NO20111192A1 - Fremgangsmate for a detektere gass i en formasjon ved anvendelse av oppfangningstverrsnitt fra en pulset noytronanordning - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Oppfinnelsens område

[0001] Foreliggende oppfinnelse vedrører gammastråletesting av geologiske formasjoner. Spesielt påviser oppfinnelsen tilstedeværelse av gass i en formasjon basert på kjernemålinger gjort i et borehull.

2. Beskrivelse av beslektet teknikk

[0002] Brønnloggingssystemer har blitt anvendt ved hydrokarbonleting i mange år. Slike systemer tilveiebringer data for bruk av geologer og petroleumingeniører til å fatte mange beslutninger vedrørende hydrokarbonleting. Spesielt tilveiebringer disse systemene data for avbildning av undergrunnsstrukturer, definisjon av litologien til undergrunnsformasjoner, identifisering av hydrokarbonproduserende soner og tolkning av reservoartrekk og -innhold. Det finnes mange typer brønnloggingssystemer som måler forskjellige formasjonsparametere, så som konduktivitet, gangtid for akustiske bølger i formasjonen og liknende.

[0003] Én klasse av systemer søker å måle innfallet av kjernepartikler på brønnloggingsverktøyet fra formasjonen for formål velkjent for fagmannen. Disse systemene finnes i forskjellige former, inkluderende de som måler naturlige gammastråler fra formasjonen. Andre systemer måler gammastråling i formasjonen forårsaket av pulser av nøytroner inn i formasjonen fra en nøytronkilde som føres av verktøyet og pulseres med et forbestemt intervall.

[0004] I disse kjerne baserte brønnloggingssystemene baserer en seg på det fysiske fenomen at energien til gammastråler avgitt av kjerner fremkommet fra naturlig radioaktiv nedbrytning eller indusert kjernestråling indikerer tilstedeværelse av bestemte grunnstoffer i formasjonen. Med andre ord vil grunnstoffer i formasjonen reagere på forutsigbare måter, for eksempel når høyenerginøytroner i størrelsesorden 14,2 MeV kolliderer med kjernene i formasjonens grunnstoffer. Forskjellige grunnstoffer i formasjonen kan således bli identifisert basert på karakteristiske nivåer av gammastrålingsenergi frigjort som følge av denne nøytronbombarderingen. Følgelig vil antallet gammastråler ved hvert energinivå være funksjonelt relatert til mengden av hvert grunnstoff som forefinnes i formasjonen, så som grunnstoffet karbon som finnes i hydrokarboner. Forekomst av gammastråler med et energinivå på 2,2 MeV kan for eksempel indikere tilstedeværelse av hydrogen, mens en overvekt av gammastråler med energinivåer på 4,43 MeV og 6,13 MeV for eksempel kan indikere tilstedeværelse henholdsvis av karbon og oksygen.

[0005] I disse kjernebaserte brønnloggingssystemene er det ofte nyttig å frembringe data vedrørende tidsspektralfordelingene til forekomsten av gammastrålene. Slike data kan gi ekstremt verdifull informasjon om formasjonen, så som identifisering av litologier som potensielt kan muliggjøre hydrokarbonproduksjon. Disse ønskede spektraldataene er dessuten ikke nødvendigvis begrenset kun til de for naturlig gammastråling, man kan for eksempel også være nyttige for gammastrålespektrene forårsaket av bombardering av formasjonen med de ovennevnte pulsede nøytronkildene.

[0006] Brønnloggingssystemer for å måle nøytronabsorbsjon i en formasjon anvender en pulset nøytronkilde som avgir utbrudd av veldig raske nøytroner med høy energi. Den pulsede nøytronkilden muliggjør måling av det makroskopiske termiske innfangningstverrsnittet I for nøytronabsorbsjon for en formasjon. Innfangningstverrsnittet til en reservoarbergart karakteriserer dens litologi, porøsitet, saltkonsentrasjon i formasjonsvannet samt mengden av og typen hydrokarboner inneholdt i porerommene.

[0007] Måling av nedbrytningstempoet for en nøytronpopulasjon gjøres syklisk. Nøytronkilden blir pulset i 20-40 mikrosekunder for å skape en nøytronpopulasjon. Nøytroner som forlater den pulsede kilden vekselvirker med omgivelsesmiljøet og blir bremset ned. I et brønnloggingsmiljø tjener kollisjoner mellom nøytronene og fluidet og formasjonsatomene rundt til å bremse ned disse nøytronene. Slike kollisjoner kan overføre nok energi til disse atomene til at de etterlates i en eksitert tilstand, fra hvilken, etter en kort tidsperiode, gammastråler blir utsendt idet atomet returnerer til en stabil tilstand. Slike utsendte gammastråler kalles uelastiske gammastråler. Når nøytronene bremses ned til den termiske tilstanden, kan de bli fanget inn av atomer i den omkringliggende materien. Atomer som fanger inn slike nøytroner kan bli bragt til en eksitert tilstand, og, etter en kort tidperiode, gammastråler kan bli sendt ut idet atomet returnerer til en stabil tilstand. Gammastråler utsendt som følge av denne nøytroninnfangningsreaksjonen kalles innfangningsgammastråler. I kabelførte brønnloggingsoperasjoner, mens nøytronkilden pulseres og målingene gjøres, blir et brønnloggingsinstrument nede i hullet hele tiden trukket opp gjennom borehullet. Dette gjør det mulig å evaluere formasjonstrekk over et område av dyp.

[0008] Avhengig av materialsammensetningen i jordformasjonene i nærheten av instrumentet kan de termiske nøytronene bli absorbert, eller "fanget", i forskjellig tempo av bestemte typer atomkjerner i jordformasjonene. Når én av disse atomkjernene fanger et termisk nøytron, sender den ut en gammastråle som kalles en "innfangningsgammastråle".

[0009] Kjente teknikker for å bestemme gassmetning i en formasjon baserer seg i alminnelighet på innhenting av målinger av formasjonstetthet. Dette krever bruk av minst to gammastråledetektorer, og tre detektorer for målinger som gjøres i et foret hull. Foreliggende oppfinnelse løser gassmetningsproblemet uten å gjøre estimater av tetthet.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0010] Én utførelsesform av oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å påvise tilstedeværelse av gass i en jordformasjon. Fremgangsmåten inkluderer å: påvise tilstedeværelse av gass i en jordformasjon ved hjelp av en forskjell mellom et estimert innfangningstverrsnitt for jordformasjonen og et predikert innfangningstverrsnitt for jordformasjonen, der det estimerte

innfangningstverrsnittet er estimert av en prosessor.

[0011] En annen utførelsesform av oppfinnelsen er en anordning innrettet for å påvise tilstedeværelse av gass i en jordformasjon. Anordningen inkluderer: en kilde innrettet for å fraktes i et borehull og bestråle jordformasjonen, minst én detektor innrettet for å måle stråling som følge av bestrålingen av jordformasjonen, og minst én prosessor innrettet for å: (i) anvende de målte gammastrålene for å estimere et innfangningstverrsnitt for jordformasjonen, og (ii) anvende en forskjell mellom det estimerte innfangningstverrsnittet og et predikert innfangningstverrsnitt for jordformasjonen basert på en estimert sammensetning av jordformasjonen som en indikasjon av tilstedeværelse av gass.

[0012] En annen utførelsesform av oppfinnelsen er et datamaskinlesbart medium tilgjengelig for minst én prosessor. Det datamaskinlesbare mediet inkluderer instruksjoner som setter den minst ene prosessoren i stand til å: anvende stråling, målt av en detektor som reaksjon på bestråling av formasjonen av en strålingskilde i et borehull, for å estimere et innfangningstverrsnitt for formasjonen, og anvende en forskjell mellom det estimerte innfangningstverrsnittet og et predikert innfangningstverrsnitt for jordformasjonen basert på en estimert sammensetning av jordformasjonen som en indikasjon på tilstedeværelse av gass.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0013] Foreliggende oppfinnelse vil best forstås ved å henvise til de vedlagte figurene, der like henvisningstall refererer til like elementer og der: Figur 1 (kjent teknikk) illustrerer et oppsett for kjernebasert brønnlogging ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, Figur 2 viser et instrument egnet for bruk med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, Figur 3 er et flytdiagram som illustrerer noen av trinnene i én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, Figur 4 viser pulsstyringen i den pulsede nøytronkilden og den genererte gammastrålingen, Figur 5A viser innfangningstilbakegang målt etter 950 pulser anvendt for måling av I-verdi i en formasjon med ferskvann i borehullet, Figur 5B viser innfangningstilbakegang målt etter 950 pulser anvendt for måling av I-verdi i en formasjon med 193.000 ppm saltløsning i borehullet, og Figur 6 viser en representasjon av summen av innfangningstellinger for labverdier for I-målinger gjort med en pulset nøytronanordning for åpne hull og målinger gjort med et pulset nøytronverktøy for forede hull.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0014] Nå med henvisning til tegningene i mer detalj, og spesielt til figur 1, vil nå et oppsett for kjernebasert brønnlogging i samsvar med foreliggende oppfinnelse bli beskrevet. En brønn 10 strekker seg innover gjennom jordens overflate og kan, men trenger ikke være foret avhengig av den aktuelle brønnen som undersøkes. Inne i brønnen 10 er det anordnet et undergrunns brønnloggingsinstrument 12. Systemet vist i figur 1 er et mikroprosessorbasert kjerneloggingssystem for brønner som anvender flerkanal skalaanalyse for å bestemme tidsfordelingene til de detekterte gammastrålene. Brønnloggingsinstrumentet 12 inkluderer en fjern

(Long-Spaced) detektor (LS-detektor) 14, en nær (Short-Spaced) detektor (SS-detektor) 16 og en pulset nøytronkilde 18.1 et eksempel på utførelse består LS- og SS-detektorene 14 og 16 av vismut-germanat-(BGO)-krystaller koblet til fotomultiplikatorrør. For å beskytte detektorsystemene mot de høye temperaturene som møtes i borehull kan detektorsystemet være anordnet i en Dewar-beholder. I et eksempel på utførelse omfatter kilden 18 videre en pulset nøytronkilde som anvender en D-T-reaksjon, der deuteriumioner blir akselerert inn i et tritium-mål og med det genererer nøytroner med en energi på omtrent 14 MeV. Glødestrømmen og akseleratorspenningen blir forsynt til kilden 18 gjennom en kraftforsyning 15. En kabel 20 henger opp instrumentet 12 i brønnen 10 og inneholder de nødvendige ledere for elektrisk forbindelse mellom instrumentet 12 og overflateanordningen.

[0015] Utmatingen fra LS- og SS-detektorene 14 og 16 er koblet til et detektorkort 22, som forsterker disse utmatingene og sammenlikner dem med et justerbart diskriminatornivå for videresending til en kanalgenerator 26. Kanalgeneratoren 26 konverterer de utmatede pulshøydene til digitale verdier, som blir sammenstilt til pulshøydespektre, der pulsene er sortert i henhold til sine amplituder i en diskret gruppe av amplitudebokser. Amplitudeboksene danner en uniform inndeling av hele amplitudeområdet. Disse pulshøydespektrene blir akkumulert i registre i en spekterakkumulator 28, i det spektrene blir sortert i henhold til type: uelastisk stråling, innfangningsstråling eller bakgrunnsstråling. Etter at et pulshøydespektrum er akkumulert, styrer en CPU 30 overføringen av de akkumulerte dataene til et modem 32, som er koblet til kabelen 20 for overføring av dataene over en kommunikasjonsforbindelse til overflateanordningen. Vi vil senere beskrive ytterligere funksjoner i CPU 30 for å kommunisere styrekommandoer som definerer gitte driftsparametere for instrumentet 12, inkluderende diskriminatornivåene til detektorkortet 22 og glødestrømmen og akseleratorspenningen som forsynes til kilden 18 av kraftforsyningen 15. Kanalgeneratoren 26, spektrumakkumulatoren 28 og CPU 30 er komponenter i MCS-andelen 24 av verktøyet 12.

[0016] Overflateanordningen inkluderer en masterstyringsenhet 34 koblet til kabelen 20 for gjenopprettelse av data fra instrumentet 12 og for å sende kommandosignaler til instrumentet 12. Til overflateaordningen er det også koblet en dybdestyringsenhet 36 som leverer signaler til masterstyringsenheten 34 som angir bevegelsen av instrumentet 12 inne i brønnen 10. En innmatingsterminal kan være koblet til masterstyringsenheten eller prosessoren 34 for å gi systemoperatøren mulighet til å mate inn valgt innmating til masterstyringsenheten 34 for loggeoperasjonen som skal utføres av systemet. En fremvisningsenhet 40 og en lagringsenhet 44 koblet til masterstyringsenheten 34 kan være tilveiebragt. Dataene kan også bli sendt over en forbindelse til en fjernlokasjon. Prosessering kan gjøres enten av prosessoren på overflaten, ved fjernlokasjonen eller av en prosessor nede i hullet.

[0017] I en brønnloggingsoperasjon, så som den illustrert i figur 1, sender masterstyringsenheten 34 innledningsvis systemdriftsprogrammer og kommandosignaler som skal iverksettes av CPU 30, og disse programmene og signalerene er knyttet til den aktuelle brønnloggingsoperasjonen. Instrumentet 12 blir så ført gjennom brønnen 10 på en tradisjonell måte, mens kilden 18 blir pulsert som reaksjon på synkroniseringssignaler fra kanalgeneratoren 26. Kilden 18 blir typisk pulsert med en frekvens på 10.000 utbrudd/sekund (10 kHz). Dette gjør i sin tur at et utbrudd av høyenerginøytroner i størrelsesorden 14 MeV som blir sendt inn i den omkringliggende formasjonen som skal undersøkes. På en måte beskrevet over vil denne samlingen av høyenerginøytroner sendt inn i formasjonen bevirke til generering av gammastråler inne i formasjonen som ved forskjellige tidspunkter vil treffe LS- og SS-detektorene 14 og 16. Når hver gammastråle treffer krystallfotomultiplikatorrøranordningen i detektorene, blir en spenningspuls med en amplitude som er funksjonelt relatert til energien i den aktuelle gammastrålen levert til detektorkortet 22. Det minnes om at detektorkortet 22 forsterker hver puls og sammenlikner dem med et justerbart diskriminatornivå, typisk satt til en verdi svarende til omtrent 100 keV. Dersom denne pulsen har en amplitude som svarer til en energi på minst omtrent 100 keV, blir spenningspulsen gjort om til et digitalt signal og sendt til kanalgeneratoren 26 i MCS-andelen 24.

[0018] Figur 2 illustrerer et skjematisk diagram av et instrument egnet for bruk med foreliggende oppfinnelse. Dette er et kabelinstrument innrettet for å frembringe mineralogisk informasjon for en formasjon, skiferidentifisering og leirtypebestemmelse (clay typing). De forbedrede mineralogiske dataene oppnådd fra FLEX<SM>muliggjør også bedre porøsitetsmålinger. Foreliggende oppfinnelse kan bli anvendt med i kabellogging i åpne hull. Loggehastigheten er avhengig av miljøet. En typisk loggehastighet er i området fra 1,5 - 4,5 meter/min. (5-15 fot/min).

[0019] Måleanordningen i figur 2 anvender prinsippene i nøytronindusert

gammastrålespektroskopi. Komponentene er innkapslet innenfor innkapslingen til en kabelført anordning 200. Nøytronkilden i foreliggende oppfinnelse er typisk en pulset nøytronkilde. Bruk av en pulset nøytronkilde gir fordeler fremfor bruk av en kjemisk nøytronkilde som følge av dens evne til å operere over et bredere område av frekvenser. Dette kan være en tritium-deuterium-kilde. En nøytronkilde 209 sender ut høyenergiutbrudd av nøytroner inn i den omkringliggende formasjonen. Gammastråler generert gjennom vekselvirkning mellom de utsendte nøytronene og formasjonen blir detektert av en scintillasjonsdetektor 212 tilknyttet datainnsamlings- og telemetrielektronikk 215. En kraftforsyning 201 aktiverer anordningen. Elektronikk 203 aktiverer nøytronkilden 209. Et nøytronskjold 220 demper nøytronfluksen som går direkte fra kilden 209 til detektoren 212. Én utførelse av dette pulsskjemaet anvender én puls under et vindu på 30 us, venter 10 us, og måler innfangningsspekteret i 40 us. Denne syklusen gjentas 950 ganger. De neste 1000 ps, tilsvarende lengden av 50 pulser, blir anvendt for å måle et innfangningstilbakegangsspektrum som blir anvendt for å bestemme sigmaverdien for formasjonen.

[0020] Foreliggende oppfinnelse er basert på det faktum at hvert grunnstoff i universet har et unikt mikroskopisk innfangningstverrsnitt, referert til som li, som

er en funksjon dens atommasse, tetthet og andre iboende egenskaper. Mineraler i jordformasjonene, for formålet med denne beskrivelsen, betraktes som samlinger av grunnstoffer med en fast kjemisk formel og kjent tetthet og Z-verdi. Z-verdien til en undergrunnsformasjon er den volumetrisk vektede summen av Zrverdien til hver av dens mineralbestanddeler og eventuelle ytterligere porefluider.

I et system der formasjonens kjemi blir målt uavhengig av mineralogien, kan likn. (1) bli anvendt, der Z-verdien til hvert enkelt grunnstoff blir anvendt i stedet for mineralet.

[0021] Undergrunnsformasjoner er omfattet av matrisekomponenter, så som mineraler, og en mengde fluidfylt porerom. Flere forskjelige fluider, så som gass, vann eller olje, kan fylle porerommene i en formasjon. Z-verdien til vann og olje er nesten like, omtrent 22,4 c.u. Z-verdien til metan, derimot, kan variere fra 22,4 til nesten 0 avhengig av trykket. For mange formasjoner er Z-verdien til gassen som fyller porene vanligvis minst halvparten av Z-verdien til vann eller mer dersom vannet inneholder en stor mengde klor. Dette betyr at formasjoner med vann- eller oljefylte porer lett kan skilles fra formasjoner med gassfylte porer ved å betrakte de forskjellige Z-verdiene. Historisk har Z-målinger blitt anvendt ved logging i forede hull for å bestemme gassmetningen in- situ og for å betrakte uttømmingen av gass over tid.

[0022] De grunnleggende idéene i foreliggende oppfinnelse er sammenfattet i flytdiagrammet i figur 3. Målinger av gammastråler som følge av en pulset nøytronkilde blir gjort 301 med bruk av et loggeverktøy i et borehull. Målingene blir behandlet for å bestemme et innfangningstverrsnitt £f for formasjonen 303. En kjent metode for å estimere innfangningstverrsnittet er vist i US-patentet 7,439,494 til Gilchrist m.fl., som er overdratt til samme som foreliggende oppfinnelse og som inntas her som referanse i sin helhet. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en alternativ fremgangsmåte til den vist i Gilchrist for å estimere tverrsnittet. Denne er beskrevet nærmere nedenfor.

[0023] I foreliggende oppfinnelse blir gammastrålingsmålingene også behandlet for å frembringe en grunnstoffsammensetning for jordformasjonen 305 og en mineralogisk analyse av jordformasjonen 307. Metoden som anvendes kan være den vist i US-patentet 7,205,535 til Madigan m.fl., som er overdratt til samme som foreliggende oppfinnelse og som inntas her som referanse i sin helhet. Det er der vist en fremgangsmåte og en anordning for elementæranalyse av en jordformasjon ved hjelp av målinger fra et gammastrålingsbasert loggeverktøy. Fra elementæranalysen frembringes et estimat av mineralogien i formasjonen ved å behandle problemet som et lineært programmeringsproblem (maksimering av en objektivfunksjon underlagt likhets- og/eller ulikhetsføringer).

[0024] I foreliggende oppfinnelse, med bruk av resultatene av den mineralogiske analysen, blir innfangningstverrsnittet Z for formasjonen predikert 309 ved anvendelse av likn. (1). Forskjellen mellom det predikerte innfangningstverrsnittet I og det målte innfangningstverrsnittet £f blir anvendt for å frembringe et estimat av gassen i formasjonen 311.

[0025] Figur 4 illustrerer den grunnleggende tidsstyringen av den pulsede nøytronkilden og de genererte gammastrålene. En telling av genererte gammastråler over tid kan bli vist som en gammastråletellingskurve 407. En tritium-deuterium-kilde blir aktivert ved tiden 401 og høyenerginøytroner blir sendt inn i borehullet og formasjonen. Disse nøytronene genererer gammastråler når de vekselvirker med kjernene i de naturlige atomene i nøytronskyen både fra elastiske og uelastiske kollisjoner. De uelastiske gammastrålene blir målt under en sekvens av pulser mens kilden fortsetter å avfyre. Innfangningsgammastråler blir også registrert under denne tidsperioden. Deretter blir kilden skrudd av 403 og et spektrum av gammastråler kun fra innfangningsvekselvirkning blir målt etter tiden 405. Dette innfangningsspekteret under utbruddene kan bli modellert fra innfangningsspekteret under det senere tidsvinduet. Én utførelse av dette pulsskjemaet påfører en puls under et vindu på 30 us fra 401-403, en ventetid på 10 us fra 403-405, og så blir innfangningsspekteret målt fra 405. Denne syklusen gjentas 950 ganger. De neste 1000 us, ekvivalent med lengden av 50 pulser, blir anvendt for å måle et innfangningstilbakegangsspektrum som blir anvendt for å bestemme formasjonens sigmaverdi.

[0026] Etter de 950 syklusene i sekvensen vist i figur 4 blir

innfangningstilbakegangen anvendt for å estimere formasjonens I-tverrsnitt 303.

Figur 5A viser et eksempel på et slikt tilbakegangsignal 501. Kjente metoder har tilpasset et par av eksponentialfunksjoner til signalet 501 over et tidsintervall med start ved 505. Én av eksponentialfunksjonene beskriver tverrsnittet for fluidene i borehullet og den andre beskriver tverrsnitter for formasjonen. For å illustrere innvirkningen av borehullsfluidene viser figur 5B tilbakegangsignalet 501' når borehullet er fylt med NaCI i en konsentrasjon på 193.000 deler per million. I foreliggende oppfinnelse, i stedet for å forholde seg til et tilbakegangsignal som vil kunne være påvirket av borehullsfluider, blir kun siste del av tilbakegangsignalet (etter tiden 503) anvendt for å estimere tverrsnittet for formasjonen.

[0027] Sigmaverdien for formasjonen kan da bestemmes som funksjon av nøytronpopulasjonen på et hvilket som helst gitt tidspunkt. der I f er formasjonens sigmaverdi, t og N er antallet nøytroner ved tiden 1.1 mange pulsede nøytroninnfangningsloggeanordninger er det forutsatt at antallet gammastråler som genereres er proporsjonalt med antallet nøytroner. Likn. (3) kan da løses for I f analytisk eller den kan bli bestemt fra integralet av G med hensyn til t over et fast tidsintervall, for eksempel 1000 us.

Her er A og B integrasjonskonstanter som avhenger av den initielle gammastrålepopulasjonen og integrasjonstiden, som begge er faste verdier i denne metoden, og S er summen av tellingene. Den initielle gammastrålepopulasjonen kan betraktes som et fast tall på grunn av en tilbakemeldingssløyfe i prosesseringssystemet FLEX<SM>. Denne sløyfen består av å måle gammastråletellingene i hver registrering under loggepasset. Dersom den totale gammastråletelingen faller over eller under et intervall nær 90.000 tellinger per sekund (eps), endrer FLEX<SM->verktøyet spenningen til sin nøytrongenerator med én enhet. Gammastråletellingene blir målt ved den nye spenningen, og dersom de faller innenfor det akseptable området nær 90.000 eps holdes spenningen ved denne verdien. Hvis ikke, fortsetter sløyfen inntil spenningen når en verdi der eps er nær 90.000. Dagens nøytrongeneratorteknologi er ikke i stand til å takle hurtige endringer i motorspenning, slik at en forsinkelse i tilbakemeldingssløyfen er nødvendig for å sikre at motorspenningen endrer seg langsomt. Verdiene for konstantene kan bli bestemt ved målinger gjort i en vanntank, en kalksteinblokk, en sandsteinblokk og/eller fra sammenlikning av loggdata med målinger gjort av et loggeverktøy innrettet for å måle tverrsnittet. Det finnes ingen analytisk løsning for I f fra likn. (4), men likningen kan løses med numeriske metoder. Én slik løsning er gitt som

Her er c og d konstanter som kan avhenge av loggemiljøet og sigmaverdien for borehullet. Disse kan finnes med standard kurvetilpasningsmetoder.

[0028] Figur 6 viser et plott av målt I for en formasjon mot summen av innfangningstellinger målt av en pulset nøytronanordning. Kurven 601 og punktene på denne viser likn. (4). Punktene 605 er målinger gjort i et borehull ved anvendelse av en pulset nøytronanordning, mens punktene 603 er for laboratorieprøver med høy tverrsnittssigma.

[0029] Tilbake til figur 3 skal det bemerkes at som et alternativ til bruk av metoden beskrevet i Madigan, kan den mineralogiske analysen være en som anvender et ekspertsystem som beskrevet i US-patentsøknaden 11/589,374 til Jacobi m.fl., som er overdratt til samme som foreliggende oppfinnelse og som inntas her som referanse i sin helhet. Én forskjell mellom metoden vist av Jacobi for å bestemme en mineralogisk sammensetning og metoden i Madigan er at det i Jacobi anvendes litologiske føringer. Det å definere litologiske føringer er et enklere trinn enn mineralogiske føringer når målet tross alt er å bestemme mineralogi.

[0030] Disse bestemte mineralene kan bli konvertert til volumer ved anvendelse av deres kjente karakteristiske tettheter. li -verdien til hvert mineral blir så summert for å finne den totale I for formasjonen. I en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen droppes estimeringen av den mineralogiske analysen (307 i figur 3), og formasjonens I blir estimert fra elementæranalysen 305. Å droppe den mineralogiske analysen er mer nøyaktig når sporstoffer som ikke blir målt i kjernespektroskopi ikke forefinnes i formasjonen.

[0031] I mange tilfeller er sigmaverdien til et gitt mineral lavere enn den målte sigmaverdien til dette mineralet i en undergrunnsformasjon. Dette er på grunn av bidraget fra sporstoffer så som Gd, B, Cl, Ti og andre som ikke er en del av den kjemiske strukturen til et mineral, men likevel forefinnes i spormengder i jordformasjonen. Disse stoffene utviser ofte sterke korrelasjoner med hverandre, slik at dersom én er kjent kan konsentrasjonen av alle slike stoffer bli estimert. Thorium er en god representant for sporstoffene med høyt innfangningstverrsnitt fordi den enkelt kan måles med naturlige spektroskopimetoder.

[0032] Én andre måte å estimere bidraget fra sporstoffer er å anvende den målte sigmaverdien fra likn. (5). Dette gir den ytterligere fordelen av alle målinger blir gjort med ett enkelt verktøy. Én slik måte å konvertere den målte sigmaverdien til et sporstoffbidrag er å anvende en lineær interpolasjon som er normalisert for sigmaverdier i andelene av formasjonen med høy sigmaverdi og de med lav sigmaverdi. Leire inneholder ofte den høyeste mengden av sporstoffer med høy sigmaverdi, men enkelte evaporitter og andre formasjoner kan også bidra.

Det skulle være klart for fagmannen at likn. (6) er en vanlig anvendt metode innen petrofysikk for å skalere en målt verdi mellom et maksimum og et minimum, for eksempelse ved bestemmelse av leirskifervolum. Den endelige sigmaverdien er summen av den beregnede sigmaverdien og sigmaverdien for sporstoffer.

[0033] Forskjeller mellom sigmaverdien for formasjonen målt av det pulsede nøytronverktøyet og sigmaverdien beregnet fra resultatene av pulset nøytronspektroskopi er en konsekvens av forskjeller i porøsitet og gassinnhold. En sterkt porøs formasjon med gassfylte porer vil utvise høyere gammatellingsrater og således lavere sigmaverdi. Dersom denne formasjonen for eksempel var en skiferholdig sand, kunne den ha hatt en sigmaverdi på omtrent 25 c.u. Dersom den var fylt med gass i 20% porøsitet kunne sigmaverdien ha vært så lav som 20. Tilstedeværelse av gass i formasjonen vil vise seg som et avvik (crossover) mellom en logg av målt tverrsnitt og en logg av predikert tverrsnitt. Dette er tilsvarende som avviket mellom nøytronporøsitetslogger og tetthetporøsitetslogger som har vært observert i den senere tid.

[0034] Sigmaverdien for formasjonen er summen av sigmaverdiene til bergartsmatrisen og porerommet.

Sigmaverdien for matrisen kan videre deles inn i hver mineralkomponent. der Vmin.i og £min,i er volumfraksjonen og tverrsnittet til i-te mineralbestanddel. Sigmaverdien for porerommet er også summen av hver komponent i porerommet. Kombinasjon av likningene over gir følgende relasjon mellom formasjonens sigma og porøsitet.

I tilfeller der porøsiteten er kjent eller kan estimeres med rimelig nøyaktighet gir likn. (11) et estimat av sigmaverdien for porøsiteten. Denne verdien kan i sin tur bli anvendt i likn. (9) for å estimere gassmetning når vannets saltkonsentrasjon er kjent og det kun er en blanding av gass og vann i porerommet. Når vannets saltkonsentrasjon ikke er kjent, kan en metode så som den beskrevet av LeCompte m.fl. i US-patentsøknaden 12/146,071, bli anvendt for å bestemme denne ved hjelp av klormålinger med FLEX.

[0035] I mange tilfeller er en kvalitativ gassindikator fra logger ønskelig som et resultat på brønnstedet enten under eller umiddelbart etter logging. I disse tilfellene kan innfangningstverrsnittet for bergartsmatrisen beregnet fra mineralogien og det totale innfangningstverrsnittet målt for formasjonen bli plottet i samme spor. I formasjoner der den målte sigmaverdien for formasjonen er lavere enn den beregnede sigmaverdien for matrisen, indikeres tilstedeværelse av gass ved skravering eller skyggelegging i rommet mellom de to kurvene. Siden matrisens sigmaverdi representerer en bergart uten porøsitet, er den eneste mulige måten å matematisk få en sann sigmaverdi som er lavere enn denne verdien at formasjonen har noen porer fylt med gass som har lav sigmaverdi.

[0036] Sigmaavviket er en grafisk representasjon av likn. (11). Betrakt for eksempel en formasjon der matrisens sigmaverdi er lik 10 c.u., men den målte sigmaverdien er 9 c.u. Fra likn. (11) er det klart at porøsiteten må være minst 10 pu siden sigmaverdien til porene må være større enn 0 og porøsiteten ikke kan være negativ. Dersom 40 pu anses som en sannsynlig øvre grense i dette eksempelet, er porøsiteten fra 10-40 pu og sigmaverdien for porefluidet fra 0 til 7,5 c.u, som er en indikasjon på gass siden den høyeste trolige sigmaverdien fortsatt er lavere enn 22,4, sigmaverdien til ferskvann. Det faktum at gass og vann ofte avviker med én eller to størrelsesordener gjør sigmaawiket til en robust metode for kvalitativ angivelse av gass i formasjonen.

[0037] Det som er beskrevet over inkluderer en fremgangsmåte for å påvise tilstedeværelse av gass i en jordformasjon. Fremgangsmåten inkluderer å: påvise tilstedeværelse av gass i en jordformasjon ved hjelp av en forskjell mellom et estimert innfangningstverrsnitt for jordformasjonen og et predikert innfangningstverrsnitt for jordformasjonen, der det estimerte innfangningstverrsnittet estimeres av en prosessor. Fremgangsmåten kan også inkludere å: bestråle jordformasjonen ved hjelp av en strålingskilde inne i et borehull, måle stråling fra jordformasjonen som reaksjon på bestrålingen, og anvende den målte strålingen for å estimere innfangningstverrsnittet for jordformasjonen. Det å bestråle jordformasjonen kan videre inkludere å anvende en pulset nøytronkilde, og det å måle stråling omfatter videre å måle gammastråling som følge av bestrålingen. Det predikerte tverrsnittet kan bli bestemt ved hjelp av en sammensetning valgt fra: (i) en grunnstoffsammensetning, og (ii) en mineralogisk sammensetning. Sammensetningen kan bli bestemt gjennom en elementæranalyse av spektre til målingene av strålingen. Innfangningstverrsnittet for jordformasjonen kan bli estimert ved å foreta en summering av tellinger av strålingen over et tidsvindu hovedsakelig upåvirket av et fluid i borehullet. Fremgangsmåten kan videre omfatte å korrigere det predikerte tverrsnittet for et sporstoff. Fremgangsmåten kan videre omfatte å identifisere tilstedeværelse av gass gjennom et avvik mellom en logg av det estimerte innfangningstverrsnittet og en logg av det predikerte tverrsnittet. Fremgangsmåten kan videre inkludere å frakte strålingskilden inn i borehullet på en føringsanordning valgt fra: (i) en kabel, og (ii) en bunnhullsenhet på et borerør.

[0038] I et annet aspekt inkluderer oppfinnelsen en anordning innrettet for å påvise tilstedeværelse av gass i en jordformasjon. Anordningen inkluderer: en kilde innrettet for å bli fraktet i et borehull og bestråle jordformasjonen, en detektor innrettet for å måle stråling som følge av bestrålingen av jordformasjonen, og minst én prosessor innrettet for å: anvende de målte gammastrålene for å estimere et innfangningstverrsnitt for jordformasjonen, og anvende en forskjell mellom det estimerte innfangningstverrsnittet og et predikert innfangningstverrsnitt for jordformasjonen basert på en estimert sammensetning av jordformasjonen som en indikasjon på tilstedeværelse av gass. Kilden kan inkludere en pulset nøytronkilde og strålingen som mottakeren er innrettet for å måle omfatter videre gammastråling. Den minst ene prosessoren kan videre være innrettet for å bestemme det predikerte tverrsnittet ved anvendelse av en sammensetning valgt fra: (i) en grunnstoffsammensetning, og (ii) en mineralogisk sammensetning. Den minst ene prosessoren kan videre være innrettet for å bestemme sammensetningen ved anvendelse av en elementæranalyse av spektre i den målte strålingen. Den minst ene prosessoren kan videre være innrettet for å estimere innfangningstverrsnittet for jordformasjonen ved å foreta en summering av tellinger av strålingen over et tidsvindu hovedsakelig upåvirket av et fluid i borehullet. Den minst ene prosessoren kan videre være innrettet for å korrigere det predikerte tverrsnittet for et sporstoff. Den minst ene prosessoren kan videre være innrettet for å identifisere tilstedeværelse av gass ved et avvik mellom en logg av det estimerte innfangningstverrsnittet og en logg av det predikerte tverrsnittet. Anordningen kan videre inkludere en føringsanordning innrettet for å frakte loggeverktøyet inn i borehullet, der føringsanordningen er valgt fra: (i) en kabel, og (ii) en bunnhullsenhet på et borerør.

[0039] Et annet aspekt ved oppfinnelsen er et datamaskinlesbart medium tilgjengelig for minst én prosessor. Det datamaskinlesbare mediet inkluderer instruksjoner som setter den minst ene prosessoren i stand til å: anvende stråling målt av en detektor som reaksjon på bestråling av formasjonen med en strålingskilde i et borehull for å estimere et innfangningstverrsnitt for formasjonen, og anvende en forskjell mellom det estimerte innfangningstverrsnittet og et predikert innfangningstverrsnitt for jordformasjonen basert på en estimert sammensetning av jordformasjonen som en indikasjon på tilstedeværelse av gass. Det datamaskinlesbare mediet kan inkludere et ROM, et EPROM, et EEPROM, et flashminne og/eller et optisk platelager.

[0040] Det skal bemerkes at beskrivelsen over av fremgangsmåten er gitt i forbindelse med et loggeverktøy fraktet på en kabel. Dette skal ikke forstås som en begrensning, og fremgangsmåten kan også praktiseres med bruk av et loggeverktøy som er en del av en bunnhullsenhet (BHA) ført på et borerør.

[0041] Prosesseringen av målingene som blir innhentet i kabelanvendelser kan gjøres av overflateprosessoren 34, av en nedihullsprosessor 30 eller fjernt. Innsamlingen av data kan være styrt i hvert fall delvis av elektronikken nede i hullet. Underforstått i styring og prosessering av dataene er bruk av et dataprogram på et passende maskinlesbart medium som setter prosessorene i stand til å utføre styringen og prosesseringen. Det maskinlesbare mediet kan inkludere ROM, EPROM, EEPROM, flashminner og optiske platelagre. Betegnelsen prosessor er ment å inkludere anordninger så som en FPGA (Field Programmable Gate Array).

[0042] Selv om beskrivelsen over er rettet mot spesifikke utførelsesformer av oppfinnelsen, vil forskjellige modifikasjoner være nærliggende for fagmannen. Det er meningen at alle slike variasjoner innenfor idéen og rammen til de vedføyde kravene skal dekkes av beskrivelsen over.

Claims (19)

1. Fremgangsmåte for å påvise tilstedeværelse av gass i en jordformasjon, der fremgangsmåten omfatter å: påvise tilstedeværelse av gass i en jordformasjon ved hjelp av en forskjell mellom et estimert innfangningstverrsnitt for jordformasjonen og et predikert innfangningstverrsnitt for jordformasjonen, der det estimerte innfangningstverrsnittet estimeres av en prosessor.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende å: bestråle jordformasjonen ved hjelp av en strålingskilde inne i et borehull, måle stråling fra jordformasjonen som reaksjon på bestrålingen, og anvende den målte strålingen for å estimere det estimerte innfangningstverrsnittet for jordformasjonen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, der det å bestråle jordformasjonen videre omfatter å anvende en pulset nøytronkilde, og det å måle strålingen videre omfatter å måle gammastråler generert som et resultat av bestrålingen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende å bestemme det predikerte innfangningstverrsnittet ved anvendelse av en sammensetning valgt fra: (i) en grunnstoffsammensetning og (ii) en mineralogisk sammensetning.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, videre omfattende å bestemme sammensetningen ved anvendelse av en elementæranalyse av spektre for strålingsmålingene.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det å estimere innfangningstverrsnittet for jordformasjonen videre omfatter å foreta en summering av tellinger av strålingen over et tidsvindu hovedsakelig upåvirket av et fluid i et borehull.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende å korrigere det predikerte tverrsnittet for et sporstoff.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende å identifisere tilstedeværelse av gass ved et avvik mellom en logg av det estimerte innfangningstverrsnittet og en logg av det predikerte innfangningstverrsnittet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 2, videre omfattende å frakte strålingskilden inn i borehullet på en føringsanordning valgt fra: (i) en kabel, og (ii) en bunnhullsenhet på et borerør.

10. Anordning innrettet for å påvise tilstedeværelse av gass i en jordformasjon, der anordningen omfatter: en kilde innrettet for å bli fraktet i et borehull og bestråle jordformasjonen, en detektor innrettet for å måle stråling generert som et resultat av bestrålingen av jordformasjonen, og minst én prosessor innrettet for å: (i) anvende de målte gammastrålene for å estimere et innfangningstverrsnitt for jordformasjonen, og (ii) anvende en forskjell mellom det estimerte innfangningstverrsnittet og et predikert innfangningstverrsnitt for jordformasjonen basert på en estimert sammensetning av jordformasjonen som en indikasjon på tilstedeværelse av gass.

11. Anordning ifølge krav 10, der kilden videre omfatter en pulset nøytronkilde, og strålingen som mottakeren er innrettet for å måle videre omfatter gammastråling.

12. Anordning ifølge krav 10, der den minst ene prosessoren videre er innrettet for å bestemme det predikerte innfangningstverrsnittet ved anvendelse av en sammensetning valgt fra: (i) en grunnstoffsammensetning, og (ii) en mineralogisk sammensetning.

13. Anordning ifølge krav 12, der den minst ene prosessoren videre er innrettet for å bestemme sammensetningen ved hjelp av en elementæranalyse av spektre forden målte strålingen.

14. Anordning ifølge krav 10, der den minst ene prosessoren videre er innrettet for å estimere innfangningstverrsnittet for jordformasjonen ved å foreta en summering av tellinger av strålingen over et tidsvindu hovedsakelig upåvirket av et fluid i borehullet.

15. Anordning ifølge krav 13, der den minst ene prosessoren videre er innrettet for å korrigere det predikerte innfangningstverrsnittet for et sporstoff.

16. Anordning ifølge krav 10, der den minst ene prosessoren videre er innrettet for å identifisere tilstedeværelse av gass gjennom et avvik mellom en logg av det estimerte innfangningstverrsnittet og en logg av det predikerte innfangningstverrsnittet.

17. Anordning ifølge krav 10, videre omfattende en føringsanordning innrettet for å frakte loggeverktøyet inn i borehullet, der føringsanordningen er valgt fra: (i) en kabel, og (ii) en bunnhullsenhet på et borerør.

18. Datamaskinlesbart medium tilgjengelig for minst én prosessor, der det datamaskinlesbare mediet inkluderer instruksjoner som, når de blir eksekvert, bevirker den minst ene prosessoren til å: estimere et innfangningstverrsnitt for en formasjon ved hjelp av stråling målt av en detektor som reaksjon på bestråling av formasjonen med en strålingskilde i et borehull, og påvise tilstedeværelse av en gass ved hjelp av en forskjell mellom det estimerte innfangningstverrsnittet og et predikert innfangningstverrsnitt for jordformasjonen og en estimert sammensetning av jordformasjonen.

19. Medium ifølge krav 18, videre omfattende minst én av: (i) et ROM, (ii) et EPROM, (iii) et EEPROM, (iv) et flashminne og (v) et optisk platelager.