙度响应成为可能。单套探测器506的超热响应和热响应之间的差别可作为热中子吸收者存在的指示，并与∑相关。

其它的传感器可加在钻挺上而不会增加其长度。这些传感器可为测量工具偏离(tool stand off)的超声装置，确定井筒内压力的压力传感器或确定泥浆特性的附加的小装置。这还可以包括直接的局部电阻率测量装置。

作为确定工具偏离井壁的手段的超声测量在本行业中是熟知的。通过从工具发射超声波脉冲并且确定发射和在工具内测定到反射信号(回声)之间的时间延迟来确定所述工具偏离。如果在泥浆中的传播速度是已知的，那么离开地层的工具偏离就可以得到计算。

压力传感器通常用于LWD和MWD工具上。压力传感器通常为应变计。钻进时，压力测量有很多应用。例如，压力测量可用于确保井底压力既不会过低也不会过高，或用于如循环液漏失的钻井问题的早期探测。压力测量也使估计泥浆比重成为可能，并因此获得对泥浆中声波传播速度的更好的估计。

局部电阻率测量可增加到使用电传感器测量地层电阻率的工具上。这样的电传感器(galvanic sensor)通过穿过工具的各个部分施加能够使电流从工具流到地层的电压差来测量电阻率。例如，该电压差可通过感应方式产生，例如，通过使用环形线圈，或通过使用电极。该形成的电流可通过相同的方式测量。

在一个优选实施例中，电阻率部分还包括倾斜的天线。这允许电阻率的方位感应测量。方位灵敏度在如地质导向应用中很重要，而且也用于通过确定地层倾角更好地进行地质评价。

数据处理

图6示意性地说明了图5中所示工具的作为时间、方位和能量函数的数据采集过程。

从每个探测器506、507和508获得信号。图6中说明的探测器506N1和506N2与最靠近中子源503设置的该套中子探测器一致。探测器506F1和506F2与距离中子源503最远设置的该套探测器一致。

中子监测器600靠近中子源503设置从而说明脉冲中子爆发受到监测。

探测器506、507和508的信号被作为部分601在井筒内的工具方位的函数记录。根据测量的方位分辨率，方位扇形的间隔尺寸(granularity)可以不同。例如，可选择4象限(4quadrant)的间隔尺寸。

在部分603，测量的计数作为中子或γ射线到达探测器的时间的函数被储存(bin)。到达时间可相对于脉冲中子源503产生的中子脉冲循环得到测量。

时间仓(time bin)的宽度和时间仓的数目可以从一个探测器到另一个探测器不同，甚至对于一个探测器也可以不同。

在部分604，光谱数据可由γ射线探测器507和508获得。信号根据在探测器输出处的所测量的信号的脉冲高度而被储存(bin)。

为了获得可用于进一步处理从探测器506、507和508获得的数据的中子的绝对计数，可利用中子监测器600和计数设备602对中子源503的输出进行测量。

为了避免从一个工具到另一个工具的测量结果的不同，可使用校准605对计数率进行校准。

在部分601、602和603获得的数据被标准化(606)并且有利于数据处理607。数据处理607可以实时进行，例如，数据可被实时向井上输送，或者数据可存储于工具的存储器内用于以后处理，例如，当工具返回地面时进行处理。

图7说明了本发明的工具的另一个优选实施例。图7中的工具包括与中子测井孔隙度部分(301、303、202、302)重叠的电阻率部分(204)，和与图3中说明的工具相似的天然γ射线探测器206。与图3中的工具的不同点在于图7中的工具没有包含任何γ密度部分。天然γ射线探测器206与脉冲中子源间隔的距离通常超过1、2米。

作为省略γ密度部分的结果，图7中的工具通常比图3中的工具短。

本发明的工具具有不同的优点。

本发明工具的第一个优点可以从工具长度的减少上看到。本发明的三组合的长度减少到小于10米。在图7的实施例中长度可以减少到更少。较少的长度可以使本发明的工具在现有技术的三组合不能够进入的困难环境中使用，在这种困难的环境中，所述测量不得不使用多个工具，并可能在井中多次起下管柱(multiple trips)。本发明的工具能够集成现有技术中使用2到4种不同工具达到的多个测量。本发明的工具能够在比现有技术更短和集成更高的单个工具中进行全部所述测量。

本发明的工具的第二个优点可从降低的成本上看到。可以看出，本发明的工具可以比现有技术的三组合更便宜地生产。

本发明的第三个优点是，本发明三组合的更短的长度允许对测量装置的测量采用更简单和更精确的分析。尤其是，电阻率测量装置和中子测量装置的重叠允许对两种测量，彼此相对靠近的测量点或相同的点获得同时的或类似同时的测量。因此，电阻率和中子测量可以很容易地被关联，产生对测量更精确的解释和对地层更精确的理解。

集成的另一个优点是，本发明的工具的探测器比在现有技术的工具中更靠近钻头设置，在穿过地层后提供更早时间的测量。这或许具有重要的应用，例如，在地质导向中。

本发明的不同实施例已经利用LWD工具进行了解释。可以理解，本发明也可以用在通常用于在钻井后调查井筒的电缆测井中。

在一个可替换的优选实施例中，在密度测量下交错电阻率天线是可能的。

在另一个优选实施例中，所述天线可与中子部分和密度测量部分重叠。

虽然本发明已经相对于有限的实施例进行了描述，但是从该公开中获益的本领域的技术人员，将会理解在没有脱离在此所公开的本发明范围的情况可设计出其它实施例。因此，本发明的范围应仅由权利要求书所限制。

Claims

1、一种测量井筒周围地层特性的仪器，包括：

具有多个在所述仪器纵向上彼此间隔的天线的电阻率测量装置；

包括至少一个中子源和至少一个中子探测器的中子测量装置，每个所述中子测量装置在所述仪器纵向上与所述中子源间隔一距离；

其中，所述多个天线与所述中子测量装置交错，以便减少所述仪器的总长度，并以便允许使用所述中子测量装置和所述电阻率测量装置同时对地层的确定区域进行测量。

2、根据权利要求1所述的仪器，其中，还包括：

与所述中子测量装置交错的第一多个γ射线探测器，所述第一多个γ射线探测器中的每一个在所述仪器的纵向上与所述中子源间隔一距离。

3、根据权利要求2所述的仪器，其中，还包括：

天然γ射线探测器，其中所述天然γ射线探测器在所述仪器的纵向上与所述中子源间隔。

4、根据权利要求3所述的仪器，其中，所述中子测量装置相对于所述天然γ射线探测器纵向地设置在所述仪器的尾侧，所述尾侧相对于所述仪器在井筒的运动而被限定。

5、根据权利要求1所述的仪器，其中，还包括：

包括至少一个γ射线源和第二多个γ射线探测器的γ射线测量装置，所述第二多个γ射线探测器的每一个在所述仪器的纵向上与所述γ射线源间隔一距离。

6、根据权利要求5所述的仪器，其中，所述中子测量装置相对于所述γ射线测量装置纵向地设置在所述仪器的尾侧，所述尾侧相对于所述仪器在井筒的运动而被限定。

7、根据权利要求4所述的仪器，其中，还包括：

X射线测量装置，所述X射线测量装置包括至少一个X射线源和X射线探测器，所述X射线探测器在所述仪器的纵向上与所述X射线源间隔一距离。

8、根据权利要求1所述的仪器，其中，还包括：

9、根据权利要求8所述的仪器，其中，所述中子测量装置相对于所述天然γ射线探测器纵向地设置在所述仪器的尾侧，所述尾侧相对于所述仪器在井筒的运动而被限定。

10、根据权利要求9所述的仪器，其中，还包括：

11、根据权利要求10所述的仪器，其中，所述中子测量装置相对于所述γ射线测量装置纵向地设置在所述仪器的尾侧。

12、根据权利要求9所述的仪器，其中，还包括：

13、根据权利要求1所述的仪器，其中，所述中子测量装置包括脉冲中子源。

14、根据权利要求13所述的仪器，其中，还包括：

与所述中子测量装置交错的第一多个γ射线探测器，所述第一多个γ射线探测器的每一个在所述仪器的纵向上与所述中子源间隔一距离。

15、根据权利要求13所述的仪器，其中，还包括：

测量所述中子源输出的中子监测器。

16、根据权利要求1所述的仪器，其中，所述中子测量装置包括化学中子源。

17、根据权利要求1所述的仪器，其中，还包括超声测量装置。

18、根据权利要求1所述的仪器，其中，还包括泥浆压力传感器。

19、根据权利要求1所述的仪器，其中，还包括至少一个电的电阻率传感器。

20、根据权利要求1所述的仪器，其中，还包括倾斜的天线线圈，以实现具有方向敏感性的电磁测量。

21、根据权利要求1所述的仪器，其中，所述仪器安装于随钻测井仪上。

22、根据权利要求1所述的仪器，其中，所述仪器安装于电缆测井仪上。

23、一种用于测量井筒周围地层特性的仪器，包括：

具有多个在所述仪器的纵向上彼此间隔的天线的电阻率测量装置；

包括至少一个γ射线源和多个γ射线探测器的γ射线测量装置，所述多个γ射线探测器中的每一个在所述仪器的纵向上与所述γ射线源间隔一距离；

其中，所述多个天线与所述γ射线测量装置交错，以便减少所述仪器的总长度，并且以便允许使用所述γ射线测量装置和所述电阻率测量装置对所述地层的确定区域同时测量。

24、根据权利要求23所述的仪器，其中，还包括：

25、根据权利要求23所述的仪器，其中，还包括超声测量装置。

26、根据权利要求23所述的仪器，其中，还包括泥浆压力传感器。

27、根据权利要求23所述的仪器，其中，还包括至少一个电的电阻率传感器。

28、根据权利要求23所述的仪器，其中，还包括倾斜的天线线圈，以实现具有方向敏感性的电磁测量。

29、根据权利要求23所述的仪器，其中，所述仪器安装于随钻测井仪上。

30、根据权利要求23所述仪器，其中，所述装置安装于电缆测井仪上。

31、一种处理来自于携带至少一个中子源，中子探测器和γ射线探测器的测井仪的数据的方法，包括：

对分别来自每个探测器的输出信号计数，作为所述测井仪方位位置的函数；

分别为每个探测器对用于方位位置的已计数的输出信号计数，作为所述输出信号的到达时间的函数；

分别为每个γ射线探测器对用于方位位置的已计数的输出信号计数，作为所述输出信号的脉冲高度的函数。

32、根据权利要求31所述的方法，其中，利用所述中子源输出的绝对值对所述已计数的信号进行标准化，所述绝对值来自于中子监测装置。