专利名称：井下伽马射线检测的制作方法
技术领域：
一般地讲，本发明涉及井眼伽马射线测井。
背景技术：
在测井中，使用位于井眼内的检测器测量伽马射线是一种常见的操作。
在诸如钍、铀与钾(Th，U，K)等地下材料衰变时发射天然伽马射线，每种这些材料都发射由于发射各种能量的伽马射线而产生的特征频谱。在油气资源探测中，测量天然伽马射线尤其有用，这是因为人们认为单独或混合地测量的Th，U，K聚集可以很好地指示先前不可得的、有关环绕井眼的地层中页岩或粘土的存在、类型、以及体积的信息。
谱模式检测器，即对伽马射线能量敏感的检测器，可以提供作为能量函数的伽马射线频谱。
可替换地，可以不鉴别能量地计数伽马射线这种原始计数模式提供有关是否存在页岩的有用信息。
另外，伽马射线检测器也可以检测中子感生(neutron-induced)的伽马射线。使用测井工具中的中子源以获得环绕井眼的地层特征是公知的，特别对于测量地层孔隙度。
特定技术涉及使用诸如AmBe等化学源来提供中子以照射地层，从而可以检测返回到井眼的散射中子，并且导出地层特征(孔隙率)。照射地层还可以从被激发原子衰变感生伽马射线，该感应可以由伽马射线检测器检测。
中子源可以是中子的电子发生器，其允许用大大高于由生成人们过去使用的AmBe源的中子的平均能量(4MeV)的能量(14MeV)的中子照射地层。结果，地层中原子核数目显著增加，这些原子核蜕变为放射性元素。
具体地讲，氧原子核可能转换为氮原子核；放射性氮原子通过β衰变迅速衰变为激发态氧，其进而通过发射伽马射线衰变。所发射的伽马射线大部分具有大约6.1MeV的能量，其大大高于来自天然产生的放射性材料的伽马射线。
伽马射线检测器也可以计数由伽马射线发生器产生的伽马感生的伽马射线。伽马射线发生器以能量相对较低例如600keV的伽马射线照射地层。伽马射线由地层中的电子散射，每次散射事件都丢失能量。因此，散射的伽马射线也具有相对较低的能量，并且可以在伽马射线检测器处检测，以提供有关环绕井眼的地层的信息。
放射性示踪伽马射线也可以在伽马射线检测器处检测。放射性示踪剂被注入地层和/或井眼，并且发射放射性示踪伽马射线。检测放射性示踪伽马射线，并提供有关地层内和/或套管(casing)后流体的可能行为的信息。
因此可能在井眼内检测来自多个源的伽马射线。
在井眼的钻挖操作过程中可以进行伽马射线测井，从而尽早提供有关环绕井眼的被钻孔部分的地层的信息。图1显示钻挖同时测井的系统的例子的示意图。钻挖同时测井工具108包含钻柱端部的钻头101。钻柱103用来钻挖井眼102。测井工具(104，105，109)安装在钻柱103内，从而允许将钻探泥浆通过泥浆通道106运送。钻探泥浆向下泵至钻头101，在那里其有助于清理钻屑并将其通过钻柱103与地层107之间的环面带至地表。
测井工具(104，105，109)之一可包含中子发生器104，其以高能中子照射地层107，从而提供的地层107的孔隙率的测图。伽马射线检测器109可以靠近中子发生器配置，以测量由所生成的中子感生的伽马射线。
另外，伽马射线检测器105可以测量地层107的天然中子放射性。意在测量天然中子放射性的伽马射线检测器105也可能检测由伽马射线感生源(例如中子发生器104)产生的伽马射线。
在美国专利5459314中描述了对于意在检测伽马感生的伽马射线的检测器的校正方法。密度源(density source)用伽马射线照射地层，伽马射线与地层相互作用，并在地层或井眼内散射之后检测。意在检测散射伽马射线的检测器也可能检测与由密度源发射的伽马射线无关的、非伽马感生的伽马射线，即由另一测井工具源生成的伽马射线或来自地层的天然伽马射线。该校正方法包含识别并去除所检测的非伽马感生的伽马射线。所述识别可以通过以下进行检测在门限能量级之上的伽马射线，并且确定非伽马感生的伽马射线的计数。然后，从总伽马射线计数中减去非伽马感生的伽马射线的计数，以获得来自密度源的伽马射线计数。
伽马射线检测器的增益被定义为伽马射线信号幅度与伽马射线能量的比例。伽马射线频谱系统的增益可能作为伽马射线检测器的光电倍增器的高电压、光电倍增器的老化、温度等等的函数而变化。因此必须稳定伽马射线检测器的增益。
一般用来稳定增益的第一种方法包含生成具有预定能量的伽马射线的峰值，即具有被明确定义的预定位置的校准峰值。因为已知校准峰值的预定能量，所以一旦在检测器处检测到峰值，调节增益使得校准峰值的所检测的位置等于预定位置就相对容易了。此方法可以用基本检测器与三个鉴别器来实现。然而当计数相关伽马射线时，必须从所检测的伽马射线的总数中减去校准峰值的伽马射线。因此，计数误差可能相对较高。对于检测计数率相对较低的天然伽马射线放射性，如果使用第一种方法，则对相关伽马射线的计数可能不够精确。
在美国专利5360975中描述的第二种方法包含记录完全伽马射线频谱，并且确定基准频谱与所记录的频谱之间的最佳拟合。最佳拟合的增益用来调节伽马射线检测器的增益。该方法要求检测器处于谱模式以获得完全伽马射线频谱。
欧洲专利EP0640848描述了用于套管井中的第三种方法。第三种方法针对稳定意在用来计数高能中子感生伽马射线的检测器的增益。高能中子发生器用高能中子照射套管与地层，其产生高能中子感生的伽马射线与热中子感生的伽马射线。配备定时部件以获得两种伽马射线的度量。因为套管包含铁原子，所以在热中子感生的伽马射线的度量中总包含铁峰值。因此，基于铁峰值稳定检测器增益。一旦稳定了增益，则认为高能中子感生的伽马射线的度量正确。
发明内容
在第一方面，本发明提供了一种稳定用于井下测井工具的伽马射线检测器的增益方法。该方法基于对完全伽马谱的反向散射峰值的处理。
在第一优选实施方式中，该方法包含确定第一比率，第一比率相应于能量在第一预定能量范围内的伽马射线。确定第二比率，第二比率相应于能量在第二预定能量范围内的伽马射线。第一预定能量范围与第二预定能量范围跨越反向散射峰值。
在第二优选实施方式中，调整增益，使得第一比率与第二比率的比例基本等于预定值。
在第三优选实施方式中，调整增益，使得第一比率与乘以预定正系数的第二比率的差异基本等于零。
在第四优选实施方式中，测量所检测的反向散射峰值的重心位置。调整增益，使得测定的重心位置等于基准重心位置。
在第五优选实施方式中，检测器意在检测来自环绕井眼的地层的天然伽马射线。
在第六优选实施方式中，伽马射线感生源位于伽马射线检测器的附近。
在第七优选实施方式中，检测器意在检测中子感生的伽马射线。
在第二方面，本发明提供了一种稳定用于井下测井工具的伽马射线检测器的增益的系统。所述系统包含伽马射线检测器，用来检测伽马射线。所述系统还包含鉴别部件，其允许比较所检测的伽马射线的能量与至少三个调节门限。该三个调节门限位于完全伽马谱的反向散射峰值的能量临域。所述系统还包含调整部件，用来调整伽马射线检测器的增益。
在第八优选实施方式中，鉴别部件允许确定第一比率与第二比率，第一比率与第二比率相应于能量分别在第一预定能量范围与第二预定能量范围内的伽马射线，第一预定能量范围与第二预定能量范围跨越反向散射峰值。
在第九优选实施方式中，所述系统还包含计算部件，用来计算第一比率与第二比率的比例，并且比较该比例与预定值。
在第十优选实施方式中，鉴别部件允许比较所检测的伽马射线的能量与相对较高数目的调节门限，以获得完整谱。所述系统还包含计算部件，用来计算完整谱的所检测的反向散射峰值的重心位置，以及比较所求得的重心位置与基准重心位置。
在第十一优选实施方式中，伽马射线检测器位于钻挖工具内。所述伽马射线检测器意在检测来自围绕所钻挖的井眼的地层的天然伽马射线。
在第三方面，本发明提供了一种评定井眼内天然伽马射线放射性的方法。该方法包含确定范围计数比率。该计数比率相应于能量在预定校正范围内的伽马射线。根据所确定的范围计数比率，计算校正计数比率，并且使用该校正计数比率来评定天然伽马射线放射性。
在第十二优选实施方式中，预定校正范围在预定校正门限之上为半无限。
在第十三优选实施方式中，测量总伽马计数比率，该总伽马计数比率相应于由检测器检测到的伽马射线。从总伽马计数比率中减去校正计数比率，以评定天然伽马射线放射性。
在第十四优选实施方式中，校正计数比率与预定范围计数比率成正比。
在第十五优选实施方式中，伽马射线感生源位于井下所述系统附近。该伽马射线感生源为高能中子发生器。
在第十六优选实施方式中，对天然伽马射线放射性的评定在井眼的钻挖过程中进行。
在第十七优选实施方式中，中子感生的伽马射线是由于激活位于钻探泥浆内的氧原子造成的。
在第十八优选实施方式中，稳定伽马射线检测器的增益。
在第十九优选实施方式中，确定第一比率，第一比率相应于能量在第一预定能量范围内的伽马射线。确定第二比率，第二比率相应于能量在第二预定能量范围内的伽马射线。调整所述增益，使得第一比率与第二比率的比例基本等于预定值。
在第二十优选实施方式中，第一预定能量范围与第二预定能量范围跨越完全伽马谱的反向散射峰值。
在第二十一优选实施方式中，生成校准伽马射线，校准伽马射线的能量基本等于被明确定义的能量值。使用校准伽马射线以稳定伽马射线检测器的增益。
在第四方面，本发明提供了一种评定井眼内天然伽马射线放射性的系统。该系统包含位于井下的检测器，用来检测伽马射线；至少一个鉴别器，用来允许确定范围计数比率。范围计数比率相应于能量在预定校正范围之内的伽马射线。该系统还包含处理部件，用来根据预定范围计数比率计算校正计数比率。校正计数比率用来评定天然伽马射线放射性。
在第二十二优选实施方式中，预定校正范围在预定校正门限之上为半无限。
在第二十三优选实施方式中，所述至少一个鉴别器允许确定第一比率与第二比率。第一比率与第二比率相应于能量分别在第一预定能量范围与第二预定能量范围内的伽马射线。所述系统还包含计算部件，用来计算第一比率与第二比率的比例，并且比较该比例与预定值。所述系统还包含调整部件，用来根据该比较的结果调整伽马射线检测器的增益。
在第二十四优选实施方式中，伽马射线感生源位于井下所述系统附近。该伽马射线感生源为高能中子发生器。
在第二十五优选实施方式中，所述检测器位于钻挖工具内。
在第二十六优选实施方式中，所述检测器检测中子感生的伽马射线，该中子感生的伽马射线是由于高能中子激活位于钻探泥浆内的氧原子造成的。
在第二十七优选实施方式中，所述系统还包含位于伽马射线检测器晶体后侧的护罩，用来减少对从后侧来的伽马射线的检测。
在第二十八优选实施方式中，所述系统还包含围绕晶体的束套，该束套在晶体前侧具有凹坑，该凹坑改进从前侧来的伽马射线的透射。
本发明的其他方面与优点可从以下描述与权利要求中看出。
图1包含现有的边钻挖边侧井工具的示意图；图2显示用伽马射线检测器获得的伽马射线谱，该伽马射线检测器靠近边钻挖边侧井工具的泥浆通道放置；图3包含显示本发明示例的流程图；图4显示完全伽马射线谱的例子；图5包含根据本发明第二优选实施方式的系统图；图6包含根据本发明第三优选实施方式的系统图；图7包含显示根据本发明的示例方法的流程图；图8包含根据本发明另一示例实施方式的系统图；图9包含根据本发明的侧井工具的例子的示意图；图10包含根据本发明的护罩的例子的示意图。
具体实施例方式
评定天然伽马射线放射性可能需要稳定伽马射线检测器。
所述稳定可能例如通过谱模式检测器进行，如在现有技术第二种方法中所述。
用于所述稳定的另一例子使用现有技术的第三种方法。该检测器意在用于检测套管井中中子生成的伽马射线。第三种方法还需要定时部件以分离高能中子感生的伽马射线与热中子感生的伽马射线。
需要一种与现有技术第二或第三种方法相比相对较简单同时不需要校准源或诸如套管等特定环境的方法。
如上所述，中子的电子发生器通过激发围绕电子发生器的材料来感生高能伽马射线放射性。当电子中子发生器靠近钻挖同时测井工具上的泥浆通道时，钻探泥浆中某些氧原子可能被激活。当钻探泥浆被通过泥浆通道运载时，被激活的氧原子在特定距离上保持放射性。该距离取决于氧的激发原子的半衰期以及钻探泥浆的速率。
而钻探泥浆流速度足以使位于附近的伽马射线检测器检测到来自被激活氧原子的伽马射线放射性。在这种情况下，对被激活的氧原子的检测产生了对于测量地层天然伽马射线放射性，这不是我们所希望的背景。
图2显示利用位于钻挖同时测井工具的泥浆通道之旁的NaI(T1)伽马射线检测器获得的伽马射线谱。泥浆流紧靠中子发生器通过，并且其某些氧原子可能被高能中子激活。然后，被激活的流体向伽马射线检测器行进。检测器计数在放大后计数所有超过给定能量门限的伽马射线，即来自天然放射的伽马射线与来自被激活的氧原子的伽马射线两者。
这里提供利用伽马射线检测器观察的四种不同的谱。每个检测器通道的计数被绘制为以keV表示的伽马射线能量的函数。当关闭中子发生器时，记录第一谱201。可以观察到662keV处的第一峰值202以及2615keV处的第二峰值203，其分别相应于铯源与弱钍源。在更高能量处，只能记录天然背景204。
当打开中子发生器时，记录第二谱205与第三谱206。然而，在记录第三谱206时泥浆流体具有低速度，而在记录第二谱205泥浆流体根本不具备速率。在这两种情况下，与在谱201中的天然背景204相比，只观察到在高于3000keV的能量处的轻微增加。当泥浆流体不流动时，被激活的氧原子不通过伽马射线检测器。在低流动速度上，被激活的氧原子在大大长于被激活原子的半衰期的时间之后到达伽马射线检测器。
当打开中子发生器并且钻探泥浆的流动速率相对较高时，即被激活的氧原子在与其半衰期相比相对较短的时间之后通过伽马射线检测器并且在大约5100keV处生成峰值，记录第四谱207。由此观察到清晰的效果。当使用基本检测器(即独立于其能量，提供伽马射线的原始计数的检测器)来检测天然伽马射线时，该效果可能感生相对较高的误差。
因此，需要一种允许在伽马射线感生源位于检测器附近的情况下评定井眼中天然伽马射线放射性的方法。
检测器增益的调节图3提供显示本发明例子的流程图。配备用于井下测井工具的伽马射线检测器来检测伽马射线(301)。伽马射线检测器具有可能随时间、温度、或者高电压变化的增益。根据本发明，通过使用基于对完全伽马谱的反向散射峰值的处理的方法，可以稳定增益。
图4显示完全伽马谱的例子。反向散射峰值401由已经通过与电子交互作用而丢失了能量的伽马射线引起。因此反向散射峰值401的能量相对较低并相对稳定。反向散射峰值401相对独立于地层的密度与元素构成。因此，可能基于反向散射峰值的稳定性稳定检测器。
鉴别部件，例如鉴别器，允许将所检测的伽马射线与至少三个调节门限比较。这三个调节门限位于反向散射峰值的能量附加，即在相同能量范围之内。还提供了调整部件以调整伽马射线检测器的增益。
再次参照图3，在第一优选实施方式中，根据三个调节门限T1、T2、以及T3鉴别(303)所检测的伽马射线。鉴别器可以允许根据与调节门限T1、T2、以及T3的比较分离所检测的伽马射线。第一调节门限T1与第二调节门限T2定义第一预定能量范围I1(图4中显示)。第二调节门限T2与第三调节门限T3定义第二预定能量范围I2(图4中显示)。
调节门限T1、T2、以及T3具有的值使得第一预定能量范围与第二预定能量范围跨越完全伽马射线谱的反向散射峰值401。调节门限的值可以是例如100keV、200keV、以及300keV，而反向散射峰值对于基本等于200keV的能量具有最大值。
确定相应于检测到的伽马射线的第一比率W1与第二比率W2(在图3或图4中未显示)，该伽马射线的能量分别在第一预定能量范围I1与第二预定能量范围I2之内的。计算第一比率W1与第二比率W2的比例(304)。然后将该比例与预定值比较(305)。
根据比较结果，调整部件可以调整伽马射线检测器的增益，使得该比例基本等于预定值。该预定值可以等于单位值，或者由于反向散射峰值的非对称形状和/或第一能量范围I1与第二能量范围I2具有不同宽度而引起的另一值。
可替换地，可以计算第一比率W1与乘以预定正系数c的第二比率W2之间的差异。可以调整增益使得该差异W1-cW2基本等于零。
一般地，通过调整施加到检测器的光电倍增管的电压HV来改变伽马射线检测器的增益。
使用调节环路稳定伽马射线检测器。该调节环路允许在不用如现有技术中那样提供校准源并记录完全伽马射线谱的情况下稳定伽马射线检测器的增益。本发明的方法基于对反向散射峰值的处理，不需要定时部件来分离铁峰值。
调整增益使得第一比率W1与第二比率W2的比例基本等于预定值，即相应于反向散射峰值401(参照图4)，所检测的伽马射线的能量以第二调节门限T2为中心。一旦调节了增益，则阴影表面402与403的面积比例基本等于预定值。
图5显示根据本发明第一优选实施方式的系统的例子。伽马射线检测器501包含晶体505、光电倍增器507、以及放大器508。鉴别器502允许将所检测的伽马射线的能量与三个调节门限T1、T2、以及T3比较。调节门限位于完全伽马射线谱的反向散射峰值附近。
相应于能量在第一调节门限T1与第二调节门限T2之间的伽马射线的第一比率可以通过计算部件确定。类似地，相应于能量在第二调节门限T2与第三调节门限T3之间的伽马射线的第二比率可以通过计算部件确定。计算部件还可以比较第一比率与第二比率。计算部件可以是相对较简单的微处理器504。微处理器504可以与模数转换器(未显示)相关联。
调整部件，例如与数模转换器(未显示)相关联的高电压线或高电压控制线609，根据比较结果调整光电倍增器的增益。
在第二优选实施方式中，伽马射线检测器可以处于谱模式，并且因此，稳定检测器的方法可以包含测量所检测的反向散射峰值的重心位置。然后，测定的重心位置与基准重心位置比较。根据比较结果，修改能量敏感检测器的增益，例如通过调整光电倍增器的高电压。
图6显示根据第二优选实施方式的系统的例子。伽马射线检测器601包含晶体605、光电倍增器607、以及放大器608。在放大器608输出处的输出信号由模数转换器613(ADC)数字化。鉴别部件，例如与存储器612相关联的数字积分器614，允许比较所检测的伽马射线的能量与相对较高数目n的调节门限。
一般地，数目n可以大于10，其中至少两个门限位于完全伽马谱的反向散射峰值的附近。存储器602允许存储完全谱，该完全谱使用相应于门限数目n的多个频道采样。可以定义多个频道(1，...，i，...，n-1)，每个频道相应于两个连续门限之间的能量范围。对于每个频道，可以在存储器612中存储多个计数Ni。
计算部件，例如数字信号处理器611(DSP)，可以计算完全谱的所检测的反向散射峰值的重心位置Cen。例如，可以通过以下计算重心位置CenCen=Σi=C1C2i*NiΣi=C1C2Ni,]]>其中C1与C2分别表示反向散射峰值的下限与上限。
本领域技术人员可以容易地在DSP611内实现确定重心位置的算法的其他例子。
DSP611比较求得的Cen与基准重心位置。根据比较结果调整光电倍增器的增益。调整部件，例如与高电压或高电压控制线609相关联的数模转换器610，调整增益以提供基本等于基准重心位置的反向散射峰值重心位置度量。然后稳定伽马射线检测器601。
该系统还可以包含总线，例如CAN总线615，用来发送数据或者接收命令。
与第一优选实施方式相比，第二优选实施方式可以提供更准确的伽马射线检测器增益调节。然而，其需要更复杂的鉴别部件与计算部件。
伽马射线检测器可以是用于井下测井装置的、允许检测伽马射线的任何检测器，例如意在检测来自环绕井眼的地层的天然伽马射线的伽马射线检测器。伽马射线检测器可以位于钻挖工具、测井电缆工具(wireline tool)、或者光滑线(slickline)测井工具。伽马射线检测器也可以是意在检测中子感生的伽马射线、伽马感生的伽马射线、或者来自放射性示踪剂的伽马射线等等。
校正检测器响应图7为显示根据本发明的、评定井眼内天然伽马射线放射性的示例方法的流程图。伽马射线检测器检测(701)伽马射线。定义校正范围并且确定相应于能量在校正范围内的伽马射线的范围计数比率。校正范围可以在校正门限T4上为半无限；在这种情况下，配备鉴别器(702)。根据所确定的范围计数比率来计算校正计数比例(703)，并且使用该范围计数比率来评定(704)天然伽马射线放射性。
该根据本发明的示例方法允许评定天然伽马射线放射性，尤其是在伽马射线感生源位于伽马射线检测器附近的情况下。一般地，伽马射线感生源为高能中子发生器。然而，伽马射线感生源也可以是注入环绕井眼的地层中的放射性示踪剂、或者伽马射线源、或者可以感生伽马射线的任何其他源。
该根据本发明的方法可以用于边钻挖边侧井工具(logging whiledrilling tool)，该边钻挖边侧井工具包含泥浆通道，通过该通道钻探泥浆被运送到钻头。钻探泥浆可能包含氧原子，这些氧原子可能由高能中子激活并转换为氮原子核；放射性氮原子衰变并发射中子感生的伽马射线。根据钻探泥浆的速率，意在检测天然伽马射线的伽马射线检测器可能还检测中子感生的伽马射线。
校正门限T4的可能值可以是3500keV。如图2所示，大部分检测高于3500keV的伽马射线为中子感生的伽马射线。
优选地，通过稳定检测器来进行此类对检测器响应的校正，即具有稳定增益的检测器。大家都知道增益可能随施加到光电倍增管的高电压、温度、或者时间而变化。
可以通过各种方法进行所述稳定。可以使用至少一个鉴别器来允许确定第一比率W1与第二比率W2，第一比率W1与第二比率W2相应于能量分别在第一预定能量范围与第二预定能量范围之内的伽马射线。所述至少一个鉴别器可以根据与三个调节门限T1、T2、以及T3的比较分离所检测的伽马射线。调节门限T1、T2、以及T3定义第一预定能量范围与第二预定能量范围。调节门限T1、T2、以及T3可以位于完全伽马射线谱的反向散射峰值(即相对稳定的峰值)的能量临域。该稳定方法基于反向散射的稳定性。
调节门限允许稳定检测器的增益。可能计算(705)第一比率W1与第二比率W2的比例。将该比例与预定值比较(706)，并且根据比较结果，一般通过调整(707)施加到光电倍增管的高电压，调整检测器的增益。
任何其他方法，不管是否基于对反向散射峰值的处理，都可以用来稳定检测器的增益。
图8示意性地显示根据本发明的系统的另一示例实施方式。伽马射线检测器801位于井眼内。伽马射线检测器可以与鉴别器802相关联，以允许确定范围计数比率，范围计数比率相应于能量在预定校正范围内的伽马射线。校正范围可以在预定校正门限T4上为半无限，即所确定的范围计数比率相应于能量在预定校正门限T4之上的伽马射线。范围计数比率被发送给伽马获取单元803。处理部件804，例如微处理器，根据范围计数比率计算校正计数比率。校正计数比率用来评定天然伽马射线放射性。
检测器801可以包含晶体805、光电倍增器807、放大器808、以及鉴别器802。鉴别器也可以是另一设备。
调整部件809，例如高电压线或高电压控制线，调整光电倍增器807的高电压HV。因为检测器801的增益依赖于高电压HV，所以可以通过调整高电压HV来稳定增益。对于高电压HV的调整取决于第一比率与第二比率的比例值。第一比率与第二比率分别相应于能量在第一预定能量范围与第二预定能量范围之内的伽马射线。可以通过三个调节门限T1、T2、以及T3定义第一预定能量范围与第二预定能量范围。
在每个门限T1、T2、以及T3之上的计数比率被转送给伽马获取单元803。计算部件806计算第一比率与第二比率的比例，并且比较该比例与预定值。调整部件809根据计算部件806处的比较结果调整增益。处理部件804计算校正计数比率，以用于评定天然伽马射线放射性。在该进一步的示例实施方式中，计算部件806与处理部件804都在一个芯片上实现。确定相应于能量高于第一确定调节门限T1的伽马射线的准总伽马计数比率。通过从准总伽马计数比率中减去校正计数比率，进行对天然伽马射线放射性的评定。
在替换实施方式(未显示)中，计算部件与处理部件为分别的设备。可以通过校正总线将校正计数比率传送给第三单元。也可以将准总伽马计数比率传送给该第三单元。通过从准总伽马计数比率中减去校正计数比率，进行对天然伽马射线放射性的评定。
在替换实施方式(未显示)中，处理部件可以与计算部件通信，并且可以在处理部件处进行对天然伽马射线放射性的评定。
根据本发明的系统还可以包含单步生成设备811。当在光电倍增管处检测到光子时，生成脉冲。单步生成设备811在每个脉冲后生成死区时间，例如100μs。由此单步生成设备811允许防止在每个脉冲后的可能的人为脉冲。
根据本发明的另一优选实施方式(未显示)，该系统还可以包含校准源，即生成校准伽马射线的伽马射线源。校准伽马射线的能量基本等于明确定义的能量值。结果的校准峰值用来调节检测器的增益，而不是使用先前描述的实施方式中的反向散射峰值。然而，来自校准源的附加的计数比率可能不利地影响计数统计数字。
可以使用稳定检测器增益的任何其他方法。该根据进一步实施方式的方法允许使用通用伽马射线检测器。
图9显示根据本发明的测井工具的示例横截面。本发明的伽马射线检测器包含位于测井工具903内的晶体901。晶体901由检测器支体支持。为了提高检测的方位角的调焦，在晶体901的后侧安装护罩902。该护罩可能感生减少从后侧来的大量伽马射线。
另外，测井工具903的束套906可以包含在晶体前侧的凹坑904。该凹坑允许改进从前侧来的伽马射线的透射，并且增加对前侧来的伽马射线的检测，这就提高了方位灵敏度。
护罩902与凹坑904在井眼的纵向方向上延伸通过晶体901的全长。
图10显示根据本发明的护罩的例子。该护罩可以阻挡从后侧来的伽马射线。为此目的，该护罩可以由吸收材料制成，例如钨，或者其他任何高密度材料。该护罩可以具有适当的厚度T，例如10毫米，以允许阻挡从后侧来的伽马射线。该护罩还允许衰减中子感生的伽马射线或者任何其他伽马射线。
该护罩与凹坑允许具有改进的方位角的调焦的度量。伽马射线检测的统计精确度与晶体的长度与直径密切相关。大的晶体允许检测更多的伽马射线。然而，大晶体将为后护罩留下更小的空间，从而降低了方位角的调焦。
虽然针对有限数目的实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员在阅读了本说明书后应该理解可以设想不脱离此处所公开的发明范围的其他实施方式。因此，本发明的范围只应该由权利要求限定。
权利要求
1.一种稳定用于井下测井工具的伽马射线检测器的增益的方法，所述方法基于对完全伽马谱的反向散射峰值的处理。
2.如权利要求1所述的方法，该方法还包含确定第一比率，第一比率相应于能量在第一预定能量范围内的伽马射线；确定第二比率，第二比率相应于能量在第二预定能量范围内的伽马射线；其中第一预定能量范围与第二预定能量范围跨越反向散射峰值。
3.如权利要求2所述的方法，该方法还包含调整增益，使得第一比率与第二比率的比例基本等于预定值。
4.如权利要求2所述的方法，该方法还包含调整增益，使得第一比率与乘以预定正系数的第二比率的差异基本等于零。
5.如权利要求4所述的方法，该方法还包含测量所检测的反向散射峰值的重心位置；调整增益，使得测定的重心位置等于基准重心位置。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述检测器意在检测来自环绕井眼的地层的天然伽马射线。
7.如权利要求6所述的方法，其中伽马射线感生源位于伽马射线检测器的附近。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述检测器意在检测中子感生的伽马射线。
9.一种稳定用于井下测井工具的伽马射线检测器的增益的系统，所述系统包含伽马射线检测器，用来检测伽马射线；鉴别部件，其允许将所检测的伽马射线的能量与至少三个调节门限比较，该三个调节门限位于完全伽马谱的反向散射峰值的能量临域；调整部件，用来调整伽马射线检测器的增益。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述鉴别部件允许确定第一比率与第二比率，第一比率与第二比率相应于能量分别在第一预定能量范围与第二预定能量范围内的伽马射线，第一预定能量范围与第二预定能量范围跨越反向散射峰值。
11.如权利要求10所述的系统，还包含计算部件，用来计算第一比率与第二比率的比例，并且比较该比例与预定值。
12.如权利要求9所述的系统，其中所述鉴别部件允许将所检测的伽马射线的能量与相对较高数目的调节门限比较，以获得完整谱；所述系统还包含计算部件，用来计算完整谱的所检测的反向散射峰值的重心位置，以及比较所求得的重心位置与基准重心位置。
13.如权利要求9所述的系统，其中所述伽马射线检测器位于钻挖工具内；所述伽马射线检测器意在检测来自围绕所钻挖的井眼的地层的天然伽马射线。
14.一种评定井眼内天然伽马射线放射性的方法，该方法包含确定范围计数比率，该范围计数比率相应于能量在预定校正范围内的伽马射线；根据所确定的范围计数比率，计算校正计数比率；以及使用校正计数比率来评定天然伽马射线放射性。
15.如权利要求14所述的方法，其中预定校正范围在预定校正门限之上为半无限。
16.如权利要求15所述的方法，还包括测量总伽马计数比率，该总伽马计数比率相应于由检测器检测到的伽马射线；从总伽马计数比率中减去校正计数比率，以评定天然伽马射线放射性。
17.如权利要求16所述的方法，其中校正计数比率与预定范围计数比率成正比。
18.如权利要求14所述的方法，其中伽马射线感生源位于井下所述系统附近；并且该伽马射线感生源为高能中子发生器。
19.如权利要求18所述的方法，其中对天然伽马射线放射性的评定在井眼的钻挖过程中进行。
20.如权利要求19所述的方法，其中中子感生的伽马射线是由于激活位于钻探泥浆内的氧原子造成的。
21.如权利要求14所述的方法，还包含稳定伽马射线检测器的增益。
22.如权利要求21所述的方法，还包含确定第一比率，第一比率相应于能量在第一预定能量范围内的伽马射线；确定第二比率，第二比率相应于能量在第二预定能量范围内的伽马射线；调整所述增益，使得第一比率与第二比率的比例基本等于预定值。
23.如权利要求22所述的方法，其中第一预定能量范围与第二预定能量范围跨越完全伽马谱的反向散射峰值。
24.如权利要求21所述的方法，还包含生成校准伽马射线，校准伽马射线的能量基本等于被明确定义的能量值；使用校准伽马射线以稳定伽马射线检测器的增益。
25.一种评定井眼内天然伽马射线放射性的系统，该系统包含位于井下的检测器，用来检测伽马射线；至少一个鉴别器，用来允许确定范围计数比率，范围计数比率相应于能量在预定校正范围之内的伽马射线；处理部件，用来根据预定范围计数比率计算校正计数比率，校正计数比率用来评定天然伽马射线放射性。
26.如权利要求25所述的系统，其中预定校正范围在预定校正门限之上为半无限。
27.如权利要求26所述的系统，其中所述至少一个鉴别器允许确定第一比率与第二比率，第一比率与第二比率相应于能量分别在第一预定能量范围与第二预定能量范围内的伽马射线；所述系统还包含计算部件，用来计算第一比率与第二比率的比例，并且将该比例与预定值比较；调整部件，用来根据该比较的结果调整伽马射线检测器的增益。
28.如权利要求25所述的系统，其中伽马射线感生源位于井下所述系统附近；并且该伽马射线感生源为高能中子发生器。
29.如权利要求28所述的系统，其中所述检测器位于钻挖工具内。
30.如权利要求29所述的系统，其中所述检测器检测中子感生的伽马射线，该中子感生的伽马射线是由于高能中子激活位于钻探泥浆内的氧原子造成的。
31.如权利要求25所述的系统，还包含位于伽马射线检测器晶体后侧的护罩，用来减少对从后侧来的伽马射线的检测。
32.如权利要求31所述的系统，还包含围绕晶体的束套，该束套在晶体前侧具有凹坑，该凹坑改善从前侧来的伽马射线的透射。
全文摘要
一种稳定用于井下测井工具的伽马射线检测器的增益的方法。该方法基于对完全伽马谱的反向散射峰值的处理。
文档编号G01V5/10GK1627102SQ20041010023
公开日2005年6月15日 申请日期2004年12月13日 优先权日2003年12月12日
发明者吉姆·格劳, 克里斯琴·斯托勒, 罗纳德·普拉塞克 申请人:施蓝姆伯格海外股份有限公司