CN104963677B - 一种利用支撑剂探测确定压裂裂缝高度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用支撑剂探测确定压裂裂缝高度的方法。支撑剂中增加高俘获截面材料Gd2O3，利用脉冲中子与支撑剂作用，获取Gd俘获伽马计数，确定压裂裂缝高度。地层在水力压裂后，通过地层压裂裂缝注入配有高俘获截面材料的支撑剂；利用脉冲中子测井仪器测量地层混合伽马能谱；处理所述的伽马能谱前，首先利用刻度井实验或数值模拟方法获取采用上述脉冲中子测井仪器的标准俘获伽马能谱，处理伽马能谱得到测量井段高俘获截面材料的俘获伽马计数，进而确定支撑剂位置及裂缝高度。本发明相对现有裂缝高度确定技术，具有只需单次测量、测量灵敏度高、无放射性污染等优势。

Description

一种利用支撑剂探测确定压裂裂缝高度的方法
技术领域
本发明涉及石油天然气勘探开发领域，尤其是一种利用支撑剂探测确定压裂裂缝高度的方法。
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，通过注入支撑剂，改变储层渗流能力，从而释放出其中石油或天然气。准确地评价支撑剂位置及近井眼压裂裂缝的高度对于评估与优化增产措施具有重要价值。
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不同，评价次生压裂裂缝高度。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)进行测井，通过对比前后近、远探测器热中子计数率，解释压裂裂缝高度；或利用脉冲中子俘获测井(PNC)，测量俘获伽马时间谱，对比压裂前后近、源探测器俘获伽马计数率及热中子俘获截面的变化，分析裂缝高度。但存在需要两次测量，受压裂前后井眼流体、地层流体饱和度等因素变化的影响较大等不足。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种用于确定压裂裂缝高度的新方法，其具有无放射性污染、只需单次测量、裂缝识别灵敏度高等优势。
本发明采用如下技术方案：
一种利用支撑剂探测确定压裂裂缝高度的方法，所述方法包括地层在水力压裂后，通过地层压裂裂缝注入配有高俘获截面材料的支撑剂，利用脉冲中子测井仪器测量地层混合伽马能谱，处理伽马能谱得到测量井段高俘获截面元素的俘获伽马计数，进而确定支撑剂位置及裂缝高度。
优选地，所述支撑剂以铝矾土为原料，利用粉末制粒，烧制形成；所述支撑剂配有高俘获截面材料主要组成为Gd2O3，其中Gd2O3与支撑剂总量的百分比为0.6％-0.8％。
优选地，所述脉冲中子测井仪器包括一个脉冲中子源、及至少一个伽马探测器。
优选地，所述脉冲中子测井仪器包括一个脉冲中子源、近伽马探测器、及远伽马探测器，所述近伽马探测器连接有近探测器屏蔽装置，所述远伽马探测器连接有远探测器屏蔽装置。
优选地，所述伽马能谱为512道俘获伽马能谱。
优选地，所述高俘获截面元素的俘获伽马计数为Gd元素的俘获伽马绝对计数。
优选地，所述处理伽马能谱采用加权约束最小二乘法，在处理伽马能谱前首先利用刻度井实验或数值模拟方法获取采用上述脉冲中子测井仪器的标准俘获伽马能谱。
采用如上技术方案取得的有益技术效果为：
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，利用脉冲中子测井仪器进行测量，然后基于地层常见元素标准伽马能谱，利用加权约束最小二乘方法，处理得到Gd元素的俘获伽马计数，进而利用其确定裂缝高度，相对现有裂缝高度确定技术，具有只需单次测量、测量灵敏度高、无放射性污染等优势。
附图说明
图1为利用支撑剂探测确定压裂裂缝高度示意图。
图2为Gd元素俘获伽马计数随深度变化关系示意图。
图3为元素标准伽马能谱示意图。
图4为本发明与非放射性示踪裂缝高度确定方法效果对比图。
图5为支撑剂中Gd元素含量变化响应图。
图6为本发明现场应用实例效果图。
具体实施方式
结合附图1至6对本发明的具体实施方式做进一步说明：
一种利用支撑剂探测确定压裂裂缝高度的方法，所述方法包括地层在水力压裂后，通过地层压裂裂缝注入配有高俘获截面材料的支撑剂，支撑剂以铝矾土为原料，利用粉末制粒，烧制形成；所述支撑剂配有高俘获截面材料主要组成为Gd2O3，其中Gd2O3与支撑剂总量的百分比为0.6％-0.8％。
利用脉冲中子测井仪器测量地层混合伽马能谱，处理伽马能谱得到测量井段高俘获截面元素的俘获伽马计数，进而确定支撑剂位置及裂缝高度。脉冲中子测井仪器包括一个脉冲中子源、及至少一个伽马探测器。如图1所示，本具体实施例选用的脉冲中子测井仪器采用D-T脉冲中子发生器2为脉冲中子源，包括近伽马探测器4、及远伽马探测器6，所述近伽马探测器连接有近探测器屏蔽装置3，所述远伽马探测器连接有远探测器屏蔽装置5。图1中，7为压裂目标地层，8为非压裂目标地层，9为支撑剂支撑的压裂裂缝。
处理伽马能谱采用加权约束最小二乘法，在处理伽马能谱前首先利用刻度井实验或数值 模拟方法获取采用上述脉冲中子测井仪器的标准俘获伽马能谱。
下面阐述Gd元素俘获伽马计数计算方法：
处理实际实测俘获伽马能谱数据时，受温度、仪器、自然放射性干扰影响较大，造成测量谱质量较差，会导致解不够稳定，使地层某些元素的产额为负值，为了能够使地层含有元素为正值，采用奇异值分解的迭代解法。
最小二乘优化原则加上惩罚项，则优化原则变为：
min(||AY-C||2+α||BX||)
式中：α||BX||为惩罚项；α＝γ/SNR；γ为经验系数；SNR为信噪比。Y为不同元素产额(包含Gd)；C为测量得到俘获伽马能谱数据。
利用奇异值分解，得到方程组的迭代解。最终获取Gd元素产额，进而获取Gd元素俘获伽马计数：
CGd＝YGd×Ctotal
式中，CGd为Gd元素俘获伽马计数；YGd为Gd元素计算产额；Ctotal为测量地层混合俘获谱总计数。
如图2所示,Gd俘获伽马计数在非压裂目标地层8、压裂目标地层、另一非压裂目标地层8’的Gd俘获伽马计数曲线4，可以看出在非压裂地层Gd俘获伽马计数基本为0，在压裂地层Gd俘获伽马计数具有明显高值，根据明显高值识别压裂裂缝高度5。
伽马能谱为512道俘获伽马能谱。高俘获截面元素的俘获伽马计数为Gd元素的俘获伽马绝对计数。如图3所示，获取Gd元素俘获伽马计数过程中，地层常见元素标准伽马能谱。图3横坐标为伽马光子能量，纵坐标为伽马光子相对计数率；利用图3中数据处理测量伽马能谱，获取Gd元素俘获伽马射线。
如图4所示，横坐标为压裂裂缝宽度，纵坐标为获取信息减少或增加百分比；获取信息对裂缝宽度变化越灵敏，说明该方法对裂缝的识别度越高。此外，本实施例的地层条件为：地层骨架组成：砂岩为80％、石灰岩为20％；孔隙度为10％，孔隙流体为水。
如图5所示，可以看出本发明提出方法对Gd元素含量变化具有最高响应灵敏度。图5中的地层条件为：地层骨架组成：砂岩为80％、石灰岩为20％；孔隙度为10％，孔隙流体为水，裂缝宽度为1.0cm。
基于实验或模拟方法获取地层元素标准俘获伽马能谱，利用约束加权最小二乘方法处理测量混合俘获伽马能谱，处理得到如图2、图4及图5中所示Gd元素俘获伽马计数，本发明中采用的元素标准俘获伽马能谱如图3所示。得到不同深度点Gd元素俘获伽马计数后，可 以进行裂缝高度确定如图2所示。
如图6所示，本发明现场应用实例效果图，第一道套管接箍测量曲线；第二道为深度；第三道为射孔位置；第四道为自然伽马测量曲线；第五道为近探测器计算Gd俘获伽马计数；第六道为远探测器计算Gd俘获伽马计数。
本发明相对现有裂缝高度确定技术，具有只需单次测量、测量灵敏度高、无放射性污染等优势。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (6)

1.一种利用支撑剂探测确定压裂裂缝高度的方法，其特征在于，在支撑剂中增加高俘获截面材料，利用脉冲中子与支撑剂作用，俘获伽马计数，确定压裂裂缝高度，采用如下步骤：
(1)地层在水力压裂后，通过地层压裂裂缝注入配有高俘获截面材料的支撑剂，支撑剂以铝矾土为原料，利用粉末制粒，烧制形成，所述支撑剂配有高俘获截面材料主要组成为Gd2O3，其中Gd2O3与支撑剂总量的百分比为0.6％-0.8％；
(2)利用脉冲中子测井仪器测量地层混合伽马能谱；
(3)处理所述的伽马能谱前，首先利用刻度井实验或数值模拟方法获取采用上述脉冲中子测井仪器的标准俘获伽马能谱，处理伽马能谱得到测量井段高俘获截面材料的俘获伽马计数，进而确定支撑剂位置及裂缝高度。
2.根据权利要求1所述的一种利用支撑剂探测确定压裂裂缝高度的方法，其特征在于，所述步骤(2)中脉冲中子测井仪器包括一个脉冲中子源、及至少一个伽马探测器。
3.根据权利要求1所述的一种利用支撑剂探测确定压裂裂缝高度的方法，其特征在于，所述步骤(2)中脉冲中子测井仪器包括一个脉冲中子源、近伽马探测器、及远伽马探测器，所述近伽马探测器连接有近探测器屏蔽装置，所述远伽马探测器连接有远探测器屏蔽装置。
4.根据权利要求1所述的一种利用支撑剂探测确定压裂裂缝高度的方法，其特征在于，所述步骤(3)中伽马能谱为512道俘获伽马能谱。
5.根据权利要求1所述的一种利用支撑剂探测确定压裂裂缝高度的方法，其特征在于，所述步骤(3)中高俘获截面元素的俘获伽马计数为Gd元素的俘获伽马绝对计数。
6.根据权利要求1所述的一种利用支撑剂探测确定压裂裂缝高度的方法，其特征在于，所述步骤(3)中处理伽马能谱采用加权约束最小二乘法。
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