CN107532471A - 天然低水平放射性的原材料在评估井中的砾石充填和水泥放置的使用 - Google Patents

Abstract

公开了一种利用源自基于粘土的颗粒的天然放射性测井的方法。该方法可以包括：利用包含液体和砾石充填颗粒的砾石充填浆以液压的方式将颗粒放置到穿入地层的井孔的砾石充填区域中；以及通过将伽马射线探测器降低到穿过地层的井孔中并且探测因砾石充填颗粒的原生放射性而产生的伽马射线，来获得砾石充填后数据集。该方法还包括：使用砾石充填后数据集确定砾石充填颗粒的位置，以及，使砾石充填颗粒与井孔的深度测量相关联，以确定放置在井孔的砾石充填区域中的砾石充填颗粒的位置、高度和/或充填百分比。

Description

天然低水平放射性的原材料在评估井中的砾石充填和水泥放 置的使用

技术领域

本发明涉及砾石充填和水泥填充(cement)操作，并且更具体地涉及使用伽马射线探测器识别井孔附近的砾石充填或水泥材料的方法。

背景技术

过去，在油井和气井中，利用许多核测井技术来评估放置在井孔的砾石充填层段中的砾石的放置，以及放置在套管柱之间或外套管和井孔壁之间的环形部分中的水泥的放置。砾石充填评估通常包括：(1)在采用中子源的常规中子测井工具中的中子或伽马射线计数率，(2)来自具有伽马射线源的基于密度的测井工具中的伽马射线探测器的计数率和密度测量，(3)来自脉冲式中子测井工具的探测器计数率、硅产出和井孔俘获横截面测量，(4)来自放射性示踪剂(通常在核反应堆中产生)的伽马射线计数率，该放射性示踪剂与砾石充填材料混合并被泵送到井下，和(5)来自非放射性示踪剂的产出和/或衰减测量，该非放射性示踪剂添加到或融合到充填固体中，该充填固体随后由中子或脉冲式中子测井工具探测。这些核技术中的许多技术(除了常规的基于声源接收器的水泥评估工具之外)也已经用于评估井下水泥放置。所有这些技术涉及使用核源或声源的相当精细的测井工具的使用，以及在许多情形下，还涉及将放射性或非放射性示踪剂添加到被泵送到井下的砾石充填和水泥浆中。示踪剂和/或精细的测井工具的使用可能增加井的总成本。

因此，存在对不需要使用包括核源或声源的精细的测井工具的测井技术的需求。还存在对不需要将示踪剂或示踪剂材料添加到砾石充填或水泥浆的测井技术的需求。

附图说明

图1是示例性伽马射线标定器的立体图。

图2是基于脉冲式中子工具的示例性生产测井，其用于在井孔的砾石充填区域中识别未标记的陶瓷材料。在中子爆发期间在脉冲式中子工具内的两个探测器中所收集的各种数据经过处理，以生成图中的曲线，该曲线之后用于探测源于陶瓷砾石充填颗粒的伽马射线。

具体实施方式

沙土和/或陶瓷支撑剂通常用于砾石充填。评估砾石充填质量的一种方法包括使用由脉冲式中子工具测量的硅活化测井。还可以通过以下方式来评估砾石充填质量：利用标记有非放射性示踪剂(NRT)(其包括高热中子俘获横截面材料)的支撑剂(或其他充填固体)，并且继而评估井孔俘获横截面(西格玛，sigma)测井、探测器计数率测井和/或非放射性示踪剂产出测井(例如钆产出测井)中的变化，其中，非放射性示踪剂/标记融合到支撑剂中。

普通陶瓷支撑剂通常由粘土构成，粘土可以包括少量的天然产生的放射性元素(例如，包括镭在内的铀、钍和钾及其衰变产物)。因此，相对于砾石充填中的其他固体或者来自井下地层的天然伽马本底，陶瓷支撑剂可以具有明显的天然发生的放射性。当陶瓷支撑剂或者陶瓷支撑剂和(基本非放射性的)沙土的混合物用作砾石充填固体时，由于来自砾石充填区域(其非常接近测井工具)中的陶瓷材料的伽马活性很大，因此天然伽马射线测井读数可能增加。

已经发现，适于在井下地下环境中放置的某些固体可以包括足够的天然放射性杂质，以使得能够在放置固体之前和之后比较伽马射线测井，从而探测源自放置在井下的固体的天然伽马放射性的增长。在一个或多个示例性实施例中，砾石充填浆或水泥浆可以包括天然放射性固体。探测源自固体的天然伽马放射性可以用于探测砾石充填或水泥。在一个或多个示例性实施例中，可以在评估放置后测井相对于放置前测井的增长之前，使固体放置前伽马射线测井或固体放置后伽马射线测井标准化。

该固体可以包括任何陶瓷颗粒材料。例如，该固体可以包括具有陶瓷材料的砾石充填颗粒。砾石充填颗粒可以由具有天然放射性或原生放射性的原材料(例如包括但不限于高岭土、矾土等的粘土)形成。在一个或多个示例性实施例中，砾石充填颗粒可以是或包括任何适合的陶瓷支撑剂。砾石充填颗粒可以是或包括任何合适量的二氧化硅和/或氧化铝。根据若干示例性实施例，砾石充填颗粒包括基于砾石充填颗粒的总重量的少于或等于100wt％(重量百分比)、小于80wt％、小于60wt％、小于40wt％、小于30wt％、小于20wt％、小于10wt％或小于5wt％的二氧化硅。根据若干示例性实施例，砾石充填颗粒包括基于砾石充填颗粒的总重量的至少约30wt％、至少约50wt％、至少约60wt％、至少约70wt％、至少约80wt％、至少约90wt％、至少约90wt％或至少约95wt％的氧化铝。在一个或多个示例性实施例中，砾石充填颗粒可以是或包括沙土。

根据若干示例性实施例，本文公开的砾石充填颗粒包括支撑剂颗粒，该支撑剂颗粒大致为圆形和球形并且其大小在约6和270美国制目数(U.S.Mesh)之间范围内。例如，颗粒的大小可以表示为约15到约300、或约30到约110、或约40到约70的范围中的晶粒度数(grain fineness number，GFN)。根据这些示例，在实验室中可以筛选烧结颗粒的样品，以用于按大小(例如在20、30、40、50、70、100、140、200和270美国制目数大小之间的中等大小)进行分离从而确定GFN。可以根据本领域人员公知的American Foundry Society Mold andCore Test Handbook的Procedure 106-87-S确定筛分大小和GFN之间的相互关系。

根据本发明的若干示例性实施例，本文公开的陶瓷支撑剂可以是或包括常规支撑剂。可以根据任何合适的方法(包括但不限于连续喷雾雾化、喷雾流化、喷雾干燥或压缩)制造这种常规支撑剂。在美国专利No.4,068,718、4,427,068、4,440,866、4,522,731、4,623,630、4,658,899、5,188,175、8,865,693、8,883,693和9,175,210中公开了合适的常规支撑剂及其制造方法，以上文献的全部公开通过引用结合于本文。还可以按照在支撑剂粒子中产生多孔的方式制造陶瓷支撑剂。在美国专利No.7,036,591中描述了制造合适的多孔陶瓷支撑剂的方法，该文献的全部公开通过引用结合于本文。

砾石充填颗粒还可以包括热中子吸收材料。该热中子吸收材料可以是硼、镉、钆、钐、铱或其混合物。含有高俘获横截面材料的合适的硼包括碳化硼、氮化硼、硼酸、高硼精矿玻璃、锌硼酸锌、硼砂及其组合。含有0.1％重量的碳化硼的支撑剂具有约92俘获单位的宏观俘获横截面。含有0.025-0.030％重量的氧化钆的合适的支撑剂具有与含有0.1％重量的碳化硼的支撑剂相似的热中子吸收性质。根据本发明的其他实施例，使用的支撑剂中的至少一部分包括约0.025％重量到约4.0％重量的热中子吸收材料。根据本发明的某些实施例，含有热中子吸收材料的支撑剂包括约0.01％、约0.05％、或约0.1％到约2.0％、约3.0％、或约4.0％重量浓度的硼化合物热中子吸收材料。根据本发明的某些实施例，含有热中子吸收材料的支撑剂包括约0.01％或约0.025％到约0.5％或约1.0％重量浓度的钆化合物热中子吸收材料。

本文中使用的术语“水泥”可以指任何合适的水凝水泥。水凝水泥可以是或包括通过与水进行反应而凝固并硬化的任何合适的物质，例如，钙、铝，硅，氧和/或硫。这种水凝水泥包括但不限于波特兰水泥、土石水泥、石膏水泥、高氧化铝含量水泥、二氧化硅水泥、其组合等等。在一个或多个示例性实施例中，水泥材料可以是或包括原生放射性或天然放射性。例如，水泥可以由具有天然放射性或原生放射性的的原材料(例如，包括但是不限于高岭土、矾土等等的粘土)形成。

在一个或多个示例性实施例中，水泥可以与水混合以形成用于在井孔或环形部分中放置的水泥浆。在一个或多个示例性实施例中，水泥浆可以包含任何合适量的水和水泥。水泥浆可以具有约1wt％到20wt％的水泥浓度。

在一个或多个示例性实施例中，水泥可以与水和砾石充填颗粒和/或支撑剂颗粒混合，以形成用于在井孔或环形部分中放置的水泥浆。在一个或多个示例性实施例中，水泥浆可以包含任何合适量的水、水泥和支撑剂颗粒。水泥浆可以具有约1wt％到约20wt％的水泥浓度和约5wt％到约70wt％的支撑剂浓度。

砾石充填颗粒和/或水泥材料可以不包括任何热中子吸收材料。在一个或多个示例性实施例中，砾石充填颗粒和/或水泥材料不包含硼、镉、钆、钐、铱或其任何组合或混合物。

井场砾石充填操作可以包括使水与支撑剂或砾石充填颗粒混杂，以提供之后可以被向下泵送到井中的砾石充填浆。迫使砾石充填浆进入包含砾石充填围板的井孔的砾石充填区域中，使得砾石充填放置在围板和套管之间。井场水泥填充操作可以包括使水和水泥成分混杂，以提供之后可以被向下泵送到井中的浆。在泵送到井下之前，该浆还可以包括或混合有支撑剂或砾石充填颗粒。迫使浆进入套管和地层之间的环形空间中和/或两个套管柱之间的环形空间中。

当砾石充填浆和/或水泥浆放置在井下时，伽马射线探测器可以降低到井孔，以探测砾石充填和/或水泥。伽马射线探测器可以集成到或者可以本身就是任何合适的井下工具。本文公开的适合于探测砾石充填和水泥的井下工具的示例包括但不限于随钻测井(LWD)工具、随钻测量(MWD)工具、脉冲式中子俘获(PNC)测井工具、补偿式中子工具、声学工具、密度工具、定向钻井工具、钻井工具、打捞工具、地层评估工具、伽马密度工具、伽马射线工具、重力工具、磁共振工具、监控工具、录井工具、中子伽马密度工具、核工具、穿孔工具、孔隙工具、储层特征工具、储层流体取样工具、储层压力工具、储层固体取样工具、电阻率工具、地震工具、刺激工具、勘测工具和/或遥测工具，然而，其他井下工具也在本发明的范围内。

在砾石充填应用中，可以在至少两种方法中评估在套筒的内表面和围板的外表面之间形成的环形部分中的砾石充填颗粒的充填百分比。在第一种方法中，观察源自井孔的砾石充填区域的两个或更多层段的伽马射线。具有所观察到的最大伽马射线增长的层段可以表示100％填充，则其他层段中的百分比填充可以使用这些其他层段中的天然伽马活性相对于所观察到的最大值的增长百分比进行评估(针对第一近似性，该关系可以是线性的(即，伽马射线测井增长的一半等于填充环形部分的一半))。或者，可以由实验室测量或计算机建模得出非线性关系。在水泥填充应用中，该方法可以类似于砾石充填应用的方法，伽马射线测井计数率的增加与套管之间的环形空间中的水泥的充填百分比直接相关、或与套管的外壁和地层之间的井孔环形空间中的水泥的体积直接相关。

根据一个或多个示例性实施例，使用来自具有伽马射线探测器的测井工具的测量的砾石充填层段识别方法包括：

1.准备多个砾石充填颗粒。该砾石充填颗粒可以是或包括本文公开的任何砾石充填颗粒。例如，砾石充填颗粒可以由具有天然或原生放射性的原材料(例如但不限于，高岭土、矾土等等)形成。在一个或多个示例性实施例中，砾石充填颗粒可以是或包括任何合适的二氧化硅含量和/或氧化铝含量的陶瓷支撑剂。

2.运行并记录或者以其他方式获得穿过待被砾石充填的(一个或多个)潜在区域(并且优选还包括潜在砾石充填区域之外的区域)的砾石充填前伽马射线测井，以获得砾石充填前数据集。

3.在井中实施砾石充填操作，使得砾石充填颗粒与泵送到井下的浆相融合。泵送到井下的浆可以具有任何合适的固体含量并且浆中的总结合固体可以具有任何合适的砾石充填颗粒浓度。浆的固体含量在干燥的基础上计算可以具有基于浆中的固体的总结合重量的至少约50wt％、至少约65wt％、至少约75wt％、至少约85wt％、至少约95wt％、至少约99wt％或至少约100wt％的砾石充填颗粒浓度。

4.如果可能的话，使用如在砾石充填前测井中所使用的相同的工具类型，运行并记录穿过感兴趣的潜在区域(其包括一个或多个砾石充填间隙，并且优选还包括期望砾石充填的层段之外的区域)的砾石充填后伽马射线测井，以获得砾石充填后数据集。可以使用在套管或管道中居中或偏心的工具运行测井。优选地，在相同条件的偏心率下运行砾石充填前测井和砾石充填后测井。

5.(在任何测井标准化之后)比较分别来自砾石充填前测井和砾石充填后测井的砾石充填前和砾石充填后数据集，以确定井孔的两个或更多个深度层段中的砾石充填颗粒的位置。如果砾石充填前测井和砾石充填后测井在不同的井孔条件下运行或者如果使用不同的工具或源，则标准化可能是必要的。这可能是正确的，尤其在如下情况下：在井的寿命周期的早期，使用电缆、存储器和/或随钻测井(LWD)传感器记录砾石充填前测井。标准化步骤对如下测井数据进行比较：在砾石充填前和砾石充填后测井中优选来自可能充填的层段之外的区域中的测井数据。由于在测井之间这些区域并未改变，因此将增益和/或补偿应用于测井，以便于在这些标准化层段中使砾石充填前测井和砾石充填后测井之间保持一致。之后，在整个测井层段上，相同的增益/补偿应用于测井。数据中的差异表示在井孔的砾石充填环形区域中存在砾石充填颗粒。

6.通过识别具有所观察到的最大伽马射线增加(表示100％填充)的层段并且评估剩余层段中的充填百分比，来探测放置在井孔的环形区域中的砾石充填颗粒的位置、高度和/或充填百分比，其中，该充填百分比的评估可以通过以下方式来实现：利用，在任何其他深度层段中所观察到的任何天然伽马活性增长，相对于所观察到的特征为100％充填的层段的天然伽马活性增长，的百分比。

本公开的其他实施例包括本文公开的方法中的变化，例如但不限于，将多个砾石充填前测井结合到任何前砾石充填与后砾石充填比较中，或者使用用于砾石充填前测井的模拟测井(例如，使用神经网络产生来自井上的其他裸井(open hole)或套管井(casedhole)测井的模拟伽马射线测井响应，来获得该模拟测井)，或者代替通过连续测井收集的数据或除了该数据之外，使用多个固定测井测量。

根据一个或多个示例性实施例，使用来自具有伽马射线探测器的测井工具的测量的水泥层段识别方法包括：

1.准备多个水泥颗粒。该水泥颗粒可以是或包括本文公开的任何砾石充填颗粒或支撑剂。例如，水泥颗粒可以由具有天然或原生放射性的原材料(例如但不限于，高岭土、矾土等等)形成。在一个或多个示例性实施例中，水泥颗粒可以是或包括任何合适的二氧化硅含量和/或氧化铝含量的陶瓷支撑剂。

2.运行并且记录或者以其他方式获得穿过将要被充填水泥的(一个或多个)潜在区域(并且优选还包括潜在的水泥填充区域之外的区域)的水泥填充前伽马射线测井，以获得水泥填充前数据集。

3.在井中实施水泥填充操作，使得水泥颗粒与泵送到井下的浆相融合。泵送到井下的浆可以具有任何合适的固体含量并且浆中的总结合固体可以具有任何合适的水泥颗粒浓度。浆的固体含量在干燥的基础上计算可以具有基于浆中的固体的总结合重量的至少约50wt％、至少约65wt％、至少约75wt％、至少约85wt％、至少约95wt％、至少约99wt％或至少约100wt％的水泥颗粒浓度。

4.如果可能的话，使用水泥填充前测井中使用的相同工具类型，运行和记录穿过感兴趣的潜在区域(包括一个或多个水泥层段，并且优选还包括期望充填水泥的层段之外的区域)的水泥填充后伽马射线测井，以获得水泥填充后数据集。可以使用在套管或管道中居中或偏心的工具运行测井。优选地，在相同条件的偏心率下运行前水泥测井和后水泥测井。

5.(在任何测井标准化之后)比较分别来自水泥填充前测井和水泥填充后测井的水泥填充前和水泥填充后数据集，以确定井孔的两个或更多深度层段中的水泥颗粒的位置。如果水泥填充前测井和水泥填充后测井在不同的井孔条件下运行或者如果使用不同的工具或源，则标准化可能是必要的。这可能是正确的，特别在以下情况下：在井的寿命周期的早期使用电缆、存储器和/或随钻测井(LWD)传感器记录水泥填充前测井。标准化步骤对如下测井数据进行比较：在前水泥填充前测井和水泥填充后测井中，来自优选可能充填水泥的层段之外的区域的测井数据。由于在测井之间这些区域没有发生改变，因此将增益和/或补偿应用于测井，以便于在这些标准化层段中使得水泥填充前测井和水泥填充后测井之间保持一致。之后，在整个测井层段上，相同的增益/补偿应用于测井。数据上的差异表示在井孔的水泥填充环形区域中存在水泥颗粒。

6.通过识别具有所观察到的最大伽马射线增加(表示100％填充)的层段并且评估剩余层段中的充填百分比，来探测放置在井孔的环形区域中的水泥填充颗粒的位置、高度和/或充填百分比，其中，该充填百分比的评估可以通过以下方式来实现：利用在任何其他深度层段中所观察到的任何天然伽马活性增长，相对于所观察到的特征为100％充填的层段的天然伽马活性增长，的百分比。

本公开的其他实施例包括本文公开的方法中的变化，例如但不限于，将多个水泥填充前测井结合到任何水泥填充前与水泥填充后的比较中，或者使用用于水泥填充前测井的模拟测井(例如，使用神经网络产生来自井上的其他裸井或套管井测井的模拟伽马射线测井响应，来获得该模拟测井)，或者代替通过连续测井收集的数据或除了该数据之外，使用多个固定测井测量。

本文公开的评估充填百分比的第二种方法利用更精细的标定方法。在一个或多个示例性实施例中，在以下两者之间得出预定关系：(a)在伽马射线探测器组件或探针中所观察到的计数率，该伽马射线探测组件或探针放置在标定器的腔中，该标定器的其余部分填充有待泵送到井下的放射性固体，和(b)在给定的已知砾石充填几何形状的井下，在100％充填的层段中(其由其他GP充填评估方法确定)，所观察到的在充填前伽马测井与充填后伽马测井之间的伽马测井增长。或者，该关系可以通过将标定器计数率与来自测井工具的伽马测井计数率进行比较来确定，其中，该测井工具用于在实验室测试地层设备中探测砾石充填环形部分的计数率。之后，用户可以根据标定器(其填充有未知的天然放射性填充材料样品)中的伽马射线计数率来预测：如果填充材料在相同或相似几何形状的井下砾石充填中使用，100％充填的层段可以预期将增加多少。用户还可以使用标定器测量以基于建模(或者得出在其他砾石充填几何形状中确定的相应的预定关系)来评估：当在这些其他的井下砾石充填几何形状中使用时，未知放射性填充材料的充填百分比。可以研究类似的方法，以用于使用填充有水泥或水泥固体的标定器来对水泥浆进行评估。

图1示出示例性伽马射线标定器100。标定器100可以包括具有外表面104的内管道102和具有内表面108的外管道106。如图1所示，在内管道102的外表面104和外管道106的内表面108之间存在环形空间110。砾石充填颗粒、支撑剂颗粒、支撑剂矿石、砾石充填颗粒矿石、或水泥(样品112)可以填充环形空间110的至少一部分。伽马射线闪烁仪表(未示出)可以放置在内管道102内以收集源自占据环形空间110的样品的伽马射线计数。发射已知水平的伽马射线的伽马射线标定源(未示出)可以用于“标定”标定器100中使用的伽马射线仪表。

在一个或多个示例性实施例中，用于砾石充填或水泥填充应用的标定步骤包括：(1)在标定器100没有所有源的情形下，获得伽马射线仪表的第一读数，以探测环境本底放射性；(2)在标定器100仍旧为空的情形下，将标定源定位在外管道106的外表面附近，以标定针对已知强度的标定源(包括去掉应当是非常低的天然本底)的伽马射线仪表计数效率；以及(3)移除标定源并且利用样品112填充腔。第一样品或两个样品可以来自于在新的井中使用的已知砾石充填颗粒的批次，其中，已经观察到来自砾石充填围板的100％填充层段中的API伽马测井计数的已知增加。在去掉天然本底之后，仪表读数将为该已知的填充材料近似地确定井中的APT伽马计数(其将来自于填充材料)与仪表读数之间的换算因数。对于井孔几何形状与第一井相同或相似、以确定获得相同的换算因数的第二已知井，可以重复该方法。标定步骤还包括：(4)使用MCNP建模，以比较针对不同砾石充填几何形状的计数率结果，从而得到针对每个共同的砾石充填围板/套管几何形状的换算因数。

在该初始步骤完成并且生效之后，可以通过标定器100处理计划在后来的井中使用的未知放射性支撑剂或支撑剂矿石(或者水泥或水泥固体)，并且获得仪表读数。之后，基于后来的井中的井孔几何形状和仪表读数，换算因数可以用于预测：如果管道之间的环形部分中存在100％砾石充填(或水泥)，则应导致伽马测井API读数(在放置后伽马射线测井读数之上)增加多少。之后，可以线性地缩放充填百分比(例如，伽马增加的一半＝50％的填充)。如果线性缩放近似法证明不够准确，则可以使用建模和/或实验法来得出伽马增加百分比和充填百分比之间的非线性关系。在水泥填充或裸井砾石充填应用中，在水泥或填充材料放置在外管和井孔壁之间时，伽马增加将与管状井孔环形空间中的水泥或填充体积直接相关。

应当指出的是，标定器100还可以简单地在野外或支撑剂或水泥加工工厂使用，以评估支撑剂、水泥或矿石样品，从而预测他们对井中的伽马测井所具有的效果(如果存在)。该信息可以有助于确定在特定井下应用中何种矿石作为源、或使用何种支撑剂或水泥。

在一些实施例中，操作公司可能不期望在填充或充填水泥步骤之后，在选择的井中存在过量的天然伽马放射性(或许是为了易于探测因水生产或沟道效应而沉积在孔或水泥环中的放射性盐)。在这种实施例中，标定器可以用于围挡将要使用的填充固体或水泥固体，以消除具有大量天然放射性的批次。

以下示例被包含在内以阐释本公开的示例性实施例。本领域技术人员将领会，在该示例中公开的技术仅仅是示意性的而非限制性的。实际上，本领域技术人员根据本公开将领会，在不脱离本发明的精神和范围的情形下，可以在所公开的具体实施例中作出许多变化，并且仍然获得相同或类似的结果。

示例

如图2所示，阐述在野外井(field well)测试中一些实施例的使用。在该井中，用Gd₂O₃标记的陶瓷支撑剂充填在外井套管和内套筒/围板之间。如图所示，该井在砾石充填之前也被打孔并且断裂。因此，用Gd₂O₃标记的陶瓷支撑剂由于充填操作也放置在薄地层裂缝中。先对裸井测井，然后在已经布置砾石充填后，利用双探测器PNC测井工具和天然伽马工具测井。然而，在对套管井进行砾石充填之前不执行测井。在砾石充填之后，工具在本底模式、CO模式和西格玛模式下运行。获得套管井天然伽马射线测井，并且通过解析井孔和地层组份俘获横截面获得井孔西格玛测井和地层西格玛测井。在西格玛模式测井期间计算俘获伽马射线探测器计数率。在西格玛模式和CO模式中独立地计算钆产出测井。

图2中可用于分析的测井是：当中子生成器关闭时的裸井天然伽马射线测井和充填后套管井伽马射线测井(轨迹1)、穿孔标志(轨迹2)、充填机械组件(轨迹3)、硅活化测井(轨迹5)、井孔西格玛测井(轨迹6)、相对钆产出测井(轨迹7)、裸井天然伽马射线测井和标准化的充填后套管井天然伽马射线测井(轨迹8)。如图2所示，在轨迹9中示出NRT支撑剂体积分数的分析结果。测井图分为5个子层段/区域(轨迹4)，其中在井孔管中存在差异(测井顶部的区域3)。

观察：

在轨迹1中示出中子生成器关闭时，套管井砾石充填后天然伽马射线测井(GR_Gravel)以及裸井天然伽马射线测井(GR_OH)。可以看出，由于完井之后来自套管和水泥的屏蔽，因此砾石充填之后的非标准化套管井天然伽马射线测井的读数通常远低于未充填深度层段中的裸井伽马射线测井。然而，在充填层段中，套管井天然伽马射线测井的读数比其他测井层段中的读数高约30API(使得该读数接近于充填层段中的裸井伽马射线测井)。此外，砾石充填的顶部(在X917ft(英尺)处)和砾石充填的轮廓(profile)(如现有技术的GP表示测井所表示的)与来自充填后套管井天然伽马射线测井的相对计数率增加相当一致。

轨迹5中的硅活化砾石充填测井也示出x917ft以下的非常清晰的砾石充填信号。在没有理论约束的情形下，陶瓷支撑剂包含较高浓度的硅。然而，硅活化测井多少可能受到其他材料(例如，区域4中的铁/锰)的中子活化的影响，其中充填组件的管壁厚度增加。

井孔西伽马测井(轨迹6)示出x917ft以下的清晰的砾石充填信号，其中，与没有观察到砾石充填信号的深度层段的空管相比，测井明显地增加。其他深度层段(例如区域3、4)中的井孔西格玛可能由于裂缝充填组件的壁厚的增加而增加，该组件主要由铁制造并且具有较高的热中子吸收横截面。由于西格玛-fm和西格玛-bh不完全是独立的参数，因此在轨迹6中在x939ft处的井孔西格玛测井可能由于相同深度处的地层的明显降低而降低。然而，在轨迹6中在x947ft处的井孔西格玛测井由于砾石充填未完成而降低，正如在其他充填表示测井相同深度处同样示出的(例如，在轨迹5中的硅活化测井、来自轨迹7的相对钆产出测井以及在轨迹1和轨迹8中的管套井天然伽马射线测井)。

在轨迹7中示出在CO模式中的相对钆产出测井。与井孔西格玛测井和硅活化测井相比，相对钆产出测井示出在x917ft以下具有良好的砾石信号并且在其他区域(例如区域4中)较无放射性沾染。原因在于，与井孔西格玛测量相比，相对钆产出测量受井孔区域中存在的铁的影响要少得多。

将轨迹1中的套管井砾石充填后天然伽马射线测井标准化为空管层段中的裸井天然伽马射线，之后该套管井砾石充填后天然伽马射线测井与裸井伽马射线测井相比较，并且结果在轨迹8中示出，其中，在该空管层段中，不存在砾石充填材料以补偿来自套管和水泥的衰减效应。应当清楚，在测井标准化之后，标准化充填后套管井天然伽马射线和裸井天然伽马射线测井(之间的差异)的比较清楚地表示砾石充填层段和轮廓(黄色阴影)。与其他GP测井一致，砾石充填的顶部约x917ft并且在x947ft处存在空隙。在砾石充填的深度层段中的标准化套管井天然伽马射线比裸井天然伽马射线高约65API。由于针对该井的天然伽马射线测井的测井速度是钆产出测井的约3倍，因此天然伽马射线测井与钆产出测井相比稍微更有统计性。在一些实施例中，可以执行较慢的测井或使用反复测井的平均(以减少测井统计不确定性)。

如果裸井天然伽马射线测井(或充填前套管井伽马射线测井)不能用于与充填后测井进行比较并且已知感兴趣区域具有相对恒定的伽马活性，则可以在砾石充填层段的正上方为充填后天然伽马射线测井划出基线，之后可以根据基线上方的伽马增加的大小来确定砾石充填质量。在该情形下，测井标准化是不必要的。以该方式，仍然可以得到砾石充填的顶部以及环形部分中的砾石充填。然而，该结果可能不如以下情况那样能定量化：使用裸井伽马射线测井或充填前套管井伽马测井与充填后伽马测井进行对比时。

通过假设在x910ft处没有砾石充填(0％)并且在x921ft处具有最大砾石充填(100％)，来获得砾石充填体积分数(在轨迹9中的光线交叉阴影线)。此外，在计算环形部分中的支撑剂体积分数时，校正套管中的接合点、空管和围板之外的环形部分中的体积差。未充填体积部分为蓝色阴影。

基于在该野外测试中获得的结果，显然，如果天然放射性陶瓷支撑剂用于其他砾石充填材料或者与其他砾石充填材料相结合，则天然伽马射线测井可以用于评估砾石充填质量。尽管在该井中使用NRT标记的陶瓷支撑剂以提供若干砾石充填表示方法之间的比较，但是由于NRT标记不影响天然伽马测井，因此普通陶瓷支撑剂(非NRT标记的支撑剂)或其他常规的支撑剂混合物对于使用天然伽马射线工具的砾石充填评估而言同样可以很好地作用。

如果以上讨论的标定器填充有该井中使用的天然放射性支撑剂，则可以得出标定器仪表读数和针对该砾石充填几何形状的最大伽马测井增加(表示100％填充)之间的关系。还可以得出标定器仪表读数和针对用于特定的围板、套管、水泥和/或井几何形状的不同砾石充填体积的伽马测井增加之间的关系。之后，标定器可以用于测量来自未知的天然放射性支撑剂样品(其将在未来的(相似几何形状的)GP操作中使用)的伽马活性，以根据标定器仪表读数预测多少伽马射线测井增加与100％填充相关联，之后部分填充可以缩放为所看到的贯穿充填间隙的最大伽马射线增加的百分比。

应当清楚地理解以上详细描述仅仅是阐释和示例，本发明的精神和范围仅仅由所附的权利要求限定。

Claims (18)

1.一种用于测井的方法，包括：

利用包含液体和砾石充填颗粒的砾石充填浆以液压的方式将颗粒放置到穿入地层的井孔的砾石充填区域中；

通过以下步骤获得砾石充填后数据集：

将伽马射线探测器降低到穿过所述地层的所述井孔中；和

探测因所述砾石充填颗粒的原生放射性而产生的伽马射线；

使用所述砾石充填后数据集确定所述砾石充填颗粒的位置；以及

将所述砾石充填颗粒与所述井孔的深度测量相关联，以确定放置在所述井孔的所述砾石充填区域中的所述砾石充填颗粒的位置、高度和/或充填百分比。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述砾石充填颗粒由具有原生放射性的原材料形成。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述原材料是粘土。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述粘土选自由高岭土、矾土及其任何混合物组成的组合。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述砾石充填颗粒不包含硼、镉、钆、钐或铱。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述砾石充填颗粒的第一部分包含热中子吸收材料并且所述砾石充填颗粒的第二部分不包含所述热中子吸收材料。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

通过以下步骤获得砾石充填前数据集：

将伽马射线探测器降低到穿过所述地层的所述井孔中；和

探测伽马射线，其中，在将颗粒放置于所述井孔的所述砾石充填区域中之前，获得所述砾石充填前数据集；

比较所述砾石充填后数据集和所述砾石充填前数据集，以确定所述砾石充填颗粒的位置。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：在比较所述砾石充填前数据集和所述砾石充填后数据集之前，针对井孔状况中的差异，使所述砾石充填前数据集和所述砾石充填后数据集标准化。

9.一种用于测井的方法，包括：

利用包含液体和固体颗粒的水泥浆在穿入地层的井孔中的合适位置处用水泥填充一个或多个井管；

通过以下步骤获得水泥填充后数据集：

将伽马射线探测器降低到穿过所述地层的所述井孔中；和

探测因所述固体颗粒的原生放射性而产生的伽马射线；

使用所述水泥填充后数据集确定所述固体颗粒的位置；以及

将所述固体颗粒与所述井孔的深度测量相关联，以确定放置在所述井孔的水泥填充区域中的所述水泥浆的位置、轴向分布、径向分布和/或高度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述固体颗粒由具有原生放射性的原材料形成。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述原材料是粘土。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述粘土选自由高岭土、矾土及其任何混合物组成的组合。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述固体颗粒不包含硼、镉、钆、钐或铱。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述固体颗粒的第一部分包含热中子吸收材料并且所述固体颗粒的第二部分不包含所述热中子吸收材料。

15.根据权利要求9所述的方法，还包括：

通过以下步骤获得水泥填充前数据集：

将伽马射线探测器降低到穿过所述地层的所述井孔中；

探测伽马射线，其中，在所述井孔的合适位置处用水泥填充所述一个或多个井管之前，获得所述水泥填充前数据集；

比较所述水泥填充后数据集和所述水泥填充前数据集，以确定所述固体颗粒的位置。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：在比较所述水泥填充前数据集和所述水泥填充后数据集之前，针对井孔条件中的差异，使所述水泥填充前数据集和所述水泥填充后数据集标准化。

17.一种定量地确定本底伽马射线放射性的总量的方法，其中，由于在砾石充填中存在天然发生放射性的材料，因此在井孔中所述本底伽马射线放射性的总量由伽马射线敏感测井工具探测，所述方法包括以下步骤：

将一定大小的砾石充填样品放置在容器中；

在所述容器中将传感器定位在使所述传感器暴露于来自所述样品的伽马辐射的位置处，以形成表明所述样品的伽马射线放射性的输出；以及

根据预定函数关系，将传感器输出转换为表明伽马辐射本底的输出值，所述输出值将作为砾石充填体积和井孔直径的函数由所述砾石充填引起。

18.一种定量地确定本底伽马射线放射性的总量的方法，其中，由于在水泥填充中存在天然发生放射性的材料，因此在井孔中所述本底伽马射线放射性的总量由伽马射线敏感测井工具探测，所述方法包括以下步骤：

将一定大小的水泥样品放置在容器中；

在所述容器中将传感器定位在使所述传感器暴露于来自所述样品的伽马辐射的位置处，以形成表明所述样品的伽马射线放射性的输出；以及

根据预定函数关系，将传感器输出转换为表明伽马辐射本底的输出值，所述输出值将作为水泥填充体积和井孔直径的函数由所述水泥填充引起。