可控中子方位钆示踪裂缝成像评价方法研究

作     者：陈前 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：张锋

授予年度：2018年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：水力压裂 非放射性 钆示踪 裂缝成像 

摘      要：页岩油气、致密气等非常规油气已成为全球油气资源勘探开发的热点,我国页岩油气等非常规油气资源非常丰富,加大页岩油气勘探开发推进力度对保障我国能源安全、优化能源结构具有重要意义。水力压裂技术是提高储层整体渗透率、实现页岩油气等非常规储层开发的最有效途径,裂缝的监测是评价水力压裂效果、优化压裂方案和提高页岩油气开发效率的关键内容。现有的声波测井、温度测井及微地震裂缝监测技术能够实现裂缝位置、高度参数的确定,放射性示踪测井可以实现裂缝位置、高度、宽度等参数的确定,但由于运输、保存等安全问题,放射性示踪技术推广应用受到极大的限制。本文提出一种非放射性钆示踪裂缝成像技术,可以实现近井区域裂缝的位置、几何形态及方位等参数评价,且具有裂缝参数识别准确、无放射性污染、安全环保和可重复测量的优点。目的在于为水力压裂裂缝评价提供一种新的裂缝监测方法,提升非常规油气的产量,为我国油气能源安全提供保障。通过国内外文献调研,了解国内外在水力压裂裂缝监测技术方面的发展现状,对页岩等非常规地层的地质特征、水力压裂后裂缝的空间展布有一个清晰的认识,同时对当前现有的水力压裂监测方法进行总结概述,对比其裂缝监测能力并分析他们的局限性。从中子伽马作用过程出发,推导了可控中子方位钆示踪裂缝成像方法的原理并模拟对比了压裂地层和未裂缝地层的中子、伽马场分布特征,得出当裂缝中存在高热中子俘获截面元素时,裂缝处的俘获伽马射线大幅增加。为了实现钆示踪裂缝成像,设计了一种由D-T中子源、4个NaI伽马探测器和一个He3热中子探测组成的测量系统并对其结构参数进行了优化设计,得到伽马探测的最佳源距为36cm,热中子源距为45cm,NaI探测器最佳长度为10-12cm,纵向伽马屏蔽体厚度为5cm,中子屏蔽体厚度为1cm或0cm。从标记支撑剂的放射性计数统计性及对裂缝的响应灵敏度出发,得出标记支撑剂中钆的上下限含量岁裂缝宽度的增加而呈指数减小。可控中子方位钆成像仪器的伽马探测深度为20cm,中子的探测深度为36cm。最后利用设计的成像仪器和标记支撑剂对不同宽度、高度、走向及倾角的裂缝进行了简单的成像正演模拟,得到其正演响应规律并利用成像图进行了裂缝相关参数的计算。