检测在单和双套管柱环境的环形材料中的异常制造技术

技术编号:22758033 阅读:31 留言:0更新日期:2019-12-07 05:14
提供一种用于在单、双和多套管井眼环境内测量材料体积密度的基于x射线的水泥评估工具,该工具至少包括内部长度,该内部长度包括探测器区段,其中所述探测器区段还包括x射线源;用于辐射测量检测器的辐射屏蔽;依赖探测器的电子器件;以及多个工具逻辑电子器件和PSU,其中该工具使用x射线来照射井眼周围的地层,且多个检测器用来直接测量水泥环的密度和其内密度中的任何变化。检测器用来测量套管偏位,使得其它检测器响应补偿工具偏位和集中;多个参考检测器用来监测x射线源的输出,且最短轴向偏移检测器配置成将入射光子分布到能量分类中,使得可进行光电测量。

Detection of anomalies in annular materials in single and double string environments

An X-ray based cement evaluation tool for measuring the bulk density of materials in a single, dual, and multi casing wellbore environment is provided. The tool includes at least an internal length including a detector section, wherein the detector section also includes an X-ray source; a radiation shield for a radiation measurement detector; a detector dependent electronic device; and a plurality of tool logic Electronics and PSU, where the tool uses X-rays to irradiate the formation around the wellbore, and multiple detectors are used to directly measure the density of the cement sheath and any changes in its internal density. The detector is used to measure the casing deflection, so that other detector response compensation tools are biased and centralized; multiple reference detectors are used to monitor the output of X-ray source, and the shortest axial deflection detector is configured to distribute the incident photons into the energy classification, so that photoelectric measurement can be carried out.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】检测在单和双套管柱环境的环形材料中的异常
本专利技术大体上涉及用于检测环形材料中的异常的方法和器件(means),且在特定但非限制性的实施例中涉及用于检测单套管柱环境和双套管柱环境的环形材料中的异常的方法和器件。
技术介绍
在油和气行业内,计量通过多个套管的水泥(cement)的质量的需求与确定环的状态的能力一样极为重要。该行业目前采用各种方法来用于验证单套管柱后面的液压密封。典型地,超声工具在井内运行以确定水泥是否结合到套管的外部,由此指示在套管与外套管之间或在套管与地层之间的环中水泥的存在。最终,需要压力测试来确保实现了区域隔离,因为超声工具高度地依赖于环中材料与套管之间的结合、套管的质量,以及在能够正确工作的环中的材料的机械性能。另外,超声工具将环中材料作为单个各向同性且均匀的体积来处理,远离该理想的任何实际偏差导致测量中的误差。目前的工具可提供关于最内部套管的水泥结合的信息,然而缺少判别到水泥或环形材料中各种深度的能力。这可导致流体迁移路径可存在于水泥-地层边界处、水泥本身内或套管与外套管之间的可能性,由此导致区域隔离的损失。目前没有可行的技术是有效的,是能够确定环形区域(直到水泥-地层边界)内异常的径向和方位角位置以确保不存在可对区域隔离和井完整性造成风险的流体路径的。现有技术教导使用x射线或其它辐射能量来检测或获得关于在水、油或气井的井眼内或周围结构的信息的各种技术,然而没有教导能够在单或多柱套管的井环境中准确地分析在井眼周围的环形材料中异常的方位角和径向位置的方法或器件。另外,没有教导一种利用包括与井套管同心的集中(非衬塞)工具而不是需要源和检测器组件来与所述套管接触的‘衬塞’工具的器件来准确地分析异常的方位角位置的方法。例如,授予Youmans的US3,564,251公开使用方位角扫描的准直x射线束,出于产生紧接在工具周围的井眼表面或套管内部的螺旋形式记录(log)的目的,该x射线束用来在检测器处产生衰减信号,有效地体现为x射线井径仪(caliper)。然而,该参考文献未能公开一种穿过单或多井套管的钢壁来实现此的器件或方法,且因此不能从环形材料(诸如水泥)判别来自所述套管后面的信号。授予Teague等的US7,675,029教导一种允许测量来自井眼内部任何水平表面的x射线反向散射光子(这涉及二维成像技术)的设备。授予Wraight的US7,634,059提供一种可用来测量井眼内部的内表面的二维x射线图像而没有在径向方向上看井眼内部的技术可能性的概念和设备。然而,它未能教导一种穿过单或多井套管的钢壁来实现此的方法或器件,且因此不能从环形材料(诸如水泥)判别来自所述套管后面的信号。授予Teague的US8,481,919公开一种在不使用放射性同位素的情况下在井眼中产生康普顿光谱辐射的方法,且进一步描述使准直仪围绕在内部安装到设备的固定源旋转,但不具有带有准直仪的固态检测器。它进一步教导使用圆锥形且径向对称的阳极布置来允许产生全景x射线辐射。然而,该参考文献未能教导一种穿过单或多井套管的钢壁来实现此的器件或方法,由此不能从环形材料(诸如水泥)判别来自所述套管后面的信号。该参考文献还未能教导一种在单或多柱套管孔环境内的非衬塞(即,同心)的工具(tooling)技术。由Smaardyk的US2013/0009049公开一种允许测量来自井眼内层的反向散射x射线的设备。然而,未能教导一种穿过单或多井套管的钢壁来实现此的器件或方法,由此不能从环形材料(诸如水泥)判别来自所述套管后面的信号。授予Shedlock的US8,138,471公开一种基于x射线源、可旋转的x射线束准直仪和固态辐射检测器的扫描束设备,仅使管道和井眼套管的内表面能够成像。然而,该参考文献未能教导一种穿过单或多井套管的钢壁来实现此的方法或器件,且因此不能从环形材料(诸如水泥)判别来自所述套管后面的信号。授予Bayless的US5,326,970公开一种用于旨在测量来自井眼套管的内表面的反向散射x射线的工具的概念,其中x射线源基于线性加速器。然而,该参考文献未能教导一种穿过单或多井套管的钢壁测量散射的器件或方法,由此不能从环形材料(诸如水泥)判别来自所述套管后面的信号。授予Teague的US7,705,294教导一种旨在于选定的径向方向上测量来自井眼内层的反向散射x射线的设备,其中丢失的分段数据通过设备移动穿过井眼来填充。该设备允许生成用于井或井眼的二维重建的数据,但该公开案没有教导用于照射x射线束的必要几何形状来允许判别反向散射光子所源自的深度(仅它们的方向)。授予Hornby的US5,081,611公开一种使用沿着工具的主轴线分布的多个接收器和单个超声换能器来确定陆地(earth)地层纵向沿着井眼的声学物理参数的反向投影(projection)的方法。授予Hillis的US6,725,161教导一种将传送器放置在井眼中且将接收器放置在陆地的表面上或将接收器放置在井眼中且将传送器放置在陆地的表面上的方法,其中目的在于确定关于传送器与接收器之间地质材料的结构信息。授予Siddiqui的US6,876,721教导一种使从岩心试样取得的信息与来自井眼密度记录的信息关联的方法。岩心试样信息是从岩心试样的CT扫描得到的,由此x射线源和检测器位于试样的外部上,且由此配置为外部向里看的布置。将来自CT扫描的各种种类的信息(诸如它的体积密度)与记录信息比较且关联。授予Flaum的US4,464,569公开一种通过在由中子光谱记录工具对陆地地层进行中子辐照之后处理从陆地地层发出的检测到的中子捕获伽马辐射来确定在井的井眼周围的陆地地层的元素组分的方法。授予Seeman的US4,433,240公开一种井眼记录工具,该工具检测来自地层岩石的自然辐射且记录所述信息,使得它可以以强度对深度图的形式来表示。授予Turcotte的US3,976,879公开一种井眼记录工具,该工具借助于脉冲电磁能或光子源来检测和记录来自井眼周围的地层的反向散射辐射,使得特征信息可以以强度对深度图的形式来表示。授予Wilson等的US9,012,836公开一种用于在线缆(wireline)环境中产生方位角中子孔隙度图像的方法和器件。类似于US8,664,587,该参考文献公开一种方位角静态检测器的布置,其可通过将中子检测器细分成多方位角布置的检测器(检测器被屏蔽在慢化剂内以推断入射中子和伽马的方向性)来在线缆工具中实施以帮助操作者解释破裂后的记录。授予Manente等的US4,883,956提供一种用于使用适宜于移动穿过井眼的设备来研究地下陆地地层的设备和方法。依赖于地层特征或待测量的特征,该设备可包括自然或人工辐射源,该辐射源用于利用穿透性辐射(诸如伽马射线、x射线或中子)来辐照地层。由闪烁体响应于检测到的辐射所产生的光用来生成表示辐射的至少一个特征的信号,且记录该信号。授予Plumb的US6,078,867公开一种生成井眼的三维图形表示的方法,该方法至少包括如下步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在单、双和多套管井眼环境内测量材料体积密度的基于x射线的水泥评估工具,其中所述工具包括:/n内部长度,所述内部长度包括探测器区段,其中所述探测器区段还包括x射线源;用于辐射测量检测器的辐射屏蔽;依赖探测器的电子器件;以及多个工具逻辑电子器件和PSU,/n其中所述工具使用x射线来照射井眼周围的地层,且多个检测器用来直接测量水泥环的密度和其内密度中的任何变化。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170227 US 62/4641741.一种用于在单、双和多套管井眼环境内测量材料体积密度的基于x射线的水泥评估工具,其中所述工具包括:
内部长度,所述内部长度包括探测器区段,其中所述探测器区段还包括x射线源;用于辐射测量检测器的辐射屏蔽;依赖探测器的电子器件;以及多个工具逻辑电子器件和PSU,
其中所述工具使用x射线来照射井眼周围的地层,且多个检测器用来直接测量水泥环的密度和其内密度中的任何变化。


2.根据权利要求1所述的工具,其特征在于,所述工具还包括检测器,所述检测器用来测量套管偏位,使得其它检测器响应可补偿工具偏位和集中。


3.根据权利要求1所述的工具,其特征在于,所述屏蔽还包括钨。


4.根据权利要求1所述的工具,其特征在于,所述工具配置成使得允许直通布线。


5.根据权利要求1所述的工具,其特征在于,多个参考检测器用来监测所述x射线源的输出。


6.根据权利要求1所述的工具,其特征在于,最短轴向偏移检测器配置成将入射光子分布到能量分类中,使得可进行光电测量。


7.根据权利要求1所述的工具,其特征在于,可调制x射线源能量,以修改最佳检测器轴向偏移来帮助产生响应灵敏度函数。


8.根据权利要求1所述的工具,其特征在于,所述工具将能够与其它测量工具组合,所述其它测量工具包括中子孔隙度、自然伽马和阵列感应工具中的一个或多个。


9.根据权利要求1所述的工具,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:菲利普·蒂格亚历克斯·斯图尔特
申请(专利权)人:菲利普·蒂格亚历克斯·斯图尔特
类型:发明
国别省市:美国;US

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