專利名稱：水力壓裂和監(jiān)測的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主題涉及一種水力壓裂和監(jiān)測的方法和裝置。
背景技術(shù)：
水力壓裂用于增加地下地層的傳導(dǎo)率，以便回收或開采烴類，并允許將 流體注入地下地層或注入井中。在典型的水力壓裂作業(yè)中，在一定壓力下通 過井眼將壓裂液注入到地層中。已知為支撐劑的顆粒物質(zhì)可被添加到壓裂液 中，并且由于其形成為使裂縫保持張開，故在水力壓裂壓力松弛之后沉積在 裂縫中。
當(dāng)水力壓裂流體通過井眼從地面向地下地層輸送時，重要的是將用于壓 裂的受壓流體導(dǎo)入一個或多個目標(biāo)地層中。 一般地，通過在已下套管的井的 井眼中或在棵眼井眼的隔離段中射孔來對一個或多個地下地層實(shí)施水力壓 裂。用于烴類開采的壓裂或廢棄物處理的一個重要考慮是將裂縫導(dǎo)入期望的 地層中。水力裂縫的方位受到地層特征和地層應(yīng)力狀態(tài)的控制。當(dāng)裂縫形成 時，重要的是對所述裂縫進(jìn)行監(jiān)測，以確保其不會延伸超過預(yù)定區(qū)域并具有 期望的延伸度和延伸方位。
眾所周知，由于形成到地下地層中的裂縫的原因，井眼中的水力壓裂作 業(yè)會產(chǎn)生顯著的地震活動。在壓力下注入到地下地層中的流體會產(chǎn)生壓力累 積，直到超過地下地層中的原巖應(yīng)力為止，從而在地層中產(chǎn)生從井眼延伸一 段距離的裂縫。這種地層壓裂產(chǎn)生一系列小的"微地震"，已知為微震。這 些不連續(xù)的局部微震出現(xiàn)在裂縫的生長期間，并且會產(chǎn)生地震的振幅或聲能
(包括壓縮("P")波和剪切("s，，)波)，其振幅足夠顯著，以被遙測傳感器探 測到。因此，通過探測并記錄P波和s波以及它們到達(dá)每一傳感器的相應(yīng)時
間，可以根據(jù)已知的地震監(jiān)測方法來處理聲信號，以確定微震的位置。由此 可以推斷出裂縫的幾何形狀及其位置。 一種用于確定由水力壓裂作業(yè)所產(chǎn)生
的裂縫的方位的方法在美國專利No.6,985,816中進(jìn)行了描述，這里引用該文 獻(xiàn)作為參考。一種已知用于監(jiān)測水力裂縫的位置和尺寸的方法被稱為微震測繪。在該
方法中，第二鄰井(offset well)用于監(jiān)測主處理井或注入井中的水力壓裂活 動。在微震測繪中，多個聲傳感器(例如，地震檢波器)位于偏離所要壓裂的 井的井中。鄰井中的這些傳感器用于記錄因水力壓裂液在處理井或注入井中 的壓力累積而引入在地下地層中的應(yīng)力所產(chǎn)生的微震的信號。
」微震監(jiān)測的示例在Withers等人的美國專利No.5，771,170和Sorrels和 Warpinski的美國專利No.5，996,726中進(jìn)行了描述。在其中的方法中，利用 從注入井中的壓裂活動產(chǎn)生的微震結(jié)果獲得的聲信號，在單獨(dú)的設(shè)置有測量 儀器的監(jiān)測井中監(jiān)測注入井內(nèi)的裂縫的位置。然而，單獨(dú)的專用監(jiān)測井顯著 地增加了這些方法的費(fèi)用。為了在處理井或注入井中進(jìn)行微震監(jiān)測，已經(jīng)做 了有限的努力來利用布置在注入井或處理井中的設(shè)備。在美國專利 No.6,935,424中，描述了通過監(jiān)測壓裂過程減輕壓裂期間對烴產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)面 影響(例如，篩選)的風(fēng)險的方法。該方法利用聯(lián)接到正在進(jìn)行水力壓裂的井 中的套管或井筒壁的測斜儀，來從機(jī)械上測量變形，所述變形測量用于推斷 裂縫尺寸。然而在該方法中，少于期望的測斜儀到套管或井筒壁的聯(lián)接會顯 著影響所推斷尺寸的準(zhǔn)確度。在美國專利No.5,503，225中，聲傳感器布置在
用于微震監(jiān)測的注入井中。這些傳感器在廢棄注入井的環(huán)空中隔離，而傳感 器一般附接到油管柱。然而，在這種構(gòu)造中，由流體注入導(dǎo)致的井下油管中 的噪聲將被這種系統(tǒng)探測到，并且這可能會顯著地掩蓋任何探測到的微震活
動。盡管這些方法消除了對專用監(jiān)測井的需要和花費(fèi)，但每個限制條件都妨 礙了它們用于準(zhǔn)確地區(qū)分微震活動。
因此，不斷地需要更好的方式來可靠且精確地監(jiān)測水力壓裂和注入作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的實(shí)施例中，可用于井的技術(shù)包括將一組件布置在井眼中。組
件包括至少一個傳感器。在壓力下將壓裂液注入到井眼中，以對地下目標(biāo)地
層進(jìn)行水力壓裂。該技術(shù)包括利用一個或多個傳感器測量由水力壓裂產(chǎn)生的 吉^匕
尸叱c
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，用在井中的裝置包括一組件，該組件具有工 具體，在工具體上設(shè)置有至少一個聲能傳感器。該組件還包括使聲能傳感器與水力壓裂作業(yè)隔離的隔離設(shè)備。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和其它特征將從下面的附圖、說明書和權(quán)利要求書中變得 顯而易見。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的井。
圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器探頭的示意圖。
圖3為描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于監(jiān)測由水力壓裂產(chǎn)生的聲能的技術(shù) 的流程圖。
圖4為描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于在井的不同區(qū)域中進(jìn)行水力壓裂并 監(jiān)測該壓裂的技術(shù)的流程圖。
圖5為描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于監(jiān)測由水力壓裂產(chǎn)生的聲能的技術(shù) 的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1,根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，井8包括位于井下的聲能傳感器160, 用于監(jiān)測由水力壓裂產(chǎn)生的聲能。傳感器160可以與水力壓裂發(fā)生的目標(biāo)地 層60相隔離。由于所述的隔離，壓裂作業(yè)產(chǎn)生的流動噪聲不會影響傳感器 160所進(jìn)行的測量，此外，傳感器160受到保護(hù)，使其不受壓裂處理的沖擊。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，傳感器160是井下井筒組件100的井筒監(jiān)測 組件10的傳感器探頭120(傳感器探頭120,、 1202和1203,在圖1中示出作 為示例)的一部分。為了使傳感器探頭120(以及傳感器160)與壓裂作業(yè)隔離， 除了井筒監(jiān)測組件10之外，井筒組件100可選擇地包括隔離設(shè)備，例如隔 離設(shè)備50(例如，壓縮坐封封隔器、機(jī)械坐封封隔器、液壓坐封封隔器、重 量坐封封隔器、可膨脹氣嚢、堵塞器等，這里僅給出若干示例)。
利用許多運(yùn)送機(jī)構(gòu)中之一，例如圖1中示出的管形管柱30，可將井筒組 件100下入到井8中。作為更具體的示例，管柱30可以為撓性管。
一般來說，地面采集系統(tǒng)80可利用諸如鋼絲繩(wireline)、滑線(slickline)、 光纖或光纖繩索(fiber optics tether)的通信線40與井筒監(jiān)測組件100通信。光 纖繩索指的是布置在防護(hù)罩或小直徑防護(hù)管內(nèi)的光纖?？捎米鞯孛娌杉到y(tǒng)
80的數(shù)據(jù)接收和處理系統(tǒng)的一個示例在美國專利No.6，552，665中進(jìn)行了述，這里將其全部內(nèi)容引作參考。通信線40可以容納或布置在管柱30中， 以提供從地面控制系統(tǒng)到井筒監(jiān)測組件100的通信或從井筒監(jiān)測組件100到 地面控制系統(tǒng)的通信或者這兩種通信。取決于本發(fā)明的特定實(shí)施例，通信線 40可以提供通信和/或電力。
井筒監(jiān)測組件10可以是適于監(jiān)測井眼中的聲信號的任何組件或工具。 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，井筒監(jiān)測組件10的每一探頭120可以是與美國 專利No.6，170,601中所描述^:頭類似的傳感器，這里將該專利的全部內(nèi)容引 用作為參考。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的探頭120的示例性實(shí)施例。 一般來 說，探頭120包括工具體124，在工具體124的壁中的開口中具有腔130。 腔124容納聲能傳感器封裝件140,該聲能傳感器封裝件140位于腔130中 并安裝在彈性座150(例如，彈簧)上，以將聲能傳感器封裝件140壓在井筒 壁上(或者，如果井為下套管井，則壓在套管管柱22上)，仍使封裝件16的 傳感器160與流體輸送壓力擾動(fluid-conveyed pressure disturbance)隔離。才笨 頭120可包括三個傳感器160,每個傳感器沿著不同的軸線(x, y或z軸)探 測聲能。結(jié)合圖1參照圖2,探頭120還可包括臂136,臂136受到致動以 使探頭120壓靠在井筒壁上(或者，如果井10為下套管井，則壓靠在套管管 柱22上)，以使傳感器160接近井眼或套管管柱22布置。
再回到圖1，正如上面所指出的，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，井8可以 為下套管井(通過套管管柱22)或未下套管井。如果已經(jīng)安裝，套管管柱22 可沿著井眼20的整個長度或僅沿著井眼20的一部分從地面延伸。此外，才艮 據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，其內(nèi)配置有井筒組件100的井眼20可以是斜井井 眼或分支井井眼。在斜井井眼或分支井井眼的一些實(shí)施例中，可以使用牽引 裝置布置井筒組件IOO。此外，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，井10可以是地下 井或水下井。因此，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以有許多變型。
在圖1所示的井的狀態(tài)下，井8已經(jīng)在前面的過程中通過射孔槍進(jìn)行射 孔，以在套管管柱22中形成相應(yīng)的射孔孔眼和相應(yīng)的射孔通道61，射孔通 道61延伸至目標(biāo)地層60中。
為了進(jìn)行水力壓裂并監(jiān)測壓裂，井筒組件100配置于井8中。由于各種 原因需要進(jìn)行這種水力壓裂，例如但不限于，用于增加或提高目標(biāo)地層60 的烴采收率，或者用于將注入流體，例如水、采出水、增加原油采收率的流體(enhanced oil recovery fluid)或氣體注入到目標(biāo)地層60中。這里所用的術(shù)語 壓裂液包括用于壓裂地層目的而注入的任何流體，包括但不限于處理液、增 加采收率的流體和廢棄流體。為了進(jìn)行說明，圖1中僅示出了一個地下目標(biāo)
地層60?？梢詷?gòu)想，在任一井眼20中存在多個地下目標(biāo)地層60;并且根據(jù) 作業(yè)者的期望，這些多個地層可以單獨(dú)地進(jìn)行水力壓裂、 一起進(jìn)行水力壓裂、 或以各種組合進(jìn)行水力壓裂。
隔離設(shè)備50也在井眼中布置在管柱30上，作為井筒組件100的一部分。 更具體地，隔離設(shè)備50可沿著管柱30定位在井筒監(jiān)測組件10的上方。傳 感器160形成傳感器陣列，并可從響應(yīng)于接收到的聲能產(chǎn)生信號的任何合適 的探測設(shè)備中選擇，例如地震檢波器、水聽器或加速度計和各種組合?？梢?使用任一類型的聲能傳感器或類型組合。 一個或多個聲能傳感器應(yīng)當(dāng)對大于 30Hz的微震頻帶中的聲能具有良好的敏感性。作為示例，這一頻帶可高達(dá)4 千赫茲(kHz)。
多于一個的聲能傳感器可與其它聲傳感器組合使用，以形成聲能傳感器 封裝件。實(shí)施例可包括多個三軸(3維正交)地震檢波器，以便在三個方向提 供探測能力。這種聲傳感器封裝件可沿著井眼20以期望間隔(例如，50英尺) 隔開。聲傳感器封裝件可通過用于井筒地震儀器的錨定系統(tǒng)聯(lián)接到井眼壁或 套管22。
使每個傳感器160響應(yīng)于聲能產(chǎn)生的信號數(shù)字化，并通過通信線40傳 送至位于井8的地面上的地面采集系統(tǒng)80。傳感器160可直接向通信線40 提供數(shù)字或光學(xué)信號，或者可使用轉(zhuǎn)換器將傳感器接收到的聲信號轉(zhuǎn)換成用 于傳送的數(shù)字或光學(xué)信號。在一些實(shí)施例中，地面采集系統(tǒng)80可采用諸如 數(shù)字濾波的方法將來自水力壓裂泵送作業(yè)的噪聲從所產(chǎn)生的信號中去除。在 一些實(shí)施例中，每個傳感器產(chǎn)生的信號被記錄在一個或多個存儲設(shè)備中，所 述存儲設(shè)備可以是井筒監(jiān)測組件10的一部分，存儲設(shè)備一般可以與井筒監(jiān) 測組件10 —起收回。在利用存儲i殳備的這種實(shí)施例中，信號還可通過通信 線40傳送，而在其它實(shí)施例中，信號并不通過通信線40傳送，這是因?yàn)椋?存儲在存儲設(shè)備中的傳感器數(shù)據(jù)可以在將井筒組件10從井中收回之后取回。
如圖1所示，井筒監(jiān)測組件10及其聲能傳感器160在井眼中位于不與 目標(biāo)地層60鄰近的位置處。井筒監(jiān)測組件10可位于目標(biāo)地層60的下方。 在井眼加裝套管的情況下，井筒監(jiān)測組件10可位于井眼中不鄰近套管射孔區(qū)的位置處。井筒監(jiān)測組件IO可設(shè)置在射孔區(qū)的下方，因此，如圖1所示，
探頭120可用電纜懸掛在管形體上，管形體安裝到隔離設(shè)備50并形成管柱 30的下端。隔離設(shè)備50布置在井眼20中，以使井筒監(jiān)測組件IO與地下目 標(biāo)地層60分隔開。以這種方式，井筒監(jiān)測組件10與地下目標(biāo)地層60中進(jìn) 行的水力壓裂或注入活動隔離。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以提供一個或多個噪聲抑制設(shè)備(例如， 減震器)，其布置在隔離設(shè)備50與井筒監(jiān)測組件IO之間。在一些實(shí)施例中， 噪聲抑制方法(例如，使部件之間的連接電纜松弛)可用于降低噪音傳輸?shù)目?能性。噪聲抑制設(shè)備或方法可以類似地用在陣列形式的傳感器160之間。在 本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可通過對信號進(jìn)行數(shù)字處理來進(jìn)行噪聲抑制，所述 信號是由聲能傳感器所進(jìn)行的測量而產(chǎn)生的。
井筒組件IOO還可包括用在水力壓裂工藝中的裝置或部件。在運(yùn)送工具 30為撓性管的情況下， 一種這樣的裝置可以是噴射噴嘴86,該噴射噴嘴86 設(shè)置在隔離設(shè)備50上方，以允許流體可以沿著管柱30向下泵送并從噴射噴 嘴86泵出，以清除碎屑，例如可能聚積在封隔器30上方的砂石。噴射噴嘴 86還可用于代替射孔槍對套管管柱22進(jìn)行射孔并形成射孔通道61的目的。 在這一方面，研磨流體可通過管柱30的中心通道在井下進(jìn)行連通，并且研 磨流體被噴射噴嘴86在徑向上朝套管管柱22引導(dǎo)，從而得到的射流射穿套 管管柱22并形成進(jìn)入周圍地層中的通道。
井筒組件100還包括諸如清除口的部件，該清除口可在隔離設(shè)備50的 上方選擇性地打開或關(guān)閉，以便在需要時允許沿著環(huán)空向下泵送的流體能夠 沿著撓性管反向向上流動。諸如落球或機(jī)械致動的方法可用于選擇性地打開 或關(guān)閉清除口。
在一些實(shí)施例中，井筒組件IOO可包括一個或多個位于井筒監(jiān)測組件10 上方的附加隔離設(shè)備。附加隔離設(shè)備可為單級或多級。
井筒組件IOO可包括一個或多個用于提供井眼信息的附加設(shè)備。例如， 井筒組件IOO還可包括壓力或溫度傳感器，或者兩種傳感器都包括。在本發(fā) 明的一些實(shí)施例中，可以提供陀螺儀以使傳感器160定向或用于確定井筒監(jiān) 測組件10的方位，以便允許隨后的數(shù)據(jù)調(diào)整。可選擇地，傳感器可通過諸 如三分量矢端圖分才斤(three component hodogram analysis)的方法進(jìn)行定向，所 述三分量矢端圖分析方法利用在近井中或地面處的校準(zhǔn)點(diǎn)(calibration shot)的記錄。通過記錄并分析一個或多個這樣的點(diǎn)，可以用已知的方法計算出工 具方位，例如利用平面幾何方法，并假設(shè)從信號源到接收器為直射線，使所 述射線投射到垂直面上并使投影旋轉(zhuǎn)水平極化角以給出X分量傳感器的方向
和相對方位角，或者可以通過Becquey, M.和Dubesset， M.， 1990, Three-component sonde orientation in a deviated well (short note): Geophysics, Society of Exploration. Geophyics, 55, 1386-1388中描述的直接P波到達(dá)的3C 極化(3C polarization of the direct P-wave arrival)計算出相對方位角的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，井筒組件100可包括其它設(shè)備，這些設(shè)備用 于其它功用。例如，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，井筒組件ioo可包括套管接 箍定位器(CCL)87,套管接箍定位器87用于在井下精確定位井筒組件100或 其它儀器。在這方面，CCL 87可以是磁敏設(shè)備，該;茲敏設(shè)備產(chǎn)生用于探測 套管22的套管接頭的信號(在井8的地面進(jìn)行觀測)，以便精確地定位組件 100。當(dāng)噴射噴嘴86射穿套管22和目標(biāo)地層60時，這對于使噴射噴嘴86 精確定位是有幫助的。作為井筒組件100的另一潛在設(shè)備的示例，根據(jù)本發(fā) 明的一些實(shí)施例，組件100可包括張力接頭(tension sub)85,該張力接頭85 位于隔離設(shè)備50的下方并用于監(jiān)測延伸到探頭120的電纜的張力。在這方 面，如果電纜或探頭120卡在井8中，則表明此情況的相應(yīng)張力由張力接頭 85探測到并傳送至井的地面。因此，為了安全地取出探頭120,可在之后進(jìn) 行修正性的測量。
作為另一示例，井筒組件可包括能夠提供井下測量的輔助傳感器，例如 壓力或溫度傳感器。在這方面，利用輔助傳感器獲得的測量值可以與利用用 于監(jiān)測水力壓裂的傳感器160獲得的測量值結(jié)合使用或單獨(dú)地使用。在一些 實(shí)施例中，輔助傳感器可以是附加的聲傳感器，例如水聽器，這對于測量井 筒聲波形式的噪聲是有用的。輔助傳感器可以是加速度計。在一些實(shí)施例中， 可提供多個輔助傳感器，特別是聲傳感器。通過處理來自一個或多個聲傳感 器的測量值，可以利用該輔助傳感器的輸出進(jìn)行數(shù)字抑制或去除噪聲。這種 利用不同于對來自陣列形式的聲傳感器的測量值的利用，其通過對測量值的 累計處理，例如對垂直地震剖面所進(jìn)行的處理，來消除噪聲。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)處理多個區(qū)域時，井筒組件100還可包括遙控 閂(remotely-actuated latch)或連接器90，用于選4奪性地使井筒組件100連接 到管柱30以及使井筒組件100從管柱30釋放(從而使組件100留在井下)，
ii這將在下面進(jìn)一步描述。因此，可以有許多變型，它們都落入所附權(quán)利要求 的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，水力壓裂和監(jiān)測可以按照如下進(jìn)行。首先利
用套管22對井眼20完井，之后，在一個或多個地下目標(biāo)地層60處對套管 22進(jìn)行射孔。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，然后可以利用管柱30將井筒監(jiān)測組件 10送入井眼20中。同時，利用管柱30將隔離設(shè)備50送入井眼20中組件 IO上方的期望位置。隔離設(shè)備50坐封在合適位置，以便在管柱30與套管 22之間的環(huán)空中提供密封，從而在井眼20中將井筒監(jiān)測組件10隔離在隔離 設(shè)備50的下方。如果設(shè)置了附加隔離設(shè)備，則它們可被致動或坐封在合適 的位置，以便在井筒監(jiān)測組件10與隔離設(shè)備50之間提供進(jìn)一步的隔離。
然后，在一定壓力下將水力壓裂液或注入流體向下泵送到環(huán)空中，并進(jìn) 入地下目標(biāo)地層60中，所述環(huán)空形成在運(yùn)送工具30與套管22或井眼壁之 間。水力壓裂液可以是用于壓裂地下地層的任何流體，包括但不限于井眼處 理液、烴、水、采出水、廢棄水、泡沫流體或氣體(例如，天然氣或C02)。
隔離設(shè)備50和一個或多個附加隔離設(shè)備(如果有的話)將井筒監(jiān)測組件 10與水力壓裂液和井眼中隔離設(shè)備50上方進(jìn)行的作業(yè)分隔開。隔離設(shè)備50 可以是在井眼內(nèi)提供足夠的密封壓力以使井筒監(jiān)測組件與高壓壓裂液或注 入流體隔離的能夠坐封和解封的任何封隔器、可膨脹或機(jī)械設(shè)備。在本發(fā)明 的井筒監(jiān)測組件10在井眼中布置在隔離設(shè)備50下面的實(shí)施例中，隔離設(shè)備 50包括饋通連通(feed throughs),以允許通信線40穿過隔離設(shè)備50并到達(dá) 井筒監(jiān)測組件10。 一些實(shí)施例可包括剛性電纜連接器(stiff bridles)或配置桿 (deployment bar),以便將井筒傳感器組件10布置在斜井、水平井或高壓井 中。
根據(jù)這里所描述的本發(fā)明的實(shí)施例，參照圖3，技術(shù)方法200可用于監(jiān) 測特定目標(biāo)地層的水力壓裂。依照技術(shù)方法200，井筒組件100被下入到井 中某一位置，依照方框204，井筒組件包括聲傳感器。然后，依照方框206, 通過在一定壓力下將壓裂液泵送到井眼中而進(jìn)行水力壓裂作業(yè)。依照方框 208,利用一個或多個聲傳感器監(jiān)測聲能。監(jiān)測到的聲能可能來自壓裂作業(yè)， 或者可能產(chǎn)生于水力壓裂液包括聲信號產(chǎn)生元件的壓裂作業(yè)，聲信號產(chǎn)生元 件例如是美國專利No.7,134,492中描述的有噪支撐劑(noisy proppant),這里 將其全部內(nèi)容引入作為參考。傳感器160用于監(jiān)測作業(yè)或由聲信號產(chǎn)生元件產(chǎn)生的信號。
盡管為了簡要說明本發(fā)明的某些方面，這里描述了單個目標(biāo)地層或區(qū)域 的水力壓裂和監(jiān)測，但是應(yīng)當(dāng)指出，其它實(shí)施例也是可能的，并且落入所附 權(quán)利要求的范圍內(nèi)。更具體地，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，井筒組件100可 以結(jié)合井中多個區(qū)域的水力壓裂和監(jiān)測來使用。
以這種方式，參照圖4，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，技術(shù)方法250包括 將射孔設(shè)備下入到井下一特定深度處(方框254)。之后利用射孔設(shè)備對套管 或井眼進(jìn)行射孔(方框258)。依照方框262，將井筒組件IOO定位在井中。接 著，使隔離設(shè)備50坐封(方框266),并依照方框270隨后進(jìn)行壓裂作業(yè)并利 用傳感器160監(jiān)測所述作業(yè)。在一些實(shí)施例中，可建立壓裂模型并利用傳感 器160的測量值對壓裂模型進(jìn)行更新。
水力壓裂作業(yè)完成之后，確定是否要對另一區(qū)域進(jìn)行壓裂(菱形框274)。 如果不需要，則依照方框278將井筒組件IOO從井中取出。如果要對另一區(qū) 域進(jìn)行壓裂，則依照方框254對下一區(qū)域進(jìn)行射孔；并依照方框258、 262、 266和270對另 一 區(qū)域進(jìn)行水力壓裂和監(jiān)測。
因此，正如圖4中提出的那樣，依照技術(shù)方法250，可對井中多個區(qū)域 進(jìn)行壓裂和監(jiān)測。應(yīng)當(dāng)指出，技術(shù)方法250作為示例而提出，根據(jù)本發(fā)明的 其它實(shí)施例，可以使用其它技術(shù)方法進(jìn)行水力壓裂和監(jiān)測。
參照圖5,根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，4支術(shù)方法300包括將射孔i殳備下 入到井下一特定深度處(方框304)。之后利用射孔設(shè)備對套管或井眼進(jìn)行射 孔(方框308)。依照方框312,將井筒組件100定位在井中。在一些實(shí)施例中， 井筒組件IOO可包括射孔設(shè)備。依照方框320,隨后進(jìn)行壓裂作業(yè)并利用傳 感器160監(jiān)測所述作業(yè)。
水力壓裂作業(yè)完成之后，確定是否要對另 一 區(qū)域進(jìn)行壓裂(菱形框324)。 如果不需要，則依照方框328將井筒組件IOO從井中取出。如果要對另一區(qū) 域進(jìn)行壓裂，則依照方框324對下一區(qū)域進(jìn)行射孔；并依照方框304、 308、 312和320對另 一區(qū)域進(jìn)行水力壓裂和監(jiān)測。
因此，正如圖5中提出的那樣，依照技術(shù)方法300，可對井中多個區(qū)域 進(jìn)行壓裂和監(jiān)測。應(yīng)當(dāng)指出，技術(shù)方法300作為示例而提供，根據(jù)本發(fā)明的 其它實(shí)施例，可以使用其它技術(shù)進(jìn)行水力壓裂和監(jiān)測。
這里所描述的井筒監(jiān)測組件100和技術(shù)可提供超過常規(guī)水力監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備的一個或多個優(yōu)點(diǎn)和/或改進(jìn)。尤其是，將井筒監(jiān)測組件設(shè)置在注入井中 而不是單獨(dú)的監(jiān)測井中，這減少了單獨(dú)井鉆進(jìn)所需的時間和費(fèi)用。將聲傳感 器設(shè)置在封隔器的下方，使傳感器與壓裂液隔離開來，并降低了壓裂液被向 下泵送到井眼時壓裂液損壞傳感器的風(fēng)險。類似地，將通信線40設(shè)置在管
柱30內(nèi)，使其與向下泵入環(huán)空的壓裂液隔離開來，并顯著降低了腐蝕或損 壞通信線的可能性。另外，將傳感器160設(shè)置在隔離設(shè)備50下方，這具有 與流動引入的噪聲隔離的效果。
在本發(fā)明之前，泵送的壓裂液在井眼中產(chǎn)生的噪聲抑制了注入井中成功 的微震測量。本發(fā)明中單獨(dú)或組合使用多個元件來隔離并衰減井眼噪聲。將 一個或多個聲能傳感器設(shè)置在隔離設(shè)備50下方，為導(dǎo)入流動噪聲提供了障 礙。隔離設(shè)備50被設(shè)計成能夠有效地進(jìn)行坐封/解封、清除沉積在頂部的砂 石、并實(shí)現(xiàn)了噪聲隔離技術(shù)(例如，松弛)。將傳感器160構(gòu)造于聲能傳感器 封裝件中并使傳感器封裝件140(參見圖2)與工具體12機(jī)械地隔離，可用于 衰減在井眼流體中傳播的噪聲(已知為管波)。使通信線40松弛可用于衰減沿 著通信線40或井筒監(jiān)測組件IO傳播的噪聲。隔離設(shè)備50可包括壓縮坐封 封隔器，其在使通信線40松弛的井下移動時起作用。
設(shè)計成用于衰減在底部鉆具組合中傳播的噪聲的減震器可以插在隔離 設(shè)備50與聲傳感器之間。數(shù)字濾波可用于識別特征與微震明顯不同的上行 和下行傳播的噪聲。這種數(shù)字濾波技術(shù)(例如，自適應(yīng)射束生成或速度濾波) 可用于衰減噪聲。設(shè)置在地震檢波器或加速度計陣列內(nèi)的水聽器的子陣列可 用于識別和去除傳播的流體波(管波)。此外，泵送噪聲為低頻(《OHz),這比 一般的微震頻帶低很多，并且可以通過常規(guī)的高通濾波器而基本上去除。
井筒組件IOO還可包括其它測量設(shè)備，例如壓力傳感器、溫度傳感器、 陀螺儀、或者用于測量裂縫特征標(biāo)志的任何其它設(shè)備。井筒組件100還可包 括用于水力壓裂工藝中的位于隔離設(shè)備50上方的壓裂工具，例如噴射噴嘴、 清除口等。此外，井筒組件IOO可包括位于測量設(shè)備上方的單級或多級隔離 設(shè)備，以便保護(hù)其免受壓裂處理的影響。
出于在前面的描述中方便的原因，盡管已經(jīng)釆用了方向性的方位術(shù)語， 如"垂直"、"向上"、"向下"，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些方向和方位對于實(shí)施本 發(fā)明不是必需的。例如，根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，井筒組件100可用在分 支井眼中。因此，可以構(gòu)想出許多變型，而這些變型都落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
盡管結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是，受益于本公開 的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可從其中理解出大量改進(jìn)和變化。所附權(quán)利要求書旨 在覆蓋落入本發(fā)明真實(shí)主旨和范圍內(nèi)的所有改進(jìn)和變型。
權(quán)利要求
1、一種可用于井的方法，包括將一組件配置到井眼中，所述組件包括至少一個傳感器；在壓力下將壓裂液注入到所述井眼中，以對地下目標(biāo)地層進(jìn)行水力壓裂；使傳感器與壓裂隔離；以及利用所述至少一個傳感器測量由水力壓裂產(chǎn)生的聲能。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述隔離包括使所述組件的封隔 器坐封。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，還包括 使所述至少 一 個傳感器定位在封隔器的下方。
4、 如權(quán)利要求2所述的方法，還包括 使所述封隔器解封； 使井筒組件重新定位在井眼中；以及 重復(fù)進(jìn)4亍注入和隔離。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述配置包括在管柱上配置所述 組件，所述方法還包括將通信線布置在管柱內(nèi)部，以在所述至少一個傳感器 與井的地面之間建立通信。
6、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個傳感器包括多個傳 感器，所述方法還包括使所述傳感器沿著井眼間隔開。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括 將所述組件從井眼中取回。
8、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述測量與注入同時進(jìn)行。
9、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括將由所述至少 一 個傳感器測量到的指示聲能的數(shù)據(jù)存儲在組件的存儲 器中；以及在將所述組件從井中取回之后，從存儲器中取出數(shù)據(jù)。
10、 一種監(jiān)測水力壓裂的方法，包括a)利用撓性管將井筒組件配置到井眼中，在所述撓性管中設(shè)置有通信線，井筒組件包括位于封隔器下方的井筒監(jiān)測組件，該井筒監(jiān)測組件包括至少一個聲能傳感器；b) 將井筒組件設(shè)置在地下目標(biāo)地層的下方；c) 使封隔器坐封在地下目標(biāo)地層的下方；d) 在壓力下將壓裂液向下注入環(huán)空，從而對地下目標(biāo)地層進(jìn)行水力壓 裂；以及e) 利用聲能傳感器測量由水力壓裂產(chǎn)生的聲能。
11、 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述通信線從由鋼絲繩、滑線、 光纖或光纖繩索所構(gòu)成的組中選出。
12、 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述井筒監(jiān)測組件包括多于一 個的傳感器，所述傳感器沿著井眼間隔開，封隔器使所述傳感器與地下地層 分隔開。
13、 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括步驟(f)，使封隔器解封；和 步驟(g),在井眼中移動所述井筒組件，其中，重復(fù)進(jìn)行步驟(b)到(f)。
14、 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述聲能測量包括經(jīng)由通信線 進(jìn)行通信。
15、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，注入壓裂液的步驟包括根據(jù)聲 能測量值進(jìn)行修正。
16、 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括從井眼中取回所述井筒組件。
17、 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括利用至少一個聲能測量值建立 壓裂模型并更新所述壓裂模型。
18、 一種用于水力壓裂監(jiān)測的井眼裝置，包括在撓性管上配置的井筒組件，所述組件具有工具體、隔離設(shè)備和鄰近所述隔離設(shè)備的至少一個清除 口，至少一個聲能傳感器設(shè)置在所述工具體中，所述組件連接到撓性管，所述撓性管中設(shè)置有通信線。
19、 如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述至少一個聲能傳感器從由 地震檢波器、水聽器和加速度計構(gòu)成的組中選出。
20、 如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述隔離設(shè)備包括封隔器。
21、 如權(quán)利要求18所述的裝置，還包括用于處理來自聲能傳感器的數(shù) 據(jù)的裝置。
22、 一種可用于井的裝置，包括 工具體；設(shè)置在工具體上的隔離設(shè)備；至少一個聲傳感器，設(shè)置在工具體上，用于監(jiān)測水力壓裂。
23、 如權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述至少一個聲傳感器包括地 震檢波器、水聽器和加速度計中的至少一個。
24、 如權(quán)利要求22所述的裝置，還包括將隔離設(shè)備和所述至少一個聲傳感器作為一單元運(yùn)送到井下的管柱。
25、 如權(quán)利要求22所述的裝置，還包括使隔離設(shè)備選擇性地連接到管形管柱的遙控連接器。
26、 如權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述隔離設(shè)備包括封隔器。
27、 如權(quán)利要求22所述的裝置，還包括存儲器，連接到工具體并與工具體一起配置到井下，用于存儲由所述至 少一個傳感器提供的數(shù)據(jù)，以便在從井中取回所述裝置之后從所述存儲器中 取出數(shù)據(jù)。
28、 一種用于監(jiān)測水力壓裂的方法，包括a) 將井筒組件配置到井眼中，所述井筒組件包括井筒監(jiān)測組件，該井筒 監(jiān)測組件具有至少 一 個聲能傳感器；b) 在壓力下注入壓裂液，從而對地下目標(biāo)地層進(jìn)行水力壓裂；和c) 利用聲能傳感器測量聲能。
29、 如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述井筒組件還包括輔助傳感器。
30、 如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述壓裂液包括聲能產(chǎn)生元件。
31、 如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述壓裂液包括有噪支撐劑。
32、 如權(quán)利要求28所述的方法，還包括在井眼中移動井筒組件的步 驟(e),其中步驟(b)到步驟(c)是重復(fù)進(jìn)行的。
33、 如權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述輔助傳感器為聲能傳感器。
34、 如權(quán)利要求33所述的方法，還包括在處理聲能測量值時利用輔助 傳感器的輸出的步驟。
35、 如權(quán)利要求28所述的方法，還包括對井筒組件進(jìn)行定向。
全文摘要
可用于井的技術(shù)包括將一組件布置在井眼中。組件包括至少一個傳感器。在壓力下將壓裂液注入到井眼中，以對地下目標(biāo)地層進(jìn)行水力壓裂。該技術(shù)包括使傳感器與壓裂作業(yè)隔離并利用一個或多個傳感器測量由水力壓裂產(chǎn)生的聲能。
文檔編號E21B43/26GK101460703SQ200780017039
公開日2009年6月17日 申請日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月14日
發(fā)明者威廉·昂德希爾, 小西奧多·拉弗蒂, 萊斯·納特, 阿萊詹德羅·馬蒂內(nèi)斯 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司