MX2013013620A - Correcciones ambientales en la espectroscopia nuclear usando un estándar de forma variable. - Google Patents

Abstract

Un aspecto de una formación se puede estimar colocando una herramienta de espectroscopía que incluye una fuente de neutrones y un detector de rayos gamma en un hoyo y realizando una pluralidad de mediciones ambientales. Los neutrones se emiten desde la herramienta de espectroscopía nuclear de manera que algunos de los neutrones generan rayos gamma desde una formación adyacente a la herramienta de espectroscopía nuclear, algunos de los neutrones generan rayos gamma desde los elementos dentro de la herramienta de espectroscopía nuclear y algunos de los neutrones generan rayos gamma desde un elemento en el lodo de perforación. Se puede detectar un espectro de energía de los rayos gamma inducidos por los neutrones emitidos con la herramienta. El espectro de energía de rayos gamma detectado se puede analizar usando una combinación de los espectros estándares, donde la forma de al menos uno de los espectros estándares se varía basado en las mediciones ambientales para representar los efectos del ambiente sobre los espectros de rayos gamma.

Description

CORRECCIONES AMBIENTALES EN LA ESPECTROSCOPIA NUCLEAR USANDO UN ESTÁNDAR DE FORMA VARIABLE SOLICITUD RELACIONADA Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de los Estados Unidos con núm. de serie 61/489,295, titulada " SYSTEMS AND METHODS FOR ENVIRONMENTAL CORRECTIONS IN NUCLEAR SPECTROSCOPY USING VARIABLE SHAPE STANDARD" y presentada el 24 de mayo de 2011, cuya solicitud se incorpora como referencia en su totalidad.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La descripción se refiere generalmente a la espectroscopia nuclear y más particularmente a los métodos de estimación y de representación de los efectos ambientales sobre los resultados de la espectroscopia nuclear.

ANTECEDENTES Cuando se perfora a través de una formación rocosa u otras formaciones para extraer petróleo, gas natural u otros materiales, es beneficioso determinar o estimar el tipo de formación que se está perforando. Por ejemplo, la información relacionada con el tipo de formación puede ser útil para interpretar con mayor exactitud otras mediciones del registro de pozo con el fin de estimar la porosidad de la formación, la saturación de agua, el contenido neto de hidrocarburos, y la permeabilidad de la formación y las tasas de producción. También puede ser útil para la toma de decisiones de perforación basadas en las propiedades mecánicas estimadas de la formación.

Existen varias formas para tratar de determinar o estimar la formación, una de las cuales es el registro durante la perforación o LWD. El LWD es la medición de las propiedades de la formación durante la excavación del agujero, o poco después de eso, a través del uso de herramientas integradas en el ensamble de fondo de pozo.

Una técnica conocida del LWD es la espectroscopia de neutrón-gamma, que usa neutrones para crear estados excitados en un núcleo que después pueden decaer a través de la emisión de uno o más rayos gamma. Los rayos gamma de cada isótopo tienen un espectro de energía característico que se puede usar para distinguir la concentración de un elemento particular, tal como el hidrógeno. Como resultado, los rayos gamma de un grupo de isótopos proporcionan un grupo de espectros de energía característicos que se puede usar para distinguir las concentraciones de los elementos correspondientes, tales como el hidrógeno, el cloro, el hierro, el silicio, el calcio, el azufre, el titanio, el aluminio, el sodio, el magnesio, el manganeso, y el níquel.

Un inconveniente del uso de la espectroscopia de neutrón-gamma es que uno o más de los elementos en la herramienta de espectroscopia pueden ser los mismos que uno o más elementos en la formación de manera que la herramienta, cuando intenta determinar o estimar los elementos en la formación, puede en realidad detectar además los rayos gamma resultantes de los elementos que no están en la formación, tales como los elementos en la herramienta o en el lodo de perforación. Es decir, el espectro para un elemento que está presente en la formación y, por ejemplo, en la herramienta es en realidad el total del espectro del elemento de la formación y el espectro del elemento de la herramienta. La porción del espectro de un lugar diferente de la formación se refiere frecuentemente como el espectro de fondo.

Otro inconveniente es que las condiciones ambientales de la formación pueden variar de un pozo a otro y también como una función de la profundidad dentro de un pozo particular, lo que puede afectar los espectros medidos usando la espectroscopia de neutrón-gamma de LWD. Los ejemplos de los parámetros ambientales de la formación que varían son el tamaño del hoyo, la densidad de la formación rocosa, la densidad del fluido del hoyo, el índice de hidrógeno de la formación rocosa, la longitud de frenado de los neutrones de la formación rocosa, la sección transversal de captura de neutrones termales Sigma de la formación rocosa, o la sección transversal de captura de neutrones termales Sigma de un fluido del hoyo.

La eliminación, reducción de los efectos de, o compensación de cualquiera de estos inconvenientes sería beneficioso cuando se intenta determinar o estimar el tipo de formación que se está perforando.

COMPENDIO La presente descripción describe varios métodos, aparatos, y sistemas diferentes para representar el impacto ambiental sobre las mediciones de espectroscopia nuclear.

De acuerdo con una modalidad de la presente descripción, un método para estimar un aspecto de una formación usando una herramienta de espectroscopia nuclear incluye colocar una herramienta de espectroscopia nuclear que incluye una fuente de neutrones y un detector de rayos gamma en un hoyo y realizar una pluralidad de mediciones ambientales. Los neutrones se emiten desde la herramienta de espectroscopia nuclear de manera que algunos de los neutrones generan rayos gamma desde una formación adyacente a la herramienta de espectroscopia nuclear, algunos de los neutrones generan rayos gamma desde los elementos dentro de la herramienta de espectroscopia nuclear y algunos de los neutrones generan rayos gamma desde un elemento en el lodo de perforación. Se puede detectar un espectro de energía de los rayos gamma inducidos por los neutrones emitidos con la herramienta. El espectro de energía de rayos gamma detectado se puede analizar usando una combinación de los espectros estándares, donde la forma de al menos uno de los espectros estándares se varía basado en las mediciones ambientales para representar los efectos del ambiente sobre los espectros de rayos gamma.

De acuerdo con una modalidad de la presente descripción, una herramienta de espectroscopia nuclear para estimar un aspecto de una formación incluye una fuente de neutrones que se configura para emitir a neutrones hacia la formación adyacente a la herramienta de manera que algunos de los neutrones pueden generar rayos gamma a partir de la formación rocosa, algunos de los neutrones pueden generar rayos gamma a partir de un elemento en la herramienta de espectroscopia nuclear, y algunos de los neutrones pueden generar rayos gamma a partir de un elemento en el lodo de perforación. La herramienta incluye un detector de rayos gamma que se configura para detectar un espectro de energía de rayos gamma inducido por los neutrones emitidos y un circuito de procesamiento de datos que lleva a cabo el análisis del espectro de rayos gamma detectado usando una combinación de espectros estándares, donde la forma de al menos uno de los espectros estándares se varía en base a las mediciones ambientales de la herramienta y de la formación para representar el efecto del ambiente sobre el espectro de rayos gamma, y para estimar un aspecto de la formación usando el análisis .

De acuerdo con una modalidad de la presente descripción, un sistema para estimar un aspecto de una formación incluye una fuente de neutrones que se configura para emitir neutrones hacia la formación adyacente a la herramienta de manera que algunos de los neutrones pueden generar rayos gamma a partir de la formación, algunos de los neutrones pueden generar rayos gamma a partir de un elemento en la herramienta de espectroscopia, y algunos de los neutrones pueden generar rayos gamma a partir de un elemento en el lodo de perforación. El sistema incluye un detector de rayos gamma que se configura para detectar un espectro de energía de rayos gamma inducido por los neutrones emitidos y un circuito de procesamiento de datos que lleva a cabo el análisis del espectro de rayos gamma detectado usando una combinación de espectros estándares, donde la forma de al menos uno de los espectros estándares se varía en base a las mediciones ambientales de la herramienta y de la formación para representar el efecto del ambiente sobre el espectro de rayos gamma, y para estimar un aspecto de la formación usando el análisis.

Otras modalidades incluyen la estructura, los medios, los aparatos y sistemas que llevan a cabo las modalidades de las metodologías descritas anteriormente. Además, aunque se describen las múltiples modalidades con múltiples elementos o aspectos, aún otras modalidades, elementos, y aspectos de la presente invención resultarán evidentes para los expertos en la materia a partir de la siguiente descripción detallada, que muestra y describe las modalidades ilustrativas de la invención. En consecuencia, los dibujos y la descripción detallada son de naturaleza ilustrativa y no restrictiva.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de emplazamiento de pozo de acuerdo con una modalidad de la descripción .

La Figura 2 es una ilustración esquemática de una herramienta de espectroscopia de registro durante la perforación de acuerdo con una modalidad de la descripción.

Las Figuras 3 y 4 son diagramas de bloques esquemáticos de acuerdo con 'una modalidad de la descripción.

La Figura 5 es un trazado que ilustra la dependencia de la relación de hierro de fondo de la herramienta con la Sigma de la formación.

La Figura 6 es un trazado que ilustra la dependencia de la relación de hierro de fondo de la herramienta con la longitud de frenado de la formación.

La Figura 7 es un trazado que ilustra cómo el tamaño del hoyo modera la dependencia de la relación de hierro de fondo de la herramienta con la Sigma de la formación.

La Figura 8 es un trazado que ilustra una discrepancia en las concentraciones en peso del hierro de la matriz de la formación .

La Figura 9 es un trazado que ilustra una parametrización de una relación de hierro de fondo.

Las Figuras 10A y 10B son histogramas que ilustran las concentraciones en peso del hierro de la matriz de la formación.

Las Figuras 11A y 11B son trazados que ilustran una relación de hierro parametrizada en los datos de registro con respecto a la Sigma de la formación.

La Figura 12 es un diagrama de flujo que ilustra un método de acuerdo con una modalidad de la descripción.

La Figura 13 es un trazado que ilustra los ejemplos obtenidos experimentalmente de un espectro de fondo interior de la herramienta y un espectro de fondo exterior de la herramienta .

La Figura 14 es un trazado que ilustra los espectros de fondo interno y externo de la herramienta obtenidos mediante modelado .

La Figura 15 es un diagrama de flujo que ilustra un método de acuerdo con una modalidad de la descripción.

La Figura 16 es un trazado que ilustra los espectros modelados a partir de los rayos gamma que se originan en una formación y a partir de los rayos gamma que se originan en un hoyo o un canal de lodo.

La Figura 17 es un trazado que ilustra un modelado Monte Cario de la distribución espacial de las capturas de neutrones.

La Figura 18 es un diagrama de flujo que ilustra un método de acuerdo con una modalidad de la descripción.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Una o más modalidades especificas de la presente descripción se describirán más abajo, incluyendo las modalidades del método, aparato y sistema. Estas modalidades descritas y sus diferentes elementos son sólo ejemplos de las técnicas descritas actualmente. Los aspectos estructurales de los aparatos descritos proporcionan los medios para llevar a cabo los diferentes aspectos de los métodos descritos. Se debe apreciar que en el desarrollo de cualquier implementación real, asi como en cualquier proyecto de ingeniería o de diseño, se pueden tomar numerosas decisiones específicas de la implementación para lograr los objetivos específicos de los desarrolladores, tales como el cumplimiento de las restricciones relacionadas con el sistema y relacionadas con la empresa, que pueden variar de una implementación a otra. Además, se debe apreciar que tal esfuerzo de desarrollo podría consumir mucho tiempo, pero no obstante, sería una tarea rutinaria de diseño, fabricación, y manufactura para los expertos en la materia que tengan el (los) beneficio (s) de esta descripción.

Cuando se introducen los elementos de las diferentes modalidades de la presente invención, los artículos "un", "una", y "el/la" pretenden significar que existen uno o más de los elementos. Los términos "que comprende", "que incluyen", y "que tiene" pretenden ser inclusivos y significar que pueden existir elementos adicionales además de los elementos enumerados. Adicionalmente, se debe entender que la referencia a "una modalidad" de la presente descripción no pretende interpretarse como excluyente de la existencia de modalidades adicionales que también incorporan los elementos enumerados.

La Figura 1 ilustra una modalidad de un aparato de registro, un sistema y una metodología del emplazamiento de pozo. El sistema de emplazamiento de pozo de la Figura 1 puede ser en tierra o costa afuera para, por ejemplo, explorar y producir petróleo, gas natural y otros recursos que se pueden usar, refinar, y de otra manera transformar para obtener combustible, materias primas y para otros propósitos. En el sistema de emplazamiento de pozo de la Figura 1, se puede formar un hoyo 11 en las formaciones subterráneas, tales como las formaciones rocosas, mediante la perforación rotatoria usando cualquier técnica adecuada. Una sarta de perforación 12 se puede suspender dentro del hoyo 11 y puede tener un ensamble de fondo de pozo 100 que incluye una broca de perforación 105 en su extremo inferior. Un sistema de superficie del sistema de emplazamiento de pozo de la Figura 1 puede incluir una plataforma y el ensamble de la torre de perforación 10 posicionado sobre el hoyo 11, con la plataforma y el ensamble de la torre de perforación 10 que incluyen una mesa rotatoria 16, un vástago de perforación 17, un gancho 18 y una unión giratoria 19. La sarta de perforación 12 se puede hacer rotar mediante la mesa rotatoria 16, energizada mediante cualguier medio adecuado, que se acopla con el vástago de perforación 17 en el extremo superior de la sarta de perforación 12. La sarta de perforación 12 se puede suspender del gancho 18, unido a un bloque viajero (no mostrada) , a través del vástago de perforación 17 y a la unión giratoria 19, que permite la rotación de la sarta de perforación 12 con relación al gancho 18. Un sistema de accionamiento superior podría usarse de manera alternativa, el cual puede ser un sistema de accionamiento superior bien conocido por los expertos en la materia .

En el sistema de emplazamiento de pozo de la Figura 1, el sistema de superficie puede incluir además un fluido o lodo de perforación 26 almacenado en una pileta 27 formada en el emplazamiento de pozo. Una bomba 29 puede suministrar el fluido de perforación 26 al interior de la sarta de perforación 12 a través de un puerto en una unión giratoria 19 provocando que el fluido de perforación fluya hacia la sarta de perforación 12 como se indica por la flecha de dirección 8. El fluido de perforación 26 puede salir de la sarta de perforación 12 a través de los puertos de la broca de perforación 105 y circular hacia arriba a través de la región anular entre el exterior de la sarta de perforación 12 y la pared del hoyo 11, como se indica por las flechas de dirección 9. De esta manera, el fluido de perforación 26 lubrica la broca de perforación 105 y transporta las cortaduras de la formación hasta la superficie cuando el fluido 26 se devuelve a la pileta 27 para su recirculación.

El ensamble de fondo de pozo 100 del sistema de emplazamiento de pozo de la Figura 1 puede, por ejemplo, incluir uno o más de, un módulo de registro durante la perforación (LWD) 120, otro tipo de módulo de medición durante la perforación (MWD) 130, un sistema rotativo direccional y un motor 150, y la broca de perforación 105. El módulo de LWD 120 se puede alojar en un tipo especial de lastrabarrenas . Se deberá entender además que se pueden emplear más de un módulo de LWD o una herramienta de registro dentro del módulo de LWD, como se representa generalmente con el número 120A. Como tal, las referencias al módulo de LWD 120 pueden significar alternativamente un módulo en la posición de 120A también. El módulo de LWD 120 puede incluir las capacidades para medir, procesar, y almacenar la información, asi como también para comunicarse con el equipo de superficie.

La Figura 2 presenta una vista lateral esquemática de diagrama de bloques de una modalidad ilustrativa de un módulo de LWD, que es o incluye una herramienta de registro espectroscópica 121. La herramienta de registro 121 incluye un bastidor 122, un collar 123 y un tubo de flujo 124 que se extiende a través de la herramienta de registro 121. Una fuente de neutrones 125 se localiza en una primera localización dentro de la herramienta de registro 121 y un detector 126, tal como un detector de rayos gamma, se localiza en una segunda localización separada axialmente de la fuente de neutrones 125. Un blindaje de neutrones tal como un blindaje de boro 127 se dispone radialmente alrededor de la herramienta de registro 125, en o próximo a la segunda localización. Los detalles específicos con relación a esta modalidad y otras modalidades de las herramientas espectroscópicas que emplean la configuración general o los aspectos del módulo de LWD 120 y la herramienta de registro 122 se conciben para su uso con cualquier medio adecuado de transporte, tales como el cable de alambre, la tubería en espiral, el registro durante la perforación (LWD), etcétera. Además, la información con relación al ambiente, tal como la sigma de la formación, la sigma del lodo, la densidad, el tamaño del hoyo, y la longitud de frenado, se puede obtener usando un equipo adicional como se debate más abajo.

Las Figuras 3 y 4 presentan vistas laterales esquemáticas de diagrama de bloques de una modalidad de un módulo de LWD 120, con estas Figuras rotadas respectivamente 90 grados entre si. El módulo de LWD 120 se puede asociar con el circuito de procesamiento de datos 200. Aunque el módulo de LWD 120 y el circuito de procesamiento de datos 200 se representan como elementos independientes en la Figura 2, se puede apreciar que el circuito de procesamiento de datos 200 se puede implementar completamente dentro del módulo de LWD 120, en la superficie distante del módulo de LWD 120, o parcialmente dentro del módulo de LWD 120 y parcialmente en la superficie. A modo de ejemplo, el módulo de LWD 120 puede representar un modelo de la herramienta EcoScope™ de Schlumberger Technology Corporation.

El bastidor 204 de esta modalidad del módulo de LWD 120 puede incluir una variedad de componentes y configuraciones para emitir y detectar la radiación para obtener una medición de espectroscopia. Por ejemplo, una fuente de neutrones 206 puede servir como una fuente de neutrones que emite neutrones de al menos 2 MeV para crear rayos gamma a través de la dispersión inelástica con los elementos de la formación. A modo de ejemplo, la fuente de neutrones 206 puede ser una fuente de neutrones electrónica, tal como un dispositivo Minitron™, disponible comercialmente en Schlumberger Technology Corporation, que puede producir pulsos de neutrones a través de deuterón-deuterón (d-D) , deuterón-tritón (d-T) , tritón-tritón (t-T) u otras reacciones adecuadas. Asi, la fuente de neutrones 206 puede emitir neutrones de alrededor de 2 MeV ó 14 MeV, por ejemplo, o neutrones con un amplio intervalo de energías tales como las obtenidas a partir de las fuentes continuas de neutrones, tales como las fuentes de radioisótopos 241AmBe o 252Cf .

En algunas modalidades, una herramienta de espectroscopia puede incluir un monitor de neutrones 208 que se puede configurar para monitorizar las emisiones de neutrones desde la fuente de neutrones 206. A modo de ejemplo, el monitor de neutrones 208 puede ser un fotomultiplicador y centelleador plástico que detecta principalmente los neutrones no dispersados emitidos directamente desde la fuente de neutrones 206, y por lo tanto puede proporcionar una señal de tasa de conteo proporcional a la tasa de salida de neutrones a partir de la tasa de salida de neutrones de la fuente de neutrones 206. Los ejemplos ilustrativos pero no limitantes de los monitores de neutrones adecuados se describen en la patente de los Estados Unidos núm. 6,884,994, cuya patente se incorpora como referencia en la presente.

El blindaje de neutrones 210, que puede incluir tungsteno, plomo o boro, por ejemplo, puede proporcionar los medios para evitar en gran medida que los neutrones desde el generador de neutrones 206 pasen internamente a través del módulo de LWD 120 hacia los diferentes componentes detectores de radiaciones en el otro lado del blindaje 210. El material adecuado del blindaje de tungsteno está disponible comercialmente en PLANSEE USA LLC en 115 Constitution Boulevard, Franklin MA 020038. Un blindaje adecuado de boro se puede obtener a partir de una variedad de fuentes y puede incluir boro en varias formas diferentes, tales como el boro metálico, B4C, BN y otros. En algunas modalidades, se usa el boro enriquecido con un isótopo 10B y está disponible comercialmente en Ceradyne, apartado postal 798, Quapaw OK 74363.

Como se ilustra en las Figuras 3 y 4, el módulo de LWD 120 puede incluir dos detectores de neutrones próximos o juntos, tal como por ejemplo un detector de neutrones termales 212 y un detector de neutrones epitermales 214. Se pueden incluir además dos detectores de neutrones termales distantes 216A y 216B y se pueden localizar a una separación del generador de neutrones 206 más distante que los detectores de neutrones 212 y 214. Por ejemplo, los detectores de neutrones próximos 212 y 214 se pueden separar aproximadamente de 10-14 pulgadas del generador de neutrones 206, y los detectores de neutrones distantes 216A y 216B se pueden separar de 18-28 pulgadas del generador de neutrones 206. Los detectores de neutrones están disponibles comercialmente de GE Reuter Stokes en Twinsburg OH y Schlumberger Technology Corporation en Houston, TX.

Un detector de rayos gamma de separación pequeña (SS) 218, tal como un detector que usa Nal, LaBr, o GSO, se puede localizar entre los detectores de neutrones próximos 212 y 214 y los detectores de neutrones distantes 216A y 216B. Un detector de rayos gamma de separación grade (LS) 220 se puede localizar más allá de los detectores de neutrones distantes 216A y 216B, a una separación del generador de neutrones 206 más distante que el detector de rayos gamma 218. Por ejemplo, el detector de rayos gamma SS 218 se puede separar aproximadamente de 10-22 pulgadas del generador de neutrones 206, y el detector de rayos gamma LS 220 se puede separar aproximadamente de 24-38 pulgadas del generador de neutrones 206. Los detectores de rayos gamma están disponibles comercialmente de Saint- Gobain Crystals en 17900 autopista de los Grandes Lagos, Hiram OH 44234-9681. Las modalidades alternativas del módulo de LWD 120 pueden incluir más o menos de dichos detectores de radiaciones, pero generalmente pueden incluir al menos un detector de rayos gamma. Los detectores de neutrones 212, 214, 216A, y/ó 216B pueden ser cualquier detector de neutrones adecuado, 3He tales como los detectores de neutrones. Para detectar neutrones epitermales principalmente, el detector de neutrones epitermales 214 se puede rodear por un blindaje de neutrones térmico, mientras que los detectores de neutrones termales 212, 216A, y/ó 216B no .

Los detectores de rayos gamma 218 y/ó 220 pueden ser detectores de centelleo rodeados por un blindaje de neutrones. El blindaje de neutrones puede incluir, por ejemplo, 6Li, tales como carbonato de litio (LÍ2CO3) , que puede blindar sustancialmente los detectores de rayos gamma 218 y/ó 220 contra los neutrones termales sin producir rayos gamma de captura de neutrones termales. Los detectores de rayos gamma 218 y 220 pueden detectar los rayos gamma inelásticos generados cuando los neutrones rápidos del generador de neutrones 206 dispersan de manera inelástica ciertos elementos de una formación circundante.

Las tasas de conteo y los espectros de energía de los rayos gamma de los detectores de rayos gamma 218 y 220 y las tasas de conteo de neutrones de los detectores de neutrones 212, 214, 216A, y/ó 216B pueden recibirse por el circuito de procesamiento de datos 200 como los datos 222. El circuito de procesamiento de datos 200, el cual puede ser parte de otros componentes o estructura mencionados o componentes o estructura distinto, proporciona el medio para recibir los datos 222 y realizar ciertas etapas o procesamientos para determinar o estimar, una o más propiedades de la formación circundante, tales como la mineralogía de la formación y otras propiedades descritas en la presente. El circuito de procesamiento de datos 200 puede incluir un procesador 224, unos algoritmos (etapas o instrucciones para llevar a cabo las etapas para lograr los objetivos descritos; no mostrado) , una memoria 226, y/o un almacenamiento 228. El procesador 224 se puede acoplar operativamente a la memoria 226 y/o el almacenamiento 228 y para llevar a cabo las etapas o algoritmos descritos en la presente. Las técnicas descritas en la presente se pueden llevar a cabo por el procesador 224 y/u otro circuito de procesamiento de datos basado en las correspondientes instrucciones ejecutables por el procesador 224. Tales instrucciones se pueden almacenar usando cualquier articulo adecuado de manufactura, que puede incluir uno o más medios tangibles legibles por computadora para almacenar, al menos de manera colectiva, estas instrucciones. El articulo de manufactura puede incluir, por ejemplo, la memoria 226 y/o el almacenamiento no volátil 228. La memoria 226 y el almacenamiento no volátil 228 pueden incluir cualquier articulo adecuado de manufactura para almacenar los datos y las instrucciones ejecutables, tales como una memoria de acceso aleatorio, una memoria de sólo lectura, una memoria flash reescribible, unos discos duros, y unos discos ópticos. La memoria 226 y el almacenamiento 228 se refieren de manera colectiva en la presente como un almacenamiento de datos. Un ejemplo de un procesador es el procesador dentro de la computadora PDP-11 de Digital Equipment Corporation, que se describe en la patente de los Estados Unidos 5,067,090. Otros procesadores pueden ser los usados en las computadoras de propósito general que usan Windows XP, Windows Vista, y Windows 7, particularmente para el procesamiento en la superficie. Un ejemplo especifico de un procesador adecuado para su uso en una herramienta de perforación es un procesador de coma flotante de 32 bits, tal como el TMS320VC33 DSP de Texas Instruments.

El módulo de LWD 120 puede transmitir los datos 222 hacia el circuito de procesamiento de datos 200 a través de, por ejemplo, las conexiones internas dentro de la herramienta, un enlace ascendente de comunicaciones del sistema de telemetría, y/o un cable de comunicaciones. El circuito de procesamiento de datos 200 puede determinar o estimar una o más propiedades de la formación circundante. A modo de ejemplo, tales propiedades pueden incluir los rendimientos espectrales relativos de los rayos gamma de captura de elementos o las concentraciones elementales de la formación. Después de eso, el circuito de procesamiento de datos 200 puede proporcionar una información o un reporte 230 que indica la medición de espectroscopia de la formación. El reporte 230 se puede almacenar en la memoria o el almacenamiento para su posterior procesamiento adicional por el circuito 200 o por otro circuito, o se puede proporcionar a un operador a través de uno o más dispositivos de salida, tales como una pantalla electrónica.

En la espectroscopia por captura neutrónica, los neutrones energéticos se emiten en el volumen que rodea a una herramienta, donde pierden energía y alcanzan el eguilibrio térmico con el ambiente. Después de algún tiempo, estos neutrones "termales" se capturan por los núcleos, provocando que se vuelvan excitados y que emitan rayos gamma con espectros de energía característicos. Los elementos de captura se pueden localizar en la formación rocosa, el espacio de poro de la formación, los fluidos del hoyo, o en la propia herramienta. El espectro de rayos gamma característico asociado con cada elemento se puede reconocer, y el espectro de energía total medido se analiza para obtener la contribución relativa de cada elemento. Frecuentemente, pero no siempre, los elementos de interés son los que se localizan en la formación. Los rendimientos espectrales de los elementos tales como Si, Ca, Fe, S, Ti, Gd, Mg, Al, K, y Na se agrupan juntos y se analizan de manera colectiva bajo la suposición de que son parte de un conjunto limitado de minerales comunes para los yacimientos de petróleo, para determinar o estimar la litología de la roca en la que se sumerge la herramienta. El conjunto de suposiciones se conocen en el arte como un modelo de cierre (por ejemplo, el cierre WALK) y el modelo de cierre estándar se puede modificar para ciertas localizaciones. La exactitud de las determinaciones o estimaciones de la espectroscopia por captura neutrónica se refiere a la diferencia entre la composición elemental real de la formación (es decir, la presencia de los diferentes elementos que componen la formación y el porcentaje de contribución de cada elemento) y la composición elemental de la formación obtenida a partir de las mediciones de la herramienta de espectroscopia.

En algunas modalidades, los rendimientos de fondo pueden resultar a partir de uno o más de estos elementos que se encuentran además dentro de la herramienta de espectroscopia. Como tal, la exactitud de las mediciones de espectroscopia de los elementos en la formación puede implicar la determinación o estimación de los rendimientos de fondo de los elementos comunes y la sustracción de esos rendimientos de fondo.

Una fuente de fondo es el rendimiento de hierro dentro de la propia herramienta, que se puede sustraer del hierro total para obtener el hierro de la matriz de roca. La sustracción del hierro de fondo puede implicar que el fondo total de la herramienta se agrupe en dos espectros estándares: el estándar de hierro, que abarca las contribuciones tanto de la herramienta como de la matriz de roca; y un llamado estándar de "fondo de la herramienta" que representa los otros elementos en la herramienta, excepto el hierro. Esto supone que la relación entre el hierro y la suma de los otros elementos de la herramienta es constante. Debido a que estos otros elementos no aparecen en el típico ambiente de fondo de pozo, el último estándar es el principal indicador del nivel de fondo general.

En algunas modalidades, el ambiente que rodea a la herramienta puede afectar el tamaño y la forma de la nube de neutrones, y puede alterar qué fracción de los neutrones se termalizan dentro de la propia herramienta, la formación rocosa por fuera de la herramienta, el lodo de perforación y similares. Las condiciones ambientales de la formación pueden variar de un pozo a otro y también como una función de la profundidad dentro de un pozo particular. Los ejemplos de los parámetros ambientales de la formación que varían incluyen pero no se limitan a, el tamaño del hoyo, la densidad de la formación, la densidad del fluido del hoyo, el índice de hidrógeno de la formación rocosa, la longitud de frenado de los neutrones de la formación, la sección transversal de captura de neutrones termales Sigma de la formación, o la sección transversal de captura de neutrones termales Sigma de un fluido del hoyo. La presente descripción describe varios métodos y aparatos diferentes para representar el impacto ambiental en las mediciones de espectroscopia nuclear, así como la presencia de uno o más elementos, tanto en la formación como en la herramienta (y/o el lodo de perforación u otros materiales que no sean de la formación) .

Algoritmo variable para la sustracción del fondo La exactitud de la medición o estimación de espectroscopia de la formación se incrementa en parte mediante la mejora de la exactitud de la sustracción de los rendimientos de fondo. Una fuente de fondo es el rendimiento de hierro dentro de las modalidades de la propia herramienta. En algunas modalidades, las herramientas o los módulos de LWD, tales como los mencionados anteriormente, incluyen una gran cantidad de hierro (es decir, se fabrican de acero) . De manera similar, algunas herramientas por cable de alambre (WL) incluyen además una gran cantidad de hierro (es decir, nuevamente se fabrican de acero) . En algunas modalidades, una medición o estimación exacta del hierro de la matriz es útil debido a que algunos algoritmos para determinar o estimar el volumen de arcilla se conducen por la cantidad de hierro en la matriz de roca. Los ejemplos de un algoritmo o metodología para determinar o estimar el volumen de arcilla se describen en la patente de los Estados Unidos núm. 5,786,595. En algunas modalidades, medir o estimar la matriz de hierro de la formación incluye sustraer el fondo de la herramienta del rendimiento total de hierro en el espectro.

Un método para sustraer el hierro de fondo puede implicar primeramente registrar los datos de espectroscopia con relación a la formación con la herramienta de espectroscopia (tal como las descritas anteriormente) , después sustraer el fondo de la herramienta mediante el uso de un fondo total de la herramienta que tiene dos estándares (espectros de rayos gamma característicos) . Los dos estándares pueden incluir un estándar de hierro, que abarca las contribuciones tanto de la herramienta como de la matriz de roca; y el llamado estándar de "fondo de la herramienta", que representa los otros elementos en la herramienta, excepto el hierro. Estos otros elementos dentro de la herramienta pueden incluir cromo, níquel, manganeso, tungsteno, elementos del interior del cristal detector, y otras contribuciones de la traza. Debido a que estos otros elementos no aparecen generalmente en el ambiente típico de fondo de pozo por fuera de la herramienta, se puede usar una relación constante entre el rendimiento de rayos gamma del hierro y la suma de los rendimientos de los otros elementos de la herramienta para representar un nivel de fondo general, que varía con las condiciones ambientales.

El rendimiento de hierro de fondo de la herramienta se puede inferir de la relación Feherramienta / TB = k, donde TB denota el rendimiento del estándar de "fondo de la herramienta" y k puede ser una constante determinada o estimada mediante un experimento. Tal experimento se puede realizar en un ambiente típico de registro, que puede resultar en que el valor de k para una herramienta de registro espectroscópica sea, por ejemplo, 0.55. Sin embargo, este valor puede ser menos exacto si los cambios en el ambiente provocan que el rendimiento de fondo de la herramienta esté compuesto por una mezcla de elementos diferente de lo que se espera. En ése caso, la relación de hierro real se convierte en algún valor distinto que k, y la medición del hierro de la matriz inferida o estimada (y la estimación obtenida de la arcilla) es menos exacta.

En algunos casos, el ambiente de registro afecta la distribución espacial de los neutrones termales alrededor y dentro de la herramienta de registro. En algunos casos, y como resultado, los espectros de la composición elemental del fondo de la herramienta se pueden muestrear de manera diferente dependiendo de dónde se localicen los neutrones dentro de la herramienta.

La localización variable de los núcleos de captura puede, por las razones indicadas anteriormente, afectar también el grado de atenuación experimentado por los rayos gamma emitidos. El resultado combinado es que la relación entre el rendimiento de rayos gamma del hierro de fondo y el rendimiento de los otros elementos del fondo de la herramienta puede desviarse de un valor constante k, y la cantidad sustraída de hierro de fondo es menos exacta. La presente descripción proporciona un valor más exacto de k para un ambiente dado, de manera que la cantidad de hierro en la matriz de roca se obtiene con mayor exactitud que en el estado actual del arte.

En algunas modalidades, el problema de una relación variable del hierro de fondo se puede abordar mediante la parametrización de la relación de hierro como una función de las condiciones ambientales, que se determinan o estiman a partir de otras mediciones que se pueden realizar en la sarta de herramienta. En algunas modalidades, la forma y los coeficientes de la función se pueden obtener empíricamente a partir de los datos de registro de espectroscopia, a partir del modelado Monte Cario o a partir de otros métodos basados en modelos. En algunas modalidades, estos dos métodos se pueden combinar en un método híbrido, por ejemplo, el uso de la simulación Monte Cario puede proporcionar la sensibilidad a las propiedades ambientales que de otra manera serian difíciles de inferir a partir de los datos de registro solamente. Los ejemplos ilustrativos del modelado Monte Cario, adecuado para su uso en los métodos descritos en la presente se pueden encontrar en Ellis y Singer, "Well Logging for Earth Scientists", 2da Edición (Singer, 2007). Una descripción de los métodos y el equipo y los sistemas correspondientes para llevar a cabo los métodos se incluye en la sección más abajo.

Relación de hierro adaptativa obtenida a partir del modelado Monte Cario En algunas modalidades, el modelado Monte Cario se puede usar para simular la medición de espectroscopia por captura neutrónica y para extraer la dependencia de la relación de hierro de fondo de varios parámetros ambientales. El modelado se puede realizar con el código MCNP5 y un software personalizado (por ejemplo, en Matlab) que analiza la salida PTRAC a partir del MCNP. El código MCNP también se puede modificar directamente para extraer la información deseada. El código MCNP5 se describe, por ejemplo, en A General Monte Cario N-Particle Transport Code, Versión 5, LA-CP-03-0245, del Laboratorio Nacional de Los Álamos (2003) .

La información disponible a partir de la simulación Monte Cario incluye el tiempo y la localización espacial de la captura de neutrones, el isótopo y el material en el que se capturaron, el peso estadístico y la energía de los rayos gamma durante su creación, y el peso estadístico y la energía de los rayos gamma incidentes en el detector. La cantidad final de interés producida por el modelo para este trabajo es el conjunto completo de los rendimientos elementales medidos por el detector, integrados en el intervalo apropiado de canales de energía y puertas de tiempo.

En algunas modalidades, el modelo de Monte Cario se puede usar para producir una base de datos de la relación de hierro predicha Feherramienta / TB para un intervalo realista de ambientes de registro. Una parametrización funcional de la relación se extrae mediante el análisis de la variación de estos puntos de datos con respecto a los parámetros ambientales útiles. En esta modalidad, los parámetros ambientales variables incluyen la sección transversal de captura de neutrones termales Sigma de la formación (? ) , la longitud de frenado de la formación (Ls) (que es un parámetro que se usa para caracterizar las interacciones de neutrones por encima de la región térmica) o el índice de hidrógeno (HI), la densidad de la formación (pb) , el diámetro del hoyo (DBH) y el valor Sigma del lodo de perforación (?m) . En algunas modalidades, una base de datos completa puede tener más de 1000 puntos. También son posibles otras dependencias ambientales .

La longitud de frenado de la formación Ls se puede determinar o estimar en una variedad de maneras. Si se usa una fuente de neutrones de radioisótopos, al menos un detector de neutrones o un detector de rayos gamma se puede usar para medir Ls. Alternativamente, se pueden usar detectores termales o epitermales con una separación axial diferente (detectores próximos y distantes) para determinar o estimar Ls (o el índice de hidrógeno) a partir de la relación de las tasas de conteo próximas/distantes. En aún otro enfoque, se puede usar la relación de la tasa de conteo entre los detectores de rayos gamma próximos y distantes o una relación entre las tasas de conteo de neutrones y rayos gamma. Si la fuente de neutrones es una fuente electrónica (continua o pulsada), además de los detectores anteriores, se puede usar un monitor de neutrones para determinar o estimar la salida de neutrones de la fuente.

Se puede suponer que el tamaño del hoyo o bien es el tamaño del agujero perforado por una broca de perforación con un diámetro dado o, alternativamente y con mayor exactitud se puede obtener a partir de una medición del tamaño del hoyo, que se puede obtener mediante una medición directa del calibre mecánico (a veces usado para las herramientas por cable de alambre) o mediante las mediciones tales como un calibre ultrasónico, un calibre de densidad, etc., que se adaptan para una medición del tamaño del hoyo, particularmente, en LWD/ WD. La densidad de la formación se puede obtener mediante una medición tradicional de densidad gamma-gamma de la formación, una densidad de neutrón-gamma (NGD) , una densidad acústica, y muchas otras. La porosidad y/o el índice de hidrógeno se pueden obtener a partir de la medición de la densidad (si se conocen la densidad de la matriz y la densidad del fluido de la formación) o a partir de una medición de la porosidad de neutrones. La medición la sección transversal macroscópica de captura de neutrones (Sigma) de la formación y del hoyo se conoce en la industria y se puede obtener mediante la medición del desvanecimiento de rayos gamma (de captura) inducidos por neutrones o el desvanecimiento de una población de neutrones. La sigma del hoyo se obtiene de la misma manera. Esto se puede lograr con herramientas de Schlumberger tales como Thermal Decay Time, Reservoir Saturation Tool, y Accelerator Porosity Sonde en las aplicaciones por cable de alambre y con la herramienta EcoScope™ de Schlumberger en las aplicaciones de registro durante la perforación.

La dependencia funcional de Feherramienta / TB para cada parámetro ambiental se puede asignar mediante la inspección visual de los datos, o se puede aplicar un método estadístico tal como la metodología de la superficie de respuesta. Por ejemplo, y como se observó anteriormente, en algunas situaciones, una fuerte variación de la relación de hierro se produce debido a la Sigma de la formación, con grandes valores de Sigma que provocan una disminución en peherramienta / TB; mediante la inspección visual, esta dependencia se puede modelar por una exponencial decreciente o una función lineal. Los términos de adición se pueden añadir para representar otras dependencias ambientales. Una función viable para la relación de hierro en una herramienta espectroscópica ilustrativa de registro durante la perforación tiene la forma +c2¦ exp(-c4¦ ( BH - C )· (l - exp ^-c3 · / - C2fj + ¾¦ exp(-c5 · (DBH - C3))¦ Til - C4) •<j>b-cB), donde las variables independientes son las cinco propiedades ambientales indicadas anteriormente, respectivamente, los coeficientes Ci, c2, c3, c4, c5, C6, c7, c8 y Cg son parámetros libres que se pueden determinar o estimar de manera simultánea en un ajuste de mínimos cuadrados y los coeficientes Ci, C2, C3, C4 y C5 son parámetros específicos para la herramienta espectroscopica ilustrativa.

La Figura 5 muestra un ejemplo de la dependencia ajustada en la Sigma de la formación, con otras propiedades ambientales que se mantienen constantes. La Figura 6 muestra la misma parametrización con respecto a la longitud de frenado, y la Figura 7 ilustra cómo el tamaño del hoyo modera la fuerza de la dependencia de Sigma. Cada una de estas figuras muestra un subconj untode la base de datos total ajustada, y cada curva representa una proyección unidimensional de la función dada anteriormente. Cada uno de los términos de la función exponencial dada anteriormente se puede interpretar considerando la física del transporte de neutrones en que se basa la medición. Por ejemplo, a medida que la Sigma de la formación aumenta, la población de neutrones termales en la formación se captura más rápidamente, lo cual disminuye la tasa a la que se difunden en las porciones de la herramienta de registro espectroscópica . La disminución de los neutrones que se difunden hacia el interior desde la formación provoca una caída general en la relación Feherramienta / ?ß_ £Ste comportamiento es consistente con lo que se muestra en la Figura 5 y se observa en los experimentos. La variación de la longitud de frenado provoca cambios similares en la distribución espacial de los neutrones termales, excepto con el efecto opuesto debido a que una Ls grande permite más neutrones en el collar próximo al detector.

La función resultante es una parametrización dependiente del ambiente de la relación de hierro de fondo de la herramienta, y se puede sustituir por la constante k para realizar una sustracción del fondo más exacta que lo que está disponible actualmente. En algunas modalidades que usan una herramienta de registro espectroscópica integrada, las mediciones del ambiente se pueden usar para realizar la sustracción adaptativa en tiempo real. Alternativamente, los resultados se pueden obtener en tiempo real, basado en una relación constante k, mientras que las correcciones de la variación ambiental se realizan con el post-procesamiento.

El uso del modelado Monte Cario tiene ventajas sobre los métodos experimentales o conducidos por datos para corregir un elemento como el hierro. Aunque la simulación Monte Cario es una técnica estadística, la simulación Monte Cario puede tener una alta precisión estadística y no se enfrenta con el ruido experimental. Por lo tanto, los datos simulados tienen una sensibilidad a los parámetros ambientales cuyos efectos son demasiado pequeños para ser extraídos a partir de los datos de registro solamente, pero que sin embargo están presentes en las mediciones reales. Otra ventaja del modelado es la capacidad de variar cada propiedad ambiental de interés de manera independiente, sin inducir la variación correlacionada de otros parámetros.

Por ejemplo, en una formación real, variar la porosidad, la longitud de frenado o el índice de hidrógeno puede ser difícil sin afectar simultáneamente la densidad y la Sigma de la formación. Por el contrario, una simulación Monte Cario proporciona un control arbitrario sobre las secciones transversales y la composición material, de manera que se puede diseñar una formación artificial en la que una propiedad se varía mientras que las otras propiedades se mantienen constantes. Este método se usó anteriormente. Esta capacidad es valiosa porque permite explorar los efectos individuales de cualquier aspecto del ambiente.

Relación de hierro adaptativa obtenida empíricamente a partir de los datos de registro Otro método para obtener una relación de hierro variable es un método empírico, en el que los datos de registro para la herramienta de interés se comparan con los datos independientes. Para obtener una función de una generalidad suficiente, estos conjuntos de datos paralelos deben cubrir el intervalo realista de la variación ambiental y las mediciones ambientales relevantes deben estar disponibles. La idea general es que se puede proporcionar una función dependiente del ambiente con uno o más coeficientes desconocidos para la relación de hierro, y esos coeficientes se ajustan en un proceso iterativo hasta que los datos de la matriz de roca de la herramienta de interés se correspondan más estrechamente con el conjunto de datos de destino independiente. El ajuste de los coeficientes se puede realizar ya sea de manera manual o automática mediante una rutina de ajuste. Después de cada iteración, el nuevo valor de la relación de hierro para cada punto de medición se puede usar para recalcular los datos de la matriz de roca.

Como un ejemplo concreto, el método empírico es posible para los pozos a pozo abierto en los que los datos para los diferentes tipos de herramientas de registro espectroscopicas están disponibles. Las herramientas con una composición material más simple y una construcción más simple pueden proporcionar menos dificultades de sustracción del fondo. Aunque los rendimientos elementales no son directamente comparables entre dos diseños de herramientas diferentes, es posible comparar los resultados finales de la concentración en peso, y específicamente para el hierro de la matriz de roca. Los datos para una herramienta de registro sencilla tal como una herramienta operada por cable se procesan, con sus rendimientos de la matriz que pasan a través de un modelo de cierre (tal como WALK2, aunque no necesariamente) para producir las concentraciones elementales en peso seco que representan los datos de destino. En paralelo a estos datos están los conjuntos de datos de una herramienta de espectroscopia de registro durante la perforación, que incluyen los rendimientos elementales de la espectroscopia y numerosas mediciones del ambiente. Estas comparaciones están disponibles para varios pozos, cubriendo una amplia variedad de las condiciones ambientales relevantes y totalizando más de 10,000 pies. En lugar de aplicar la relación de hierro constante k, se puede sustituir por una función de una o más mediciones ambientales.

La Figura 8 es un ejemplo de la diferencia entre las concentraciones en peso del hierro de la matriz producidas por una herramienta operada por cable y una herramienta de registro durante la perforación con la sustracción del fondo nominal, que ilustra su dependencia de la Sigma de la formación. Una función lineal de la Sigma de la formación es una opción viable para los datos empíricos: donde el coeficiente al representa la relación de hierro que resulta en el mejor arreglo entre las dos herramientas para un valor particular de Sigma, a2 es una pendiente negativa que describe cómo la relación de fondo entre el hierro y la herramienta se puede corregir para la sigma de la formación y Ce es un parámetro específico de la herramienta. Los coeficientes desconocidos de la nueva parametrización peherramienta j TB se var^an sistemáticamente mediante una rutina automatizada, y en cada iteración los rendimientos de la herramienta de registro durante la perforación en cada profundidad se reprocesan con la nueva ecuación de sustracción del fondo y se pasan a través del modelo de cierre. La nueva concentración en peso de la herramienta de registro durante la perforación para el hierro de la matriz en cada profundidad se compara con la concentración de hierro asociada de la herramienta operada por cable. Los coeficientes se varían con el fin de hacer la diferencia entre la dos concentraciones de hierro lo más baja posible, promediada en todo el conjunto de datos de los múltiples pozos. La Figura 9 muestra la dependencia lineal de la Sigma de la formación promediada de manera acimutal (?f) en este ejemplo. Se pueden añadir dependencias ambientales adicionales, pero para este conjunto de datos el uso de SIFA solamente ya produce una mejora en el arreglo entre las dos herramientas de espectroscopia. Las Figuras 10A y 10B ilustran una mejora general en la comparación, mostrando histogramas de la comparación colectiva del hierro, antes y después de la aplicación de la corrección ambientalmente adaptativa.

Se debe observar que la optimización de un único pozo también es posible y es más fácil de producir, aunque en algunas modalidades una solución de múltiples pozos es más general. La cantidad de comparación entre los dos conjuntos de datos también se puede expandir más allá del hierro para incluir otras concentraciones elementales, aunque la comparación del hierro de la matriz de roca es la más simple y directa para la optimización de la relación de hierro de fondo. En algunas modalidades, los datos de los núcleos, si están disponibles, se pueden usar como los datos independientes en lugar de los datos de registro.

Relación de hierro adaptativa obtenida tanto a partir del modelado como de los datos de registro En algunas modalidades, otro método de obtención de una relación de hierro variable es un híbrido, en el que una parametrización ambiental peherramienta j TB se ciesarroiia a través del modelado Monte Cario y después se optimiza o se reajusta con los datos de registro. Por ejemplo, la función exponencial descrita anteriormente se puede aplicar en el procedimiento empírico descrito anteriormente, donde algunos o todos los coeficientes se varían para que se corresponda con los datos de destino. Una aplicación simple de este método es optimizar empíricamente uno o más de los coeficientes mientras que los coeficientes restantes pueden retener los valores ya determinados o estimados a través del modelado Monte Cario, aprovechando sus sensibilidades más sutiles. La nueva parametrización híbrida se optimiza en el mismo conjunto de datos de múltiples pozos mencionado anteriormente. Las Figuras 11A y 11B comparan las parametrizaciones originales y modificadas para la relación de hierro con respecto a la Sigma de la formación medida por la herramienta espectroscópica de registro durante la perforación. La pequeña dispersión en peherramienta / TB en cada valor de Sigma se provoca por las otras dependencias ambientales obtenidas del modelado puro.

La Figura 12 es un diagrama de flujo que ilustra un método para determinar o estimar un aspecto de una formación usando una herramienta de espectroscopia nuclear tal como la descrita anteriormente con respecto a las Figuras 1-4. Como se indica generalmente en el bloque 1210, la herramienta de espectroscopia nuclear se puede colocar dentro de un hoyo. Se pueden realizar una pluralidad de mediciones ambientales usando la herramienta de espectroscopia nuclear u otro equipo, tal como se indica en el bloque 1220. Los ejemplos ilustrativos pero no limitantes de las mediciones ambientales incluyen uno o más de, un tamaño del hoyo, una densidad de la formación rocosa, una densidad del fluido del hoyo, un índice de hidrógeno de la formación rocosa, una longitud de frenado de los neutrones de la formación, una sección transversal de captura de neutrones termales de la formación, o una sección transversal de captura de neutrones termales de un fluido del hoyo .

Como se muestra en el bloque 1230, los neutrones se pueden emitir desde la herramienta de espectroscopia nuclear de manera que algunos de los neutrones generan rayos gamma desde una formación adyacente a la herramienta de espectroscopia nuclear y algunos de los neutrones generan rayos gamma desde los elementos dentro de la herramienta de espectroscopia nuclear. En algunas modalidades, la fuente de neutrones puede ser un generador de neutrones electrónico tal como un generador de neutrones electrónico pulsado o una fuente química tal como AmBe . En algunas modalidades, los neutrones pueden interactuar con un elemento de la formación o de la herramienta en una interacción de captura inelástica o radiactiva. Los elementos dentro de la herramienta pueden formar parte de la herramienta, o se pueden encontrar dentro de los materiales que fluyen en y a través de la herramienta.

Como se indica en el bloque 1240, se puede detectar un espectro de energía de los rayos gamma que fueron inducidos por los neutrones emitidos. En algunos casos, el espectro de energía puede incluir un fondo que tiene una pluralidad de componentes espectrales medidos. Una relación de fondo entre al menos un componente espectral del fondo y otro componente espectral medido, se puede determinar o estimar de acuerdo con la pluralidad de mediciones ambientales, como se muestra generalmente en el bloque 1250. En algunas modalidades, determinar o estimar una relación de fondo incluye determinar o estimar una relación entre un rendimiento de hierro desde el hierro dentro de la herramienta de espectroscopia nuclear y un hierro total detrás del rendimiento de fondo de la herramienta como una función de uno o más de los parámetros ambientales medidos.

En algunas modalidades, un algoritmo para estimar la relación de fondo se basa en el modelado Monte Cario, las mediciones experimentales previas o una combinación del modelado Monte Cario y las mediciones experimentales previas. El espectro de rayos gamma detectado se puede analizar usando una combinación de los espectros estándares y sustrayendo al menos un componente espectral del fondo de acuerdo con la relación de fondo tal como se muestra en el bloque 1260.

En algunas modalidades, el componente espectral de fondo sustraído incluye los rayos gamma procedentes de un elemento tal como el calcio o el hierro en un espacio anular de cemento, una tubería de revestimiento, o una tubería de un pozo. En algunas modalidades, el componente espectral de fondo que se sustrae incluye los rayos gamma que emanan del hierro dentro de la herramienta de espectroscopia nuclear. El espectro del hierro de fondo de la herramienta puede tener una cierta relación estimada con respecto a otros componentes espectrales del fondo de la herramienta. En algunas modalidades, otros componentes del fondo de la herramienta pueden incluir uno o más de Cr, Ni, Mn, W, Mo, Co y los elementos dentro de un cristal del detector de rayos gamma. En algunas modalidades, el componente de fondo espectral que se sustrae tiene una cierta relación de fondo estimada con relación a un componente total de la roca de la formación. Por ejemplo, el hierro y el calcio de fondo de la tubería de revestimiento de acero y el espacio anular de cemento se pueden sustraer de la medición de espectroscopia como una relación con respecto a los elementos totales de la formación.

En algunas modalidades, analizar el espectro de rayos gamma detectado incluye usar los parámetros ambientales medidos para determinar o estimar qué porción del espectro de energía es un resultado del elemento dentro de la herramienta de espectroscopia nuclear y sustraer esa porción del espectro de energía para determinar o estimar la porción del espectro de energía resultante del elemento dentro de la formación rocosa .

En algunas modalidades, y como se indica en el blogue 1270, un aspecto de la formación se puede determinar o estimar basado en el análisis realizado en el bloque 1260. Por ejemplo, la cantidad fraccional de arcilla se puede determinar o estimar a partir de las fracciones elementales usando una inversión entre elementos y minerales. Dado que la mayoría de los minerales de arcilla contienen hierro, la exactitud de esta inversión es altamente dependiente de la exactitud de la fracción de hierro elemental.

Dos o más estándares que usan diferentes regiones espaciales En algunas modalidades, el fondo de la herramienta se puede dividir en múltiples, es decir, dos o más espectros o porciones estándares para representar la contribución de la herramienta, en dependencia de las diferentes localizaciones de interacción de los neutrones. Un ejemplo de esta modalidad depende de si el neutrón capturado por la herramienta se termaliza dentro del tubo de flujo o alrededor de las partes externas de la herramienta. Estos diferentes espectros se pueden obtener a partir de las mediciones o mediante el modelado Monte Cario. En algunas modalidades, la relación de las contribuciones de estos espectros se puede restringir basado en las dependencias ambientales que incluyen el tamaño del hoyo, la densidad de la formación, la densidad del fluido del hoyo, la porosidad, el índice de hidrógeno de la formación, la longitud de frenado de los neutrones de la formación, la sección transversal de captura de neutrones termales de la formación, o la sección transversal de captura de neutrones termales del fluido del hoyo. Este método de dividir un único espectro estándar en múltiples estándares basados en una región espacial se puede aplicar a un estándar combinado cuya composición elemental cambia debido al ambiente (tal como el ejemplo del fondo de la herramienta) . Una modalidad específica podría implicar el uso de dos espectros diferentes para limitar el número de variables o grados de libertad y cualquier inexactitud correspondiente.

Debido a que los neutrones se pueden termalizar tanto en el interior del tubo de flujo (o canal) así como también alrededor del exterior de la herramienta, en una proporción que depende de las condiciones ambientales, los rayos gamma procedentes de las partes de la herramienta no se representan totalmente o con mayor exactitud por una sola forma espectral, como ha sido costumbre. La distribución espacial de la población de neutrones termales se afecta por muchos factores ambientales, que incluyen pero no se limitan a, el tamaño del hoyo, la densidad de la formación, la densidad del fluido del hoyo, la porosidad, el índice de hidrógeno de la formación, la longitud de frenado de los neutrones de la formación, la sección transversal de captura de neutrones termales de la formación, o la sección transversal de captura de neutrones termales del fluido del hoyo. Para un ambiente que crea una mayor proporción de neutrones termales en el interior de la herramienta, el espectro real resultante del fondo de la herramienta se parecerá más a los materiales de las partes internas de la herramienta. Un ambiente que termaliza una fracción relativamente mayor de neutrones fuera de la herramienta producirá un fondo que muestrea las partes externas de la herramienta en mayor medida.

En algunas modalidades, la herramienta puede tener una falta de homogeneidad en gran medida en una dirección radial. En algunas modalidades, la herramienta puede tener una falta de homogeneidad acimutal y/o axial. Por ejemplo, pueden existir diferencias en la composición a lo largo de un eje de la herramienta lejos de la fuente de neutrones y el transporte de neutrones puede ser diferente dentro de un canal de flujo y fuera de la herramienta. Como resultado, las contribuciones relativas de neutrones que se termalizan en el canal de lodo y en el exterior de la herramienta muestrean diferentes áreas de la longitud de la herramienta. Un ejemplo ilustrativo pero no limitante de esto es un cristal centelleador que puede tener una sección transversal de neutrones blindada incompletamente y sólo está presente a una distancia bien definida de la fuente de neutrones.

En algunas modalidades, analizar un espectro medido con un único estándar de "fondo de la herramienta" constante puede provocar dificultades debido a que cualquier estándar único no siempre refleja la forma espectral real del fondo de la herramienta, lo que provoca desviaciones en los otros rendimientos elementales, y una corrección para el hierro de fondo, que se cree que es una relación de este otro fondo, puede ser inexacta; Para representar la mezcla de materiales en el fondo de la herramienta, se podría incluir un espectro estándar para cada elemento encontrado en los materiales de la herramienta, que pueden incluir uno o más de Cr, Ni, Mn, Fe, o, Co, W, y el propio cristal detector. Sin embargo, incluir tantos grados adicionales de libertad en el análisis puede resultar en una incertidumbre estadística inaceptable.

En algunas modalidades, se pueden incluir dos espectros estándares para representar el fondo de la herramienta, uno que contiene principalmente los rayos gamma de los neutrones que se termali zaron dentro de la herramienta, principalmente dentro del tubo de flujo, y el otro de los neutrones termalizados alrededor de las partes externas de la herramienta. En algunas modalidades, el fondo total de la herramienta puede ser una combinación lineal de estos dos espectros. Para ilustrar, las mediciones se llevaron a cabo con un 10B enriquecido envuelto alrededor del exterior de la herramienta para suprimir el fondo externo de la herramienta y por lo tanto medir el componente "interno", y un lodo cargado de bórax en el tubo de flujo (sin blindaje externo) para extraer el componente "externo" del fondo de la herramienta .

La Figura 13 compara los dos espectros resultantes, que exhiben las diferentes composiciones elementales basado en qué partes de la herramienta se estaban muestreando. En la Figura 13, el espectro de 1310 representa un estándar de fondo interno, mientras que el espectro 1320 representa un estándar de fondo externo. Como prueba de principio, se verificó que el fondo total de la herramienta para tres porosidades diferentes (0, 15, y 100 p.u.) se podría corresponder con exactitud con diferentes combinaciones de estas dos formas. Además, la relación entre los estándares de fondo interno y externo útil para esta correspondencia mostró una dependencia sistemática de la porosidad, lo que sugiere que puede haber un uso para más de un único estándar de la herramienta y sugiere además que la relación podría ser predecible a partir de otros parámetros medidos, tales como el tamaño del hoyo, la densidad de la formación rocosa, la densidad del fluido del hoyo, el índice de hidrógeno de la formación rocosa, la longitud de frenado de los neutrones de la formación, la sección transversal de captura de neutrones termales de la formación, o la sección transversal de captura de neutrones termales de un fluido del hoyo.

También se pueden extraer y estudiar múltiples estándares de fondo mediante el modelado Monte Cario que replica la configuración experimental descrita anteriormente. La Figura 14 muestra un espectro de fondo interno de la herramienta 1410 y un espectro de fondo externo de la herramienta 1420. Al igual que en las mediciones experimentales, los dos estándares hipotéticos son distintos entre sí. El estándar interno 1410 enfatiza los picos de alta energía que son característicos del material del tubo de flujo, mientras que los picos de 6-7 MeV del manganeso en el collar son prominentes en el espectro externo 1420. Los resultados del modelado son totalmente consistentes con los estudios experimentales iniciales.

En algunas modalidades, usar dos estándares ofrece la ventaja de representar al menos parcialmente los efectos ambientales que determinan cómo se muestrea el fondo de la herramienta. El análisis resultante usará una forma de fondo total que es más representativa del fondo real de la herramienta, lo que reducirá el potencial de desviaciones en la extracción de la fracción de fondo y los otros rendimientos de señales.

Una segunda ventaja se derivará de una corrección más exacta para el hierro en el fondo de la herramienta, que es una etapa útil para producir estimaciones exactas de la arcilla. El hierro puede existir tanto en el herramienta como en la formación, y la contribución combinada de hierro se puede analizar con un único estándar de hierro (que es distinto del "fondo de la herramienta" de no-hierro debatido anteriormente) . Para lograr la medición del hierro de la formación, la gran contribución de hierro de la herramienta se puede sustraer del hierro total. El método habitual de la sustracción de hierro asume una relación fija del hierro de la herramienta con respecto a los otros elementos de fondo. Si el otro rendimiento de fondo de la herramienta se desvia, esto se traduce directamente en una desviación en el rendimiento de hierro de la formación. Además, asi como las mezclas elementales dentro de los dos nuevos estándares propuestos son muy diferentes, de igual modo existe una diferencia en las relaciones de hierro con respecto a ellos. Como se muestra en Figura 14, el modelado Monte Cario predice las relaciones Fe/TB de 0.33 y 0.60 para la mezcla de los materiales de la herramienta representados por los estándares de fondo interno y externo de la herramienta, respectivamente, en comparación con un valor medido experimentalmente de 0.55 para el fondo general de la herramienta. Esto indica que usar dos estándares para la corrección del hierro puede ser más exacto.

Esta modalidad se aplica a la espectroscopia de captura de neutrones termales con una herramienta de LWD, pero el método se podría aplicar además a los rayos gamma de las interacciones inelásticas de los neutrones y también para las herramientas por cable de alambre. Las mediciones inelásticas tienden a tener dependencias ambientales menos severas, pero todavía existen, por ejemplo para la densidad y la porosidad. Las herramientas de espectroscopia por cable de alambre han sido más homogéneas en su composición material de lo que han sido algunos diseños de registro durante la perforación para las herramientas de espectroscopia, por lo que sus efectos ambientales sobre el fondo de la herramienta son menores. Sin un tubo de flujo y un canal de lodo, los neutrones se termalizan principalmente en el exterior de las herramientas por cable de alambre. Sin embargo, se pueden prever escenarios en los cuales múltiples estándares de fondo de la herramienta basados en regiones espaciales podrían ser útiles igualmente para las herramientas por cable de alambre.

La Figura 15 es un diagrama de flujo que ilustra un método para determinar un aspecto de una formación usando una herramienta de espectroscopia nuclear. En algunas modalidades, la herramienta de espectroscopia nuclear puede incluir una heterogeneidad espacial en su composición material. En algunas modalidades, la herramienta de espectroscopia nuclear puede ser una herramienta operada por cable que tiene un resorte de arco que se extiende a lo largo de la herramienta operada por cable o una herramienta de registro durante la perforación que se configura para dar cabida el paso del lodo de perforación.

Como se indica generalmente en el bloque 1510, la herramienta de espectroscopia nuclear se puede colocar dentro de un hoyo. Como se muestra en el bloque 1520, los neutrones se pueden emitir desde la herramienta de espectroscopia nuclear de manera que algunos de los neutrones generan rayos gamma desde una formación adyacente a la herramienta de espectroscopia nuclear, algunos de los neutrones generan rayos gamma desde los elementos dentro de la herramienta de espectroscopia nuclear y algunos de los neutrones generan rayos gamma desde un elemento en el lodo de perforación. En algunas modalidades, la fuente de neutrones puede ser un generador de neutrones electrónico tal como un generador de neutrones electrónico pulsado o una fuente química tal como AmBe o Cf. En algunas modalidades, los neutrones pueden interactuar con un elemento de la formación o de la herramienta en una interacción de captura inelástica o radiactiva. Los elementos dentro de la herramienta pueden formar parte de la herramienta, o se pueden encontrar dentro de los materiales que fluyen en y a través de la herramienta.

Como se indica en el bloque 1530, se puede detectar un espectro de energía de los rayos gamma que fueron inducidos por los neutrones emitidos. En algunos casos, el espectro de energía puede incluir un fondo que tiene una pluralidad de componentes espectrales medidos.

Como se indica generalmente en el bloque 1540, el espectro de rayos gamma detectado se puede analizar usando una combinación de los espectros estándares que incluyen al menos dos sub-estándares que representan un elemento o un grupo de elementos comunes, pero que se diferencian basado en dónde se termalizan los neutrones. En algunas modalidades, al menos dos sub-estándares representan una combinación de elementos de un fondo de la herramienta o un espectro de rayos gamma resultante de los neutrones que se termalizan en las porciones espacialmente distintas de la herramienta de espectroscopia nuclear. En algunas modalidades, cada uno de al menos dos sub-estándares incluye diferentes combinaciones de al menos dos elementos que se encuentran dentro de la herramienta de espectroscopia nuclear. En algunas modalidades, cada uno de al menos dos sub-estándares incluyen diferentes combinaciones de Fe, Cr, Ni, Mn, W, Co y Mo.

En algunas modalidades en las que la herramienta de espectroscopia nuclear es una herramienta de registro durante la perforación, al menos dos sub-estándares representan, respectivamente, los rayos gamma que se generaron por los neutrones que se termalizaron dentro de la herramienta de espectroscopia nuclear y los rayos gamma que se generaron por los neutrones que se termalizaron fuera de la herramienta de espectroscopia nuclear. En algunas modalidades, al menos dos sub-estándares incluyen un primer sub-estándar que representa los rayos gamma generados por los neutrones que se termalizaron dentro de lodo de perforación en el interior de un tubo de flujo, y un segundo sub-estándar que representa los rayos gamma generados por los neutrones que se termalizaron en el hoyo circundante de la formación rocosa.

En algunas modalidades, el modelado Monte Cario se usa para crear al menos uno de los espectros estándares almacenados basados en la región espacial. En algunas modalidades, las mediciones experimentales diseñadas para aislar los rayos gamma procedentes de las diferentes regiones espaciales se usan para crear al menos uno de los espectros estándares almacenados .

En algunas modalidades, cada uno de al menos dos sub- estándares representan un único elemento y se distinguen por la región de origen en la formación rocosa, el lodo que rodea • a la herramienta de espectroscopia nuclear, o el lodo dentro de un canal de flujo en el interior de la herramienta de espectroscopia nuclear. En algunas modalidades, el único elemento es el hidrógeno, y los sub-estándares representan por separado el hidrógeno en la formación rocosa y el hidrógeno en el lodo del hoyo. En algunas modalidades, el único elemento es el cloro, y los sub-estándares representan por separado el cloro en la formación rocosa y el cloro lodo del hoyo.

En algunas modalidades, la etapa de distinguir incluye comparar la atenuación de rayos gamma representada por cada uno de al menos dos sub-estándares . En algunas modalidades, los espectros estándares incluyen un estándar espectral promedio y uno o más estándares de "diferencia" que representan la diferencia entre el estándar promedio y la pluralidad restante de sub-estándares. En algunas modalidades, los espectros estándares incluyen un espectro que representa uno de los extremos de la región de origen, o cualquier combinación lineal de las regiones entre un extremo y un espectro promedio, y la pluralidad restante de sub-estándares representan las diferencias con respecto a este estándar nominal. En algunas modalidades, se obtienen los espectros estándares de manera que una combinación lineal de los mismos proporciona una aproximación de una forma espectral general para el único elemento.

En algunas modalidades, y como se indica en el bloque 1550, un aspecto de la formación se puede estimar basado en los análisis realizados en el bloque 1540. En algunas modalidades, estimar un aspecto de la formación incluye predecir una composición de la formación y tomar una decisión de perforación basado en la composición predicha de la formación rocosa. En algunas modalidades, al menos uno de, el petróleo crudo y el gas natural se extraen después de predecir la composición de la formación rocosa. Por ejemplo, la determinación del contenido de arcilla a partir de las concentraciones elementales medidas se puede usar para estimar la permeabilidad de la roca y por lo tanto para estimar la tasa de producción de cualquier petróleo que pudiera estar presente.

Estándar de forma variable En la espectroscopia nuclear, los espectros estándares elementales se usan para representar el espectro de energía característico de rayos gamma de un único elemento o un grupo compuesto de elementos en proporciones específicas. Los ejemplos de los estándares de un único elemento incluyen pero no se limitan a, Fe, Cr, Ni, Mn, W, Mo y Co. Un ejemplo común de un estándar compuesto es el estándar de "fondo de la herramienta", que combina los elementos que componen la herramienta en proporciones que se cree que son significativas. Un análisis tradicional tiene cada elemento único o grupo combinado de elementos representado por un único espectro estándar cuya forma es una constante fija independientemente del ambiente de fondo de pozo. Si el ambiente en el que se sumerge la herramienta provoca que el espectro característico real tenga una forma diferente, el uso de estándares inexactos puede provocar desviaciones en el análisis espectral.

En algunas modalidades, puede ser útil mantener un único espectro estándar, pero modificando la forma del único espectro estándar basado en otras mediciones del ambiente de fondo de pozo. El espectro y sus algoritmos asociados podrían denominarse un "estándar adaptativo" o un "estándar variable" para diferenciar el espectro de la suposición de una forma espectral constante. El conocimiento para predecir esta variación en la forma se podría adquirir mediante la experimentación, por ejemplo obteniendo el mismo estándar en las diferentes porosidades de la formación y salinidades del hoyo. El conocimiento también se podría adquirir a través de los estudios con el modelado Monte Cario y otros métodos basados en modelos.

El estándar adaptativo podría ser un estándar compuesto, tal como el fondo de la herramienta, en cuyo caso se puede predecir la mezcla relativa de los elementos o materiales que se muestrean por los neutrones en la herramienta. El espectro se puede ajustar además para representar la distancia a la que los rayos gamma se dispersan. El algoritmo adaptativo puede incorporar la información de las mediciones que incluyen pero no se limitan a, el tamaño del hoyo, la densidad de la formación, la densidad del fluido del hoyo, la porosidad, el índice de hidrógeno de la formación, la longitud frenado de los neutrones de la formación, la sección transversal de captura de neutrones termales de la formación, o la sección transversal de captura de neutrones termales del fluido del hoyo. La variación" adaptativa puede incluir pero no se limita a, las operaciones que aplican una transformada que esparce o cambia el espectro, unos ajustes en la altura y la anchura de ciertos picos, o una variación de la fracción relativa dé las formas fijas que describen la dispersión Compton (en la que un rayo gamma colisiona con un electrón y transfiere parte de su energía a los electrones) o de cualquier sub-componente elemental. Estas adaptaciones se pueden realizar en el fondo de pozo en tiempo real o se pueden aplicar en el post-procesamiento .

En algunas modalidades, el estándar variable puede ser además un estándar de un único elemento que puede estar sujeto a los efectos ambientales. Los ejemplos de interés particular serían la dispersión Compton y los efectos de atenuación sobre los rayos gamma del hidrógeno y el cloro, que son elementos que existen frecuentemente tanto en el hoyo como en la formación. Los núcleos en el hoyo se localizan más próximos al detector, en promedio, que los núcleos del mismo elemento en la formación. Como resultado, los rayos gamma de los elementos de la formación que llegan al detector tienden a atenuarse y dispersarse a lo largo de una mayor distancia y a través de un medio más denso que los rayos gamma de los mismos elementos en el hoyo solamente. El espectro general observado para cada elemento puede ser una mezcla de diferentes espectros característicos asociados con cada región espacial. Aunque estos efectos son de interés para el hidrógeno y el cloro, el problema es aplicable a cualquier elemento que habite en múltiples regiones espaciales. En algunas modalidades, una solución es usar estándares distintos para los componentes de la formación y del hoyo (o cualquier otra pluralidad de estándares basados en la región espacial) para el elemento de interés. Otra solución es usar un único estándar para cada elemento cuya forma podría variarse para representar los efectos ambientales. Los ajustes basados en la dispersión Compton descendente (es decir, los rayos gamma pierden una porción de su energía en un evento Compton) y la altura y la anchura relativas de ciertos picos son de particular interés para esta aplicación, pero es posible otra variación. Los ajustes se podrían realizar basado en mediciones ambientales similares como las descritas anteriormente. Este método es aplicable a los espectros estándares para cualquier elemento, que incluyen pero no se limitan a, H, Cl, S, Ba, Ca, Si, y Fe.

En algunas modalidades, un estándar variable proporcionará una forma que es más representativa de la forma real del componente espectral que se pretende describir en un ambiente dado. Esto reduce el potencial de desviaciones para todos los elementos en la rutina de ajuste espectral. El método proporciona además los beneficios en la precisión estadística, debido a que el uso de un único estándar (es decir, no se introducen estándares adicionales) puede minimizar el número de grados de libertad en el ajuste.

El método de las formas estándares variables es aplicable a los rayos gamma desde cualquier régimen de energía de los neutrones, incluyendo la captura de neutrones termales y las colisiones inelásticas de neutrones. El método es aplicable a cualquier herramienta de espectroscopia nuclear, incluyendo las implementaciones por cable de alambre y de registro durante la perforación.

Como se observó anteriormente, el método de dividir un único estándar en múltiples estándares de componentes tiene otra aplicación, que se refiere a cuando múltiples estándares representan el mismo elemento único para las diferentes regiones espaciales. Este método se conduce nuevamente por los efectos ambientales, pero desde una perspectiva diferente. Mientras que anteriormente el ambiente provocaba una mezcla diferente de elementos en un espectro cuya forma se creía que era constante, en este caso el ambiente afecta de manera más simple la distancia a lo largo de la que los rayos gamma de un único elemento se atenúan. En otras palabras, el método anterior se enfocaba en los efectos de las variaciones en el poblamiento de las diferentes localizaciones a las que el detector era sensible con los neutrones de la fuente, mientras que el último método se refiere en gran medida a la representación del impacto en el espectro debido a las diferentes geometrías de los sitios de interacción nuclear con relación a la posición del detector. El primero se afecta más por el transporte de neutrones y el último se afecta más por el transporte de rayos gamma.

Un ejemplo es el de los rayos gamma a partir de la captura de neutrones por el hidrógeno en el hoyo frente al hidrógeno en la formación. El hidrógeno en el hoyo se localiza más próximo del detector, en promedio, que el hidrógeno en la formación. Por lo tanto los rayos gamma del hidrógeno de la formación que llegan al detector se atenúan y dispersan a lo largo una mayor distancia y a través de un medio más denso que el hoyo solamente. Los espectros de energía característicos de rayos gamma asociados con el hidrógeno para estas dos regiones espaciales diferentes se pueden extraer a partir de las mediciones experimentales o a partir del modelado Monte Cario.

La Figura 16 muestra los estándares espectrales modelados para el hidrógeno de estas dos regiones, usando nuevamente una herramienta espectroscópica de registro durante la perforación y la Figura 17 traza el origen espacial de los dos espectros. En la Figura 16, el espectro modelado para el hidrógeno en la formación se etiqueta .corno el espectro 1610, mientras que el espectro modelado para el hidrógeno en el hoyo y en el canal de lodo se etiqueta como el espectro 1620. En la Figura 17, la captura de neutrones modelada desde el hidrógeno en la formación se etiqueta como la región 1710, mientras que las capturas de neutrones modeladas desde el hidrógeno en el hoyo y en el canal de lodo se etiquetan como las regiones 1720 y 1730, respectivamente. El estándar para el H de la formación tiene más peso en los canales inferiores debido a la pérdida de energía de los rayos gamma que se dispersan a través de una mayor distancia y a través de materiales más densos en promedio. En este ejemplo, el estándar del "hoyo" incluye tanto el hoyo alrededor del exterior de la herramienta como el canal de lodo. Para las herramientas de registro durante la perforación, sería posible además obtener un tercer estándar de hidrógeno mediante la separación de la contribución del canal de lodo de la contribución del hoyo externo.

En algunas modalidades, el análisis de espectroscopia mejorado usaría al menos estos dos estándares en lugar de uno sólo para el hidrógeno. Las mediciones en un hoyo más pequeño o en un hoyo salado verían un menor rendimiento del hidrógeno del hoyo, y las mediciones en una formación menos porosa verían un menor rendimiento del H de la formación. Los efectos ambientales como éstos provocan que varíe la forma general del espectro de hidrógeno detectado. Considerando que el análisis habitual de un único estándar trata de imponer una forma constante en todo el hidrógeno - con el riesgo de que las desviaciones se propagarán hacia todos los rendimientos espectrales, no sólo hacia el hidrógeno - el análisis de dos estándares representará, al menos, parcialmente estos efectos ambientales al permitir que los componentes del espectro de H se mezclen en una manera significativa .

Una implementación equivalente de este método de dos regiones usa un estándar que describe un espectro promedio total de H, que incluye tanto la formación como el hoyo, y un segundo estándar que describe la diferencia entre los espectros de la formación y del hoyo. La suma variable de los dos estándares proporciona nuevamente un espectro total que representa los efectos ambientales. En algunas modalidades, otras combinaciones lineales de dos de tales estándares de la herramienta pueden ser matemáticamente equivalentes y pueden usarse .

Este ejemplo ha debatido el caso especifico del hidrógeno, pero el método puede mejorar además la exactitud de la medición de otros elementos que aparecen tanto en la formación como en el hoyo, sobre todo el cloro. Los elementos que pueden ver mediciones mejoradas a partir de este método incluyen pero no se limitan a, hidrógeno, cloro, azufre, bario, calcio, silicio, y hierro. Adicionalmente, las zonas espaciales de interés no se restringen solamente a la formación y al hoyo. Esta técnica se aplica generalmente a cualquier estándar de un único elemento que pueda dividirse en múltiples componentes basado en cualquier región espacial, usando las mediciones experimentales o el modelado de Monte Cario u otros métodos basados en modelos.

La Figura 18 es un diagrama de flujo que ilustra un método para determinar un aspecto de una formación usando una herramienta de espectroscopia nuclear. Como se indica generalmente en el bloque 1810, la herramienta de espectroscopia nuclear se puede colocar dentro de un hoyo. En algunas modalidades, la herramienta de espectroscopia nuclear puede incluir una heterogeneidad espacial en su composición material. En algunas modalidades, la herramienta de espectroscopia nuclear puede ser una herramienta operada por cable que tiene un resorte de arco que se extiende a través o a lo largo de la herramienta operada por cable o una herramienta de registro durante la perforación que se configura para dar cabida el paso del lodo de perforación.

Se pueden realizar una pluralidad de mediciones ambientales usando la herramienta de espectroscopia nuclear u otro equipo, tal como se indica en el bloque 1820. Los ejemplos ilustrativos pero no limitantes de las mediciones ambientales incluyen uno o más de, un tamaño del hoyo, una densidad de la formación, una densidad, del fluido del hoyo, una porosidad, un índice de hidrógeno de la formación, una longitud de frenado de los neutrones de la formación, una sección transversal de captura de neutrones termales de la formación, o una sección transversal de captura de neutrones termales del fluido del hoyo.

Como se muestra en el bloque 1830, los neutrones se pueden emitir desde la herramienta de espectroscopia nuclear de manera que algunos de los neutrones generan rayos gamma desde una formación adyacente a la herramienta de espectroscopia nuclear, algunos de los neutrones generan rayos gamma desde los elementos dentro de la herramienta de espectroscopia nuclear y algunos de los neutrones generan rayos gamma desde un elemento en el lodo de perforación. En algunas modalidades, la fuente de neutrones puede ser un generador de neutrones electrónico tal como un generador de neutrones electrónico pulsado o una fuente química tal como AmBe o Cf. En algunas modalidades, los neutrones pueden interactuar con un elemento de la formación o de la herramienta en una interacción de captura inelástica o radiactiva. Los elementos dentro de la herramienta pueden formar parte de la herramienta, o se pueden encontrar dentro de los materiales que fluyen en y a través de la herramienta. Un espectro de energía de los rayos gamma inducidos por los neutrones emitidos se detecta con la herramienta, como se indica generalmente en el bloque 1840.

Como se indica en el bloque 1850, el espectro de rayos gamma detectado se puede analizar usando una combinación de los espectros estándares, donde la forma de al menos uno de los espectros estándares se varía basado en las mediciones ambientales para representar los efectos del ambiente sobre los espectros de rayos gamma. En algunas modalidades, el estándar con una forma variable representa un único elemento tal como el hidrógeno o el cloro. En algunas modalidades, el efecto ambiental que se está representando es la atenuación de rayos gamma, conducida por la mezcla relativa de los rayos gamma emitidos desde la formación rocosa frente a los rayos gamma emitidos desde un fluido del hoyo.

En algunas modalidades, el estándar con una forma variable representa una colección de elementos en un fondo de la herramienta, tales como uno o más de, Fe, Cr, Ni, Mn, W, Mo y Co. En algunas modalidades, la colección de elementos en el fondo de la herramienta incluye los elementos dentro de un cristal del detector de rayos gamma. En algunas modalidades, una forma variable de un estándar de fondo de la herramienta representa los cambios en la mezcla relativa de los elementos que forman el fondo de la herramienta, conducidos por la distribución espacial de los neutrones que se crean en un ambiente dado. En algunas modalidades, la forma y la variación de al menos un espectro estándar se obtiene a partir del modelado Monte Cario, las mediciones experimentales o una combinación del modelado Monte Cario y de las mediciones experimentales.

En algunas modalidades, y como se indica en el bloque 1860, se puede estimar un aspecto de la formación basado en los análisis realizados en el bloque 1850. En algunas modalidades, estimar un aspecto de la formación incluye predecir una composición de la formación y tomar una decisión de perforación basado en la composición predicha de la formación rocosa. En algunas modalidades, al menos uno de, el petróleo crudo y el gas natural se pueden extraer después de predecir la composición de la formación rocosa.

Se pueden realizar varias modificaciones, adiciones y combinaciones en las modalidades descritas y sus diferentes características debatidas sin apartarse del alcance de la presente invención. Por ejemplo, aunque las modalidades descritas anteriormente se refieren a las características particulares, el alcance de esta invención incluye además las modalidades que tienen diferentes combinaciones de características y las modalidades que no incluyen todas las características descritas anteriormente.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un método para estimar un aspecto de un,a formación usando una herramienta de espectroscopia nuclear, que comprende: colocar una herramienta de espectroscopia nuclear que incluye una fuente de neutrones y un detector de rayos gamma dentro de un hoyo; realizar mediciones del ambiente de la herramienta y de la formación; emitir neutrones desde la herramienta de espectroscopia nuclear hacia la formación rocosa adyacente a la herramienta de manera que algunos de los neutrones pueden generar rayos gamma a partir de la formación rocosa, algunos de los elementos pueden generar rayos gamma a partir de un elemento en la herramienta de espectroscopia y algunos de los neutrones pueden generar rayos gamma a partir de un elemento en el lodo de perforación; detectar con la herramienta un espectro de energía de los rayos gamma inducidos por los neutrones emitidos; analizar el espectro de rayos gamma detectado usando una combinación de los espectros estándares, donde la forma de al menos uno de los espectros estándares se varía basado en las mediciones ambientales para representar los efectos del ambiente; y estimar un aspecto de la formación usando el análisis.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la forma de al menos uno del espectro estándar se modifica como función de la profundidad dentro del hoyo.

3. El método de la reivindicación 1, en donde la fuente de neutrones comprende un generador de neutrones electrónico o una fuente química.

4. El método de la reivindicación 3, en donde la fuente de neutrones comprende un generador de neutrones electrónico pulsado.

5. El método de la reivindicación 3, en donde la fuente de neutrones comprende AmBe o Cf.

6. El método de la reivindicación 1, en donde los neutrones interactúan con la formación rocosa, con un elemento en la herramienta de espectroscopia nuclear y/o un elemento en el lodo de perforación en una interacción de captura inelástica o radiactiva.

7. El método de la reivindicación 1, en donde la herramienta de espectroscopia nuclear comprende una heterogeneidad espacial en su composición material.

8. El método de la reivindicación 7, en donde la herramienta de espectroscopia nuclear comprende una herramienta operada por cable o una herramienta de registro durante la perforación.

9. El método de 1a reivindicación 1, en donde las mediciones ambientales incluyen uno o más de un tamaño del hoyo, una densidad de la formación rocosa, una densidad del fluido del hoyo, un índice de hidrógeno de la formación rocosa, una longitud de frenado de los neutrones de la formación rocosa, una sección transversal de captura de neutrones termales de la formación rocosa, o una sección transversal de captura de neutrones termales de un fluido del hoyo .

10. El método de la reivindicación 1, en donde el estándar con forma variable representa un único elemento.

11. El método de la reivindicación 10, en donde el único elemento comprende hidrógeno o cloro.

12. El método de la reivindicación 11 , en donde el efecto ambiental que se representa es la atenuación de rayos gamma conducida por la mezcla relativa de los rayos gamma emitidos desde la formación rocosa frente a los rayos gamma emitidos desde un fluido del hoyo.

13. El método de la reivindicación 1, en donde el estándar con forma variable representa una colección de elementos en un fondo de herramienta.

14. El método de la reivindicación 13, en donde la colección de elementos en el fondo de herramienta incluye uno o más de Fe, Cr, Ni, Mn, W, o y Co.

15. El método de la reivindicación 13, en donde la colección de elementos en el fondo de herramienta comprende elementos dentro de un cristal del detector de rayos gamma.

16. El método de la reivindicación 13, en donde una forma variable de un fondo de herramienta estándar representa los cambios en la mezcla relativa de los elementos que forman el fondo de la herramienta conducidos por la distribución espacial de los neutrones que se crean en un ambiente dado.

17. El método de la reivindicación 1, en donde la forma y la variación de al menos un espectro estándar se obtiene del modelado de Monte Cario y/o se obtiene de mediciones experimentales .

18. El método de la reivindicación 1, en donde estimar un aspecto de la formación comprende predecir una composición de la formación.

19. Una herramienta de espectroscopia nuclear para estimar un aspecto de una formación, que comprende : una fuente de neutrones configurada para emitir neutrones hacia una formación adyacente a la herramienta de manera que algunos de los neutrones pueden generar rayos gamma a partir de la formación rocosa, algunos de los elementos pueden generar rayos gamma a partir de un elemento en la herramienta de espectroscopia y algunos de los neutrones pueden generar rayos gamma a partir de un elemento en el lodo de perforación; un detector de rayos gamma configurado para detectar un espectro de energía de los rayos gamma inducidos por los neutrones emitidos; y un circuito de procesamiento de datos que lleva a cabo el análisis del espectro de rayos gamma detectado usar una combinación de los espectros estándares, donde la forma de al menos uno de los espectros estándares se varía basado en las mediciones ambientales para representar los efectos del ambiente sobre los espectros de rayos gamma, y para estimar un aspecto de la formación usando el análisis.

20. Un sistema para estimar un aspecto de una formación, que comprende : una fuente de neutrones configurada para emitir neutrones hacia una formación adyacente a la herramienta de manera que algunos de los neutrones pueden generar rayos gamma a partir de la formación rocosa, algunos de los elementos pueden generar rayos gamma a partir de un elemento en la herramienta de espectroscopia y algunos de los neutrones pueden generar rayos gamma a partir de un elemento en el lodo de perforación; un detector de rayos gamma configurado para detectar un espectro de energía de los rayos gamma inducidos por los neutrones emitidos; un dispositivo de medición para realizar las mediciones del ambiente de la herramienta; y un circuito de procesamiento de datos que lleva a cabo el análisis del espectro de rayos gamma detectado usando una combinación de espectros estándares, donde la forma de al menos uno de los espectros estándares se varia en base a las mediciones ambientales para representar el efecto del ambiente sobre el espectro de rayos gamma, y para estimar un aspecto de la formación usando el análisis.