定位誘導的地下巖層裂縫中的示蹤支撐劑的與巖性和井眼狀況無關的方法

定位誘導的地下巖層裂縫中的示蹤支撐劑的與巖性和井眼狀況無關的方法
【專利摘要】使用從具有近中子探測器和遠中子探測器的測井工具的穿過井的壓裂前和壓裂后測井行程而獲得的數據來確定摻雜有高熱中子俘獲截面材料的示蹤支撐劑的地下巖層位置/高度。在對井眼流體中的在測井與測井之間的變化進行的任何所需標準化之后，使用兩個行程中的近/遠探測器計數率比率之間觀察到差異確定應用于壓裂前探測器計數率的計數率差異修正，得到非關注區域與含有支撐劑的巖層區域之間的巖性的變化引起的支撐劑位置誤差。然后使經修正的壓裂前計數率記錄與壓裂后計數率記錄重疊，使得壓裂后計數率記錄相對于經修正的壓裂前計數率記錄的減小指出支撐劑的存在。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及液力壓裂操作，并且更具體地涉及使用基于中子發射的測井工具識別 誘導的地下巖層裂縫的方法。 定位誘導的地下巖層裂縫中的示蹤支撐劑的與巖性和井眼 狀況無關的方法

【背景技術】
[0002] 為了更有效地從井下巖層且尤其是具有低孔隙率和/或低滲透率的巖層生產碳 氫化合物，含碳氫化合物的巖層的誘導壓裂（稱為"壓裂操作"、"液力壓裂"，或簡稱"壓裂"） 已變成一種普遍使用的技術。在常見的壓裂操作中，流體在高壓力下被泵送到井下，導致巖 層在井眼周圍開裂，形成促進碳氫化合物流入井眼的高滲透率管道。這些壓裂操作可在水 平和偏斜以及堅向井眼中進行并在未加套管的井的區間中進行或在加套管井中通過孔進 行。
[0003] 例如，在堅井中的加套管井眼中，高壓流體經由穿過套管和周圍的水泥的孔離開 井眼，并使巖層開裂，通常在通常發現油和氣的更深的巖層中以薄且大致堅向的片狀裂縫 的形式開裂。這些誘導裂縫一般從井眼橫向向周圍的巖層中延伸相當大的一段距離，并且 沿堅向延伸直到裂縫到達期望的裂縫區間上方和/或下方的不容易開裂的巖層為止。巖層 內的最大和最小水平應力的方向決定誘導裂縫的方位角定向。通常，如果向井下泵送的流 體（有時候稱為漿料）不含當流體壓力被釋放時保持滯留在裂縫中的固體，則裂縫重新閉 合，并失去獲得的大部分可滲透管道。
[0004] 這些固體，稱為支撐劑，一般由沙粒或陶瓷粒子組成，并且用來將這些固體泵送到 井下的流體通常被設計成具有足夠的粘度，使得支撐劑粒子在流體向井下移動并進入誘導 裂縫時保持被夾帶在流體中。在產生開裂的巖層之前，也在壓裂流體漿料中被向井下泵送 的稱為"破壞劑（breaker) "的材料在期望的延時之后降低壓裂流體的粘度，使得能夠在生 產期間從裂縫容易地除去這些流體，從而將支撐劑粒子留在誘導裂縫中的適當位置，以保 持裂縫不閉合并從而不會顯著妨礙生產流體流通過其中。
[0005] 在稱為"水力壓裂"的壓裂操作中可使用低粘度流體將支撐劑置于誘導裂縫中。水 力壓裂中的壓裂流體是帶少量或不帶聚合物或其它添加劑的水。水力壓裂由于所使用的流 體的較低成本而是有利的。同樣，當使用交聯聚合物時，重要的是，破壞劑是有效的，否則不 能從裂縫回收流體，從而較大地限制了巖層流體的流動。由于流體不是交聯的，所以水力壓 裂不依賴于破壞劑的有效性。
[0006] 普遍使用的支撐劑是天然形成的沙、涂有樹脂的沙以及陶瓷支撐劑。陶瓷支撐劑 通常由天然形成的材料如高嶺粘土和礬土制成，并且主要由于所制造的陶瓷的壓縮強度及 其高度球形粒子的構造而與沙和涂有樹脂的沙相比提供了多個優點。
[0007] 雖然誘導壓裂在碳氫化合物儲層的生產中已經是很有效的工具，但通常仍需要確 定在壓裂操作完成之后已開裂的區間。由于巖層內的異常或井眼內的問題（如無效或阻塞 的孔），期望裂縫區間內可能存在無效開裂的區域。還期望知道裂縫是否沿堅向延伸跨過 整個期望裂縫區間，而且期望知道是否有任何裂縫已沿堅向延伸出期望區間。在后一情形 中，如果裂縫已延伸到含水區域，則得到的水產物將是非常不符合要求的。在所有這些情形 中，知道開裂的和未開裂的區域的位置對于在主井中規劃補救操作而言和/或在利用為了 在將來的備用井上規劃壓裂作業而獲得的信息的過程中將是非常有用的。
[0008] 過去已使用若干方法來幫助定位成功開裂的區間以及壓裂操作中的裂縫的范圍。 例如，已使用聲測井。聲測井對裂縫的存在敏感，因為裂縫影響在巖層中傳播的壓縮和切向 聲波的速度和大小。但是，這些測井還受許多其它參數影響，例如巖石類型、巖層孔隙率、孔 幾何結構、井眼流體、井眼狀況以及巖層中是否存在天然裂縫。另一種以前采用的基于聲音 的裂縫探測技術是使用"裂紋噪音"，其中緊接著壓裂作業之后置于井下的聲音傳感器實際 上在裂縫在壓裂壓力已被釋放之后閉合時"監聽"從裂縫發射的信號。此技術僅取得有限 的成效，原因是：（1)與在壓裂操作期間必須使傳感器處于適當位置相關的后勤保障問題 和機械問題，因為傳感器必須幾乎緊接著壓裂操作結束之后被激活，以及（2)該技術利用 在裂縫閉合時產生的聲音，因此有效裂縫（其為已被支撐開啟以防止閉合的裂縫）通常不 會產生與來自未被支撐的裂縫的信號一樣容易探測的噪音信號，這會產生誤導性結果。
[0009] 以前還利用位于地面的傾斜儀陣列來確定地下裂縫的存在。這些傳感器可探測巖 層上方的地表的輪廓在巖層開裂時的很微小變化，并且通常可解讀在該陣列中的這些變化 以定位開裂的區間。此技術實行起來極為昂貴，且一般不具備堅向分辨能力以便能夠識別 開裂區間內哪些子區間已開裂以及哪些子區間尚未開裂，且這種方法也不能有效地判斷裂 縫是否已沿堅向延伸到期望的堅向開裂區間之外。
[0010] 以前還利用微震工具來映射裂縫位置和幾何結構。在該裂縫定位方法中，將微震 陣列置于要進行液力壓裂的井附近的補償井（offset well)中。在壓裂操作期間，微震工 具記錄從壓裂操作產生的微震。通過映射微震的位置，可估計誘導裂縫的高度和長度。但 是，此過程昂貴且要求在附近可用的補償井。
[0011] 以前利用的其它類型的裂縫位置探測技術采用核測井方法。第一種這樣的核測井 方法使用剛好在支撐劑和/或壓裂流體被泵送到井內之前在井位處與支撐劑和/或壓裂流 體混合的放射性材料。在這種泵送后，使測井工具移動通過井眼以探測并記錄預先置于井 下的放射性材料發射的Y射線，適當解讀所記錄的與放射性有關的數據以探測裂縫位置。 第二種以前利用的核測井方法通過將一種或多種穩定的同位素泵送到井下而執行，其中壓 裂漿料中具有支撐劑，這種同位素材料能夠在壓裂過程之后被井下運行的測井工具的中子 發射部分激活（即，使其有放射性）。該工具的光譜Y射線探測器部分在工具移動經過激 活的材料時探測并記錄來自之前已激活的"示蹤劑"材料原子核的產生的衰減的Y射線。 隨后對Y光譜進行分析以識別激活的原子核，并因而識別壓裂區域。
[0012] 這些以前采用的用于定位地下裂縫的基于核的技術中的一個或兩個具有數個已 知的局限性和缺點，包括：
[0013] 1.需要將放射性材料泵送到井下或通過激活井內的之前為非放射性的材料而在 井下形成放射性；
[0014] 2.要求復雜和/或高分辨率Y射線光譜探測器和光譜數據分析方法；
[0015] 3.裂縫勘測能力的深度不符合要求地較淺；
[0016] 4.放射性支撐劑或流體回流至地面造成的可能的危險；
[0017] 5.設備在井位處的放射性污染的可能性；
[0018] 6.需要在井位處準備支撐劑以避免支撐劑材料在執行測井程序之前有不期望的 放射性衰減量；
[0019] 7.地面上存在不能在另一口井使用的過量放射性材料的可能性；
[0020] 8.需要運行起來非常昂貴的專用測井工具；
[0021] 9.需要測井工具以非常低的移動速度通過井眼；以及
[0022] 10.需要先進的Y射線光譜反卷積或其它復雜的數據處理程序。
[0023] 如從前文可以看出，需要地下裂縫位置探測方法，其減輕至少一些如以上大致描 述的與以前采用的裂縫位置探測技術相關的上述問題、局限性和缺點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是井位壓裂布局的示意圖。
[0025] 圖2是顯示了包含誘導裂縫的井下巖層的測井的示意圖。
[0026] 圖3A和圖3B是從"平行"和"垂直"工具位置幾何結構的Z軸相對于裂縫的定向 得到的平面圖。
[0027] 圖4A-4F是在補償中子工具上的不同位置（近，遠，超遠）模擬的三個探測器的曲 線圖，顯示了作為裂縫寬度和支撐劑中的碳化硼（B 4C)濃度的函數的中子計數率敏感度。
[0028] 圖4G-4L類似于圖4A-4F，氧化釓（Gd203)代替B 4C作為支撐劑中的高俘獲截面材 料。
[0029] 圖5A和圖5B是使用在補償中子工具上的不同位置（近和遠）的兩個探測器評估 測量深度的曲線圖。圖5A是作為包含裂縫的巖層的模擬外半徑的函數的近和遠探測器計 數率的曲線圖。圖5B是響應于位于放置在井眼套管的徑向外部的不同裂縫體積元素中的 摻雜支撐劑而針對處于"平行"定向的補償中子工具模擬的近和遠探測器計數率的曲線圖。
[0030] 圖6A-6B顯示了沿使用14MeV脈沖中子發生器探測到的熱中子俘獲γ射線的衰 減曲線的模擬點。圖6A和圖6B針對與源處于三個間距的探測器顯示，在摻雜有碳化硼的 支撐劑被放置在裂縫中之前（圖6A)和之后（圖6B)的衰減曲線數據，以及兩個方程和圖 形表示中計算出的巖層和井眼衰減分量。圖6C顯示了使用井眼環帶而非巖層裂縫中的示 蹤支撐劑獲得的類似衰減曲線。在圖6A-6C中，上（最高計數率）衰減曲線和分量來自近 探測器，中間衰減數據來自遠探測器，而最低的計數率衰減數據來自超遠探測器。
[0031] 圖7A-7B是用于識別巖層和井眼區域中的支撐劑的示例性測井記錄。圖7A是使用 三個熱中子探測器（在工具的中子發生部分上方逐漸加大的距離處分別攜帶在工具上的 近、遠和超遠探測器）從補償中子工具獲得的測井記錄的實例。帶俘獲Y射線探測器或熱 中子探測器的脈沖中子俘獲工具將產生類似于圖7B的測井記錄。在正常測井狀況下，脈沖 中子俘獲工具具有至少兩個探測器，近探測器和遠探測器，并且每個探測器產生測井記錄。
[0032] 圖8為補償中子工具中的一個探測器中測量的熱中子計數率與沒有裂縫存在的 井下巖層的氫指數之間的函數關系的關系圖，采用了圖3A中所示的井眼流體和井眼狀況。 還示出了巖層中的1.0cm寬的誘導裂縫中有1% B4C示蹤支撐劑的情況下相同參數之間的 函數關系。
[0033] 圖9為補償中子工具中的兩個不同的間隔開的探測器中測量的熱中子計數率的 比率與沒有裂縫存在的井下巖層的氫指數之間的函數關系的關系圖，采用了圖3A中所示 的井眼流體和井眼狀況。還示出了巖層中的1.0cm寬的誘導裂縫中有1% B4C示蹤支撐劑 的情況下相同參數之間的函數關系。
[0034] 圖10為在支撐劑（CEP)中0%和1%的碳化硼（B4C)濃度下近熱中子計數率-近 熱中子計數率與遠熱中子計數率的比率的表格。該圖還繪出了隨B 4c濃度在該圖中顯示出 的巖層孔隙率（氫指數）的范圍內從0%增大到1%，計數率和比率值兩者的位移。
[0035] 圖11A和圖11B分別為來自實驗場地測試的測井實例的向下的連續區段，示出了 本文在下面描述為將定位誘導巖層裂縫中的結合高熱中子俘獲截面材料的支撐劑的一個 實施例的使用。
[0036] 圖12為針對兩種不同的巖層巖性（從含有支撐劑的觀點，關注的巖層區域中的第 一巖性和關注的區域外側的巖層標準化區域中的第二巖性），補償中子工具中的一個探測 器中測量的熱中子計數率與工具中的近/遠探測器計數率比率之間的函數關系的關系圖， 且圖解繪出了巖性造成的誤差問題，其可在使用探測器計數率和計數率比率來探測低壓巖 層中的示蹤支撐劑的位置中遇到。
[0037] 圖13為類似于圖12的計數率/計數率比率的函數關系圖，但用于示出基于使用 本發明的改善的支撐劑定位方法實施例中的計數率比率的變化的與巖性無關的修正技術。
[0038] 圖14為使用壓裂后數據或標準化的壓裂前數據的探測器計數率與計數率比率之 間的函數關系的關系圖，用于示出在改善的與巖性無關的支撐劑定位方法中使用的技術。

【具體實施方式】
[0039] 本文所述的方法未使用復雜和/或高分辨率Y射線光譜探測器。另外，不需要光 譜數據分析方法，并且勘測深度比采用井下中子激活的核技術深。不存在放射性支撐劑或 流體回流到地面的可能危險，設備在井位處也不會被污染。該操作的后勤保障也很簡單： (1)可先于所需的壓裂操作準備支撐劑而無需擔心與延遲相關的放射性衰減，（2)在支撐 劑運輸和存儲期間不存在暴露于支撐劑的輻射有關的擔心，（3)為一個壓裂作業準備的任 何過量的支撐劑可在任何后續的壓裂作業上使用，以及（4)所需的測井工具來源廣泛且一 般運行成本較低。而且，緩慢的測井速度不是問題，并且不需要先進的Y射線光譜反卷積 或其它復雜的數據處理（除了可能的記錄標準化）。
[0040] 此外，當使用中子或補償中子工具時該程序的成本比需要昂貴的示蹤材料、先進 的探測設備、高成本測井工具或先進的數據處理的方法低得多。
[0041] 本發明的實施例包括用于使用脈沖中子俘獲工具（"PNC")、補償中子工具或單探 測器中子工具確定地下巖層中的裂縫的位置和高度的方法。該方法包括：獲得壓裂前數據 集；使用漿料液力壓裂巖層，該漿料包括液體和支撐劑，其中全部或一部分這種支撐劑包括 熱中子吸收材料；獲得壓裂后數據集；比較壓裂前數據集和壓裂后數據集以確定支撐劑的 位置；以及將支撐劑的位置與井眼的深度測量值關聯以確定裂縫的位置和高度。
[0042] 壓裂前數據集和壓裂后數據集都是通過下者而獲得的：將包括連續或脈沖快中 子源以及一個或多個熱中子或Y射線探測器的中子發射工具橫向于地下巖層下降到井眼 中、將中子從中子源發射到井眼和巖層中、并且在井眼區域中探測由于源中子與井眼區域 和地下巖層中的元素的核反應而產生的熱中子或俘獲Y射線。對于本申請的目的，用語 "井眼區域"包括測井工具、井眼流體、井眼中的管和任何其它環形材料，如位于巖層與井眼 中的管之間的水泥。
[0043] 根據使用PNC工具的某些實施例，壓裂前數據集和壓裂后數據集被用來將巖層中 的支撐劑與井眼中的支撐劑進行區分。
[0044] 根據本發明的采用PNC工具的實施例，PNC測井工具產生包括測井計數率、計算出 的巖層熱中子俘獲截面、計算出的井眼熱中子俘獲截面以及與計算出的巖層和井眼衰減分 量計數率有關的參數的數據。
[0045] 根據本發明的采用補償中子工具的實施例，補償中子工具被用來確定巖層中的裂 縫的位置和高度以及巖層的孔隙率。從補償中子工具產生的壓裂前數據集和壓裂后數據集 包括計數率和計數率比率。
[0046] 本發明的一個實施例使用單探測器熱中子工具來確定裂縫的位置和高度。從單探 測器熱中子工具產生的壓裂前數據集和壓裂后數據集包括計數率。
[0047] 根據本發明的特定實施例，在比較壓裂前數據集和壓裂后數據集的步驟之前將壓 裂前數據集和壓裂后數據集進行標準化。標準化包括針對環境和/或工具差異調節壓裂前 數據和壓裂后數據，以比較數據集。
[0048] 根據本發明的特定實施例，壓裂漿料包括含有熱中子吸收材料的支撐劑。摻雜有 熱中子吸收材料的支撐劑具有超過在要壓裂的地下區域中正常遇到的元素的熱中子俘獲 截面。根據本發明的特定實施例，含有熱中子吸收材料的支撐劑具有至少約90個俘獲單 位、并且優選高達900個俘獲單位或更多的宏觀熱中子俘獲截面。優選而言，支撐劑材料為 粒狀陶瓷材料，基本上每一粒支撐劑材料都具有整體結合于其中的高俘獲截面熱中子吸收 材料。
[0049] 根據本發明的另一個實施例，熱中子吸收材料為硼、鎘、釓、銥或其混合物。
[0050] 合適的含硼高俘獲截面材料包括碳化硼、氮化硼、硼酸、高濃度硼玻璃、硼酸鋅、硼 砂或其組合。含有〇. 1% (重量）的碳化硼的支撐劑具有大約92個俘獲單位的宏觀俘獲截 面。含有0.025-0. 030% (重量）的氧化釓的合適的支撐劑具有與含有0.1% (重量）的 碳化硼的支撐劑相似的熱中子吸收特性。大部分下面闡述的實例使用碳化硼；但是，本領域 的普通技術人員應該認識到，可使用任何高俘獲截面熱中子吸收材料，例如氧化釓。
[0051] 根據本發明的特定實施例，所利用的支撐劑包括約0.025 %至約4.0 % (重量）的 熱中子吸收材料。根據本發明的特定實施例，支撐劑包括濃度為約0.1%至約4.0% (重 量）的硼化合物熱中子吸收材料。根據本發明的特定實施例，支撐劑包括濃度為約〇. 025% 至約1. 0% (重量）的釓化合物熱中子吸收材料。
[0052] 根據本發明的實施例，支撐劑可為陶瓷支撐劑、沙、涂有樹脂的沙、塑料珠、玻璃 珠和其它陶瓷或涂有樹脂的支撐劑。這些支撐劑可根據任何合適的過程制造，包括但不 限于連續噴霧霧化、噴霧流化、噴霧干燥或壓縮。美國專利No. 4, 068, 718、4, 427, 068、 4, 440, 866、5, 188, 175和7, 036, 591中公開了合適的支撐劑及制造方法，通過引用將其全 部公開內容并入本文中。
[0053] 根據本發明的特定實施例，在制造過程如連續噴霧霧化、噴霧流化、噴霧干燥或壓 縮期間對陶瓷支撐劑添加熱中子吸收材料。陶瓷支撐劑在諸如表觀比重的特性方面因初始 原材料和制造過程而異。如文中所用的用語"表觀比重"是粒子的每單位體積重量（克每 立方厘米），包括內部孔隙率。低密度支撐劑一般具有小于3. Og/cc的表觀比重且通常由高 嶺粘土和礬土制成。中密度支撐劑一般具有約3. 1至3. 4g/cc的表觀比重且通常由鋁質粘 土制成。高強度支撐劑一般由含礬土的鋁質粘土制成并具有高于3. 4g/cc的表觀比重。根 據本發明的特定實施例，可在這些支撐劑中的任意一種的制造過程中添加熱中子吸收材料 以形成適合使用的支撐劑。可采用在支撐劑顆粒中形成孔隙的方式制造陶瓷支撐劑。美國 專利No. 7, 036, 591中描述了制造合適的多孔陶瓷的過程，通過引用將其全部公開內容結 合于本文中。在此情況下，將熱中子吸收材料灌入支撐劑粒子的細孔內達到約0.025%至約 4.0% (重量）的濃度。
[0054] 根據本發明的特定實施例，將熱中子吸收材料結合在樹脂材料中，并用含有熱中 子吸收材料的樹脂材料涂覆陶瓷支撐劑或天然沙。用樹脂涂覆支撐劑和天然沙的過程對本 領域的普通技術人員來說是公知的。例如，授予Graham等人的美國專利No. 3, 929, 191中 描述了合適的溶劑涂覆過程，通過引用將其全部公開內容結合于本文中。例如授予Young 等人的美國專利No. 3, 492, 147 (通過引用將其全部公開內容結合于本文中）所描述的另一 合適的過程包括使用液態、未催化的樹脂合成物涂覆微粒基底，該樹脂合成物的特征在于 其從非水溶液提取催化劑或固化劑的能力。授予Graham等人的美國專利No. 4, 585, 064中 也描述了用于利用苯酚-甲醛酚醛樹脂的合適的熱熔涂覆程序，通過引用將其全部公開內 容結合于本文中。本領域的普通技術人員將熟悉用樹脂涂覆支撐劑和天然沙的其它合適的 方法。
[0055] 因此，本發明的方法可使用涂有或以其它方式含有熱中子吸收材料的陶瓷支撐劑 或天然沙實施。根據本發明的特定實施例，合適的熱中子吸收材料是碳化硼或氧化釓，其各 個在示蹤支撐劑或沙中在低濃度下均具有有效的熱中子吸收能力。此類熱中子吸收材料的 濃度一般在支撐劑的約0.025%至約4.0% (重量）的量級。對于諸如碳化硼的硼化合物 而言，該濃度為支撐劑的約〇. 1 %至約4. 0% (重量），而對于諸如氧化釓的釓化合物而言， 該濃度為支撐劑的約0.025%至約1.0% (重量）。這些濃度足夠低，使得示蹤支撐劑的其 它特性（例如壓碎強度）實質上不受添加高俘獲截面材料的影響。雖然在本發明的實施例 中可使用任何高俘獲截面熱中子吸收材料，但在本發明的采用脈沖中子工具的實施例中， 可使用碳化硼或其它含硼材料，因為由硼進行的熱中子俘獲不會導致測井工具中的探測器 中有大的Y輻射。同樣，在本發明的采用中子或補償中子工具的實施例中，可使用氧化釓 或其它含釓材料，因為與含硼材料相比需要更小量的含釓示蹤材料。為其它高熱中子俘獲 截面材料產生類似的熱中子吸收特性所需的重量百分比將是所用材料的密度和分子量的 函數，并基于材料成分的俘獲截面。
[0056] 制造的含有約0· 025%至約4. 0% (重量）的熱中子吸收材料的陶瓷支撐劑可有 成本效益地進行生產，并且當在壓裂作業之前和之后比較中子響應、補償中子響應或PNC 測井響應時可提供有用的裂縫識別信號。這些信號能夠指示并區分已開裂并被支撐的區間 和尚未開裂和被支撐的區間。
[0057] 如圖1所示，井位壓裂操作包括將水與凝膠混合以形成粘稠的壓裂流體。將含有 熱中子吸收材料的支撐劑添加到粘稠的壓裂流體而形成漿料，使用高壓泵將該將漿料向下 泵送到井內。使高壓漿料進入巖層中誘導生成的裂縫中，并且還可能進入鄰近裂縫的井眼 區域。以液體（壓裂漿料）形式將支撐劑粒子泵送到井下并進入誘導裂縫，并且還可能進 入裂縫已穿透到周圍的巖層中的區間附近的井眼區域中。
[0058] 圖2示出處于井位處的測井卡車，其中中子、補償中子或PNC測井工具處于誘導裂 縫的深度。來自測井卡車（或臺架）的功率被傳輸到測井工具，該測井工具在工具經過要 壓裂的區間上方和/或下方的壓裂區間和巖層時記錄并傳輸測井數據。
[0059] 根據本發明的一些實施例，使用具有熱中子吸收材料的支撐劑以及來自中子（包 括補償中子）或脈沖中子俘獲（PNC)測井工具的測量值的誘導液力裂縫識別過程包括：
[0060] 1.通過從包括熱中子吸收材料的初始材料制造支撐劑，通過將熱中子吸收材料涂 覆到支撐劑上或通過將熱中子吸收材料灌入或以別的方式結合到支撐劑中而制備摻雜有 熱中子吸收材料的支撐劑。
[0061] 2.運行并記錄或以別的方式獲得壓裂前（也稱為壓裂前的）熱中子或補償中子測 井（包括單個或多個探測工具），或跨過要壓裂的潛在區間的PNC測井，以獲得壓裂前數據 集，優選還包括潛在壓裂區間之外的深度區間。
[0062] 3.在井內進行液力壓裂操作，將具有熱中子吸收材料的支撐劑結合在被泵送到井 下的壓裂漿料中。
[0063] 4.運行并記錄跨過包括一個或多個裂縫區間的潛在壓裂區間的壓裂后（也稱為 壓裂后的）中子測井、補償中子測井或PNC測井（利用與壓裂前測井中使用的相同測井類 型）以獲得壓裂后數據集，并優選還包括預期進行壓裂的區間之外的巖層。可使用在套管 或管道內置中或偏心的工具運行測井。優選在相同的偏心狀況下運行壓裂前和壓裂后測 井。
[0064] 5.比較來自壓裂前測井和壓裂后測井（在任何測井記錄標準化之后）的壓裂前數 據集和壓裂后數據集，以確定支撐劑的位置。如果在存在不同的井眼流體的情況下下運行 壓裂前測井和壓裂后測井，或如果使用不同的工具或源，則標準化是必要的。如果在該井的 壽命歷史中較早的時間使用鋼索、存儲層和/或隨鉆測井（LWD)傳感器記錄了壓裂前測井， 則尤其應如此。標準化程序將來自優選在壓裂前測井和壓裂后測井中可能壓裂的區間之外 的區間的測井數據進行比較。由于這些區間在測井之間未發生變化，所以將增益和/或偏 移應用于測井以在這些標準化區間中使壓裂前測井和壓裂后測井之間達到一致。然后在整 個測井區間上將相同的增益/偏移應用于測井。數據差異表示裂縫和/或鄰近裂縫的井眼 區域中存在支撐劑。
[0065] 在中子和補償中子工具的第一方法中，觀察到的計數率在壓裂后測井中相對于壓 裂前測井中降低表示存在含有強熱中子吸收材料的支撐劑。
[0066] 對于PNC工具而言，在壓裂后測井中相對于壓裂前測井而在中子轟擊之間的選定 的時間段中計算出的巖層和/或井眼俘獲截面的增加以及計算出的井眼和/或巖層分量計 數率的減小（特別是如果使用硼作為高俘獲截面材料）表示存在含有熱中子吸收材料的支 撐劑。
[0067] 6.通過將來自步驟（5)的數據之差與井眼的深度測量值關聯而探測裂縫的位置 和高度。這些差可使用測井記錄來測量，如圖7A-7B中的示例性測井記錄所示。
[0068] 本發明的更多實施例包括文中所述的方法的變化，例如但不局限于將多個壓裂前 測井結合到任何壓裂前與壓裂后的比較中，或使用壓裂前測井的模擬測井（例如使用神經 網絡從井上的其它裸井或加套管的孔的測井產生模擬中子、補償中子或PNC測井響應而獲 得這些模擬測井），或作為使用連續測井收集的數據的替代或補充，使用多個靜態的測井測 量。
[0069] 在本發明另外的實施例中，獲得并利用第一和第二壓裂后數據集，以通過比較壓 裂后數據集而確定在從地下巖層產生一定量井流體之前壓裂區間中的支撐劑數量與在這 種產生之后壓裂區間中支撐劑數量之差（如果存在的話）。所確定的支撐劑數量差用于確 定地下巖層的一個或多個與生產和/或壓裂有關的特征，例如：(a) -個或更多壓裂區間未 像最初那樣得到良好支撐，（b)來自一個或多個壓裂區間的產量大于來自其它區間的產量， 以及（c) 一個或多個壓裂區間未進行生產。該壓裂后程序可使用補償中子測井工具或脈沖 中子俘獲測井工具來執行，可使用其它井位信息或其它常規測井工具如生產測井工具所提 供的信息來擴展。
[0070] 特別良好地適于當巖層的氫指數在壓裂前和壓裂后測井之間變化時的情形的用 于定位示蹤支撐劑的第二方法使用來自壓裂后測井的近/遠（N/F)比率和探測器計數率。 該方法（其主要在使用補償中子工具時使用，但其還可與脈沖中子工具一起使用）使用由 N/F比率確定的探測器計數率相比于在近或遠探測器中實際上觀察到計數率在井中的各個 深度的比較。兩個探測器中的計數率和N/F比率與不包含示蹤支撐劑的區間中的巖層氫含 量單調相關。因此，對于給定巖層巖性和/或給定一組的井眼狀況（例如，套管尺寸、套管重 量、套管在井眼內居中、井眼尺寸和偏心率、水泥類型和厚度），有可能形成在不含支撐劑的 區間中的在觀察到近探測器計數率與N/F比率之間的直接的函數關系（且對應的關系可在 觀察到遠探測器計數率與N/F比率之間形成）。該關系可基于計數率-比率的交叉關系圖 或使用本領域中公知的其它數學技術由回歸形成。然后，該關系可用于根據在具有與用于 形成計數率-比率的關系的區間相同或類似的井眼狀況的井的整個測井區間觀察到的N/F 比率來預測探測器計數率。該整個測井區間可包括其中可存在示蹤支撐劑的子區間。從比 率預測的計數率受井眼上部和下部的巖層中的氫指數中的差異影響，但不受支撐劑中的高 俘獲截面材料影響，因為比率自身不由支撐劑的存在影響（見圖8和圖9)。在各個探測器 中觀察到的實際測量的計數率將類似地受巖層的氫指數的差異影響，但也將受示蹤支撐劑 的存在影響（如前文所述，觀察/測量的計數率將在含有支撐劑的區間中下降）。經由交叉 關系圖或測井記錄重疊，通過比較N/F比率導出的計數率與實際觀察到的計數率，可識別 到包含示蹤支撐劑的區間。使用N/F比率來預測計數率和/或氫指數的方法2的實施例的 一個較好的特征在于可在不使用壓裂前測井來完成基本過程。
[0071] 由于N/F比率相比于探測器計數率對井眼狀況的變化不太敏感，故在具有與存在 于期望確定示蹤支撐劑是否存在的井的區間中相同的井眼狀況和井眼流體的井的區間中， 期望如以上段落中所述那樣形成探測器計數率與比率之間的關系。如果多個井眼狀況或井 眼流體存在于井眼上部和下部的不同區間（如，在井眼中的具有氣體的一個區間，而在井 眼中的具有液體的較深的區間）中，可能期望使井"分區〃，使得單獨地處理具有不同井眼 流體的井的各個區間。在壓裂后測井上定位井中的井眼流體的變化（對于分區目的）可通 過比率-計數率的交叉關系圖或通過使壓裂后的測井上的計數率與任何裸井或壓裂前的 中子測井（如果可用）上的對應的計數率相比較來完成。在井眼流體不變的井的區間內， 可能仍期望使用裸井測井（例如，井徑測井或密度測井△ P曲線）或水泥膠結測井，以確 保形成計數率與比率之間的關系的子區間具有與期望知道示蹤支撐劑是否存在的井的子 區間類似的井孔狀況（例如，孔尺寸、外殼性質、水泥狀況）和巖性。
[0072] 使用交叉關系圖和回歸確定計數率與N/F比率之間的關系對于在計算其比率和 構造這些交叉關系圖之前的近和遠的計數率的深度對準和實質匹配過濾很敏感。實質匹配 的過濾器設計成使得近計數率和遠計數率兩者響應于相同的巖層堅向范圍，且通常涉及過 濾近計數率多于遠計數率。這些交叉關系圖還對于隨深度變化的井狀況敏感，因為具有不 同井眼狀況和井眼流體含量（油、海水、氣體）的區間將改變該交叉關系圖。在仔細研究完 整的測井區間上的近、遠和比率記錄以及分析套管和鉆井記錄和其它井信息之后，對于整 個深度區間的一定數目的子區間或區域形成比率-觀察到的近或遠計數率的交叉關系圖 (和可能的觀察到的近計數率-遠計數率的交叉關系圖）。必須小心使得不包括實際的關注 開裂區間。當區域內的圖點沿其散布僅反映統計精度（可重復性）的平滑曲線落入時，根據 這些關系圖，各個單獨的區域是清楚的。井中的多個區域可通過交叉關系圖上的多個不同 的平滑曲線識別出。將這些交叉關系圖細分成越來越細的區域的過程在近和遠計數率-比 率的所有交叉關系圖僅涉及平滑曲線時終止。一旦識別到測井區間中所有不同的區域，則 計算各個區域中的觀察到的計數率與N/F比率之間的關系（小心排除存在穿孔和示蹤支撐 劑的子區間），且該關系用于從具有相同區域性質的井中的所有區間中的比率預測計數率， 包括期望知道示蹤支撐劑是否存在的任何區間。
[0073] 在選定形成探測器計數率與N/F比率之間的關系的井的區間中可能需要考慮的 另一個因素為巖層巖性（例如，沙-石灰石-白云石）。該關系可在不同的巖石類型的巖層 中略微不同；因此，可能期望選定形成計數率-比率關系的子區間，使其具有與期望知道支 撐劑是否存在的區間相同的巖性。可從場地信息、從由裸井測井獲得的數據、從井上的其它 加套管的孔的測井、從先前的井數據的各種組合確定巖性。在選定形成探測器計數率與N/ F比率之間的關系的井的區間中可能需要考慮的又一個因素為巖層氣體飽和度。由于公知 的挖掘效應，故中子測井對含氣體的巖層與低孔隙率巖層的響應存在略微不同。因此，在可 能的程度上，可能期望選定形成計數率-比率關系的子區間，使其具有與期望知道支撐劑 是否存在的區間相同的氣體飽和度的巖層。氣體飽和度信息可從場地信息、從由組合選定 的裸井測井獲得的信息、從井上的其它加套管的孔的測井，或通過使用之前的井數據的各 種組合來確定。
[0074] 盡管其有利地消除了氫指數敏感性且能夠僅使用壓裂后測井來執行，但發現使用 從N/F比率形成的計算的計數率的該第二支撐劑探測方法也具有與不同巖層區域中的井 眼狀況和/或巖層巖性（即，巖石結構的性質，如石灰石 -砂巖）的變化有關的局限性。例 如，如果巖性在相對于關注區域形成計數率-N/F關系的區域之間不同，則巖性變化可引起 使用壓裂后測井確定的預測計數率有誤差，因為N/F對計數率的關系不但是巖層氫指數的 函數，而且是巖層巖性和井眼狀況的函數。在以下段落中，論述了與巖性無關且與井眼狀況 無關的氫指數修正。應當指出的是，類似的變量施加于與定位與形成計數率-N/F關系的區 域不同的井眼狀況的區域中的示蹤支撐劑有關的修正。如本文使用的用語"與巖性無關" 和〃與井眼狀況無關〃意指已經除去了這些效應中的大多數但不一定是所有。
[0075] 最大限度地減小巖性引發的誤差的一種方式可為選定其中形成N/F對計數率的 關系的區間，使其具有與關注區域中的存在的相同的巖性。但是，這需要了解巖性，且如果 不能發現形成該關系的巖性具有與關注區域相同的巖性，則這甚至不可能。此外，在計算的 壓裂后測井記錄-觀察到的壓裂后測井記錄的測井記錄比較重疊將看起來在巖性不同的 區域中是異常的。在井眼狀況不同的區域中將觀察到類似的異常行為。
[0076] 為可提供期望的與巖性無關的氫指數修正，形成現在將描述的示蹤支撐劑的第三 探測方法。該第三方法優選使用補償中子測井工具執行，但其可作為備選使用脈沖中子俘 獲類型的測井工具執行，第三方法結合了上文所述的第一方法和第二方法兩者的特征。具 體而言，類似第一方法（僅使用壓裂前-壓裂后計數率比較的方法），需要壓裂前和壓裂后 測井兩者。且類似第二方法，N/F比率用于解讀過程（第二方法使用從N/F比率計算的計 數率與觀察到的計數率的比較）。第二方法的與巖性相關的問題在圖12中圖解繪出，其中 N/F-計數率的關系對于兩種不同的巖層巖性示出，標為巖性#1 (代表潛在的開裂的區域的 巖性）和巖性#2 (代表已知不包含穿孔或裂縫的標準化區域的巖性）。
[0077] 如可見的那樣，對于觀察到的近探測器計數率/遠探測器計數率比率N/匕，在使 用第二方法時可在壓裂后測井上觀察到的是，不同的計算的計數率CRi和CR 2將對于巖性 #1-巖性#2相應地指出。盡管圖12中的兩種巖性之間的差異為了示出清楚而擴大，但很清 楚的是，如果在形成N/F-計數率的關系的井中的區域與關注區域巖性不同，則關注區域中 的第二方法的計算的計數率可為有誤差的。這將引起計算的壓裂后計數率的與觀察到的壓 裂后計數率之間的差異不但受示蹤支撐劑影響，而且也受不同的巖性影響。
[0078] 圖13示出了如圖12中所示的相同的兩種巖性-N/F的關系。但是，在圖13中示出 了兩次測井之間（如，壓裂前和壓裂后測井之間）的計數率比率N/F的變化對產生計數率 的變化的作用。應注意的是，對于N/F中的給定變化（即，Λ N/F)，與Λ N/F相關的計數率 的變化ACR或多或少與存在的巖性無關，因為兩條曲線的總體形狀相似。具體而言，使用 壓裂前和壓裂后的測井過程之間的給定的ΛΝ/F，巖性#1曲線上的凸起ΛΝ/F產生ACR U， 其大致等于由巖性#2曲線上的凸起Λ N/F引起的Λ Ct。
[0079] 因此，在使用Λ N/F和與Λ N/F相關的計數率的變化中，形成N/F-計數率的關系 (用于計算ACR)的區域的巖性與關注區域中的巖性相同不是關鍵的。在井中的關注開裂 區間中，如果進行壓裂前測井與壓裂后測井之間的N/F的差異的比較，則該差異△ N/F = N/ F (壓裂前）-N/F (壓裂后）將歸因于兩個測井之間的巖層氫指數的變化，且將大致對存在或 不存在示蹤支撐劑不敏感。△ N/F與示蹤支撐劑無關，因為其源自兩次N/F測量，各次均與 示蹤支撐劑無關。出于上文所述原因，ΛΝ/F也或多或少與關注區域中的巖性無關。由于 ACRU大致等于井的各個深度處的ACI^2,故ACRU? ACI^2= ACR代表壓裂前和壓裂后 測井之間的計數率的變化，其與測井之間的氫指數的變化有關。該△〇?可與壓裂前（或壓 裂后）的計數率記錄數據組合，使得所得的壓裂前和壓裂后測井記錄在比較時必須準確地 除去與氫指數的變化有關的任何差異，而不管巖層巖性如何。測井之間的其余差異（壓裂 后測井上的低計數率）指出存在示蹤支撐劑。使用ΛΝ/F來定位示蹤支撐劑的上述方法稱 為方法二。
[0080] 根據該熱中子測井方法的某些實施例，將快中子從中子源發射到井眼和巖層中， 并通過與巖層和井眼區域核的彈性和非彈性碰撞將其快速熱化為熱中子。與巖層和井眼區 域中的氫的彈性碰撞是主要的熱化機制。熱中子在井眼區域和巖層中擴散，并最終被存在 的核之一吸收。一般而言，這些吸收反應導致俘獲Υ射線幾乎同時發射；但是，通過硼吸收 是一個明顯的例外。測井工具中的探測器或直接探測散開回到工具中（大部分中子和補償 中子工具中，還有某些形式的PNC工具中）的熱中子，或通過探測從熱中子吸收反應產生的 Y射線（在一些形式的中子和補償中子工具中，以及大部分商業形式的PNC工具中）可行 間接探測。大部分補償中子和PNC工具構造有中子源和設置在中子源上方的雙探測器，這 些探測器在文中稱為"近"探測器和"遠"探測器。根據本發明的實施例，可使用包括一個或 多個探測器的補償中子和脈沖中子俘獲工具。例如，合適的補償中子和PNC工具結合中子 源和設置在中子源上方的三個探測器，這些探測器在文中稱為近、遠和"超遠"或"特遠"探 測器，使得近探測器最靠近中子源而超遠探測器距離中子源最遠。也可能將一個或更多個 中子探測器定位在中子源下方。
[0081] 補償中子工具還計算近-遠探測器計數率的比率。可從這些計數率和近-遠探測 器計數率比率確定巖層的孔隙率（氫指數）。
[0082] 脈沖中子俘獲工具測井系統測量巖層和井眼區域中熱中子或俘獲Y射線密度的 衰減率（作為中子脈沖的時間區間的函數）。從該衰減率曲線，可求解并確定巖層的俘獲截 面Σ fm(sigma-fm)和井眼的俘獲截面Σ bh(sigma-bh),以及巖層和井眼衰減分量。巖層和 /或井眼區域中的材料的總俘獲截面越高，材料俘獲熱中子的可能性就越大。因此，在具有 高的總俘獲截面的巖層中，熱中子比在具有低俘獲截面的巖層中更快地消失。這在觀察到 的計數率與時間的關系圖中顯示為更陡峭的斜坡。
[0083] PNC井眼和巖層壓裂前參數和壓裂后參數之差可被用來對巖層中的支撐劑與井眼 中的支撐劑進行區分，如示例性的圖7B中所示。
[0084] 用來產生圖4A至圖5B和表1-4的數據是使用采用熱中子探測器如He3探測器的 中子或補償中子工具模擬的。應該理解的是，還可使用Y射線感測探測器或感測中子和Y 射線兩者的探測器對這些工具進行相應的處理。用來產生圖6A至圖6C的PNC數據是使用 采用Y射線探測器的工具模擬的。俘獲Y射線探測器測量在熱中子被井眼和巖層中的熱 中子"云"附近的元素俘獲之后發射的Y射線。但是，通過硼俘獲熱中子不會導致發射Y 射線。因此，如果存在摻雜有硼的支撐劑，則在采用Y射線探測器的補償中子或PNC工具 中觀察到的計數率降低與具有熱中子探測器的工具相比將增強。這不僅是因為會觀察到由 于增加的中子吸收而導致的Y射線計數率降低，而且Y射線計數率由于僅非硼中子俘獲 將導致可探測到的Y射線事件的事實而額外減小。
[0085] 以下實例是為進一步說明本發明的各個方面而提出的，且并非旨在限制本發明的 范圍。除圖7A-7B所示的示例性測井記錄外，下面闡述的這些實例是使用蒙特卡洛N粒子傳 輸代碼（Monte Carlo N-ParticleTransport Code)第 5 版產生的（下稱"MCNP5"）。MCNP5 是Los Alamos National Laboratory開發的軟件包，并且在美國范圍內可從Radiation Safefy Information Computation Center (http://www_rsicc. oml. gov)買至丨J〇 MCNP5 軟 件可處理幾何細節并適應所有模擬構件的化學成分和尺寸的變化，包括井眼流體鹽度、裂 縫中的支撐劑中的熱中子吸收材料的濃度以及裂縫的寬度。下面闡述的MCNP5數據集導致 計算出的計數率中大約〇. 5-1. 0%的統計學標準偏差。
[0086] 在大部分以下實例中，支撐劑摻雜有碳化硼；但是，可使用其它合適的熱中子吸收 材料，例如氧化釓。優選而言，支撐劑是粒狀陶瓷材料，摻雜劑整體結合在其幾乎每一個粒 子中。
[0087] 為了以下實例的目的，圖3A和圖3B提出沿MCNP5模擬中使用的幾何結構的Z軸 的視圖。在所有情況下，8英寸直徑井眼使用5. 5英寸0. D. 241b/ft鋼套管加套管并且不 具備管道，并被1英寸寬水泥環帶包圍。1. 6875英寸直徑工具在圖3A中被示為處于平行 ("para"）位置而在圖3B中被示為處于垂直（"perp"）位置。在"平行"位置，將偏離中 心的測井工具與裂縫對齊，而在"垂直"位置，將其繞井眼定位為距裂縫90°。
[0088] 在圖3A和圖3B中，將水泥環帶之外的巖層區域模擬為具有10俘獲單位（cu)的 基質俘獲截面的砂巖。為具有數個孔隙率的浸水巖層收集數據。這兩個圖顯示了在大部 分MCNP5運行過程中使用的巖層和井眼區域的理想模擬。雙翼堅向裂縫沿徑向延伸遠離井 眼套管，并且裂縫通道中的壓裂漿料代替該通道中的水泥以及水泥環帶之外的通道中的巖 層。在各種模擬運行中裂縫通道的寬度在0.1cm與1.0cm之間變化。在一個方案中，整個 水泥環帶由摻雜有碳化硼的支撐劑代替。MCNP5模型不提供形式為連續測井記錄的輸出數 據，而是提供容許在給定的巖層中以及在井眼中的固定位置對壓裂前和壓裂后測井響應進 行比較的數據。
[0089] 示例 1
[0090] 中子/補償中子工具
[0091] MCNP5軟件模擬帶連續中子源和一個或多個熱中子探測器的補償中子測井工具， 并且為圖3A或圖3B所示的幾何結構記錄得到的計數率和計數率比率。然后將這些觀察 到的參數與在壓裂井之前完成的MCNP5運行中記錄的相應值進行比較。圖4A-4F中針對 各種裂縫寬度和碳化硼濃度觀察到的計數率在壓裂后數據中相對于壓裂前數據中的降低 表明存在摻雜有碳化硼的支撐劑，并因此存在誘導裂縫。一般而言，由于針對存在的含給定 濃度的硼的支撐劑在每個探測器中觀察到計數率相似的降低百分比，所以計數率比率的部 分變化將比在單獨的探測器計數率比率本身中觀察到的變化小得多。在圖4G-4L中，在與 圖4A-4F相同的巖層和裂縫寬度狀況下使用代替碳化硼的氧化釓作為支撐劑中的高俘獲 截面材料進行模擬，與在存在碳化硼的情況下觀察到的相比，觀察到壓裂后數據中的計數 率相對于壓裂前數據中的計數率很相似地降低。從圖4A-4L顯而易見的是，碳化硼和氧化 釓類似地作用以減小探測到的計數率，但是與支撐劑中的碳化硼相比僅需重量百分比為約 25-30 %的氧化釓以產生相似的計數率降低。
[0092] 對巖層材料和伴隨的裂縫進行模擬而使其從井眼中心伸出100cm的半徑，并從源 下方40cm處堅向延伸到源上方100cm處。測井工具包含與镅鈹（AmBe)中子源間隔開的三 個He 3熱中子探測器。如表1所示，將巖層孔隙率模擬為28. 3%、14. 15%、7. 1 %和3. 5%。
[0093] 表 1
[0094] 補償中子工具數據，其顯示了在不同探測器間距的中子工具計數率對支撐劑中存 在1 %碳化硼相對于不存在裂縫的敏感度（加套管和涂有水泥的井眼） -i#I*-- I Kit IΙ?Ι--? |---- ff.-?,, , 射器計數支器計數1fC _計雜的支撐荊 !*+(%> ，或 廉 mm 率 的 數率 的變化％ __pen? J 4 [ · 變化％ _r 變化％ 紙十 /0 28-3 Para 0%Γ 8390 ~ 0% ^ 772 0% 62.2. 0% 28.3 Para ^1% | 7563~~ -9J% 678 -12,2% 54.1 ->3.0% 28.3 Peip ~0%' [ 8258 ~ 0% 760 0% 60.7__0%
[0095] 28.3 Pcrp 1% I 7974 -3.4% 727 -4.3% 58.4 -3.8% Η.15 Para 1-0% ^1632 0% IS II 0% 159.2 0% 1415 Para ? 1% ^044?^' -10.2% 13〇0~ 44.0% ?34.Τ" -15.8% 7J ^Para 0%^ 14946 - ^0%^~2638 0% 346.1__0% 7,1__Para ~ I 1% 13491 -9.7% 2256 -14-5% 286 -Π.4% __ 上5- Para' 0%17792 0% 3970 0% 614.8___0% - 3.5 ________Para | l%~ I 16441 -7.6% 3418 ~-Ι3.9% 513 -16.6%
[0096] 表1顯示了針對三個不同的源-探測器間距在典型的井下巖層幾何結構中模擬的 熱中子計數率。表1所示的相對于未摻雜支撐劑的變化百分比是從當裂縫中存在摻雜碳化 硼的支撐劑時的計數率（C1%)相對于不存在B4C的計數率（C0%)的計數率降低百分比并 且按照（Cl% -CO% )/C0%進行計算。該模擬數據假設使用直徑為1. 6875英寸的通管中子 工具，以及圖3A和圖3B中所述的巖層和井眼幾何結構。被壓裂的巖層具有備選壓裂區域 常見的低俘獲截面。井眼套管和水泥狀況也是典型的（充滿無鹽流體的5. 5英寸套管，以 及包圍套管的1英寸厚水泥環帶）。裂縫的寬度為1. 〇cm。裂縫中的陶瓷支撐劑被模擬為 CARBO ECONOPROP?,其為表觀比重為2. 7的低密度支撐劑且其可從CARBO Ceramics Inc.買到，具有1.0% (w/w)碳化硼，但其它方面是典型的。假設巖層孔隙率為28.3%、 14. 15%、7. 1%和3. 5%。在28. 3%孔隙率巖層的情形中，壓裂流體加上支撐劑的氫指數與 不存在裂縫的巖層相同。結果，可直接看出摻雜有碳化硼的支撐劑對計數率的影響，對壓裂 漿料的氫指數的變化沒有任何影響。假設摻雜有碳化硼的支撐劑僅位于裂縫本身中。當偏 離中心的工具與裂縫平面對齊（圖3A中的"平行"幾何結構）時計算出的計數率的降低將 在一定程度上隨源探測器間距變化，但在所有情況下都是明顯的（相對于當不存在裂縫時 情形減小大約10-13% )。對于排出更多井眼流體的更大直徑的工具，該信號甚至將更大。 如果代替碳化硼而使用氧化釓作為高俘獲截面材料，則將獲得相似的結果。
[0097] 表1中另外的數據示出更低（14. 15%、7. 1%和3.5% )孔隙率巖層（即，具有較 低氫含量（氫指數）的巖層）的相似的壓裂效果。在當模擬更低孔隙率巖層而非28. 3%孔 隙率巖層時相應的比較中，大體觀察到了相對于28. 3%孔隙率巖層稍微更強的信號。更低 的孔隙率巖層中增加的信號是由于壓裂流體中比低孔隙率巖層中更高的氫濃度所產生的 額外的中子衰減作用。如果將巖層模擬為含有氣體以及（或代替）水（或油），則這些信號 將甚至更加明顯。
[0098] 表1中還可見當工具圍繞井眼移位90° (圖3B中的"垂直"幾何結構）時觀察到的 計數率有更小但仍很大的減小量，在此情況下工具與裂縫之間的距離最大化。如果使用更 大直徑的工具，或如果一些支撐劑分布在井眼區域內及裂縫中，則這種由于工具與裂縫未 對齊產生的信號減弱將被最小化。表1中的計數率導致計算出的計數率有大約0. 5-1. 0% 的統計學標準偏差。此圖中可觀察到這種統計學可重復性，因為在28. 3%孔隙率巖層中，不 存在碳化硼的"平行"和"垂直"運行是有效重復的運行。
[0099] 還使用與表1中相同的28. 3%孔隙率巖層、井眼和工具參數收集數據，但裂縫寬 度發生變化且支撐劑中的碳化硼濃度不同，如圖4A至圖4F所示。隨著支撐劑中的碳化硼濃 度增加，計數率下降量（信號）增強。該數據還表示即使對于薄至〇. 1至〇. 2cm的裂縫，當 支撐劑中的碳化硼濃度接近1. 〇%時也觀察到明顯的信號。該數據還表示在不同源-探測 器間距下的信號并未截然不同，這意味著具有所得到的更高的計數率（以及因此更小的統 計誤差）的短間距探測器將是可用的。還通過寬于?〇.5cm的裂縫的很相似的響應表明支 撐劑中高于1.0%的碳化硼濃度的用途將只是有限的。但是，如果預期特定類型的巖層中的 裂縫寬度將趨于變得很窄，則支撐劑中的碳化硼濃度可增加到約1. 〇%至約4. 0%的范圍。 在存在圖4A-4F所示碳化硼濃度、甚至低至約0. 1 %碳化硼的含硼支撐劑的情況下，存在可 測的計數率減小量。圖4G-4L示出與圖4A-4F相同的巖層、井眼和裂縫狀況，但是使用氧化 釓代替碳化硼作為高截面材料。如可以看出的那樣，與碳化硼相比僅需25-30%那么多的氧 化釓來產生相似的計數率降低量。
[0100] 參照圖5A和圖5B，收集數據以確定測量的勘測深度，換句話說，在1. 0cm寬的裂縫 中探測到的摻雜有1. 0%碳化硼的支撐劑能夠從套管回到巖層內多遠。在圖5A中，針對從 井眼向外逐漸延伸到巖層中更深深度的裂縫模擬數據。從套管向外約l〇cm，S卩，經過水泥環 帶向外7. 5cm，觀察到計數率的良好裂縫敏感度。隨著從套管進一步逐漸模擬該體積元素， 圖5B從壓裂材料的小增量體積積分貢獻值。從這兩個圖中的數據，可以看出探測到的計數 率對與套管之間的徑向距離大于l〇cm的任何支撐劑的敏感度大幅減小。
[0101] 由于井眼區域中的壓裂材料通常還表示鄰近井眼的該區間的被支撐裂縫，所以模 擬套管之外的被支撐壓裂漿料（代替水泥的支撐劑漿料）的井眼中的環帶。表2A中示出單 獨針對環帶中的1. 0%碳化硼支撐劑的結果，以及針對環帶和28. 3%孔隙率巖層中1. 0cm 寬裂縫兩者中的支撐劑的結果。表2A還表明相對于測井工具處于"垂直"定向而非"平 行"定向的裂縫的效果。表2B示出針對僅環帶中的Gd 203支撐劑以及環帶和0. 4cm寬裂縫 兩者中的支撐劑的相似數據。針對環帶中的支撐劑示出了若干不同的Gd203濃度（0.0%、 0.054%、0.27%和0.45%)。0·0%的數據代表標準（未摻雜的）陶瓷支撐劑。0.27%的 數據代表效果與表2A中摻雜1% B4C的支撐劑大致等同的Gd203濃度。表2B中的0. 054% 的數據示出含有減小的濃度的Gd203支撐劑的環帶（模擬由含有0. 27% Gd203的支撐劑代 替環帶中20%的非示蹤支撐劑）。0. 45% Gd203的數據表明進一步增加支撐劑中Gd203濃度 的效果。
[0102] 表 2A
[0103] 中子計數率對井眼環形（水泥）區域以及壓裂巖層中含硼支撐劑的敏感度 - 帶裝縫的巖層和/或含有I %B4C支撐則的》號 Γ..............................Π ........._______摻I 相對于未摻 巖層 丨壞形區域| 裂縫 近?數#的支撐*·)數丨雜的1撐《超《^斧數雜的支撐《 s_ - 的變化％ 年 丨的變化％ 早 的窆化％ I Ccm 絲縫 if.未支 St未 8W4.5 0 845-05 0 ? 68.507 0 -Ρ謂定向摻雜 糝雜 ! .*H%Sc 支 -- 未麵-謂·__-344%44J6Tn^^ ..-^: ... ...H%B4C . ..支 %j 6135.6 -麵謂-35·2% 側 屬
[0104] FM.3%' ! 丨,〇c^ 寬裂支 支 未 _.5 〇 845J5 0 68.507 0 縫 摻雜 摻雜 -perp 定向 | [ | .............................?--......i--------------------...........-\-----......-----------J _" I ->-w I 6172·5 -3L3% 554251 -34·4% 44·89_- 34.5% 1 ? 4f^c miT% 6,54·5 - 3L5% S49·421 -3lo% 44jw -34.7% 0:2 u I.Oo^tfi 純減 H*1 8398,7 772.1 62.16 -para定向
[0105] 如表2A所示，計數率降低量（信號）現在由于該環帶中的1%B4C支撐劑而比環 帶中的未摻雜支撐劑大得多（計數率減小大約30-35%)。但是，當環形區域中存在1 % B4C 摻雜的支撐劑時，裂縫本身中額外的支撐劑的效果實質上被掩蓋。這一點可從表2A數據看 出，因為對于環帶中的摻雜支撐劑，不論裂縫中是否存在摻雜支撐劑，觀察到的計數率中僅 存在很小的差異。不論裂縫相對于測井工具的定向（"平行"或"垂直"）如何都是如此。 從表2A還能看出，由于模擬的支撐劑漿料比水泥更低的氫指數，環帶中的未摻雜支撐劑導 致比環帶中的純水泥高一些（?5% )的計數率。在任何情況下，由于井眼區域中的支撐劑 通常還表示鄰近井眼區間存在巖層裂縫，所以裂縫信號可容易地觀察到，并且可大于僅裂 縫中的支撐劑產生的信號。當然，不太可能用支撐劑填滿整個井眼環帶，而是在環帶中有僅 0. 2% B4C的情況下模擬的數據，代表環帶的20%支撐劑填充，類似地表明觀察到的計數率 中的明顯降低（參見下表2B中示出的相似20%支撐劑填充數據）。
[0106] 表 2B
[0107] 中子計數率對井眼環形（水泥）區域以及壓裂巖層中Gd203支撐劑的敏感度。 I ^ ^ ^ f·裂縫的巖層和/或含有Gils〇3支撐《的 ..........................""""「 ] ----Π77二T相對于未￥--1 I相對于夫摻|招二乂 1 i--A#^ 巖層 《?R域 裂縫 數雜的支撐射 雜的支撐《丨^+ 雜的1撐#1 __________ ψ 的窆化％ ^ 的變化％ Μ. 的定化％ --* 支f#i-4 I 未 一〇 - *45.05 0 68.507 0 j 0-28,3? 修水 細 _____ _____- ? 支撐射 |禮#| 4 ;,! 說 27% VL 6732.1 -25,10% 599,39 -29,10% 47.591 -30,50% Gd辦丨摻取_______________
[0108] - 支撐制 [ ? -I~~~~ 40,054% ,,： 7434.9 -17.20% 674-7 -20-20% | 54.656 -20.20% --.GdA-參·，-_______________..... i _ 支撐》i 支撐則 i '* +(U7% +0.27% 6TOS.6 -2530% S91.03 -3ft 1賴> ? 47.889 -30.10% Gd.0, CdM _____ _ ~' !~--Γ?支撐 #〗 I - ! ' i *0^054% 4-0 27% 7244.7 ^19.40% 653.36 -22JO% 53J82 -22,40% _j GdjO, 0__________I ： 支撐* Jl撐ft! ~ " +0.45% : +0.45% 6555.5 -27Λ0% 579,8 -31.40% i 46-842 -31.60? i -.GdjO, i GdA 1 _________|___[-___[_-__
[0109] 表2B，在支撐劑中以0. 27%氧化釓代替1%碳化硼，表明通過Gd203示蹤支撐劑與 環帶中未示蹤支撐劑相比觀察到大約25-30%的計數率下降量。這是與表2A中在環帶中 有1% B4C的情況下觀察到的大致相同的效果。表2B中的數據還示出了使用示蹤支撐劑對 環帶進行更低百分比（20% )填充的重要性，其中Gd203的濃度減小1/5到0. 054%。可以 看出，即使在僅使用示蹤支撐劑對環進行20%填充而使用未示蹤支撐劑（或水泥）填充余 下部分的情況下，觀察到的計數率也顯著下降（約15-20% )，該下降程度約為使用0. 27% Gd203支撐劑填充0.4cm裂縫的下降的程度的三倍大（參見圖41)。在表2B中，與表2A中 的數據一樣，當井眼環帶中也存在示蹤支撐劑時裂縫中示蹤支撐劑的效果最隱蔽。從具有 最高（0. 45 % ) Gd203濃度的數據還可以看出的是，將Gd203濃度增加到0. 27 %以上對計數率 降低量僅具有很小的增加效果（類似于圖4A-4L所見的結果）。從表2A和表2B可以看出 的是，不論是否使用B 4C或Gd203來對支撐劑進行示蹤，都獲得類似結果。
[0110] 表3中的數據示出中子計數率對井眼流體鹽度（BFS)的變化的敏感度，從上圖中 所述的無鹽流體至鹽度高達250Kppm NaCl (飽和鹽水的鹽度）的流體。
[0111] 表 3
[0112] 中子計數率對井眼流體鹽度（BFS)的敏感度。 Η-- - ^-一- 1 巖層中丨.Own裝縫+支 丼眼流體益度 , n , I 禕?的 ΒΛ%) [_mNaCI〗 近[_ 你 ps】 《:dcpsJ L 1% 紅 f J_ 7563.30 678.0?_54.18 _ ?__50_ 6487J0___580.95__47 25 " m ^ 5829.10 51443 41-83 _I_ 150__5317.90 468,58 38.32 ______ ? _ 200_4879.90 437,07__35.55 ? 250 [ 4607,90 409J2 33.33 丨. 0% B4C 0 j 8389.70__ 772.11 62.16 ~" ?5~ Γ~Τ2ΜΜ ......................671^63 ~~n'54.34
[0113]丨 ___^_too ? 6508.1(1___ 597.32__48.66 f 11 150 ] - 5眺?<) 547J1 44.94 m_I 200 5595.10__508.74 40.96 - 11.............................250 5260,60 | 479.68 39.42 在每個BFS的誶敬率差 {%): (1%B4C~0% 萍跟流體It度(BFS》 羞(％) 差(％) 差(％) B4C)/(0% B4C) -............................................................................0-- -9.90% " -12-20% ^12-80? ........................................................... 40.50% -13.50% "3.10% __m__-10.40%__-13.90? -14,00% 150 -11.20% -14.50% -14.70% ___ 200_ -12.80% -14.10% -:13:20% ..........................................j- 2S0 -12.40% -14.60? -15.40?
[0114] 如表3所示，井眼流體鹽度導致近、遠和超遠計數率的大幅減小。對于高井眼流 體鹽度而言，計數率降低量比裂縫中的支撐劑中存在碳化硼所導致的計數率降低量大得 多。例如，在裂縫中帶有摻雜1% B4C的支撐劑的巖層中，如果井眼流體鹽度從OKppm變成 150Kppm，則近探測器中的計數率將降低29. 7% ((5317. 9-7563. 3)/7563. 3)。該降低量為 表1中改變裂縫中的支撐劑的碳化硼濃度所導致的大約10-15%的計數率降低量的2-3倍。 與井眼流體鹽度有關的計數率降低量的數量級與對于如表2A和表2B所示井眼環形區域中 有示蹤支撐劑的壓裂信號相比相似或更大。同樣，如表3所示，不論井眼鹽度如何，只要鹽 度在壓裂前測井和壓裂后測井之間不發生變化，則可容易地探測裂縫中的支撐劑中碳化硼 的存在（10-15%的計數率減小量）。
[0115] 如果井眼狀況在壓裂前測井運行與壓裂后測井運行之間發生變化（例如如表3所 示的井眼鹽度變化），或如果為兩個測井運行采用不同的熱中子工具或PNC工具（例如，在 壓裂前測井和壓裂后測井中由不同的服務公司運行的補償中子工具），或如果壓裂前測井 和壓裂后測井中使用的源的中子輸出不同，則很可能需要使測井響應標準化，優選在已知 在能夠誘導壓裂的區間之外的測井區間或區域中。在很多情形中如果已在井內運行在先中 子測井、脈沖中子測井或補償中子測井則也可能完全排除壓裂前測井。該測井（也可能如 上所述針對壓裂后測井進行標準化）可代替壓裂前測井。
[0116] 例如且不加以限制，返回參照表3,如果流體鹽度在壓裂作業前與壓裂作業后收 集的測井運行之間發生大的變化，則在不使用標準化技術的情況下將難以解讀所得到的計 數率變化。但是，由于將在井眼的上部和下部及在壓裂區間中觀察到這種大致的基于鹽度 的計數減小，所以可能使來自有關壓裂區間之外的壓裂前和壓裂后測井運行的計數率標準 化，并優選使用利用孔隙率與被壓裂的巖層相似的區域的標準化。如果對壓裂前測井運行 和壓裂后測井運行使用不同的工具或中子源，或如果使用預先存在或合成中子測井、補償 中子測井或PNC測井來代替壓裂前測井，則可能需要相似的標準化程序。
[0117] 應當指出的是，在使用涉及壓裂前和壓裂后的計數率記錄之間的計數率變化來指 出示蹤支撐劑（且因此誘導的裂縫）的存在的上述方法時，在預計氣體飽和度（氫指數）變 化可在壓裂前測井和壓裂后測井之間發生的一些情況下，可能有利的是強調用于進行比較 的近探測器中的數據。由氫指數的變化引起的近探測器中的計數率的變化百分比明顯小于 較長距離探測器（見表1)中的，但是由摻雜的支撐劑的存在引起的各個探測器中的計數率 的變化百分比或多或少與探測器（見圖4A-4L)無關。因此，使用近探測器（與較長距離探 測器相反）將相對于與氫指數相關的計數率變化有效地強調與支撐劑相關的計數率變化。
[0118] 表4中所示的數據表明補償中子近/遠探測器計數率比率對存在摻雜碳化硼的支 撐劑的靈敏度與該比率對巖層孔隙率的變化的靈敏度相比是有限的。為各種巖層和井眼 狀況示出了存在和不存在摻雜碳化硼的支撐劑的近/遠探測器計數率（N/F)。看上去在存 在該支撐劑的情況下僅存在小的比率增加量。從該數據以及表1和表2A、圖4A-4F以及圖 5A-5B中的計數率數據可以看出的是，雙源距熱中子比率受存在摻雜碳化硼的支撐劑的影 響明顯低于單獨的計數率本身。在支撐劑中使用Gd 203代替B4C的情況下觀察到相似的比 率不敏感性。
[0119] 在表4中的所有數據中，支撐劑含有1%的碳化硼，裂縫寬1cm，幾何結構為圖3A 所示的"平行"位置。在所有運行中，每個比率中一個標準偏差統計不確定性為該比率值的 +/-2% (或更小）。由于補償中子工具使用比率來確定巖層孔隙率，所以可能使用在壓裂后 測井中觀察到的計數率降低來表明裂縫，同時使用壓裂后計數率比率數據來表明巖層孔隙 率，其實際上獨立于支撐劑和裂縫的存在。
[0120] 關于裂縫識別的其它有價值的信息還可從表4和表1中以及圖8、圖9和圖10的 數據中觀察到，圖8、圖9和圖10所有都源于表1中的數據。表1中的探測器計數率變化由 巖層孔隙率的變化引起的氫指數變化引起，但是計數率的類似變化將在給定巖層中通過孔 隙和/或裂縫中的氣體飽和度的變化由氫指數的變化引起。如果巖層/裂縫中的氣體飽和 度的變化造成壓裂前和壓裂后的測井之間的巖層的氫指數變化，則將觀察到所有探測器中 的計數率的變化。由氫指數變化造成的這些計數率變化可能使得難以隔離、識別和/或量 化由裂縫和/或井眼區域中的摻雜的支撐劑的存在引起的計數率的變化。但是，從表4中 可以看到的是，中子計數率比率對于巖層中的氫指數的變化敏感，但實際上與支撐劑的存 在無關。
[0121] 圖8和圖9以圖表形式呈現了該表格信息的一部分。在圖8中，示出了巖層氫指 數與近探測器中的計數率之間的關系。上曲線示出了沒有裂縫存在的關系。下曲線為在巖 層中的1. 0cm寬的誘導裂縫中具有1% B4C的情況下巖層氫指數與近計數率之間的關系。 從圖8中可以看到的是，穿過巖層孔隙率的較寬范圍，在示蹤支撐劑存在的情況下觀察到 的計數率明顯低于沒有支撐劑存在的相同巖層。如果上曲線用于示出氫指數與計數率之間 的預定的校準關系，則在示蹤支撐劑存在的情況下，觀察到的較低計數率將轉化為較高的 計算的表觀氫指數值（高2-5個孔隙率單位）。在圖9中，對于巖層氫指數與雙源距（近/ 遠）計數率比率之間的關系繪出了類似的數據。注意在圖9中，事實上在沒有支撐劑存在 的情況下的該關系與裂縫中有示蹤支撐劑的情況下的關系之間不存差異。因此，如果略低 的曲線（沒有裂紋存在）用于限定氫指數與比率之間的預定關系，則在示蹤支撐劑存在的 情況下計算出的表觀氫指數將僅略微不同于（小于1個孔隙率單元）沒有支撐劑存在的情 況下獲得的表觀氫指數。
[0122] 定性地解讀壓裂前和壓裂后的測井之間的觀察到的計數率的變化的一種方式將 為使比率數據與計數率數據組合。如果在壓裂前和壓裂后的測井之間觀察到很少或沒有比 率的變化，則人們可確信地認定任何觀察到的計數率變化都由于支撐劑引起。如果比率和 計數率兩者在測井之間顯著地變化（或如果比率顯著變化且計數率不顯著變化），則需要 進一步區分來確定多少變化由于支撐劑引起，以及多少由于巖層氫指數引起的變化。這樣 做的一種方式將為使用下文所述的方法2。
[0123] 該第二方法組合計數率比率和探測器計數率來定位包含示蹤支撐劑的區間。如圖 10中所示，該第二方法的一個實施例涉及使用比率-計數率交叉關系圖。圖10 (使用來自 表1的數據）使支撐劑中的碳化硼（B4c)的濃度對于對近/遠探測器計數率比率交叉繪制 的測量的近探測器熱中子的計數率的效果可視化。如前文所述，由于近計數率和比率兩者 對于巖層氫指數（孔隙率）敏感，故穿過不包含示蹤支撐劑的測井區間的這些變量的交叉 關系圖將導致交叉關系圖上有明確限定的趨勢/趨勢線。由于近計數率也對于示蹤支撐劑 很敏感，但近/遠比率不敏感（如前文在圖8和圖9中所示），故代表含有支撐劑的區間的 交叉關系圖上的點將落出該無支撐劑的趨勢/趨勢線。圖10的上曲線為來自表1的數據 的無支撐劑的趨勢線，其中沿該趨勢線的四個點代表具有不同氫指數（孔隙率）值的四個 巖層。如果環境修正已經單獨地應用于近計數率和比率來針對井眼直徑、工具間隙、井眼鹽 度進行修正等，則該趨勢線可在現場測井中更好限定。該上曲線形成趨勢線/軌跡，當巖層 氫指數變化時，點沿趨勢線/軌跡"移動〃。如果點落出該趨勢線（在SSE方向上），則指 出示蹤支撐劑（在此情況下B 4C)的存在。圖10中所示的下曲線代表包含示蹤支撐劑的變 化的氫指數的區間的第二趨勢線/軌跡。下曲線上的四個數據點代表具有與上趨勢線上的 對應點相同的HI值的巖層；但是，所有這些下點代表具有包含以1%的B 4C示蹤的陶瓷CEP 支撐劑的裂縫的巖層）。在相同的四個巖層中，當支撐劑濃度從〇%增大至1%時，關系圖上 的箭頭指出交叉繪制的點將采取漸進"移動"。隨著含有支撐劑的裂縫的寬度增大，將觀察 到類似的效果。此類交叉關系圖數據可形成實時的和/或處理后使用的軟件算法的基礎， 以識別含有以B 4C(或Gd203，或一些其它熱中子吸收劑）示蹤的支撐劑的這些區間。
[0124] 不論壓裂前測井是否可用，此類比率-計數率交叉關系圖都可使用。如果壓裂前 測井可用，只要井眼流體和井眼狀況穿過測井區間不會變化（或如果環境修正已經施加于 數據），則所有數據應當形成趨勢/趨勢線，如，圖10中的上曲線。在對應的壓裂后測井交 叉關系圖中，相同的趨勢/趨勢線應當在不包含示蹤支撐劑的區間中觀察到。如果不是這 樣的情況，則意味著井眼流體和狀況在壓裂前測井與壓裂后測井之間變化（因為計數率比 比率對井眼變化更敏感），且該信息可用于確定在使用之前描述的壓裂前-壓裂后的計數 率重疊方法來識別含有支撐劑的區間之前是否需要計數率的標準化處理。如果壓裂前測井 不可用，則壓裂后測井可在不使用壓裂前數據的情況下通過使用上文關于圖10所述的交 叉關系圖方法來處理。
[0125] 在用于組合近/遠（N/F)比率和來自壓裂后測井的探測器計數率來定位示蹤支撐 劑的第二方法的又一個優選實施例還可從圖8-10和表1和表4中的數據推斷出。該實施 例針對井中的各個深度使用了由N/F比率確定的探測器計數率相比于在近或遠探測器中 實際上觀察到的計數率的比較。如圖10中的上曲線所見，在兩個探測器中的計數率和N/F 比率只與不包含示蹤支撐劑的區間中的巖層氫指數有關。因此，對于給定的井眼流體和一 組井眼狀況，有可能形成井的不包含支撐劑的區間中觀察到的近探測器計數率與N/F比率 之間的直接函數關系（且對應的關系可在觀察到的遠探測器計數率與N/F比率之間形成）。 如圖10中所見，該關系可基于計數率-比率的交叉關系圖或使用本領域中公知的其它數學 技術由回歸形成。然后，該關系可從穿過具有與用于形成計數率-比率關系的區間相同或 類似的井眼流體和井眼狀況的井的整個測井區間的觀察到N/F比率來預測探測器計數率。 該整個測井區間可包括示蹤支撐劑可存在的區間。從比率預測的計數率隨井眼上部和下部 的巖層中的巖層氫指數的差異變化，但不受支撐劑的俘獲截面材料影響，因為比率自身不 受支撐劑的存在影響（見表4)。在各個探測器中觀察到的實際測量的計數率將類似地受巖 層的氫指數的差異影響，但也將受示蹤支撐劑的存在影響（如前文所述且如圖8中所見，觀 察/測量的計數率將在含有支撐劑的區間中減小）。經由交叉關系圖或記錄重疊，通過比較 比率導出的計數率與實際觀察到的計數率，可識別到包含示蹤支撐劑的區間。
[0126] 由于N/F比率相比于探測器計數率對井眼流體和井眼狀況的變化不太敏感，故可 能期望在具有與期望確定示蹤支撐劑是否存在的井的區間中存在的相同的井眼流體和井 眼狀況的井區間中形成如以上段落所述的探測器計數率與比率之間的關系。如果多個井眼 流體和/或井眼狀況存在于井眼上部和下部的不同區間中（如，井眼中的具有氣體的一個 區間和井眼中的具有液體的較深的區間），則可能期望使井分區，使得單獨地處理具有不同 的井眼流體和/或井眼狀況的井的各個區間。在壓裂后測井上定位井中的井眼流體或井眼 狀況的變化（為了分區目的）可使用比率-計數率的交叉關系圖，通過比較壓裂后的計數 率與任何裸井或壓裂前的中子測井（如果可用）上的對應的計數率，或通過使用現場或井 完成信息來完成。在井眼流體不變的井的區間內，可能仍期望使用裸井測井（例如，井徑測 井或密度測井ΛΡ曲線）、水泥膠結測井，或現場/井信息，以確保形成計數率與比率之間 的關系的子區間具有與期望知道示蹤支撐劑是否存在的井的子區間相似的井眼狀況（例 如，孔尺寸、套管重量、水泥狀況等）。
[0127] 定位在井中的整個測井區間內的不同的區域（具有類似的井眼和/或巖層性質的 區間）且還使用交叉關系圖和回歸來確定觀察到計數率與N/F比率之間的關系是對于計算 其比率和構造相關交叉關系圖之前的深度對準和近和遠的計數率的實質上匹配的過濾很 敏感的過程。實質匹配的過濾器設計成使得近計數率和遠計數率兩者響應于相同的巖層堅 向程度，且通常涉及過濾近計數率多于遠計數率。這些交叉關系圖還對于隨深度改變的井 狀況敏感，因為具有不同井眼狀況和井眼流體含量（油、海水、氣體）的區間將改變該交叉 關系圖。在仔細回顧完整的測井區間上的近、遠和比率記錄以及分析套管和鉆井記錄和其 它井信息之后，形成比率-觀察到的近或遠的計數率交叉關系圖（和可能的近對遠的觀察 的計數率的交叉關系圖），以用于確定整個深度的區間內的子區間或區域的數目。必須小心 使得不包括實際的關注開裂區間。當區域內的圖點沿其散布僅反映統計精度（可重復性） 的平滑曲線落入時，各個單獨的區域根據這些關系圖看是清楚的。井中的多個區域可通過 交叉關系圖上的多個不同的平滑曲線識別出。將這些交叉關系圖細分成越來越細的區域的 過程在近和遠的計數率-比率的所有交叉關系圖僅涉及平滑曲線時終止。一旦識別到測井 區間中所有不同的區域，則計算各個區域中的觀察到的計數率與N/F比率之間的關系（小 心排除穿孔和示蹤支撐劑存在的子區間），且該關系用于在相同區域性質下根據井中的所 有區間中的比率預測計數率，包括期望知道示蹤支撐劑是否存在的任何區間。
[0128] 在選定形成探測器計數率與N/F比率之間的關系的井的區間中可能需要考慮的 另一個因素為巖層的巖石類型/巖性（例如，沙-石灰石-白云石）。該關系可在不同的巖 石類型的巖層中略微不同；因此，可能期望選定形成計數率-比率關系的子區間，使其具有 與期望知道支撐劑是否存在的區間相同的巖性。巖層巖性的確定可從場地信息、從裸井測 井獲得的數據（如密度測井或中子密度交叉關系圖上的Pe曲線）、從井上的其它裝套管的 孔的測井（如來自脈沖中子測井的頻譜數據）或之前的井數據的各種組合確定。
[0129] 在選定形成探測器計數率與N/F比率之間的關系的井的區間中可能需要考慮的 又一個因素為巖層的氣體飽和度。由于公知的挖掘效應，故中子測井裝置對含氣體的巖 層與低孔隙率巖層的響應存在略微不同。因此，在可能的程度上，可能期望選定形成計數 率-比率關系的子區間，使其具有與期望知道支撐劑是否存在的區間相同的氣體飽和度的 巖層。氣體飽和度信息可從場地信息、從由組合選定的裸井測井（如，在中子-密度記錄重 疊上分離）獲得的信息、從井上的其它加套管的孔的測井，或通過使用之前的井數據的各 種組合來確定。
[0130] 表 4
[0131] 在存在摻雜碳化硼的支撐劑的情況下補償中子工具的近/遠探測器計數比率。 p近《遠探測器_^:數率 基本情況：井眼中的淡水， （a)不存在裂縫，N/F=：I0.9 28.3%孔隙率巖層 (b)存在被支撐的裂縫，N/F = 11.1 (c)水泥環帶但非裂縫中的支撐剞， ................................................................ N/F= 11.2_ (cJ)水泥環帶和裂縫中的支撐劑， _________N/F- 11.2_____
[0132] 基本情況：井眼+的&水 （a)不存i裂縫，N/F=〗1.0 (250 Kppm NaCl), 28.3%孔隙率 （b>存在被支撐的裂縫，N/F = i 1.2 巖層______________.....--______I 基本情況：淡水，14·丨5%孔 （a)不存在裂縫，N/F = 8.0 | 隙率巖層 <b)存在被支撐的裂縫，N/F = 8.〇i ----------------- -- .......................j 基本情況：淡水，7.1%孔隙 （a)不存在裂縫，N/F =5.67 率巖層_____________- .................................................... { }存在被支撐的裂縫》^ 5,9 8 ^本情況：淡水，3.5%孔隙 （a)不存在裂縫，N/F = 4,48 率巖層_, (b)存在被支撐的裂縫，N/F = 4,8li
[0133] 圖7A是壓裂前數據集與壓裂后數據集之間的示例性中子/補償中子測井記錄比 較。使用高熱中子俘獲截面材料對在壓裂過程中使用的支撐劑進行示蹤。通過將壓裂前計 數率數據和壓裂后計數率數據存在差別的區間與井內相應的深度區間關聯而確定壓裂區 間的位置和高度。
[0134] 不論井眼或裂縫或兩者中是否存在支撐劑，所有三個探測器（近、遠和超遠）中觀 察到的計數率都在壓裂區間中的壓裂后測井中減小。絕對計數率在距離源最遠的探測器中 較低，且壓裂信號（曲線之間的分離）可在隔開較長距離的探測器中略大。潛在的壓裂區 間上方和/或下方的壓裂前測井和壓裂后測井標準化區間用來在需要測井標準化的情形 中使壓裂前測井和壓裂后測井標準化。
[0135] 圖11A和圖11B分別為來自實驗場地測試的實例的向下的連續區段，指明了僅包 括壓裂后記錄的記錄處理如何可用于識別包含示蹤支撐劑的區間。所示的區間在X000英 尺與X470英尺處的井底部之間利用商業補償中子工具來以?30英寸/分鐘測井，其中各 個列出的深度中的"X"替換實際的前面數字，以便保護機密的井信息。該整個區間已知具 有相同的井眼大小（來自裸井井徑測井）、相同的井眼流體（在井眼中存在圖11A中所示 的區間頂部上方26英尺的氣體/液體流體水平），以及相同的巖層巖性（來自裸井測井）。 整個所示的井區間包含加水泥的4. 5' ' 0D13. 51b/英尺的套管。井在X392與X416英尺之 間的兩個區間中被穿孔和使用氧化釓（0. 4重量％ )示蹤陶瓷支撐劑來壓裂。N/F比率（在 圖11A和圖11B中指定為"RATIOafterl"）和近探測器計數率（在圖11A和圖11B中指定 為"NEARafterl"）使用X000-X350英尺的區間來形成。標號中的"after"指出測井在壓裂 作業之后運行，且" 1"指出數據來自測井運行#1。相同的區間選定成形成N/F比率與遠探 測器計數率之間的單獨的關系，在圖11A和圖11B中指定為"FARafterl"。區間選定成以便 不包括穿孔中和附近的子區間，但具有與穿孔的巖層相同的巖層類型和井眼狀況。然后根 據穿過包括穿孔的整個測井區間（X000-X470)的N/F比率來計算近和遠的計數率。這些基 于比率的計數率（在圖11A和圖11B中指定為"NEARafterlR"和"FARafterlR"）然后經 由圖11A和圖11B中所示的在深度軌跡右側的兩個軌跡中的近探測器和遠探測器重疊來與 實際觀察到的近和遠的探測器計數率相比較。壓裂后Y射線測井（指定為"Grafterl"） 和N/F比率顯示在深度軌跡的左側。包含示蹤支撐劑的井中的區間在重疊時容易看到，其 中實際的近和遠計數率低于根據N/F比率計算的對應的計數率。示蹤支撐劑在穿孔區間各 處和之間觀察到，且還延伸到穿孔部外側。
[0136] 在本專利申請的之前的部分中，描述了用于確定誘導地下巖層裂縫中的示蹤支撐 劑的位置的三個代表性的方法。為了方便起見，三個方法中的頭兩個在下文中簡要概述。
[0137] 第一方法使用了優選來自補償中子工具（CNT)探測器的壓裂前（或"壓裂之前"） 的中子計數率與對應的壓裂后（或"壓裂之后"）的中子計數率的比較。如果井眼流體和井 眼狀況在壓裂前和壓裂后測井運行中相同，且相同的工具和中子源在壓裂前和壓裂后測井 運行中使用，則對壓裂前和壓裂后計數率記錄進行重疊（重疊為比較兩次測井運行的數據 的形式），且兩條記錄線之間的分離區域（在該處，壓裂前測井的計數率值大于壓裂后測井 的計數率值）表示支撐劑。但是，如果井眼流體在壓裂前和壓裂后測井運行中不同，或其中 使用不同的測井工具，則壓裂前記錄在進行壓裂前/壓裂后測井運行中子計數率重疊來確 定支撐劑位置之前相對于非關注區域（即，遠離預計其中具有支撐劑的巖層區域的區域， 如，遠離套管穿孔的區域）中的計數率和計數率比率兩者進行標準化。
[0138] 第二支撐劑位置探測方法的開發起因于壓裂前和壓裂后測井運行之間的巖層氣 體飽和度/氫指數的變化可大致減弱基于計數率比較的第一方法的支撐劑探測準確度的 設計實現。因此，作為第一方法的附加，為了檢查壓裂前和壓裂后測井運行之間的巖層氫指 數變化，非關注區域中的壓裂前測井運行的計數率比率（N/F)部分被標準化來在壓裂前和 壓裂后計數率的比較中除去下者的影響（1)井眼流體的變化和（2)在壓裂前和壓裂后測井 運行中使用不同的工具和/或中子源，等。對氫指數變化而不對支撐劑的存在敏感的標準 化的壓裂前計數率比率然后相對于壓裂后計數率比率繪出。該計數率比率重疊的匹配指出 巖層氫指數在壓裂前和壓裂后測井運行之間并未顯著變化，且第一方法的前文所述的計數 率比較技術可用于定位巖層中的示蹤支撐劑。
[0139] 但是，發現了計數率比率重疊的非匹配指出了壓裂前和壓裂后測井運行之間的巖 層氫指數的變化。第二支撐劑位置探測方法開發成算出該發現的巖層氫指數變化。僅使用 壓裂后測井記錄，第二方法通過確定不包含支撐劑的區域中的N/F與單獨的探測器計數率 之間的關系來達到此目的。這些關系然后用于預計將不受支撐劑是否存在影響的包含支撐 劑的區域中的計數率。該沒有支撐劑的預計/計算的計數率記錄然后可與實際觀察到的計 數率記錄比較，以定位示蹤支撐劑，實際計數率記錄上的降低的計數率區域指出了含有示 蹤支撐劑的區域。
[0140] 盡管其有利地消除了探測示蹤支撐劑時的氫指數敏感性且能夠僅使用壓裂后測 井來執行，但發現該第二支撐劑探測方法也具有與不同巖層區域中的巖層巖性（即，巖石 結構的性質，如石灰石-砂巖）的變化有關的局限性。具體而言，如果巖性在計數率-N/F 關系相對于關注區域形成的區域之間不同，則巖性變化可引起使用壓裂后測井記錄確定的 預測計數率有誤差，因為N/F-計數率的關系不但是巖層氫指數的函數，而且是巖層巖性的 函數。
[0141] 最大限度地減小該巖性引發的誤差的一種方式可為選定其中形成N/F-計數率的 關系的區間，使其具有與相關區間中的存在的相同的巖性。但是，這需要了解巖性，且如果 未發現形成該關系的巖性具有與關注區域相同的巖性，則這甚至不可能。此外，計算的壓裂 后測井記錄-觀察的壓裂后測井記錄的測井記錄比較重疊將看起來在巖性不同的區域中 是異常的。
[0142] 為了提供期望的與巖性無關的經氫指數修正的方法來定位示蹤支撐劑，開發了示 蹤支撐劑的第三探測方法，其也在上文中提到。該第三方法優選使用補償中子測井工具執 行，但作為備選其可使用脈沖中子俘獲類型的測井工具執行，第三方法結合了上文所述的 第一方法和第二方法兩者的特征。具體而言，類似第一方法（僅使用壓裂前-壓裂后計數 率比較的方法），將需要壓裂前和壓裂后測井兩者。且類似于第二方法，N/F比率用于解讀 過程（第二方法使用根據N/F比率計算的計數率與觀察到的計數率的比較）。第二方法的 與巖性相關的問題在圖12中圖解繪出，其中N/F-計數率的關系對于兩種不同的巖層巖性 示出，標為巖性#1 (代表關注區域的巖性）和巖性#2 (代表已知不包含穿孔或裂縫的標準 化區域的巖性）。
[0143] 如可見的那樣，對于第二方法的壓裂后測井上觀察到的近/遠探測器計數比率N/ 匕，不同的計算的計數率CRi和CR 2將對于巖性#1-巖性#2相應地指出。盡管圖12中的兩 種巖性之間的差異為了示出清楚而擴大，但很清楚的是，如果在形成N/F-計數率的關系的 井的區域與關注區域巖性不同，則關注區域中的第二方法的計算的計數率可為有誤差的。 這將引起計算的壓裂后計數率與觀察的壓裂后計數率之間的差異不但受示蹤支撐劑影響， 而且也受不同的巖性影響。
[0144] 圖13示出了如圖12中所示的相同的兩種巖性-N/F的關系。但是，在圖13中示 出了兩個測井之間（如，壓裂前和壓裂后的測井之間）的計數率比率N/F的變化使得計數 率產生變化的作用。應注意的是，對于N/F中的給定變化（即，Λ N/F)，與Λ N/F相關的計 數率的變化△〇?或多或少與存在的巖性無關。具體而言，使用壓裂前和之后的測井行程之 間的給定ΛΝ/F，巖性#1曲線上的凸起ΛΝ/F產生ACR U，其大致等于由巖性#2曲線上的 ΛΝ/F的凸起引起的ACI^2。
[0145] 因此，在使用ΛΝ/F中，形成N/F-計數率的關系的區域的巖性與關注區域中的巖 性相同不是關鍵的。在井中的關注開裂區間中，如果進行壓裂前測井與壓裂后測井之間的 N/F的差異的比較，則該差異Λ N/F = N/F (壓裂前）-N/F (壓裂后）將由于兩個測井之間的 巖層氫指數的變化而引起，且將大致對存在或不存在示蹤支撐劑不敏感。ΛΝ/F與示蹤支撐 劑的存在無關，因為其源自兩次N/F測量，各次均與示蹤支撐劑無關（見圖9)。出于上文所 述原因，ΛΝ/F也或多或少與關注區域中的巖性無關。
[0146] 圖14繪出了從壓裂后數據（如在前文所述的第二支撐劑定位方法中）或從標準 化的壓裂前數據（如在前文所述的第一支撐劑定位方法中）獲得的計數率CR-計數率比率 N/F，且繪制了在地下巖層中定位示蹤支撐劑的第三方法的性能。
[0147] 參看圖14,第三支撐劑定位方法以以下方式示范性地執行。首先對井中的各個區 域中的實際的/觀察到的壓裂前和壓裂后測井之間的計數率比率N/F的差異進行計算（在 測井之間的井眼流體的變化的任何標準化之后）。那些ΛΝ/F計數率比率變化的差異然后 可轉變成在圖14中表示為ACR的由氫指數變化引起的測井之間的計數率的差異。該轉變 使用類似于圖12中的曲線的壓裂前測井數據上的計數率比率與計數率之間形成的函數關 系。應當記住的是，即使在具有與壓裂區域中的巖性不同的巖性的區域中形成該關系，計算 ACR時使用的ΛΝ/F也基本上與巖性無關。由于N/F和計數率之間的關系是非線性的，故 Λ CR為Λ N/F和N/F的g函數如下：
[0148] Λ CR = g (N/F，Λ N/F)。
[0149] -旦形成井中的各個深度區間的ACR，針對壓裂前與壓裂后測井之間的氫指數的 差異修正的計算的壓裂前計數率由以下給出：
[0150] CR(壓裂前，經修正）=CR(壓裂前，觀察到的）+ ACR
[0151] 如果ΛΝ/F為正，則ACR將為正。如果ΛΝ/F為負，而ACR將為負。如果ΛΝ/F 為零，則Λ CR將為零。如果在針對氫指數的差異進行這些修正之后，壓裂后計數率低于修 正的壓裂前計數率，則壓裂后測井上的低計數率將歸因于示蹤支撐劑的存在。應當注意的 是，ACR修正同樣良好用于針對測井之間的氫指數差異修正壓裂后計數率，而非壓裂前計 數率。
[0152] 第三方法的關鍵特征在于使用壓裂前和壓裂后測井之間的N/F的變化（其基本上 與巖性無關）來針對測井之間的氫指數變化進行修正。在前文所述的第二支撐劑定位方法 中，N/F (其取決于巖性）而非N/F的變化用于修正關注區域中的氫指數作用。
[0153] 圖14中示出了使用第三方法的計算實例，圖14繪出了計數率CR-N/F比率的交叉 關系圖。所示的計數率-計數率比率曲線可從壓裂后數據（如前述第二方法中）或從標準 化的壓裂前數據（如前述第一方法中）獲得。假設正確地執行第一方法的井眼流體標準化， 則兩條曲線將大致相同。
[0154] 在圖14的實例中，壓裂前和壓裂后比率N/FB和N/FA之間的ΛΝ/F代表性地等 于1 (比率線上的3-2)，其中壓裂前和壓裂后的計數率CRB和CRB之間的相關聯的△ CR為 100 (計數率線上的500-400)。使用前述第三方法，氫指數修正的壓裂前計數率由以下給 出：
[0155] CR (壓裂前，經修正）=CRB (400) + Λ CR (100) = 500.
[0156] 該與巖性無關的過程對于井中的每個關注深度完成。在執行第三方法時使用該技 術，比較與巖性無關的經氫指數修正的壓裂前測井行程計數率（在任一探測器中）與相同 探測器中壓裂后測井行程中對應的觀察到的計數率，其中示蹤支撐劑由壓裂后計數率相對 于經氫指數修正的壓裂前計數率的減小指出。
[0157] 如上文所述，該同一方法3過程可在井眼狀況（替代巖性或除巖性之外）在用于 形成用于針對氫指數作用修成計數率的計數率-N/F比率的關系的井的區間中相對于可能 存在裂縫的區間中的井眼狀況不同時使用。因此，方法3既與巖性無關且又與井眼狀況無 關。如本文使用的用語〃與巖性無關〃和〃與井眼狀況無關〃意指在使用方法3時已經除 去了這些作用的大多數但不一定是所有。
[0158] 示例 2
[0159] PNC 工具
[0160] 使用MCNP5模擬具有14-MeV脈沖中子發生器的PNC系統來確定巖層中的裂縫的 高度。在壓裂巖層之后記錄在熱中子或Y射線傳感器中探測到的衰減曲線計數率數據。 與中子和補償中子工具的情形中一樣，隨后將觀察到的參數與在井被壓裂前完成的測井運 行中記錄的相應值進行比較，再次優選使用與壓裂后測井相同或相似的測井工具和相同的 井眼狀況完成該測井運行。根據二分量衰減曲線計算巖層和井眼熱中子吸收截面。壓裂后 PNC測井中的巖層和井眼熱中子吸收截面與壓裂前測井中相比的增加量，以及觀察到的計 數率和計算出的巖層和/或井眼分量計數率和計數率積分中在測井之間的減小量，用來識 別誘導裂縫中和/或鄰近壓裂區域的井眼區域中摻雜碳化硼的支撐劑的存在。
[0161] PNC工具可用于數據收集和處理以實現觀察與與計數率有關的變化和計算出的巖 層和井眼熱中子俘獲截面的變化，以便識別支撐劑中的中子吸收劑的存在。
[0162] 在當前的"雙幕"PNC工具中，如Shultz等人在SPWLA Annual Symposium Transactions 中的題為 "Experimental Basis For A New Borehole Corrected Pulsed Neutron Capture Logging System (Thermal Multi-gateDecay "TMD"）" 的 1983 論文 CC; Smith, Jr 等人的題為 "Applications Of A New Borehole Corrected Pulsed Neutron Capture Logging System(TMD)"的 1983論文DD ;以及Buchanan等人的題為"Applications of TMD PulsedNeutron Logs In Unusual Downhole Logging Environments"的 1984論文 KKK所公開的，在熱中子（或γ射線）探測器中測出的作為中子轟擊之間的時間的函數的 探測計數率c(t)的方程可通過方程1估計：
[0163] (l)c(t) = Abh exp(-t/ τ bh)+Afm exp (~t/ τ fm)
[0164] 其中t為中子脈沖之后的時間，Abh和Afm分別是井眼和巖層衰減分量在中子脈沖 (有時候稱為"轟擊"）結束時的初始大小，而T bh和τ?π是相應的井眼和巖層分量冪衰減 常數。井眼和巖層分量俘獲截面Σ bh和Σ fm通過以下關系式與它們相應的衰減常數成反 比：
[0165] (2) τ fm = 4550/ Σ fm，而 τ bh = 4550/ Σ bh，
[0166] 其中截面以俘獲單位為單位，而衰減常數以微秒為單位。
[0167] 與壓裂前脈沖中子測井記錄相比，在巖層裂縫中有支撐劑的壓裂后測井記錄中將 觀察到俘獲截面Σ fm的增加。幸而，由于PNC測井分離來自井眼和巖層的計數率信號的能 力，與使用中子或補償中子工具進行測量的情形相比，巖層俘獲截面對井眼區域中在壓裂 前脈沖中子測井與壓裂后脈沖中子測井之間的任何不可避免的變化（例如井眼鹽度或套 管變化）的敏感度也將減小。
[0168] 巖層分量計數率也將受裂縫中的支撐劑中存在含硼吸收劑的影響（被減小），特 別是具有Y射線探測器的PNC工具中。巖層分量計數率還將由于井眼區域中存在硼而減 小，因為很多主要在巖層中衰減的熱中子實際可在井眼區域中被俘獲（這與從巖層衰減分 量主導的中子轟擊之后的時間段在光譜中看到大量鐵Y射線的原因相同，盡管鐵在井眼 區域中僅存在于井管和工具殼體中）。
[0169] 由于大多數現代PNC工具還測量井眼分量衰減，所以壓裂后測井記錄中與壓裂前 測井記錄相比井眼俘獲截面Σ bh的增加量和井眼分量計數率的變化（特別是在使用碳化硼 作為高熱中子俘獲截面材料的情況下）表明井眼附近存在支撐劑，其通常還表示鄰近的巖 層中存在誘導壓裂。
[0170] 圖6A-6C和表5A和表5B顯示了對于本發明的PNC工具實施例的MCNP5模擬結果。 在所有PNC模型中使用了 Nal γ射線探測器。使用假定直徑為1. 6875英寸的PNC工具在 28. 3%孔隙率巖層中的1. 0cm寬裂縫中有具有1. 0%碳化硼的支撐劑的情況下收集壓裂前 數據（圖6A)以及壓裂后數據（圖6B)而獲得該數據。圖6C示出在環形（水泥）區域中 而非巖層中的裂縫中具有1.0%碳化硼的支撐劑的情況下的壓裂后數據。除非另外指出，否 則井眼和巖層狀況與圖3A中所述相同。源探測器間距與前面的中子測井實例中采用的間 距相同。在圖6A-6C中，將沿各衰減曲線的每個時間塊的總計數率表示為沿時間軸（X軸） 的點。近探測器衰減是各圖中的緩慢衰減的上部曲線，遠探測器衰減為中間曲線，而超遠探 測器衰減為下部曲線。從兩個冪擬合程序計算出的巖層衰減分量是繪于各圖中的總衰減曲 線點上（針對每個探測器）的更緩慢衰減的冪（圖中的實線）。該曲線的較早部分的衰減 曲線相對于實線的偏差是由于來自更快衰減的井眼分量的附加計數率。通過將總計數率減 去計算出的巖層分量而計算代表圖中所示的更快衰減的井眼區域衰減的點。代表從兩個冪 擬合算法計算出的井眼冪方程的線重疊在沿井眼衰減曲線的每個點上。與圖6A-6C中每個 計算出的冪分量相關的R 2值揭示了計算出的值與實際數據的關聯程度，1.0表示理想擬合。 沿衰減曲線的點與計算出的巖層和井眼冪分量之間的良好擬合確認兩個冪近似的有效性。
[0171] 表5A顯示了來自圖6A和圖6B的計算出的巖層和井眼信息，而且還顯示了在裂縫 相對于工具處于垂直定向的情況下計算出的衰減曲線（參見圖3B)的類似信息。如在表 5A中可見，雖然未觀察到巖層分量俘獲截面Σ fm的變化如從純體積考慮計算出的那么多， 但在裂縫中有摻雜碳化硼的支撐劑的情況下，仍然在Σ fm中觀察到顯著的（高達18% )增 力口，這取決于探測器間距。從表5A還可以看出的是，井眼中的工具相對于裂縫的定向（平 行-垂直數據）沒有對于補償中子工具觀察到的那么明顯。當在MCNP5軟件中模擬0.27% Gd203 (與1.0% B4C相對）作為支撐劑中的高俘獲截面材料時，Σ fm以與以上關于碳化硼 所述相似的方式增加。同樣，從方程1，從巖層分量的以冪的方式衰減的計數率的全時積分 可作為Afm* τ fm計算，其中Afm為巖層衰減分量的初始大小，而τ fm為巖層分量冪衰減常數。 在裂縫中有摻雜碳化硼的支撐劑的情況下，計算出的巖層分量Afm* τ fm計數率積分降低約 22-44%，其為明顯的裂縫信號。在巖層分量計數率占優勢的中子轟擊之后的特定時間段 (例如400-1000微秒）總計的觀察到的計數率衰減曲線可代替A fm* τ fm，但是敏感度和/或 精度出現一定減小。與含有1. 〇% B4C的支撐劑相反，當在MCNP5軟件中模擬0. 27% Gd203 作為支撐劑中的高俘獲截面材料時，Afm* τ fm不會出現與計數率有關的大的降低，因為釓在 熱中子俘獲之后發射Y射線，與硼不一樣。對于井眼分量截面和計數率，在表5A中也觀察 到一些變化。這些變化盡管還有可能用于壓裂識別，但并不表現出與巖層分量數據的變化 一樣系統化，因為巖層裂縫中的支撐劑主要影響PNC巖層參數，與井眼參數相反。
[0172] 表 5A
[0173] 從圖6A-6B所示數據的計算出的巖層和井眼計數率參數以及巖層和井眼俘獲截 面。還示出了針對工具相對于裂縫的垂直定向的類似PNC數據。井眼環帶中存在純水泥。 模擬Nal γ射線探測器。 I"""| ? | | ! | [ | | Ajl Φ 停 .層丨 巖層 γ傳讓 善釀H 洛層' 淡 11? 齊中 if f 合蚤 A * 獲· % Λ *_ 你』 的 狄年 徼秒 1重 Tr* 單付 截距 Tfm &位 娜截距W/l_ 孑 徽秒 歡 to/1000) ?一-- ........................?Γ".Τ--?-'170672^-.?Τι?ι3Κ72$49Γ"""57-82' 78.6924 ' fmT-- 294546?" 一一· _____ I 2 ____ 9 - ______ __ 7ara'"" idTii 270.029 "1.5-46"--676?42 47.97 3500? 3120447 ___ 7 -_________ .................................................. .........................-- -I?% ' - - - ?Μ? _____U_________ 遠 丨 0% ； !3.54 336.04 丨 他48 3.5217134 56.92 79.9367 32.06 2,562772 ____I__4_______5________j -Γ% ?5Α3 SJ7 2.4681465 5BM TTMl I9J2 Γ044749 -____!?_____________ (]%-0%)/0%l t4% -30% 3% ] ~Z.............................廣 0% j ΤΟΓΤ184-290...... -.......〇7 a52647l" sTsJ 88-2467...... T〇S~~...... ~ 0J5T399.........j pia.................'?~1% nW\^25^32"T3 〇35〇27B8 ^TL49 7?9957 635......." __0.469873 j _____I __1__-______ 1 __ _________
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[0175] 表 5B
[0176] 在環形（水泥）區域中有0.2% B4C的情況下計算出的巖層和井眼計數率參數以 及巖層和井眼俘獲截面。裂縫中的支撐劑中不存在B4c。模擬NalY射線探測器。 I 支撐丨 γ~~" ΓΤΤ? il~ΓΓΤ? ~ ~ ~#1 - ?+ Ito f" ft αλ ψ* ，Λ" #齡 αλ*Τμι B^c U 微秒 截 Λ (xl/fOOO)位 黴# m (*1/?000) * 0% 16,8! 270,672 Π 7.2! 31^72549 57.82 71.69249 374,3 29.4546 Parfl 〇￡-? 1S·25 'Τ'' 58·2 ?4^51014 71.6 Β.54749 i22.3 3?456 9% -54% 24% 34% 7Q
[0177] ^ 〇% 13J4 3364ΜΙ ?0.48 3-S217B 56,92 79,93675 32.06 2.562772 Paira JX 14J5 317η073 5.43 S .721707 60 7SJ3333 38.4 2,912 __0.2%__l_____________ ____________ (l)J%--0%)/0 m .51% 5% 14% % 超運 0% 13,84 3845290 U7 0.52M78 51.56 88,2467 405 0JS7399 Pafa 12,89 352"986 0,853 030^097 ^0.3 75-45605 5J6 0-389353 l〇.2%-0%)t〇 17% 9% 1 % 1 II II II
[0178] 圖6C表示在使用1. 0% B4C示蹤支撐劑填充水泥環帶的情況下觀察到的巖層且特 別是井眼分量截面的增加，以及巖層和井眼分量計數率中大的降低（減小高達85%)。但 是，由于整個井眼環帶將不太可能填滿支撐劑，所以還收集代表使用示蹤支撐劑對環帶進 行更現實的部分填充的類似的模擬數據。表5B代表為了顯示井眼環（水泥區域）中有摻 雜0. 2 % B4C的支撐劑對PNC工具的影響而收集的數據。該B4C濃度代表用1 % B4C示蹤支 撐劑對環帶進行20%填充。Σ?π和Ebh隨井眼環帶中的支撐劑的增加而增加。特別是對 于環帶中的支撐劑，計算出的巖層分量計數率A fm* τ fm充分降低-約50 %。Afm* τ fm也可變 化，但變化得不是太多。這些變化表示被支撐的裂縫，假設鄰近被支撐的壓裂區間的部分井 眼區域也包含示蹤支撐劑。
[0179] 表5A和表5B中所述的效果也可通過視覺觀察圖6A-6C中的衰減曲線看出。在將 圖6A中的三個壓裂前衰減曲線與圖6B和圖6C中相應的壓裂后曲線進行比較的過程中，可 看出巖層分量在巖層裂縫中有摻雜碳化硼的支撐劑的情況下衰減得更快（圖6B)，而在水 泥環帶中有摻雜碳化硼的支撐劑的情況下稍微衰減（圖6C)。另一方面，井眼分量的衰減率 看上去對裂縫中存在支撐劑不敏感得多（圖6B)，而在識別井眼支撐劑中很有用（圖6C)。
[0180] 這種對裂縫中的支撐劑的減小的井眼分量敏感度也可在表5A中的數據中看出， 表5A顯示了針對壓裂前和壓裂后衰減曲線從圖6A和圖6B中的衰減數據計算出的Σ bh和 Abh* τ bh。與巖層參數的Σ fm和Afm* τ fm的變化百分比相比，井眼參數Σ ^和Abh* τ bh在壓裂 前衰減數據與壓裂后衰減數據之間的變化百分比要小得多。這種對裂縫的減小的井眼分量 敏感度主要是由于井眼區域在這兩種情形中并未明顯不同的事實（含有支撐劑的裂縫并 未延伸通過孔眼區域），并且井眼分量主要感測該區域。
[0181] 如前文所述，PNC巖層參數對井眼狀況在壓裂前測井與壓裂后測井之間的與支撐 劑無關的變化（例如井眼流體鹽度變化或套管狀況的變化）不如中子或補償中子敏感。這 是由于PNC系統分離巖層分量和井眼分量的能力。這一點可在表6中的數據中看出，其中井 眼流體的鹽度從淡水變成鹽水（l〇2Kppm NaCl)。巖層參數對這種變化實際上不敏感，而兩 個井眼參數對鹽度變化非常敏感。因此，由于存在示蹤支撐劑而產生的巖層參數變化將不 會受測井運行之間的井眼狀況變化的影響。同樣，井眼參數的變化，結合巖層參數的不變， 可用來識別井眼區域已在測井之間發生變化的位置，因為這種變化也可以是相關的。
[0182] 表 6
[0183] 井眼鹽度的102Kppm NaCl變化影響PNC井眼參數但不影響PNC巖層參數
[0184] 孔隙率=28% -裂縫或環帶中無B4C - Nal γ射線探測器 務跟·益 ψ 巖屋 ψ 巖層 攝繼 度 ^ IiS 巖雇分 ^ ^ 異曝分 '(s俘5單微秒撫沖_俘J單微秒娜__ ifr """""^ γγη Z-ry " 4 ?Κ 16.81 2 117.2 31.722784 57-82 78.69249 3743 29,4546 102K 17,06 26677tb Π47 30.591149 89.24 50.9861 7123 343174 (102 ?% 54% 5% 0Κ)/? _Κ_______________ ^ 0Κ 13.53 336"289 10.48 3,5243 ? 63 56-92 79.93675 32.06 2562172 W2K 13.39 339gm 9,33 3Ι703Β83 69-5 65.46763 43.32 2M605S (102Κ- 〇Κ);〇 !% -W0A 22% 11% _Κ______________________ 順 〇Κ ΙΙ·84 3Τ 〇 137 〇.腦 51.56 4.0S ' _卿 171 87(? I021C I2J7 2 07 0-5122021 58.01 78.43475 559 0,43145 TioiE * 〇f〇/Q 3% -3% 13% 23% ν' Ρ%,
[0186] 現代多分量PNC工具探測Υ射線，該Υ射線可用來計算對大部分井眼區域變化 的敏感度僅最低的巖層衰減分量（以及因此Σ fm和Afm* τ fm兩者），如以上可見。如果采用 測量熱中子而非Y射線的PNC工具，則Σ fm也將對巖層變化（示蹤裂縫）敏感而對井眼 區域變化相對不敏感。Afm* τ fm也將對井眼中存在支撐劑敏感，這部分是因為熱中子將在穿 過巖層與測井工具中的探測器之間的該高俘獲截面井眼環帶時被另外衰減。井眼衰減參數 (Σ bl^PAbh* Tbh)，如包括Y射線探測器的PNC工具中測量的那些，對巖層的變化不如Σ fm 和Afm* τ fm敏感，但井眼參數，特別是Σ bh，對井眼中示蹤支撐劑很敏感。因此，在包括熱中子 探測器的PNC工具中，如同包括γ射線探測器的PNC工具，所有四個參數（Σ fm、Α?π*τ?π、 Σ bh和Abh* xbh)的變化將通常將以同樣的方式受到示蹤支撐劑的影響。如果使用硼作為高 截面支撐劑示蹤材料，則觀察到的計數率降低量將很有可能由于前述在通過硼俘獲中子之 后未俘獲Y射線而在帶熱中子探測器的工具中比帶Y探測器的工具相對更小。
[0187] 如果測井運行之間已出現難以量化井眼區域狀況的變化（如井眼流體鹽度或套 管狀況的變化），則可監控Σ fm和Afm* τ fm的變化。由于Σ fm對井眼區域的變化不很敏感，所 以如果期望著重于巖層中示蹤支撐劑的探測而不是井眼區域中示蹤支撐劑，則可監控Σ fm。 另一方面，如果一些摻雜有碳化硼的支撐劑位于鄰近誘導裂縫的井眼區域中，則與壓裂前 測井相比將在壓裂后測井中觀察到計算出的井眼熱中子俘獲截面Σ bh的增加（井眼衰減分 量計數率和Abh* τ bh的變化將不太明顯）。如果支撐劑已存在于巖層中的裂縫中，則這些井 眼參數變化將更不明顯。本發明的另一實施例提供監控Σ bh和Afm* τ fm的變化，并且在一些 情況下，監控Abh*Tbh的變化（以及Σ fm的不變），以探測位于井眼區域中的支撐劑。
[0188] 圖7B中示出使用帶俘獲γ射線探測器或熱中子探測器的PNC工具的壓裂前和壓 裂后測井記錄的示例性測井記錄比較，其代表從探測器之一（即：近、遠或超遠探測器）接 收的數據。使用高熱中子俘獲截面材料對在壓裂過程中使用的支撐劑進行示蹤。在進行比 較之前可能需要使存疑的壓裂區域之外的區間中的壓裂前測井記錄和壓裂后測井記錄標 準化。如果僅裂縫中存在示蹤支撐劑，則Σ fm增加而Afm* τ fm降低，但是Σ bh和Abh* τ bh對 壓裂（巖層）支撐劑僅具有有限的敏感度。如果僅井眼中存在示蹤支撐劑，則Σ fm受影響 的程度最低，因為井眼區域變化不會影響Σ?π。Α?π*τ ?π在壓裂后測井記錄中降低。Ebh和 Abh* τ bh兩者均對井眼區域中存在示蹤支撐劑敏感（Σ bh增加而Abh* τ bh降低）。如果井眼 和巖層兩者中均存在示蹤支撐劑，則所有四個測井曲線在含有支撐劑的區間中分離。因此， 由于當一起觀察時該四個PNC測井參數（E fm、Afm*Tfm、Ebh和Abh*T bh)在所有三種以上 支撐劑定位情形中不同地作出響應，所以我們可通過觀察這些參數在壓裂前測井與壓裂后 測井之間的變化或不變來確定井眼區域中、裂縫中或兩者中是否存在支撐劑。
[0189] 雖然以上說明已集中在將壓裂前測井記錄與壓裂后測井記錄進行比較來探測用 高熱中子俘獲截面材料（例如B 4C或Gd203)示蹤的支撐劑的位置以指示誘導裂縫，但將在 壓裂作業之后的不同時間的兩次（或更多次）補償中子或PNC測井運行進行類似的比較也 可提供有用的信息。如果裂縫和/或井眼區域中示蹤支撐劑的量隨時間的推移而減小，則 在剛好在壓裂作業之后運行的壓裂后測井與在稍后的時間運行（在完成任何所需的測井 記錄標準化之后）的類似的測井之間將觀察到上述變化的逆轉。增加測井之間的中子或補 償中子計數率（或針對PNC測井而降低Σ fm和/或Σ bh并增加Afm* τ fm)將表明當運行稍 后的壓裂后測井時探測到的支撐劑量減小。這種處于適當位置的支撐劑的量的減小可提供 關于該井的有用信息。任何支撐劑減少很有可能是從井里產生的支撐劑連同從巖層產生的 油田流體造成的。支撐劑減少可表明裂縫未像其最初那樣被良好地支撐（并因此可能需要 另一次壓裂作業或其它補救措施）。減少的支撐劑還可表明完成大部分生產的壓裂區域， 因為支撐劑只能從生產區域產生。支撐劑不變可相反地表示未生產的區域，并因此提供關 于需要重新完井的區域的信息。如果PNC工具用于這些比較，則還可區分支撐劑變化是否 來自井眼區域或巖層裂縫本身或兩者。如果在第一壓裂后測井之后多次運行測井，則可監 控到逐漸的變化。當然，知道探測到的支撐劑減少是否由被支撐的裂縫的品質下降所致或 由生產率最高的區域所致或兩者也將是有用的。可通過用下者增強壓裂后支撐劑識別記 錄來解決這些影響：（1)常規生產測井記錄，（2)用以定位生產所形成的區間中的放射性鹽 沉積的Y射線測井記錄，（3)用以探測開口的裂縫的聲測井記錄，（4)其它測井數據，和/ 或（5)場地信息。應當注意的是，這種類型的壓裂后信息不能夠使用將半衰期較短的放射 性示蹤劑泵送到井下的壓裂識別方法獲得，因為放射性衰減將使隨后的壓裂后測井毫無用 處。對于所述的方法來說這將不是問題，因為用硼和/或釓示蹤的支撐劑的特征/特性并 不隨時間推移而變化。應當注意的是，由兩個或多個壓裂后補償的中子測井之間的巖層和 /或裂縫氫指數的變化引起的任何可能的混淆可以以與本文在之前描述的涉及壓裂前測井 和壓裂后測井的情形中相同的方式來解決。
[0190] 使用補償中子測井工具的第三支撐劑定位方法的以上論述的大部分都涉及對計 數率作出與巖性無關的修正來補償壓裂前測井和壓裂后測井之間的氣體飽和度（氫指數 HI)的差異。之前所述的第二方法也對形成N/F與計數率之間的關系的區域與關注區域之 間的井眼狀況差異（以及巖性差異）敏感。相比使用第二方法，該第三方法還可應用于對 計數率作出更多與井眼狀況無關的修正，其用于補償壓裂前測井和壓裂后測井之間的氣體 飽和度的差異。同樣，雖然已經結合補償中子測井示出了第三實施例的前述論述，但應當注 意的是，類似的方法也可應用于利用在使用PNC測井工具時形成的近探測器計數率和遠探 測器計數率以及相關聯的N/F比率。
[0191] 前面的描述和實施例旨在說明本發明，而不對本發明進行限制。對本領域的技術 人員來說很明顯的是，可通過對材料含量或制造方法進行細小的改動而實質上復制文中所 述的發明。只要此類材料或方法基本上等效，這意圖的是它們被所附權利要求所包含。
【權利要求】
1. 一種用于結合由井眼穿過的可開裂的地下巖層而使用的測井方法，包括以下步驟： 執行壓裂前和壓裂后測井操作，在各個測井操作中，具有中子發射源和定位成離所述 中子發射源有不同距離的多個熱中子或俘獲Y射線測井探測器的測井工具設備移動穿過 所述井眼，且用于生成壓裂前和壓裂后的近探測器計數率記錄和遠探測器計數率記錄，以 及壓裂前和壓裂后的近/遠計數率比率記錄； 針對所述壓裂前和壓裂后測井操作之間的在井眼流體、測井工具和中子源輸出中的一 個或多個方面的任何變化修正所述壓裂前計數率記錄和所述壓裂前計數率比率記錄； 在執行所述修正步驟之后，比較所述壓裂后和壓裂前計數率比率記錄，以確定其間的 近/遠計數率比率差異； 使用所確定的近/遠計數率比率差異來計算與巖性無關且/或與井眼狀況無關且經氫 指數修正的計數率差異； 使所計算的計數率差異與經修正的壓裂前計數率記錄計數率組合來產生與巖性無關 且/或與井眼狀況無關且經氫指數修正的壓裂前計數率記錄； 將所述與巖性無關和/或與井眼狀況無關且經氫指數修正的壓裂前計數率記錄與所 述壓裂后計數率記錄相比較，以確定含有高熱中子俘獲截面材料的支撐劑在巖層裂縫和/ 或鄰近開裂巖層的井眼區域中的高度/位置。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述使用步驟中，使用在不包含示蹤支 撐劑的井區間中的所述近或遠探測器中的壓裂后計數率與壓裂后近/遠比率之間的關系 來形成所述計數率差異。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述使用步驟中，使用在不包含示蹤 支撐劑的井區間中的所述近或遠探測器中的經修正的壓裂前計數率與經修正的壓裂前近/ 遠比率之間的關系形成所述計數率差異。
4. 一種用于結合由井眼穿過的可開裂的地下巖層而使用的測井方法，包括以下步驟： 執行壓裂前和壓裂后測井操作，在各個測井操作中，具有中子發射源和定位成離所述 中子發射源有不同距離的多個熱中子或俘獲γ射線測井探測器的測井工具設備移動穿過 所述井眼，且用于生成壓裂前和壓裂后的近探測器計數率記錄和遠探測器計數率記錄，以 及壓裂前和壓裂后的近/遠計數率比率記錄； 比較所述壓裂后和壓裂前計數率比率記錄來確定其間的近/遠計數率比率差異； 使用所確定的近/遠計數率比率差異來計算壓裂前和壓裂后測井之間的計數率差異； 使所計算的計數率差異與所述壓裂前或壓裂后計數率記錄計數率組合來產生與巖性 無關且/或與井眼狀況無關且經氫指數修正的壓裂前記錄，或與巖性無關且/或與井眼狀 況無關且經氫指數修正的壓裂后計數率記錄； 將所述組合步驟中的所述與巖性無關且/或與井眼狀況無關且經氫指數修正的計數 率記錄與另一個計數率記錄相比較，以確定含有高熱中子俘獲截面材料的支撐劑在巖層和 /或鄰近開裂巖層的井眼區域和/或鄰近所述開裂巖層的井眼區域中的高度/位置。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，根據在不包含示蹤支撐劑的井區間中的 所述近或遠探測器中的壓裂后計數率與壓裂后近/遠比率之間的關系來形成所述計數率 差異。
6. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，根據在不包含示蹤支撐劑的井區間中的 所述近或遠探測器中的壓裂前計數率與壓裂前近/遠比率之間的關系來形成所述計數率 差異。
7. -種用于結合由井眼穿過的可開裂的地下巖層而使用的測井方法，包括以下步驟： 穿過井區間執行壓裂前和壓裂后測井操作，在各個測井操作中，具有中子發射源和定 位成離所述中子發射源有不同距離的多個熱中子或俘獲Y射線測井探測器的測井工具設 備移動穿過所述井眼，且用于生成計數率和計數率比率； 根據壓裂前和壓裂后測井操作中的一者的數據形成計數率/計數率比率關系； 確定所述壓裂前和壓裂后測井操作數據之間的計數率比率差異； 使用所形成的計數率/計數率比率關系來將所述計數率比率差異轉化成所述壓裂前 和壓裂后測井操作之間的對應的計數率差異； 使所述壓裂前和壓裂后測井操作之間的計數率差異與所述壓裂前計數率組合來產生 與巖性無關且/或與井眼狀況無關的經氫指數修正的壓裂前計數率； 使所述壓裂后計數率數據與所述與巖性無關且/或與井眼狀況無關的經氫指數修正 的壓裂前計數率數據重疊；以及 使重疊的壓裂后計數率數據和與巖性無關且/或與井眼狀況無關的經氫指數修正的 壓裂前計數率數據的其中所述壓裂后計數率較低的區域與含有高熱中子俘獲截面材料的 支撐劑且因此裂縫在巖層和/或鄰近開裂巖層的井眼區域中的高度和位置相關聯。
8. -種用于結合由井眼穿過的可開裂的地下巖層而使用的測井方法，包括以下步驟： 穿過井區間執行壓裂前和壓裂后測井操作，在各個測井操作中，具有中子發射源和定 位成離所述中子發射源有不同距離的多個熱中子或俘獲Y射線測井探測器的測井工具設 備移動穿過所述井眼，且用于生成計數率和計數率比率； 根據壓裂前和壓裂后測井操作中的一者的數據形成計數率/計數率比率關系； 確定所述壓裂前和壓裂后測井操作數據之間的計數率比率差異； 使用所形成的計數率/計數率比率關系來將所述計數率比率差異轉化成所述壓裂前 和壓裂后測井操作之間的對應的計數率差異； 使所述壓裂前和壓裂后測井操作之間的計數率差異與所述壓裂后計數率組合來產生 與巖性無關且/或與井眼狀況無關的經氫指數修正的壓裂后計數率； 使所述壓裂前計數率數據與所述與巖性無關且/或與井眼狀況無關的經氫指數修正 的壓裂后計數率數據重疊；以及 使重疊的壓裂前計數率數據和與巖性無關且/或與井眼狀況無關的經氫指數修正的 壓裂后計數率數據的其中所述與巖性無關且/或與井眼狀況無關的經氫指數修正的壓裂 后計數率較低的區域與含有高熱中子俘獲截面材料的支撐劑且因此裂縫在巖層和/或鄰 近所述開裂巖層的井眼區域中的高度和位置相關聯。
9. 一種用于結合由井眼穿過的可開裂的地下巖層而使用的測井方法，包括以下步驟： 穿過井區間執行壓裂前和壓裂后測井操作，在各個測井操作中，具有中子發射源和定 位成離所述中子發射源有不同距離的多個熱中子或俘獲Y射線測井探測器的測井工具設 備移動穿過所述井眼，且用于在所述探測器中的兩個中生成計數率，以及來自相同的兩個 探測器的計數的計數率比率； 形成在不包含示蹤支撐劑的井的區間中的在相同的兩個探測器中的選定的一個的所 述壓裂后計數率比率與所述壓裂后計數率之間的關系； 使用所形成的關系和相同的兩個探測器在關注的井深度處的壓裂前和壓裂后計數率 比率來計算選定的探測器在所述關注的井深度處的壓裂前測井與壓裂后測井之間的計數 率差異，其與所述壓裂前測井與所述壓裂后測井之間的巖層氫指數的變化相關； 針對所述壓裂前測井與所述壓裂后測井之間的氫指數變化，使用所計算的計數率差 異來修正來自所述相同兩個探測器中的選定的一個的壓裂前和壓裂后測井計數率中的一 者； 將所述修正步驟中的經修正的計數率記錄與另一個計數率記錄相比較，以形成在壓 裂前測井數據與壓裂后測井數據之間的與巖性和井眼狀況中的至少一者無關的計數率差 異； 使所述與巖性和/或井眼狀況無關的計數率差異與含有高熱中子俘獲截面材料的支 撐劑且因此裂縫在所述巖層和/或鄰近開裂巖層的井眼區域中的高度和位置相關聯。
10. 根據權利要求9所述的方法，其特征在于，在所述執行步驟中，針對所述壓裂前測 井與所述壓裂后測井之間的在井眼流體、測井工具和/或中子源方面的差異對所生成的計 數率比率和探測器計數率進行修正/標準化。
11. 根據權利要求9所述的方法，其特征在于，在所述比較步驟中，從所述壓裂前測井 數據獲得的用于計算與巖性和/或井眼狀況無關的計數率差異的計數率大于從所述壓裂 后測井數據獲得的計數率。
12. 根據權利要求9所述的方法，其特征在于，計算和使用在由所述井眼穿過的多個深 度處的所述與巖性和/或井眼狀況無關的計數率差異。
13. 根據權利要求9所述的方法，其特征在于，在所述形成步驟中，將所述相同的兩個 探測器中的選定的一個中的壓裂前計數率比率和壓裂前計數率替代壓裂后計數率比率和 壓裂后計數率。
14. 一種用于結合由井眼穿過的可開裂的地下巖層而使用的測井方法，包括以下步 驟： 穿過井區間執行壓裂前和壓裂后測井操作，在各個測井操作中，具有中子發射源和定 位成離所述中子發射源有不同距離的多個熱中子或俘獲Y射線測井探測器的測井工具設 備移動穿過所述井眼，且用于在所述探測器中的兩個中生成計數率，以及來自相同的兩個 探測器的計數的計數率比率； 計算所述壓裂前計數率比率與所述壓裂后計數率比率之間的差異； 使用所計算的計數率比率差異來計算由于兩次測井之間的氫指數變化而在所述壓裂 前測井與所述壓裂后測井之間產生的對應的計數率差異； 針對所述氫指數變化，使用所計算的計數率差異修正來自所述相同兩個探測器中的一 個的壓裂前和壓裂后測井計數率中的一者； 將所述修正步驟中的經修正的計數率與來自相同的兩個探測器中的所述一個的壓裂 前和壓裂后計數率比率中的另一個相比較，以形成在所述壓裂前計數率與所述壓裂后計數 率之間的與巖性和井眼狀況中的至少一者無關的計數率差異；以及 使所述與巖性和/或井眼狀況無關的計數率差異與含有高熱中子俘獲截面材料的支 撐劑且因此裂縫在巖層和/或鄰近開裂巖層的井眼區域中的高度和位置相關聯。
15. 根據權利要求14所述的方法，其特征在于，在所述執行步驟中，針對所述壓裂前測 井與所述壓裂后測井之間的在井眼流體、測井工具和/或中子源方面的差異對所生成的計 數率比率和探測器計數率進行修正/標準化。
16. 根據權利要求14所述的方法，其特征在于，在所述比較步驟中，從所述壓裂前測井 數據獲得的用于計算所述與巖性和/或井眼狀況無關的計數率差異的計數率大于從所述 壓裂后測井數據獲得的計數率。
17. 根據權利要求14所述的方法，其特征在于，計算和使用在由所述井眼穿過的多個 深度處的所述與巖性和/或井眼狀況無關的計數率差異。
18. -種用于結合由井眼穿過的可開裂的地下巖層而使用的測井方法，包括以下步 驟： 穿過井區間執行第一和第二壓裂后測井操作，在各個測井操作中，具有中子發射源和 定位成離所述中子發射源有不同距離的多個熱中子或俘獲Y射線測井探測器的測井工具 設備移動穿過所述井眼，且用于在所述探測器中的兩個中生成計數率，以及來自相同的兩 個探測器的計數的計數率比率； 計算所述第一壓裂后計數率與所述第二壓裂后計數率之間的差異； 使用所計算的計數率比率差異來計算由于兩次測井之間的氫指數變化而在所述第一 壓裂后測井與所述第二壓裂后測井之間引起的對應的計數率差異； 針對所述氫指數變化，使用所計算的計數率差異修正來自所述相同兩個探測器中的一 個的第一壓裂后測井計數率和第二壓裂后測井計數率中的一者； 將所述修正步驟中的經修正的計數率與第一壓裂后測井計數率和第二壓裂后測井計 數率的另一個相比較，以形成在所述第一壓裂后計數率與所述第二壓裂后計數率之間的與 巖性和井眼狀況中的至少一者無關的計數率差異；以及 使用所述與巖性和/或井眼狀況無關的計數率差異來指出在所述第一壓裂后測井與 所述第二壓裂后測井之間的時間段中含有高熱中子俘獲截面材料的支撐劑在巖層裂縫中 和/或在鄰近的開裂巖層的井眼區域中的高度和位置。
19. 根據權利要求18所述的方法，其特征在于，在所述執行步驟中，針對所述第一壓裂 后測井與所述第二壓裂后測井之間的在井眼流體方面的差異對所生成的計數率比率和探 測器計數率進行修正/標準化。
20. 根據權利要求18所述的方法，其特征在于，計算和使用在由所述井眼穿過的多個 深度處的所述與巖性和/或井眼狀況無關的計數率差異。
21. 根據權利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在執行所述第一壓裂 后測井操作和執行所述第二壓裂后測井操作之間的時間段中執行的從井產生流體的步驟。
【文檔編號】E21B43/267GK104114811SQ201280054944
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年7月31日 優先權日:2011年9月8日
【發明者】H.D.小史密斯 申請人:卡博陶粒有限公司