Title:
Verstärkungsstabilisierung eines natürlichen Gammastrahlenwerkzeugs
Kind Code:
T5
Abstract:

In einigen Ausführungsformen können ein Gerät und ein System sowie ein Verfahren und ein Artikel betrieben werden, um Gammastrahlenmessungen von einem Gammastrahlendetektor zu empfangen; um ein Spektrum auf Grundlage der Gammastrahlenmessungen zu erzeugen, wobei das Spektrum eine Vielzahl von Kanälen und Zählraten für die Vielzahl von Kanälen einschließt, wobei eine Kanalanzahl eines Kanals Energiewerten der empfangenen Gammastrahlen entspricht; um eine Kurve an einen Teil des Spektrums anzupassen; um eine Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve zu ermitteln; und um eine Verstärkung des Gammastrahlendetektors auf Grundlage der Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve einzustellen. Zusätzliche Geräte, Systeme und Verfahren werden offenbart.



Inventors:
Moake, Gordon L., Tex. (Houston, US)
Application Number:
DE112014007024T
Publication Date:
07/20/2017
Filing Date:
10/03/2014
Assignee:
HALLIBURTON ENERGY SERVICES, INC. (Tex., Houston, US)
International Classes:
Attorney, Agent or Firm:
HOFFMANN - EITLE Patent- und Rechtsanwälte PartmbB, 81925, München, DE
Claims:
1. Verfahren zum Einstellen der Verstärkung eines Gammastrahlendetektors, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Empfangen von Gammastrahlenmessungen von dem Gammastrahlendetektor;
Erzeugen eines Spektrums auf Grundlage der Gammastrahlenmessungen, wobei das Spektrum eine Vielzahl von Kanälen und Zählraten für die Vielzahl von Kanälen einschließt, wobei eine Kanalanzahl eines Kanals Energiewerten der empfangenen Gammastrahlen entspricht;
Anpassen einer Kurve an einen Teil des Spektrums;
Ermitteln einer Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve; und
Einstellen einer Verstärkung des Gammastrahlendetektors auf Grundlage der Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kurve durch ein kubisches Polynom definiert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend:
Erzeugen eines Schwerpunkts für das Spektrum; und
Anpassen der Kurve an einen Teil des Spektrums, wenn der Schwerpunkt innerhalb eines Schwellenabstands eines Nennwerts liegt, und ansonsten Einstellen der Verstärkung, um einen abgeänderten Verstärkungswert für den Gammastrahlendetektor auf Grundlage des Schwerpunkts zu erzeugen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schwerpunkt auf Grundlage einer ersten Teilmenge des Spektrums erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erste Teilmenge Niedrigenergie-Kanäle ausschließt, in denen Rauschen vorhergesagt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei, wenn eine Differenz zwischen der Verstärkung und dem abgeänderten Verstärkungswert einen Schwellenwert überschreitet, das Verfahren ferner Folgendes umfasst:
Abändern der Verstärkung auf Grundlage einer zweiten Teilmenge des Spektrums, die größer ist als die erste Teilmenge.

7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend:
Überwachen der Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve auf Grundlage von Gammastrahlenmessungen, die im Anschluss an das Einstellen der Verstärkung empfangen werden; und
Auslösen eines Verstärkungs-Neueinstellungsprozesses, wenn sich die Position um mehr als einen Schwellenwertbetrag verschiebt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend:
Durchführen eines Bohrvorgangs auf Grundlage von Gammastrahlenmessungen, die im Anschluss an das Einstellen der Verstärkung erfasst werden.

9. Gerät, umfassend:
einen Gammastrahlendetektor, um Gammastrahlen zu detektieren, die von Materialien in einem Bohrloch reflektiert werden; und
einen Prozessor zum
Empfangen von Gammastrahlenmessungen von dem Gammastrahlendetektor;
Erzeugen eines Spektrums der Gammastrahlenmessungen, wobei das Spektrum eine Vielzahl von Kanälen, die Energiewerten der empfangenen Gammastrahlen entspricht, und Zählraten für die Vielzahl von Kanälen einschließt;
Anpassen einer Kurve an einen Teil des Spektrums;
Ermitteln einer Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve; und
Einstellen einer Verstärkung des Gammastrahlendetektors auf Grundlage der Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve.

10. Gerät nach Anspruch 9, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist zum:
Erzeugen eines Schwerpunkts auf Grundlage einer ersten Teilmenge des Spektrums, die Niedrigenergie-Kanäle des Spektrums ausschließt; und
Anpassen der Kurve an einen Teil des Spektrums, wenn der Schwerpunkt innerhalb eines Schwellenabstands eines Nennwerts liegt, und ansonsten Einstellen der Verstärkung des Gammastrahlendetektors auf Grundlage des Schwerpunkts.

11. Gerät nach Anspruch 10, ferner umfassend einen Verstärker und eine Spannungsversorgungseinheit und wobei der Prozessor konfiguriert ist, um die Verstärkung durch das Einstellen eines Eingangs für mindestens eines von dem Verstärker und der Spannungsversorgungseinheit einzustellen.

12. Gerät nach Anspruch 11, wobei, wenn eine Differenz zwischen der Verstärkung und einem abgeänderten Verstärkungswert einen Schwellenwert überschreitet, der Prozessor ferner konfiguriert ist zum:
Abändern der Verstärkung auf Grundlage einer zweiten Teilmenge des Spektrums, die größer ist als die erste Teilmenge.

13. Gerät nach Anspruch 10, ferner umfassend:
einen Speicher zum Speichern des Spektrums und von Daten, die für die Kurve, die Verstärkung und den Schwerpunkt repräsentativ sind.

14. Gerät nach Anspruch 13, wobei die Kurve ein Polynom dritter Ordnung ist.

15. Gerät nach Anspruch 9, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist zum:
Überwachen der Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve auf Grundlage von Gammastrahlenmessungen, die im Anschluss an das Einstellen der Verstärkung empfangen werden; und
Auslösen eines Verstärkungs-Neueinstellungsprozesses, wenn sich die Position um mehr als einen Schwellenwertbetrag verschiebt.

16. System, umfassend:
ein Vermessungswerkzeug, einschließlich eines Gehäuses, um ein Gammastrahlenmesswerkzeug aufzunehmen, wobei das Gammastrahlenmesswerkzeug Folgendes einschließt:
einen Gammastrahlendetektor zum Detektieren von Gammastrahlung auf einer Vielzahl von Energieniveaus und zum Erzeugen von Detektorausganssignalen, die jeweils eine detektierte Zählung von Gammastrahlung darstellen; und
einen Prozessor zum
Empfangen von Gammastrahlenmessungen von dem Gammastrahlendetektor;
Erzeugen eines Spektrums der Gammastrahlenmessungen, wobei das Spektrum eine Vielzahl von Kanälen, die Energiewerten der empfangenen Gammastrahlen entspricht, und Zählraten für die Vielzahl von Kanälen einschließt;
Anpassen einer Kurve an einen Teil des Spektrums;
Ermitteln einer Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve; und
Einstellen einer Verstärkung des Gammastrahlendetektors auf Grundlage der Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve.

17. System nach Anspruch 16, ferner umfassend:
eine Kommunikationsschaltung, um Signale von dem Gammastrahlenmesswerkzeug zu kommunizieren; und
ein Oberflächensystem, um die Signale von dem Gammastrahlenmesswerkzeug über die Kommunikationsschaltung zu empfangen.

18. System nach Anspruch 16, wobei das Oberflächensystem ferner Folgendes umfasst:
eine Anzeige, um Diagnoseinformationen für das Gammastrahlenmesswerkzeug auf Grundlage der Signale anzuzeigen.

19. System nach Anspruch 16, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um eine Polynomkurve dritter Ordnung an den Teil des Spektrums anzupassen.

Description:
STAND DER TECHNIK

Durch ein Verständnis der Struktur und der Eigenschaften geologischer Formationen können die Kosten für das Bohren von Bohrlöchern zur Öl- und Gasexploration verringert werden. Messungen, die in einem Bohrloch vorgenommen werden (d. h. Untertagemessungen) werden üblicherweise durchgeführt, um dieses Verständnis zu erreichen, um die Zusammensetzung und Verteilung von Material zu identifizieren, das die Messvorrichtung unter Tage umgibt. Um derartige Messungen zu erhalten, werden oftmals Gammastrahlendetektoren verwendet, um natürlich vorkommende Gammastrahlung unter Tage zu messen. Jedoch kann die Verstärkung von Gammastrahlendetektoren aufgrund von Umgebungsbedingungen unter Tage schwanken. Diese Schwankungen können Veränderungen hinsichtlich des offensichtlichen Energieniveaus hervorrufen, das von dem Gammastrahlendetektor detektiert wird, wodurch sie zu Ungenauigkeiten bei den Messungen führen, die von Gammastrahlenmesswerkzeugen geliefert werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung eines Gammastrahlenmesswerkzeugs gemäß einigen Ausführungsformen.

2 ist ein beispielhaftes Gammaspektrum, wie es auf Grundlage von Werten erzeugt werden kann, die von einem Gammastrahlenmesswerkzeug gemäß einigen Ausführungsformen bereitgestellt werden.

3 ist ein Beispiel für modellierte Spektren für verschiedene radioaktive Isotope.

4 ist ein Beispiel für Schwerpunkte, die aus modellierten Spektren von 3 gemäß einigen Ausführungsformen berechnet werden.

5 ist ein Blockdiagramm eines Vermessungssystems gemäß einigen Ausführungsformen.

6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Einstellen der Verstärkung eines Gammastrahlendetektors zeigt.

7 ist eine Darstellung einer Ausführungsform eines Wireline-Systems.

8 ist eine Darstellung einer Ausführungsform eines Bohranlagensystems.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Um einige der zuvor beschriebenen Herausforderungen sowie andere anzugehen, werden hierin Systeme, Geräte und Verfahren zum Stabilisieren der Nettoverstärkung von Gammastrahlendetektoren beschrieben.

1 ist eine schematische Darstellung eines Gammastrahlenmesswerkzeugs 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Das Gammastrahlenmesswerkzeug 100 schließt einen Untertage-Gammastrahlendetektor 102, eine Elektronikeinheit 104 und eine Verarbeitungseinheit 106 ein. Der Gammastrahlendetektor 102 kann Teil einer Bohranordnung für Logging-While-Drilling-(LWD) oder Measuring-While-Drilling-(MWD)Vorgänge sein oder kann ein Wireline-Werkzeug zum Vermessen eines existierenden Bohrlochs sein, wie später hierin in Bezug auf 7 und 8 beschrieben. Das Gammastrahlenmesswerkzeug 100 kann eine Vielzahl azimutaler Gammastrahlendetektoren einschließen. Jeder Gammastrahlendetektor 102 zählt Gammastrahlenenergie, die auf natürliche Weise unterirdisch abgegeben wird, kann jedoch auch für andere Quellen von Gammastrahlen in dem Bohrloch verwendet werden. Die azimutalen Gammastrahlendetektoren können sich in der Nähe einer Außenseite eines Vermessungswerkzeugs befinden und um einen Umfang des Vermessungswerkzeugs beabstandet sein. Obwohl eine Vielzahl von Gammastrahlendetektoren eingeschlossen sein kann, wird hier lediglich einer ausdrücklich dargestellt.

Der Gammastrahlendetektor 102 stellt Signale bereit, die mit der Energie skalieren, die von den Gammastrahlen in dem Gammastrahlendetektor 102 abgegeben wird. Der Gammastrahlendetektor 102 schließt einen oder mehrere Szintillatorkristalle 108 zum Empfangen der Gammastrahlen ein, die dann Lichtemissionen erzeugen, die einen angrenzenden, optisch gekoppelten Photodetektor 110, z. B. eine Photovervielfacherröhre, beeinflussen. Der Gammastrahlendetektor 102 ist elektrisch mit einer Elektronikeinheit 104 gekoppelt. Die Elektronikeinheit 104 kann einen Verstärker 112, eine regelbare Hochspannungsversorgungseinheit 114 und einen Analog-Digital-(A/D)Wandler 116 einschließen. Die Hochspannungsversorgungseinheit 114 ist mit einem oder mehreren der Gammastrahlendetektoren 102 gekoppelt und versorgt diesen mit Energie. Eine Hochspannungsversorgungseinheit 114 kann verwendet werden, um mehrere Gammastrahlendetektoren mit Energie zu versorgen. Die Hochspannungsversorgungseinheit 114 kann so konfiguriert sein, dass die Ausgangsspannung durch eine externe Steuerung oder Verarbeitungseinheit 106 eingestellt werden kann.

Die Elektronikeinheit 104 schließt außerdem einen oder mehrere Verstärker 112 ein, um die Amplitude der Signale zu modifizieren, die von dem einen oder den mehreren Gammastrahlendetektor(en) 102 kommen. Der Verstärker 112 kann konfiguriert sein, um von der Verarbeitungseinheit 106 eingestellt zu werden. Die Elektronikeinheit 104 schließt ferner den Analog-Digital-(A/D)Wandler 116 ein, um Spannungssignale in digitale Signale umzuwandeln, die an die Verarbeitungseinheit 106 weitergeleitet werden sollen. Die Elektronikeinheit 104 wandelt die Signale zum Beispiel durch das Einstellen der Signalamplitude oder das Einstellen der Spannung, die dem Gammastrahlendetektor 102 zugeführt wird, um und verarbeitet sie dadurch.

Die Verarbeitungseinheit 106 schließt einen Speicher 118 ein, der mit einem oder mehreren Prozessoren 120 verknüpft ist. Der Speicher 118 kann, wenn er mit dem Prozessor 120 gekoppelt ist, Code ausführen, um Funktionalitäten, einschließlich der später hierin beschriebenen Verfahren für die Verstärkungssteuerung, zu erreichen. Der Speicher 118 kann Messungen von Formationsparametern oder Parametern des Gammastrahlenmesswerkzeugs 100, wie etwa Verstärkungsparameter, Kalibrierungskonstanten, Identifizierungsdaten usw. speichern. Der Speicher 118 kann demnach eine Datenbank, zum Beispiel eine relationale Datenbank, einschließen. Der Prozessor 120 kann die Ausgangsspannung der Hochspannungsversorgungseinheit 114 oder des Verstärkers 112 steuern. Das Gammastrahlenmesswerkzeug 100 kann außerdem eine Batterie oder eine andere Energiequelle einschließen (in 1 nicht gezeigt).

Die Elektronikeinheit 104 und die Verarbeitungseinheit 106 können unter anderem betrieben werden, um die digitalen Signale von dem Untertage-Gammastrahlendetektor 102 gemäß der Amplitude der digitalen Signale in Kanäle einzuordnen und die Kanäle als ein Gammaspektrum zu speichern. Das Gammastrahlenmesswerkzeug 100 kann ein Gammastrahlendetektor für grobe Zählungen sein, wobei der Prozess des Ermittelns der groben Zählung das Entwickeln von Zählungen über eine Vielzahl von Kanälen beinhaltet, die in einem Spektrum angeordnet sind. Unabhängig davon, ob es beim Logging While Drilling (8) oder an einer Wireline (7) erreicht wird, entwickelt das Gammastrahlenmesswerkzeug 100 Zähldaten über n Kanäle. Jeder Kanal stellt eine Spanne von Energieniveaus dar, wobei die Energieniveaus in Einheiten wie etwa Kiloelektronenvolt (keV) gemessen werden können. Die Anzahl der Kanäle kann für unterschiedliche Anwendungen variieren; zum Beispiel kann n 10, 16, 20, 50, 64, 100, 128, 150, 200, 256, 400 oder mehr oder eine beliebige Zahl dazwischen sein.

In verschiedenen Ausführungsformen empfängt die Verarbeitungseinheit 106 ein Energiespektrum von der abgestrahlten Gammastrahlung und zeichnet das Spektrum über ein Spektrum von n Kanälen auf (wobei n der Anzahl von Kanälen entspricht) und die Verarbeitungseinheit 106 ermittelt die Gesamtzahl oberhalb eines Schwellenwerts. Die Verarbeitungseinheit 106 legt den Schwellenwert so fest, dass er zumindest größer als ein Rauschpegel, aber niedrig genug ist, um alle Gammastrahlen zu messen, die in den Gammastrahlendetektor 102 eintreten. Zunächst kann die Verarbeitungseinheit 106 den Schwellenwert zum Beispiel auf Grundlage eines tatsächlichen oder vorhergesagten Rauschpegels, von Verlaufsdaten usw. festlegen.

Die Verstärkung des Gammastrahlendetektors 102 variiert gelegentlich mit bestimmten Variablen, z. B. Temperatur, Ausrüstungsbeschränkungen, Hochspannung des Photovervielfachers in dem Gammastrahlendetektor 102 usw. Diese Variationen beeinflussen die Zählungen, die in den verschiedenen Kanälen gespeichert sind. Um eine grobe Zählung zu erhalten, die nicht von diesen Variationen beeinflusst wird, stabilisiert die Verarbeitungseinheit 106 die Systemverstärkung von jedem Gammastrahlendetektor 102 eines Gammastrahlenmesswerkzeugs 100 unabhängig.

Die Systemverstärkung kann auf verschiedene Art und Weise eingestellt werden. Die Einstellung kann durch ein Einstellen der Hardware-Verstärkung ausgeführt werden. Alternativ kann das Spektrum in dem Speicher skaliert werden. Zusätzlich können die Schwellenwerte, die verwendet werden, um Zählbereiche in einem Energiefenster zu berechnen, eingestellt werden.

Eine Steuerung wie etwa die Verarbeitungseinheit 106 kann die Verstärkung jedes Gammastrahlendetektors 102 einstellen, indem sie den Ausgang der Hochspannungsversorgungseinheit 114, die Verstärkung des Verstärkers 112 einstellt oder indem sie sowohl den Ausgang der Hochspannungsversorgungseinheit 114 als auch die Verstärkung des Verstärkers 112 einstellt. Auf diese Art und Weise kann eine stabilisierte grobe Zählung erhalten werden, indem Zählungen in demselben Kanal addiert werden. Die Verarbeitungseinheit 106 kann Spektren für einen Zeitraum zusammensetzen und dann die Spektren analysieren, um den Betrag zu ermitteln, mit dem die Verstärkung gegebenenfalls eingestellt werden soll.

Die Verarbeitungseinheit 106 kann eine Verstärkungseinstellung durchführen, nachdem die Spektren eine minimale Menge an Zählungen enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann die Verarbeitungseinheit 106 Algorithmen implementieren, um die Verstärkungseinstellung periodisch oder nach Verstreichen eines minimalen Zeitraums zu ermitteln, wobei die kumulierten Zählungen in jedem Gammastrahlendetektor 102 eine minimale Anzahl von Zählungen überschreiten. Die Intervalle zwischen Verstärkungseinstellungen können so variieren wie der Umfang der Zählungen variiert, die in den Spektren gespeichert sind. Die Zeit, die zwischen Einstellungen vergeht, sollte ausreichend lang sein, sodass die Verarbeitungseinheit 106 eine statistisch signifikante Einstellung vornehmen kann, aber dennoch kurz genug, sodass der Gammastrahlendetektor 102 auf Variationen der Verstärkung reagieren kann. In einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinheit 106 eine Verstärkungseinstellung auf Grundlage empfangener Diagnoseinformationen für das Gammastrahlenmesswerkzeug 100 durchführen. Diagnoseinformationen können Indikatoren wie etwa ein Flag einschließen, um anzuzeigen, ob der bzw. die Gammastrahlendetektor(en) 102 zum Beispiel ein hoch- oder niederenergetisches Rauschen aufweist bzw. aufweisen.

2 ist ein beispielhaftes Gammaspektrum 200, wie es auf Grundlage von Werten erzeugt werden kann, die von einem Gammastrahlenmesswerkzeug 100 gemäß einigen Ausführungsformen bereitgestellt werden. In dem veranschaulichten Beispiel aus 2 entspricht jeder Kanal auf der x-Achse 2 keV und die in jedem Kanal gemessenen Zählraten werden auf der y-Achse dargestellt. Das Gammaspektrum 200 schließt ein Maximum 202 oder einen Gamma-Peak und einen Rauschteil oder ein Rauschsegment 204 ein. Der gewünschte Schwellenwert 206 wird über dem maximalen Rauschpegel festgelegt, ist aber dennoch niedrig genug, sodass so viele Gammastrahlen wie möglich detektiert werden. Unter der Annahme, dass das Gammaspektrum 200 mit einer gewünschten nominalen Systemverstärkung erhalten wurde und dass das Rauschen dem erwarteten Maximum entspricht, kann eine Wahl für den Schwellenwert 206 ungefähr bei Kanal 28 liegen.

Gemäß Ausführungsformen ist ein identifizierbarer, stabiler Punkt des Gammaspektrums 200 zur Verwendung als eine Referenz zum Einstellen der Verstärkung, des Schwellenwerts oder der Hardware gewünscht. In Ausführungsformen kann die Position eines maximalen Werts der ersten Ableitung einer Kurve, die das Gammaspektrum 200 in Bezug auf eine Kanalanzahl definiert, als dieser identifizierbare, stabile Punkt verwendet werden, da sich das Maximum der ersten Ableitung an der ansteigenden Flanke des Peaks des Rohdatensatzes befindet, und sie kann gegenüber Variationen hinsichtlich der Dichte der gemessenen Formation unempfindlich sein. Zum Beispiel kann der Schwellenwert bei der Hälfte der Kanalanzahl der Position des Maximums dieser ersten Ableitung festgelegt werden.

Mit einigen Systemen wird die erste Ableitung des Gammaspektrums 200 bei einem Punkt auf Grundlage von Kanälen ober- und unterhalb jedes Berechnungspunkts berechnet. Diese Berechnung erfolgt oftmals an vielen Punkten in dem Gammaspektrum 200, um die Position des maximalen Werts zu ermitteln. Jedoch können statistische Unsicherheiten in dem Gammaspektrum 200 zu einer Unsicherheit bei der berechneten Position des Maximums der ersten Ableitung führen. Statistische Unsicherheiten können verringert oder beseitigt werden, indem die Spektren über längere Zeiträume hinweg addiert werden, was jedoch zu einer langsamen Reaktion der Verstärkungsstabilisierung führen kann, insbesondere wenn das Gammastrahlenmesswerkzeug 100 erstmals eingeschaltet wird. Ausführungsformen verringern oder beseitigen den Effekt statistischer Schwankungen.

Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinheit 106 ermitteln, ob die Verstärkung jedes Gammastrahlendetektors 102 nahe bei einem Nennwert liegt. In einigen Beispielen kann die Verarbeitungseinheit 106 dies durch die Berechnung eines Schwerpunkts des Spektrums 200 und eine anschließende Überprüfung ermitteln, um zu sehen, ob der Schwerpunkt innerhalb eines bestimmten Schwellenabstands (z. B. innerhalb von 10–15 %) eines Nennwerts liegt. Wenn die Verstärkung nicht nah ist, kann die Verstärkungseinheit 106 eine grobe Einstellung der Systemverstärkung auf Grundlage des Schwerpunkts des Gammaspektrums 200 durchführen. Andernfalls kann die Verarbeitungseinheit 106 eine Feineinstellung der Systemverstärkung auf Grundlage der Position des Maximums der ersten Ableitung eines Teils des Gammaspektrums 200 durchführen.

In Fällen, bei denen die Systemverstärkung auf Grundlage des Schwerpunkts eingestellt werden soll, stellt die Verarbeitungseinheit 106 die Verstärkung des jeden Gammastrahlendetektors 102 ein, um den Schwerpunkt an der Nennposition für den Schwerpunkt zu positionieren. Die Nennposition für den Schwerpunkt kann festgelegt werden, wenn das Gammastrahlenmesswerkzeug 100 und der bzw. die Gammastrahlendetektor(en) 102 erstmals charakterisiert oder initialisiert werden. Zum Beispiel können die Nennpositionen als Kanal 90 eines Spektrums mit 256 Kanälen ausgewählt werden, wobei der typische Bereich für den Schwerpunkt von 50 bis 150 reicht. Die Verarbeitungszeit für diese Schwerpunktberechnungen kann relativ schnell sein und die statistischen Unsicherheiten sind gering. Verfahren gemäß zumindest diesen Ausführungsformen erzeugen genaue Schätzungen für die Verstärkungseinstellung, da die Spektralform detektierter Gammastrahlen mit den Formationseigenschaften oder den radioaktiven Isotopen, welche die Gammastrahlen erzeugen, nicht signifikant variiert. Da die Kurvenformen für natürliche Gammastrahlenspektren sehr ähnlich sind, können Berechnungen der Verstärkungseinstellung auf Grundlage von Schwerpunkten unabhängig von den Formationseigenschaften oder dem prozentualen Anteil oder der Identität von radioaktiven Isotopen darin relativ genau sein.

3 ist ein Beispiel für modellierte Spektren für verschiedene radioaktive Isotope. Bei einer Untersuchung von 3 ist ersichtlich, dass die Spektralformen nicht signifikant variieren. Die Kurven aus 3 stellen die Zählrate dar, die in jedem Kanal beobachtet wird, und jeder Kanal entspricht 5 keV. Die Amplitude der Kurven wurde skaliert, um zu demonstrieren, dass die Kurven die gleiche Form aufweisen. In 3 werden Zählungen, die normalerweise in Kanälen oberhalb von 254 auftreten, zu denjenigen hinzugefügt, die auf natürliche Weise in Kanal 254 auftreten. Die Spektren A–H stellen die Fälle dar, bei denen die natürliche Gammastrahlung in den Formationen vollständig von Kalium (Spektren A und E), vollständig von Uran (Spektren B und F), vollständig von Thorium (Spektren C und G) oder einem Gemisch der drei in den Verhältnissen ausgeht, die in einer Testformation des American Petroleum Institute (API) (Spektren D und H) zu finden sind. Spektren für zwei unterschiedliche Formationsdichten werden gezeigt.

Die Verarbeitungseinheit 106 kann einen Schwerpunkt für das Spektrum gemäß Folgendem erzeugen: wobei Spektrum(i) die Zählrate ist, die in Kanal i gemessen wird.

4 ist ein Beispiel für Schwerpunkte, die aus modellierten Spektren von 3 gemäß einigen Ausführungsformen berechnet werden. Die Schwerpunkte können zum Beispiel durch die Verarbeitungseinheit 106 oder durch ein Oberflächensystem berechnet werden, wie in Bezug auf 6 und 7 später hierin beschrieben.

4 veranschaulicht zwei Fälle: einen Fall A „Vollspektrum“, bei dem alle Daten verwendet werden, und einen Fall B „Schwellenwert von 100 keV“, bei dem lediglich die Daten oberhalb von 100 keV verwendet werden. Die Variationen hinsichtlich der Werte des Schwerpunkts sind für die beiden im Wesentlichen gleich. Zum Beispiel kann bei einer Untersuchung von 4 gezeigt werden, dass die Schwerpunkte für Fall A alle innerhalb von 9 % von Kanal 63,4 und für Fall B innerhalb von 9 % von 70,8 liegen.

In den meisten Situationen kann genau vorhergesagt werden, dass sich Rauschen als ein Anstieg der Zählungen in der niederenergetischen Teilmenge des Spektrums manifestiert, wie bei einer Untersuchung von 2 erkennbar. Dementsprechend wird Rauschen üblicherweise lediglich den Schwerpunkt verzerren, der unter Verwendung des Vollspektrums berechnet wurde, während Rauschen wenig oder gar keine Auswirkungen auf den Schwerpunkt hat, der aus den Daten oberhalb von 100 keV berechnet wurde (Fall A in 4). Folglich verwendet die Verarbeitungseinheit 106 den Schwerpunkt, der aus einer ersten Teilmenge der Daten, zum Beispiel den Daten oberhalb von 100 keV (z. B. schließen die Daten die niederenergetische Teilmenge des Spektrums aus) berechnet wurde, in dem Stabilisierungsalgorithmus. In einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinheit 106, wenn die Verstärkungsänderung größer ist als eine vordefinierte Zahl, zum Beispiel wenn die Verstärkungsänderung größer ist als 20 % der ursprünglichen Verstärkung, die Verstärkungsänderung unter Verwendung einer zweiten, größeren Teilmenge der Daten erneut berechnen.

Wie hierin an früherer Stelle erwähnt, kann die Verarbeitungseinheit 106, wenn keine wesentlichen Verstärkungseinstellungen notwendig sind, eine Feinabstimmung der Systemverstärkung auf Grundlage der ersten Ableitung des Gammaspektrums 200 vornehmen. Zum Finden der ersten Ableitung passt die Verarbeitungseinheit 106 in einigen Ausführungsformen eine Kurve an einen Teil an, der einen Bereich von Datenpunkten des Gammaspektrums 200 einschließt, wobei die Verarbeitungseinheit 106 den Bereich von Kanälen auswählt, der die erwartete oder gewünschte Position des Maximums der ersten Ableitung des Gammaspektrums 200 einschließt. Dieser Datenbereich kann von der Verarbeitungseinheit 106 so festgelegt werden, dass er innerhalb einer Toleranz liegt, die auf Grundlage des Schwerpunkttests, der hierin an früherer Stelle beschrieben wurde, festgelegt wird, was zu der Gewährleistung beitragen kann, dass die Position des Maximums der ersten Ableitung innerhalb des Bereichs liegt, den die Verarbeitungseinheit 106 an die kubische Gleichung anpasst. In einigen Beispielen kann die Verarbeitungseinheit 106 einen Bereich auswählen, der auf einen Referenzkanal (z. B. Kanal 50) zentriert ist, wobei Multiplikatoren zur Berechnung des unteren Grenzwerts des Bereichs und eines oberen Grenzwerts des Bereichs auf Grundlage des Referenzkanals verwendet werden.

Die Verarbeitungseinheit 106 kann die Position des Maximums der ersten Ableitung aus den Kurvenparametern erhalten, die bei der Anpassung erhalten wurden. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinheit 106 ein kubisches Polynom, das in Bezug auf die Kanalanzahl ausgedrückt ist, an die Daten anpassen. Das kubische Polynom kann durch Folgendes dargestellt sein: y = c0 + c1x + c2x2 + c3x3(2)wobei c0, c1, c2 und c3 die Koeffizienten des Polynoms sind.

Die Ausführungsformen sind jedoch nicht darauf beschränkt und die Verarbeitungseinheit 106 kann andere Gleichungen wie zum Beispiel ein Polynom vierter Ordnung verwenden. Der einschlägige Durchschnittsfachmann versteht, dass die Position eines Extremwerts xExtrem der ersten Ableitung von Gleichung (2) folgendermaßen angeordnet ist:

Unter der Annahme, dass darauf geachtet wird, sicherzustellen, dass der korrekte Teil des Gammaspektrums 200 angepasst wird, dann ist der Extremwert xExtrem das Maximum der ersten Ableitung und nicht das Minimum.

Wenn dieses Verfahren gemäß Ausführungsformen implementiert wird, ermöglicht es die Abtastung eines großen Bereichs des Spektrums auf einmal, während statistische Schwankungen reduziert oder beseitigt werden. Die Verarbeitungseinheit 106 kann eine kubische Gleichung zur Kurvenanpassung verwenden, da eine kubische Gleichung einen großen Teil des Gammaspektrums 200 beschreiben kann, während dennoch keine signifikante Berechnungsleistung zum Finden der ersten Ableitung verwendet wird. Zudem können die Verarbeitungseinheiten 106 kubische Gleichungen zur Kurvenanpassung verwenden, da kubische Gleichungen eine einzige Position des maximalen Werts der ersten Ableitung aufweisen, was den Prozess der Auswahl dieser Position zur Verwendung bei der Festlegung der Verstärkung des Gammastrahlendetektors 102 vereinfacht. Die statistische Unsicherheit in Zusammenhang mit der tatsächlichen Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve wird reduziert, wenn die Anzahl von Punkten, an welche die Verarbeitungseinheit 106 die Kurve anpasst, gesteigert wird. In dem Fall eines kubischen Polynoms wird statistische Unsicherheit bei der Position des Maximums der ersten Ableitung reduziert, wenn die Anzahl von verwendeten Punkten vier übersteigt, da vier Punkte die zur Berechnung von kubischen Parametern erforderliche Mindestanzahl ist.

Tabelle 1 ist ein beispielhafter Pseudocode zum Berechnen einer Verstärkungsänderung auf Grundlage des Maximums der ersten Ableitung von Gleichung (2). Es versteht sich jedoch, dass Ausführungsformen nicht auf eine bestimmte Implementierung zum Finden dieses Maximums beschränkt sind und der Algorithmus weitere Vorgänge wie etwa Fehlerüberprüfung, Bereichsüberprüfung usw. einschließen kann. Tabelle 1: Pseudocode zur Berechnung der Verstärkungsänderung.

In Zeilen 1–20 berechnet die Verarbeitungseinheit 106 die Koeffizienten der Matrixgleichung ax = b, welche die Parameter einer kubischen Gleichung definiert, die das Eingabespektrum zwischen unteren_Kanal_anpassen und oberen_Kanal_anpassen anpasst, wobei x ein Vektor ist, der die vier Koeffizienten der kubischen Gleichung darstellt, und Ableitung_Nennposition die Nennposition der maximalen Ableitung ist. Referenzieren der Position auf die Nennposition der maximalen Ableitung senkt die Genauigkeit, mit der die Berechnungen vorgenommen werden müssen.

In Zeilen 21–22 berechnet die Verarbeitungseinheit 106 zwei der Determinanten, die zur Lösung der Gleichung für die vier Koeffizienten verwendet werden können, wobei die Determinante (b, j) die Determinante einer modifizierten Matrix a darstellt, wobei die Modifizierung durch Ersetzen der j-ten Spalte von a mit dem Vektor b vorgenommen wird. In Zeile 23 findet die Verarbeitungseinheit 106 die Position des Maximums der ersten Ableitung der kubischen Gleichung, die durch die Matrixgleichung ax = b definiert ist, mit den in Zeilen 1–20 angegebenen Matrixkoeffizienten, wobei die Position auf die Nennposition der maximalen Ableitung referenziert wird. Dieses Verfahren ermöglicht die Berechnung des Maximums der ersten Ableitung ohne eine vollständige Berechnung der Koeffizienten der kubischen Gleichung, da der in Zeile 23 berechnete Wert mathematisch dem Wert der Position des in Gleichung (3) gegebenen Extremums entspricht. In Zeile 24 begrenzt die Verarbeitungseinheit 106 das Maximum der ersten Ableitung auf eine Position innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, zum Beispiel relativ zu dem Referenzkanal oder auf Grundlage von Schwerpunkten, wie hierin an früherer Stelle beschrieben.

In Zeile 25 berechnet die Verarbeitungseinheit 106 die Verstärkungsänderung auf Grundlage des Maximums. In einigen Beispielen kann die Verarbeitungseinheit 106 beim Einschalten des Gammastrahlenmesswerkzeugs 100 umfangreichere Verstärkungseinstellungen bereitstellen, als bereitgestellt worden wären, nachdem das Gammastrahlenmesswerkzeug 100 über längere Zeiträume betrieben worden ist.

5 ist ein Blockdiagramm eines Vermessungssystems 500 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Vermessungssystem 500 kann Zählungsmessungen oder andere Daten von dem Gammastrahlenmesswerkzeug 100 empfangen (1) und Verstärkungsstabilisierung für einen oder mehrere Gammastrahlendetektor(en) 102 des Gammastrahlenmesswerkzeugs 100 bereitstellen. Das Vermessungssystem 500 schließt ein Gammastrahlenmesswerkzeug 504 ein, das in einem Bohrloch betrieben werden kann.

Die Verarbeitungseinheit 106 kann sich mit dem Gammastrahlenmesswerkzeug 504 koppeln, um Messungen von dem Gammastrahlenmesswerkzeug 504 zu erhalten, wie hierin an früherer Stelle in Bezug auf 1 beschrieben. Die Verarbeitungseinheit 106 kann eine Verstärkungsstabilisierung an dem Gammastrahlenmesswerkzeug 504 durchführen, wie hierin beschrieben. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Vermessungssystem 500 eines oder mehrere des Gammastrahlenmesswerkzeugs 504 sowie ein Gehäuse (in 5 nicht gezeigt), welches das Gammastrahlenmesswerkzeug 504 oder andere Elektronik aufnehmen kann. Das Gehäuse kann die Form eines Wireline-Werkzeugkörpers oder eines Bohrlochwerkzeugs annehmen, wie unten in Bezug auf 7 und 8 ausführlicher beschrieben. Die Verarbeitungseinheit 106 kann Teil einer Arbeitsstation an der Oberfläche sein oder die Verarbeitungseinheit 106 kann mit dem Gammastrahlenmesswerkzeug 504 gebündelt sein, wie hierin an früherer Stelle in Bezug auf 1 beschrieben, oder an dem Gehäuse angebracht sein.

Das Vermessungssystem 500 kann zusätzlich eine Steuerung 525, ein elektronisches Gerät 565 und eine Kommunikationseinheit 540 umfassen. Die Steuerung 525 und die Verarbeitungseinheit 106 können hergestellt sein, um das Gammastrahlenmesswerkzeug 504 zu betreiben, sodass es Messdaten wie etwa Zählungen erfasst, wenn das Gammastrahlenmesswerkzeug 504 betrieben wird.

Das elektronische Gerät 565 kann in Verbindung mit der Steuerung 525 verwendet werden, um Aufgaben auszuführen, die mit dem Vornehmen von Messungen unter Tage mit dem Gammastrahlenmesswerkzeug 504 verknüpft sind. Die Kommunikationseinheit 540 kann in einem Bohrvorgang Kommunikationen unter Tage einschließen. Solche Kommunikationen unter Tage können ein Telemetriesystem einschließen.

Das Vermessungssystem 500 kann außerdem einen Bus 527 einschließen, wobei der Bus 527 elektrische Signalwege zwischen den Komponenten des Vermessungssystems 500 bereitstellt. Der Bus 527 kann einen Adressbus, einen Datenbus und einen Steuerbus einschließen, die jeweils unabhängig konfiguriert sind. Der Bus 527 kann außerdem übliche Leiterbahnen zur Bereitstellung eines oder mehrerer von einer Adresse, Daten oder einer Steuerung verwenden, wobei deren Verwendung durch die Steuerung 525 reguliert werden kann. Der Bus 527 kann die Instrumente für ein Kommunikationsnetz einschließen. Der Bus 527 kann so konfiguriert sein, dass die Komponenten des Vermessungssystems 500 verteilt sind. Eine solche Verteilung kann zwischen Untertage-Komponenten wie dem Gammastrahlenmesswerkzeug 504 und Komponenten angeordnet werden, die an der Oberfläche eines Bohrlochs angeordnet werden können. Alternativ können verschiedene dieser Komponenten zum Beispiel gemeinsam an einer oder mehreren Schwerstangen eines Bohrstrangs oder an einer Wireline-Struktur angeordnet werden.

In verschiedenen Ausführungsformen schließt das Vermessungssystem 500 Peripherievorrichtungen ein, die Anzeigen 555, zusätzlichen Ablagespeicher oder andere Steuervorrichtungen einschließen können, die in Verbindung mit der Steuerung 525 oder der Verarbeitungseinheit 106 betrieben werden können. Die Anzeige 555 kann Diagnoseinformationen für das Gammastrahlenmesswerkzeug 504 auf Grundlage der Signale anzeigen, die gemäß zuvor beschriebener Ausführungsformen erzeugt wurden.

In einer Ausführungsform kann die Steuerung 525 als ein oder mehrere Prozessor(en) umgesetzt werden. Die Anzeige 555 kann angeordnet sein, um mit Anweisungen betrieben zu werden, die in der Verarbeitungseinheit 106 (zum Beispiel in dem Speicher 118 (1)) gespeichert sind, um eine Benutzerschnittstelle zur Verwaltung des Betriebs des Gammastrahlenmesswerkzeugs 504 oder innerhalb des Vermessungssystems 500 verteilter Komponenten zu implementieren. Eine solche Benutzerschnittstelle kann in Verbindung mit der Kommunikationseinheit 540 und dem Bus 527 betrieben werden. Verschiedene Komponenten des Vermessungssystems 500 können mit dem Gammastrahlenmesswerkzeug 504 oder verknüpften Gehäuse integriert sein, sodass die Verarbeitung identisch oder vergleichbar mit den Verarbeitungsschemata, die hierin in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen erörtert werden, unter Tage durchgeführt werden können.

In verschiedenen Ausführungsformen kann eine nicht-transitorische maschinenlesbare Speichervorrichtung darauf gespeicherte Anweisungen umfassen, welche, wenn sie von einer Maschine ausgeführt werden, dazu führen, dass die Maschine Vorgänge ausführt, wobei die Vorgänge ein oder mehrere Merkmale umfassen, die mit Merkmalen von hierin beschriebenen Methoden und Techniken vergleichbar oder identisch sind. Eine maschinenlesbare Speichervorrichtung ist hierin eine physische Vorrichtung, die durch physische Struktur innerhalb der Vorrichtung dargestellte Daten speichert. Beispiele für maschinenlesbare Speichervorrichtungen können unter anderem Speicher 118 in der Form eines Festwertspeichers (Read Only Memory, ROM), Schreib-Lese-Speichers (Random Access Memory, RAM), einer Magnetplatten-Speichervorrichtung, einer optischen Speichervorrichtung, einem Flash-Speicher und anderen elektronischen, magnetischen oder optischen Speichervorrichtungen einschließlich Kombinationen davon einschließen.

Die physische Struktur solcher Anweisungen kann von einem oder mehreren Prozessoren wie zum Beispiel der Verarbeitungseinheit 106 betrieben werden. Die Ausführung dieser physischen Strukturen kann dazu führen, dass die Maschine Vorgänge gemäß hierin beschriebener Verfahren ausführt. Die Anweisungen können Anweisungen einschließen, die dazu führen, dass die Verarbeitungseinheit 106 verknüpfte Daten oder andere Daten in dem Speicher 118 speichert.

6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens 600 zum Einstellen der Verstärkung eines Gammastrahlendetektors 102 zeigt. Das beispielhafte Verfahren 600 wird hierin in Bezug auf in 1 und 5 gezeigte Elemente beschrieben. Einige Vorgänge des beispielhaften Verfahrens 600 können ganz oder teilweise durch eine Verarbeitungseinheit(en) 106 und einen Speicher 118 (1) oder jede Komponente des Systems 500 (5) oder Gammastrahlenmesswerkzeugs 100 (1) ausgeführt werden, obwohl Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind.

Das beispielhafte Verfahren 600 beginnt mit Vorgang 602, in dem die Verarbeitungseinheit 106 Gammastrahlenmessungen von dem Gammastrahlendetektor 102 empfängt.

Das beispielhafte Verfahren 600 wird mit Vorgang 604 fortgesetzt, in dem die Verarbeitungseinheit 106 auf Grundlage der Gammastrahlenmessungen ein Spektrum erzeugt. Das Spektrum kann hierin an früherer Stelle in Bezug auf 2 und 3 beschriebenen Spektren ähneln. Das Spektrum kann mehrere Kanäle mit entsprechenden Zählraten einschließen, wobei eine Kanalanzahl eines Kanals Energiewerten der empfangenen Gammastrahlen entspricht.

Das beispielhafte Verfahren 600 wird mit Vorgang 606 fortgesetzt, in dem die Verarbeitungseinheit 106 eine Kurve an einen Teil des Spektrums anpasst. Die Kurve kann der vorstehend in Bezug auf zumindest Gleichung (2) beschriebenen ähneln, obwohl Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Zum Beispiel kann eine Gleichung zur Beschreibung der Kurve ein kubisches Polynom, ein Polynom vierter Ordnung usw. einschließen.

Das beispielhafte Verfahren 600 wird mit Vorgang 608 fortgesetzt, in dem die Verarbeitungseinheit 106 eine Position des Maximums der ersten Ableitung der in Vorgang 606 erzeugten Kurve ermittelt. Zur Ausführung von Vorgang 608 kann die Verarbeitungseinheit 106 Code implementieren, der dem hierin an früherer Stelle in Bezug auf Tabelle 1 beschriebenen Pseudocode ähnelt, obwohl die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind.

Das beispielhafte Verfahren 600 wird mit Vorgang 610 fortgesetzt, in dem die Verarbeitungseinheit 106 die Verstärkung von zumindest einem Gammastrahlendetektor 102 auf Grundlage der Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve einstellt. Die Verarbeitungseinheit 106 überwacht weiterhin die Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve auf Grundlage von Gammastrahlenmessungen, die im Anschluss an das Einstellen der Verstärkung empfangen werden. Die Verarbeitungseinheit 106 kann einen Verstärkungs-Neueinstellungsprozess auslösen, der einen oder alle der Vorgänge des beispielhaften Verfahrens 600 einschließt, wenn sich die Position um mehr als einen Schwellenwertbetrag verschiebt. Die Verarbeitungseinheit 106 kann weitere Vorgänge wie etwa Schwerpunktberechnungen oder weitere Vorgänge ausführen, falls grobe Verstärkungseinstellungen notwendig sind, wie periodisch, beim Einschalten oder gemäß anderen Kriterien entschieden, wie hierin an früherer Stelle beschrieben.

Wie hierin an früherer Stelle beschrieben, können Gammastrahlenmesswerkzeuge in einer Logging-While-Drilling-(LWD)Anordnung oder einem Wireline-Vermessungswerkzeug verwendet werden. 7 stellt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Wireline-Systems 764 dar, und 8 stellt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Bohranlagensystems 864 dar. Demnach können die Systeme 764, 864 Teile eines Wireline-Vermessungswerkzeugkörpers 770 als Teil eines Wireline-Vermessungsvorgangs oder eines Bohrlochwerkzeugs 824 als Teil eines Bohrlochbohrvorgangs umfassen. Demnach zeigt 7 ein Bohrloch während Wireline-Vermessungsvorgängen. In diesem Fall ist eine Bohrplattform 786 mit einem Bohrturm 788 ausgestattet, der ein Hubwerk 790 stützt.

Das Bohren von Öl- und Gasbohrlöchern wird üblicherweise unter Verwendung eines Strangs von Bohrstangen ausgeführt, die miteinander verbunden sind, um einen Bohrstrang zu bilden, der durch einen Drehtisch 710 in ein Bohrloch oder eine Bohrung 712 abgesenkt wird. Hier wird angenommen, dass der Bohrstrang vorübergehend aus dem Bohrloch 712 entfernt worden ist, um zu ermöglichen, dass ein Wireline-Vermessungswerkzeugkörper 770 wie etwa ein Fühler oder eine Sonde durch Wireline- oder Vermessungskabel 774 in das Bohrloch 712 abgesenkt wird. Typischerweise wird der Wireline-Vermessungswerkzeugkörper 770 bis auf den Boden des Bereichs von Interesse abgesenkt und anschließend mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit nach oben gezogen.

Während der Aufwärtsbewegung können die in dem Werkzeugkörper 770 eingeschlossenen Instrumente (z. B. das in 1 gezeigte Gammastrahlenmesswerkzeug 100) in einer Reihe von Tiefen dazu verwendet werden, Messungen an den unterirdischen geologischen Formationen, die an das Bohrloch 712 (und den Werkzeugkörper 770) angrenzen, vorzunehmen. Die Messdaten können zur Speicherung, Verarbeitung und Analyse an eine Vermessungseinrichtung 792 an der Oberfläche kommuniziert werden. Die Vermessungseinrichtung 792 kann mit elektronischer Ausrüstung für verschiedene Arten von Signalverarbeitung ausgestattet sein, die durch irgendeine oder mehrere der Komponenten des Gammastrahlenmesswerkzeugs 100 implementiert sein kann. Ähnliche Daten zur Formationsbewertung können während Bohrvorgängen (z. B. während LWD-Vorgängen und infolgedessen Probenahme während des Bohrens) erfasst und analysiert werden.

In einigen Ausführungsformen umfasst der Werkzeugkörper 770 ein Gammastrahlenmesswerkzeug zum Erhalten und Analysieren von Gammastrahlen-Feldmessungen in einer unterirdischen Formation durch ein Bohrloch 712. Das Werkzeug hängt in dem Bohrloch an einem Wireline-Kabel 774, welches das Werkzeug mit einer Steuereinheit (z. B. eine Arbeitsstation 754 umfassend, die ferner eine Anzeige einschließen kann) an der Oberfläche verbindet. Das Werkzeug kann in dem Bohrloch 712 an einer Rohrwendel, gelenkig verbundenen Bohrstange, festverdrahteten Bohrstange oder durch jede andere geeignete Einsetztechnik eingesetzt sein.

Unter Bezugnahme auf 8 ist nun zu sehen, wie ein System 864 ferner einen Teil einer Bohranlage 802 bilden kann, die sich an der Oberfläche 804 eines Bohrlochs 806 befindet. Die Bohranlage 802 kann eine Abstützung für einen Bohrstrang 708 bereitstellen. Der Bohrstrang 708 kann betrieben werden, um den Drehtisch 710 zum Bohren des Bohrlochs 712 durch die unterirdischen Formationen 814 zu durchdringen. Der Bohrstrang 708 kann eine Mitnehmerstange 816, Bohrstange 818 und eine Bohrlochgarnitur 820 umfassen, die sich möglicherweise an dem unteren Teil der Bohrstange 818 befindet.

Die Bohrlochgarnitur 820 kann Schwerstangen 822, ein Bohrlochwerkzeug 824 und eine Bohrkrone 826 umfassen. Die Bohrkrone 826 kann betrieben werden, um das Bohrloch 712 zu erzeugen, indem sie die Oberfläche 804 und die unterirdischen Formationen 814 durchdringt. Das Bohrlochwerkzeug 824 kann irgendeine einer Anzahl unterschiedlicher Arten von Werkzeugen einschließlich MWD-Werkzeugen, LWD-Werkzeugen und anderen umfassen.

Während Bohrvorgängen kann der Bohrstrang 708 (möglicherweise einschließlich der Mitnehmerstange 816, der Bohrstange 818 und der Bohrlochgarnitur 820) durch den Drehtisch 710 gedreht werden. Obwohl nicht gezeigt, kann zusätzlich oder alternativ die Bohrlochgarnitur 820 außerdem durch einen Motor (z. B. einen Vorortantrieb) gedreht werden, der sich im Bohrloch befindet. Die Schwerstangen 822 können verwendet werden, um die Bohrkrone 826 zu beschweren. Die Schwerstangen 822 können außerdem dazu betrieben werden, die Bohrlochgarnitur 820 zu versteifen, damit die Bohrlochgarnitur 820 das zusätzliche Gewicht auf die Bohrkrone 826 übertragen kann und wiederum dazu beiträgt, dass die Bohrkrone 826 die Oberfläche 804 und unterirdischen Formationen 814 durchdringt.

Während Bohrvorgängen kann eine Schlammpumpe 832 Bohrfluid (einschlägigen Durchschnittsfachleuten gelegentlich auch als „Bohrschlamm“ bekannt) aus einer Schlammgrube 834 durch einen Schlauch 836 in die Bohrstange 818 und nach unten zu der Bohrkrone 826 pumpen. Das Bohrfluid kann aus der Bohrkrone 826 herausströmen und durch einen ringförmigen Bereich 840 zwischen der Bohrstange 818 und den Seiten des Bohrlochs 712 zu der Oberfläche 804 zurückgeleitet werden. Das Bohrfluid kann dann zu der Schlammgrube 834 zurückgeleitet werden, wo solches Fluid gefiltert wird. In einigen Ausführungsformen kann das Bohrfluid verwendet werden, um die Bohrkrone 826 zu kühlen sowie um während Bohrvorgängen eine Schmierung für die Bohrkrone 826 bereitzustellen. Zusätzlich kann das Bohrfluid verwendet werden, um Bohrklein aus der unterirdischen Formationen zu entfernen, das durch den Betrieb der Bohrkrone 826 erzeugt wird.

Demnach ist ersichtlich, dass die Systeme 764, 864 in einigen Ausführungsformen eine Schwerstange 822, ein Bohrlochwerkzeug 824 und/oder einen Wireline-Vermessungswerkzeugkörper 770 zum Aufnehmen von einem oder mehreren Gammastrahlenmesswerkzeug(en) 100 vergleichbar oder identisch dem vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten Gammastrahlenmesswerkzeug 100 einschließen können. Komponenten des Systems 500 in 5 können außerdem durch das Werkzeug 824 oder den Werkzeugkörper 770 aufgenommen werden.

Demnach kann der Begriff „Gehäuse“ für die Zwecke dieses Dokuments irgendeines oder mehrere von einer Schwerstange 822, einem Bohrlochwerkzeug 824 oder einem Wireline-Vermessungswerkzeugkörper 770 einschließen (wobei alle eine Außenwand zum Umschließen von oder Anbringen an Magnetometern, Sensoren, Vorrichtungen zur Entnahme von Fluidproben, Vorrichtungen zur Druckmessung, Sendern, Empfängern, Erfassungs- und Verarbeitungslogik und Datenerfassungssystemen aufweisen). Das Werkzeug 824 kann ein Bohrlochwerkzeug umfassen, wie etwa ein LWD-Werkzeug oder eine MWD-Werkzeug. Der Wireline-Werkzeugkörper 770 kann ein Wireline-Vermessungswerkzeug einschließlich eines Fühlers oder einer Sonde umfassen, zum Beispiel mit einem Vermessungskabel 774 gekoppelt. Viele Ausführungsformen können dadurch umgesetzt werden.

Demnach kann ein System 764, 864 einen Bohrloch-Werkzeugkörper, wie etwa einen Wireline-Vermessungswerkzeugkörper 770 oder ein Bohrlochwerkzeug 824 (z. B. einen LWD- oder MWD-Werkzeugkörper), und ein oder mehrere an dem Werkzeugkörper angebrachte(s) Gammastrahlenmesswerkzeug(e) 100 umfassen, wobei das Gammastrahlenmesswerkzeug 100 wie zuvor beschrieben zu fertigen und betreiben ist.

Jede der vorstehenden Komponenten, zum Beispiel die Gammastrahlenmesswerkzeuge 100, Verarbeitungseinheiten 106 usw., können hierin alle als „Module“ charakterisiert werden. Solche Module können Hardwareschaltung und/oder einen Prozessor und/oder Speicherschaltungen, Software-Programmmodule und -objekte und/oder Firmware und Kombinationen davon einschließen, wie von dem Architekten des Gammastrahlenmesswerkzeugs 100 und der Systeme 500, 764, 864 gewünscht und wie für bestimmte Implementierungen von verschiedenen Ausführungsformen angemessen. Zum Beispiel können solche Module in einigen Ausführungsformen in einem Simulationspaket für den Betrieb eines Geräts und/oder Systems eingeschlossen sein, wie etwa einem Software-Simulationspaket für elektrische Signale, einem Simulationspaket für Energieverbrauch und -verteilung, einem Simulationspaket für Verlustleistung/Wärmeabstrahlung und/oder einer Kombination aus Software und Hardware, die zur Simulation des Betriebs von verschiedenen potentiellen Ausführungsformen verwendet wird.

Es versteht sich außerdem, dass die Geräte und Systeme nach verschiedenen Ausführungsformen in anderen Anwendungen als für Vermessungsvorgänge verwendet werden können und demnach verschiedene Ausführungsformen nicht dahingehend beschränkt sein sollen. Die Veranschaulichungen des Gammastrahlenmesswerkzeugs 100 und der Systeme 500, 764, 864 sind dazu bestimmt, ein allgemeines Verständnis der Struktur verschiedener Ausführungsformen bereitzustellen, und sie sind nicht dazu bestimmt, als eine vollständige Beschreibung all der Elemente und Merkmale von Geräten und Systemen zu dienen, welche die hier beschriebenen Strukturen verwenden könnten.

Anwendungen, welche die neuartigen Geräte und Systeme nach verschiedenen Ausführungsformen einschließen können, umfassen in Hochgeschwindigkeits-Computern verwendete elektronische Schaltungen, Schaltungen zur Kommunikations- und Signalverarbeitung, Modems, Prozessormodule, eingebettete Prozessoren, Datenschalter und anwendungsspezifische Module. Einige Ausführungsformen schließen mehrere Verfahren ein.

Es ist anzumerken, dass die hierin beschriebenen Verfahren nicht in der beschriebenen Reihenfolge oder in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt werden müssen. Zudem können verschiedene in Bezug auf die hierin festgestellten Verfahren beschriebene Tätigkeiten auf iterative, serielle oder parallele Weise ausgeführt werden. Informationen, einschließlich Parametern, Befehlen, Operanden und anderer Daten, können in Form von einer oder mehreren Trägerwelle(n) gesendet und empfangen werden.

Nach dem Lesen und Verstehen des Inhalts dieser Offenbarung versteht ein einschlägiger Durchschnittsfachmann, auf welche Weise ein Softwareprogramm von einem computerlesbaren Medium in einem computerbasierten System gestartet werden kann, um die in dem Softwareprogramm definierten Funktionen auszuführen. Ein einschlägiger Durchschnittsfachmann wird außerdem die verschiedenen Programmiersprachen verstehen, die eingesetzt werden können, um ein oder mehrere Softwareprogramm(e) zu erzeugen, das bzw. die darauf ausgelegt ist bzw. sind, die hierin offenbarten Verfahren zu implementieren und durchzuführen. Zum Beispiel können die Programme in einem objektorientierten Format unter Verwendung einer objektorientierten Sprache wie etwa Java oder C# strukturiert sein. In einem weiteren Beispiel können die Programme in einem prozedurorientierten Format unter Verwendung einer prozeduralen Sprache wie etwa Assemblersprache oder C strukturiert sein. Die Softwarekomponenten können unter Verwendung irgendeines von mehreren Mechanismen kommunizieren, die einschlägigen Fachleuten wohlbekannt sind, wie etwa Anwendungsprogrammschnittstellen oder Interprozess-Kommunikationstechniken einschließlich Remote Procedure Calls. Die Lehren verschiedener Ausführungsformen sind nicht auf eine bestimmte Programmiersprache oder -umgebung beschränkt. Demnach können weitere Ausführungsformen umgesetzt werden.

Zusammengefasst kann die Verwendung der hierin offenbarten Geräte, Systeme und Verfahren relativ zu herkömmlichen Mechanismen gesteigerte Stabilität bei der Verstärkung von Gammastrahlenmesswerkzeugen in Gegenwart von Elektronikdrift, Temperaturextremen oder anderen Umwelt- oder Gestaltungsfaktoren bereitstellen. Diese Vorteile können den Wert der durch ein Betriebs-/Explorationsunternehmen erbrachten Dienstleistungen wesentlich steigern, während gleichzeitig zeitabhängige Kosten kontrolliert werden.

Weitere Beispiele für Geräte, Verfahren, ein Mittel zum Ausführen von Tätigkeiten, Systeme oder Vorrichtungen schließen unter anderem Folgende ein:
Beispiel 1 ist ein Verfahren zum Einstellen der Verstärkung eines Gammastrahlendetektors, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen von Gammastrahlenmessungen von dem Gammastrahlendetektor; Erzeugen eines Spektrums auf Grundlage der Gammastrahlenmessungen, wobei das Spektrum eine Vielzahl von Kanälen und Zählraten für die Vielzahl von Kanälen einschließt, wobei eine Kanalanzahl eines Kanals Energiewerten der empfangenen Gammastrahlen entspricht; Anpassen einer Kurve an einen Abschnitt des Spektrums; Ermitteln einer Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve; und Einstellen einer Verstärkung des Gammastrahlendetektors auf Grundlage der Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve.

Beispiel 2 kann den Gegenstand von Beispiel 1 einschließen oder verwenden oder optional damit kombiniert werden und kann ferner einschließen, wobei die Kurve durch ein kubisches Polynom definiert ist.

In Beispiel 3 kann der Gegenstand von Beispiel 1–2 ferner das Erzeugen eines Schwerpunkts für das Spektrum einschließen; und Anpassen der Kurve an einen Teil des Spektrums, wenn der Schwerpunkt innerhalb eines Schwellenabstands eines Nennwerts liegt, und ansonsten Einstellen der Verstärkung, um einen abgeänderten Verstärkungswert für den Gammastrahlendetektor auf Grundlage des Schwerpunkts zu erzeugen.

In Beispiel 4 kann der Gegenstand von Beispiel 3 ferner einschließen, wobei der Schwerpunkt auf Grundlage einer ersten Teilmenge des Spektrums erzeugt wird.

In Beispiel 5 kann der Gegenstand von Beispiel 4 ferner einschließen, wobei die erste Teilmenge Niedrigenergie-Kanäle ausschließt, in denen ein Rauschen vorhergesagt wird.

In Beispiel 6 kann der Gegenstand von Beispiel 5 ferner einschließen, wobei, wenn eine Differenz zwischen der Verstärkung und dem abgeänderten Verstärkungswert einen Schwellenwert überschreitet, das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Abändern der Verstärkung auf Grundlage einer zweiten Teilmenge des Spektrums, die größer ist als die erste Teilmenge.

In Beispiel 7 kann der Gegenstand von Beispiel 1–6 ferner Folgendes einschließen: Überwachen der Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve auf Grundlage von Gammastrahlenmessungen, die im Anschluss an das Einstellen der Verstärkung empfangen werden; und Auslösen eines Verstärkungs-Neueinstellungsprozesses, wenn sich die Position um mehr als einen Schwellenwertbetrag verschiebt.

In Beispiel 8 kann der Gegenstand von Beispiel 7 ferner Folgendes einschließen: Durchführen eines Bohrvorgangs auf Grundlage von Gammastrahlenmessungen, die im Anschluss an das Einstellen der Verstärkung erfasst wurden.

Beispiel 9 ist ein Gerät, das Mittel zum Ausführen irgendeines aus Beispiel 1–8 einschließen kann, umfassend: einen Gammastrahlendetektor, um Gammastrahlen zu detektieren, die von Materialien in einem Bohrloch reflektiert werden; und einen Prozessor, um Gammastrahlenmessungen von dem Gammastrahlendetektor zu empfangen; Erzeugen eines Spektrums der Gammastrahlenmessungen, wobei das Spektrum eine Vielzahl von Kanälen, die Energiewerten der empfangenen Gammastrahlen entspricht, und Zählraten für die Vielzahl von Kanälen einschließt; Anpassen einer Kurve an einen Teil des Spektrums; Ermitteln einer Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve; und Einstellen einer Verstärkung des Gammastrahlendetektors auf Grundlage der Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve.

In Beispiel 10 kann der Gegenstand von Beispiel 9 ferner einschließen, wobei der Prozessor ferner konfiguriert ist, um einen Schwerpunkt auf Grundlage einer ersten Teilmenge des Spektrums zu erzeugen, die Niedrigenergie-Kanäle des Spektrums ausschließt; und Anpassen der Kurve an einen Teil des Spektrums, wenn der Schwerpunkt innerhalb eines Schwellenabstands eines Nennwerts liegt, und ansonsten Einstellen der Verstärkung des Gammastrahlendetektors auf Grundlage des Schwerpunkts.

In Beispiel 11 kann der Gegenstand von Beispiel 9–10 ferner einen Verstärker und eine Spannungsversorgungseinheit einschließen und wobei der Prozessor konfiguriert ist, um die Verstärkung durch Einstellen eines Eingangs für mindestens eins von dem Verstärker und der Spannungsversorgungseinheit einzustellen.

In Beispiel 12 kann der Gegenstand von Beispiel 9–11 ferner einschließen, wobei, wenn eine Differenz zwischen der Verstärkung und einem abgeänderten Verstärkungswert einen Schwellenwert überschreitet, der Prozessor ferner für Folgendes konfiguriert ist: Abändern der Verstärkung auf Grundlage einer zweiten Teilmenge des Spektrums, die größer ist als die erste Teilmenge.

In Beispiel 13 kann der Gegenstand von Beispiel 10–12 ferner einen Speicher zum Speichern des Spektrums und von Daten, die für die Kurve, die Verstärkung und den Schwerpunkt repräsentativ sind, einschließen.

In Beispiel 14 kann der Gegenstand von Beispiel 9–13 ferner einschließen, wobei die Kurve ein Polynom dritter Ordnung ist.

In Beispiel 15 kann der Gegenstand von Beispiel 9–14 ferner einschließen, wobei der Prozessor ferner für Folgendes konfiguriert ist: Überwachen der Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve auf Grundlage von Gammastrahlenmessungen, die im Anschluss an das Einstellen der Verstärkung empfangen werden; und Auslösen eines Verstärkungs-Neueinstellungsprozesses, wenn sich die Position um mehr als einen Schwellenwertbetrag verschiebt.

Beispiel 16 ist ein System, das Mittel zum Ausführen irgendeines der Beispiel 1–8 einschließen kann, umfassend: ein Vermessungswerkzeug, einschließlich eines Gehäuses, um ein Gammastrahlenmesswerkzeug aufzunehmen, wobei das Gammastrahlenmesswerkzeug Folgendes einschließt: einen Gammastrahlendetektor zum Detektieren von Gammastrahlung auf einer Vielzahl von Energieniveaus und zum Erzeugen von Detektorausgangssignalen, die jeweils eine detektierte Zählung von Gammastrahlung darstellen; und einen Prozessor, um Gammastrahlenmessungen von dem Gammastrahlendetektor zu empfangen; Erzeugen eines Spektrums der Gammastrahlenmessungen, wobei das Spektrum eine Vielzahl von Kanälen, die Energiewerten der empfangenen Gammastrahlen entspricht, und Zählraten für die Vielzahl von Kanälen einschließt, Anpassen einer Kurve an einen Teil des Spektrums, Ermitteln einer Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve; und Einstellen einer Verstärkung des Gammastrahlendetektors auf Grundlage der Position des Maximums der ersten Ableitung der Kurve.

In Beispiel 17 kann der Gegenstand von Beispiel 16 ferner Folgendes einschließen: eine Kommunikationsschaltung, um Signale von dem Gammastrahlenmesswerkzeug zu kommunizieren; und ein Oberflächensystem, um die Signale von dem Gammastrahlenmesswerkzeug über die Kommunikationsschaltung zu empfangen.

In Beispiel 18 kann der Gegenstand von Beispiel 16–17 ferner eine Anzeige einschließen, um Diagnoseinformationen für das Gammastrahlenmesswerkzeug auf Grundlage der Signale anzuzeigen.

In Beispiel 19 kann der Gegenstand von Beispiel 16–18 ferner einschließen, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um eine Polynomkurve dritter Ordnung an den Teil des Spektrums anzupassen.

Die beigefügten Zeichnungen, die Teil hiervon sind, zeigen zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung konkrete Ausführungsformen, in denen der Gegenstand in die Praxis umgesetzt werden kann. Die dargestellten Ausführungsformen sind in ausreichendem Detail beschrieben, um einschlägigen Fachleuten Umsetzung der hierin offenbarten Lehren in die Praxis zu ermöglichen. Weitere Ausführungsformen können derart eingesetzt und davon abgeleitet werden, dass strukturelle und logische Ersetzungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Diese detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einschränkendem Sinn zu verstehen, und der Umfang der verschiedenen Ausführungsformen ist nur durch die beigefügten Ansprüche samt der gesamten Bandbreite von Äquivalenten definiert, auf welche solche Ansprüche Anrecht haben.

Solche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands können hierin einzeln und/oder gemeinsam lediglich der Einfachheit halber und ohne Absicht der freiwilligen Beschränkung des Umfangs dieser Anmeldung auf eine einzelne Erfindung oder ein einzelnes erfindungsgemäßes Konzept, wenn tatsächlich mehr als eines offenbart wird, mit dem Begriff „Erfindung“ bezeichnet werden. Demnach ist anzumerken, dass, obwohl hierin konkrete Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, jede Anordnung, für die ins Kalkül gezogen wird, dass sie den gleichen Zweck erfüllt, die gezeigten konkreten Ausführungsformen ersetzen kann. Diese Offenbarung soll sämtliche Anpassungen oder Variationen von verschiedenen Ausführungsformen abdecken. Kombinationen der vorstehenden Ausführungsformen und weitere Ausführungsformen, die nicht konkret hierin beschrieben sind, werden den einschlägigen Fachleuten nach dem Betrachten der vorstehenden Beschreibung ersichtlich.

Obwohl hierin konkrete Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben werden, wird es einschlägigen Fachleuten ersichtlich sein, dass jede Anordnung, für die ins Kalkül gezogen wird, dass sie den gleichen Zweck erfüllt, die gezeigten konkreten Ausführungsformen ersetzen kann. Verschiedene Ausführungsformen verwenden Permutationen oder Kombinationen von hierin beschriebenen Ausführungsformen. Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung dienen soll und dass die hierin verwendete Phraseologie oder Terminologie dem Zwecke der Beschreibung dient. Kombinationen der vorstehenden Ausführungsformen und weitere Ausführungsformen werden den einschlägigen Fachleuten nach dem Durchlesen der vorstehenden Beschreibung ersichtlich.