MXPA98001681A - Metodo para determinar la densidad y el factor fotoelectrico de una formacion mediante un instrumento con varios detectores de rayos gamma - Google Patents

Abstract

El presente invento se trata de un método avanzado de determinar la densidad de una formación usando un instrumento de medición de la densidad con varios detectores. La utilización de tres o más detectores produce una medición de la densidad de la formación más acertada y precisa ante la presencia de una separación considerable entre el instrumento y la formación. A través de un nuevo algoritmo de un detector simple se obtiene un factor fotoeléctrico más acertado. El uso de la información sobre el efecto fotoeléctrico y la densidad de los tres detectores permite medir un efecto fotoeléctrico compensado para la separación y el factor fotoeléctrico de la costra de lodo. La utilización de las respuestas de la densidad de los distintos detectores permite una verificación de la consistencia y, por lo tanto, un mejor control de la calidad de la medición de la densidad.

Description

MÉTODO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD Y EL FACTOR FOTOELÉCTRICO DE UNA FORMACIÓN MEDIANTE UN INSTRUMENTO CON VARIOS DETECTORES DE RAYOS GAMMA CAMPO DEL INVENTO Este invento está relacionado con la determinación de las características de una formación geológica. En partí cular, está relacionado con la determinación de la densidad de la formación incluso cuando la separación entre el aparato y la formación es considerable. El invento mide también el factor fotoeléctrico de una formación y proporciona un mejor control de la calidad al medir la densidad.

DATOS DEL INVENTO Los instrumentos nucleares se han venido usando durante décadas para determinar la densidad de las formaciones geológicas rocosas que rodean a un pozo de sondeo. Los ins-trunientos de medición de la densidad nuclear dependen de la dispersión Compton de los rayos gamma en la formación para -realizar las mediciones de la densidad. Un instrumento de me dición de la densidad convencional consiste en una fuente de rayos gamma (o rayos X) , como mínimo un detector de rayos ga-mma y blindaje entre el detector y la fuente, a fin de detec- tar solamente los rayos gamma dispersados. Durante la diagrafía de la densidad, los rayos gamma de la fuente del ins truniento se desplazan a través del pozo de sondeo al interior de la formación geológica. Los rayos gamma serán dis-persados por los electrones existentes en la formación o po zo y algunos de ellos serán dispersados de vuelta al detector en la sonda de diagrafía. Dependiendo del espacio entre la fuente y el detector, la velocidad de eonteo de los rayos gamma detectados aumentará con el incremento de la densidad de la formación (término de dispersión dominante) o - disminuí rá con el incremento de la densidad de la formación (efecto atenuante predominante). En espacios intermedios, tanto los términos de atenuación como de dispersión repercuten en la -respuesta. En una situación de diagrafía ideal, el pozo de son deo tendría una forma uniforme y recta. Este pozo de sondeo uniforme permitiría que un instrumento de medición de la densidad dotado de un detector estuviera en estrecha proximidad con la formación que rodea al pozo y la separación del instru mentó sería mínima. Bajo estas condiciones, un detector sería suficiente para realizar la medición de la densidad. No obstante, puesto que los pozos de sondeo normalmente no tienen una forma uniforme y no son rectos, un proble^ ma importante al realizar la diagrafía de la densidad es el -contacto de la sonda de diagrafía con la pared del pozo de - sondeo. Las sondas de diagrafía de la densidad pueden ser -diseñadas como instrumentos de tipo cojín o mandril. En un mandril, la. fuente y detectores se encuentran en el cuerpo -del instrumento cilindrico recto. La longitud rígida de tal disposición dificulta que el instrumento se mantenga en contacto estrecho son el muro de un pozo de sondeo irregular. En los instrumentos de tipo cojín, los detectores y, en muchos casos, también la fuente de diagrafía están montados en un cojín corto y articulado que puede desplazarse con respec to al cuerpo del instrumento. Un fuerte brazo descentraliza dor empuja el cojín contra el muro del pozo de sondeo permitiendo un mejor contacto gracias a la menor longitud del dis_ positivo. Todas las sondas de diagrafía de la densidad encon trarán una costra de lodo, acumulada en el muro de la form -ción, que evita un buen contacto. La medición de la densidad necesita ser compensada también para este tipo de separación. Debido a las imperfecciones de los instrumentos tipo mandril, éstos se usan tan sólo si no se puede diseñar un instrumento tipo cojín debido a restricciones de tamaño o de costos. La mayoría de instrumentos de medición de la densidad modernos usan un cojín articulado que contiene los detectores y la fuente de rayos gamma. Un brazo de respaldo empuja el cojín contra la formación. La pequeña longitud del cojín y la gran fuerza de descentralización ejercida por el bra zo de respaldo aseguran un contacto excelente del cojín con - la formación en la mayoría de los casos. Sin embargo, para -herramientas con un menor diámetro, la utilización de una cons trucción tipo cojín se vuelve difícil o imposible. En estos -casos, los detectores son colocados en el interior del aloja-miento del instrumento (instrumento tipo mandril) . La descentralización es proporcionada por un resorte en arco y/o un dis_ positivo de calibración con un brazo- de respaldo. No obstante, la mayor longitud y rigidez del instrumento producen una aplicación de menor calidad del. instrumento al muro del pozo de -sondeo y requiere una separación superior a la normal. El diseño básico de un instrumento de dos detectores se muestra en la Fig. 1. El instrumento 1 consiste en -una fuente de rayos gamma 2, un detector de corta distancia - (DC) 3 y un detector de larga distancia (DL) 4. El instrumen to se encuentra en un pozo de sondeo 5 que es sustancialmente uniforme. Los rayos gamma emitidos por la fuente 2 se introducen en el pozo de sondeo y la formación geológica 6, donde son dispersados y algunos son detectados seguidamente por los detectores. El detector DC 3 es más sensible a la región cer cana al instrumento 7. El detector DL 4 detecta los rayos ga mma 8 de la formación 6 a mayor profundidad que el detector DC y es menos sensible a los efectos de la separación del ins_ truniento. La densidad aparente derivada de la medición del -detector DL puede ser corregida para la separación del instru-mentó comparando las lecturas de la densidad aparente de los detectores DL y DC, La correccción para la separación causada por la -acumulación de la costra de lodo o separación del instrumento puede lograrse usando dos detectores con diferentes profundi-dades de investigación. En este caso, el primer detector - (.DC) tiene poca profundidad de investigación y es mas sensible al fluido del pozo de sondeo o a la' costra de lodo entre el instrumento y la formación. Un segundo detector (DL) a -una mayor distancia de la fuente es menos sensible al entor-no del pozo y mas sensible a la formación. La diferencia entre las lecturas de los dos. detectores, puede transformarse en una corrección para la separación y la costra de lodo. Sin -embargo, ante mayores separaciones debido a la forma irregular del pozo de sondeo 9, la compensación de los 2 detectores es a menudo insuficiente o ambigua. Las imprecisiones de la medición son dos (.2) detectores residen en el hecho de que la medición de dos detecto-res se usa para determinar tres incógnitas : la densidad de -la formación, la 'separación (.distancia entre el instrumento -y el muro del pozo de sondeo) y la densidad del fluido y/o -costra de lodo entre el instrumento y la formación. Ante separaciones pequeñas, las dos últimas incógnitas pueden combinarse en un grosor efectivo (separación de la densidad del -lodo) . Ante mayores separaciones, esta aproximación falla y la corrección se vuelve ambigua. Asimismo, la profundidad de investigación del detestor de corta distancia puede volverse más pequeña que la separación. Esto evitará una compensación apropiada. Como se muestra en la Fig. 1, debido a la forma irre guiar del muro del pozo de sondeo 9 el instrumento es separado del muro por una distancia considerable. La profundidad -de investigación del detector de corta distancia 3 es menor -que la separación y lograr una compensasión efectiva de la res puesta de la densidad del detector de larga distancia 4 es más difícil y, a veces, imposible. La utilización de un detector adicional situado entre los detectores DL y DC tradicionales puede ayudar a tratar la ambigüedad de la corrección ante una separación considerable del instrumento y algunas de las limitaciones del ins_ truniento de dos detectores pueden ser superadas. La medida -de tres detectores brinda la capacidad de distinguir el efecto producido por el grosor del lodo y/o costra de lodo del -efecto producido por la densidad del lodo y/o costra de lodo entre el instrumento y la formación. Asimismo, la mejor pre-cisión estadística proporcionada por la- medida media mejorará la velocidad de diagrafía de la sonda. La operación del instrumento de tres detectores se muestra en la figura 2. El ins_ truniento de tres detectores 11 tiene la capasidad de medir -tres profundidades de investigasión distintas en la formasión. El instrumento tiene una fuente 12, y detestores de sorta dis- tancia (DC) 13, distancia media (DM) 14 y larga distancia - CDL) 15. A causa de la forma del muro del pozo 9 existe una separasión sonsiderable 23 entre el instrumento 11 y el muro del pozo 9. A fin de compensar el efecto de esta separación, dos detectores, como mínimo, deben tener profundidades de in-vestigasión mayores que la separación del instrumento. Los -detectores 14 y 15 tienen unas profundidades de investigación, 25 y 26 respectivamente, que se extienden al interior de la -formasión 6 y permiten medir la formación y el material en la región 23 entre el instrumento y el muro del pozo de sondeo. La idea de usar tres detectores para diferenciar -distintas profundidades de investigación fue descrita en la -patente de EE. UU. 4.129.777 ( ahl) . En Wahl , la idea princi pal es medir la densidad del material en tres profundidades -distintas del instrumento. Esto puede usarse para determinar la densidad de la formación a través de la tubería de revestí miento, para determinar el grosor del cemento detrás de la tu bería de revestimiento o para determinar la densidad y el gro sor de la costra de lodo entre el instrumento y la formación. En los tres casos la medición se usa también para determinar la densidad de la formación y el grosor y densidad de la capa de material entre el instrumento y la formación. En wahl, la radiación gamma es emitida desde el ins_ trumento al interior del medio circundante, y las mediciones corresponden a la cantidad de radiación que regresa a los de- testores somo resultado de la interassión de la radiación emi tida son la primera, segunda y tersera sapa, respestivamente, del medio sirsundante, sada una de ellas somenzando en el pozo de sondeo y extendiéndose a las profundidades radiales ere cientes. Estas mediciones son tomadas- por tres detectores lo calizados a diferentes distansias de la fuente de radiasión -gamma a fin de tener tres diferentes profundidades de investí gasión. Una representasión del grosor del material sólido se obtiene luego a partir de las tres medisiones de la radiasión gamma. Específicamente, el método propuesto por Wahl es -útil para determinar el grosor del material ligado entre la -tubería de revestimiento del pozo de sondeo y la formación ad yacente. En ese caso, las tres medidas de la radiación gamma (superficial, intermedia y profunda) son corregidas para el -efecto atenuante del revestimiento. Así pues, se ca-lsulan -tres densidades a partir de las medidas de radiasión superfi-sial, intermedia y profunda respestivamente. Otra patente que insorpora el sonsepto de tres de-testores es la Patente de EE. UU. 5.525.797. Moa e. En esta patente, igual que en la Wahl, la • fuente de rayos gamma es se parada axialmente del primer, segundo y terser detector. El primer detector está separado axialmente de la fuente de rayos gamma por una distancia definida como una primera separa-sión. La primera separación y colimasión para el primer detes tor están diseñados de tal manera que los rayos gamma detectados en el primer detector son los rayos gamma dispersados principalmente por el revestimiento. El segundo detector o detector medio está separado axialmente a mayor distancia de la fuente de rayos gamma que el primer detector. El segundo . detector está separado de la fuente de rayos gamma por una distancia definida somo segunda separasión. La segunda separasión y solimasión para el -seguno detestor se han diseñado de tal manera que los rayos gamma detestados en el segundo detector serán aquellos disper sados principalmente por el revestimiento y el cemento . Por último, el terser detestor o. detestor lejano está separado -axialmente a una mayor distansia de la fuente de rayos gamma que el primer y segundo detectores, por una distancia defini-da como tercera separación. La tercera separasión y solimasión definidas por el terser detestor se han diseñado de tal manera que los rayos gamma detestados en el terser detestor -son aquellos dispersados prinsipalmente desde el revestimiento, semento y formasión. Es este terser detestor el que per-mite que el instrumento mida la densidad de la formasión mien tras el primer y segundo detestores permiten prinsipalmente -que el instrumento compense por el revestimiento y el cemento. No obstante, el segundo detestor puede usarse para medir la densidad de la formación en la ausencia de cemento. Preferiblemente, los detectores están protegidos por un material de- alta densidad, entre la fuente y el detector, que evita la detección de rayos gamma que simplemente se desplazan a través del instrumento. Se proporciona un paso o vacío en el blindaje en forma de canal de colimasión que se -extiende desde el detestor, a través del instrumento, y termi_ na en el exterior de la superfisie del instrumento. Los cana les de solimasión están diseñados específicamente para el esquema de detecsión de sada detestor. Específicamente, el pri_ mer detector o detector próximo tendrá una solimasión dirigi-da a un ángulo pequeño son respesto al revestimiento a fin de que el primer detestor- deteste los rayos gamma dispersados -prinsipalmente por el revestimiento. El segundo detestor o -detestor medio sontará son una solimasión dirigida a un ángulo más inslinado o perpendisular son respesto al revestimien-to porque el segundo detestor tiene la función de detectar ra yos gamma dispersados a través de todo el cemento, además del revestimiento (mayor profundidad de investigación) . Por últi^ mo, el tercer detector o detector lejano sontará son un amplio sanal de solimación que está dirigido de forma sustancialmente perpendicular al revestimiento debido a la distancia a que se encuentra el tercer detector de la fuente. Puesto que los ra yos gamma detectados en el detector lejano deben pasar a través del revestimiento, cemento, formación, antes de pasar de vuelta a través del cemento y revestimiento, la probabilidad estadística de que ocurra este evento es menor que para el pri mer y segundo detestores y, por sonsiguiente, se requiere un canal de colimación más ancho para el tercer detector. La densidad de los tres detectores presentada por -Wahl dessribe la idea general de usar tres detestores para me dir la densidad ante la presencia de un material de grosor -y/o densidad considerables entre el instrumento y la formación. La distinción entre la diferente profundidad de investigación se logra mediante la diferente separación axial de los detectores. El invento presentado por Moake usa en gran parte -las mismas separaciones de detectores que el invento de Wahl. La colimasión del detestor es optimizada para una medisión a través de la tubería de revestimiento. Los detectores DC Opri^ mero) y DL (tercero) usan una colimasión muy similar a la usa da en los tradisionales instrumentos de medición de la densidad de dos detectores. La colimasión del detestor DM (medio) es muy justa y sasi perpendisular al muro del pozo de sondeo para obtener una lestura de densidad más profunda en medisio-nes a través del revestimiento. El pronunciado ángulo de co-limación del detector DM reduce su velocidad de conteo y precisión estadística. En una medición de pozo abierto la profundidad de investigación de los detectores DM y DL será muy similar y la sensibilidad a la costra de lodo, que tiene una densidad menor que el revestimiento de acero, será reducida. Esto sigue requiriendo una solución para determinar una compensasión de la separasión en las sondas de diagrafía que pueda superar estas limitasiones . Una posible aproxima-sión para un algoritmo de 3 detestores se dessribe en la Patente EE.UU. 5.390.115 (Case y Ellis). El invento astual proporciona un nuevo altoritmo -de varios detectores optimizado para situaciones donde un ins_ trumento de medición de la densidad encuentra una separación sustancial de la formación. El método de este invento puede ser implementado conjuntamente con el instrumento de varios detectores dessrito en una aplisasidn sonsurrente registrada el 19 de febrero de 1997, número de aplisasión , la sual se incorpora por referencia. Además de medir la densidad de la formación, este -invento puede medir también el factor fotoeléctrico (FFE) de la formación. Esta medida depende de la absorción de rayos -gamma de baja energía a través del .efesto fotoeléstriso en la formasión. Puesto que el efesto fotoeléctrico depende vastamente del número atómico de los elementos de la formación, pro porcionará una indisación de la litologia de la formación. Debido a que la absorción fotoeléctrica elimina preferentemen te los rayos gamma de baja energía, el alojamiento del instru mentó debe permitir el paso de los rayos gamma de baja energía a los detectores en el interior del alojamiento. Este objet:L vo puede lograrse usando una ventana compuesta de un material son un número atómiso (Z) bajo en el alojamiento o usando un - material de Z bajo en el alojamiento, tal como el titanio. Los materiales típicos de la ventana son berilio y titanio. Los materiales del alojamiento pueden ser titanio o, para requisitos de baja presión, grafito o compuestos de sarbono de gran resistensia.

EXTRACTO DE LA INVENCIÓN El objetivo de este invento es proporcionar un me-dio optimizado para realizar una medición de densidad de alta salidad ante la presencia de una separación considerable del instrumento. Otro objetivo de este invento es proporcionar una medición mejorada, más robusta, del factor fotoeléctrico de una formación geológica. Otro objetivo de este invento es proporcionar un -mejor medio para controlar la calidad de la medición de la -densidad. Este invento es un método mejorado para determinar la densidad de la formación usando una serie de detectores -de rayos gamma. Esto incluye una corressión mejorada de la separasión, mejor presisión y medisidn significativamente mejorada para el efecto fotoeléstriso y una forma más fiable -de asegurar la presisión de la respuesta de la densidad. Los detectores tienen distintas profundidades de investiga- sión dentro de la formación. En separaciones pequeñas el detector DC investiga principalmente el lodo y la costra de lodo y la capa superficial de la formasidn. A medida que la -separasión aumenta, la señal del detector DC ya no es sensi-ble a la formación o al lodo o costra de lodo que se encuentra en estrecha proximidad con la formación. El detector DM tiene una mayor profundidad de investigación y es sensible -al pozo de sondeo y formación oncluso ante mayores separado nes del instrumento- El detestor de larga distancia (DL) es sensible principalmente a la densidad de la formasión. La -lestura de la densidad de DL se sorrige usando la informasión de los detectores DM- y DC para proporcionar una lectura de -densidad más acertada. Este invento también es un método mejorado para de-terminar el factor fotoeléctrico (FFE) de la formación. La -utilización de un conjunto de tres detestores en un alojamien to de titanio proporsiona una respuesta FFE de alta salidad, más presisa y acertada que la de los instrumentos tradicionales de dos detectores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una sonda de diagrafía de dos detectores en el caso de una separación de gran tamaño causada por la forma irregular del pozo de sondeo.

La Figura 2 es una sonda de diagrafía de tres detestores en el saso de una separasión de gran tamaño sausada por la forma irregular del pozo de sondeo. La Figura 3 es un espestro típico de rayos gamma observado en un instrumento de medición de la densidad. La Figura 4 es un diagrama de flujo de la represen tacidn física preferida del método del algoritmo de la densi dad. Las Figuras 5a y 5b muestran la base del algoritmo de compensasión de la densidad y la nesesidad de limitar la -sorressión de la litologia. Las Figuras 6a y 6b muestran los datos de compensa ción de la densidad a una distancia intermedia. Las Figuras 7a y 7b muestran una comparación entre el algoritmo tradisional y el algoritmo mejorado para determinar el FFE. La Figura 8 es el diagrama de flujo del algoritmo -para determinar el FFE. La Figura 9 muestra los datos que soportan el algo-ritmo para controlar la calidad de la densidad. La Figura 10 es el diagrama de flujo para determinar el factor de calidad de la densidad.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INVENTO El algoritmo de la densidad de 3 detestores se basa en el enfoque tradisional de medición de la densidad de -"columna y sostilla" . Sin embargo, a fin de utilizar al máximo el instrumento de 3 detestores, el algoritmo de "solum-na" fue modifisado y el algoritmo de "costilla" fue adaptado al uso de tres detectores. El algoritmo de "columna" tradicional usa las siguientes fórmulas para determinar la densidad aparente de la medición de un detector simple. La fórmu la (1) se usa para los detestores más alejados de la fuente. La fórmula (2) se usa para un detestor próximo a la fuente.

RHOaparent.e = A + B. In (Wd,ura) + C.In(.W,bl,and, ) (1) Wcal, Wcal, dura blanda RHO . = A + B. In (W, x A- ) + C. In (W, , , ) aparente dura 1 blanda ,„» dura blanda La Figura 3 muestra un espectro típico de rayos gamma observado en un instrumento de medición de la densidad. El espectro se divide en dos ventanas: blanda y dura. "Blan da" se refiere a la parte de baja energía del espectro en la gama de energías de unos 30 a 120 keV. "Dura" se refiere a -la parte de alta energía del espectro de unos 200 a 500 keV - si se usa una fuente 137Cs para realizar la diagrafía. RHOaparent.e es la densidad medida p cor el sensor simp ?-le y _ no es sorregida para la separasión del instrumento. "A" es -una constante (.típicamente la densidad de un medio de cali-bración) , ' "B" es el soefisiente para la sensibilidad de la densidad de la velosidad de sonteo en la ventana de alta -energía. La ventana de alta energía en' un instrumento típi_ so de medisión de la densidad usando una fuente 137Cs está entre 200 y 500 keV, es desir, en la región en la que la interassión de los rayos gamma prinsipales osurre a través de la dispersión Compton en lugar de la absorción fotoelés-trisa. W, representa l velosidad de sonteo en la venta-na de alta energía. Wsal es la velosidad de sonteo equivalente en una medición de la calibrasión. La normalizasión -a la salibrasión elimina las pequeñas diferensias de instrumento a instrumento. "C" es el coeficiente de la corrección de la litologia. Esta corressión es nesesaria para eliminar las pequeñas desviasiones causadas por diferentes litologías, es desir, por diferentes números atómicos efectivos. La sen-sibilidad a este efesto es más alta a energías de rayos gamma bajas, de ahí que la corrección se base en la ventana de baja energía W, , , que es normalizada por la velocidad de sonteo de salibrasión de la ventana respestiva. La fórmula (.2) usa asimismo el término A-, que representa el soefisiente A de un detestor situado a una mayor distansia, y la densidad apa- rente RHO, determinada por el detector más lejano. Los coefisientes A, B y C pueden variar en funsidn del tamaño del pozo de. sondeo. La variasión puede dessribir-se en forma de valores dissretos ante tamaños determinados -del pozo de sondeo para los que los coeficientes han sido determinados a través de mediciones o modelos, donde los valores para otros tamaños de pozos de sondeo son obtenidos por medio de interpolación. También es posible describir los valores A, B y C somo funsiones analítisas del tamaño del pozo de sondeo. Puesto que los tres Co más) detectores en el instru mentó de medición de la densidad en un tren de sondeo tienen diferentes profundidades de investigación, la densidad real -puede determinarse comparando las densidades aparentes medi-das por los tres (.o más) detectores. El enfoque preferido pa ra determinar la densidad de la formación geológica se muestra esquemáticamente en el diagrama de flujo de la Figura 4. En el primer paso 40 se determinan las velocidades de conteo de la ventana blanda y dura para los tres detectores (DL, DM, DC) . A continuasidn se sorrigen las velosidades de sonteo 41 para el efesto del tiempo muerto elestróniso y se resta el es pestro sesundario de la fuente de .estabilizasidn de ganansia. Este espestro sesundario ha sido determinado previamente, antes de que se insertara la fuente de diagrafía en el instru-mentó. Las velosidades de conteo "netas" resultantes 42 son normalizadas 43 por las velocidades de conteo de la calibra-sidn del instrumento para obtener las velosidades de conteo normalizadas o calibradas de la ventana -44. Para cada detes tor se determina una densidad aparente 45 usando la fórmula (1 ó 2) . Asimismo, si es nesesario, las densidades 46 son -corregidas 47 para el efecto de la temperatura en las veloci dades de conteo netas. Puesto que la densidad del peso del lodo repercute en el transporte de los rayos gamma, las densidades aparentes tienen que ser corregidas 47 para la densi^ dad del lodo (peso del lodo) . La corressión de la temperatu ra 47 puede llevarse a cabo como se muestra en la fórmula - (3) , donde la corrección es una función lineal de la diferen cia entre la temperatura del instrumento T ., ——.0 to Y Una temperatura de referencia tref La última es t. La última es típicamente la temperatura a la que se calibra el instrumento. es el coefisiente de temperatura de la medisidn de -la densidad.

RHOcorr = RHOno corr. í(.l . (Iinst,rument.o - Tref_) "J (3) Estas corresciones producen una densidad corregida 48. En -la fórmula (4) se muestra una posible correcsión del peso del lodo, donde fi . - es la densidad del lodo en el pozo de sondeo, Bhs es el diámetro del pozo de sondeo, día es el diá-metro del instrumento y M, , M„ y M_ son coeficientes de- terminados mediante experimentación y/o modelos.

RHO sorr = RHO no sorr. (1 - M 1p ( 'P l,?od,o - 1) . (Bhs-dia) M2. eMe * RHOno sorr (4) A este paso le sigue la determinación de un término de corree ción deltaRHDL,. .,. 49 que es la diferensia entre la -densidad a larga distansia y a sorta distansia 50. Esta dife rensia es una indisacidn del efecto de la separasión del ins-trumento 51. A continuación se aplica una corresción basada en esta diferencia deltaRHODL,. "ble Para obtener las densidades compensadas DL 52 y DM 53. La corresción es una fun cidn monotónica de deltaRHODL^. QQj.ii-.-iQ Y ia densidad de sepa ración corregida es determinada como se muestra en la fórmula (5) . Las densidades compensadas DL 52 y DM 53 son luego promediadas 54 para obtener la densidad volumica aparente RHOB 55.

RHODL - corr = RHODL - no corr + f (deltaRHODLd,i.sponi.,bl,e) (5) f (deltaRHODL,. -hle^ puede ser una función analítica o puede ser descrita por una secuensia de segmentos en línea resta ("costilla" segmentada) . La Figura 5a muestra la correlasión entre la sorressidn deltaRHOnecesari.a y la sorreccidn dispon—i ble deltaRHODL. ., , . Los puntos de los datos en la Figu- ra representan muchas medisiones tomadas a densidades compren didas entre 1,7 y 3,1 g/cc, con costras de lodo simuladas de diverso grosor y densidad. La mayoría de los puntos siguen -una línea de tendencia pero algunos puntos se desvían signifi_ cativamente. Esto es debido al efecto fotoeléctriso de la -sostra de lodo o fluido del pozo de sondeo, que es sobre so-rregido en la esuasidn Cl) . Los rayos gamma "blandos" no son muy penetrantes y se ven fuertemente afestados por la presensia de elementos -son un alto número atómiso Z en su paso. La fórmula (1) so- fe rrige el efecto del factor fotoeléstriso de la formasión. Sin embargo, si los rayos gamma se desplazan a través de un material del pozo de sondeo con alto Z Clodo pesado y sostra de lodo pesada) , la corressión será demasiado grande y la -respuesta de la densidad no será asertada. Por consiguiente, este invento limita la corressidn "blanda" para obtener una -respuesta asertada insluso son lodo pesado. El resultado se muestra en la fórmula (6) .

W81 w0*1 w81 dura- blanda dura ^ es el soefisiente que determina el valor mínimo que W, nesesita tener en comparación con la ventana de alta energía W, . El efesto de esta sorressión se muestra en las Figu- dura ras 5a y 5b, La Figura 5a muestra la sorressión de densidad nesesaria (deltaRHO nesesaria) como una funsión de la -diferensia entre las densidades aparentes de DL y DC - (delta RHODIg. * ie^ ?^"p la -Limitacidn en la corresción de la densidad. La Figura 5b muestra los mismos datos incluyen do la limitación en la sorressión de la litologia. Los puntos de los datos están marsados de acuerdo con el factor fo-toeléstriso del lodo y/o sostra de lodo. La densidad apárente del detestor medio puede sorregirse de la misma manera que son la densidad de larga distansia.- La representación física preferida usa deltaRHODL,. .. , que es determinado a partir de la diferencia entre las densidades de larga y corta -distancia, tal como se muestra en la Fórmula (7) .

RHODM-corr = RHODM-no sorr + g (deltaRHODL^. ni£)le) (7) La función para la corrección DM difiere de la del detector DL. La razón para usar preferiblemente deltaRHODL ,. *ble> se muestra en las Figuras 6a y 6b. El diagrama -de la Figura 6a deltaRHODL,. 'ble» frente a la corresción -nesesaria deltaRHODMnesesap.o muestra una disp cersión musho -menor, Figura 6a, que si se usa deltaRHODM,. - le* E"" ^?ec^° ~ de que los puntos de los datos del diagrama de la Figura 6a, saigan en líneas diferentes somo funsión de la separasidn del instrumento puede usarse para realizar correcciones adicionales ante separasiones sonsiderablés. En la representasión físisa preferida la respuesta de la densidad final se obtiene somo el simple promedio de -las densidades DL y DM sompensadas, tal como se muestra en la Fórmula (8a) .

RH0final = <RH0DLcorregido + RH0DM corregido> 2 • <8a) = (cl * RHODL corregi.d,o + c2*RHODMcorregi.d,o ) (8b) También puede usarse un promedio ponderado somo se muestra -en la ecuación (8b) , donde cl + c2 = 1. Y es posible corregir más la densidad basándose en la diferencia entre las den-sidades de DM y DL compensadas como se muestra en la fórmula (.9) : RHO^. ,=(RH0DL_ . , + RHCDM . , )/2.+h(RHODL . , final corregido corregido corregido - RHODM ., ) C9) corregido v Son posibles otras aplicasiones del algoritmo. En partisular, la sorresción para el tamaño del pozo de sondeo y el peso del lodo puede llevarse a cabo también en la respuesta final de la densidad RHOB... , en lugar de las densi-dades aparentes del detector simple.

El efesto fotoeléatriso repersute prinsipalmente -en los rayos gamma de baja energía Cblandos) , mientras que -la ventana de alta energía Cduros) se ve afestada sasi exslu-sivamente por la densidad de la formasidn. Por este motivo es tentador usar la relasidn de rayos gamma blandos/duros co mo una medida del fastor fotoeléctrico de la formación. El algoritmo FEE tradicional se basa en la fórmula mostrada en la ecuasión. (10) . Usa el esho de que los rayos gamma de baja energía se ven afestados musho más por la absor sión de rayos gamma a través del efesto fotoeléstriso que los rayos gamma de alta energía. La razón entre el número de son teos en una ventana de baja energía C< 120 keV) y una ventana de alta energía C>200 keV) es una indicación del efecto foto-eléstriso de la formasión. Wblanda CIO) Esta esuasidn da buen resultado son instrumentos que usan ventanas de berilio para permitir que los rayos gamma de baja energía se desplasen desde la formasidn hasta el detestor son una dispersión o absorsión mínimas. En este saso pue de usarse una ventana de muy baja energía Ces desir, 30 a 70 keV) . La velosidad de sonteo en esta ventana está dominada -por la influencia del efecto fotoeléctriso. Si se usa un alo jamiento de titanio los rayos gamma de muy baja energía C30 a 60 keV) son absorbidos enérgisamente en el material del aloja miento. Esto requiere que se use un ventana de energía que insluya rayos gamma de energía más alta para obtener una res-puesta sufisientemente presisa. Sin embargo, la velosidad de sonteo en esta ventana se ve más afestada por la densidad de la formasión. Esto se hase evidente en sasos donde el FFE es alto a una densidad baja. El efesto de la densidad puede corregirse de forma simple y elegante cambiando ligeramente la ecuación (10) . La ecuación resultante CU) se muestra a continuasión: W blanda + B (11) FFE + C (W, )cL dura El sambio sonsiste en tomar una potensia °<. de la -velosidad de sonteo en la ventana de la densidad antes de for mar la relasión blanda-dura. Si la potensia <*• es inferior a 1,0 el efesto de la densidad es redusido. Las Figuras 7a y -7b muestran un ejemplo real de ambos enfoques. En la Figura 7a hay un punto 60 que tiene una densidad baja y un FFE alto que no sigue la tendensia evidente suando los dos lados de la esuasión (10) son representados uno frente a otro. En la Figura 7b, se usa la esuasidn (11) con ot = 0,94. El punto 61 también con una baja densidad y alto FFE concuerda mejor con la tendensia general. El FFE puede derivarse, por lo tanto, de las velosidades de sonteo mostradas en la esuasión (12) .

FFE = C Wblanda (.12) A +B oc dura Los soefisientes A, B y C pueden ser funsiones del tamaño del pozo de sondeo. En partisular, en la representasidn físisa preferida, el soefisiente "A" puede escribirse -como A = A * (1-const * (tamaño del pozo de sondeo - diámetro del instrumen- U to)) (13) donde sonst es un número pequeño. Esto permite sorregir el -efesto del fluido del pozo de sondeo entre el instrumento y la formasión, insluso si el instrumento se ens entra en con-tacto adecuado son la formasión. Si existe una dissordansia signifisativa entre la surv tura del instrumento y el pozo -de sondeo, los únisos rayos gamma que no encontrarán fluido -del pozo de sondeo a su paso serán los que se introduzcan en la línea donde el instrumento toca la formasión. La santi-dad media del fluido del pozo de sondeo penetrada por los ra- yos gamma aumenta con el incremento de la discordancia de la curvatura. Si no se corrige, ésto provoca una desviasión en la respuesta. Si se usan dos detestores para determinar el FFE -de la formasidn, y los dos detectores sostienen ángulos azimutales significativamente diferentes, el hecho de que la -longitud media del recorrido de los rayos gamma a través del fluido del pozo de sondeo varía puede usarse para corregir -el efecto del FFE del fluido del pozo de sondeo. La Figura 8 muestra los distintos pasos necesarios para determinar el factor fotoeléctriso de los espestros de rayos gamma. En el primer paso 70, que es similar para sada detestor, el espestro de la velosidad de sonteo de rayos gamma medido por cada detector es obtenido y dividido entre dos ventanas ("dura" y "blanda") como mínimo. En el segundo paso 71, las velocidades de conteo de la ventana son corregidas -para compensar las pérdidas de velosidad de sonteo debidas -al tiempo muerto elestrdniso, y las velosidades de sonteo secundarias de la ventana de la fuente de estabilización del de tector son sustraídas. En el terser paso 73, las velosidades de sonteo netas de la ventana son normalizadas 73 (salibradas) por las respestivas velosidades de sonteo netas de la ventana de la salibración del instrumento. Esto proporciona las velo cidades de conteo calibradas de la ventana 74, que son corre-gidas para la temperatura del instrumento 75. En el cuarto - paso, el efesto fotoeléstriso del detestor simple es determinado de acuerdo con la ecuasidn (12) , donde algunos o todos -los soefisientes (A, B, C) pueden ser funsiones del tamaño -del pozo de sondeo 77 y/o peso del lodo. Si más de un detes-tor mide el FFE, el FFE resultante del detestor simple 78 pue de ser combinado en los pasos 79 y 80 para obtener un FFE 82 que es compensado para el efecto fotoeléstriso del lodo y la separasión del instrumento. Para sonseguir ésto, puede ser -necesario agregar al cálculo información adicional tal como -el deltaRHO d,i.sponi.b.l.e 81. El FFE puede determinarse desde todos los detectores del sonjunto. Esto permite dos cosas: compensar la densidad y el efecto fotoeléctriso de la costra de lodo y la separación, y, realizar controles de salidad somparando los -fastores fotoeléstrisos determinados por dos o más detestores. La sompensacidn para la costra de lodo y la separación es diferente de la compensasidn para la densidad. La di_ ferensia de FFE entre dos detestores depende de la solimasidn de los detestores, la separasión y la densidad y fastor foto-eléstriso del lodo o sostra de lodo. Por consiguiente, el -FFE sorregido no se trata tan sólo de una función de la diferencia de FFE entre dos detestores, sino que también depende de la densidad medida y la diferencia dRHO entre las densidades del detestor simple.

FFE_sorr = FFE + g(FFE, dRHO, FFE y RHO) (14) El FFE es la densidad del detestor simple salsulada desde uno de los detestores, dRHO es la diferensia entre las densidades DL y DC o DM y DC del detestor simple y dFFE es la diferensia entre el FFE de dos detestores. El RHO puede ser la densidad sorregida o una de las densidades del detestor simple. Al realizar la medisión de la densidad es posible -que surjan situasiones donde la respuesta no es precisa o es incorresta. Es importante disponer de controles de calidad que indiquen cuándo la respuesta del instrumento ya no es fia ble. El uso de un conjunto de tres o más detectores per-mite usar la consistensia entre las respuestas de los detestores para indicar situasiones en donde el instrumento no es capaz de ofrecer una respuesta fiable o de indicar un fallo -en el instrumento. Los instrumentos tradicionales de medición de la densidad (dos detectores) dependen de las verificasiones de la calidad realizadas por el detector simple Crelaciones de salidad) y el tamaño de la sorressión aplisada en el algoritmo de "columna y costilla" para inferir la validez de los resulta dos. No obstante, el deltaRHOd,i.sponi.,bl..e no se trata de un ind—i cador de calidad inequívoco, peusto que puede indicar equivosa damente que los datos son sorrestos, insluso si el instrumento experimenta una separación excesiva. Un método más preciso y adecuado para detectar e indisar una salidad de datos defisien te es una sombinasión de respuestas de los tres detestores. Está basado en las siguientes santidades, que se derivan de -las densidades aparentes medidas por los tres detestores. dDM = (RHODM-RHODCalto ) /RHODL (15) dDL = (RHODL-RH0DCmed) /RHODL (16) Si las cantidades Cl) y C2) anteriores son representadas una contra otra, obtendremos el diagrama mostrado en la Figura 9. RHODM es la densidad de distancia media aparente (corregida para el efecto del tamaño del pozo de -sondeo y peso del lodo) , RHODL es la densidad de larga dis_ tansia aparente. RHODC , denota la densidad de distancia -corta aparente de una ventana de energía de rayos gamma que se encuentra en el centro del espectro (alrededor de 300 keV para un instrumento usando una fuente 137Cs) . RHODC ,, se refiere a una ventana de más alta energía (aproximadamente -400 keV) . La posición de las ventanas de energía debe determinarse a través de experimentos y modelos para sualquier -instrumento de medisión de la densidad. El fastor de salidad es determinado somo se dessri-be en la Figura 10. Los primeros suatro pasos 90 a 97 son - los mismos que en el algoritmo de la densidad y sirven para determinar las suatro o más densidades aparentes del detestor simple 96 que son sorregidas para el peso del lodo 97 -produsiendo densidades sorregidas 98. En el paso seis 99 se determinan las relasiones de las esuasiones 15 y 16. En el paso siete 100 se determina si el juego de dos relasiones -sae dentro de una región predeterminada en el diagrama trans_ versal. El factor de calidad 101 se determina seguidamente como la distansia de los puntos de datos desde el límite de la región predeterminada. Las distansias que se ensuentran -dentro del límite son denominadas arbitrariamente positivas y las que se ensuentran fuera del l-ímite negativas. Un fastor de sálidad negativo indisa, por sonsiguiente, datos defisien-tes o dudosos. En somparasidn son el prosesamiento de la densidad, se determinan dos densidades aparentes a partir de las velosidades de sonteo de la ventana salibrada del detestor de dis_ tansia corta. Esto es una indisasión del hesho que diferentes energías de los rayos gamma dispersos sorresponden ta -bi n a diferentes profundidades de investigasidn. La selección de ventanas de energía apropiadas, que pueden diferir de las usadas para el algoritmo de la densidad, debe llevarse a cabo a través de experimentos y modelos. Los métodos de este invento proporcionan ventajas -significativas en comparasidn son los diseños astuales. Este invento ha sido dessrito en sonexión son las representacio-nes físicas preferidas. No obstante, no está limitado a las mismas. Pueden hacerse cambios, variaciones y modificaciones en el diseño básico sin desviarse de los sonseptos de -inventiva en este invento. Asimismo, estos sambios, varia-siones y modifisasiones serán evidentes para los expertos en el diseño que contarán con la ventaja de las descripciones -precedentes.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un método para determinar las caracteristisas -de una formación geológica alrededor de un pozo de sondeo y -que comprende los siguientes pasos: (.a) proporcionar una -fuente para irradiar tal formación geológisa con rayos gamma o rayos X; (b) proporsionar unos detestores de distansia -sorta, media y larga, situando a cada detector, respectivamen te, a distancias fijas, sucesivamente mayores, de la fuente, de manera que cada detector exhiba una respuesta no negativa ante el aumento de la densidad de la formación, y siendo dichos detestores sapases de generar señales indisadoras de la energía de la radiasión gamma detestada por sada uno de ellos; (s) dividir el espestro de rayos gamma detestados en una plu ralidad de ventanas en sada detestor, sonteniendo dishas ventanas un sonteo de rayos gamma y representando diferentes ener gías de los rayos gamma; (d) sorregir las velosidades de -conteo de los rayos gamma detectados para el tiempo muerto; (e) determinar una medida de densidad en sada detestor; y -(f) calcular una densidad corregida a partir de la medida de densidad determinada en cada detector.

2. El método de la reivindicación 1 donde el paso (d) comprende, además, restar una medición de la fuente de -estabilización de la velocidad de conteo.

3. El método de la reivindicasión 1 ó 2 donde el - paso (e) comprende, además, la limitación de las medidas de densidad de acuerdo con la siguiente expresión: RHDaParente= A+B- ^dura^"111 (MaxCWblanda' ß. Wdura} > donde (Wcaldura) (Wsalblanda) Wsaldura,) RHO . es la densidad medida por el detector, A es una constante representando la densidad de un medio de calibración, B es un coeficiente de sensibilidad de la densidad para la velocidad de conteo en una ventana de alta energía, C es un -soefisiente de sorressión de la litologia, W, , W _ß ¡_. representan, respestivamente, la velocidad de conteo en una -ventana de alta energía y la velosidad de conteo equivalente en una medida de salibrasión, W l da W lbla da representan, respestivamente, la velocidad de conteo en una ventana de baja energía y la velocidad de conteo equivalente en una medida de calibración, y A es un coefisiente que determina un valor mí-nimo para blanda .

4. El método de la reivindicación 3, donde el paso (e) somprende, además, el paso de calcular la diferencia entre la densidad medida por los detectores de larga y sorta dis_ tancia.

5. El método de la reivindicasidn 4, donde el paso (f) somprende, asimismo, sorregir la medida de la densidad de la formasión del detestor de larga distansia, agregando a la medida de la densidad de larga distansia una frassidn de la diferensia salsulada entre la densidad medida por los detestores de larga y sorta distancia.

6. El método de la reivindisasión 4, donde el paso (f) somprende, asimismo, sorregir la medida de la dens:L dad de la formasión del detestor de distansia media, agregan do a la medida de la densidad de distansia media una frassión de la diferensia salsulada entre la densidad medida por los -detestores de larga y sorta distansia.

7. El método de la reivindisasión 3, donde el paso (e) somprende, asimismo, el paso de salcular la diferencia entre la densidad medida por los detectores de distancia media y corta.

8. El método de la reivindisasión 7, donde el paso (f) comprende, asimismo, corregir la medida de densidad de la formación del detector de distancia media, agregando a la medida de densidad de distancia media una fracsión de la diferensia salsulada entre la densidad medida por los detes-tores de distansia media y corta.

9. El método de cualquiera de las reivindisasiones presedentes que somprende el paso de sorregir la medida de la densidad de sada detestor para efestos del pozo de sondeo.

10. El método de sualquiera de las reivindisasiones presedentes que somprende, asimismo, el paso de sorregir la me dida de la densidad de cada detector para el peso del lodo y temperatura del detector.