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1、10申请公布号CN102209834A43申请公布日20111005CN102209834ACN102209834A21申请号200980144574322申请日2009110612/268,85620081111USE21B43/0020060171申请人迈图专业化学股份有限公司地址美国俄亥俄72发明人RR迈克丹尼尔CR皮普赖斯RP加德纳尔74专利代理机构中国国际贸易促进委员会专利商标事务所11038代理人秦晨54发明名称基于现场中子活化分析确定地下地层中的裂缝几何形态的方法和工具57摘要一种用于根据从地层中的裂缝发射的辐射来确定地下地层的裂缝几何形态的方法，包括测量从裂缝发射的伽马辐射；用。
2、所述测量的伽马辐射减去本底辐射以获得峰值能量测量；将所述峰值能量测量与伽马射线输运/能谱仪响应模型相比较；以及依照与所述响应模型相关联的值来确定所述裂缝的地层裂缝几何形态。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2011051086PCT申请的申请数据PCT/US2009/0635662009110687PCT申请的公布数据WO2010/056605EN2010052051INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书9页附图3页CN102209842A1/2页21一种用于根据从地下地层中的裂缝发出的辐射来确定所述地层的裂缝几何形态的方法，包括A测量从裂缝发出。
3、的伽马辐射；B从所测量的伽马辐射减去本底辐射以获得峰值能量测量；C将所述峰值能量测量与伽马射线输运/能谱仪响应模型相比较；以及D根据与所述响应模型相关联的值来确定所述裂缝的地层裂缝几何形态。2根据权利要求1的方法，还包括通过对伽马射线积累/衰变分布数据应用蒙特卡罗模拟来产生所述伽马射线输运/能谱仪响应模型。3根据权利要求2的方法，其中，所述蒙特卡罗模拟包括蒙特卡罗N粒子输运代码。4根据权利要求2的方法，其中，通过对中子输运数据求积分来获得所述伽马射线积累/衰变分布数据。5根据权利要求4的方法，其中，使用欧拉法来执行所述积分。6根据权利要求5的方法，其中，所述欧拉法是隐含欧拉法。7根据权利要求5。
4、的方法，其中，所述欧拉法是向后欧拉法。8根据权利要求5的方法，其中，通过对蒙特卡罗模拟应用中子源参数和地下地层参数来获得所述中子输运数据。9根据权利要求8的方法，其中，所述中子源参数包括中子源、工具组成、工具几何形态，并且所述地下地层参数包括钻孔流体组成和地层组成。10根据权利要求8的方法，其中，所述蒙特卡罗模拟包括蒙特卡罗N粒子输运代码。11根据权利要求1的方法，其中，裂缝几何形态包括裂缝地层的高度和宽度。12一种用于对通过收集被中子源刺激的伽马辐射数据所检测的地下地层裂缝的几何参数进行建模的方法，包括A通过对蒙特卡罗模拟应用中子源检测器参数和地下地层参数来获得中子输运数据；B通过对所述中子。
5、输运数据求积分来获得伽马射线积累/衰变分布数据；C通过对所述伽马射线积累/衰变分布数据应用蒙特卡罗模拟来产生伽马射线输运/能谱仪响应模型；以及D创建使伽马辐射能谱与地下地层裂缝几何形态参数相关联的伽马射线输运/能谱仪响应数据库。13根据权利要求12的方法，其中，所述蒙特卡罗模拟包括蒙特卡罗N粒子输运代码。14根据权利要求12的方法，其中，使用欧拉法来执行所述积分。15根据权利要求14的方法，其中，所述欧拉法是隐含欧拉法。16根据权利要求14的方法，其中，所述欧拉法是向后欧拉法。17根据权利要求12的方法，其中，所述中子源参数包括中子源、工具组成、工具几何形态，并且所述地下地层参数包括钻孔流体组。
6、成和地层组成。18一种用于根据从地下地层中的裂缝发出的辐射来确定所述地层的裂缝几何形态的方法，包括A使用具有两个辐射检测器的测井工具来测量从所述裂缝发出的伽马辐射，其中，所述两个辐射检测器中的一个被用来测量本底辐射发射；权利要求书CN102209834ACN102209842A2/2页3B从所述测量的伽马辐射减去本底辐射以获得峰值能量测量；C将所述峰值能量测量与伽马射线输运/能谱仪响应模型相比较；以及D根据与所述响应模型相关联的值来确定所述裂缝的地层裂缝几何形态。19如权利要求18所述的方法，其中，伽马辐射的峰值能量作为所述裂缝中的辐射易感材料的活化的结果而被所述检测器接收，并且所述两个辐射检。
7、测器中的所述一个接收在所述活化之前和之后存在于所述地下地层中的辐射。20如权利要求19所述的方法，其中，通过用来自被附接于所述检测器的中子源的中子轰击所述辐射易感材料来执行所述活化。权利要求书CN102209834ACN102209842A1/9页4基于现场中子活化分析确定地下地层中的裂缝几何形态的方法和工具0001相关申请的交叉引用和优先权要求0002本申请要求2008年11月11日提交的美国申请序号12/268,856的权益，其是2006年8月9日提交的共同待决申请序号11/501,575的部分继续申请，两者都被整体地通过引用结合到本文中。技术领域0003本发明涉及用于确定诸如在用于由和天。
8、然气生产的钻井中找到的地下地层中的裂缝几何形态的方法。背景技术0004可以通过使地层FORMATION致裂以便刺激地层中的碳氢化合物的流动来增加来自地下地层的诸如气和石油的碳氢化合物的产出。现在使用各种地层致裂程序，诸如其中将液体、气体和/或两者的组合在高压下注入到地层中的水力致裂通常用压力支撑剂。0005水力致裂常常在工业中被用于改善来自地下地层的油和天然气生产。在水力致裂操作期间，通常称为“前置液PAD”的流体被以足够的压力沿着井泵送以使井周围的地层开裂或致裂打开。一旦已经建立裂缝，则开始前置液连通包括液体和支撑剂两者的泥浆相的泵送，直至足够体积的支撑剂已被泥浆载送到裂缝中。在适当的时间之。
9、后，停止泵送操作，这时，支撑剂将支撑打开地层中的裂缝，从而防止其关闭。作为裂缝的结果，被捕集的碳氢化合物通过更具有传导性的通道被提供给先前获得的井筒，从而增加井的产量。除建立深穿透的裂缝之外，致裂过程在克服井筒损坏方面是有用的，以帮助二次操作并辅助生产的地层盐水或工业废料的注入或处理。0006在致裂过程期间，裂缝通过地层传播。这些裂缝的垂直传播在确定裂缝覆盖的程度时是有用的，因为其涉及生产区间。裂缝高度测量帮助井操作者确定致裂操作的成功，并且在必要时针对现场中的其它井使未来的处理最优化。另外，裂缝高度信息能够帮助诊断刺激问题，诸如较低生产速率或不适宜的控水量WATERCUT。裂缝高度数据能够指。
10、示在生产地层与相邻的水或非碳氢化合物生产地层区之间是否已经建立连通。高度测量还提供对在作业之前使用的裂缝设计模拟器的准确度的检查以预测裂缝几何形态。如果确定了过度的裂缝高度生长，则这将意味着裂缝长度比设计的值短。0007如上所述，用于监视裂缝的垂直传播的一个原因是用于使限定的碳氢化合物生产区的外部致裂成相邻的产水区。当这发生时，水将流入碳氢化合物生产区和井筒中，导致主要生产水而不是碳氢化合物的井。此外，如果仍期望继续从该井生产碳氢化合物，操作者必须解决安全地处理掉不期望的水的严重问题。解决来源于区外裂缝的问题还将增加操作的费用。另外如果裂缝传播到相邻的非碳氢化合物生产地层，则在生产地层区域外面。
11、的区域中可能浪费用来在流体压力已经降低之后保持裂缝的材料。简而言之，高效地操作碳氢化说明书CN102209834ACN102209842A2/9页5合物生产区之外的已被致裂的井是昂贵的。0008由于可能由于作为区外裂缝后果而发生的严重问题，期望的是确定地层裂缝发展。已知用于监视和评估地层裂缝发展的多种技术和设备，诸如致裂流体中的放射性示踪剂、温度测井记录LOG、钻孔电视、无源声学装置和伽马射线测井。大多数技术在井筒处提供致裂区高度的某些直接估计。0009用来确定地层裂缝高度发展的一个已知处理采用放射性示踪剂。在此处理中，包含放射性示踪剂的致裂流体被注入到地层中以建立并扩展裂缝。当使用这些放射性。
12、流体和支撑剂示踪剂时，裂缝后伽马射线测井记录已经显示出与示踪剂被沉积之处相反的较高的活动水平，从而使得操作者能够估计被支撑裂缝的垂直发展。0010用于确定裂缝高度的另一方法使用温度和伽马射线测井记录。比较在刺激之前和之后完成的温度测井记录以限定通过致裂流体的注入被冷却的区间并因此提供致裂区的估计。然而，这种技术受到限制和不确定。例如，温度测井可能由于低温度对比度、处理之前和之后的来自地层的回流或钻孔套管后面的流体移动而难以解释。另外，放射性示踪剂的使用可能引起诸如地下水流的污染等环境问题，并因此是不期望的。0011用于评估裂缝几何形态的其它已知方法包括使用钻孔电视或使用声学方法。利用钻孔电视受。
13、到限制，因为其只能被用于开放孔中的裂缝高度评估。另外，利用钻孔电视由于存在于较深完井中的极端温度和压力条件而受到限制。声学方法受到非均值地层阻抗和/或对在工具处于井筒中的同时对泵送的需要的牵制。0012除与每种已知监视方法相关联的问题之外，在地层致裂技术中存在固有问题。在致裂过程期间，裂缝流体通常在高压下被泵送到地层中，以强制打开裂缝，并增加被添加到流体的砂的比例以支撑打开得到的裂缝。现有技术存在的一个问题是用于确定在生产区之外地层是否已经致裂的方法依赖于处理后即，在已经发生裂缝之后测量。在此类系统中，执行致裂处理，停止处理，对井进行测试并分析数据。此外，用现有检测系统，对致裂后数据的等待可能。
14、花费大量的时间，甚至达到几天，这可能延迟完井操作，导致较高的完井和操作成本。0013与现有后处理“测井”或测量设备相关联的另一问题是与中断致裂作业以便进行裂缝的测量相关联的成本既不实际也不可行。由于致裂流体在致裂过程期间在高压下被泵送到地层中，所以在致裂操作期间临时停止泵送将导致由地层裂缝的壁向致裂流体施加压力。这可以导致诸如裂缝闭合的不期望结果，从而导致流体流返回到钻孔中，或孔中的砂的堆积。另外，在进行测量并完成测井处理之后，操作者不能在刚好中断之前的致裂过程的点处重新开启泵送设备。而是，操作者将不得不以附加的成本和不可预测的结果重复完整的致裂作业。0014不要求中断致裂作业的裂缝监视系统可。
15、以解决上述问题，并将允许井操作者监视致裂过程，以控制裂缝尺寸并高效地将较高浓度的支撑剂放在期望的地层位置上。另外，如果存在裂缝接近于在期望区域外面延伸的信息，则操作者可以立即终止致裂作业。此外，正在进行的处理程序的分析将使得操作者能够根据诸如油/水接点相对于井筒的垂直和横向接近、产水地层的存在或不存在以及储层岩石的物理性质的水平变化的因素来确定何时必须泵送更大浓度的支撑剂。说明书CN102209834ACN102209842A3/9页6发明内容0015本发明通过提供一种方法来解决本领域中的现有问题，所述方法用于通过收集并分析测井数据来分析致裂过程的结果，包括在地层裂缝中设置支撑剂和/或包括辐射。
16、易感材料的致裂流体；在一遍测井期间用中子来照射辐射易感材料；测量从辐射易感材料发射的伽马辐射；以及依照基于蒙特卡罗的模拟模型来处理所测量的伽马辐射数据以获得估计的裂缝几何形态例如，井筒附近的被支撑高度和/或被支撑裂缝宽度。0016依照实施例，提供了一种用于对通过检测被中子源刺激的伽马辐射数据所检测的地下地层中的支撑剂填充裂缝的几何参数进行建模的方法，包括通过将中子源参数和地下地层参数应用于蒙特卡罗模拟来获得中子输运数据；通过对所述中子输运数据求积分来获得伽马射线积累/衰变分布数据；通过对所述伽马射线积累/衰变分布数据应用蒙特卡罗模拟来生成伽马射线输运/能谱仪响应模型；以及创建将地下地层支撑剂填。
17、充裂缝几何形态参数与伽马辐射能谱相关联的伽马射线输运/能谱仪响应数据库。我们还依赖于通过来自在照射中被活化的其它核素的MC模拟来生成能谱仪响应数据的能力。需要该数据来确定来自在实验上观察到的能谱的什么贡献不是来自标记，并因此将来自标记活化的那部分从复杂能谱隔离。0017依照本发明的另一方面，提供了一种用于根据从所述地层中的裂缝发射的辐射来确定地下地层的裂缝几何形态的方法，包括测量从裂缝发射的伽马辐射；用所述测量的伽马辐射减去本底辐射以获得峰值能量测量；将所述峰值能量测量与伽马射线输运/能谱仪响应模型相比较；以及依照与所述响应模型相关联的值来确定所述裂缝的地层裂缝几何形态。首先，测量所有辐射。减。
18、去来自上检测器的本底，然后计及来自其它活化产物的干扰标志以确定标记的贡献。当知道了标记的贡献时，可以使其与存在的支撑剂的量相关并因此与裂缝宽度相关。观察到的能谱被视为标志能谱的组合，其中，每个活化产物包括但不限于标记具有其自己的标志。这种标志SIGNATURE方法是所谓的库最小二乘法，并且我们称为标志库能谱。已经通过应用整个NT/RBD/GRTDR模拟来定量地将用于标记的库能谱编入索引，使得库最小二乘法的结果提供将具有产生该观察到的能谱的最可能标记浓度的定量估计。附图说明0018图1描绘了按照本发明的支撑剂的示例性实施例，该支撑剂包括在其上面设置了包含辐射易感材料的有机涂层的实芯；0019图2。
19、描绘了供本发明的方法和支撑剂使用的示例性测井工具；0020图3描绘了依照本发明的实施例的用于分析来自井裂缝的所测量中子活化数据的方法的流程图；以及0021图4描绘了依照本发明的方法的到中子输运计算模型的三维输入的横截面图。具体实施方式0022依照本发明，用于确定裂缝几何形态的方法使用环境友好材料。这些环境友好材料在被中子轰击之前是非放射性的，并将称为辐射易感材料。在一个实施例中，所述方法涉及使用包括辐射易感材料的靶元素来确定在地层中产生的裂缝的几何形态即，支撑剂充说明书CN102209834ACN102209842A4/9页7填高度和宽度的方面。辐射易感材料具有短的半衰期，这有利地允许在使任何。
20、不利环境影响例如来自处理或在净化期间或在井恢复生产时使支撑剂回流出井最小化的同时将其在地层中使用。0023如本文所限定的辐射易感材料是在受到中子轰击时变成放射性的那些材料。可以有利地将辐射易感材料设置在致裂流体中或设置在支撑剂上的涂层中所述支撑剂被设置在致裂流体中或作为支撑剂本身的芯的一部分。可以在水力致裂处理期间使用包括辐射易感材料的致裂流体或支撑剂。包括辐射易感材料的致裂流体和/或支撑剂在裂缝产生期间被注入到地层中。在被注入到裂缝中之后，用来自包含在测井工具中的中子源的中子来照射辐射易感材料。由包含在测井工具中的检测器来对从辐射易感材料发射的伽马辐射进行计数。由于辐射易感材料具有短的半衰期。
21、，所以这些材料仅在短暂的时间段内变成放射性的。使用伽马辐射的定位来确定辐射易感材料在裂缝中的放置，并且还用来确定支撑体填充的裂缝几何形态的各方面，诸如被支撑裂缝高度和被支撑裂缝宽度。0024通常，辐射检测器在存在不同能量即峰值、散射和本底的辐射以及不同同位素的辐射的情况下生成“能谱”。随着光子撞击检测器，其能量被转换成经处理的电信号。不同能量的光子将产生不同值的电信号。这些项的加和将得到能谱。通常，检测器中的至少两个具有不仅对撞击检测器的射线的数目计数而且确定与该特定发射相关联的能级的能力。0025通常，采用已知且一致的浓度的辐射易感材料也称为“标记”来帮助计算被支撑的裂缝宽度。优选地，标记或。
22、者在涂层中或者在支撑剂的主体中。0026本方法的有利之处在于可以在一遍中收集在辐射易感材料的活化期间获取的本底辐射并从峰值能量辐射减去该本底辐射。所有其它商业可购买处理通常使用两个或更多遍测井来确定致裂地层的裂缝几何形态，其中，通常在已开始裂缝处理之前执行测量本底的第一遍测井，因为现有技术使用在正在执行致裂处理时被添加到支撑剂和致裂流体的放射性示踪剂，因此，一旦存在支撑剂，则不能再测量本底。所获取的本底辐射通常包括来自许多源的多个贡献。通常可以从诸如铀、钾和/或钍的自然地发生的放射性元素获取第一贡献。随着时间的推移，细粒地层能够俘获包括这些自然放射性元素的矿物和流体。当地层中的辐射易感材料被中。
23、子活化时，这些自然地发生的放射性材料也发射被作为本底辐射获取的辐射。0027对本底的第二贡献是由目前用来活化辐射易感材料的中子辐射引发的贡献。此辐射主要源自存在于地层和/或支撑剂中的铝和硅。来自在井筒套管中使用的铁/锰的本底辐射还可以是此第三贡献的一部分。依照本发明的一个方面，以非典型的慢速率诸如约2英尺每分钟对包含已被暴露于中子源的辐射易感材料的井进行测井。此较慢速率下的测井允许来自自然发生元素的任何中子刺激发射的时间相对于来自辐射易感标记的发射而言减少。这帮助将与自然发生的元素相关联的能量峰值与来自辐射易感示踪剂的那些能量峰值分离。这使得对测井数据的分析更容易且结果更准确。0028期望的是。
24、在计算裂缝几何形态之前从峰值能量辐射去除本底辐射的所有痕迹。在一个实施例中，在一遍中进行峰值能量辐射测量以及本底辐射测量，并且在一遍中从峰值能量辐射测量减去本底辐射测量。这优选地通过在测井工具中具有两个能谱检测器来完成。如下文所解释的，使用上检测器来测量自然本底辐射，但是，同时应尽快地降低工具以防止在向下的途中发生大量活化。对于具有长半衰期的放射性同位素而言特别如此。说明书CN102209834ACN102209842A5/9页80029可以在被引入裂缝中以支撑打开裂缝的支撑剂中设置辐射易感材料。在一个实施例中，支撑剂可以包括上面设置有包含辐射易感材料的涂层的衬底。在另一实施例中，衬底可以包括。
25、辐射易感材料。当支撑剂和/或致裂流体包括辐射易感材料时，将其说成是用辐射易感材料加标记。本文所使用的术语“加标记”意指支撑剂和/或致裂流体包括辐射易感材料。因此，当设置在衬底上的涂层包括辐射易感材料时，将支撑剂说成是用辐射易感材料加标记。0030图1示出支撑剂10的示例性实施例。支撑剂包括具有设置在上面的包括辐射易感材料6的涂层4的衬底2。涂层4可以包括有机或无机材料。衬底2可以包括有机材料和/或无机材料和/或金属。涂层4可以是未固化的，在地下裂缝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缝的内部和/或外部发生。可替换地，可以在没有涂层的情况下将辐射易感材料6设置在支撑剂的主体中。0。
26、031如果期望，涂层4可选地可以包括粒子填料或纤维填料8。支撑剂10包括通常含有单个粒子或者是含有多个粒子的团块的金属和/或无机衬底2。可以在衬底中使用的金属的示例是记形合金。记形合金表现出“记形效应”。记形效应允许两个结晶状态之间的可逆变换，即马氏体状态至奥氏体状态，反之亦然。通常，在低温或马氏体状态下，记形合金可以允许塑性地变形，并在暴露于某些较高温度时将变换到奥氏体状态，从而返回到其变形之前的形状。0032记形合金的适当示例是诸如的镍钛合金。期望的是允许对记形合金进行起泡。在一个实施例中，由记形合金制造的衬底在被引入到裂缝中之前可以是固体，但是在被引入到通常处于比在地面之上的温度高的温度。
27、的裂缝中之后可以膨胀成泡沫。此膨胀将允许来自裂缝的油和气的更好的传导。0033还可以使用随后被改性的自然地发生的有机和无机材料作为衬底。在衬底中使用的被改性的有机和无机材料的适当示例是剥落粘土例如，膨胀蛭石剥落石墨、吹制玻璃或硅石、空心玻璃珠、泡沫玻璃珠、煤胞、泡沫熔渣、烧结矾土、烧结氧化铝等，或者包括前述有机和无机材料中的一个的组合。示例性无机衬底可以来源于砂、研磨玻璃珠、烧结矾土陶粒、烧结氧化铝、自然地发生的矿物纤维，诸如锆石和多铝红柱石等，或者包括自然地发生的无机衬底中的一个的组合。空心玻璃珠可以从DIVERSIFIEDINDUSTRIES有限公司购买到。0034包括在衬底上的涂层中或支。
28、撑剂的衬底中的辐射易感材料是可进行中子响应的，使得其容易诸如通过吸收热中子而表现出相对大的原子横截面来对中子作出反应。通过对中子的此类可响应性，辐射易感材料产生特性伽马辐射或中子吸收，这可与周围地层中的材料的特性区别开。这些辐射易感材料最初也是非放射性的，使得其能够在没有辐射暴露或井的表面处的污染的担心或风险的情况下被安全地搬运，直至其被引入将用来将其移动到井中的系统中。此类材料还将在短时间段内诸如活化之后的约几分钟恢复到其自然非放射性状态。0035虽然辐射易感材料最初是非放射性的，但辐射易感材料的同位素或者是变成放射性的同位素由此，所产生的放射性同位素衰变并发射可由适当的检测器检测的伽马辐射。
29、或者经历核子或原子反应诸如通过简单地吸收一个或多个中子达到大于周围地层的材料的程度。此类反应可以响应于从加速剂发射的外部中子而发生。如果原始物质将通说明书CN102209834ACN102209842A6/9页9过形成放射性同位素进行反应，则放射性同位素优选地具有在约几秒至高达约30分钟之间的已知半衰期，使得对于要发生的反应而言不需要由加速剂实现延长的照射，并且使得一旦已发生转换，则存在足够的检测时间。有利的是易感材料在执行测井处理之后不久衰变至非放射性状态，从而允许在没有产生放射性材料的担心的情况下将井带回到生产上。0036在一个实施例中，辐射易感材料具有约5秒至约2030分钟的半衰期。在另。
30、一实施例中，辐射易感材料具有约10秒至小于或等于约50分钟的半衰期。在另一实施例中，辐射易感材料具有约12秒至小于或等于约7分钟的半衰期。用于辐射易感材料的示例性半衰期是小于或等于约5分钟。钒具有38分钟的半衰期，而铟具有141秒的半衰期。通常期望的是可测量辐射的周期具有使得材料在井开始产生碳氢化合物时不再发射辐射的长度。通常，期望的是辐射易感材料在其被放回生产之前停止发射可测量辐射。还有利的是在辐射易感材料的半衰期已经到期之后，能够通过重新照射辐射易感材料来对井进行重测井达到期望的次数。0037可以利用适当的能谱伽马射线测井工具来测量在辐射易感材料被中子轰击之后从其获得的伽马辐射。工具的至少。
31、一部分例如，至少伽马射线检测器被放置在井内以提供期望的测井记录。工具可以诸如产生比率下向井眼RATIOSDOWNHOLE，或者可以将伽马射线能谱传送到地表并根据能谱数据来确定该比率。可以使用低分辨率例如，NAITL或等价物检测器诸如BGO晶体或高分辨率例如本征锗、GELI或等价物检测器。NAI在实际应用中具有BGO没有的某些优点。这包括其对增益稳定性的温度依赖性和每当需要进行定量分析时的其略为更好的分辨率。通过使用库最小二乘LLS法，仅定量分析要求检测器具有良好的分辨率，使得能够识别峰值。通过用LLS法使用整个能谱进行的定量分析本质上与分辨率无关，因为这种方法的准确度仅依赖于库能谱的整体形状而。
32、不是峰值的尖锐度。非常重要的是检测器是稳定的相对于时间和温度，使得所收集的计数被关联到适当的能级。用BGO检测器，这意味着将晶体放在被具体地设计为遍及测井操作将晶体的温度保持在最佳性能范围内的温度烧瓶TEMPERATUREFLASK中。可以在连续的移动工具模式下或在其中工具停止在钻孔中的所选位置上的固定模式下产生测井记录。0038在图2中示出适当测井工具的示例。该工具包括上能谱伽马射线检测器21、中子源22和下能谱伽马射线检测器23。如果期望，可以在检测器上使用准直仪。在一个实施例中，使用旋转准直仪来测量裂缝取向。此类准直仪趋向于增加测量的灵敏度，因为此类设备减少从钻孔向上或向下的位置进入检测。
33、器的伽马射线、即来自在套管后面但是在检测器的当前位置之上或之下的支撑剂的伽马射线的数目。在一个实施例中，可以使用没有准直仪的检测器。0039在确定裂缝高度的一个方法中，加标记的支撑剂和/或加标记的致裂流体被引入到地层中。加标记的支撑剂和/或加标记的致裂流体通常包括铟和/或钒，然而其它标记也是适当的。然后，在一遍测井期间用来自中子源22的中子来轰击加标记的支撑剂和/或加标记的致裂流体。一遍测井是其中将测井工具引入井中且其中发起地层裂缝的中子轰击的一遍测井。然后对诸如铟和钒的被照射辐射易感材料执行伽马射线能谱分析以获得在来自钒和/或的峰值能量之上和之下也称为偏离峰值能量的伽马计数速率。也针对铟和/。
34、或钒在峰值能量处测量伽马计数速率。在操作中，在辐射易感材料的活化之前使用上能谱检测器来测量井中的本底辐射。在暴露于中子源之前和之后测量整个能谱所有能量发说明书CN102209834ACN102209842A7/9页10射。然后使两个测量的能谱相互覆盖，识别未被减法处理置零的峰值。然后，识别标记元素的特征能级发射。0040依照本发明，通过将所收集的数据应用于模拟模型系统来执行由测井工具收集的伽马辐射数据的分析。如图3所示，模型系统是基于三个主要部件中子输运模型、放射性核素积累/衰变模型和伽马射线输运/能谱仪响应模型。0041模型的目的是获得作为反应材料的位置相对于中子源位置的函数的中子反应速率。。
35、所获得的反应速率是其中产生期望的伽马射线发射核素的那些反应，换言之，是分析员将对其感兴趣的任何伽马射线放射核素的产生速率PRODUCTIONRATE。0042中子输运模型是模型系统的重要且潜在地复杂的部件。由于中子输运的性质，针对中子输运问题的蒙特卡罗方法是优选的，并且在本发明的一个实施例中，使用高度通用且广泛已知的蒙特卡罗N粒子输运代码版本5MCNP5来对中子输运行为进行建模。在三维空间中在中子源的附近对测井工具的几何形态和组成进行建模，并且钻孔流体和周围地层的原子组成也被输入到模拟中。对称裂缝被限定为包含与周围地层不同的原子组成的理想化板层。0043图4图示到中子输运模型的三维几何输入的横。
36、截面图。如所示，该输入包括工具内隔室参数、工具外壳参数、钻孔流体参数、钻孔套管参数、裂缝参数和周围地层区域参数。0044这种方法使得能够使用连续的能量横截面数据。这允许避免当应用扩散或离散坐标或某些蒙特卡罗中子输运代码时遇到的许多问题，诸如限定能量组结构的需要。使用多组方法的结果常常是不能对获得的结果的确定性或置信度进行量化，因为用于大多数中子反应我们希望获得其速率的横截面高度取决于中子的能量。依照连续能量横截面方法，我们简单地在当前蒙特卡罗中子的能量下每当其通过感兴趣区域时应用适当横截面的值。通过对大量中子轨道进行采样，我们获得聚集的中子行为的估计。特别注意V52如果使用钒作为辐射易感材料和。
37、另一同位素被认为相关的任何项的产生。然后获得具有索引位置的有限体积中的相关反应的速率的估计。这些尤其是作为相对于源的位置的函数的核素产生速率，其将在放射性核素积累和衰变模型部件中使用。为了理解放射性核素积累和衰变模型的细节，重要的是请注意在这种情况下，所有有限体积在垂直维度上被设置为1CM。中子输运模型是发现标记浓度与裂缝宽度之间的定量关系的关键。还重要的是确定其它活化产物的空间分布，使得我们能够获得用于LLS计算的良好标志SIGNATURE。应注意的是库能谱改变形状尤其是在低能量下当其被以不同的方式空间分布时。0045中子输运模型的主要假设是稳态中子通量随着源朝着地表向上移动简单地遵从，并且。
38、不需要更复杂的时间调整。可以进行此假设，因为时间相关中子群体效应POPULATIONEFFECT将不是重要的，除非期望的测井速度在250CM/秒之上，在大多数情况下不是如此，因为如此快速的速度将由于辐射易感支撑剂的不充分的中子暴露因而是不适当的。0046用于放射性核素的损失率LOSSRATE是衰变常数和即时群体数POPULATION的乘积；得到指数式衰变的熟悉特性的就是此定律。放射性核素积累和衰变模型使用隐含或向后欧拉法来在数值上对可变源中子活化问题积分。设通过径向和轴向索引I和J来对有限体积元编索引。通过在数值上对可变中子源活化等式求积分来获得体积元I、J中的给定核素的浓度CT说明书CN10。
39、2209834ACN102209842A8/9页11004700480049NTI，J表示将靶核素的浓度、能量相关中子横截面和能量相关中子通量考虑在内的体积元I、J中的产生速率。产生速率PRODUCTIONRATE是从中子输运模块结果导出的。表示其浓度是C的放射性核素的衰变常数。0050随着源移动通过体积元I、J，产生速率改变。因此，针对中子源已经后退得距离远到足以使得所述产生不再显著时的时刻获得C的值。在我们的第一迭代中，已经将此距离取为20CM。因此，在对可变中子源的40秒暴露内在数值上对以上等式求积分。该40秒以1CM/S的测井速度覆盖源以上的20CM和以下的20CM。暴露时间是距离除以。
40、测井速度变量VEL。可以例如使用FORTRAN代码的以下各行来应用隐含欧拉法005100520053变量IC0是产生速率被认为不再重要的时刻的浓度。其仅仅是径向距离的函数，因为同一径向距离处的所有轴向索引在此时刻将具有相同的即时浓度，但是每个轴向索引达到此浓度的时刻不同时发生。变量N_SIG_PHI和LAM分别表示产生速率和衰变常数。为了获得能谱仪周围的浓度，可以使用FORTRAN代码的以下各行。0054说明书CN102209834ACN102209842A9/9页120055其中，C变量保持作为位置的函数的浓度，但是位置索引现在是用于相对于能谱仪位置而不是源位置的位置。此计算非常类似于用来获。
41、得IC0的值的隐含欧拉法，但是具有零产生速率。变量SD是源检测器间距，最初被取为5268CM。0056然后通过随着中子源移动通过给定位置在数值上对即时产生速率和损失速率求积分来获得在测井工具的下能谱仪到达该给定位置时存在的放射性核素的浓度。使用用于伽马射线发射的基础核数据将检测器周围的放射性核素的浓度变换成伽马射线源项。在光子输运计算中使用该伽马射线源项来确定能谱仪的响应。我们用所有这些变换和计算实现的是用于假定的钻孔环境的下检测器响应的估计。0057再次地，使用这里的MCNP5来对辐射输运问题求解，现在仅使用从在放射性核素积累和衰变模块中计算的位置相关浓度导出的伽马射线源，而不是中子源。在能。
42、谱仪中针对每个模拟历史对能量沉积计数TALLY以获得确定所观察的能谱的聚集行为的估计。然而，蒙特卡罗计算未将能谱仪的许多固有非理想性考虑在内。为了获得不那么理想且更加现实的能谱，还可能需要对能谱仪应用响应模型，尤其是为了将能谱展开以获得准确地模拟在物理能谱仪中所观察到的行为的逼真地宽广的峰值。0058建模系统的最终结果提供用于给定钻孔环境和裂缝尺寸的预期能谱。通过针对与在测量中的裂缝的条件类似的条件将所观察的能谱与期望的预测的计算能谱的数据库相比较，能够获得裂缝几何形态的准确估计。0059虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将理解的是在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种修改且可以用等价物来替代其任何元素。另外，进行许多修改以在不脱离本发明的本质范围的情况下使特定的情况和材料适合于本发明的讲授内容。因此意图在于本发明不限于作为预期用于执行本发明的最佳方式公开的特定实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求书范围内的所有实施例。说明书CN102209834ACN102209842A1/3页13图1说明书附图CN102209834ACN102209842A2/3页14图2说明书附图CN102209834ACN102209842A3/3页15图3图4说明书附图CN102209834A。