CN102159970A - 在钻探期间确定地层水饱和度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种确定地下岩层中的水饱和度的方法，包括用多个在钻探入岩层中的钻井孔中进行的测量来测定岩层的侵入深度。测量具有不同的进入岩层的调查的横向深度。在基本上与测量侵入深度的位置相同的纵向位置上测量岩层中的碳和氧。用测量的碳和氧以及侵入深度确定岩层的基本上未侵入部分的水饱和度。

Description

在钻探期间确定地层水饱和度的方法和设备

相关申请的交叉参考

没有可适用的。

关于联邦发起的研究或开发的陈述

没有可适用的。

发明背景

发明领域

本发明一般涉及地下岩层的岩石物理评价。更特别的，本发明涉及用于定量测定岩层孔隙中的流体饱和度的方法和设备，其不同于基于岩层的电阻率测量。

背景领域

为了从多孔地下岩层的孔隙中提取流体，通过钻井孔穿透所述岩层。特别的，用所述钻井孔提取油和气。由于经济原因，重要的是要在钻井孔的构造完成前，测定油和/或气占穿透的岩层的孔隙的分数体积。本领域内已知的用于测定原生水和油和/或气所占的孔隙的分数体积的方法基本上基于岩层电阻率的测量。在评价地下岩层中，测定的量是水所占的孔隙的分数体积(被称为“水饱和度”，用S_w表示)，其中假设非水占用的孔隙含有油和/或气。

绝大多数由岩层电阻率的测量来测定水饱和度的技术基于二十世纪四十年代进行的研究。参见Archie，G.E.，Electrical Resistivity Log as an Aid in Determing Some Reservoir Characteristics，AIME Trans.146，1942，p.54-62。

由Archie(见上)测定的孔隙岩石的电阻率R_t与原生水电阻率R_w、水饱和度S_w和孔隙所占的岩石的分数体积(孔隙度)之间的关系为

$R_t=\frac{R_w}{S_w^n{\mathrm{\φ}}^m}$

上述关系被证明对于许多构成烃储层的岩层是准确的。对于水润湿的岩层，上述Archie关系中的指数n和m通常都接近于2。在水润湿的岩层的情况下，所述指数的稳定性可以直接由钻井孔中测量的电阻率和孔隙度对新储层进行相当准确的储量评估(“测井曲线”)。对于含有粘土的砂岩，已知修改的公式用于校正粘土电导率。

已经观察到，特别是在石灰石/白云石岩层中(全部为“碳酸盐”)，甚至在相同的地质岩层中，上述指数的值可以随深度而颇为显著地变化。这是由于碳酸盐的天然多相性，例如，岩石矿物组成和岩石孔结构改变，润湿性改变，等。

而且，如果要评价的岩层已经被例如用于钻探钻井孔的流体(“钻探泥浆”)的液相侵入，在孔隙中原来位置的原生水与不同量的钻探流体液(“泥浆滤液”)混合，孔隙中的水的盐分变得难于或不可能仅用电阻率测量确定。因此，源于Archie公式的水饱和度值被认为在许多碳酸盐岩层中是不可靠的。

其他本领域内用于确定水饱和度的方法包括岩层介电常数的测量、核磁共振弛豫时间和其分布，中子捕获截面以及碳/氧比。上述测量通常受限于由钻井孔壁深入岩层的几英寸的横向深度。结果，当将所述仪器插入钻井孔用于测量(典型地在抽出钻探工具并在其中插上铠装电缆后)时，上述测量区域通常完全被泥浆滤液侵入，水饱和度测量不能反映未侵入岩层中含有的油和/或气。

在上述测量中，横向最深处是中子捕获截面。如果在钻井孔的钻探中进行测量，所述测量是前述最可能不受泥浆滤液侵入的影响。已知的装置为商标ECOSCOPE 6，其是本发明的受让人的标志，所述装置与钻探柱结合，在钻探钻井孔时提供中子捕获截面的测量。在许多情况下，在钻探的横向深度小于ECOSCOPE装置上的各种传感器的调查横向深度时，泥浆滤液侵入是受限的，其因此可以提供与岩层中的氯的浓度有关的测量。如果原生地层水的盐分是已知的，中子捕获截面测量可以直接用于测量S_w。然而，上述不能用于具有低盐分(即，小于约50000份每百万[“kppm”]氯化钠浓度)原生水的岩层，以及上述装置不能解决具有未知水盐分的侵入区域的挑战。

持续需求可以定量测定岩层中的水饱和度的测井技术，其中Archie关系的应用受到限制。

发明概述

一种用于测定地下岩层的水饱和度的方法，包括由在钻探穿过岩层的钻井孔中进行的多个测量测定岩层的侵入深度。该测量具有不同的进入岩层调查的横向深度。在基本上与侵入深度的测量位置相同的纵向位置上测量岩层中的碳和氧。测量的碳和氧以及侵入深度被用于确定岩层的基本上未侵入部分的水饱和度。

在一个实施例中，所述方法包括在选择的时间后重复测量侵入深度、测量碳和氧、以及测量水饱和度，并基于侵入深度和水饱和度的变化表达电阻率和水饱和度之间的关系。

依据本发明的另一方面，一种测井装置包括设定为与钻探柱结合的壳体。在壳体中置入脉冲中子源，当壳体置于钻井孔中时，脉冲中子源被设定为对与钻井孔相邻的岩层进行辐射。在壳体中置入多个辐射探测器。设定探测器用于测定由中子源产生的中子与岩层相互作用导致的岩层的辐射。设定辐射探测器用于测定与至少热中子捕获截面相关的辐射，所述测定在至少两个不同的由钻井孔进入岩层的横向深度上进行，并测定岩层中的碳和氧含量。所述装置包括与壳体相连的电阻率传感器，并设定用于测量岩层的电阻率，所述测定在至少两个不同的由钻井孔进入岩层的横向深度上进行。

在一个实施例中，电阻率传感器和辐射探测器被设计为具有相同的“调查深度”范围，即，其在相同体积的岩石中测量。

本发明的其他方面和优势将由下列说明书和所附权利要求说明。

附图概述

图1显示包括依据本发明的装置的钻井孔钻探系统的实例。

图2显示侵入可渗透岩层的截面，以确定与钻井孔壁横向相邻的各种流体饱和的区域。

图3更加详细地显示附属于图1的系统的实例岩层评价。

详细说明

在图1中，钻探机24或类似的起重装置悬吊一个被称为“钻探柱20”的管道进入钻井孔18中，所述钻井孔钻探入地下岩层，通常在11显示。钻探柱20可以通过许多段(“接合”)22钻杆线状头尾相接在一起来组装。钻井孔20可以在其下端包括钻头12。当钻头12轴向穿过钻井孔底部18的岩层11，以及当其通过钻机24上的装置(例如通过顶驱26)，或通过钻探柱中的马达(未显示)旋转时，所述穿透和旋转导致钻头12沿轴向伸入(“深入”)钻井孔18。在钻头12之上或最近的选择位置处，钻探柱20的下端可以包括依据本发明的不同方面的岩层评价附件10，其随后将被进一步解释。钻探柱20在最接近下端，还可以包括MWD装置14和本领域内公知的类型的遥感勘测单元16。至少可以从穿过钻探柱20的钻探流体的运动得到操作MWD装置14和遥感勘测单元16的部分能量，随后会对此做解释。遥感勘测单元16被设定为将由岩层评价附件10和MWD装置14的各种传感器(随后解释)得到的一些或全部测量传送到地面用于解码和解释。

在钻井孔18的钻探期间，泵32将钻探流体(“泥浆”)30从罐28或池中提出，并在压力下将泥浆30穿过竖管34和弹性管道或软管35，通过顶驱36并注入钻探柱20内侧的内部通道(在图1中未单独显示)。泥浆30通过钻头12中的路线或喷嘴(未单独显示)脱离钻探柱20，在此其冷却和润滑钻头12并通过钻头12产生对地球表面的起重钻机切割。

遥感勘测单元16的某些实例可以包括遥测发射机(未单独显示)，其调节通过钻探柱20的泥浆30的流动。所述调节可以导致泥浆30中的压力变化，这可以在地球表面通过一个或多个与钻探柱20内部的压力传递的压力传感器36测定，选择测定位置在泵32的出口和顶驱26之间。举例而言，可以是电信号和/或光信号的源自传感器36的信号可以传导至记录单元38，用本领域内公知的方法解码和解释。解码信号典型地符合MWD装置14和岩层评价附件10中的一个或多个传感器(未显示)得到的测量结果。

本领域内的技术人员应当认可，当为泥浆30提供穿过钻探柱20的压力密封通道时，顶驱26可以在其他实例中被用于旋转钻探柱20的水龙头、方钻杆、方钻杆补心和转盘(在图1中未显示)代替。因此，本发明不限制于使用顶驱钻探系统的范围。

也可以理解，遥感勘测单元16可以额外或可选地设定为在所谓的“有线”钻杆中给予信道信号。有线钻杆的非限制实施例描述于由Boyle等人提交的美国专利申请No.2002/0193004中，其被转让为本发明的受让人的下位专利申请。从钻井孔中向地球表面提供电磁遥感勘测以与装置测量进行通信是本领域内也是已知的，反之亦然。因此，在任何实施例中使用的遥感勘测的类型不是本发明的范围的限制。

还应该理解，图1中显示的岩层评价附件10的运输方式仅是一种可能的实例。其他实例可以包括套管钻井，例如Tessari的美国专利No.6,705,413中所示的实施例。也可以通过用连续油管将钻探设备运输进钻井孔中而用岩层评价附件进行钻探操作。例如参见Krueger等人发表的美国专利No.7,028,789和Dorel发表并指定为本发明的受让人的美国专利No.6,047,784。因此，本发明不限制于使用线状连接钻杆钻探钻井孔并沿如图1所示的井输送仪器设备的范围。

本领域内的那些技术人员应当认可，参考图2，在钻井孔18的钻探期间，当用钻头(图1中的12)穿过可穿透的岩层时，钻井孔18中的钻探流体30的液相，所谓的“泥浆滤液”将进入岩层11的孔隙，并代替孔隙中的一些原生流体。流体实际上迁移，其迁移的程度依赖于孔隙中的流体的相对迁移率，钻井孔18和岩层11之间的不同流体压力，和钻探流体30在邻近可渗透岩层11的钻井孔18的壁上形成滤饼(未显示)的程度。11A之上和11B之下的岩层，在图2中说明了可渗透岩层11，其为可渗透的，例如“页岩”并为了本发明而不受钻探流体30的影响。图2中的说明仅仅用于概括阐述横向分布在可渗透岩层中的钻井孔周围的各区域，因此，岩层评价附件并未显示以清楚地说明。当钻头(图1中的12)穿过可渗透岩层时，图2中所示的各区域基本上立即出现；随着流体从钻井孔进入岩层(倘若钻井孔中的流体压力大于岩层的孔隙中的流体压力)，各区域的空间分布随时间改变。

通常相信，在被称为“冲洗区域”40的区域中，横向接近钻井孔18，如果液相本身是基于水的，那么基本上在岩层11中的所有原生水被钻探流体的液相代替，基本上所有可移动烃(油和/或气)全部从岩层11的孔隙中迁移。在钻井孔壁的特定横向距离(“深度”)及在远处，在d_i处显示，基本上没有原生流体的迁移发生。横向超过d_i的区域被称为“未侵入区域”44。正是未侵入区域，期望测定其水饱和度(水占孔隙的分数体积)，因为水饱和度指示在岩层11中存在的油和/或气的体积。通常应当理解，烃饱和度(气、油和其混合物)等于整体减去水饱和度(S_h＝1-S_w)。冲洗区域40和未侵入区域44之间的区域被称为侵入区域42，其中不确定量的原生流体被泥浆滤液代替。

在未侵入区域中感兴趣的量包括上述提及的水饱和度S_w，并进一步包括孔隙度电阻率R_t、原生水电阻率R_w，包括碳(C)、氧(O)、氯(Cl)的各种元素的元素捕获光谱(ECS)，和热中子捕获截面∑_t。对于侵入区域，可以定义相应的量(全部具有下标“i”)，而对于冲洗区域，可以定义相应的量(全部具有下标“xo”，除了泥浆滤液，其下标被定为“mf”)。假设岩层中的孔隙分数体积(“孔隙度”—

)基本上在每个前述区域40、42、44中是相同的。如在此的背景部分中所解释的，用基于电阻率的方法测定S_w需要确定R_w和关于Archie指数m和n的知识和假设，因为它们表征了岩层电阻率和岩层的孔隙中的流体电阻率间的关系。由响应于水电阻率或盐度的特定浅层(在横向尺度中)调查装置得到的测量结果基本上可以受泥浆滤液(R_mf)的存在的影响，这是由于泥浆滤液的电阻率、其盐度和/或其化学组合物，因此不可以用于测定R_w。热中子捕获截面的浅层测量，例如，对流体盐度是敏感的，需要水盐度的精确知识来测量饱和度。

在使用依据本发明的方法的一个实施例中，可以“在钻探期间”用岩层评价附件(图1中的10)得到第一组测量结果。如在此使用的，“在钻探期间”意味着附件(图1中的10)运动过岩层11，一旦钻头(图1中的12)延长钻井孔(图1中的18)至足以如此运动，就得到第一次测量结果。本领域内的技术人员认可，第一次运动附件(图1中的10)如此接近地穿过钻探的岩层，将导致实际上少的泥浆滤液的量位移入岩层中，以使侵入区域横向相当浅(小的d_i)，如与在钻井孔钻探过程中稍后典型存在的情况相反，即，深得多的流体侵入。

现在将参考图3更详细地解释岩层评价附件(图1中的10)的实施例。附件10具有位于基本上成圆柱形的钻环48中的功能组件，或具有构造在钻探柱(图1中的20)中连接的类似钻探柱组件。典型地，钻环48由高强度、无磁性合金制成，如不锈钢、蒙乃尔合金或以商标名INCONEL销售的合金，其是Huntington Alloys Corporation，Huntington，WV的注册商标。钻环48可以在其适合的位置和适合的附件中包括脉冲中子源50，以及构造为主要响应由中子源50产生的中子的中子监控检测器52。脉冲中子源50构造为释放可控的高能中子的持续爆发，并可以与在此另外确定的ECOSCOPE装置中使用的相同，所述装置在Loomis等人并转让给本发明受让人的美国再颁发专利No.36,012中描述。多个纵向间隔分离的中子和/或伽马射线检测器54、56、58构造为测量由中子源50产生的中子与邻近钻井孔壁的岩层(图2中的11)相互作用导致的中子和/或伽马射线。监控检测器52的测量结果可以用于标准化由其他检测器54、56、58得到的计数率，用于中子源50的产出率和/或中子能量水平的任何变化。

附件10可以包括测径器60，如测量附件10的壁和钻井孔壁之间的距离的声音传播时间测径器，以及用于测量岩层中自然放射的伽马射线的光谱伽马射线检测器62。前述组件在Loomis等人的并转让给本发明受让人的美国再颁发专利No.36,012所述的主要部分中。如在前述再颁发专利中所述，中子源和中子/伽马射线检测器可以提供对岩层的体密度、岩层的中子孔隙度(与岩层中的氢浓度相关)、和岩层中的各种化学元素的浓度的测量。对后者的分析通过高能中子与岩层中的特定原子核的非弹性碰撞产生的检测到的伽马射线的光谱分析，以及由通过检测到的“捕获”伽马射线的分析提供的中子慢化长度和/或热中子捕获截面产生的检测到的伽马射线的光谱分析提供。其他检测器，或相同的检测器可以测量由中子活化伽马射线与岩层材料相互作用产生的光电效应。其他检测器，或相同的检测器，可以检测康普顿散射伽马射线(源自中子源中的中子的非弹性碰撞)，以确定岩层的体密度。通过使用上述ECOSCOPE装置，上述测量法是商业上可得到的，并且在本实施例中，附件10可以包括ECOSCOPE装置的上述组件。在本实施例中，检测器54、56、58的排列可以如此，以使测量岩层中从钻井孔壁出发的多个(在本实施例中为三个)不同横向深度的岩层热中子捕获截面成为可能。例如，某些检测器可以检测作为热中子的核捕获的结果由岩层放射的伽马射线。

在本实施例中，至少一个检测器，例如，在58处显示的检测器，可以是与多道脉冲高度分析器(未明确显示)连接的闪烁计数器伽马射线检测器，以分析检测的伽马射线的计数率和能量水平，特别是由岩层中的具有原子核的高能中子的碰撞而放射的伽马射线。所述伽马射线可以含有与岩层中的碳原子和氧原子的浓度有关的信息，所述浓度可以涉及水占据的孔隙的分数体积以及油和/或气占据的孔隙的分数体积。所述检测器的操作原理以及测定碳和氧浓度的方法例如在Adolph的并转让给本发明受让人的美国专利No.6,703,606中描述。如随后将被进一步解释的，在附件10中具有所述组件并为附件提供所述测量能力的一个目的是能够直接测定一个或多个区域(例如，图2中的40、42、44)中的水饱和度，而无需测定孔隙中的水的电阻率，或在本文的背景部分中所谓的Archie指数。

在本实施例中，附件10可以包括多个聚焦流电电阻率传感器，全部在64处显示。电阻率传感器64用于最接近钻井孔壁的电阻率测量，以及多个近似确定的不同的由钻井孔出发的横向深度。电阻率传感器64中的组件是商业上可得到的，已知商标为GEOVISION的装置，这是本发明的受让人的商标。GEOVISION装置也可以包括测量最接近钻头(图1中的12)的岩层的电阻率的传感器(未显示)，所述传感器可以用于一些实施例中。可以用于一些实施例中的电极和联合电路的结构在Dion等人并转让给本发明受让人的美国专利No.6,373,254中描述。

附件10可以包括电磁发射器天线66A、66B和位于环48的外表面上的电磁接收器天线70、72，以测量岩层的更大横向深度(在某些情况下进入图2中的未侵入区域44)的电磁传播电阻率。与前述天线相连的内部组件可以类似于用于所述测量的测井装置，如Clark等人的并转让给本发明受让人的美国专利No.4,968,940中所述的。

上述源50和检测器52穿过58、测径器60和传感器64以及天线66A、66B、70、72可以连接适合的电能源、信号调节和信号通信装置，如本领域内的技术人员想到的。上述可以依据本领域内已知的结构制成，在图3中没有为作明确说明而显示。

附件10上的检测器和传感器响应沿钻探柱(图1中的20)大约相同(尽管没必要完全相同)的纵向跨度是期望的。更特别的，期望侵入深度基本上对于每次不同测量是相同的。所述配置例如可以通过在轴环48的周围以基本上相同的纵向位置分布。通过如此配置传感器和检测器，可以预期侵入直径基本上对于下面将要解释的所有测量都是相同的。

已经概括解释了用于本发明的测量要使用的装置的实例，现在将参考图4解释依据本发明的实施例方法。在80处所示的钻探期间的一个实施例中，已知用附件进行测量。在82处，方法的第一要素是进行多个电阻率测量以确定侵入深度(图2中的d_i)。所述方法可包括换流，其中产生电阻率分布的初始模型，对于所述模型产生电阻率传感器(图3中的64)的预期(早期)响应，调节模型，重新计算早期响应直到早期响应在选择的公差内匹配钻井孔中的测量结果。最初假设侵入小于GEOVISION装置的最深读取测量结果的调查的深度，例如，约7英寸。如果在钻井孔的钻探期间进行测量，所述假设可以是合理的。在冲洗区域、侵入区域和未侵入区域中的原生水的盐度不需要作为侵入深度测定的输入。上述程序应当提供评价的横向侵入轮廓，其可以用于解释热中子捕获截面和碳/氧(“C/O”)测量。

在83处，在本方法的下一个要素中，可以进行热中子捕获截面测量以确定侵入是否如此浅，以至于对电阻率测量影响不够和/或反复核对由电阻率测量确定的侵入轮廓。如在使用电阻率测量的前一个方法要素中，捕获截面侵入轮廓(∑_t、∑_i、∑_xo和d_i)可以通过换流处理确定。还如在前一个方法要素中，测定捕获截面侵入轮廓可以直接由热中子捕获截面测量进行，而无需在方法的此阶段中得到原生水盐度值。可以预期，任何用于实施本发明的测井装置应当在至少两个，优选三个不同的调查横向深度上进行热中子捕获截面测量。上述ECOSCOPE装置具有所述能力。

可以预期，在使用本方法的C/O测量之前，响应于流体饱和度和孔隙度的C/O测量应该被充分地表征，即，对于各种放射侵入和2D饱和度轮廓需要预先确定。因此，通过使用C/O测量和用上述解释的电阻率和/或捕获截面测量确定的放射侵入轮廓，在未侵入区域(图2中的44)中的S_w的评估可以由C/O测量确定。所述评估在流程图中在84处显示。可以预期，做出所述评估适用于确定侵入至相当浅的情况(例如小于约4英寸)。如果确定侵入超过约6英寸，S_w的C/O评估仍旧可以使用，但是如此确定的值应当在数据记录上与由侵入区域和冲洗区域(图2中的40和42)的测量一致。

依据下列表达式，由附件(图1中的10)进行的碳和氧测量可以用于确定包括石灰石、白云石、及其混合物的碳酸盐岩层的水饱和度：

$\frac{C}{O}=\frac{(1-\mathrm{\φ}){\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{matrix}}/((1-X)M_{\mathrm{CaCO}3}+{\mathrm{XM}}_{\mathrm{MgCO}3})+\mathrm{\φ}{S}_O{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{oil}}/M_{\mathrm{oil}}+\mathrm{\φ}{S}_G{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gas}}/M_{\mathrm{CH}4}}{3(1-\mathrm{\φ}){\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{matrix}}/((1-X)M_{\mathrm{CaCO}3}+{\mathrm{XM}}_{\mathrm{MgCO}3})+\mathrm{\φ}{S}_w{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{brine}}{X}_{H2O}/M_{H2O}}$

其中M表示岩层的特定组分的分子量，提示石灰石(碳酸钙)M_CaCO3＝100，白云石(碳酸镁)M_MgCO3＝75.8，对于油的评估值，M_油≈14，甲烷(对于天然气)M_CH4＝16，以及对于水M_H2O＝18。

基质(岩粒)密度ρ_基质与镁(白云石化)的量有关，而石灰石的密度为2.71gm/cc，白云石的密度为2.87gm/cc。同样，盐水(brine)(原生水)密度与其盐分X有关：

ρ_brine≈1+0.5X_NaCl≈1.5-0.5X_H2O

在岩层不含自由气体的情况下：S_G＝0 S_o＝1-S_w，而结果是：

$\frac{C}{O}=\frac{(1-\mathrm{\φ}){\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{matrix}}/((1-X)+0.758X)+\mathrm{\φ}(1-S_w){\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{oil}}/(M_{\mathrm{oil}}/100)}{3(1-\mathrm{\φ}){\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{matrix}}/((1-X)+0.758X)+\mathrm{\φ}{S}_w{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{brine}}{X}_{H2O}/0.16}$

孔隙度和基质密度可以由ECOSCOPE装置的测量结果确定，包括体密度、中子孔隙度和光电效应。

其次，未侵入区域(图2中的44)中的地层水的盐度可以由热中子捕获截面测量确定，用如上所解释的C/O测量确定的S_w。盐度与孔隙中的水的体积有关

由如上所解释的捕获截面测量的换流确定热中子捕获截面。如此确定的盐度可以与用非弹性伽马射线光谱测量确定的卤素的量相比，所述测量可以用ECOSCOPE装置进行。

在本方法的这点上，对于未侵入区域(图2中的44)，已经测定了量R_t、S_w和

使用本领域内已知的技术，量S_w可以在地下储池中的适合位置中用于测定评估的油和/或气。R_w可以由盐度与电阻率的关系的经验公式确定，使用如上所解释的热中子捕获截面测定的盐度。上述在图4中的86处显示。

上述量R_t、S_w、R_w和

可以用于表征一个等式，用于确定未知的岩石学参数，例如上述Archie等式中的指数n和m，或“连接性等式”中的参数μ(水连接性指数)和X_w(水连接性系数)。在D.B.Montaron所著的连接性理论——建立非ARCHIE岩石模型的新方法(CONNECTIVITYTHEORY-A NEW APPROACH TO MODELING NON-ARCHIE ROCKS)，第49届SPWLA测井年会，2008年五月25-28日中描述了连接性等式和上述包括的参数。在此所述连接性等式为：

其中R_w′＝R_w(1-χ_w)^μ

所述第一特征在88处显示。通过在侵入进入到岩层更深处之后重复前述测量(电阻率、热中子捕获截面和C/O)以及重复前述方法要素可以表征第二等式。所述程序的一个实施例为当在钻探暂停后将钻探柱从钻井孔中抽出时，或当在钻探后的特定时间消逝后重新插入钻探柱时，操作附件10。所述程序可以被称为“随起下钻测井”。那么可以解决两个特征等式，如在90所示，以提供上述Archie等式中的指数n和m，或连接性等式中的μ和X_w。

依据本发明的方法和设备可以提供地下岩层中的水和烷烃的定量测量，其难于用电阻率和孔隙度基于经验关系表征。甚至在电阻率、孔隙度和水饱和度在特定岩层中变化的实例中，依据本发明的方法和设备也可以提供所述定量测量。也可以用依据本发明的方法和设备而无需确定地下岩层中的原生水的盐度或电阻率。

尽管本发明已经用有限数量的实施方案进行了描述，本领域内的技术人员借助本公开的权益，应认识到可以设计出其他实施方案，其不背离在此所述的本发明的范围。因此，本发明的范围应当仅受附属权利要求的限制。

Claims (19)

1.一种确定地下岩层中的水饱和度的方法，其包括：

由多个在钻探入岩层的钻井孔内进行的测量来测定在岩层中的侵入深度，所述测量具有不同的进入岩层的调查横向深度；

在与测定侵入深度的位置基本相同的纵向位置上测量岩层中的碳和氧；

用测量的碳和氧以及侵入深度确定岩层的基本上未侵入部分的水饱和度。

2.权利要求1的方法，其中在钻井孔的钻探期间进行测量碳和氧以及测定侵入深度。

3.权利要求1的方法，其中多个测量包括热中子捕获截面测量。

4.权利要求3的方法，其还包括由热中子捕获截面测量来测定未侵入岩层中的水的盐度。

5.权利要求1的方法，其中多个测量包括电阻率测量。

6.权利要求5的方法，其还包括由盐度测定原生水的电阻率。

7.权利要求1的方法，其还包括在选择的时间后重复测量侵入深度、测量碳和氧、以及测定水饱和度，并基于侵入深度和水饱和度的变化表征电阻率和水饱和度之间的关系。

8.权利要求7的方法，其中所述表征包括测定以下等式中的指数m和n：

$R_t=\frac{R_w}{S_w^n/{\mathrm{\φ}}^m}$

其中R_t是岩层的电阻率，R_w是原生水电阻率，S_w是原生水所占岩层孔隙的分数体积，φ是孔隙所占岩石的分数体积。

9.权利要求7的方法，其中所述表征包括测定以下等式中的参数μ(水连接性指数)和X_w(水连接性系数)：

$R_t=\frac{{R_w}^{\′}}{{(S_w\mathrm{\φ}-{\mathrm{\χ}}_w)}^{\mathrm{\μ}}}$

其中R_w’＝R_w(1-χ_w)^μ，R_t是岩层的电阻率，R_w是原生水的电阻率，S_w是原生水所占岩层孔隙的分数体积，φ是孔隙所占岩石的分数体积。

10.权利要求5的方法，其中电阻率测量包括流电测量。

11.权利要求5的方法，其中电阻率测量包括电磁传播测量。

12.权利要求1的方法，其中测量碳和氧包括测量由源自中子源的中子与岩层中原子核的相互作用产生的非弹性伽马射线。

13.一种测井装置，其包括：

置入在设定为沿钻井孔运动的壳体中的脉冲中子源，该脉冲中子源被设定为对与钻井孔相邻的岩层进行辐射；

置入在壳体中并设定为测定由中子源产生的中子与岩层相互作用导致的岩层的辐射的多个辐射探测器，该辐射探测器设定为测定对至少两个不同的由钻井孔进入岩层的横向深度的与至少热中子捕获截面相关的辐射，并测定岩层中的碳和氧含量；以及，

设定用于对至少两个不同的由钻井孔进入岩层的横向深度测量岩层电阻率的电阻率传感器，纵向设定所述电阻率传感器和辐射探测器以响应基本上相同侵入深度的岩层。

14.权利要求13的装置，其中电阻率传感器包括聚焦流电传感器。

15.权利要求13的装置，其中电阻率传感器包括电磁传播传感器。

16.权利要求13的装置，其中辐射探测器包含设定为响应岩层密度的伽马射线探测器。

17.权利要求13的装置，其中发射探测器包括设定为响应岩层的氢指数的中子探测器。

18.权利要求13的装置，其中辐射探测器包括设定为响应岩层的光电效应的伽马射线探测器。

19.权利要求13的装置，其中辐射探测器包括设定为响应热中子捕获伽马射线的伽马射线探测器。

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