(57)【要約】  ボーリング孔の周りの、同時に侵入される地層、及び非侵入の地層を測定するＸ線ベースの岩盤密度ツールを提供し、このツールは、ゾンデ部を具備する少なくとも１つの内部の長さを備え、ゾンデ部はさらにＸ線源と、少なくとも１つの放射線測定検出器と、少なくとも１つの線源監視検出器と、複数のゾンデ依存の電子機器とを具備する。様々な実施例では、ツールは、Ｘ線を使用してボーリング孔の周りの地層を照射し、複数の検出器を使用して、侵入された地層と非侵入の地層との両方の嵩密度を直接測定する。他の検出器の応答がツールのスタンドオフを補償することができるように、ボーリング孔のスタンドオフを測定するために使用される検出器と、コリメートされたタングステン製放射線遮蔽物内に配置された線源と電磁通信するよう配置された長間隔検出器及び超長間隔検出器と、線源及び検出器組立体をボーリング孔の側面に押し付けてボーリング孔効果を低減することができるよう配置された摩耗パッドとを、また備える。
2020511638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボーリング孔の周りの、同時に侵入される地層、及び非侵入の地層を測定する、Ｘ線ベースの岩盤密度ツールであって、
ゾンデ部を具備する内部の長さを備え、前記ゾンデ部はさらにＸ線源と、少なくとも１つの放射線測定検出器と、少なくとも１つの線源監視検出器と、複数のゾンデ依存の電子機器とを具備する、ツール。
【請求項２】
複数のツール論理電子機器及び複数のＰＳＵをさらに備える、請求項１に記載のツール。
【請求項３】
前記ツールは、Ｘ線を使用してボーリング孔の周りの前記地層を照射し、複数の検出器を使用して、侵入された地層と非侵入の地層との両方の嵩密度を直接測定する、請求項１に記載のツール。
【請求項４】
他の検出器の応答をツールのスタンドオフに対して補償することができるように、ボーリング孔のスタンドオフを測定するために使用される検出器をさらに備える、請求項１に記載のツール。
【請求項５】
長間隔検出器と、超長間隔検出器と、コリメートされた放射線遮蔽物内に配置された線源とをさらに備える、請求項１に記載のツール。
【請求項６】
前記遮蔽物はタングステンをさらに含む、請求項５に記載のツール。
【請求項７】
貫通ワイヤリングを可能にするよう構成される、請求項１に記載のツール。
【請求項８】
前記線源及び検出器組立体を前記ボーリング孔の側面に押し付けてボーリング孔効果を低減することができるよう配置された摩耗パッドをさらに備える、請求項１に記載のツール。
【請求項９】
基準検出器が、前記Ｘ線源の出力を監視するために使用される、請求項１に記載のツール。
【請求項１０】
短間隔は、光電測定を行うことができるように、入射する光子をエネルギーによる分類に分けるよう構成される、請求項１に記載のツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、地層密度及び光電評価の方法及び手段に関し、詳細であるが非限定的な実施例では、Ｘ線源を使用した非侵入地層密度測定及び光電評価の方法及び手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
坑井又はボーリング孔での検層は、それを貫いてボーリング孔が経路又は埋設管路を作る地質学上の地層の坑井検層として知られる、正確な記録を作成する行為である。坑井検層活動は、石油及びガス井の開発のすべての段階、すなわち掘削及び評価、完成、生産、並びに放棄の際に実行される。
【０００３】
石油及びガス産業では、ボーリング孔と交差する地層中に炭化水素を含む層を見つけるために、岩石及び流体の特性のログを取る。検層手順は、地層の特性を測定するために、ワイヤラインの端にあるツールを坑井の中に下げることで構成される。次いで、こうした測定値の解釈を行い、炭化水素を含む潜在的なゾーン、及びこうしたゾーンが存在する深度を突き止め、定量化する。
【０００４】
検層は通常、検層ツールが孔から引き出されるときに実行される。このデータは、表面検層ユニットへのデータ接続部を介して、又はツールに搭載されたメモリ・ユニットを使用して、リアルタイムで記録され、次いで顧客に提供される坑井ログと呼ばれる印刷された記録又は電子プレゼンテーションを作成する。坑井の検層は、坑井の掘削中及び全体の深さまで掘削されたときに、様々な間隔で実行される。
【０００５】
密度検層は、特定の坑井検層ツールを使用して、坑井孔の長さ方向に沿って地層の嵩密度を判断する行為である。嵩密度は、岩石を形成する鉱物の密度、及び岩石中の細孔内に閉じ込められた流体の密度を含む、岩石の全体的な密度である。
【０００６】
放射性同位体ベースの線源、通常はセシウム１３７（１３７Ｃｓ）をボーリング孔の壁に当てると、ガンマ線が地層内に放出され、こうしたガンマ線を、地層を構成する原子の電子と衝突する高速粒子と考えることができる。衝突のたびに、ガンマ線は電子のエネルギーを失い、次いでエネルギーは減少し続ける。この種の相互作用は、コンプトン散乱として知られている。散乱ガンマ線の一部は、線源から一定の距離に配置された検出器に到達し、地層密度の指標としてカウントされる。
【０００７】
コンプトン散乱衝突の数は、地層内の単位体積当たりの電子数、すなわち電子密度に直接関係する。その結果として、電子密度が密度ツールの応答を決定する。
【０００８】
石油及びガス産業における坑井孔検層作業は、現在、ボーリング孔の周りの地質学上の地層の評価に使用されるガンマ線を迅速に供給するために、放射性同位体を使用している。
【０００９】
かかる線源の生産、物流、取扱い、作業上の使用法、及び廃棄など、油田事業における放射性同位体の使用は、規制により管理されている。かかる同位体の地理的及び政治的境界を越えた輸送は、人が居住する区域にわたる放射性物質の直接的な拡散によって、又は食物連鎖への混入により間接的に、偶発的又は意図的に人体に危害を及ぼす可能性に関連するリスクがあるため、厳しく規制及び管理されている。
【００１０】
しかし、最近までこの技術の実行可能な代替物がなかったため、かかる同位体の使用は許容されている。放射性同位元素を、放射性物質を利用しない装置及び方法で置き換える機能は、商業から健康、安全、及び環境まで、坑井孔検層の作業サイクルのあらゆる観点を考慮するとき、多くの重要な利点を持つ。
【００１１】
油田事業における１３７Ｃｓの使用は、政府の規制、輸出条約、及び禁輸措置によって管理されている。一般に、かかる同位体は、使用が意図されている国の原子炉で生成される。かかる同位体の地理的及び政治的境界を越えた輸送は、人が居住する区域にわたる放射性物質の直接的な拡散によって、又は食物連鎖への混入により間接的に、偶発的又は意図的に人体に危害を及ぼす可能性に関連するリスクがあるため、厳しく規制及び管理されている。
【００１２】
体内に入った後、１３７Ｃｓは一般に全身に均一に分布し、筋肉組織内ではより高い濃度で現れ、骨内ではより低い濃度で現れる。１３７Ｃｓの生物学的半減期は、約７０日である。イヌに対する実験では、１キログラムあたり１４０．６メガベクレル（０．００３８キュリー）のただ１回の線量で、３週間以内に死に至ることが示された。油田での密度検層作業では、通常、４０．７ギガベクレル（１．１キュリー）の１３７Ｃｓを使用し、これは、重量が０．０１２グラムである少量の物質に相当する。
【００１３】
１３７Ｃｓガンマ線源の不適切な取扱いにより、放射性同位体の放出及びその結果としての放射線傷害に至る可能性がある。金属製の筐体に入れられたセシウム・ガンマ線源は、製錬所に向かう途中でスクラップ金属と混合され、その結果放射能で汚染された鋼の生産をもたらす可能性がある。
【００１４】
油田事業では、回収できないリスクのある検層ツールの破損の結果として、同位体を坑井内で見失う可能性がある。かかる出来事は、坑井の閉鎖、又は放射性物質が坑井の外へ確実に循環又は浸透できないようにするために取られる措置に至る可能性がある。実際、直接の汚染及び危険なレベルの暴露による油田労働者へのリスクは、珍しいことではない。包括的な管理措置が行われているが、実行可能な同位体のない選択肢を導入できない限り、油田事業の際の高放射性同位体の使用に関連するリスクが常に存在することになる。
【００１５】
放射性物質の性質と同様に、物質の半減期もその使用寿命を決定する。密度検層ツールは、同位体の活性の低下を考慮して調整されているが、同位体の使用寿命はやや短命である。１３７Ｃｓ線源は、３０年の期間の後、線源の初期のガンマ線出力の半分しか生成していないであろう。その結果、同位体ベースの線源を定期的に交換する必要があり、古い同位体は処分される。廃棄要件は、原子力発電所で廃棄物として生成されるものなど、通常の核廃棄物の予防措置と同様の予防措置を講じる必要がある。
【００１６】
しかし、従来技術のいずれも、泥侵入ゾーンを回避し、それによって岩盤密度（ｌｉｔｈｏ−ｄｅｎｓｉｔｙ）測定の精度を高め、岩盤密度測定に関する泥の重量及び地層の間隙率の影響を軽減するために、密度検出器の軸方向のオフセットを増加させる機能を教示していない。
【００１７】
たとえば、Ｔｅａｇｕｅ等による米国特許第７，６７５，０２９号は、コリメートされた検出器を用いたＸ線源からの後方散乱放射を使用して、ボーリング孔内のターゲットとなる物体の２次元画像を作成するＸ線装置の使用を教示しているが、地層の非侵入ゾーンの分析を可能にするように、より長いオフセットの検出器を可能にするため、Ｘ線装置の増加した出力を使用する方法は開示していない。所与の検出器体積に対してＰＭＴ数を２倍にして検出器体積内の許容カウント率を上げる方法、及び地層の光電特性を直接的に測定するためのＸ線源の使用法も、開示されていない。
【００１８】
Ｗｒａｉｇｈｔ等による米国特許第７，５６４，９４８号は、器具及び関連する電源を配置する様々な手段を備える、密度検層中に化学的な線源の代替として使用されているＸ線源を開示し、また濾光された２つのピークを持つスペクトルを、安定化の目的で、Ｘ線管の電圧及び電流を直接制御（フィードバック）するために使用される基準検出器で検出することができるような、Ｘ線源からの１次ビームを濾光する手段も開示している。しかしこの参考文献は、グリッド、空間を節約するためにシリンダの中（２つのテフロン（登録商標）製シリンダ間）に巻き上げられたコッククロフト−ウォルトン方式の電源、及び上記のフィルタつき基準検出器の方法を備えた小型Ｘ線装置（両極）だけを教示している。増加したＸ線装置の出力を使用して、地層の非侵入ゾーンの分析を可能にする、より長いオフセットの検出器を可能にし、所与の検出器体積に対してＰＭＴの数を２倍にすることで、検出器体積内の許容カウント率を上げる方法及び手段、並びに地層の光電特性を直接測定するためのＸ線源の使用法も、開示されていない。
【００１９】
Ｔｅａｇｕｅによる米国特許第８，４８１，９１９号は、ＤＣ基準を連続的に上げ、高電位場制御面を作ることにより、必要な電力を生成及び制御し、貯水池検層における化学的な線源を置き換える目的で、双極又は単極Ｘ線管を制御する手段を教示している。この参考文献は、可動／操作可能なビーム硬化フィルタ及び線源上で回転する灯台コリメーション（ｌｉｇｈｔ−ｈｏｕｓｅ  ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ）、及びダウンホールＸ線発生器内の電気絶縁体としてＳＦ６を含む気体絶縁体の使用も教示している。しかし、この参考文献は、Ｘ線装置の増加した出力を使用して、地層の非侵入ゾーンの分析を可能にするための、より長いオフセットの検出器を可能にする方法を開示していない。この参考文献はまた、所与の検出器体積に対してＰＭＴ数を２倍にすることで、検出器体積内の許容カウント率を上げる方法も、地層の光電特性を直接測定するためのＸ線源の使用法も、開示していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】米国特許第７，６７５，０２９号
【特許文献２】米国特許第７，５６４，９４８号
【特許文献３】米国特許第８，４８１，９１９号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２１】
ボーリング孔の周りの、同時に侵入される地層、及び非侵入の地層を測定するＸ線ベースの岩盤密度ツールを提供し、このツールは、ゾンデ部（ｓｏｎｄｅ  ｓｅｃｔｉｏｎ）を具備する少なくとも１つの内部の長さを備え、前記ゾンデ部はさらにＸ線源と、少なくとも１つの放射線測定検出器と、少なくとも１つの線源監視検出器と、複数のゾンデ依存の電子機器とを具備する。本発明のある態様によれば、ツールは、Ｘ線を使用してボーリング孔の周りの地層を照射し、複数の検出器を使用して、侵入された地層及び非侵入の地層の両方の嵩密度を直接測定する。他の検出器の応答がツールのスタンドオフを補償することができるように、ボーリング孔のスタンドオフを測定するために使用される検出器と、コリメートされたタングステン製放射線遮蔽物内に配置された線源と電磁通信するよう配置された長間隔及び超長間隔検出器と、線源及び検出器組立体をボーリング孔の側面に押し付けてボーリング孔効果を低減することができるよう配置された摩耗パッドとを、また備える。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ワイヤライン搬送を使ってベアリング孔の中へ展開され、地層の密度がこのツールを使って測定される、Ｘ線ベースの岩盤密度地層評価ツールの図である。
【図２】Ｘ線管を放射線源として使用し、地層密度、非侵入嵩密度、及びボーリング孔補正値を測定するよう構成された、ボーリング孔ツールの範囲内で方法を実施する実際的な手段のレイアウト図である。
【図３】ｙ軸の強度対ｘ軸の光子エネルギーを示し、窓化された関心区域（指定された２つのエネルギー間の区域）は、スペクトルのピーク強度が移動しても変化しない、コンプトン領域での線源に対する典型的な基準検出器のスペクトルの図である。
【図４】アルミニウム（４０３）対マグネシウム（４０４）の応答の勾配に留意すると、典型的には１３７Ｃｓベースの岩盤密度ツールに関連づけられる応答に一致する、密度（ＤＲｈｏ）対ＲｈｏＬＳ−ＲｈｏＳＳの典型的なＸ線ベースのグラフである。
【図５】マグネシウム、アルミニウム、及び既知のＰＥのスリーブ（この場合はステンレス鋼）の光電応答を考慮するとき、予測できる挙動が可能である「短間隔」検出器を示す、ＰＥ応答の典型的なＸ線ベースのグラフである。
【図６】１３７Ｃｓ及びＸ線を使用する場合にアルミニウム地層対マグネシウム地層を測定するときの、嵩密度検出器で検出されたエネルギーのスペクトル形態を比較するグラフである。
【図７】短間隔検出器を使用して、入射する光子のスペクトルを収集するか、又はエネルギー閾値に基づいて収集することができ、特定のエネルギー窓を使用して、コンプトン散乱事象から生じるカウントと光電子から生じるカウントとの間を分離する、強度対光子エネルギーを示す短間隔検出器のスペクトルの図である。
【図８】様々な泥の重量の泥壁マットに対する調整の結果であるリブを示す、ＤＲｈｏ対ＲｈｏＬＳ−ＲｈｏＳＳグラフ上のアルミニウム−マグネシウム勾配の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書で説明する本発明は、石油及びガス坑井内の地層の密度を判断する密度計算を実施しようとするときに、化学的なガンマ線源の代替として電子Ｘ線装置を使用する方法及び器具からなる。本発明はさらに、Ｘ線源の著しく高い出力（１３７Ｃｓの５５．５ＧＢｑ（１．５Ｃｉ）と比較して）を使用して測定の精度を改善し、嵩密度検出器の軸方向のオフセットを増加させる一方、０．０１ｇ／ｃｃの再現性を実現させるために必要な統計的要件を維持し、これにより、石油及びガス坑井内の地層の泥侵入ゾーンの外側である調査深度を可能にする手段を教示する。この方法は、岩盤密度測定にデータを追加するやり方を提供し、泥の重量依存性に関する不確実性を取り除く方法を提供する。
【００２４】
この方法は、石油及びガス産業において使用するための、放射線物理学及び地層評価測定に関する新しい用途において、既知の技術と新しい技術との組合せで構成される。この方法は、水、石油、又はガス坑井で使用する方法を実施するために使用され得る手段を使ってさらに具現化される。
【００２５】
検層作業中に使用することができる１３７Ｃｓの量に対する典型的な規制上の制限は、最大４８．１ギガベクレル（１．３キュリー）である。密度検層作業中、データ品質の一貫性及び解釈を目的に、十分に大きい統計量を確保するため、毎秒所定数の光子が検出器に入る必要がある。その結果、密度検層作業は通常、ツールが５４８．６ｍ／時（１，８００ｆｔ／時）の速度で移動するように実行され、任意の特定の深度で十分な光子が確実に検出器に入り、顧客に受け入れられるデータ解像度（通常は０．０１ｇ／ｃｃ密度までの再現性）を提供する。４．５７ｋｍ（１５，０００ｆｔ）の長さの坑井では、これは底から地表まで、まさに８時間以上（又は貯水池のゾーンで少なくとも２時間）の検層時間に換算され得る。
【００２６】
検層速度は、ガンマ線源の出力に比例する取得速度に関連するため、現在、より速く作業を実行することはできない。安全上の理由から、使用され得る１３７Ｃｓの量には上限があり、検層を実行するのに必要な最小時間において上限が生じる。
【００２７】
泥侵入ゾーンの測定を回避する目的で密度検出器の軸方向のオフセットを増加させ、それによって岩盤密度測定の精度を高め、岩盤密度測定に関する泥の重量及び地層の間隙率の影響を軽減する機能を持つ実行可能な技術は現在ない。
【００２８】
ここで添付の図を参照すると、図１は、ワイヤライン搬送（１０２、１０３）によってベアリング孔（１０４）の中へ展開される、Ｘ線ベースの岩盤密度地層評価ツール（１０１）を示し、ここで地層（１０５）の密度がツール（１０１）を使って測定される。
【００２９】
図２は、Ｘ線管（２０３）を放射線（２０４）源として使用し、地層密度、非侵入嵩密度、及びボーリング孔補正値を測定するよう構成された、ボーリング孔ツール（２０１）の範囲内でこの方法を実施する実際的な手段のレイアウト図である。Ｘ線源（２０３）は、地層（２０２）を照射するＸ線ビーム（２０４）を生成する。Ｘ線源の出力は、基準検出器（２０５）によって監視される。基準検出器は、遮蔽物（２０９）を使用して線源から直接発する放射線（２０４）を減衰させるので、線源（２０３）及び検出器（２０５、２０６、２０７、２０８）を囲む遮蔽（２０９）を貫く直接的なビーム経路は不要である。嵩密度検出器（２０７）は両頭型であり、従ってシンチレータ結晶は実際上、単結晶の空間内で背面合せの２つの結晶で構成される（各端部に光電子増倍管）ことに留意されたい。この配置により、検出器の体積を維持しながら、飽和前に収集され得る１秒当たりのカウント数が実際上２倍になる。
【００３０】
図３は、コンプトン領域での線源に対する典型的な基準検出器のスペクトルを図示し、ｙ軸（３０１）の強度対ｘ軸（３０２）の光子エネルギーを示し、窓化された関心区域（３０３）（指定された２つのエネルギー間の区域）は、スペクトルのピーク強度（３０４）が移動しても変化しない。
【００３１】
図４は、密度（ＤＲｈｏ）（４０１）対ＲｈｏＬＳ−ＲｈｏＳＳ（４０２）の典型的なＸ線ベースのグラフを図示し、典型的には１３７Ｃｓベースの岩盤密度ツールに関連づけられる応答に完全に一致する、アルミニウム（４０３）対マグネシウム（４０４）の応答の勾配に留意されたい。
【００３２】
図５は、ＰＥ応答の典型的なＸ線ベースのグラフを図示し、マグネシウム（５０１）、アルミニウム（５０２）、及び既知のＰＥのスリーブ（この場合はステンレス鋼）（５０３）の光電応答を考慮するとき、短間隔検出器は予測できる挙動が可能であることを示している。ＰＥ比のさらなる説明については、図７を参照のこと。
【００３３】
図６は、１３７Ｃｓ及びＸ線を使用する場合にアルミニウム地層対マグネシウム地層を測定するときの、嵩密度検出器で検出されたエネルギーのスペクトル形態の比較を図示する。１３７Ｃｓ測定（６０４）でのアルミニウムのＸ線等価物（６０３）は、非常によく似た形である。同様に、１３７Ｃｓ測定（６０２）でのマグネシウムのＸ線等価物（６０１）も、非常によく似た形である。地層は、スペクトルの形が実際にＸ線と区別できない程度に、１３７Ｃｓのより高いエネルギーを濾波／散乱する傾向がある。従って、Ｘ線測定の物理的結果は、標準の１３７Ｃｓベースの岩盤密度ツールの測定結果と互換性がある。
【００３４】
図７は、強度（７０１）対光子エネルギー（７０２）を示す、短間隔検出器のスペクトルの表現である。短間隔検出器を使用して、入射する光子のスペクトルを収集するか、又はエネルギー閾値に基づいて収集することができ、特定のエネルギー窓を使用して、コンプトン散乱事象から生じるカウントと光電子から生じるカウントとの間を分離する。この点に関して、光電エネルギーはウィンドウ１（７０３）内のカウント、コンプトンはウィンドウ２（７０４）内のカウントで表されることになる。ウィンドウ１内で収集されたカウントと、ウィンドウ２内で収集されたカウントとの比率は、光電測定の基礎となる。
【００３５】
図８は、ＤＲｈｏ（８０１）対ＲｈｏＬＳ−ＲｈｏＳＳ（８０２）のグラフ上のアルミニウム−マグネシウムの勾配（８０３）を図示し、様々な泥の重量の泥壁マットに対する調整結果であるリブ（８０４、８０５、８０６、８０７）を示す。各曲線（８０４、８０５、８０６、８０７）は、泥壁の運搬厚さ（ｃａｒｒｙｉｎｇ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）を表す点で構成される。典型的なＣｓベースの岩盤密度の検層では、ツールの応答がどのリブ上に作用するかを理解するために、泥の重量を知る必要がある。
【００３６】
例示的な一実施例では、Ｘ線ベースの岩盤密度地層評価ツール（１０１）は、ワイヤライン搬送（１０２、１０３）によってベアリング孔（１０４）の中へ展開され、ここで地層（１０５）の密度がツール（１０１）を使って測定される。ツール（１０１）は、坑井の流体を筐体の外側に確実に維持する圧力筐体（２０１）で密閉されている。ツール（１０１）は、Ｘ線管（２０３）を放射線（２０４）源として使用して、地層密度、非侵入嵩密度、及びボーリング孔補正値を測定するよう構成される。
【００３７】
Ｘ線源（２０３）は、地層（２０２）を照射するＸ線ビーム（２０４）を生成する。Ｘ線源の出力は、基準検出器（２０５）によって監視される。基準検出器は、遮蔽物（２０９）を使用して線源から直接発する放射線（２０４）を減衰させるので、線源（２０３）及び検出器（２０５、２０６、２０７、２０８）を囲む遮蔽（２０９）を貫く直接的なビーム経路は不要である。嵩密度検出器（２０７）は両頭型であり、従ってシンチレータ結晶は実際上、単結晶の空間内で背面合せの２つの結晶で構成される（各端部に光電子増倍管）ことに留意されたい。この配置により、検出器の体積を維持しながら、結晶の飽和前に収集され得る１秒当たりのカウント数が実際上２倍になる。
【００３８】
さらなる実施例では、検出器の結晶は、Ｘ線を結晶内で可視光に変換／シンチレーションし、次いで光電子増倍管を使用して電子パルスに変換する必要があるのではなく、入射Ｘ線光子を縦続する電子に直接変換し、電子読出し装置により読み出す、直接変換型から作られ得る。
【００３９】
さらに別の実施例では、結晶体積を、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）内の読出し回路の２次元アレイに結合されるテルル化カドミウム又はテルル化カドミウム亜鉛検出器などの、アレイ型撮像検出器によって完全に置き換えることができる。
【００４０】
さらに別の実施例では、（検出器の利得安定化に使用されるべき）マイクロ同位体チェック・ソース（ｍｉｃｒｏ−ｉｓｏｔｏｐｅ  ｃｈｅｃｋ  ｓｏｕｒｃｅ）が組み込まれたシンチレータの結晶で作られた少なくとも２つの検出器（２０６、２０７、２０８）は、圧力筐体（２０１）内でＸ線管（２０４）から軸方向にオフセットして配置される。圧力筐体（２０１）は、摩耗パッド（２１０）によってボーリング孔の壁に対して維持される。このツールは、通常泥などの掘削流体で満たされた坑井の軸に沿って、ワイヤライン又は他の搬送装置を用いて搬送される。坑井を作った掘削活動の結果として、泥（又は掘削流体）が地層（２０２）の中へ短い距離だけ浸透し、泥の中の微粒子が地層に浸透する掘削流体から濾過される泥壁を残す。
【００４１】
さらに別の実施例では、（Ｘ線源の）出力ビーム出口に最も近い検出器（２０６）は、主に、ボーリング孔の凸凹による、ツールと地層との間のスタンドオフを、従ってツールと地層との間にどれだけの坑井流体があるかを測定するために使用される（短間隔として知られている検出器）。スタンドオフの測定は重要であり、それはなぜなら、ツールと地層との間の環状の空間（２１１）から漏れ落ちる線源の放射量が、地層（２０２）を通過していない、検出器（２０６、２０７、２０８）に入る光子の数の増加を引き起こすからである（ボーリング孔効果として知られている）。さらに、検出器（２０６）を使用して、光電効果を測定し、地層構成を形成する物質の種類を示すことができる。短間隔検出器を使用して、入射する光子のスペクトルを収集するか、又はエネルギー閾値に基づいて収集することができ、特定のエネルギー窓を使用して、コンプトン散乱事象から生じるカウントと光電子から生じるカウントとの間を分離する。
【００４２】
この点に関して、光電エネルギーはウィンドウ１（７０３）内のカウント、コンプトンはウィンドウ２（７０４）内のカウントで表されることになる。ウィンドウ１内で収集されたカウントと、ウィンドウ２内で収集されたカウントとの比率は、光電測定の基礎となる。これは、検出器の収集されたエネルギー・スペクトル内の２つのエネルギー窓を比較することで実現され、一方はより低いエネルギー（８０〜１００ｋｅＶなど）で設定され、もう一方はコンプトン・エネルギー領域（１１０〜６００ｋｅＶなど）で設定される。各エネルギー窓内で収集されたカウントの比率を比較することにより、光電効果の指数が可能となり、これは、地層内で予想される物質の種類に基づいて特徴づけられ得る。光電指数を、測定値対検層深度として表示することができる。
【００４３】
別の実施例では、出力ビーム（２０４）出口からさらにオフセットされた隣の検出器（２０７）（嵩密度検出器又は長間隔として知られる）を使用して、地層（２０２）密度を測定する。この検出器の出力は、短間隔検出器の特性に対する前記検出器の既知の応答の測定により、ボーリング孔効果を補償する。この検出器は、地層の実際上の電子密度から計算できる嵩密度を測定するために使用される。これは、Ｘ線源（２０４）の既知の出力から計算される。地層（２０２）の密度が高いほど、長間隔に入るカウント数が少なくなり、逆に、地層の密度が低いほど、カウント数が多くなる。嵩密度検出器（２０７）に入力できるカウント数は、一般的な１３７Ｃｓベースのツールの数と比較して非常に大きいので、変換時間及び復元時間がより短いシンチレータ（ＬａＢｒなど）を選択する必要があるか、又はＮａＩなどの市場での入手可能性がより高いシンチレータを革新的に使用することができる。さらなる実施例では、嵩密度検出器（２０７）は両頭型であり、従ってシンチレータ結晶は実際上、単結晶の空間内で背面合せの２つの結晶で構成される（各端部に光電子増倍管）。この配置により、検出器の体積を、線源（２０４）から検出器（２０７）までの軸方向オフセットの特定の区域内に維持しながら、結晶の飽和前に収集され得る１秒当たりのカウント数が実際上２倍になる。
【００４４】
Ｘ線装置の出力が大きいため、通常の１３７Ｃｓツールよりもかなり大きなオフセットで多数の光子を確実に検出できる、十分な光子がある。たとえば、５４８．６ｍ／時（１，８００ｆｔ／時）の検層速度で０．０１ｇ／ｃｃの不確実度の密度を計算できるようにするには、１８０ｋｅＶから５１０ｋｅＶの範囲内の嵩密度検出器（２０７）で毎秒約１，５００カウントを収集する必要がある。地層内でコンプトン散乱を生成するのに十分な電圧（すなわち＞２００ｋｅＶ）で構成されたＸ線管の場合、嵩密度検出器（２０７）で検出される光子の１秒あたり＞１，５００カウントを、それよりはるかに高い検層速度で達成することができる。より大きな統計量の別の使用法は、典型的な長間隔検出器よりもはるかに大きなオフセットで追加の検出器を取り入れ、それでもなお０．０１ｇ／ｃｃを実現させるのに十分な統計量（オフセットがより大きくても）を持つことである。通常、所定の位置でのカウント数は、線源（２０４）ビーム出口からの軸方向のオフセット距離に従って指数関数的に減少する。
【００４５】
はるかに大きな軸方向のオフセットに追加の検出器を配置する１つの利点は、調査での検出器の深度が、典型的な長間隔検出器よりも大きいことである。かかる検出器は、地層の非侵入ゾーン内の岩盤密度を測定することができることになり、従って泥壁の影響を排除することができる。
【００４６】
さらなる実施例では、出力ビーム（２０４）出口からさらにオフセットされた追加の検出器（２０８）（非侵入嵩密度検出器又は超長間隔として知られている）を使用して、地層（２０２）密度を測定する。この検出器の出力は、短間隔検出器（２０６）の特性に対する前記検出器の既知の応答の測定により、ボーリング孔効果を補償する。非侵入の嵩密度検出器（２０８）を使用して、掘削流体の侵入による直接的な影響を受けていない地層（２０２）の非侵入部分の嵩密度を測定し、従って嵩密度を地層の実際上の電子密度から計算することができる。さらなる実施例では、この検出器の出力は、短間隔検出器（２０６）の特性に対する前記検出器の既知の応答の測定によって、且つ嵩密度検出器（２０７）の応答測定によって、ボーリング孔効果を補償する。
【００４７】
さらなる実施例では、ＤＲｈｏ（８０１）対ＲｈｏＬＳ−ＲｈｏＳＳ（８０２）のグラフ上のアルミニウム−マグネシウムの勾配（８０３）は、様々な泥の重量の泥壁マットに対する調整の結果であるリブ（８０４、８０５、８０６、８０７）を示す。各曲線（８０４、８０５、８０６、８０７）は、泥壁の運搬厚さを表す点で構成される。典型的なＣｓベースの岩盤密度の検層では、ツールの応答がどのリブ上に作用するかを理解するために、泥の重量を知る必要がある。その結果として、標準の脊椎−リブ・アルゴリズム（ｓｐｉｎｅ−ｒｉｂ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）では、様々な泥の重量に対するすべてのリブが単一のリブ上に折り畳まれる。さらに、泥マット／スタンドオフの厚さが１．９ｃｍ（０．７５インチ）を超えると、通常、単一のリブから分離する湾曲が生じ、どのリブが検層に関連するかを判別することが困難になる。しかし、Ｘ線源（２０４）の出力エネルギーを調整することにより、（一般的なリブではなく）泥の重量に対する特定のリブを使用することができることを意味する、泥壁の種類を判断することが可能になり、１．９ｃｍ（０．７５インチ）を超えるどんなオフセット補正／補償をも正しく機能させることができる。
【００４８】
さらに別の実施例では、ツール（１０１）は、ワイヤラインで運ばれるのではなく、掘削中検層（ＬＷＤ）ストリングの中に配置される。さらなる実施例では、ＬＷＤが備えられたツール（１０１）は、泥タービンにより給電されることになる。
【００４９】
さらに別の実施例では、ツール（１０１）は、中性子間隙率ツール、天然ガンマ・ツール、及び／又はアレイ誘導ツールなどの、他の測定ツールと組み合わせることができる。
【００５０】
補償された非侵入の超長間隔の計算された密度に加えて、補償された長間隔の計算された密度を示すログを提供することにより、操作者は、これらの計算された密度の正確度を判断し、測定されている地層のゾーン内に泥が侵入する影響に関するどんな懸念をも排除することができる。
【００５１】
加えて、強度のより大きいＸ線源を使用して、測定において０．０１ｇ／ｃｃ以下の不確実度しか生じさせないために必要な統計量を犠牲にすることなく動作する、非常に高速な（２．１９ｋｍ／時（７，２００ｆｔ／時））検層を実行することができる。従って、これにより、既存の手法の４倍の速度で測定を実行し、使用する装備時間を通常の１３７Ｃｓベースの検層動作に必要な時間の４分の１に削減することができるであろう。
【００５２】
さらに、Ｘ線源を備える危険な放射性同位体１３７Ｃｓの必要性の排除は、エネルギーを切っても無害であり、世界中の検層機器の物流及び取扱いの簡単さ及び安全性に革命をもたらすであろう。
【００５３】
上記の仕様は、例示の目的でのみ提供しており、本発明のすべての可能性のある態様を説明することを意図したものではない。本発明を、いくつかの例示的な実施例に関して本明細書で詳細に示し説明してきたが、当業者は、説明に対する小さな変更、及び他の様々な修正、省略、及び追加もまた、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく行うことができることを理解されよう。
【図１】
2020511638.tif 000003
【図２】
2020511638.tif 000004
【図３】
2020511638.tif 000005
【図４】
2020511638.tif 000006
【図５】
2020511638.tif 000007
【図６】
2020511638.tif 000008
【図７】
2020511638.tif 000009
【図８】
2020511638.tif 000010
【国際調査報告】
2020511638.tif 000011
2020511638.tif 000012
2020511638.tif 000013