RU2502095C2

RU2502095C2 - Absolute elemental concentrations from nuclear spectroscopy

Info

Publication number: RU2502095C2
Application number: RU2011103537/28A
Authority: RU
Inventors: Джим А. ГРАУ; Маркус БЕРХАЙДЕ; Кристиан Столлер; Брэд РОСКО; Джеймс ТОРНТОН
Original assignee: Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2013-12-20
Also published as: CA2729550C; NO20110758A1; BRPI0914131A2; WO2010002796A2; AU2009267178A1; RU2011103537A; NO342144B1; AU2009267178B2; NO20110035A1; MX2011000008A; CN102084271B; WO2010002796A3; CN102084271A; CA2729550A1

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: neutron capture gamma-ray spectroscopy system includes: a downhole tool, having: a neutron source configured to emit neutrons into a subterranean formation to cause inelastic scattering events and neutron capture events; a neutron monitor configured to detect a count rate of the emitted neutrons; and a gamma-ray detector configured to obtain gamma-ray spectra derived at least in part from inelastic gamma-rays produced by the inelastic scattering events and neutron capture gamma-rays produced by the neutron capture events; and data processing circuitry configured to determine a relative elemental yield from the gamma-ray spectra and to determine an absolute elemental yield based at least in part on a normalisation of the relative elemental yield to the count rate of the emitted neutrons.

EFFECT: enabling determination of accurate elemental concentration in neutron capture gamma-ray spectroscopy.

32 cl, 6 dwg

Description

Уровень техникиState of the art

Настоящее раскрытие относится в основном к нейтронной гамма-спектроскопии и, более конкретно, к методикам для определения абсолютных концентраций элементов из нейтронной гамма-спектроскопии.The present disclosure relates generally to neutron gamma spectroscopy and, more particularly, to techniques for determining absolute concentrations of elements from neutron gamma spectroscopy.

При использовании ядерных скважинных инструментов можно определить концентрацию элементов подземной формации с использованием различных методик. Косвенное определение литологии формации может быть получено с использованием информации из измерений плотности и фотоэлектрического эффекта (PEF) из рассеивания гамма-излучения в формации. Прямое обнаружение элементов формации может быть получено путем обнаружения вызванного нейтронами гамма-излучения. Вызванное нейтронами гамма излучение может быть создано источником нейтронов, испускающим нейтроны в формацию, которые могут взаимодействовать с элементами формации посредством неупругого рассеяния, высокоэнергетических ядерных реакций или захватом нейтронов.When using nuclear downhole tools, it is possible to determine the concentration of underground formation elements using various techniques. An indirect determination of the formation lithology can be obtained using information from density and photoelectric effect (PEF) measurements from the scattering of gamma radiation in the formation. Direct detection of formation elements can be obtained by detecting neutron-induced gamma radiation. Neutron-induced gamma radiation can be generated by a neutron source that emits neutrons into the formation, which can interact with formation elements through inelastic scattering, high-energy nuclear reactions, or neutron capture.

Гамма-излучение, испускаемое во время событий неупругого рассеяния ("неупругое гамма-излучение") или во время событий захвата нейтронов, может иметь характеристические энергии, которые, на основании различных спектроскопических методик, могут идентифицировать конкретные изотопы, которые испустили гамма-излучение. Методики, использующие интерпретацию неупругой спектроскопии, могут быть основаны на отношениях содержания элементов, присущих неупругому гамма-излучению различных характеристических энергий. Это особенно касается количества детектированного гамма-излучения углерода относительно кислорода ("отношение С/О"), которое используется для оценки нефтенасыщенности формации. Преимуществом использования отношения является то, что некоторые инструментальные эффекты, такие как переменный выход нейтронов и многие эффекты среды будут нейтрализованы.Gamma radiation emitted during inelastic scattering events (“inelastic gamma radiation”) or during neutron capture events may have characteristic energies that, based on various spectroscopic techniques, can identify specific isotopes that emit gamma radiation. Techniques using the interpretation of inelastic spectroscopy can be based on the ratios of the content of elements inherent to inelastic gamma radiation of various characteristic energies. This is especially true of the amount of detected gamma radiation of carbon relative to oxygen (“C / O ratio”), which is used to evaluate the oil saturation of the formation. The advantage of using the ratio is that some instrumental effects, such as variable neutron yield and many medium effects, will be neutralized.

Недостатком использования отношения является то, что его обычно сложнее интерпретировать. Для простого случая оценки нефтенасыщенности в водонаполненной скважине, отношение С/О может быть осложнено гамма-излучением, связанным с кислородом из скважинного флюида и цементированного кольцеобразного зазора, при этом все гамма-излучение, связанное с углеродом, может быть выведено из формации.The disadvantage of using a relationship is that it is usually more difficult to interpret. For the simple case of estimating oil saturation in a water-filled well, the C / O ratio may be complicated by gamma radiation associated with oxygen from the wellbore fluid and a cemented annular gap, with all gamma radiation associated with carbon can be removed from the formation.

Похожие методики, использующие спектроскопию захвата нейтронов, могут использовать сбор и анализ энергетического спектра нейтронного гамма-излучения. Элементы, обычно включенные в спектр захвата нейтронов, могут включать в себя Si, Ca, Fe, S, Ti, Gd, H, Cl и другие, и иногда Al, Na, Mg, Mn и другие элементы в незначительных или следовых количествах. Однако концентрации элементов, определенные с использованием таких методик, могут также обычно идентифицировать только относительные концентрации элементов формации, кроме случаев, когда абсолютная концентрация элемента формации уже известна или правильно оценена.Similar techniques using neutron capture spectroscopy can use the collection and analysis of the energy spectrum of neutron gamma radiation. Elements typically included in a neutron capture spectrum may include Si, Ca, Fe, S, Ti, Gd, H, Cl, and others, and sometimes Al, Na, Mg, Mn, and other elements in minor or trace amounts. However, element concentrations determined using such techniques can also usually only identify relative concentrations of formation elements, unless the absolute concentration of the formation element is already known or correctly estimated.

Некоторые другие методики для оценки абсолютных концентраций элементов в формации могут использовать нормализацию оксидного замыкания данных спектрального каротажа, или могут использовать дополнительные данные спектрального каротажа с измерениями активации и/или естественного гамма-излучения. Однако нормализация замыкания может зависеть от точных зависимостей для неизмеренных элементов, которые могут меняться в зависимости от полной совокупности элементов формации. Дополнительно нормализация замыкания может зависеть от использования всех элементов, которые могут влиять на спектр (за исключением K и Al), при этом некоторые из них не могут быть так же точно определены, как другие. Использование активации и/или измерений естественного гамма излучения может также иметь различные недостатки. В частности, такие измерения могут часто использовать очень сложные инструменты и длительное время измерения.Some other techniques for estimating absolute concentrations of elements in a formation may use normalization of the oxide closure of spectral log data, or may use additional spectral log data with measurements of activation and / or natural gamma radiation. However, the normalization of the closure may depend on the exact dependencies for unmeasured elements, which can vary depending on the full set of formation elements. Additionally, the normalization of the closure may depend on the use of all elements that can affect the spectrum (with the exception of K and Al), while some of them cannot be determined as accurately as others. The use of activation and / or measurements of natural gamma radiation can also have various disadvantages. In particular, such measurements can often use very complex instruments and long measurement times.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Ниже излагаются некоторые аспекты, попадающие в объем изобретения с изначально заявленными вариантами осуществления. Следует понимать, что эти аспекты представлены исключительно для того, чтобы сообщить читателю краткое описание определенных форм, которые могут принимать варианты осуществления, и что эти аспекты не предназначены для ограничения объема вариантов осуществления. На самом деле, варианты осуществления могут включать в себя различные аспекты, которые могут быть не изложены ниже.The following are some aspects that fall within the scope of the invention with the originally declared options for implementation. It should be understood that these aspects are presented solely to provide the reader with a brief description of certain forms that the embodiments may take, and that these aspects are not intended to limit the scope of the embodiments. In fact, embodiments may include various aspects, which may not be set forth below.

Настоящие варианты осуществления, в общем, относятся к системам и способам для оценки абсолютной концентрации элементов в подземной формации с использованием нейтронной спектроскопии. Например, система для оценки абсолютного вклада элемента в подземную формацию может включать в себя скважинный инструмент и схему обработки данных. Скважинный инструмент может включать в себя источник нейтронов для испускания нейтронов в формацию, монитор нейтронов для обнаружения скорости счета испущенных нейтронов, детектор гамма-излучения для получения спектра гамма-излучения, выведенного, по меньшей мере, частично, из неупругого гамма-излучения, созданного событиями неупругого рассеяния, и гамма-излучения захвата нейтронов, созданного событиями захвата нейтронов. Схема обработки данных может быть сконфигурировано для определения относительного вклада элементов из спектра гамма-излучения и для определения абсолютного вклада элементов на основании, по меньшей мере, частично, нормализации относительного вклада элементов по скорости счета испущенных нейтронов.The present embodiments generally relate to systems and methods for estimating the absolute concentration of elements in an underground formation using neutron spectroscopy. For example, a system for assessing the absolute contribution of an element to an underground formation may include a downhole tool and a data processing circuit. A downhole tool may include a neutron source for emitting neutrons into the formation, a neutron monitor for detecting the count rate of emitted neutrons, a gamma radiation detector for acquiring a gamma radiation spectrum derived, at least in part, from inelastic gamma radiation generated by events inelastic scattering, and gamma radiation neutron capture generated by neutron capture events. The data processing scheme may be configured to determine the relative contribution of elements from the gamma-ray spectrum and to determine the absolute contribution of elements based at least in part on normalizing the relative contribution of elements from the count rate of the emitted neutrons.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Преимущества настоящего раскрытия могут стать понятными после прочтения следующего подробного описания и после обращения к чертежам, на которых:The advantages of the present disclosure may become apparent after reading the following detailed description and after referring to the drawings, in which:

Фиг.1 является схематической блок-диаграммой системы, включающей в себя скважинный инструмент и схему обработки данных для измерения абсолютных концентраций элементов на основании спектрального анализа, вызванного нейтронами гамма-излучения, в соответствии с вариантом осуществления;Figure 1 is a schematic block diagram of a system including a downhole tool and a data processing circuit for measuring absolute element concentrations based on spectral analysis caused by gamma-ray neutrons, in accordance with an embodiment;

Фиг.2 является схематической блок-диаграммой операции скважинного каротажа с использованием скважинного инструмента на фиг.1, в соответствии с вариантом осуществления;FIG. 2 is a schematic flowchart of a logging operation using the downhole tool of FIG. 1, in accordance with an embodiment;

Фиг.3 является блок-схемой, описывающей вариант осуществления способа для определения абсолютных вкладов элементов в формацию на основании измерений вызванного нейтронами гамма-излучения, в соответствии с вариантом осуществления;FIG. 3 is a flowchart describing an embodiment of a method for determining absolute contributions of elements to a formation based on measurements of neutron-induced gamma radiation, in accordance with an embodiment;

Фиг.4 является блок-схемой, описывающей вариант осуществления способа для определения парциальных абсолютных вкладов элементов в формацию и скважину на основании измерений вызванного нейтронами гамма-излучения, в соответствии с вариантом осуществления;4 is a flowchart describing an embodiment of a method for determining partial absolute contributions of elements to a formation and a well based on measurements of neutron-induced gamma radiation, in accordance with an embodiment;

Фиг.5 является блок-схемой, описывающей вариант осуществления способа для определения абсолютных концентраций элементов на основании определенных абсолютных вкладов элементов, в соответствии с вариантом осуществления; и5 is a flowchart describing an embodiment of a method for determining absolute concentrations of elements based on certain absolute contributions of elements, in accordance with an embodiment; and

Фиг.5 является блок-схемой, описывающей вариант осуществления способа для проверки абсолютных концентраций элементов с использованием методик оксидного замыкания и относительных вкладов, в соответствии с вариантом осуществления.5 is a flowchart describing an embodiment of a method for checking absolute element concentrations using oxide closure techniques and relative contributions, in accordance with an embodiment.

Подробное описание конкретных вариантов осуществленияDetailed Description of Specific Embodiments

Ниже будут рассмотрены одно или более конкретных вариантов осуществления. В целях обеспечения краткости описания этих вариантов осуществления, в спецификации будут описаны не все признаки реальной реализации. Следует оценить, что в разработке любого такого реального воплощения, в любом инженерном или конструкторском проекте, должны быть приняты многие специфические для реализации решения для достижения конкретных целей разработчика, такие как соблюдение связанных с системой и бизнесом ограничений, которые могут изменяться от одной реализации к другой. Более того, следует оценить, что такая разработка может сложной и требующей времени, но, тем не менее, будет обычной работой, выполняемой при конструировании, изготовлении и производстве для специалистов в данной области методики, имеющих преимущества этого раскрытия.One or more specific embodiments will be discussed below. In order to provide a concise description of these embodiments, not all features of the actual implementation will be described in the specification. It should be appreciated that in the development of any such real implementation, in any engineering or design project, many implementation-specific decisions must be made to achieve the specific goals of the developer, such as compliance with system and business constraints that may vary from one implementation to another . Moreover, it should be appreciated that such a development may be complex and time-consuming, but, nevertheless, it will be the usual work performed in the design, manufacture and production of methods for specialists in this field having the advantages of this disclosure.

Варианты осуществления раскрытого здесь предмета обсуждения относятся в основном к системам и способам для спектроскопии вызванного нейтронами гамма-излучения. В частности, раскрытый здесь предмет обсуждения относится к методикам для определения абсолютных концентраций элементов подземной формации. Эти методики могут использовать события неупругого рассеяния и события захвата нейтронов в подземной формации, вызванные путем бомбардирования формации нейтронами, которое может вызвать испускание неупругого и вызванного захватом нейтронов гамма-излучения. Неупругое и вызванное захватом нейтронов гамма-излучение может иметь энергетические спектры, которые являются характеристическими для элементов, от которых они получены.Embodiments of the subject of discussion disclosed herein relate primarily to systems and methods for spectroscopy of neutron-induced gamma radiation. In particular, the subject of discussion disclosed herein relates to techniques for determining absolute concentrations of elements of an underground formation. These techniques can utilize inelastic scattering events and neutron capture events in an underground formation caused by neutron bombardment of the formation, which can cause the emission of inelastic and neutron capture gamma radiation. Inelastic gamma radiation caused by neutron capture can have energy spectra that are characteristic of the elements from which they are derived.

Количество испущенных нейтронов может быть отслежено или известно другим способом, и результирующие спектры гамма-излучения могут быть измерены и нормализованы относительно отслеженного выхода нейтронов. Было определено, что оценки абсолютных концентраций элементов могут быть выведены из абсолютных вкладов элементов в гамма-спектроскопию, что может соответствовать вкладу в гамма-спектроскопию, нормализованному наблюдаемым или известным выходом нейтронов и различным коррекциям среды для учета свойств формации и/или скважины. Как здесь используется, термин "абсолютный вклад" не означает предположение того, что спектроскопические измерения гамма-излучения выполняются относительно известного элемента формации. А точнее, может не потребоваться прямого измерения других элементов для вывода эмпирического closure factor в соответствии с методиками, описанными ниже.The number of emitted neutrons can be tracked or known in another way, and the resulting gamma-ray spectra can be measured and normalized with respect to the tracked neutron yield. It was determined that estimates of the absolute concentrations of elements can be derived from the absolute contributions of elements to gamma spectroscopy, which may correspond to the contribution to gamma spectroscopy normalized by the observed or known neutron yield and various medium corrections to take into account the properties of the formation and / or well. As used here, the term "absolute contribution" does not mean the assumption that spectroscopic measurements of gamma radiation are performed relative to a known element of the formation. More specifically, it may not be necessary to directly measure other elements to derive an empirical closure factor in accordance with the techniques described below.

Имея в виду вышеупомянутое, фиг.1 иллюстрирует систему 10 для определения абсолютных концентраций элементов подземной формации, которая включает в себя скважинный инструмент 12 и систему 14 обработки данных. В качестве примера, скважинный инструмент 12 может быть канатными или кабельным инструментом для каротажа существующей скважины, или может быть установлен в забойном агрегате для каротажа во время бурения (LWD). Система 14 обработки данных может быть встроена в скважинный инструмент 12 или может быть в удаленном месте. Скважинный инструмент 12 может быть окружен корпусом 16.Bearing in mind the above, FIG. 1 illustrates a system 10 for determining absolute concentrations of elements of an underground formation, which includes a downhole tool 12 and a data processing system 14. As an example, the downhole tool 12 may be a wireline or cable tool for logging an existing well, or may be installed in a downhole tool for logging while drilling (LWD). The data processing system 14 may be integrated in the downhole tool 12 or may be in a remote location. Downhole tool 12 may be surrounded by a housing 16.

Скважинный инструмент 12 может включать в себя источник 18 нейтронов, выполненный с возможностью испускать нейтроны в подземную формацию. В качестве примера, источник 18 нейтронов может быть электронным источником нейтронов, таким как Minitron™ компании Schlumberger Technology Corporation, который может создавать импульсы нейтронов при реакциях d-D и/или d-T. Дополнительно или в качестве альтернативы, источник 18 нейтронов может быть радиоактивным источником, таким как AmBe или ²⁵²Cf источником.The downhole tool 12 may include a neutron source 18 configured to emit neutrons into an underground formation. By way of example, the neutron source 18 may be an electronic neutron source, such as a Minitron ™ from Schlumberger Technology Corporation, which can generate neutron pulses in dD and / or dT reactions. Additionally or alternatively, the neutron source 18 may be a radioactive source, such as an AmBe or ²⁵² Cf source.

Выход нейтронов из источника 18 нейтронов может быть известным через использование различных методик. Например, если источник 18 нейтронов включает в себя радиоактивный источник, абсолютный выход источника 18 нейтронов может быть определен посредством калибровки. Дополнительно, абсолютный выход источника 18 нейтронов может быть определен путем вычисления изменения активности источника 18 нейтронов как функции от времени с момента калибровки, поскольку радиоактивный источник может следовать известному экспоненциальному закону распада, и может иметь известный период полураспада.The neutron yield from the neutron source 18 can be known through the use of various techniques. For example, if the neutron source 18 includes a radioactive source, the absolute output of the neutron source 18 can be determined by calibration. Additionally, the absolute yield of the neutron source 18 can be determined by calculating the change in the activity of the neutron source 18 as a function of time since calibration, since the radioactive source can follow the known exponential decay law, and can have a known half-life.

Если источник 18 нейтронов включает в себя электронный генератор нейтронов, заданный постоянный выход источника 18 нейтронов может зависеть от многих параметров, которые управляют генерацией нейтронов и, таким образом, выход нейтронов источника 18 нейтронов. Эти параметры могут включать в себя, среди прочего, поток пучка ионов, поддерживаемый внутри трубки генератора нейтронов, ускоряющееся высокое напряжение, приложенное к трубке, и работу источника ионов. Однако, даже если все эти параметры точно регулируются, постоянных выход нейтронов не может быть гарантирован, поскольку кратковременные флюктуации выхода нейтронов могут возникать в связи с изменениями в характеристиках работы генератора нейтронов в зависимости от времени и температуры. Дополнительно, долгосрочные измерения вследствие старения трубки генератора могут дополнительно сказываться на выходе нейтронов источника 18 нейтронов.If the neutron source 18 includes an electronic neutron generator, the predetermined constant output of the neutron source 18 may depend on many parameters that control the generation of neutrons and thus the neutron output of the neutron source 18. These parameters may include, inter alia, the ion beam flux maintained inside the tube of the neutron generator, the accelerating high voltage applied to the tube, and the operation of the ion source. However, even if all these parameters are precisely controlled, a constant neutron yield cannot be guaranteed, since short-term fluctuations in the neutron yield can occur due to changes in the characteristics of the neutron generator depending on time and temperature. Additionally, long-term measurements due to aging of the generator tube may additionally affect the neutron yield of the neutron source 18.

Соответственно, в некоторых вариантах осуществления, монитор 20 нейтронов может наблюдать выход нейтронов из источника 18 нейтронов. Монитор 20 нейтронов может быть, например, пластиковыми сцинтилляторами или фотоумножителями, которые могут в первую очередь обнаруживать не рассеянные нейтроны непосредственно из источника 18 нейтронов, и может обеспечивать сигнал скорости счета пропорционально скорости выхода нейтронов из источника 18 нейтронов. Как описано более подробно ниже, выход нейтронов, определенный или через калибровку источника 18 нейтронов и/или подходящие вычисления, или через использование монитора 20 нейтронов, может быть использован для определения абсолютных спектральных вкладов, принадлежащих различным элементам формации.Accordingly, in some embodiments, the neutron monitor 20 may observe neutron output from the neutron source 18. The neutron monitor 20 can be, for example, plastic scintillators or photomultipliers, which can primarily detect non-scattered neutrons directly from a neutron source 18, and can provide a count rate signal in proportion to the neutron exit velocity from a neutron source 18. As described in more detail below, the neutron yield, determined either through the calibration of the neutron source 18 and / or suitable calculations, or through the use of a neutron monitor 20, can be used to determine the absolute spectral contributions belonging to various elements of the formation.

Нейтронный защитный экран 22 может отделять источник 18 нейтронов от различных детекторов в скважинном инструменте 12. Похожий защитный экран 24, который может содержать такие элементы, как свинец, могут препятствовать гамма-излучению проходить между различными детекторами скважинного инструмента 12. Скважинный инструмент 12 может дополнительно включать в себя один или более детекторов гамма-излучения, и может включать в себя три и более детекторов гамма-излучения. Скважинный инструмент 12, проиллюстрированный на фиг.1, включает в себя два детектора 26 и 28 гамма-излучения. Относительные положения детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения в скважинном инструменте 12 могут меняться.The neutron shield 22 may separate the neutron source 18 from various detectors in the downhole tool 12. A similar shield 24, which may contain elements such as lead, can prevent gamma radiation from passing between the various detectors of the downhole tool 12. The downhole tool 12 may further include one or more gamma radiation detectors, and may include three or more gamma radiation detectors. The downhole tool 12 illustrated in FIG. 1 includes two gamma radiation detectors 26 and 28. The relative positions of the gamma-ray detectors 26 and / or 28 in the downhole tool 12 may vary.

Детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения могут быть заключены в соответствующие корпусы 30. Кристаллы 32 сцинтилляторов в детекторах 26 и/или 28 гамма-излучения делают возможным обнаружение импульсов или спектра гамма-излучения путем испускания света, когда гамма-излучение рассеивается или захватывается в кристалле 32 сцинтиллятора. Кристаллы 32 сцинтиллятора могут быть неорганическими детекторами сцинтилляций, содержащих, например, NaI(Tl), LaCl₃, LaBr₃, BGO, GSO, YAP и/или другие подходящие материалы. Корпуса 34 могут окружать кристаллы 32 сцинтиллятора. Фотодетекторы 36 могут детектировать свет, испущенный кристаллами 32 сцинтиллятора, когда гамма-излучение поглощается и свет проходит через оптическое окно 38. Детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения могут быть сконфигурированы для получения импульса гамма-излучения или спектра гамма-излучения, и могут, таким образом, включать в себя анализатор высоты импульса гамма-излучения.Gamma radiation detectors 26 and / or 28 can be enclosed in respective housings 30. Scintillator crystals 32 in the gamma radiation detectors 26 and / or 28 make it possible to detect pulses or the gamma radiation spectrum by emitting light when gamma radiation is scattered or captured there are 32 scintillators in the crystal. Scintillator crystals 32 may be inorganic scintillation detectors containing, for example, NaI (Tl), LaCl ₃ , LaBr ₃ , BGO, GSO, YAP and / or other suitable materials. Housings 34 may surround the scintillator crystals 32. Photodetectors 36 can detect light emitted by scintillator crystals 32 when gamma radiation is absorbed and light passes through an optical window 38. Gamma radiation detectors 26 and / or 28 can be configured to receive a gamma radiation pulse or gamma radiation spectrum, and can thus include a gamma ray pulse height analyzer.

Один или более детекторов 21 нейтронов могут быть расположены где-либо в скважинном инструменте 12, и могут быть использованы для определения различных корректирующих факторов среды, как описано ниже. В частности, один или более детекторы 21 нейтронов могут быть тепловыми, надтепловыми или детекторами быстрых нейтронов, которые могут позволять измерять зависимость теплового или надтеплового потока нейтронов поблизости от детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения. Этот тепловой и/или надтепловой поток нейтронов может быть измерен или оценен одним или более детекторами 21 нейтронов, расположенных на некотором расстоянии от источника 18 нейтронов.One or more neutron detectors 21 can be located anywhere in the downhole tool 12, and can be used to determine various corrective environmental factors, as described below. In particular, one or more neutron detectors 21 may be thermal, epithermal, or fast neutron detectors, which may be able to measure the dependence of the thermal or epithermal neutron flux in the vicinity of gamma radiation detectors 26 and / or 28. This thermal and / or epithermal neutron flux can be measured or estimated by one or more neutron detectors 21 located at a distance from the neutron source 18.

Сигналы от монитора 20 нейтрона, от одного или более детекторов 21 нейтронов и детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения могут быть переданы системе 14 обработки данных как данные 40 и/или могут быть обработаны или предварительно обработаны встроенным процессором в скважинном инструменте 12. Система 14 обработки данных может включать в себя компьютер общего назначения, такой как персональный компьютер, выполненный с возможностью исполнять различное программное обеспечение, включающее в себя программное обеспечение, воплощающее все или часть настоящих методик. В качестве альтернативы система 14 обработки данных может включать в себя, среди прочего, мэйнфрейм, распределенную вычислительную систему, или специфичный для приложения компьютер или рабочую станцию, выполненную с возможностью реализовывать все или часть настоящих методик на основании специализированного программного обеспечения и/или оборудования, обеспеченного как часть системы. Далее, система 14 обработки данных может включать в себя или один процессор или множество процессоров для облегчения реализации раскрытой здесь функциональности.The signals from the neutron monitor 20, from one or more neutron detectors 21 and gamma radiation detectors 26 and / or 28 can be transmitted to the data processing system 14 as data 40 and / or can be processed or pre-processed by the integrated processor in the downhole tool 12. System 14, the data processing may include a general purpose computer, such as a personal computer, configured to execute various software including software embodying all or part of yaschih techniques. Alternatively, the data processing system 14 may include, among other things, a mainframe, a distributed computing system, or an application-specific computer or workstation configured to implement all or part of these techniques based on specialized software and / or hardware provided as part of the system. Further, the data processing system 14 may include either one processor or multiple processors to facilitate implementation of the functionality disclosed herein.

В основном, система 14 обработки данных может включать в себя схему 44 обработки данных, которая может быть микроконтроллером или микропроцессором, таким как процессор (CPU), который может выполнять различные процедуры и обрабатывающие функции. Например, схема 44 обработки данных может выполнять различные инструкции операционной системы, а также процедуры программного обеспечения, сконфигурированные для осуществления определенных процессов, и хранящиеся в или на предоставленных производителем средствах, таких как компьютерно читаемый носитель, такой как устройство памяти (например, память с произвольным доступом (RAM) персонального компьютера) или один или несколько устройств хранения данных (например, внутренний или внешний жесткий диск, устройство твердотельной памяти, CD-ROM, DVD, или другое устройство хранения). В дополнение, схема 44 обработки данных может обрабатывать данные, предоставленные в виде входных данных для различных процедур или программ программного обеспечения, включающих в себя данные 40.Basically, the data processing system 14 may include a data processing circuit 44, which may be a microcontroller or microprocessor, such as a processor (CPU), which can perform various procedures and processing functions. For example, data processing circuitry 44 may execute various operating system instructions as well as software procedures configured to perform certain processes and stored in or on manufacturer-provided means, such as a computer-readable medium, such as a memory device (e.g., random-access memory access (RAM) of a personal computer) or one or more data storage devices (e.g. internal or external hard drive, solid state memory device, CD-ROM, DVD, or other storage device). In addition, the data processing circuitry 44 may process data provided as input to various procedures or software programs including data 40.

Такие данные, связанные с настоящими методиками, могут храниться или обеспечиваться в памяти или устройстве хранения данных система 14 обработки данных. В качестве альтернативы, такие данные могут быть предоставлены схеме 44 обработки данных система 14 обработки данных посредством одного или нескольких устройств ввода. В одном варианте осуществления, схема 42 сбора данных может представлять одно такое устройство ввода; однако устройства ввода могут также включать в себя ручные устройства ввода, такие как клавиатура, мышь или тому подобное. В дополнение, устройства ввода могут включать в себя сетевые устройства, такие как проводные или беспроводные карты Ethernet, беспроводной сетевой адаптер, или любые различные порты или устройства, выполненные с возможностью облегчать соединение с другими устройствами посредством любой подходящей сети связи, такой как локальная сеть или интернет. Через такое сетевое устройство система 14 обработки данных может обмениваться данными и соединяться с другими сетевыми электронными системами, расположенными поблизости или удаленными от системы. Сеть может включать в себя различные компоненты, которые облегчают связь, включая в себя коммутаторы, роутеры, сервера или другие компьютеры, сетевые адаптеры, соединительные кабели, и так далее.Such data associated with the present techniques may be stored or provided in a memory or data storage device of the data processing system 14. Alternatively, such data may be provided to the data processing circuit 44 of the data processing system 14 via one or more input devices. In one embodiment, the data acquisition circuit 42 may represent one such input device; however, input devices may also include manual input devices such as a keyboard, mouse, or the like. In addition, input devices may include network devices such as wired or wireless Ethernet cards, a wireless network adapter, or any various ports or devices configured to facilitate connection to other devices via any suitable communication network, such as a local area network or the Internet. Through such a network device, the data processing system 14 can exchange data and connect to other network electronic systems located nearby or remote from the system. A network may include various components that facilitate communication, including switches, routers, servers or other computers, network adapters, patch cables, and so on.

Скважинный инструмент 12 может передавать данные 40 схеме 42 сбора данных система 14 обработки данных через, например, нисходящее соединение телеметрической системы или соединительный кабель. После приема данных 40, схема 42 сбора данных может передавать данные 40 схеме 44 обработки данных. В соответствии с одной или более хранящихся процедур, схема 44 обработки данных может обрабатывать данные 40 для получения одного или более свойств подземной формации, окружающей скважинный инструмент 12. Такая обработка может использовать, например, одну или более методик для оценки абсолютного вклада элементов формации на основании абсолютных спектральных вкладов гамма-излучения неупругого рассеяния и/или захвата нейтронов. Схема 44 обработки данных может после этого выводить отчет 46, показывающий одно или более выявленных свойств формации. Отчет 46 может храниться в памяти или может быть предоставлен оператору через одно или несколько устройств вывода, такое как электронный дисплей и/или принтер.The downhole tool 12 may transmit data 40 to the data collection circuit 42 of the data processing system 14 via, for example, a downlink telemetry system connection or a connection cable. After receiving data 40, data collection circuitry 42 may transmit data 40 to data processing circuitry 44. According to one or more stored procedures, data processing circuitry 44 may process the data 40 to obtain one or more properties of the subterranean formation surrounding the downhole tool 12. Such processing may use, for example, one or more techniques to evaluate the absolute contribution of formation elements based on absolute spectral contributions of gamma radiation from inelastic scattering and / or neutron capture. The data processing circuit 44 may then output a report 46 showing one or more identified formation properties. The report 46 may be stored in memory or may be provided to an operator through one or more output devices, such as an electronic display and / or printer.

Фиг.2 иллюстрирует операцию 48 скважинного каротажа вызванным нейтронами гамма-излучением, которая использует размещение скважинного инструмента 12 в окружающей подземной формации 50. В операции 48, изображенной на фиг.2, скважинный инструмент 12 был опущен в скважину 52. Операция 48 скважинного каротажа может начинаться, когда источник 18 нейтронов выводит нейтроны 54 в окружающую формацию 50. Если источник 18 нейтронов испускает нейтроны примерно в 14.1 МэВ, например, 14.1 МэВ нейтроны могут сталкиваться с ядрами в окружающей формации 50 посредством событий неупругого рассеивания, что может создавать гамма-излучение 58 и заставлять нейтроны из импульса нейтронов 54 терять энергию. По мере того, как нейтроны 54 теряют энергию, чтобы становиться надтепловыми и тепловыми нейтронами, они могут быть абсорбированы ядрами формации 50 в событиях 60 захвата нейтронов, которые могут создавать гамма-излучение 62 захвата нейтронов. Если источник нейтронов испускает только нейтроны 54 с энергией, недостаточной для создания событий неупругого рассеяния, то могут происходить практически только события 60 захвата нейтронов.FIG. 2 illustrates neutron-induced gamma-ray logging operation 48, which utilizes the placement of the logging tool 12 in the surrounding subterranean formation 50. In operation 48 of FIG. 2, the logging tool 12 was lowered into the well 52. The logging operation 48 may start when the neutron source 18 brings neutrons 54 to the surrounding formation 50. If the neutron source 18 emits neutrons at about 14.1 MeV, for example, 14.1 MeV neutrons can collide with nuclei in the surrounding formation 50 by being inelastic scattering, which can create gamma radiation 58 and cause neutrons from the neutron momentum 54 to lose energy. As neutrons 54 lose energy to become suprathermal and thermal neutrons, they can be absorbed by nuclei of formation 50 in neutron capture events 60, which can create gamma radiation 62 neutron capture. If a neutron source emits only neutrons 54 with energy insufficient to create inelastic scattering events, then practically only neutron capture events 60 can occur.

Неупругое гамма-излучение 58 и/или гамма-излучение 62 захвата нейтронов может быть обнаружено детекторами 26 и/или 28 гамма-излучения. Как было отмечено выше, спектр гамма-излучения 58 и 62 может быть характеристическим для элементов, из которых оно получено. Поэтому, спектр гамма-излучения 58 и/или 62 может быть проанализирован для определения вкладов элементов.Inelastic gamma radiation 58 and / or gamma radiation 62 neutron capture can be detected by detectors 26 and / or 28 gamma radiation. As noted above, the gamma-ray spectrum 58 and 62 may be characteristic of the elements from which it is derived. Therefore, the gamma-ray spectrum 58 and / or 62 can be analyzed to determine the contributions of the elements.

Одновременно с этим, монитор 20 нейтронов около источника 18 нейтронов может измерять абсолютных выход нейтронов источника 18 нейтронов. Как дополнительно описано ниже, взаимосвязь между обнаруженным спектром гамма-излучением 58 и/или 62 и абсолютным выходом нейтронов источника 18 нейтронов может показывать абсолютный вклад элемента. Однако могут возникнуть несколько трудностей из-за эффектов среды формации 50 и скважины 52. Например, детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения обычно способны только обнаруживать неупругое гамма-излучение 58 и/или гамма-излучение 62 захвата нейтронов, которое возникает в определенных регионах формации 50 вблизи соответствующих детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения. Часть общего потока нейтронов может выйти из таких регионов, и эта часть может зависеть от различных факторов среды. Чем меньше нейтронов 54 достигнут региона формации 50, к которым чувствительны детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения, тем меньше может быть создано обнаруживаемого гамма-излучения 58 и/или 62. Длина замедления является одним из факторов, который может оказывать влияние на этот эффект.At the same time, a neutron monitor 20 near a neutron source 18 can measure the absolute neutron yield of a neutron source 18. As further described below, the relationship between the detected gamma-ray spectrum 58 and / or 62 and the absolute neutron yield of the neutron source 18 may indicate the absolute contribution of the element. However, several difficulties may arise due to the effects of formation medium 50 and well 52. For example, gamma-ray detectors 26 and / or 28 are usually only able to detect inelastic gamma radiation 58 and / or gamma radiation 62 neutron capture that occurs in certain regions of the formation 50 near the respective gamma-ray detectors 26 and / or 28. Part of the total neutron flux can leave such regions, and this part may depend on various environmental factors. The fewer neutrons 54 reached the region of the formation 50, to which the gamma radiation detectors 26 and / or 28 are sensitive, the less detectable gamma radiation 58 and / or 62 can be created. The slowdown length is one of the factors that can affect this Effect.

Точно так же, из-за того, что источник 18 нейтронов и детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения не расположены в одном месте, скорость счета нейтронов, измеренная одним или более детекторами 21 нейтронов, может потребовать корректировки геометрических эффектов вариации потока нейтронов в зоне формации 50, к которой чувствительны детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения. Дополнительные измерения из других инструментов и/или моделирование могут быть использованы для оценки части потерянных нейтронов 54, а также изменения в эффективном пространственном угле детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения. Несколько факторов могут влиять на этот эффект, многие из которых могут быть учтены с использованием различных параметров, как описано ниже.Similarly, due to the fact that the neutron source 18 and the gamma radiation detectors 26 and / or 28 are not located in one place, the neutron count rate measured by one or more neutron detectors 21 may require adjustment of the geometric effects of neutron flux variation in formation zone 50 to which gamma-ray detectors 26 and / or 28 are sensitive. Additional measurements from other tools and / or modeling can be used to estimate a part of the lost neutrons 54, as well as changes in the effective spatial angle of gamma radiation detectors 26 and / or 28. Several factors can influence this effect, many of which can be taken into account using various parameters, as described below.

Другая трудность, которая может возникнуть, может быть специфической для измерения гамма-излучения 62 захвата нейтронов. В частности, количество тепловых нейтронов, которые достигают объема формации 50, исследуемого детекторами 26 и/или 28 гамма-излучения, может не быть прямо пропорциональным абсолютному выходу высокоэнергетических нейтронов (например, 14,1 МэВ). Точнее, поток тепловых нейтронов может зависеть от транспорта нейтронов и времени жизни тепловых нейтронов в формации 50 до захвата. В связи с этим, дополнительные измерения из других инструментов и/или моделирование может быть использовано для оценки части тепловых нейтронов, которые достигают объема формации 50, исследуемой детекторами 26 и/или 28 гамма-излучения. Одним фактором в таком вычислении может быть сигма-измерение формации 50, которое представляет макроскопическое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов формации 50.Another difficulty that may arise may be specific to the measurement of gamma radiation 62 neutron capture. In particular, the number of thermal neutrons that reach the volume of the formation 50 studied by gamma-ray detectors 26 and / or 28 may not be directly proportional to the absolute yield of high-energy neutrons (for example, 14.1 MeV). More precisely, the thermal neutron flux may depend on the neutron transport and the thermal neutron lifetime in formation 50 prior to capture. In this regard, additional measurements from other tools and / or modeling can be used to estimate the portion of thermal neutrons that reach the volume of the formation 50, studied by the gamma-ray detectors 26 and / or 28. One factor in such a calculation may be a sigma measurement of the formation 50, which is a macroscopic cross section for thermal neutron capture of the formation 50.

Затухание гамма-излучения 58 и/или 62 может быть также вызвано средой формации 50. Поскольку на затухание гамма-излучения может влиять плотность формации 50, такое измерение может быть использовано для учета этих эффектов. И наконец, присутствие скважины 52 может также осложнять полученные измерения гамма-излучения 58 и/или 62 детекторами 26 и/или 28 гамма-излучения. Эффекты среды скважины 52 могут быть учтены путем использования дополнительных измерений параметров скважины 52 и моделированием, которые могут включать в себя диаметр скважины 52 и/или измерения или оценку сигмы скважины 52.The attenuation of gamma radiation 58 and / or 62 may also be caused by the environment of the formation 50. Since the attenuation of gamma radiation can be affected by the density of the formation 50, such a measurement can be used to account for these effects. Finally, the presence of well 52 may also complicate the obtained measurements of gamma radiation 58 and / or 62 with gamma radiation detectors 26 and / or 28. The effects of the environment of the well 52 can be taken into account by using additional measurements of the parameters of the well 52 and modeling, which may include the diameter of the well 52 and / or measurements or estimation of the sigma of the well 52.

Если скважинный инструмент включает в себя детектор 21 нейтронов поблизости с детекторами 26 и/или 28 гамма-излучения, этот детектор 21 нейтронов может быть использован для измерения потока тепловых и/или надтепловых нейтронов, связанных с регионом формации 50 и/или скважины 52, исследуемых детекторами 26 и/или 28 гамма-излучения. Эти измерения могут раскрывать определенные характеристики среды формации 50, которые могут быть скорректированы путем использования методик, описанных ниже.If the downhole tool includes a neutron detector 21 in proximity to gamma radiation detectors 26 and / or 28, this neutron detector 21 can be used to measure the flux of thermal and / or epithermal neutrons associated with the region of formation 50 and / or well 52 being investigated detectors 26 and / or 28 gamma radiation. These measurements may reveal certain characteristics of the formation environment 50, which can be adjusted using the techniques described below.

Фиг.3 и фиг.4 представляют различные варианты осуществления способов для определения абсолютного вклада элементов из детектированного спектра гамма-излучения. Методики, описанные на фиг.3 и фиг.4, представляют методики, которые могут использовать скважинный инструмент 12 и/или систему 14 обработки данных. Обратимся сначала к фиг.3, на котором блок-схема 64 начинается с этапа 66, когда скважинный инструмент опускается в формацию 50 и источник 18 нейтронов скважинного инструмента 12 излучает нейтроны 54 в окружающую формацию 50. На этапе 68, который может выполняться одновременно с этапом 66, абсолютный выход нейтронов источника 18 нейтронов может быть измерен с использованием монитора 20 нейтронов около источника 18 нейтронов. Дополнительно или в качестве альтернативы, абсолютный выход нейтронов источника 18 нейтронов может быть оценен позже на основании калибровки источника 18 нейтронов и моделей радиоактивного распада. На этапе 70 детекторы 26 и/или 28 гамма-излучения могут измерять спектр гамма-излучения 58 и/или 62 неупругого рассеяния и захвата нейтронов, которые может быть создано, когда нейтроны 54 взаимодействуют с формацией 50.Figure 3 and figure 4 represent various embodiments of the methods for determining the absolute contribution of elements from the detected spectrum of gamma radiation. The techniques described in FIGS. 3 and 4 represent techniques that can use the downhole tool 12 and / or data processing system 14. Referring first to FIG. 3, the flowchart 64 begins at step 66, when the downhole tool lowers into formation 50 and the neutron source 18 of the downhole tool 12 emits neutrons 54 into the surrounding formation 50. In step 68, which can be performed simultaneously with step 66, the absolute neutron yield of a neutron source 18 can be measured using a neutron monitor 20 near a neutron source 18. Additionally or alternatively, the absolute neutron yield of the neutron source 18 can be estimated later based on the calibration of the neutron source 18 and radioactive decay models. At step 70, gamma-ray detectors 26 and / or 28 can measure the gamma-ray spectrum 58 and / or 62 of inelastic neutron scattering and capture, which can be generated when neutrons 54 interact with formation 50.

Этапы с 71 по 76 могут включать в себя в основном этапы обработки, которые могут иметь место в процессоре, встроенном в скважинный инструмент 12 и/или систему 14 обработки данных. На этапе 71, измеренный спектр гамма-излучения может быть разделен на составные спектры элементов, или относительные вклады элементов. На этапе 72, эти относительные вклады элементов из гамма-излучения, имеющие отношение к интересующему спектральному региону, могут быть нормализованы по выходу нейтронов источника 18 нейтронов, что может дать нескорректированный абсолютный вклад элементов формации 50. На этапе 74, различные факторы могут быть учтены для корректировки эффектов среды формации 50 и/или скважины 52, которые могут влиять на измеренный спектр гамма-излучения 58 и/или 62. На этапе 76, на основании описанных выше отношений, одна или более абсолютных концентраций элементов формации 50 может быть определена, как описано ниже со ссылкой на Уравнение (1). Эти этапы могут быть выполнены в любом порядке, и могут начинаться с расчета, например, следующего отношения:Steps 71 to 76 may include mainly processing steps that may take place in a processor integrated in the downhole tool 12 and / or data processing system 14. At step 71, the measured spectrum of gamma radiation can be divided into composite spectra of the elements, or the relative contributions of the elements. At step 72, these relative contributions of elements from gamma radiation related to the spectral region of interest can be normalized by the neutron yield of the neutron source 18, which may produce an uncorrected absolute contribution of formation elements 50. At step 74, various factors can be considered for adjusting the effects of the formation environment 50 and / or well 52, which may affect the measured gamma-ray spectrum 58 and / or 62. At step 76, based on the relationships described above, one or more absolute concentrations of the elements formation 50 may be determined as described below with reference to Equation (1). These steps can be performed in any order, and can begin by calculating, for example, the following relationship:

(one)

В приведенном выше уравнении 1, A_i представляет абсолютные вклады для каждого элемента i. Y_i представляет относительные вклады элементов, или части измеренного спектра гамма-излучения, соотнесенного с элементом i. TotCR представляет полную скорость счета в регионе спектра, используемую в спектральном анализе для извлечения относительных вкладов. nCR представляет определенный выход нейтронов 54 из источника 18 нейтронов, как полученный посредством измерения абсолютного количества нейтронов монитором 20 нейтронов и/или через оценку с помощью калибровки или модели радиоактивного излучения. F представляет фактор коррекции среды, учитывающий параметры скважины 52 и/или формации 50. Как упоминалось выше, такие коррекции среды могут учитывать перенос нейтронов и затухание гамма-излучения среди прочего. Эти коррекции среды и параметры обсуждены более подробно ниже.In the above equation 1, A _i represents the absolute contributions for each element i. Y _i represents the relative contributions of the elements, or parts of the measured gamma-ray spectrum, associated with element i. TotCR represents the total count rate in the region of the spectrum used in spectral analysis to extract relative contributions. nCR represents a specific neutron yield 54 from a neutron source 18, as obtained by measuring the absolute number of neutrons by a neutron monitor 20 and / or through an estimate using a calibration or model of radiation. F represents a medium correction factor that takes into account the parameters of the well 52 and / or formation 50. As mentioned above, such medium corrections can take into account neutron transfer and gamma-ray attenuation, among other things. These environment corrections and parameters are discussed in more detail below.

На фиг.4 блок-схема 78 описывает вариант осуществления способа для определения парциальных абсолютных вкладов концентраций элементов в формации 50 и скважине 52. Блок-схема 78 начинается с этапа 80, когда скважинный инструмент 12 опускается в формацию 50, и источник 18 нейтронов скважинного инструмента 12 испускает нейтроны 54 в окружающую формацию 50. На этапе 82, который может выполняться одновременно с этапом 80, абсолютный выход нейтронов источника 18 нейтронов может быть измерен с использованием монитора 20 нейтронов около источника 18 нейтронов. Дополнительно, или в качестве альтернативы, абсолютный выход нейтронов источника 18 нейтронов может быть оценен позже на основании калибровки источника 18 нейтронов или моделей радиоактивного распада. На этапе 84, детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения могут измерять спектр гамма-излучения 58 и/или 62 неупругого рассеяния и захвата нейтронов, которое может быть создано, когда нейтроны 54 взаимодействуют с формацией 50.4, flowchart 78 describes an embodiment of a method for determining partial absolute contributions of element concentrations in formation 50 and well 52. Flowchart 78 begins at step 80 when downhole tool 12 lowers into formation 50 and the neutron source 18 of the downhole tool 12 emits neutrons 54 into the surrounding formation 50. In step 82, which can be performed simultaneously with step 80, the absolute neutron yield of the neutron source 18 can be measured using a neutron monitor 20 near the neutron source 18. Additionally, or alternatively, the absolute neutron yield of the neutron source 18 can be estimated later based on the calibration of the neutron source 18 or radioactive decay models. At step 84, gamma-ray detectors 26 and / or 28 can measure the gamma-ray spectrum 58 and / or 62 of inelastic neutron scattering and capture, which can be generated when neutrons 54 interact with formation 50.

Этапы с 85 по 92 могут в основном содержать обрабатывающие этапы, которые могут происходить в процессоре, встроенном в скважинный инструмент 12 и/или системе 14 обработки данных. На этапе 71, измеренный спектр гамма-излучения может быть разделен на составляющие элементов или относительные вклады элементов. На этапе 86, эти относительные вклады элементов из гамма-излучения, свойственные интересующему спектральному региону, могут быть нормализованы относительно выхода нейтронов источника 18 нейтронов, который может создавать нескорректированный абсолютный вклад элементов формации 50. На этапе 88, относительные вклады, свойственные формации 50 и скважине 52, могут быть выделены, и на этапе 90, различные факторы могут быть учтены для корректировки эффектов среды формации 50 и/или скважины 52, которые могут оказать влияние на измеренный спектр гамма-излучения 58 и/или 62. На этапе 92, парциальные абсолютные вклады среды, свойственные формации 50 и скважине 52, могут быть определены, как описано ниже со ссылкой на Уравнение (2).Steps 85 to 92 may mainly comprise processing steps that may occur in a processor integrated in the downhole tool 12 and / or data processing system 14. At step 71, the measured gamma-ray spectrum can be divided into constituent elements or the relative contributions of the elements. At step 86, these relative contributions of elements from gamma radiation inherent to the spectral region of interest can be normalized with respect to the neutron yield of the neutron source 18, which can create an uncorrected absolute contribution of formation elements 50. At step 88, the relative contributions of the formation 50 and the well 52 can be highlighted, and in step 90, various factors can be considered to adjust the effects of the formation environment 50 and / or well 52, which may affect the measured gamma-ray spectrum radiation 58 and / or 62. At step 92, the partial absolute contributions of the medium inherent to the formation 50 and well 52 can be determined as described below with reference to Equation (2).

В частности, для элементов, которые совместно существуют в формации 50 и скважине 52, измеренный абсолютный вклад A_i может быть рассмотрен в виде суммы парциальных абсолютных вкладов в формации 50 A_F,i и скважине 52 A_BH,i. При таких условиях может быть возможным различение между двумя возможностями, которые могут быть значительными спектральным различием между частями спектра гамма-излучения 58 и/или 62, излучаемого из формации 50 и скважины 52, и что может не быть полезного обнаруживаемого различия. Если различие между стандартом формации 50 и скважины 52 существует, то оно может быть использовано для разделения абсолютного вклада A_i на компонент A_F,i вклада формации 50 и компонент A_BH1i вклада скважины 52. Практическая реализация может использовать или два стандарта раздельно, или может использовать стандарт формации 50 и различие между стандартом формации 50 и скважины 52. В таком случае, фактор коррекции F может также быть разделен для секции формации и скважины независимо. Этапы с 85 по 92 могут быть выполнены в любом порядке, и могут начинаться, например, с вычисления следующего уравнения:In particular, for elements that coexist in formation 50 and well 52, the measured absolute contribution A _i can be considered as the sum of partial absolute contributions to formation 50 A _{F, i} and well 52 A _{BH, i} . Under such conditions, it may be possible to distinguish between two possibilities, which may be a significant spectral difference between parts of the spectrum of gamma radiation 58 and / or 62 emitted from formation 50 and well 52, and that there may not be a useful detectable difference. If there is a difference between the standard of formation 50 and well 52, then it can be used to separate the absolute contribution A _i to component A _{F, i of the} contribution of formation 50 and component A _{BH1i of the} contribution of well 52. A practical implementation can use either two standards separately, or use the formation standard 50 and the difference between the formation standard 50 and the well 52. In this case, the correction factor F can also be divided independently for the formation section and the well. Steps 85 to 92 can be performed in any order, and can begin, for example, by calculating the following equation:

(2)

В приведенном выше уравнении (2) A_i представляет абсолютные вклады для каждого элемента i, и A_F,i и A_BH,i представляют абсолютные вклады элемента i в формации 50 и скважине 52 соответственно. Y_F,i и Y_BH,i представляют относительные вклады элементов формации 50 и скважины 52, или часть измеренного спектра гамма-излучения, свойственного элементу i, свойственного формации 50 и скважине 52 соответственно. TotCR представляет полную скорость счета внутри региона спектра, используемого в спектральном анализе для извлечения относительных вкладов. nCR представляет определенный выход нейтронов 54 из источника 18 нейтронов, как полученный через измерение абсолютного количества нейтронов с помощью монитора 20 и/или с помощью оценки путем калибровки или моделей радиоактивного распада. F_F и F_BH представляют факторы коррекции среды, учитывающие параметры формации 50 и скважины 52 соответственно.In the above equation (2), A _i represents the absolute contributions of each element i, and A _{F, i} and A _{BH, i} represent the absolute contributions of element i to formation 50 and well 52, respectively. Y _{F, i} and Y _{BH, i} represent the relative contributions of the elements of the formation 50 and well 52, or part of the measured gamma-ray spectrum characteristic of element i, characteristic of the formation 50 and well 52, respectively. TotCR represents the total count rate within the region of the spectrum used in spectral analysis to extract relative contributions. nCR represents a specific neutron yield 54 from a neutron source 18, as obtained by measuring the absolute number of neutrons using a monitor 20 and / or using an estimate by calibration or radioactive decay models. F _F and F _BH represent environmental correction factors that take into account formation parameters 50 and well 52, respectively.

Для обоих описанных выше вариантов осуществления способов, описанных фиг.3 и фиг.4 и уравнениями (1) и (2), факторы F коррекции среды могут быть достаточно сложными функциями. Факторы F коррекции среды могут быть разложены на множители, и зависимость от большинства параметров может быть определена посредством серии расчетов методом Монте-Карло. Факторы F коррекции среды могут также включать в себя масштабирующий фактор, определенный путем калибровки конечного оборудования скважинного инструмента 12. Дополнительно или в качестве альтернативы, масштабирующий фактор может быть определен из анализа непротиворечивости из результатов нормализации замыкания, описанного выше Уравнениями (1) и (2). Пример масштабирующего фактора представлен ниже.For both of the above embodiments of the methods described in FIG. 3 and FIG. 4 and equations (1) and (2), environmental correction factors F can be quite complex functions. Environmental correction factors F can be factorized, and the dependence on most parameters can be determined by a series of Monte Carlo calculations. Environmental correction factors F may also include a scaling factor determined by calibrating the end equipment of the downhole tool 12. Additionally or alternatively, the scaling factor can be determined from the consistency analysis from the results of the normalization of the closure described above by Equations (1) and (2) . An example of a scaling factor is presented below.

Параметры, используемые факторами F коррекции среды (например, параметр-1), и так далее, могут быть общими физическими параметрами, измеренными, например, другими секциям скважинного инструмента 12, разработанными для этих целей, или другими инструментами. В качестве примера, такие общие физические параметры могут включать в себя, среди прочих, измерения или оценки пористости, измерения или оценки времени замедления, измерения или оценки плотности, измерения или оценки поперечного сечения захвата тепловых нейтронов формации или скважины, и так далее. Один или более других параметров могут быть выведены или различного множества физических параметров, обычно не выдаваемых каротажными инструментами, которые могут не иметь ясной физической интерпретации. Например, такие другие параметры могут включать в себя, среди прочих, оценки локальных потоков нейтронов вблизи детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения, грубая оценка скорости счета монитора 20 нейтронов, грубая оценка скорости счета детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения, и так далее. Эти другие параметры могут включать в себя измерения с использованием одного или более детекторов 21 нейтронов, расположенных ближе к детекторам 26 и/или 28 гамма-излучения, чем источник 18 нейтронов.The parameters used by the correction factors F (for example, parameter-1), and so on, can be general physical parameters measured, for example, by other sections of the downhole tool 12 designed for these purposes, or other tools. By way of example, such general physical parameters may include, but are not limited to, measuring or evaluating porosity, measuring or estimating deceleration time, measuring or estimating density, measuring or evaluating a thermal neutron capture cross section of a formation or well, and so on. One or more other parameters may be inferred, or of a different set of physical parameters, usually not provided by logging tools, which may not have a clear physical interpretation. For example, such other parameters may include, among others, estimates of local neutron fluxes near gamma radiation detectors 26 and / or 28, a rough estimate of the count rate of a neutron monitor 20, a rough estimate of the count rate of detectors 26 and / or 28 of gamma radiation, and so on. These other parameters may include measurements using one or more neutron detectors 21 located closer to the gamma radiation detectors 26 and / or 28 than the neutron source 18.

Один или более факторов F, примененных к вкладу гамма-излучения 62 захвата нейтронов, может содержать зависимость от потока тепловых нейтронов вблизи детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения. Одна реализация такого фактора F может содержать отношение между потоком тепловых нейтронов около детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения и измеренным потоком нейтронов 54, как измеренными одним или более детекторами 21 нейтронов и/или как оцененными на основании других измерений формации 50. Один или более факторов F, примененных к вкладу неупругого гамма-излучения 58, могут содержать зависимость потока надтепловых нейтроном вблизи детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения. Поток тепловых или надтепловых нейтронов может быть измерен или оценен с помощью одного или более мониторов 20 нейтронов, расположенных на расстоянии от монитора нейтронов рядом с источником 18 нейтронов, или может быть оценен на основании других измерений формации 50.One or more factors F applied to the contribution of gamma radiation 62 neutron capture, may contain a dependence on the flux of thermal neutrons near the detectors 26 and / or 28 gamma radiation. One implementation of such a factor F may comprise a relationship between the thermal neutron flux near the gamma radiation detectors 26 and / or 28 and the measured neutron flux 54, as measured by one or more neutron detectors 21 and / or as estimated based on other measurements of formation 50. One or more factors F applied to the contribution of inelastic gamma radiation 58 may include a dependence of the suprathermal neutron flux near the gamma radiation detectors 26 and / or 28. The flux of thermal or epithermal neutrons can be measured or estimated using one or more neutron monitors 20 located at a distance from the neutron monitor next to the neutron source 18, or can be estimated based on other measurements of the formation 50.

Один или более факторов F могут содержать зависимость от затухания гамма-излучения вблизи детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения. Один или более факторов F могут содержать коррекцию для вариаций в затухании гамма-излучения в корпусе 16 инструмента, которое может происходить вследствие изменений среды и/или износа. Один или более факторов F могут содержать коррекцию для окружения скважинного инструмента 12, получаемого, например, из событий 60 захватов нейтронов, которые могут происходить в материалах, которые составляют скважинный инструмент 12. Один или более факторов F могут содержать оценку эффективного атомного числа элементов вблизи детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения, как определено посредством других скважинных измерений или с использованием других различных методик моделирования формации 50.One or more factors F may comprise a dependence on gamma radiation attenuation in the vicinity of gamma radiation detectors 26 and / or 28. One or more factors F may comprise a correction for variations in the attenuation of gamma radiation in the tool body 16, which may occur due to changes in the environment and / or wear. One or more factors F may contain a correction for the environment of the downhole tool 12, obtained, for example, from neutron capture events 60 that may occur in the materials that make up the downhole tool 12. One or more factors F may contain an estimate of the effective atomic number of elements near the detectors 26 and / or 28 gamma radiation, as determined by other downhole measurements or using various other techniques for modeling formation 50.

Один пример формулировки фактора F коррекции описан ниже в виде уравнения (3). Примерный фактор F коррекции, описанный в уравнении (3) может иметь зависимости от общего поперечного сечения (∑_F) захвата нейтронов формации, длины (L_s) замедления нейтронов, объемной плотности (ρ_b), поперечное сечение (∑_B) захвата нейтронов скважинного флюида, и диаметра (D_B) скважины, и может быть представлен следующим отношением:One example of the formulation of correction factor F is described below as equation (3). The approximate correction factor F described in equation (3) may depend on the total cross section (∑ _F ) of the neutron capture of the formation, the length (L _s ) of neutron moderation, bulk density (ρ _b ), and the cross section (∑ _B ) of the downhole neutron capture fluid, and the diameter (D _B ) of the well, and can be represented by the following ratio:

(3)

где g1 и g2 зависят от D_B, g3 зависит от L_s, и g4 зависит от ∑_B.where g1 and g2 depend on D _B , g3 depends on L _s , and g4 depends on ∑ _B.

Фиг.5 изображает блок-схему 96 для получения концентраций элементов формации 50. Этапы блок-схемы 96 могут в основном включать в себя обработку, которая может происходить в процессоре, встроенном в скважинный инструмент 12 и/или в систему 14 обработки данных. Конкретно, первый этап 96 может включать в себя получение абсолютного вклада элемента или парционного вклада элемента, который может быть определен в соответствии с блок-схемами 64 и 78 на фиг.3 и фиг.4. На этапе 98, характеристики, специфичные для оцениваемого элемента, могут быть учтены и применены к абсолютному вкладу элемента. Эти характеристики могут быть учтены вместе с элементо-зависимым фактором чувствительности, который может предполагать, например, поперечные сечения, множественности гамма-излучения, отклик детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения, и/или атомный вес. На этапе 100 различные физические свойства элементов, среды, и/или инструмента могут быть учтены путем применения правильного масштабирующего фактора. На этапе 102, на основании упомянутых выше соглашений, может быть получена парциальная плотность элемента формации 50.5 depicts a flowchart 96 for obtaining concentrations of formation elements 50. The steps of flowchart 96 may mainly include processing that may occur in a processor integrated in the downhole tool 12 and / or in the data processing system 14. Specifically, the first step 96 may include obtaining the absolute contribution of the element or the part contribution of the element, which can be determined in accordance with the flowcharts 64 and 78 in FIG. 3 and FIG. 4. At step 98, characteristics specific to the item being evaluated can be accounted for and applied to the absolute contribution of the item. These characteristics can be taken into account together with an element-dependent sensitivity factor, which may include, for example, cross sections, gamma radiation multiplicity, response of gamma radiation detectors 26 and / or 28, and / or atomic weight. At 100, various physical properties of the elements, the environment, and / or the tool can be taken into account by applying the correct scaling factor. At step 102, based on the above conventions, the partial density of the formation element 50 can be obtained.

Как отмечено выше, этапы 96-102 могут включать в себя обработку, которая может иметь место в процессоре, встроенном в скважинный инструмент и/или в систему 14 обработки данных. Конкретно, этапы с 96 по 102 могут быть выполнены путем вычисления, например, приведенного ниже уравнения (4). Парциальная плотность для заданного элемента i может быть описана как:As noted above, steps 96-102 may include processing that may occur in a processor embedded in the downhole tool and / or in the data processing system 14. Specifically, steps 96 to 102 can be performed by calculating, for example, the following equation (4). The partial density for a given element i can be described as:

(four)

где S_i является элементо-зависимой чувствительностью, которая учитывает, среди прочего, поперечные сечения, множественности гамма-излучения, отклик детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения, и/или атомный вес, и f является масштабирующим фактором.where S _i is an element-dependent sensitivity that takes into account, inter alia, cross sections, gamma radiation multiplicity, response of gamma radiation detectors 26 and / or 28, and / or atomic weight, and f is a scaling factor.

В качестве примера, масштабирующий фактор f может быть константой, определяемой из первого главного вычисления, которое может быть выведено из физических констант конкретного элемента (например, масса) и/или другой физической информации среды (например, объемная плотность). Дополнительно или в качестве альтернативы, масштабирующий фактор f может быть выведен, или содержать фракцию, из калибровки перед измерениями при конкретных заранее определенных или хорошо известных условиях. В одном варианте осуществления, фактор f может быть постоянной по всей глубине формации 50.As an example, the scaling factor f can be a constant determined from the first main calculation, which can be derived from the physical constants of a particular element (e.g. mass) and / or other physical information of the medium (e.g. bulk density). Additionally or alternatively, the scaling factor f can be derived, or contain a fraction, from calibration before measurements under specific predetermined or well-known conditions. In one embodiment, factor f may be constant throughout the depth of formation 50.

Для того чтобы позволить дополнительные корректировки для компенсации вторичных эффектов, не учтенных в расчете абсолютных вкладов A_i, как описано выше, масштабирующий фактор f может быть функцией, а не константой. Эффекты, которые могут быть учтены путем применения масштабирующего фактора f как функции, могут включать в себя, например, остаточные инструментальные эффекты наподобие дрейфа детекторов 26 и/или 28 гамма-излучения и/или ухудшение разрешения. Дополнительно или в качестве альтернативы, такие эффекты дополнительно включают в себя эффекты среды, которые не были учтены ранее в вычислении абсолютных вкладов A_i из сырых данных измерений. В качестве примера, эффекты среды, которые могут возникнуть из-за температуры и/или давления, и которые не были учтены среди факторов F в уравнениях (1) и (2), могут быть учтены путем использования функции f масштабирующего фактора, который учитывает такие эффекты.In order to allow additional adjustments to compensate for secondary effects not taken into account in calculating the absolute contributions of A _i , as described above, the scaling factor f can be a function, not a constant. Effects that can be taken into account by applying the scaling factor f as a function may include, for example, residual instrumental effects like drift of gamma-ray detectors 26 and / or 28 and / or resolution degradation. Additionally or alternatively, such effects further include environmental effects that were not previously considered in calculating the absolute contributions A _i from the raw measurement data. As an example, environmental effects that may occur due to temperature and / or pressure, and which were not considered among factors F in equations (1) and (2), can be taken into account by using the scaling factor function f, which takes into account such effects.

Определенные парциальные

плотности элементов формации 50 могут быть проверены с использованием различных методик. В одном примере, сумма всех измеряемых парциальных плотностей ∑_i(ρ_F,i), связанных с формацией 50, может быть меньше или равна объемной плотности ρ_b формации 50, как описывается следующим отношением:Certain Partial

the densities of the elements of the formation 50 can be verified using various techniques. In one example, the sum of all measured partial densities ∑ _i (ρ _{F, i} ) associated with formation 50 may be less than or equal to the bulk density ρ _{b of} formation 50, as described by the following relation:

(5)

В основном, из-за того, что не все элементы формации 50 могут быть измерены с использованием описанных здесь методик, сумма всех измеряемых парциальных плотностей ∑_i(ρ_F,i) будет меньше объемной плотности ρ_b,eff формации 50 в большинстве случаев.Basically, because not all elements of formation 50 can be measured using the techniques described here, the sum of all measured partial densities ∑ _i (ρ _{F, i} ) will be less than the bulk density ρ _{b, eff of} formation 50 in most cases.

В другом примере, изображенном на блок-схеме 104 на фиг.6, определенные результаты концентраций элементов на основании абсолютных вкладов A_i могут быть проверены на непротиворечивость с использованием методик, использующих относительные вклады. Конкретно, на первом этапе 106 концентрация элемента в формации 50 может быть определена на основании методик, использующих абсолютные вклады, как описано выше. На втором этапе 108, концентрация элемента формации 50 может быть определена на основании методик, использующих элементарное замыкание или оксидное замыкание с относительными вкладами, как описано ниже со ссылкой на уравнения (6) и (7) и/или Уравнение (8). На этапе 110 концентрация элемента может быть проверена. В некоторых вариантах осуществления, этап 110 проверки может включать в себя комбинирование концентрации элемента, определенной на основании относительных вкладов, с концентрацией элемента, определенной на основании абсолютных вкладов, для получения средневзвешенного результатов, где взвешивание может быть постоянными или корректируемым на основании оценок достоверности.In another example, depicted in flowchart 104 of FIG. 6, certain results of element concentrations based on absolute contributions A _i can be tested for consistency using techniques using relative contributions. Specifically, in a first step 106, the concentration of an element in formation 50 can be determined based on techniques using absolute contributions, as described above. In a second step 108, the concentration of the element of the formation 50 can be determined based on techniques using elementary closure or oxide closure with relative contributions, as described below with reference to equations (6) and (7) and / or Equation (8). At step 110, the concentration of the element can be checked. In some embodiments, verification step 110 may include combining an element concentration determined based on relative contributions with an element concentration determined based on absolute contributions to obtain weighted average results, where the weighting can be constant or adjusted based on confidence estimates.

Такие методики для оксидного замыкания могут быть использованы в качестве вторичной оценки концентраций элементов для проверки рассчитанных парциальных плотностей ρ_i на основании абсолютных вкладов A_i, как описано выше. Процедура оксидного замыкания может использовать данные спектроскопии захвата нейтронов наряду с независимыми измерениями алюминия (Al) и калия (K). Модель может допускать, что элементы формации 50, обнаруженные спектроскопическими измерениями захвата нейтронов, могут быть количественно связаны с их оксидами или с наиболее частой формой в формации, и что все оксиды в сумме дадут единицу. Модель принимает форму следующего отношения:Such oxide-closure techniques can be used as a secondary estimate of element concentrations to verify the calculated partial densities ρ _i based on the absolute contributions of A _i , as described above. The oxide closure procedure can use neutron capture spectroscopy data along with independent measurements of aluminum (Al) and potassium (K). The model may assume that the elements of formation 50 detected by spectroscopic measurements of neutron capture can be quantitatively related to their oxides or to the most common form in the formation, and that all oxides add up to one. The model takes the form of the following relationship:

(6)

где X_i является фактором, который преобразует элемент в его оксид или в наиболее частое соединение (например, для Ca часто преобразуется в CaCO₃ вместо CaO), W является весовой долей элемента в формации, Y является относительным вкладом элемента, выведенным из спектра захвата, и S является заранее определенным измерением чувствительности, которое зависит от поперечного сечения захвата конкретного элемента, и чувствительности инструмента к характеристическому излучению этого элемента. После нахождения F, массовая доля каждого элемента может быть вычислена как:where X _i is the factor that converts the element to its oxide or to the most frequent compound (for example, for Ca it is often converted to CaCO ₃ instead of CaO), W is the weight fraction of the element in the formation, Y is the relative contribution of the element extracted from the capture spectrum, and S is a predetermined measurement of sensitivity, which depends on the capture cross section of a particular element, and the sensitivity of the tool to the characteristic radiation of that element. After finding F, the mass fraction of each element can be calculated as:

(7)

Дополнительно или в качестве альтернативы, описанный выше подход может быть использован для спектра, получаемого из неупругого гамма-излучения 58. При использовании описанного выше подхода, несколько элементов могут быть измерены с использованием вкладов неупругого спектра. Эти вклады могут быть описаны как абсолютные вклады элементов с использованием нормализации по источнику 18 нейтронов. Такие элементы, как Al, Mg, Ca, Si, S могут быть представлены и в спектре неупругого гамма-излучения 58 и в спектре гамма-излучения 62. Использование абсолютных, скорректированных по среде, вкладов делает возможным комбинировать результаты из спектра неупругого гамма-излучения 58 и спектра гамма-излучения 62 захвата нейтронов, или использовать неупругий спектр как самостоятельное решение.Additionally or alternatively, the approach described above can be used for the spectrum obtained from inelastic gamma radiation 58. Using the approach described above, several elements can be measured using the contributions of the inelastic spectrum. These contributions can be described as the absolute contributions of elements using normalization to a neutron source of 18. Elements such as Al, Mg, Ca, Si, S can be represented both in the spectrum of inelastic gamma radiation 58 and in the spectrum of gamma radiation 62. The use of absolute, medium-corrected contributions makes it possible to combine the results from the spectrum of inelastic gamma radiation 58 and the gamma-ray spectrum 62 of neutron capture, or use the inelastic spectrum as an independent solution.

Способом, похожим на сравнение абсолютных и относительных спектральных вкладов вследствие гамма-излучения 62 захвата нейтронов, неупругие абсолютные вклады и неупругие относительные вклады, вследствие неупругого гамма-излучения 58, могут быть сравнены и, там где нужно, скомбинированы в средневзвешенный вклад. Дополнительно, абсолютные неупругие вклады вследствие неупругого гамма-излучения 58 и вклады захвата нейтронов вследствие гамма-излучения 62 захвата нейтронов для элементов, представленных и в неупругом спектре и в спектре захвата нейтронов, могут быть использованы для улучшения достоверности и точности полученного выше ответа. Коррекции среды для неупругих вкладов может также быть проще, поскольку неупругие вклады могут не испытывать влияния поперечного сечения захвата тепловых нейтронов формации 50 или скважины 52. Это делает неупругие вклады особенно ценными в присутствии высокой солености скважины 52 и связанного с этим высокого поперечного сечения захвата нейтронов.In a manner similar to comparing the absolute and relative spectral contributions due to gamma radiation 62 of neutron capture, inelastic absolute contributions and inelastic relative contributions due to inelastic gamma radiation 58 can be compared and, where necessary, combined into a weighted average contribution. Additionally, the absolute inelastic contributions due to inelastic gamma radiation 58 and the contributions of neutron capture due to gamma radiation 62 neutron capture for elements represented in both the inelastic spectrum and the neutron capture spectrum can be used to improve the reliability and accuracy of the above answer. Correction of the medium for inelastic contributions may also be simpler, since inelastic contributions may not be affected by the thermal neutron capture cross section of formation 50 or well 52. This makes inelastic contributions particularly valuable in the presence of high salinity of well 52 and the associated high neutron capture cross section.

Дополнительно или в качестве альтернативы, вторая модель замыкания может быть задействована для проверки рассчитанных парциальных плотностей ρ_i на основании абсолютных вкладов A_i, которая как правило используется в случаях, где доступны только данные спектроскопии захвата нейтронов, которая может быть описана в патенте США № 5471057, "METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING ELEMENTAL CONCENTRATIONS FOR GAMMA RAY SPECTROSCOPY TOOLS", который включен сюда по ссылке во всей своей полноте. Эта модель может быть идентична модели, проиллюстрированной уравнениями (6) и (7) выше, за исключением того, что она исключает выражения алюминия (Al) и калия (K). Дополнительно, эта модель модифицирует факторы (X_i) ассоциации для учета отсутствия измерений алюминия (Al) и калия (K), как описывается следующим отношением:Additionally or alternatively, the second closure model can be used to verify the calculated partial densities ρ _i based on the absolute contributions of A _i , which is typically used in cases where only neutron capture spectroscopy data is available, which can be described in US Pat. No. 5,471,057 , "METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING ELEMENTAL CONCENTRATIONS FOR GAMMA RAY SPECTROSCOPY TOOLS", which is incorporated herein by reference in its entirety. This model can be identical to the model illustrated by equations (6) and (7) above, except that it excludes the expression of aluminum (Al) and potassium (K). Additionally, this model modifies association factors (X _i ) to account for the absence of measurements of aluminum (Al) and potassium (K), as described by the following relationship:

(8)

После получения концентрации элементов формации с помощью методики, включающей в себя абсолютные вклады, и получения концентраций элементов формации с использованием методики оксидного замыкания, два расчета могут быть сравнены друг с другом. После этого, концентрации элементов, определенные на основании абсолютных вкладов, могут быть объединены с концентрациями элементов, определенных на основании относительных вкладов и оксидного замыкания, для получения средневзвешенного от результатов. Это взвешенное среднее может иметь постоянный вес или доверительный-оценочный-скорректированный вес. Сравнение концентраций элементов на основании относительных вкладов и замыкания с концентрациями элементов на основании абсолютных вкладов может также быть использовано для определения масштабирующего фактора F путем сопоставления двух выведенных концентраций в известных или простых зонах, или на большой части общего измеренного региона.After obtaining the concentration of formation elements using a technique that includes absolute contributions and obtaining the concentrations of formation elements using the oxide closure technique, the two calculations can be compared with each other. After that, element concentrations determined on the basis of absolute contributions can be combined with element concentrations determined on the basis of relative contributions and oxide closure to obtain a weighted average of the results. This weighted average may have a constant weight or a confidence-estimated-adjusted weight. A comparison of element concentrations based on relative contributions and closure with element concentrations based on absolute contributions can also be used to determine the scaling factor F by comparing two derived concentrations in known or simple zones, or in a large part of the total measured region.

Несмотря на то, что здесь были проиллюстрированы и описаны определенные признаки, специалистами в данной области методики могут быть выполнены много модификаций и изменений. Вследствие этого, следует понимать, что прилагающаяся формула изобретения предназначена для включения в себя всех модификаций и изменений, которые попадают в сущность настоящего раскрытия.Although certain features have been illustrated and described herein, many modifications and changes can be made by those skilled in the art. Therefore, it should be understood that the accompanying claims are intended to include all modifications and changes that fall within the essence of the present disclosure.

Claims

1. A system for neutron gamma spectroscopy, comprising:
downhole tool containing:
a neutron source configured to emit neutrons into an underground formation to cause inelastic scattering events and neutron absorption events;
a neutron monitor configured to detect the count rate of emitted neutrons; and
a gamma radiation detector configured to receive a gamma radiation spectrum obtained at least in part from inelastic gamma radiation obtained from inelastic scattering events and gamma radiation from neutron capture obtained from neutron capture events; and
a data processing circuitry configured to determine the relative contributions of elements from the gamma-ray spectrum and determine the absolute contribution of elements based on at least partially normalizing the relative contributions of elements from the count rate of the emitted neutrons.

2. The system according to claim 1, in which the data processing circuit is configured to determine the absolute contributions of the elements based on at least partially the correction factor of the medium, which takes into account at least partially the influence of the medium on the emitted neutrons, inelastic gamma radiation, gamma - neutron capture radiation or any combination thereof.

3. The system according to claim 1, in which the data processing circuit is configured to determine the absolute contribution of an element based at least in part on a correction factor of the medium, which takes into account at least in part:
part of the emitted neutrons that can go beyond the region of the underground formation, which is investigated by the gamma radiation detector;
geometric effects of variation of the neutron flux in the region of the underground formation, which is investigated by the gamma-ray detector;
geometric effects on the spatial angle of the region of the underground formation, which is investigated by the gamma-ray detector;
attenuation of inelastic gamma radiation and gamma radiation of neutron capture in an underground formation;
thermal neutron flux in the region of the underground formation that the gamma radiation detector is examining;
the epithermal neutron flux in the region of the underground formation that the gamma radiation detector is examining;
any combination of them.

4. The system according to claim 1, in which the data processing circuitry is configured to determine the absolute contribution of the element based at least in part on a correction factor of the medium, which is a function of one or more parameters related to one or more physical characteristics of the underground formation.

5. The system according to claim 1, in which the data processing circuit is configured to determine the absolute contribution of the element based at least in part on the correction factor of the medium, which is a function of one or more parameters related to one or more physical characteristics of the underground formation, where one or more parameters contain:
porosity of the underground formation;
time delay in the underground formation;
density of the underground formation;
thermal neutron capture cross section of an underground formation;
cross section for thermal neutron capture of a well in an underground formation;
assessment of the neutron flux in the region of the underground formation studied by the gamma-ray detector;
estimation of the neutron energy distribution in the region of the underground formation studied by the gamma radiation detector;
initial count rate from the neutron monitor; or an initial gamma radiation count rate from a gamma radiation detector; or
any combination of them.

6. The system according to claim 1, in which the data processing circuit is configured to determine the absolute concentration of elements based on at least partially the product of the relative contribution of the element to the coefficient of the total gamma radiation count within the region of the gamma radiation spectrum used to extract relative contributions, divided by the count rate of the emitted neutrons.

7. The method of neutron gamma-ray spectroscopy, comprising stages in which:
emit, using a neutron source, a known approximate number of neutrons into the subterranean formation to cause inelastic scattering events and neutron capture events;
measuring using a gamma radiation detector, gamma radiation spectra caused by inelastic scattering events and gamma radiation caused by neutron capture events;
determining, using a processor, the relative contribution of an element from the gamma-ray spectrum; and
determine, using a processor, the absolute contribution of the element based on at least partially normalizing the relative contribution of the element from the known approximate number of emitted neutrons.

8. The method according to claim 7, comprising the step of determining, using the processor, the concentration of the element in the subterranean formation based on at least partially the absolute contribution and the element-dependent sensitivity.

9. The method according to claim 8, in which the concentration of the element is determined based on at least partially element-dependent sensitivity, while element-dependent sensitivity is configured to take into account:
cross section of the element; the multiplicity of gamma radiation associated with the element;
the reaction of the gamma radiation detector to gamma radiation extracted from the element; or
atomic weight of an element; or
any combination of them.

10. The method according to claim 7, comprising the step of determining, using the processor, the concentration of the element in the subterranean formation based at least in part on the absolute contribution and scaling factor.

11. The method according to claim 10, in which the concentration of the element is determined based on at least partially a scaling factor, and the scaling factor contains:
a constant deduced from the physical constant of the element and the physical characteristics of the formation;
a constant comprising a portion of a calibration of a downhole tool comprising a neutron source and a gamma radiation detector;
a constant containing a part from a calibration of a downhole tool containing a neutron source and a gamma radiation detector for measurements under known conditions; or
depth dependent constant; or
any combination of them.

12. The method according to claim 10, in which the concentration of the elements is determined based on at least a partially scaling factor, the scaling factor being a function configured to compensate for environmental effects or instrumental effects related to the degradation of the capabilities of the gamma radiation detector, or a combination thereof .

13. The method according to claim 7, comprising the step of determining, using the processor, the concentration of the element in the subterranean formation based on at least partially the absolute contribution of the element, element-dependent sensitivity and scaling factor.

14. The method according to claim 7, containing the stage of determining, using the processor, the concentration of the element in the underground formation based on at least partially the absolute contribution of the element, and determining, using the processor, the concentration of the element in the underground formation based on, at least partially normalizing the closure of the relative contribution of the element.

15. The method of claim 14, comprising the step of determining, using a processor, the weighted average concentration of the element in the underground formation based on at least partially the absolute contribution of the element and the concentration of the element in the underground formation based at least in part, normalization of the closure of the relative contribution of the element, where the weighted average is constant or is adjusted based on reliability estimates.

16. The method of claim 14, comprising determining, using a processor, a scaling factor for the concentration of the element in the subterranean formation based at least in part on comparing the absolute contribution of the element to the concentration of the element in the subterranean formation based on at least , partially normalizing the closure of the relative contribution of the element.

17. A system for neutron gamma spectroscopy, comprising:
a downhole tool configured to emit a known approximate number of neutrons into the underground formation and detect a gamma-ray spectrum from gamma-radiation that occurs when the emitted neutrons interact with the underground formation; and
a data processing circuitry configured to determine the relative contribution of the element from the gamma-ray spectrum and determine the absolute contributions of the element based at least in part on normalization with respect to the contribution of the element from the known approximate number of emitted neutrons and the correction of the medium, which takes into account at least partially , the effect of the medium on emitted neutrons, inelastic gamma radiation, gamma radiation of neutron capture, or any combination thereof.

18. The system of claim 17, wherein the downhole tool is configured to emit a known approximate number of neutrons using a calibrated radioactive source that emits neutrons at a predictable speed.

19. The system of claim 17, wherein the downhole tool is configured to emit a known approximate number of neutrons using an electronic neutron generator whose neutron output is monitored by a neutron monitor.

20. The system of claim 17, wherein the downhole tool is configured to emit a known approximate number of neutrons into the subterranean formation with an energy sufficient to cause inelastic scattering events.

21. The system of claim 17, wherein the downhole tool is configured to emit a known approximate number of neutrons into the subterranean formation with an energy sufficient to cause neutron capture events, but not inelastic scattering events.

22. The system of claim 17, wherein the downhole tool is configured to detect the number of neutrons that have reached the formation region that is exploring the downhole tool.

23. The system of claim 17, wherein the data processing circuit is configured to determine an absolute contribution of an element based at least in part on a medium correction factor, where the medium correction factor is a factorized function.

24. The system of claim 17, wherein the data processing circuit is configured to determine the absolute contribution of an element based at least in part on a medium correction factor, wherein the medium correction factor is a function depending on one or more parameters associated with one or more physical characteristics of the underground formation, while the data processing circuit is configured to determine the dependences of the correction factor of the medium and one or more parameters by means of several calculations by the Monte Carlo method.

25. The system of claim 17, wherein the data processing circuitry is configured to determine the absolute contribution of the element based at least in part on the medium correction factor, where the medium correction factor includes a scaling factor based on the calibration of the downhole tool.

26. The system of claim 17, wherein the data processing circuit is configured to determine an absolute contribution of an element based at least in part on a medium correction factor, wherein the medium correction factor includes a scaling factor determined from a relationship between the determined absolute contribution of the element and determination of the absolute concentration of the element of the underground formation, while the determination of the absolute concentration is not based on normalizing the relative contribution of the element from the known approximate amount of emitted thrones.

27. A method of neutron gamma-ray spectroscopy, comprising stages in which:
emit, using a downhole tool neutron source, a known approximate number of neutrons into the subterranean formation from the well to cause inelastic scattering events and neutron capture events;
measuring, using a gamma radiation detector in a downhole tool, a gamma spectrum from inelastic gamma radiation caused by inelastic scattering events and gamma radiation from neutron capture caused by neutron capture events;
determining, using the processor, the partial relative contribution of the element to the subterranean formation from the gamma radiation spectrum;
determining, using the processor, the partial relative contribution of the element to the well from the gamma-ray spectrum; and
determining, using a processor, the partial absolute contribution of the element to the subterranean formation based on at least partially normalizing the partial relative contribution of the element to the subterranean formation from the known approximate amount of emitted neutrons, and determining using the processor, the partial absolute contribution of the element to the borehole, at least partially normalizing the relative contribution of the element in the well from a known approximate number of emitted neutrons.

28. The method according to item 27, in which the partial relative contribution of the element in the subterranean formation is determined based on the spectral standard of the element in the subterranean formation, and wherein the partial relative contribution of the element in the well is determined based on the spectral standard of the element in the well.

29. The method according to item 27, in which the partial relative contribution of the element in the underground formation is determined based on the spectral standard of the element in the underground formation, and wherein the partial relative contribution of the element in the well is determined based on the difference between the spectral standard of the element of the underground formation and the spectral standard of the element in well.

30. A system for neutron gamma spectroscopy, comprising:
downhole tool containing:
a neutron source configured to emit neutrons into an underground formation;
a neutron monitor configured to determine the count rate of neutrons emitted by a neutron source;
a gamma radiation detector configured to measure a gamma-ray spectrum and a gamma-ray count rate arising from the interaction of emitted neutrons with an underground formation; and a data processing circuitry configured to determine the relative contribution of the element based at least in part on the gamma-ray spectrum, and determine the absolute contribution of the element in the underground formation based on at least partially the relative contribution of the element times the gamma count rate -radiation derived from the neutron count rate.

31. The system of claim 30, wherein the downhole tool comprises a neutron detector located closer to the gamma radiation detector than the neutron source.

32. The system of claim 30, wherein the data processing circuit is configured to determine an absolute contribution of an element based at least in part on a medium correction factor, wherein the medium correction factor:
depends on the thermal neutron flux in the region of the underground formation, which examines the gamma radiation detector;
contains the ratio of the thermal neutron flux in the region of the underground formation that studies the gamma radiation detector to the neutron count rate;
Depends on the epithermal neutron flux in the region of the underground formation, which examines the gamma radiation detector;
depends on the gamma radiation attenuation in the region of the underground formation that is investigating the gamma radiation detector;
contains a correction for changes in the attenuation of gamma radiation in the body of a downhole tool; or
contains an estimate of the atomic number of elements in the region of the underground formation, which examines the gamma radiation detector; or
any combination of them.