專利名稱：基于現(xiàn)場中子活化分析確定地下地層中的裂縫幾何形態(tài)的方法和工具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于確定諸如在用于由和天然氣生產(chǎn)的鉆井中找到的地下地層中的裂縫幾何形態(tài)的方法。
背景技術：
可以通過使地層(formation)致裂以便刺激地層中的碳氫化合物的流動來增加來自地下地層的諸如氣和石油的碳氫化合物的產(chǎn)出。現(xiàn)在使用各種地層致裂程序，諸如其中將液體、氣體和/或兩者的組合在高壓下注入到地層中的水力致裂(通常用壓力支撐劑)。水力致裂常常在工業(yè)中被用于改善來自地下地層的油和天然氣生產(chǎn)。在水力致裂操作期間，通常稱為“前置液(pad)，，的流體被以足夠的壓力沿著井泵送以使井周圍的地層開裂或致裂打開。一旦已經(jīng)建立裂縫，則開始前置液連通包括液體和支撐劑兩者的泥漿相的泵送，直至足夠體積的支撐劑已被泥漿載送到裂縫中。在適當?shù)臅r間之后，停止泵送操作，這時，支撐劑將支撐打開地層中的裂縫，從而防止其關閉。作為裂縫的結果，被捕集的碳氫化合物通過更具有傳導性的通道被提供給先前獲得的井筒，從而增加井的產(chǎn)量。除建立深穿透的裂縫之外，致裂過程在克服井筒損壞方面是有用的，以幫助二次操作并輔助生產(chǎn)的地層鹽水或工業(yè)廢料的注入或處理。在致裂過程期間，裂縫通過地層傳播。這些裂縫的垂直傳播在確定裂縫覆蓋的程度時是有用的，因為其涉及生產(chǎn)區(qū)間。裂縫高度測量幫助井操作者確定致裂操作的成功，并且在必要時針對現(xiàn)場中的其它井使未來的處理最優(yōu)化。另外，裂縫高度信息能夠幫助診斷刺激問題，諸如較低生產(chǎn)速率或不適宜的控水量(water cut)。裂縫高度數(shù)據(jù)能夠指示在生產(chǎn)地層與相鄰的水或非碳氫化合物生產(chǎn)地層區(qū)之間是否已經(jīng)建立連通。高度測量還提供對在作業(yè)之前使用的裂縫設計模擬器的準確度的檢查以預測裂縫幾何形態(tài)。如果確定了過度的裂縫高度生長，則這將意味著裂縫長度比設計的值短。如上所述，用于監(jiān)視裂縫的垂直傳播的一個原因是用于使限定的碳氫化合物生產(chǎn)區(qū)的外部致裂成相鄰的產(chǎn)水區(qū)。當這發(fā)生時，水將流入碳氫化合物生產(chǎn)區(qū)和井筒中，導致主要生產(chǎn)水而不是碳氫化合物的井。此外，如果仍期望繼續(xù)從該井生產(chǎn)碳氫化合物，操作者必須解決安全地處理掉不期望的水的嚴重問題。解決來源于區(qū)外裂縫的問題還將增加操作的費用。另外如果裂縫傳播到相鄰的非碳氫化合物生產(chǎn)地層，則在生產(chǎn)地層區(qū)域外面的區(qū)域中可能浪費用來在流體壓力已經(jīng)降低之后保持裂縫的材料。簡而言之，高效地操作碳氫化合物生產(chǎn)區(qū)之外的已被致裂的井是昂貴的。由于可能由于作為區(qū)外裂縫后果而發(fā)生的嚴重問題，期望的是確定地層裂縫發(fā)展。已知用于監(jiān)視和評估地層裂縫發(fā)展的多種技術和設備，諸如致裂流體中的放射性示蹤劑、溫度測井記錄(log)、鉆孔電視、無源聲學裝置和伽馬射線測井。大多數(shù)技術在井筒處提供致裂區(qū)高度的某些直接估計。用來確定地層裂縫高度發(fā)展的一個已知處理采用放射性示蹤劑。在此處理中，包含放射性示蹤劑的致裂流體被注入到地層中以建立并擴展裂縫。當使用這些放射性流體和支撐劑示蹤劑時，裂縫后伽馬射線測井記錄已經(jīng)顯示出與示蹤劑被沉積之處相反的較高的活動水平，從而使得操作者能夠估計被支撐裂縫的垂直發(fā)展。用于確定裂縫高度的另一方法使用溫度和伽馬射線測井記錄。比較在刺激之前和之后完成的溫度測井記錄以限定通過致裂流體的注入被冷卻的區(qū)間并因此提供致裂區(qū)的估計。然而，這種技術受到限制和不確定。例如，溫度測井可能由于低溫度對比度、處理之前和之后的來自地層的回流或鉆孔套管后面的流體移動而難以解釋。另外，放射性示蹤劑的使用可能引起諸如地下水流的污染等環(huán)境問題，并因此是不期望的。用于評估裂縫幾何形態(tài)的其它已知方法包括使用鉆孔電視或使用聲學方法。利用鉆孔電視受到限制，因為其只能被用于開放孔中的裂縫高度評估。另外，利用鉆孔電視由于存在于較深完井中的極端溫度和壓力條件而受到限制。聲學方法受到非均值地層阻抗和/ 或對在工具處于井筒中的同時對泵送的需要的牽制。除與每種已知監(jiān)視方法相關聯(lián)的問題之外，在地層致裂技術中存在固有問題。在致裂過程期間，裂縫流體通常在高壓下被泵送到地層中，以強制打開裂縫，并增加被添加到流體的砂的比例以支撐打開得到的裂縫?，F(xiàn)有技術存在的一個問題是用于確定在生產(chǎn)區(qū)之外地層是否已經(jīng)致裂的方法依賴于處理后(即，在已經(jīng)發(fā)生裂縫之后)測量。在此類系統(tǒng)中，執(zhí)行致裂處理，停止處理，對井進行測試并分析數(shù)據(jù)。此外，用現(xiàn)有檢測系統(tǒng)，對致裂后數(shù)據(jù)的等待可能花費大量的時間，甚至達到幾天，這可能延遲完井操作，導致較高的完井和操作成本。與現(xiàn)有后處理“測井”或測量設備相關聯(lián)的另一問題是與中斷致裂作業(yè)以便進行裂縫的測量相關聯(lián)的成本既不實際也不可行。由于致裂流體在致裂過程期間在高壓下被泵送到地層中，所以在致裂操作期間臨時停止泵送將導致由地層裂縫的壁向致裂流體施加壓力。這可以導致諸如裂縫閉合的不期望結果，從而導致流體流返回到鉆孔中，或孔中的砂的堆積。另外，在進行測量并完成測井處理之后，操作者不能在剛好中斷之前的致裂過程的點處重新開啟泵送設備。而是，操作者將不得不以附加的成本和不可預測的結果重復完整的致裂作業(yè)。不要求中斷致裂作業(yè)的裂縫監(jiān)視系統(tǒng)可以解決上述問題，并將允許井操作者監(jiān)視致裂過程，以控制裂縫尺寸并高效地將較高濃度的支撐劑放在期望的地層位置上。另外，如果存在裂縫接近于在期望區(qū)域外面延伸的信息，則操作者可以立即終止致裂作業(yè)。此外，正在進行的處理程序的分析將使得操作者能夠根據(jù)諸如油/水接點相對于井筒的垂直和橫向接近、產(chǎn)水地層的存在或不存在以及儲層巖石的物理性質的水平變化的因素來確定何時必須泵送更大濃度的支撐劑。

發(fā)明內容
本發(fā)明通過提供一種方法來解決本領域中的現(xiàn)有問題，所述方法用于通過收集并分析測井數(shù)據(jù)來分析致裂過程的結果，包括在地層裂縫中設置支撐劑和/或包括輻射易感材料的致裂流體；在一遍測井期間用中子來照射輻射易感材料；測量從輻射易感材料發(fā)射的伽馬輻射；以及依照基于蒙特卡羅的模擬模型來處理所測量的伽馬輻射數(shù)據(jù)以獲得估計的裂縫幾何形態(tài)(例如，井筒附近的被支撐高度和/或被支撐裂縫寬度)。依照實施例，提供了一種用于對通過檢測被中子源刺激的伽馬輻射數(shù)據(jù)所檢測的地下地層中的支撐劑填充裂縫的幾何參數(shù)進行建模的方法，包括通過將中子源參數(shù)和地下地層參數(shù)應用于蒙特卡羅模擬來獲得中子輸運數(shù)據(jù)；通過對所述中子輸運數(shù)據(jù)求積分來獲得伽馬射線積累/衰變分布數(shù)據(jù)；通過對所述伽馬射線積累/衰變分布數(shù)據(jù)應用蒙特卡羅模擬來生成伽馬射線輸運/能譜儀響應模型；以及創(chuàng)建將地下地層支撐劑填充裂縫幾何形態(tài)參數(shù)與伽馬輻射能譜相關聯(lián)的伽馬射線輸運/能譜儀響應數(shù)據(jù)庫。我們還依賴于通過來自在照射中被活化的其它核素的MC模擬來生成能譜儀響應數(shù)據(jù)的能力。需要該數(shù)據(jù)來確定來自在實驗上觀察到的能譜的什么貢獻不是來自標記，并因此將來自標記活化的那部分從復雜能譜隔離。依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于根據(jù)從所述地層中的裂縫發(fā)射的輻射來確定地下地層的裂縫幾何形態(tài)的方法，包括測量從裂縫發(fā)射的伽馬輻射；用所述測量的伽馬輻射減去本底輻射以獲得峰值能量測量；將所述峰值能量測量與伽馬射線輸運/能譜儀響應模型相比較；以及依照與所述響應模型相關聯(lián)的值來確定所述裂縫的地層裂縫幾何形態(tài)。首先，測量所有輻射。減去來自上檢測器的本底，然后計及來自其它活化產(chǎn)物的干擾標志以確定標記的貢獻。當知道了標記的貢獻時，可以使其與存在的支撐劑的量相關并因此與裂縫寬度相關。觀察到的能譜被視為標志能譜的組合，其中，每個活化產(chǎn)物(包括但不限于標記)具有其自己的標志。這種‘標志(signature)’方法是所謂的庫最小二乘法，并且我們稱為‘標志’庫能譜。已經(jīng)通過應用整個NT/RBD/GRT-DR模擬來定量地將用于標記的庫能譜編入索引，使得庫最小二乘法的結果提供將具有產(chǎn)生該觀察到的能譜的最可能標記濃度的定量估計。


圖1描繪了按照本發(fā)明的支撐劑的示例性實施例，該支撐劑包括在其上面設置了包含輻射易感材料的有機涂層的實芯；圖2描繪了供本發(fā)明的方法和支撐劑使用的示例性測井工具；圖3描繪了依照本發(fā)明的實施例的用于分析來自井裂縫的所測量中子活化數(shù)據(jù)的方法的流程圖；以及圖4描繪了依照本發(fā)明的方法的到中子輸運計算模型的三維輸入的橫截面圖。
具體實施例方式依照本發(fā)明，用于確定裂縫幾何形態(tài)的方法使用環(huán)境友好材料。這些環(huán)境友好材料在被中子轟擊之前是非放射性的，并將稱為輻射易感材料。在一個實施例中，所述方法涉及使用包括輻射易感材料的靶元素來確定在地層中產(chǎn)生的裂縫的幾何形態(tài)(即，支撐劑充填高度和寬度的方面)。輻射易感材料具有短的半衰期，這有利地允許在使任何不利環(huán)境影響(例如來自處理或在凈化期間或在井恢復生產(chǎn)時使支撐劑回流出井)最小化的同時將其在地層中使用。如本文所限定的輻射易感材料是在受到中子轟擊時變成放射性的那些材料?？梢杂欣貙⑤椛湟赘胁牧显O置在致裂流體中或設置在支撐劑上的涂層中(所述支撐劑被設置在致裂流體中)或作為支撐劑本身的芯的一部分?？梢栽谒χ铝烟幚砥陂g使用包括輻射易感材料的致裂流體或支撐劑。包括輻射易感材料的致裂流體和/或支撐劑在裂縫產(chǎn)生期間被注入到地層中。在被注入到裂縫中之后，用來自包含在測井工具中的中子源的中子來照射輻射易感材料。由包含在測井工具中的檢測器來對從輻射易感材料發(fā)射的伽馬輻射進行計數(shù)。由于輻射易感材料具有短的半衰期，所以這些材料僅在短暫的時間段內變成放射性的。使用伽馬輻射的定位來確定輻射易感材料在裂縫中的放置，并且還用來確定支撐體填充的裂縫幾何形態(tài)的各方面，諸如被支撐裂縫高度和被支撐裂縫寬度。通常，輻射檢測器在存在不同能量(即峰值、散射和本底)的輻射以及不同同位素的輻射的情況下生成“能譜”。隨著光子撞擊檢測器，其能量被轉換成經(jīng)處理的電信號。不同能量的光子將產(chǎn)生不同值的電信號。這些項的加和將得到能譜。通常，檢測器中的至少兩個具有不僅對撞擊檢測器的射線的數(shù)目計數(shù)而且確定與該特定發(fā)射相關聯(lián)的能級的能力。通常，采用已知且一致的濃度的輻射易感材料(也稱為“標記”)來幫助計算被支撐的裂縫寬度。優(yōu)選地，標記或者在涂層中或者在支撐劑的主體中。本方法的有利之處在于可以在一遍中收集在輻射易感材料的活化期間獲取的本底輻射并從峰值能量輻射減去該本底輻射。所有其它商業(yè)可購買處理通常使用兩個或更多遍測井來確定致裂地層的裂縫幾何形態(tài)，其中，通常在已開始裂縫處理之前執(zhí)行測量本底的第一遍測井，因為現(xiàn)有技術使用在正在執(zhí)行致裂處理時被添加到支撐劑和致裂流體的放射性示蹤劑，因此，一旦存在支撐劑，則不能再測量本底。所獲取的本底輻射通常包括來自許多源的多個貢獻。通?？梢詮闹T如鈾、鉀和/或釷的自然地發(fā)生的放射性元素獲取第一貢獻。隨著時間的推移，細粒地層能夠俘獲包括這些自然放射性元素的礦物和流體。當?shù)貙又械妮椛湟赘胁牧媳恢凶踊罨瘯r，這些自然地發(fā)生的放射性材料也發(fā)射被作為本底輻射獲取的輻射。對本底的第二貢獻是由目前用來活化輻射易感材料的中子輻射引發(fā)的貢獻。此輻射主要源自存在于地層和/或支撐劑中的鋁和硅。來自在井筒套管中使用的鐵/錳的本底輻射還可以是此第三貢獻的一部分。依照本發(fā)明的一個方面，以非典型的慢速率(諸如約 2英尺每分鐘)對包含已被暴露于中子源的輻射易感材料的井進行測井。此較慢速率下的測井允許來自自然發(fā)生元素的任何中子刺激發(fā)射的時間相對于來自輻射易感標記的發(fā)射而言減少。這幫助將與自然發(fā)生的元素相關聯(lián)的能量峰值與來自輻射易感示蹤劑的那些能量峰值分離。這使得對測井數(shù)據(jù)的分析更容易且結果更準確。期望的是在計算裂縫幾何形態(tài)之前從峰值能量輻射去除本底輻射的所有痕跡。在一個實施例中，在一遍中進行峰值能量輻射測量以及本底輻射測量，并且在一遍中從峰值能量輻射測量減去本底輻射測量。這優(yōu)選地通過在測井工具中具有兩個能譜檢測器來完成。如下文所解釋的，使用上檢測器來測量自然本底輻射，但是，同時應盡快地降低工具以防止在向下的途中發(fā)生大量活化。對于具有長半衰期的放射性同位素而言特別如此。
可以在被引入裂縫中以支撐打開裂縫的支撐劑中設置輻射易感材料。在一個實施例中，支撐劑可以包括上面設置有包含輻射易感材料的涂層的襯底。在另一實施例中，襯底可以包括輻射易感材料。當支撐劑和/或致裂流體包括輻射易感材料時，將其說成是用輻射易感材料加標記。本文所使用的術語“加標記”意指支撐劑和/或致裂流體包括輻射易感材料。因此，當設置在襯底上的涂層包括輻射易感材料時，將支撐劑說成是用輻射易感材料加標記。圖1示出支撐劑10的示例性實施例。支撐劑包括具有設置在上面的包括輻射易感材料6的涂層4的襯底2。涂層4可以包括有機或無機材料。襯底2可以包括有機材料和/或無機材料和/或金屬。涂層4可以是未固化的，在地下裂縫中的使用之前部分地固化或完全固化。此固化可以在地下裂縫的內部和/或外部發(fā)生?？商鎿Q地，可以在沒有涂層的情況下將輻射易感材料6設置在支撐劑的主體中。如果期望，涂層4可選地可以包括粒子填料或纖維填料8。支撐劑10包括通常含有單個粒子或者是含有多個粒子的團塊的金屬和/或無機襯底2?？梢栽谝r底中使用的金屬的示例是記形合金。記形合金表現(xiàn)出“記形效應”。記形效應允許兩個結晶狀態(tài)之間的可逆變換，即馬氏體狀態(tài)至奧氏體狀態(tài)，反之亦然。通常，在低溫或馬氏體狀態(tài)下，記形合金可以允許塑性地變形，并在暴露于某些較高溫度時將變換到奧氏體狀態(tài)，從而返回到其變形之前的形狀。記形合金的適當示例是諸如NITINOL 的鎳鈦合金。期望的是允許對記形合金進行起泡。在一個實施例中，由記形合金制造的襯底在被引入到裂縫中之前可以是固體，但是在被引入到通常處于比在地面之上的溫度高的溫度的裂縫中之后可以膨脹成泡沫。此膨脹將允許來自裂縫的油和氣的更好的傳導。還可以使用隨后被改性的自然地發(fā)生的有機和無機材料作為襯底。在襯底中使用的被改性的有機和無機材料的適當示例是剝落粘土(例如，膨脹蛭石)剝落石墨、吹制玻璃或硅石、空心玻璃珠、泡沫玻璃珠、煤胞、泡沫熔渣、燒結礬土、燒結氧化鋁等，或者包括前述有機和無機材料中的一個的組合。示例性無機襯底可以來源于砂、研磨玻璃珠、燒結礬土陶粒、燒結氧化鋁、自然地發(fā)生的礦物纖維，諸如鋯石和多鋁紅柱石等，或者包括自然地發(fā)生的無機襯底中的一個的組合?？招牟Ａе榭梢詮腄iversified hdustries有限公司購買到。包括在襯底上的涂層中或支撐劑的襯底中的輻射易感材料是可進行中子響應的， 使得其容易諸如通過吸收熱中子而表現(xiàn)出相對大的原子橫截面來對中子作出反應。通過對中子的此類可響應性，輻射易感材料產(chǎn)生特性伽馬輻射或中子吸收，這可與周圍地層中的材料的特性區(qū)別開。這些輻射易感材料最初也是非放射性的，使得其能夠在沒有輻射暴露或井的表面處的污染的擔心或風險的情況下被安全地搬運，直至其被引入將用來將其移動到井中的系統(tǒng)中。此類材料還將在短時間段內(諸如活化之后的約幾分鐘)恢復到其自然 (非放射性狀態(tài))。雖然輻射易感材料最初是非放射性的，但輻射易感材料的同位素或者是變成放射性的同位素(由此，所產(chǎn)生的放射性同位素衰變并發(fā)射可由適當?shù)臋z測器檢測的伽馬輻射)或者經(jīng)歷核子或原子反應(諸如通過簡單地吸收一個或多個中子達到大于周圍地層的材料的程度)。此類反應可以響應于從加速劑發(fā)射的外部中子而發(fā)生。如果原始物質將通
8過形成放射性同位素進行反應，則放射性同位素優(yōu)選地具有在約幾秒至高達約30分鐘之間的已知半衰期，使得對于要發(fā)生的反應而言不需要由加速劑實現(xiàn)延長的照射，并且使得一旦已發(fā)生轉換，則存在足夠的檢測時間。有利的是易感材料在執(zhí)行測井處理之后不久衰變至非放射性狀態(tài)，從而允許在沒有產(chǎn)生放射性材料的擔心的情況下將井帶回到生產(chǎn)上。在一個實施例中，輻射易感材料具有約5秒至約20 30分鐘的半衰期。在另一實施例中，輻射易感材料具有約10秒至小于或等于約50分鐘的半衰期。在另一實施例中， 輻射易感材料具有約12秒至小于或等于約7分鐘的半衰期。用于輻射易感材料的示例性半衰期是小于或等于約5分鐘。釩具有3. 8分鐘的半衰期，而銦具有14. 1秒的半衰期。通常期望的是可測量輻射的周期具有使得材料在井開始產(chǎn)生碳氫化合物時不再發(fā)射輻射的長度。通常，期望的是輻射易感材料在其被放回生產(chǎn)之前停止發(fā)射可測量輻射。還有利的是在輻射易感材料的半衰期已經(jīng)到期之后，能夠通過重新照射輻射易感材料來對井進行重測井達到期望的次數(shù)?？梢岳眠m當?shù)哪茏V伽馬射線測井工具來測量在輻射易感材料被中子轟擊之后從其獲得的伽馬輻射。工具的至少一部分(例如，至少伽馬射線檢測器)被放置在井內以提供期望的測井記錄。工具可以諸如產(chǎn)生比率下向井眼(ratios downhole)，或者可以將伽馬射線能譜傳送到地表并根據(jù)能譜數(shù)據(jù)來確定該比率?？梢允褂玫头直媛?例如，NaI (Tl) 或等價物)檢測器(諸如BGO晶體)或高分辨率(例如本征鍺、Ge (Li)或等價物)檢測器。 NaI在實際應用中具有BGO沒有的某些優(yōu)點。這包括其對增益穩(wěn)定性的溫度依賴性和每當需要進行定量分析時的其略為更好的分辨率。通過使用庫最小二乘(LLQ法，僅定量分析要求檢測器具有良好的分辨率，使得能夠識別峰值。通過用LLS法使用整個能譜進行的定量分析本質上與分辨率無關，因為這種方法的準確度僅依賴于庫能譜的‘整體形狀’而不是峰值的尖銳度。非常重要的是檢測器是穩(wěn)定的(相對于時間和溫度)，使得所收集的計數(shù)被關聯(lián)到適當?shù)哪芗?。用BGO檢測器，這意味著將晶體放在被具體地設計為遍及測井操作將晶體的溫度保持在最佳性能范圍內的溫度燒瓶(temperature flask)中?？梢栽谶B續(xù)的移動工具模式下或在其中工具停止在鉆孔中的所選位置上的固定模式下產(chǎn)生測井記錄。在圖2中示出適當測井工具的示例。該工具包括上能譜伽馬射線檢測器21、中子源22和下能譜伽馬射線檢測器23。如果期望，可以在檢測器上使用準直儀。在一個實施例中，使用旋轉準直儀來測量裂縫取向。此類準直儀趨向于增加測量的靈敏度，因為此類設備減少從鉆孔向上或向下的位置進入檢測器的伽馬射線、即來自在套管后面但是在檢測器的當前位置之上或之下的支撐劑的伽馬射線的數(shù)目。在一個實施例中，可以使用沒有準直儀的檢測器。在確定裂縫高度的一個方法中，加標記的支撐劑和/或加標記的致裂流體被引入到地層中。加標記的支撐劑和/或加標記的致裂流體通常包括銦和/或銀，然而其它標記也是適當?shù)?。然后，在一遍測井期間用來自中子源22的中子來轟擊加標記的支撐劑和/或加標記的致裂流體。一遍測井是其中將測井工具引入井中且其中發(fā)起地層裂縫的中子轟擊的一遍測井。然后對諸如銦和釩的被照射輻射易感材料執(zhí)行伽馬射線能譜分析以獲得在來自釩和/或的峰值能量之上和之下(也稱為偏離峰值能量)的伽馬計數(shù)速率。也針對銦和 /或釩在峰值能量處測量伽馬計數(shù)速率。在操作中，在輻射易感材料的活化之前使用上能譜檢測器來測量井中的本底輻射。在暴露于中子源之前和之后測量整個能譜(所有能量發(fā)射)。然后使兩個測量的能譜相互覆蓋，識別未被減法處理置零的峰值。然后，識別標記元素的特征能級發(fā)射。依照本發(fā)明，通過將所收集的數(shù)據(jù)應用于模擬模型系統(tǒng)來執(zhí)行由測井工具收集的伽馬輻射數(shù)據(jù)的分析。如圖3所示，模型系統(tǒng)是基于三個主要部件中子輸運模型、放射性核素積累/衰變模型和伽馬射線輸運/能譜儀響應模型。模型的目的是獲得作為反應材料的位置相對于中子源位置的函數(shù)的中子反應速率。所獲得的反應速率是其中產(chǎn)生期望的伽馬射線發(fā)射核素的那些反應，換言之，是分析員將對其感興趣的任何伽馬射線放射核素的產(chǎn)生速率(production rate)。中子輸運模型是模型系統(tǒng)的重要且潛在地復雜的部件。由于中子輸運的性質，針對中子輸運問題的蒙特卡羅方法是優(yōu)選的，并且在本發(fā)明的一個實施例中，使用高度通用且廣泛已知的蒙特卡羅N粒子輸運代碼版本5(MCNPQ來對中子輸運行為進行建模。在三維空間中在中子源的附近對測井工具的幾何形態(tài)和組成進行建模，并且鉆孔流體和周圍地層的原子組成也被輸入到模擬中。對稱裂縫被限定為包含與周圍地層不同的原子組成的理想化板層。圖4圖示到中子輸運模型的三維幾何輸入的橫截面圖。如所示，該輸入包括工具內隔室參數(shù)、工具外殼參數(shù)、鉆孔流體參數(shù)、鉆孔套管參數(shù)、裂縫參數(shù)和周圍地層區(qū)域參數(shù)。這種方法使得能夠使用連續(xù)的能量橫截面數(shù)據(jù)。這允許避免當應用擴散或離散坐標(或某些蒙特卡羅)中子輸運代碼時遇到的許多問題，諸如限定能量組結構的需要。使用多組方法的結果常常是不能對獲得的結果的確定性或置信度進行量化，因為用于大多數(shù)中子反應(我們希望獲得其速率)的橫截面高度取決于中子的能量。依照連續(xù)能量橫截面方法，我們簡單地在當前蒙特卡羅中子的能量下每當其通過感興趣區(qū)域時應用適當橫截面的值。通過對大量中子軌道進行采樣，我們獲得聚集的中子行為的估計。特別注意V_52(如果使用釩作為輻射易感材料)和另一同位素被認為相關的任何項的產(chǎn)生。然后獲得具有索引位置的有限體積中的相關反應的速率的估計。這些尤其是作為相對于源的位置的函數(shù)的核素產(chǎn)生速率，其將在放射性核素積累和衰變模型部件中使用。為了理解放射性核素積累和衰變模型的細節(jié)，重要的是請注意在這種情況下，所有有限體積在垂直維度上被設置為 Icm0中子輸運模型是發(fā)現(xiàn)標記濃度與裂縫寬度之間的定量關系的關鍵。還重要的是確定其它活化產(chǎn)物的空間分布，使得我們能夠獲得用于LLS計算的良好標志(signature)。應注意的是庫能譜改變形狀-尤其是在低能量下-當其被以不同的方式空間分布時。中子輸運模型的主要假設是穩(wěn)態(tài)中子通量隨著源朝著地表向上移動簡單地遵從， 并且不需要更復雜的時間調整?？梢赃M行此假設，因為時間相關中子群體效應(population effect)將不是重要的，除非期望的測井速度在250cm/秒之上，在大多數(shù)情況下不是如此， 因為如此快速的速度將由于輻射易感支撐劑的不充分的中子暴露因而是不適當?shù)?。用于放射性核素的損失率(loss rate)是衰變常數(shù)和即時群體數(shù)(population) 的乘積；得到指數(shù)式衰變的熟悉特性的就是此定律。放射性核素積累和衰變模型使用隱含或向后歐拉法來在數(shù)值上對可變源中子活化問題積分。設通過徑向和軸向索引i和j來對有限體積元編索引。通過在數(shù)值上對可變中子源活化等式求積分來獲得體積元i、j中的給定核素的濃度C (t)
權利要求
1.一種用于根據(jù)從地下地層中的裂縫發(fā)出的輻射來確定所述地層的裂縫幾何形態(tài)的方法，包括a)測量從裂縫發(fā)出的伽馬輻射；b)從所測量的伽馬輻射減去本底輻射以獲得峰值能量測量；c)將所述峰值能量測量與伽馬射線輸運/能譜儀響應模型相比較；以及d)根據(jù)與所述響應模型相關聯(lián)的值來確定所述裂縫的地層裂縫幾何形態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1的方法，還包括通過對伽馬射線積累/衰變分布數(shù)據(jù)應用蒙特卡羅模擬來產(chǎn)生所述伽馬射線輸運/能譜儀響應模型。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其中，所述蒙特卡羅模擬包括蒙特卡羅N粒子輸運代碼。
4.根據(jù)權利要求2的方法，其中，通過對中子輸運數(shù)據(jù)求積分來獲得所述伽馬射線積累/衰變分布數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權利要求4的方法，其中，使用歐拉法來執(zhí)行所述積分。
6.根據(jù)權利要求5的方法，其中，所述歐拉法是隱含歐拉法。
7.根據(jù)權利要求5的方法，其中，所述歐拉法是向后歐拉法。
8.根據(jù)權利要求5的方法，其中，通過對蒙特卡羅模擬應用中子源參數(shù)和地下地層參數(shù)來獲得所述中子輸運數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權利要求8的方法，其中，所述中子源參數(shù)包括中子源、工具組成、工具幾何形態(tài)，并且所述地下地層參數(shù)包括鉆孔流體組成和地層組成。
10.根據(jù)權利要求8的方法，其中，所述蒙特卡羅模擬包括蒙特卡羅N粒子輸運代碼。
11.根據(jù)權利要求1的方法，其中，裂縫幾何形態(tài)包括裂縫地層的高度和寬度。
12.一種用于對通過收集被中子源刺激的伽馬輻射數(shù)據(jù)所檢測的地下地層裂縫的幾何參數(shù)進行建模的方法，包括a)通過對蒙特卡羅模擬應用中子源檢測器參數(shù)和地下地層參數(shù)來獲得中子輸運數(shù)據(jù)；b)通過對所述中子輸運數(shù)據(jù)求積分來獲得伽馬射線積累/衰變分布數(shù)據(jù)；c)通過對所述伽馬射線積累/衰變分布數(shù)據(jù)應用蒙特卡羅模擬來產(chǎn)生伽馬射線輸運/ 能譜儀響應模型；以及d)創(chuàng)建使伽馬輻射能譜與地下地層裂縫幾何形態(tài)參數(shù)相關聯(lián)的伽馬射線輸運/能譜儀響應數(shù)據(jù)庫。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其中，所述蒙特卡羅模擬包括蒙特卡羅N粒子輸運代碼。
14.根據(jù)權利要求12的方法，其中，使用歐拉法來執(zhí)行所述積分。
15.根據(jù)權利要求14的方法，其中，所述歐拉法是隱含歐拉法。
16.根據(jù)權利要求14的方法，其中，所述歐拉法是向后歐拉法。
17.根據(jù)權利要求12的方法，其中，所述中子源參數(shù)包括中子源、工具組成、工具幾何形態(tài)，并且所述地下地層參數(shù)包括鉆孔流體組成和地層組成。
18.一種用于根據(jù)從地下地層中的裂縫發(fā)出的輻射來確定所述地層的裂縫幾何形態(tài)的方法，包括a)使用具有兩個輻射檢測器的測井工具來測量從所述裂縫發(fā)出的伽馬輻射，其中，所述兩個輻射檢測器中的一個被用來測量本底輻射發(fā)射；b)從所述測量的伽馬輻射減去本底輻射以獲得峰值能量測量；c)將所述峰值能量測量與伽馬射線輸運/能譜儀響應模型相比較；以及d)根據(jù)與所述響應模型相關聯(lián)的值來確定所述裂縫的地層裂縫幾何形態(tài)。
19.如權利要求18所述的方法，其中，伽馬輻射的峰值能量作為所述裂縫中的輻射易感材料的活化的結果而被所述檢測器接收，并且所述兩個輻射檢測器中的所述一個接收在所述活化之前和之后存在于所述地下地層中的輻射。
20.如權利要求19所述的方法，其中，通過用來自被附接于所述檢測器的中子源的中子轟擊所述輻射易感材料來執(zhí)行所述活化。
全文摘要
一種用于根據(jù)從地層中的裂縫發(fā)射的輻射來確定地下地層的裂縫幾何形態(tài)的方法，包括測量從裂縫發(fā)射的伽馬輻射；用所述測量的伽馬輻射減去本底輻射以獲得峰值能量測量；將所述峰值能量測量與伽馬射線輸運/能譜儀響應模型相比較；以及依照與所述響應模型相關聯(lián)的值來確定所述裂縫的地層裂縫幾何形態(tài)。
文檔編號E21B43/00GK102209834SQ200980144574
公開日2011年10月5日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權日2008年11月11日
發(fā)明者C·R·皮普賴斯, R·P·加德納爾, R·R·邁克丹尼爾 申請人:邁圖專業(yè)化學股份有限公司