一种利用Gd中子示踪产额成像评价近井压裂裂缝的方法

摘要

本发明公开了一种利用Gd中子示踪产额成像评价近井压裂裂缝的方法，具体涉及石油天然气勘探开发技术领域。该方法包括在支撑剂中添加高热俘获截面材料Gd2O3，利用中子与Gd作用，通过设计组合的阵列伽马成像仪器，获取不同方位的Gd产额及井眼宏观俘获截面，进行近井压裂裂缝成像。地层被压裂以后，向地层中注入配有具有高俘获截面的Gd2O3材料的支撑剂；利用方位伽马成像仪器测量得到不同方位的混合伽马能谱，处理得到井周Gd产额的裂缝成像图，进而利用其确定裂缝方位、高度、宽度及倾角。相对现有放射性及非放射性裂缝等评价技术，具有井下裂缝识别可视化、无放射性污染、裂缝方位、高度、宽度及倾角识别准确、灵敏度高等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探开发技术领域，尤其涉及一种利用Gd中子示踪产额成像评价近井压裂裂缝的方法。

背景技术

水力压裂作为一种增产技术，广泛应用于石油天然气，尤其是页岩油气等非常规油气藏的开发。其主要是利用水压将岩石层压裂，注入支撑剂形成人工裂缝，同时改变储层渗流能力，从而使其中石油或天然气能够形成工业性油气流进行产出。准确地评价支撑剂位置及近井眼压裂裂缝的高度、宽度方位及倾角对于压裂模型的设计、非常规油气的评估与优化增产具有重要价值。

目前，近井眼压裂裂缝的核测井评价方法主要有放射性示踪测量及非放射性示踪测量两种技术。放射性测量技术主要是通过在支撑剂或是压裂流体中添加放射性示踪同位素如钪、铱等，然后利用自然伽马或自然伽马能谱测井进行压裂前及压裂后测井，对比压裂前后伽马计数的差异，评价产生的压裂裂缝位置。由于受安全、环境保护及运输限制、储存及使用要求的限制，放射性示踪支撑剂推广受到限制。

现有非放射性示踪测量技术通过在支撑剂中增加高俘获截面材料，利用中子与支撑剂作用，在压裂前及压裂后，分别利用补偿中子仪器(CNL)或者脉冲中子俘获仪器(PNC)进行测井，通过对比前后近、远探测器热中子计数率或者俘获截面的变化或者计算高热俘获截面元素产生的俘获伽马计数，确定压裂裂缝位置及高度；但存在井下裂缝不能直观显示，且裂缝宽度、方位及倾角不能准确确定同时受井眼残留影响较大等不足。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种可以准确的进行裂缝高度、宽度、方位及倾角的确定利用Gd中子示踪产额成像评价近井压裂裂缝的方法。

本发明具体采用如下技术方案：

一种利用Gd中子示踪产额成像评价近井压裂裂缝的方法，通过在支撑剂中添加高俘获截面材料，利用中子与支撑剂中Gd作用，通过阵列方位伽马仪器及中子仪器，获取不同方位的Gd产额及井眼俘获伽马，进行裂缝成像，具体包括以下步骤：

步骤一：地层在水力压裂后，向裂缝地层中注入含有Gd2O3的标记支撑剂；

步骤二：利用阵列方位伽马仪器及中子测量仪器测量俘获伽马能谱及热中子时间谱；

步骤三：处理混合俘获伽马能谱得到不同方位的Gd产额及井眼宏观俘获截面，利用Gd产额进行井周裂缝成像，进而确定裂缝相关参数；

步骤四：利用井眼宏观俘获截面进行井眼支撑剂残留的校正，消除井眼残留影响。

优选地，所述步骤一中的标记支撑剂以石英砂为主原料，混合Gd2O3粉末烧制而成，Gd2O3占标记支撑剂总量的百分比为0.15％-1.0％。

优选地，所述步骤二中的阵列方位伽马仪器包括一个D-T中子源、3个以上的伽马探测器及至少一个热中子探测器。

优选地，所述步骤三中成像利用的是不同方位Gd产额。

优选地，所述步骤三中处理俘获伽马能谱采用最大似然方法。

优选地，所述步骤四中，利用热中子探测器记录热中子时间谱来确定井眼宏观俘获截面，进而进行井眼支撑剂残留的校正。

本发明具有如下有益效果：本发明首先在压裂井中注入配有具有高俘获截面的Gd₂O₃材料的支撑剂，利用方位伽马成像仪器进行测量，然后利用最大似然解谱方法，处理得到井周Gd产额的裂缝成像图，进而利用其进行裂缝宽度、倾角等几何参数的计算确定，相对现有裂缝评价技术，具有井下裂缝识别可视化、裂缝宽度、倾角和方位识别准确、灵敏度高等特点。

附图说明

图1为阵列方位伽马仪器正视图；

图2为阵列方位伽马仪器在伽马探测器处的截面示意图；

图3为支撑剂探测确定垂向裂缝的测量正视图；

图4为支撑剂探测确定垂向裂缝的测量位于伽马探测器处的剖面示意图；

图5为支撑剂探测确定垂向裂缝的测量的裂缝成像结果；

图6为支撑剂探测确定倾斜裂缝的测量正视图；

图7为撑剂探测确定倾斜裂缝的测量位于伽马探测器处的剖面示意图；

图8为撑剂探测确定倾斜裂缝的裂缝成像结果；

图9为支撑剂井眼残留的影响结果图；

图10为支撑剂井眼残留的影响校正图。

其中，1为D-T中子源，2为屏蔽体，3为热中子探测器，4为伽马探测器，5为探测器开口槽，6为水泥环，7为井眼流体，8为套管，9为致密砂岩地层，10为裂缝区域，11为测量仪器，12为裂缝在井周上的分布范围，13为倾斜裂缝，14为井眼，15为倾斜裂缝在伽马探测器处的切面示意图，16为地层成像区域，17为倾斜裂缝成像区域图，18为外壳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

如图1-图2所示，一种利用Gd中子示踪产额成像评价近井压裂裂缝的方法，通过在支撑剂中添加高俘获截面材料，利用中子与支撑剂中Gd作用，通过阵列方位伽马仪器及中子仪器，获取不同方位的Gd产额及井眼俘获伽马，进行裂缝成像，具体包括以下步骤：

步骤一：地层在水力压裂后，向裂缝地层中注入含有Gd2O3的标记支撑剂；

步骤二：利用阵列方位伽马仪器及中子测量仪器测量俘获伽马能谱及热中子时间谱；

步骤三：处理混合俘获伽马能谱得到不同方位的Gd产额及井眼宏观俘获截面，利用Gd产额进行井周裂缝成像，进而确定裂缝相关参数；确定裂缝的参数时，没有裂缝的位置求解的Gd的产额为0，有裂缝的位置，Gd的产额不为0，根据处理后Gd产额裂缝成像图，可以从中计算得到裂缝的宽度、倾角、方位等参数。

步骤四：利用井眼宏观俘获截面进行井眼支撑剂残留的校正，消除井眼残留影响。

步骤一中的标记支撑剂以石英砂为主原料，混合Gd2O3粉末烧制而成，Gd2O3占标记支撑剂总量的百分比为0.15％-1.0％。

步骤二中的阵列方位伽马仪器包括外壳18，外壳18内设有一个D-T中子源1、3个以上的伽马探测器4及至少一个热中子探测器3,各伽马探测器周向设置，各伽马探测器4之间互呈一定的角度并通过屏蔽体2互相屏蔽，且各个伽马探测器均进行开槽形成探测器开口槽5。

步骤三中成像利用的是不同方位Gd产额。

步骤三中处理俘获伽马能谱采用最大似然方法。

步骤四中，利用热中子探测器记录热中子时间谱来确定井眼宏观俘获截面，进而进行井眼支撑剂残留的校正。

如图3-图5所示，为上述仪器在井下进行垂直裂缝测量的正视图、伽马探测器处的剖面示意图及裂缝成像结果。在继续井下测量时，配合水泥环6，井眼流体7，套管8，致密砂岩地层9，裂缝区域10(其中充填含Gd₂O₃的标记支撑剂)，测量仪器11，裂缝在井周上的分布范围12，套管8、水泥环6，井眼流体7(一般为淡水)，裂缝成像图中亮色区域为裂缝，暗色区域为地层,裂缝成像图中横坐标为方位，纵坐标为深度，该实例的地层条件为：5％孔隙度的致密砂岩，孔隙中填充淡水。

如图6-图8所示，为上述仪器在井下进行倾斜裂缝测量的正视图、伽马探测器处的剖面示意图及裂缝成像结果。在继续井下测量时，配合倾斜裂缝13(其中充填标记支撑剂)，致密砂岩地层9，方位伽马测井仪器，井眼14，倾斜裂缝13在伽马探测器处的切面示意图15，地层成像区域16，倾斜裂缝成像区域图17，裂缝成像图中横坐标为方位，纵坐标为深度，该实例的地层条件为：5％孔隙度的致密砂岩，孔隙中填充淡水。

如图9所示，横坐标为井眼中残留的标记支撑剂含量，纵坐标为求解得Gd产额；由于井眼中支撑剂的残留导致求解得到的Gd产额急剧增大，会对Gd产额裂缝成像造成很大的干扰。此外，该实例的地层条件：5％孔隙度的致密砂岩地层，存在一条0.3cm的垂向裂缝，裂缝中充填含Gd支撑剂，井眼中标记支撑剂含量从0％变化到0.08％，变化间隔为0.01％。

如图10所示，为井眼支撑剂残留校正图版，横坐标为井眼宏观俘获截面，纵坐标为由于井眼支撑剂残留引起的Gd产额变化，在进行支撑剂残留校正时，先利用热中子时间谱计算井眼宏观俘获截面值，然后利用图6对各个方位的Gd产额进行校正。

裂缝宽度及方位的确定：以垂直裂缝为例，图3中10为裂缝区域，在井周上裂缝区域的边界距离即为裂缝的宽度d，图像中裂缝的方位可以由裂缝区域在井周上的位置结合实际测井过程中的测斜仪进行确定。

裂缝倾角的确定：以倾斜裂缝为例，64中的13为裂缝区域。假设井眼直径为D，成像图中裂缝边界的最高点和最低点之间的距离为H，则裂缝面的倾角θ可以表示为：

θ＝arctan(H/D)

综上，本发明利用标记支撑剂和阵列方位伽马仪器联合的方式进行非放射性Gd示踪产额成像的方法来评价水力压裂裂缝，相对于目前的水力压裂评价方法，它将井下裂缝直观的呈现，裂缝的宽度、方位及倾角等相关参数可以准确计算，能够对水力压裂裂缝进行精确评价，为裂缝模型的优化及储层的增产提供支持，具有精度高，适用广，单次测量，井下裂缝可视化等特点。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。