用于测井应用的复合高温伽马射线检测材料制造技术

一种用于检测伽马射线的设备包括：包括透光材料的伽马射线检测材料，其具有多个纳米微晶，其中所述多个纳米微晶中的每一个都具有直径或尺寸小于1000nm的周期性晶体结构，并且包括(ⅰ)原子数大于或等于55、在与入射伽马射线相互作用时发射高能电子的重原子，以及(ⅱ)在与高能电子相互作用时提供闪烁以发射可见光子的激活原子，其中所述重原子和所述激活原子在所述多个纳米微晶中的每一个纳米微晶的周期性晶体结构中具有位置；和光电检测器，所述光电检测器光学地耦接至所述伽马射线检测材料，并配置以检测从所述闪烁中发出的可见光子，并提供与所检测到的可见光子相关的信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉参考本申请要求2013年9月13日提交的美国申请第61/877559号的权益，该申请全部内容以引用方式并入本文中。
技术介绍
地质地层用于多种目的，诸如烃生产、地热生产和二氧化碳隔离。通常，地层被表征以确定该地层是否适用于其要求的目的。表征地层的一种方法是将井下工具传送通过穿透地层的钻孔。该工具配置成执行钻孔中各个深度处的地层的一种或多种性质的测量以建立测井记录。多种记录可用于表征地层。在称为天然伽马射线记录的一种记录中，伽马射线检测器设置在井下工具中。随着井下工具传送通过钻孔，伽马射线检测器检测到从地层发射出的天然伽马射线。记录并分析检测器响应。从检测器响应展示出的能量峰，可确定地层中存在某些矿物质。在另一种类型的井下工具中，伽马射线检测器配置成检测由用中子照射地层所产生的伽马射线，以评估地层密度或孔隙度。可以理解的是，提高伽马射线检测器的灵敏度可提高地层表征的准确度。
技术实现思路
公开了一种用于检测伽马射线的设备。该设备包括：伽马射线检测材料，其包括透光材料，其具有多个纳米微晶，其中多个纳米微晶中的每一个纳米微晶都具有直径或尺寸小于1000nm的周期性晶体结构，并且包括(ⅰ)原子数大于或等于55、在与入射伽马射线相互作用时发射高能电子的重原子，以及(ⅱ)在与高能电子相互作用时提供闪烁以发射可见光子的激活原子，其中重原子和激活原子在多个纳米微晶中的每一个纳米微晶>的周期性晶体结构中具有位置；以及光电检测器，其光学地耦接至伽马射线检测材料，并配置成检测从闪烁中发射出的可见光子并提供与所检测到的可见光子相关的信号。还公开了一种用于评估由钻孔穿透的地层的性质的设备。该设备包括：载具，其配置成传送通过钻孔；伽马射线检测器，其设置在载具处且包括伽马射线检测材料，该伽马射线检测材料具有透光材料，其具有多个纳米微晶，其中多个纳米微晶中的每一个纳米微晶都具有直径或尺寸小于1000nm的周期性晶体结构，并且包括(ⅰ)原子数大于或等于55、在与入射伽马射线相互作用时发射高能电子的重原子，以及(ⅱ)在与高能电子相互作用时提供闪烁以发射可见光子的激活原子，其中重原子和激活原子在多个纳米微晶中的每一个纳米微晶的周期性晶体结构中具有位置；光电检测器，其光学地耦接至中子检测材料，并配置成检测从闪烁中发射出的可见光子并提供与所检测到的可见光子相关的信号；以及处理器，其配置成使用信号来评估性质。还公开了一种用于评估由钻孔穿透的地层的性质的方法。该方法包括：将载具传送通过钻孔；使用伽马射线检测器接收来自地层的伽马射线，该伽马射线检测器具有透光材料，其具有多个纳米微晶，其中多个纳米微晶中的每一个纳米微晶都具有直径或尺寸小于1000nm的周期性晶体结构，并且包括(ⅰ)原子数大于或等于55、在与入射伽马射线相互作用时发射高能电子的重原子，以及(ⅱ)在与高能电子相互作用时提供闪烁以发射可见光子的激活原子，其中重原子和激活原子在多个纳米微晶中的每一个纳米微晶的周期性晶体结构中具有位置；使用光电检测器接收由闪烁发射出的可见光子以产生信号；以及使用接收信号的处理器来评估性质。附图说明以下描述无论如何都不应视作限制性的。参照附图，相同的元件编号相同：图1示出了井下工具的一个示例性实施例，该井下工具具有设置在穿透地层的钻孔中的伽玛射线检测器；图2描绘了设置在伽玛射线检测器中的纳米微晶伽玛射线检测材料的示意性结构的方面；图3描绘了用于合成伽马射线检测材料中纳米微晶的第一温度程序的方面；图4描绘了用于合成伽马射线检测材料中纳米微晶的第二温度程序的方面；图5是用于评估地层性质的方法的流程图。具体实施方式公开了用于检测井下工具中伽马射线的设备和方法，其具有提高的灵敏度且因此提高了准确度。在一个或多个实施例中，通过使用本领域已知的处理技术，测井操作过程中检测到的伽马射线用来评估地层的性质，诸如，密度、孔隙度或矿物质成分。参照附图，在此通过举例而非限制的方式给出了所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。图1示出了井下工具10的示例性实施例，井下工具10设置于穿透地面3的钻孔2中，其包括地层4。地层4表示任何所关注的地下材料。井下工具10由载具14传送通过钻孔2。在图1的实施例中，载具14是钻柱5。钻头6设置于钻柱5的远端。钻机7配置为进行钻井作业，例如旋转钻柱5，并由此旋转钻头6以钻入钻孔2。此外，钻机7配置为将钻井液泵送通过钻柱5以润滑钻头6，且冲洗来自钻孔2的钻屑。井下工具10配置为钻孔2被钻入或在称为随钻测井(LWD)的应用中临时停止时执行地层测量。在称为电缆测井的替代性测井应用中，载具14为配置成将井下工具10传送通过钻孔2的铠装电缆。仍然参照图1，井下工具10包括伽马射线检测器8，其配置为检测地层4发射出的伽马射线。伽马射线检测器8包括光学耦接至光电检测器11的伽马射线检测材料9。光学窗口可以用作伽马射线检测材料和光电检测器之间的界面。对伽马射线透明的外壳可以用作容纳伽马射线检测材料、光学窗口以及光电检测器。伽马射线检测材料9配置为与来自地层4的入射伽马射线相互作用，以通过闪烁过程产生光子。光电检测器11配置为检测所产生的光子且并提供电信号，例如电流或电压脉冲，其具有与入射光子的物理特性相对应的特征。例如，光电检测器的输出可以用于产生数量与能量曲线图，其具有与一个或多个化学元素相对应的一个或多个峰值。因此，检测到从地层发射出的伽马射线，可通过使用如本领域技术人员已知的来自伽马射线检测器的输出信号来确定一个或多个性质，例如化学组成或特定矿物质的存在。光电检测器11的非限制性实施例包括光电倍增管(PMT)和固态半导体器件。再次参照图1，伽马射线检测器8耦接至井下电子器件12。井下电子器件12配置成操作井下工具10，处理来自地层测量的数据，和/或提供通过遥测系统将数据传递至地面计算机处理系统13的界面。在一个或多个实施例中，井下电子器件12可提供操作电压至伽马射线检测器8并且测量或计算由伽马射线检测所产生的电流或电压脉冲。诸如计算检测到的伽马射线或确定地层性质的处理功能可以通过井下电子器件12、地面计算机处理系统13，或其组合来执行。在一个或多个实施例中，该处理可以包括将光电检测器输出与参照进行对比来确定地层性质。图2描绘了伽马射线检测材料9的示意结构的各方面。多个纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测伽马射线的设备，所述设备的特征在于：伽马射线检测材料，所述伽马射线检测材料包括透光材料，其具有多个纳米微晶，所述多个纳米微晶中的每一个都具有直径或尺寸小于1000nm的周期性晶体结构，并且包括(ⅰ)原子数大于或等于55、在与入射伽马射线相互作用时发射高能电子的重原子，以及(ⅱ)在与高能电子相互作用时提供闪烁以发射可见光子的激活原子，其中所述重原子和所述激活原子在所述多个纳米微晶中的每一个纳米微晶的所述周期性晶体结构中具有位置；以及光电检测器，其光学地耦接至所述伽马射线检测材料，并配置成检测从所述闪烁中发射出的所述可见光子，并提供与所检测到的可见光子相关的信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.13 US 61/8775591.一种用于检测伽马射线的设备，所述设备的特征在于：
伽马射线检测材料，所述伽马射线检测材料包括透光材料，其具有多
个纳米微晶，所述多个纳米微晶中的每一个都具有直径或尺寸小于1000
nm的周期性晶体结构，并且包括(ⅰ)原子数大于或等于55、在与入射
伽马射线相互作用时发射高能电子的重原子，以及(ⅱ)在与高能电子相
互作用时提供闪烁以发射可见光子的激活原子，其中所述重原子和所述激
活原子在所述多个纳米微晶中的每一个纳米微晶的所述周期性晶体结构
中具有位置；以及
光电检测器，其光学地耦接至所述伽马射线检测材料，并配置成检测
从所述闪烁中发射出的所述可见光子，并提供与所检测到的可见光子相关
的信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中每个纳米微晶中的所述重原子
包括单一类型的重原子。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述单一类型的重原子包括选
自于由Pb、Bi、Ba、Hf、Au、Pt和I组成的组中的一种。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述透光材料包括在所述纳米
微晶外部且与所述纳米微晶中的所述重原子相同的重原子。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述透光材料还包括在所述纳
米微晶外部的另一类型的重原子。
6.根据权利要求1所述的设备，其中激活原子包括Ce+3。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述激活原子包括Pr+3。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述激活原子包括Eu+3。
9.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·瓦西里耶夫，V·N·克哈巴社斯库，A·费多罗夫，M·科尔吉克，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US