СТАБИЛИЗАЦИЯ СПЕКТРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДВУХ ТОЧЕК
SPECTRUM STABILIZATION USING TWO POINTS

Уровень техники изобретения
В плотностном каротаже сцинтилляционные детекторы измеряют излучение формации для оценки электронной плотности и индекса фотоэлектрического поглощения формации. Энергия зафиксированного излучения измеряется и квантуется в отсчеты. Отсчеты компонуются в каналы, в зависимости от энергии. Энергия, ассоциированная с каждым каналом, может меняться как функция от температуры и срока службы детектора. Стабилизация спектра таким образом, чтобы каждый канал соответствовал известному значению энергии, является затруднительной.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 иллюстрирует буровую систему.
Фиг.2 показывает схематическое поперечное сечение инструмента для плотностного каротажа.
Фиг.3 показывает блок-схему инструмента для плотностного каротажа.
Фиг.4 и 5 иллюстрируют гистограммы.
Фиг.6 иллюстрируют спектр с двумя пиками, ассоциированными с вольфрамом.
Фиг.7 является блок-схемой.
Фиг.8 иллюстрирует среду.
Подробное описание чертежей
В одном варианте осуществления, буровая система 100, проиллюстрированная на Фиг.1, включает в себя буровую вышку 105, с которой буровая колонна 110 опускается в скважину 112. Фиг.1 значительно упрощена, и в целях наглядности не показывает множество элементов, которые используются в буровом процессе. Далее, в то время как Фиг.1 показывает наземную буровую систему, описанные здесь техники также являются полезными в буровой системе морского базирования, и в кабельных и канатных системах и операциях. В одном варианте осуществления, объем в скважине 112 вокруг буровой колонны 110 называется кольцеобразным зазором 114. В одном варианте осуществления, буровая колонна включает в себя буровое долото 115, различные приводы и датчики, показанные схематически элементами 120, и телеметрическую секцию 125, через которую буровое оборудование соединяется с наземной телеметрической системой 130. В одном варианте осуществления, буровая колонна включает в себя инструмент 135 плотностного каротажа для сбора данных из подземных формаций, таких как формация 140.
В одном варианте осуществления, компьютер 145 принимает данные от скважинного оборудования и отправляет команды скважинному оборудованию через наземную телеметрическую систему 130. В одном варианте осуществления, компьютер 145 включает в себя устройства ввода/вывода, память, хранилище и оборудование для сетевого соединения, включающего в себя оборудование, необходимое для подсоединения к Интернету.
В одном варианте осуществления, проиллюстрированном на Фиг.2, инструмент 135 плотностного каротажа включает в себя внешнюю оболочку 202 и внутреннюю оболочку 203. Внутренняя оболочка образует канал, через который буровой раствор может протекать в них по буровой колонне 110 к буровому долоту 115. Устройства, которые выполняют функции инструмента 135 плотностного каротажа, размещаются в пространстве между внешней оболочкой 202 и внутренней оболочкой 203.
В одном варианте осуществления, инструмент 135 плотностного каротажа включает в себя источник 205 цезия (Cs), который обеспечивает гамма-излучение с известной энергией приблизительно в 662 килоэлектронвольт (кэВ). В одном варианте осуществления, гамма-излучение 215, вырабатываемое цезиевым источником 205, выходит из инструмента 135 плотностного каротажа через окно 201 малой плотности в источнике. Гамма-излучение 215 пронизывает в формацию 214. В одном варианте осуществления, некоторая часть гамма-излучения 220 отражается от формации обратно в инструмент 135 плотностного каротажа, где оно проходит через окно 225 низкой плотности в сцинтилляторе в сцинтиллятор 225. В одном варианте осуществления, сцинтиллятор 230 защищен вольфрамовым экраном 235. В одном варианте осуществления, некоторая часть гамма-излучения 240 из цезиевого источника 205 пронизывает вольфрамовый кран 245 и попадает в сцинтиллятор 225. Эти гамма-излучения 220 и 240 из цезиевого источника 205 используются как опорные для стабилизации спектра, как это описано ниже.
Некоторая часть гамма-излучения 245 из цезиевого источника 205 заставляет вольфрамовый экран 235 испускать рентгеновское излучение 250, которое попадает в сцинтиллятор 230 напрямую или через отражение. Это рентгеновское излучение 250 также используется как опорное для стабилизации спектра, как это описано ниже.
Формация 140 испускает гамма-излучение 255, которое фиксируется сцинтиллятором 230. В одном варианте осуществления, данные гамма-излучения 255 используются для расчета электронной плотности и/или индекса фотоэлектрического поглощения формации 140.
В одном варианте осуществления, сцинтиллятор 230 генерирует фотоны в результате облучения гамма-излучением 220, 240 и 255 и рентгеновским излучением 250. В одном варианте осуществления, фотоумножительная трубка (ФУТ) 260 подсоединяется к сцинтиллятору 230. ФУТ 260 генерирует электрический импульс для каждого из гамма-излучений или рентгеновского излучения, полученного сцинтиллятором 230, при этом величина электрического импульса зависит от энергии полученного гамма-излучения и рентгеновского излучения.
Рассмотрим теперь Фиг.3, где в одном варианте осуществления, ФУТ 260 подсоединена к делителю напряжения 305. В одном варианте осуществления, делитель 305 напряжения подсоединен к источнику 310 высокого напряжения. В одном варианте осуществления, источник 310 высокого напряжения подсоединен к ФУТ 260 через делитель 305 напряжения, так что источник 310 высокого напряжения может контролировать напряжение на ФУТ 260. Таким образом, путем регулировки источника 310 высокого напряжения, является возможным регулировать реакцию сцинтиллятора 230 и ФУТ 260 на излучение, попадающее на сцинтиллятор 230.
В одном варианте осуществления, ФУТ 260 подсоединен к предусилителю 315 через делитель 205 напряжения. В одном варианте осуществления, усилитель 320 обеспечивает постоянное усиление напряжения от ФУТ. В одном варианте осуществления, усилитель 320 подсоединен к выходу предусилителя 315 и обеспечивает регулируемое усиление сигнала от предусилителя 315.
В одном варианте осуществления, выход усилителя 320 является серией электрических импульсов. В одном варианте осуществления, каждый электрический импульс соответствует каждому попаданию излучения в сцинтиллятор 230. В одном варианте осуществления, высота каждого электрического импульса соответствует энергии, выделенной в сцинтилляторе излучением, породившим импульс.
В одном варианте осуществления, выход усилителя 320 подсоединен к многоканальному анализатору (МКА) 325. В одном варианте осуществления, МКА 325 анализирует поток электрических импульсов, которые он получает от усилителя 320 и сортирует их в гистограмму. В одном варианте осуществления, гистограмма включает в себя множество каналов (Ch1, Ch2, ..., ChN). В одном варианте осуществления, каждый канал имеет номер канала (то есть Ch1, Ch2, ..., ChN имеют соответствующие номера каналов C1, C2, ..., CN). В одном варианте осуществления, каждый канал ассоциирован с диапазоном энергии (то есть каждый канал Chl, Ch2, ..., ChN ассоциирован с соответствующими диапазонами энергии с центрами, соответствующими энергиями El, E2, ..., EN). В одном варианте осуществления, каждый канал имеет ассоциированный с ним счетчик (C1-счетчик, C2-счетчик, ..., CN-счетчик), представляющий количество случаев, когда излучение имеет энергии в диапазоне энергии, ассоциированной с каналом, полученной устройством в течение времени детектирования.
Фиг.4 и 5 иллюстрируют две таких гистограммы. На Фиг.4, пик 405 примерно на канале 950 является пиком в 662 кэВ из цезиевого источника. На Фиг.5, пик 505 примерно на канале 225 является пиком 662 кэВ из цезиевого источника.
Как упоминалось выше, ответ схемы, показанной на Фиг.3, имеет тенденцию к отклонению с течением времени и под воздействием температуры. В результате, в одном варианте осуществления, корреляция между номерами каналов гистограммы МКА и энергией периодически калибруется. В одном варианте осуществления, пик от цезиевого источника, как показано на Фиг.4 и 5 используется для этого процесса. В одном варианте осуществления, следующее уравнение используется в этом процессе:
γ
γ
E=kС+E0 (1)
где
k является энергетической шкалой с единицами энергии/канала;
γ
C является номером канала (то есть C1...CN);
γ
γ
E является энергией, ассоциированной с каналом C; и
E0 является смещением нуля.
0
В одном варианте осуществления, пик от цезиевого источника подстраивается под нужный номер канала, E0 приравнивается нулю (для сведения уравнения 1 к одному неизвестному), и уравнение (1) решается для k. Уравнение (1) с E0, установленным в ноль, может затем быть использовано для идентификации других признаков в гистограмме. В одном варианте осуществления, процесс стабилизации спектра использует преимущество пиков, которые возникают на гистограмме МКА в результате взаимодействия гамма-излучения с вольфрамовым экраном 235. Взаимодействие гамма-излучения с вольфрамом вызывает рентгеновское излучение с пиками 605 и 610 на 59,3 кэВ и 67,2 кэВ, соответственно, как показано на Фиг.6. Путем нахождения вольфрамовых пиков на гистограмме МКА можно решить два экземпляра уравнения (1) (один экземпляр для цезиевого пика и один экземпляр для вольфрамового пика) для обоих неизвестных, к и E. Это позволяет использовать полное уравнение (1) для определения других признаков в гистограмме.
В одном варианте осуществления, процессор 330 (см. Фиг.3) выполняет двухточечный процесс стабилизации с использованием цезиевого пика и одного из вольфрамовых пиков. Двухточечный процесс стабилизации, проиллюстрированный на Фиг.7, включает в себя получение МКА 235 потока электрических импульсов от ФУТ 260 через предусилитель 315 и усилитель 320 (блок 705). В одном варианте осуществления, МКА 235 сортирует электрические импульсы по каналам в гистограмму. В одном варианте осуществления, гистограмма имеет первый пик, соответствующий цезиевому пику, и второй пик, соответствующий первому из вольфрамовых пиков (блок 710). В одном варианте осуществления, процессор 330 принимает гистограмму от МКА 235 и определяет, попадает ли первый пик в предпочтительный канал (ChA с номером канала CA, 1<A<N). Если не попадает (ветка "Нет" из блока 715), процессор 330 регулирует уровень усиления усилителя 320 или напряжение источника 310 высокого напряжения (блок 720). Элементы 705, 710 и 715 затем повторяются, пока первый пик (то есть цезиевый пик) не попадет в предпочтительный канал (ветка "Да" из блока 715).
Процесс продолжается путем измерения положения (то есть канала ChB с номером канала CB) второго пика, то есть одного из вольфрамовых пиков (блок 725). С этой информацией, номер канала для цезиевого пика (CA), энергия, ассоциированная с цезиевым пиком (EA), номер канала для вольфрамового пика (CB), и энергия, ассоциированная с вольфрамовым пиком (EB), позволяют выполнить одновременное решение следующей системы уравнений для k и E0 (блок 730):
EA=k*CA+E0 (2)
EB=k*CB+E0 (3)
С известными k и E0 становится возможным решить уравнение (1) более точно, чем без k и E0. Уравнение (1) может быть использовано для идентификации краев энергетических окон в гистограмме, таких как энергетические окна W1, W2, W3, W4, и W5, показанные на Фиг.5, или расположение спектральных признаков (блок 375), таких как пик 410 примерно на канале 200 на Фиг.4 или пик 510 примерно на канале 70 на Фиг.5. Зная это, становится возможным оценить электронную плотность и индекс фотоэлектрического поглощения формации 140 (блок 740), что позволяет оператору принять решение о бурении скважины или завершении скважины (блок 745).
В одном варианте осуществления, показанном на Фиг.8, инструмент 135 плотностного каротажа управляется программным обеспечением в виде компьютерной программы В одном варианте осуществления, процессор 810, который может быть тем же самым или включенным в процессор 330 или в компьютер 145, считывает компьютерную программу из компьютерно-читаемого носителя 805 через устройство 815 ввода/вывода, и сохраняет ее в памяти 820, где она подготавливается для выполнения путем компиляции и компоновки, при необходимости, и затем выполняется. В одном варианте осуществления, система принимает входные данные через устройство 815 ввода/вывода, такое как клавиатура или кнопочная панель, мышь, сенсорная панель, сенсорный экран, и так далее, и обеспечивает выходные данные через устройство 815 ввода/вывода, такое как монитор или принтер. В одном варианте осуществления, система хранит результаты расчетов в памяти 820 или изменяет такие расчеты, которые уже находятся в памяти 820.
В одном варианте осуществления, результаты расчетов, которые находятся в памяти 820, делаются доступными через сеть 825 для удаленного центра 830 обработки в режиме реального времени. В одном варианте осуществления, удаленный центр 830 обработки в режиме реального времени делает результаты вычислений доступными через сеть 835, чтобы помочь в планировании нефтяных скважин 840 или в бурении нефтяных скважин 840.
Слово "подсоединен" здесь означает прямое соединение или косвенное соединение.
Приведенный выше текст описывает один или более конкретных вариантов осуществления более широкого изобретения. Изобретение также реализуется множеством альтернативных вариантов осуществления и, таким образом, не ограничено описанными здесь вариантами осуществления. Упомянутое выше описание варианта осуществления изобретения было представлено для целей иллюстрации и описания. Оно не подразумевается как исчерпывающее или ограничивающее изобретение описанной точной формой. Множество модификаций и вариаций являются возможными в свете изложенной выше идеи изобретения. Предполагается, что объем изобретения ограничен не этим подробным описанием, но прилагающейся формулой изобретения.