專利名稱：用于確定注射流體的垂直位置的裝置、系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及注射流體到鉆孔中，且更特別涉及實(shí)時(shí)確定環(huán)繞鉆孔的地層 中的流體的垂直位置。
背景技術(shù)：
確定井中的注射流體的流體位置在石油領(lǐng)域和其它井相關(guān)工業(yè)中是一 長(zhǎng)期存在的挑戰(zhàn)。當(dāng)流體被注射到井中時(shí)，期望流體流入目標(biāo)區(qū)域中，例如 特定巖層。但是，存在對(duì)于注射流體的位置和位置的確定兩者的眾多挑戰(zhàn)。
例如，通過在鉆孔套管周圍的不完善的水泥護(hù)套(cement sheath )之后 流動(dòng)，或通過建立裂縫(這可擴(kuò)展穿過地層，導(dǎo)致流體流動(dòng)到非期望的區(qū)域)， 流體可與目標(biāo)區(qū)域之外的地層相通。出于多個(gè)原因，不希望允許流體進(jìn)入目 標(biāo)區(qū)域之外的區(qū)域。首先，進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域之外的區(qū)域的流體不支持注射目的 且被浪費(fèi)。其次，注射到目標(biāo)區(qū)域之外區(qū)域中的流體可導(dǎo)致與井中的其它區(qū) 域連通且導(dǎo)致?lián)p害目標(biāo)區(qū)域的生產(chǎn)。最后，注射到目標(biāo)區(qū)域之外區(qū)域中的流 體可妨害操作者根據(jù)合同、環(huán)境和/或其它法律所擁有的責(zé)任。
現(xiàn)有技術(shù)中已知多個(gè)確定注射流體在鉆孔中的垂直位置的方法。兩個(gè)通 常的方法是放射性測(cè)井和溫度測(cè)井。這兩個(gè)方法都不能在流體^^皮注射的同時(shí) 實(shí)時(shí)地進(jìn)行，且兩個(gè)確定方法都需要在注射工作完成后把工具下降到孔中。 而且，這些方法都不能4全測(cè)鉆孔從斷裂面(fracture plane)的偏離，且由此 兩個(gè)方法在沒有偏離已發(fā)生的任何反饋的情況下顯著低估了斷裂面的實(shí)際 高度。而且，放射性測(cè)井要求處理放射性指示劑，和相關(guān)的環(huán)境、管理和控 制問題。
確定流體位置的其它方法包括測(cè)斜儀勘測(cè)和微地震測(cè)繪。這些技術(shù)被在 流體注射期間使用。但是，這些技術(shù)具有重大局限。它們要求使用相鄰的補(bǔ) 償井(offset well),該井在測(cè)試期間必須關(guān)閉。不是每個(gè)井都具有相鄰補(bǔ)償 井，且生產(chǎn)關(guān)閉幾乎總是不期望的。而且，測(cè)斜儀勘測(cè)測(cè)量由于補(bǔ)償井中由 于巖石應(yīng)力的小偏離，且最適于裂縫(fracture)處理且不是其它類型的不引起裂縫或被注射地層中的顯著應(yīng)力的注射。微地震測(cè)繪要求微地震事件來檢 測(cè)裂縫高度。在發(fā)生低流體泄露的邊界層中，微地震事件可能太小而不能測(cè) 量，且可導(dǎo)致微地震測(cè)繪不準(zhǔn)確地確定裂縫高度。
估計(jì)裂縫高度的一個(gè)方法是流體效率測(cè)試，其中預(yù)裂縫注射被進(jìn)行，且
設(shè)置在鉆孔中的光纖電纜(fiber optic cable)檢查溫度對(duì)深度曲線。預(yù)裂縫 泵浦期間的流體位置被用于估計(jì)裂縫高度。但是，該方法僅可檢測(cè)在測(cè)試自 身期間建立的裂縫高度，其通常使用比實(shí)際裂縫處理更小的流體容量，導(dǎo)致 顯著較小的裂縫高度。在裂縫處理期間使用的支持劑和其它添加劑在鉆孔處 引入附加的靜水壓頭和摩擦，其改變套管后的水泥護(hù)套和地層套管上的應(yīng) 力。在流體效率測(cè)試中不能對(duì)這些效果中的任何一個(gè)進(jìn)行較好的建模。而且， 流體效率測(cè)試方法不檢測(cè)從斷裂面的鉆孔偏離且由此不提供鉆孔裂縫偏離 已發(fā)生的反饋的情況下顯著低估了裂縫的實(shí)際高度。該方法還引入附加流體 到地層中且由此引入額外的成本和時(shí)間，且導(dǎo)致對(duì)地層的永久破壞。最后， 流體效率測(cè)試不能在裂縫處理發(fā)生時(shí)確定裂縫的實(shí)際高度，或報(bào)告對(duì)于高度 增長(zhǎng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)。
顯然，存在對(duì)于用于確定被注射到鉆孔中的流體在地層中的垂直位置的 裝置、系統(tǒng)和方法的需要。這樣的裝置、系統(tǒng)和方法不要求使用補(bǔ)償井，在 流體被注射的同時(shí)實(shí)時(shí)提供垂直位置信息，且不引入任何額外流體到地層 中。
還期望，這樣的裝置、系統(tǒng)和方法提供鉆孔到斷裂面的偏離已發(fā)生的指 示，以及由于該偏離而使得垂直位置指示可能不可靠。因此，本發(fā)明以被開 發(fā)以提供這樣的裝置、系統(tǒng)和方法，用于確定注射進(jìn)地層中的流體的垂直位 置，且克服傳統(tǒng)方法中的多數(shù)或全部缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于確定注射流體的垂直范圍的方法，該方法通過提 供多個(gè)溫度檢測(cè)器，其中多個(gè)溫度檢測(cè)器的每個(gè)被配置為提供鉆孔的大致已 知深度處的溫度估計(jì)值；提供熱絕緣件，其配置為把多個(gè)溫度檢測(cè)器從跨過 地層中的目標(biāo)區(qū)域的注射導(dǎo)管隔開；注射流體通過注射導(dǎo)管進(jìn)入地層中的注 射區(qū)域；和基于每個(gè)溫度檢測(cè)器的溫度估計(jì)值確定跨過目標(biāo)區(qū)域的地層中的 注射流體的垂直范圍。在 一 個(gè)實(shí)施例中，該方法包括在最高裂縫指示標(biāo)志和最低裂縫指示標(biāo)志 展示比至少 一個(gè)中心裂縫指示標(biāo)志更窄的溫度響應(yīng)時(shí)，；險(xiǎn)測(cè)裂縫-鉆孔偏離。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括在第一裂縫指示標(biāo)志出現(xiàn)在最高被觀察位 置處的鉆孔的第一側(cè)上時(shí)，且第二裂縫指示標(biāo)志出現(xiàn)在最低被觀測(cè)裂縫位置 處的鉆孔的第二側(cè)上時(shí)，檢測(cè)裂縫-鉆孔偏離。
在另一實(shí)施例中，溫度檢測(cè)器包括光纖電纜，通過螺旋地把光纖電纜設(shè) 置在鉆孔中、通過在鉆孔中螺旋地設(shè)置光纖電纜具有在鉆孔中每鉆孔軸向距 離具有可配置匝數(shù)、和/或通過把光纖電纜設(shè)置為螺旋地繞鉆孔前進(jìn)的多個(gè)曲 折組，該光纖電纜穿過目標(biāo)區(qū)域設(shè)置。
在另一實(shí)施例中，該方法包括監(jiān)控注射流體的垂直范圍，和基于該垂直
范圍調(diào)節(jié)注射參數(shù)。該注射參數(shù)選自包括以下的組注射流體粘度、注射流
體泵送速度、注射流體支撐劑濃度。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括基于注射 流體的垂直范圍校正裂縫傳播模型，其中校正裂縫傳播模型包括調(diào)節(jié)至少一 個(gè)模型參數(shù)以匹配模型化的裂縫高度到注射流體的垂直范圍。每個(gè)模型參數(shù)
選自包括下面的列表地層裂縫梯度、地層楊氏模量、流體泄露系數(shù)、流體 粘度估計(jì)值。
本發(fā)明還提供用于確定注射流體的垂直范圍的裝置，包括多個(gè)溫度檢測(cè) 器，其中多個(gè)溫度檢測(cè)器的每個(gè)被放置在鉆孔中大致已知的深度處和大致已 知的徑向角度處，且熱絕緣件插置在注射導(dǎo)管和跨過地層中目標(biāo)區(qū)域的多個(gè)
溫度檢測(cè)器之間。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)溫度檢測(cè)器可以是設(shè)置在鉆孔中的 多個(gè)軸向段的光纖電纜。
該裝置還包括泵，配置用于注射流體穿過注射導(dǎo)管進(jìn)入地層中的注射 區(qū)域；溫度確定模塊，配置用于解釋來自多個(gè)溫度檢測(cè)器的至少一個(gè)信號(hào)， 和用于,定每個(gè)溫度檢測(cè)器的溫度估計(jì)值；和流體位置模塊，配置用于基于 每個(gè)溫度檢測(cè)器的溫度估計(jì)值確定跨過目標(biāo)區(qū)域的注射流體的垂直范圍。
在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)溫度檢測(cè)器可以是多個(gè)軸向段的光纖電纜，該光 纖電纜設(shè)置在鉆孔內(nèi)。光纖電纜可被繞螺旋地設(shè)置在鉆孔中，在鉆孔中每鉆 孔軸向距離具有可配置匝數(shù)，和/或把光纖電纜設(shè)置為多個(gè)曲折組，其中這些 組繞鉆孔螺旋地前進(jìn)。
溫度確定模塊解釋來自多個(gè)溫度檢測(cè)器的至少一個(gè)信號(hào)，且確定每個(gè)溫 度檢測(cè)器的溫度估計(jì)值。流體位置模塊基于每個(gè)溫度檢測(cè)器的溫度估計(jì)值確定跨過目標(biāo)區(qū)域的注射流體的垂直范圍。
在另一實(shí)施例中，該裝置還可包括裂縫偏離模塊。該裂縫偏離模塊基于 每個(gè)溫度檢測(cè)器的溫度估計(jì)值和基于多個(gè)溫度檢測(cè)器的大致已知深度和大 致已知徑向角度來檢測(cè)裂縫-鉆孔偏離。在一個(gè)實(shí)施例中，裂縫偏離模塊被 配置為基于發(fā)生在鉆孔的一側(cè)上的第一裂縫指示標(biāo)志和發(fā)生在鉆孔的相對(duì) 側(cè)上的第二裂縫指示標(biāo)志來檢測(cè)裂縫-鉆孔偏離，第一裂縫指示標(biāo)志位于被 觀測(cè)區(qū)域的頂部處且第二裂縫指示標(biāo)志位于被觀測(cè)區(qū)域的底部處。
該發(fā)明還提供一種用于提供服務(wù)的系統(tǒng)，用于確定注射流體的垂直范 圍。該系包括具有注射器頭和盤管管柱的盤管單元、設(shè)置在盤管管柱中的光
纖。該系統(tǒng)還包括設(shè)置在鉆孔中的注射導(dǎo)管和底部孔組件(BHA)，該組件 包括多個(gè)跨接口。這些跨接口把注射流體從盤管管柱的外部引導(dǎo)到BHA的 內(nèi)部導(dǎo)管，且這些口把光纖從盤管管柱的內(nèi)部引導(dǎo)BHA的外部。BHA還包 括插置BHA的內(nèi)導(dǎo)管和跨過地層中目標(biāo)區(qū)域的光纖之間。在一個(gè)實(shí)施例中， 該系統(tǒng)還包括泵送單元，具有到注射流體源的通路，該泵送單元流體連接到 注射導(dǎo)管。
該系統(tǒng)還包括控制器，控制器包括多個(gè)模塊，配置為在功能上執(zhí)行確定 注射流體的垂直位置?？刂破靼囟却_定模塊，以及流體位置模塊。該裝 置還可包括裂縫偏離模塊、位置轉(zhuǎn)換模塊和注射修正模塊。位置轉(zhuǎn)換模塊把 沿光纖電纜的軸向位置轉(zhuǎn)換為鉆孔中的相應(yīng)深度，和相應(yīng)徑向角度。注射修 正模塊監(jiān)控注射流體的垂直范圍，且基于注射流體的垂直范圍調(diào)節(jié)注射參 數(shù)。注射參數(shù)包括注射流體粘度、注射流體泵送速度和注射流體支撐劑濃度 中的至少一個(gè)。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于確定注射流體的垂直位置的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí) 施例；
圖2示出了用于確定注射流體的垂直位置的裝置的一個(gè)實(shí)施例； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的控制器；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的每井孔軸向距離具有可配置匝數(shù)的光纖電纜的 一個(gè)實(shí)施例；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的具有多個(gè)曲折組的光纖電纜的一個(gè)實(shí)施例，該曲折組繞鉆孔螺旋地前進(jìn)；
圖6A是根據(jù)本發(fā)明的繞鉆孔螺旋地前進(jìn)的曲折組的一個(gè)實(shí)施例的視
圖6B是根據(jù)本發(fā)明的溫度檢測(cè)器和相應(yīng)徑向角度的一個(gè)實(shí)施例的視
圖7是根據(jù)本發(fā)明的裂縫-鉆孔偏離的視圖8是示意性流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的用于確定注射流體的垂直位置的方法的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本說明書中描述的許多功能單元被指定為模塊，以更特別地強(qiáng)調(diào)它們的實(shí)施的獨(dú)立性。例如，模塊可被實(shí)施為硬件電路，包括定制VLSI電路或門陣列、現(xiàn)成半導(dǎo)體件，例如邏輯芯片、晶體管、或其它單個(gè)元件。模塊還可在可編程硬件中實(shí)施，例如場(chǎng)編程門陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯裝置等。
模塊還可在軟件中實(shí)施，由各種類型處理器執(zhí)行。例如，可執(zhí)行代碼的確定模塊包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)指令的物理或邏輯塊，其例如可被組織為對(duì)象、進(jìn)程、或函數(shù)。但是，確定模塊的執(zhí)行不需要物理地定位在一起，而是可包括儲(chǔ)存在不同位置的不同指令，當(dāng)其邏輯地結(jié)合到一起時(shí)，其包括該模塊且實(shí)現(xiàn)該模塊的所述目的。實(shí)施為用于執(zhí)行的軟件的任意模塊被實(shí)施為計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀程序且由此嵌入有形介質(zhì)中。
實(shí)際上，可執(zhí)行代碼的模塊可以是單獨(dú)指令、或許多指令，且甚至可被跨多個(gè)存儲(chǔ)裝置、在多個(gè)不同程序之間、分布在多個(gè)不同代碼段上。同樣，在模塊中操作的數(shù)據(jù)在這里可被確定和示出，且可被以任意合適的形式嵌入和組織在任意合適類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。操作數(shù)據(jù)可被收集為單個(gè)數(shù)據(jù)組，或可被分布在不同位置，包括不同存儲(chǔ)裝置，且可至少部分地僅作為系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)上的電子信號(hào)存在。
涉及的信號(hào)承載介質(zhì)可采取能產(chǎn)生信號(hào)、使得信號(hào)產(chǎn)生、或使得數(shù)字處理設(shè)備上的機(jī)器可讀指令的程序的執(zhí)行的任意形式。信號(hào)承載機(jī)制可由傳輸線路、CD、 DVD、磁帶、伯努利驅(qū)動(dòng)器、磁盤、打孔卡、閃存、集成電路或其它數(shù)字處理設(shè)備存儲(chǔ)裝置實(shí)現(xiàn)。而且，本發(fā)明的所述特征、結(jié)構(gòu)、或特性可被以任意合適的方式在一個(gè) 或多個(gè)實(shí)施例中組合。在下面的說明中，提供眾多特定細(xì)節(jié)，例如程序、軟 件模塊、用戶選擇、網(wǎng)絡(luò)處理、數(shù)據(jù)庫查詢、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、硬件模塊、硬件 電路、硬件芯片的實(shí)例等，以提供對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例的透徹理解。但是， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可被實(shí)施而不具有一個(gè)或多個(gè)特定細(xì)節(jié)、 或可以使用其它模塊、元件、材料等實(shí)施。在其它情況下，已知的結(jié)構(gòu)、材 料或操作沒有示出或詳細(xì)說明，以避免模糊本發(fā)明的各方面。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于確定注射流體的垂直位置的系統(tǒng)100的一 個(gè)實(shí)施例。圖1是示意圖且不按比例示出系統(tǒng)100的實(shí)施例的各方面。系統(tǒng)
100包括盤管(coiled tubing )單元102,包括注射器頭104和盤管管柱106。 系統(tǒng)100包括設(shè)置在盤管管柱106中的光纖108。在一個(gè)實(shí)施例中，盤管管 柱(coiled tubing string ) 106在注射導(dǎo)管內(nèi)延伸，該注射導(dǎo)管可以是鉆孔112 中的油管柱(tubing string) 110。鉆孔112可以是設(shè)置在地層114中的井。 在一個(gè)實(shí)施例中，鉆孔112是鉆穿注射區(qū)域114A的井，且該井具有設(shè)置有 水泥構(gòu)造118的套管116。系統(tǒng)100包括注射點(diǎn)138，其可包括穿孔138,該 穿孔使得井和注射區(qū)域114A之間流體相通。該井可以是碳?xì)浠衔锷a(chǎn)井， 廢物處理井、水注射井，和/或本領(lǐng)域已知的任一其它類型的井。
系統(tǒng)100還包括井底組件(BHA)122，其可從盤管管柱106懸垂。BHA122 具有跨接口 124，以使得注射流體126從盤管管柱106的外部跨到BHA122 的內(nèi)部導(dǎo)管128。在一個(gè)實(shí)施例中，注射流體126從盤管管柱106和油管柱 110之間的環(huán)狀部130開始，由此注射導(dǎo)管包括油管柱110和BHA內(nèi)導(dǎo)管 128?？缃涌?124還允許光纖108從盤管管柱106的內(nèi)部穿到BHA122的外 部。光纖108可以是適應(yīng)鉆孔112的溫度和壓力環(huán)境的光纖電纜，且可包括 包層和/或保護(hù)套，以保護(hù)電纜需要保護(hù)的地方，例如在光纖108從盤管管柱 106的內(nèi)部，穿過一個(gè)^,4妄口 124，到達(dá)BHA122的外部的點(diǎn)。
系統(tǒng)100的注射構(gòu)造僅是一個(gè)實(shí)施例，且可以有其它構(gòu)造。例如，且不 是限制性地，注射流體126可被直接泵送通過盤管管柱106。在一個(gè)實(shí)施例 中，注射流體126和光纖電纜108都設(shè)置在盤管管柱106中，且光纖電纜108 穿過跨接口 124從盤管管柱106跨到BHA122的外部。注射構(gòu)造的其它布置 是可能的且容易被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解。
BHA122還包括絕緣層132，插置在注射導(dǎo)管110、 128和跨過地層114中目標(biāo)區(qū)域的光纖108之間。例如，在圖1的實(shí)施例中，絕緣層132設(shè)置在 /人流體注射點(diǎn)138的頂部到邊界層114C的區(qū)域上，且該目標(biāo)區(qū)域包括乂人流 體注射點(diǎn)138的頂部到邊界層114C中的區(qū)域，以確定注射流體126是否流 進(jìn)邊界層114C。絕緣層132可以是現(xiàn)有技術(shù)已知的任一絕緣材料，其提供 低導(dǎo)熱性且其能經(jīng)受鉆孔112的溫度和壓力環(huán)境。絕緣層132把光纖108從 注射導(dǎo)管110、 128熱隔離。
光纖108不需要檢測(cè)鉆孔112外的地層114的實(shí)際溫度，而是僅需要檢 測(cè)來自地層114的熱響應(yīng)，其比來自注射流體126的熱響應(yīng)強(qiáng)烈。因此，盡 管絕緣層132的較低的導(dǎo)熱性將改善確定地層114中的注射流體126垂直范 圍的可靠性和響應(yīng)時(shí)間，熱隔離僅要求絕緣層132的導(dǎo)熱性低于地層114和 光纖108之間的材料的導(dǎo)熱性。在一個(gè)實(shí)施例中，地層114和光纖108之間 的材料包括井孔流體、套管116和水泥層118
系統(tǒng)IOO還包括控制器136，配置為確定注射流體126的垂直位置、或 注射流體126在地層114中的垂直范圍。圖1中所示的垂直范圍134與鉆孔 112的一側(cè)上的具有半長(zhǎng)輪廓135的裂縫一致，如所示。圖1中示出的半長(zhǎng) 是僅為示意性，因?yàn)榱芽p輪廓135的垂直范圍是關(guān)注的主要特征。光纖電纜 108檢測(cè)垂直范圍134中相對(duì)于背景的溫度差，因?yàn)榇怪狈秶?34是注射流 體136存在且光纖電纜108與流體導(dǎo)管110、 128熱隔離的區(qū)域，由此一企測(cè) 由于地層114中的注射流體126造成的溫度差。
控制器136包括模塊，配置用于功能上執(zhí)行確定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的注射流體 126的垂直范圍134的步驟?？刂破?36包括溫度確定模塊、位置轉(zhuǎn)換模塊 和流體位置模塊?？刂破鬟€可包括注射修正模塊和裂縫偏離模塊。
在一個(gè)實(shí)施例中，溫度確定模塊解釋來自光纖電纜的至少一個(gè)信號(hào)，且 確定沿光纖電纜的多個(gè)軸向位置的每個(gè)的溫度估計(jì)值。位置轉(zhuǎn)換模塊把沿光 纖電纜的軸向位置轉(zhuǎn)換為鉆孔中的多個(gè)相應(yīng)近似深度，和多個(gè)相應(yīng)近似徑向 角度。徑向角度可被定義為相對(duì)徑向角度，例如"65"號(hào)溫度測(cè)量和"66" 號(hào)溫度測(cè)量之間的角度，或者定位為絕對(duì)徑向角度，例如方位角。
流體位置模塊，基于每個(gè)軸向位置的溫度估計(jì)值且基于每個(gè)軸向位置在 鉆孔中的相應(yīng)深度和徑向角度，確定注射流體跨過目標(biāo)區(qū)域的垂直范圍134。 裂縫偏離模塊，基于每個(gè)軸向位置的溫度估計(jì)值且基于軸向位置的在鉆孔中 的相應(yīng)深度和徑向角度，檢測(cè)裂縫-鉆孔偏離。注射修正模塊，基于注射流體的垂直范圍，監(jiān)控注射流體的垂直范圍，且調(diào)節(jié)注射參數(shù)。注射參數(shù)包括 選自包括注射流體粘度、注射流體泵送速度和注射流體支撐劑濃度的組中的
至少一個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括泵送單元140，其具有到注射流 體源142的通路且流動(dòng)地連接到注射導(dǎo)管110、 128。
圖2示出了用于確定目標(biāo)區(qū)域中的注射流體126的垂直位置的裝置200 的一個(gè)實(shí)施例。該裝置200包括多個(gè)溫度檢測(cè)器202，其中每個(gè)溫度檢測(cè)器 202被放置在鉆孔112中的大概已知深度處和大概已知徑向角度處。
深度僅需要大概已知，且所需的精度是裝置200的給定實(shí)施例的需求的 函數(shù)。如果注射區(qū)域114A和邊界層114B較厚，且與注射流體126垂直范 圍134相關(guān)聯(lián)的成本連續(xù)地增長(zhǎng)(即，垂直范圍114A中增加的每個(gè)增加量 都使得成本增加)，則鉆孔112的深度的解析度可以是粗糙的。例如，如果 注射區(qū)域114A具有50米邊界層114B,與邊界層相關(guān)聯(lián)的成本僅是泵送到 非所需層中的過量流體的成本的函數(shù)，則大概5米的粗糙深度解析度是可接 受的。如果被注射區(qū)域114A具有5米邊界層114B,且與過度邊界層相關(guān)聯(lián) 的成本是不連續(xù)的，例如如果超過邊界層(例如裂縫增長(zhǎng)穿過114B進(jìn)入 114C)則招致罰款，則可能需要低于一米的更精細(xì)解析度。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù) 人員來說，基于裝置200的給定實(shí)施例的邊界層信息和成本、基于基本工程 經(jīng)濟(jì)原理和基于這里披露的內(nèi)容來確定裝置200的給定實(shí)施例需要的深度解 析度是機(jī)械步驟。
徑向角度表示鉆孔112中的溫度檢測(cè)器202的方向，相對(duì)或絕對(duì)意義上 的方向(見參考圖1的說明)。徑向角度僅需要大概已知，且所需精度(或 解析度)是裝置200的給定實(shí)施例的需求的函數(shù)。例如，在地層114中的被 感應(yīng)裂縫的方位角提前已知時(shí)，且徑向角度(即，徑向角度是絕對(duì)的)已知 時(shí)，則180度的解析度是足夠的。當(dāng)關(guān)于感應(yīng)的裂縫方位角的信息沒有已知 時(shí)，且當(dāng)沒有關(guān)于徑向角度(即，徑向角度是相對(duì)的)的方位角信息時(shí)，120 度的解析度通常是足夠的。
在一個(gè)實(shí)施例中，在裝置200配置為不檢測(cè)裂縫-鉆孔偏離的地方，每 個(gè)溫度檢測(cè)器的徑向角度不要求精確，但是溫度檢測(cè)器202應(yīng)仍然被分布在 繞鉆孔112的各個(gè)徑向角度處，即徑向角度分辨率高于180度或?qū)嶋H上隨機(jī) 角度，以確保一些溫度檢測(cè)器202與地層114的注射流體流動(dòng)的區(qū)域相交。 在一個(gè)實(shí)施例中，在注射流體12^被預(yù)期以實(shí)際徑向流動(dòng)流進(jìn)地層114 (即沒有滲透各項(xiàng)異性存在，且沒有裂縫被感應(yīng))，和/或裂縫方位角已知，且溫
度檢測(cè)器202被布置在鉆孔112中以交叉感應(yīng)裂縫時(shí)，溫度^r測(cè)器202不需 要繞鉆孔112分布。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，基于關(guān)于裝置200的給定實(shí) 施例的計(jì)劃的應(yīng)用的已知信息和這里披露的內(nèi)容，確定給定裝置200所需的 徑向角度解析度是一機(jī)械步驟。
在圖2的實(shí)施例中，注射導(dǎo)管包括油管柱110。在其它實(shí)施例中，注射 導(dǎo)管IIO可包括盤管管柱、套管116，或套管116和油管柱之間的套管環(huán)狀 部。裝置200還包括熱絕緣件132，插置在注射導(dǎo)管IIO和跨過地層中目標(biāo) 區(qū)域的多個(gè)溫度檢測(cè)器202之間。熱絕緣件132可以是絕緣管壁(未示出)、 套管或水泥層116、 118,或絕緣材料護(hù)套132。在熱絕緣層132包括套管和 水泥層116、 118的地方，水泥層118可包括相對(duì)較低導(dǎo)熱率水泥，例如泡 沫水泥(foamed cement )。熱檢測(cè)器202可包括光纖電纜108，布置在水泥 層118的比到鉆孔112的位置更靠近地層114的面的位置。絕緣材料護(hù)套132 可被貼附到油管柱IIO、貼附到套管116的內(nèi)部、或裝置200的任意部分， 該部分處的絕緣材料護(hù)套132插置在注射導(dǎo)管110和多個(gè)溫度檢測(cè)器202之 間。
多個(gè)熱檢測(cè)器202可包括足夠數(shù)量的多個(gè)溫度傳感器202，該傳感器設(shè) 置在鉆孔112中且定位為實(shí)現(xiàn)裝置200的給定實(shí)施例確定的徑向角度解析度 和鉆孔112深度解析度。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)熱檢測(cè)器202包括設(shè)置在鉆 孔112內(nèi)的光纖電纜108的多個(gè)軸向段。光纖電纜108提供多個(gè)溫度讀數(shù)， 每個(gè)讀數(shù)對(duì)應(yīng)軸向段，其中每個(gè)軸向段是熱檢測(cè)器202。光纖電纜108可繞 熱絕緣件132的至少一部分螺旋地纏繞。光纖電纜108的配置，例如每單位 鉆孔112深度的光纖電纜108匝數(shù)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，其基于這里披露 的內(nèi)容是顯而易見的。 例如，裝置200可具有180度的徑向角度要求、約1米的深度解析度要 求，且光纖電纜108具有光纖電纜108的每軸向米一個(gè)溫度讀數(shù)的檢測(cè)解析 度。在該例子中，光纖電纜108由此具有每?jī)擅足@孔112深度一匝光纖電纜 108。在該例子中，裝置200平均180度的鉆孔112深度產(chǎn)生一個(gè)溫度讀數(shù)， 且假設(shè)11.4cm (4.5英寸)外直徑的絕緣層132,每一米的鉆孔112深度產(chǎn) 生約1.02個(gè)溫度讀數(shù)，或者約鉆孔112深度解析度要求。
在一個(gè)實(shí)施例中，光纖電纜108可設(shè)置在鉆孔112中，跨過目標(biāo)區(qū)域，以螺旋配置、每鉆孔112軸向距離具有可配置叵數(shù)的螺旋配置(參考結(jié)合附 圖4的說明)、和/或具有多個(gè)組，其中這些組繞鉆孔螺旋地前進(jìn)(參考結(jié)合
附圖5的說明)。每個(gè)組都包括設(shè)置在限定徑向角度掃掠區(qū)(小于或等于徑 向角度解析度要求)內(nèi)的特定軸向長(zhǎng)度的光纖電纜108。目標(biāo)區(qū)域包括地層 114中的任意區(qū)域，其中注射流體126的垂直范圍134應(yīng)被監(jiān)控。例如，目 標(biāo)區(qū)域可包括注射區(qū)域114A和邊界層114B。
光纖電纜108的配置的選擇是給定裝置200的要求的深度解析度和角度 解析度、給定光纖電纜108允許的長(zhǎng)期彎曲半徑、和給定光纖電纜108的溫 度讀數(shù)的軸向解析度的函數(shù)。作為標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)零件可以獲得約17mm的長(zhǎng)期彎 曲半徑光纖電纜108，且約1米的溫度讀數(shù)的軸向解析度是標(biāo)準(zhǔn)的，而在成 本調(diào)整時(shí)是可獲得小于1米的軸向解析度。本發(fā)明與溫度檢測(cè)器202的物理 表現(xiàn)無關(guān)，且比這些列舉的更好或差的系統(tǒng)都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。但是，對(duì) 于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，基于光纖電纜108配置和這里披露的其它內(nèi)容來設(shè) 計(jì)用于任意標(biāo)準(zhǔn)鉆孔112應(yīng)用的裝置200，上面列舉的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格是足夠的。
在一個(gè)實(shí)施例中，溫度檢測(cè)器202包括光纖電纜108的多個(gè)軸向段，其 在注射點(diǎn)138下連續(xù)延伸，如圖2的實(shí)施例所示。光纖電纜108可具有保護(hù) 層和/或替代的配置，用于當(dāng)跨過流體注射點(diǎn)138時(shí)，防止對(duì)來自注射流體 126對(duì)光纖電纜108的損壞。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)溫度檢測(cè)器202包括光 纖電纜108的軸向段，其約等于光纖電纜108的軸向解析度的長(zhǎng)度。例如， 光纖電纜108可具有1米的軸向解析度，且每個(gè)溫度檢測(cè)器202可包括光纖 電纜108的一米的軸向段。
裝置20還包括泵140,配置用于注射流體穿過注射導(dǎo)管110進(jìn)入地層 114的注射區(qū)域114A。泵140可以是用于注射流體進(jìn)入地層的泵，用于處理、 壓力保持等。在一個(gè)實(shí)施例中，泵140可被構(gòu)造用于以足以液壓裂開地層ll4 的壓力注射流體到地層114中。
裝置200還包括多個(gè)模塊，配置用于，基于每個(gè)溫度檢測(cè)器202指示的 溫度，功能上執(zhí)行確定目標(biāo)區(qū)域中的注射流體126的垂直范圍134。這些模 塊可包括在控制器136上，該控制器可以是一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)的一部分。裝 置200包括溫度確定模塊，和流體位置模塊。在一個(gè)實(shí)施例中，裝置200還 包括裂縫偏離模塊。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的控制器136?？刂破?36包括溫度確定模塊302，其解釋來自多個(gè)溫度檢測(cè)器202的至少一個(gè)信號(hào)306,且確定由每個(gè)溫度檢 測(cè)器202指示的溫度304。在一個(gè)實(shí)施例中，溫度確定模塊302接收來自光 纖電纜108的光散射信號(hào)306，且確定多個(gè)溫度304，每個(gè)溫度304對(duì)應(yīng)沿 光纖電纜108的軸向位置。在另一實(shí)施例中，溫度確定模塊302讀取來自設(shè) 置在鉆孔112中的多個(gè)溫度傳感器的電信號(hào)306，并將電信號(hào)306解釋為溫 度讀數(shù)304。溫度偏離模塊302可讀取數(shù)據(jù)鏈或網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)306,以解釋 多個(gè)溫度304。
控制器136可包括位置轉(zhuǎn)換模塊308,配置用于把沿光纖電纜108的軸 向位置轉(zhuǎn)換為鉆孔112中的相應(yīng)大致深度310，且轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的大致徑向角 度312。徑向角度312可以是相對(duì)徑向角度和/或絕對(duì)徑向角度。
在一個(gè)實(shí)施例中，位置轉(zhuǎn)換模塊308儲(chǔ)存沿光纖電纜的軸向長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)鉆 孔深度310和徑向角度321數(shù)值的說明。在替換實(shí)施例中，位置轉(zhuǎn)換模塊308 引用光纖電纜108的配置的說明314且根據(jù)光纖電纜108的配置的說明確定 對(duì)于沿光纖電纜108的給定軸向長(zhǎng)度的鉆孔深度310和徑向角度312。例如， 說明314可包括分段數(shù)學(xué)函數(shù)，該函數(shù)說明光纖電纜108位置，例如"垂直 50米，下50米在12厘米OD表面上順時(shí)針每米5匝"等。該數(shù)據(jù)可儲(chǔ)存在 標(biāo)準(zhǔn)化表格中。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在給定配置在鉆孔112中的光纖 電纜108的數(shù)學(xué)說明，建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)協(xié)議和計(jì)算對(duì)于光纖電纜108上的軸向 位置的鉆孔深度310和徑向角度312數(shù)值屬于機(jī)械步驟。
在一個(gè)實(shí)施例中，位置轉(zhuǎn)換模塊308包括儲(chǔ)存的信息，例如查找表，為 每個(gè)溫度檢測(cè)器202提供相應(yīng)鉆孔深度310和徑向角度312數(shù)值。在一個(gè)實(shí) 施例中，裝置200使用多個(gè)溫度傳感器202，且儲(chǔ)存對(duì)應(yīng)每個(gè)傳感器202的 鉆孔深度310和徑向角度312。在替換實(shí)施例中，裝置200使用光纖電纜108 且儲(chǔ)存對(duì)于沿光纖電纜109的預(yù)定軸向長(zhǎng)度的鉆孔深度310和徑向角度312 數(shù)值。
控制器136包括流體位置模塊315,其基于每個(gè)溫度檢測(cè)器202的溫度 304估計(jì)值確定跨過目標(biāo)區(qū)域的注射流體126的垂直范圍134。在一個(gè)實(shí)施 例中，流體位置模塊315基于多個(gè)溫度304，和對(duì)于每個(gè)溫度304的相應(yīng)鉆 孔深度310和徑向角度312,確定目標(biāo)區(qū)域中的注射流體126的垂直范圍134。 目標(biāo)區(qū)域包括存在溫度檢測(cè)器202且與注射導(dǎo)管110、 128熱隔離的多段地 層。流體位置模塊315可忽略不與注射流體導(dǎo)管110、 128熱隔離的溫度檢測(cè)器202的溫度304,例如流體位置模塊315可忽略來自光纖電纜108的在 絕緣層132之上的部分的溫度304。
控制器136還可包括裂縫偏離模塊316。裂縫偏離模塊316,基于由每 個(gè)溫度檢測(cè)器202指示的溫度304和大概已知的深度310和徑向角度312， 檢測(cè)裂縫-鉆孔偏離318。裂縫偏離才莫塊316可確定裂縫-鉆孔偏離318,該確 定基于發(fā)生在鉆孔的第一側(cè)322上的第一裂縫指示標(biāo)志320，和發(fā)生在鉆孔 的相對(duì)側(cè)328上的第二裂縫指示標(biāo)志(indicator) 324,其中第一裂縫指示標(biāo) 志320發(fā)生在被觀測(cè)的注射區(qū)域330的頂部，且第二裂縫指示標(biāo)志324發(fā)生 在被觀測(cè)注射區(qū)域330的底部。參見參考附圖7的部分，用于幾何地示出確 定裂縫-鉆孔偏離318的裂縫偏離模塊316。
在一個(gè)實(shí)施例中，裂縫與第一溫度檢測(cè)器202在鉆孔112的一側(cè)322上 的被觀測(cè)的注射區(qū)域330的頂部處相交，且裂縫與第二溫度檢測(cè)器202在鉆 孔112的第二側(cè)328上的被觀測(cè)的注射區(qū)域330的底部處相交，該第二側(cè)與 第 一側(cè)不同，但不與第 一側(cè)相對(duì)。參見參考附圖7用于描述裂縫偏離模塊316 確定裂縫-鉆孔偏離318的部分，其中第一和第二側(cè)不是相對(duì)側(cè)。當(dāng)裂縫-鉆 孔偏離318存在時(shí)，控制器136可設(shè)定控制標(biāo)記或被觀測(cè)注射區(qū)域126垂直 范圍134不反映實(shí)際注射流體126垂直范圍134的其它指示。
被觀測(cè)注射區(qū)域330包括所有溫度304的組，其示出了對(duì)于注射流體126 的溫度響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，熱檢測(cè)器202包括光纖電纜108的軸向段， 螺旋地纏繞至少一部分的熱絕緣件132。當(dāng)裂縫與鉆孔112相交但具有從鉆 孔112的偏離時(shí)，裂縫可與溫度檢測(cè)器202在鉆孔112的一側(cè)上的被觀測(cè)注 射區(qū)域330的頂部處相交，且裂縫可與第二裂縫檢測(cè)器202在鉆孔112的相 對(duì)側(cè)上的一皮X5L測(cè)注射區(qū)域330的底部處相交。
在一個(gè)實(shí)施例中，被觀測(cè)的注射區(qū)域330具有最高裂縫指示標(biāo)志320和 最低裂縫指示標(biāo)志324。當(dāng)裂縫處于鉆孔112的該區(qū)域中時(shí)，裂縫繞鉆孔112 的一側(cè)相通。在溫度檢測(cè)器202包括螺旋地纏繞鉆孔112的光纖電纜108的 情況下，光纖電纜108將顯示對(duì)于裂縫的寬的溫度響應(yīng)，因?yàn)榧s180度，或 一半的螺旋圈被暴露于裂縫的被冷卻區(qū)域。在裂縫離開鉆孔112的區(qū)域的地 方，光纖電纜108將示出對(duì)于裂縫的變窄的溫度響應(yīng)，因?yàn)樾∮?80度被暴 露于裂縫的被冷卻區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)最高裂縫指示標(biāo)志320和最低 裂縫指示標(biāo)志324展示比最高320和最低324裂縫指示標(biāo)志之間的至少一個(gè)中間裂縫指示標(biāo)志(未示出)窄的溫度響應(yīng)時(shí)，裂縫偏離模塊316檢測(cè)到裂 縫-鉆孔偏離318。
控制器136還可包括注射修正模塊332,其監(jiān)控注射流體126的垂直范 圍134。注射修改模塊332基于注射流體126的垂直范圍134調(diào)節(jié)注射參數(shù)。 注射參數(shù)334可以是注射流體粘度、泵送速度、和/或支撐劑濃度。例如，注 射流體126的垂直范圍134可指示過度的裂縫高度增長(zhǎng)正在發(fā)生，iqe注射 修正模塊332可降低注射流體粘度和/或降低注射流體泵送速度以降低裂縫 高度增長(zhǎng)。注射修正模塊332可包括調(diào)節(jié)注射參數(shù)的操作器，可與調(diào)節(jié)注射 參數(shù)的操作器通訊，和/或可通過與控制器136通訊的作動(dòng)器自動(dòng)調(diào)節(jié)注射參 數(shù)334。
實(shí)時(shí)降低裂縫流體的流體粘度的各種方法在本領(lǐng)域是已知的，但是可無 限制地包括混合兩個(gè)不同預(yù)水合基礎(chǔ)膠體重量，以匹配粘度要求(例如， 改變30-lb/1000-加侖和50-lb/1000-加侖瓜膠的混合比例)；使用快速水合膠 體和實(shí)時(shí)改變膠體重量；混合低濃度粘彈性表面活性劑(VES)作為裂縫流 體；改變用于裂縫流體的交聯(lián)劑和/或破碎劑計(jì)劃等。實(shí)時(shí)改變裂縫流體粘度 的所有已知方法都認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，注射修正模塊332基于垂直范圍134調(diào)節(jié)支撐劑濃度， 即每單位裂縫流體夾帶的沙子或其它支撐材料的量(例如，以"磅每加侖" 測(cè)量)。例如，裂縫的高度過度增長(zhǎng)可表示篩漏將要發(fā)生，這是由于流體損 失中的潛在動(dòng)態(tài)增加，和/或可表示裂縫處理應(yīng)結(jié)束，如果進(jìn)入非生產(chǎn)區(qū)域的 非期望的裂縫誘導(dǎo)還使得處理不經(jīng)濟(jì)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)注射修改 模塊332檢測(cè)過度的裂縫高度增長(zhǎng)時(shí)，支撐劑濃度被降低，或支撐劑添加被 完全停止。如果處理必須被結(jié)束，例如由于篩漏導(dǎo)致的過度壓力，降低支撐 劑濃度減少了留在鉆孔112中對(duì)的支撐劑的量。
在一個(gè)實(shí)施例中，支撐劑濃度響應(yīng)過度的高度增長(zhǎng)而增加，以使得當(dāng)處 理停止時(shí)，進(jìn)入地層的最終支撐劑濃度較高，以在鉆孔112附近建立高傳導(dǎo) 性裂縫。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，對(duì)于給定裝置200,基于注射區(qū)域114A 滲透性、特定應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)約束，以及這里披露的內(nèi)容，注射參數(shù)334的適當(dāng) 的注射修正的選擇是一機(jī)械機(jī)械步驟。例如，高優(yōu)先級(jí)井的高滲透性注射區(qū) 域114A可指示支撐劑濃度響應(yīng)大垂直范圍134而增加，因?yàn)殂@孔112中的 支撐劑清除成本不是像在鉆孔112附近的裂縫中實(shí)現(xiàn)高支撐劑濃度那樣重要。
控制器136可包括校正模塊336,其基于注射流體126的垂直范圍134 校正裂縫傳播模塊338。在于一個(gè)實(shí)施例中，校正模塊336調(diào)劑地層裂縫梯 度、地層楊氏模數(shù)、流體泄露系數(shù)、和/或流體粘度估計(jì)值，以匹配模型化的 裂縫高度340到垂直范圍134。地層裂縫梯度和楊氏模數(shù)可以是用于包括裂 縫處理的地層的任意區(qū)域114A-114D。校正模塊336可以是計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的 軟件代碼，和/或操作者監(jiān)控裂縫處理和調(diào)節(jié)參數(shù)，以匹配模型化裂縫高度 340到垂直范圍134。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的具有每鉆孔112軸向距離可配置匝數(shù)的光纖電纜 108的一個(gè)實(shí)施例的示意圖400。圖4僅是示意圖，且不是按比例示出且不 示出該實(shí)施例的非必要特征。在一個(gè)實(shí)施例中，光纖電纜108在需要更高溫 度解析度的鉆孔112的區(qū)域配置有多個(gè)螺旋圈。例如，光纖電纜108可具有 相對(duì)較少圈402穿過地層114的裂縫增長(zhǎng)且不關(guān)注的區(qū)域(例如注射區(qū)域 114A),多圈404穿過地層的存在障礙的區(qū)域(例如障礙層114B)和期望詳 細(xì)獲知穿過該障礙層的裂縫增長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，可配置匝數(shù)可包括光纖 電纜108的垂直段(未示出)，其可以被描述為零螺旋匝每井孔112軸向距 離。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的具有繞鉆孔112螺旋地前進(jìn)的曲折組的光纖電纜 108的實(shí)施例的視圖。高螺旋圈數(shù)導(dǎo)致的一個(gè)問題是在在光纖電纜108中包 括溫度檢測(cè)器202的軸向段可具有足夠長(zhǎng)的軸向長(zhǎng)度，以致在要求的徑向掃 掠區(qū)中不測(cè)量溫度數(shù)值304 (見參考圖1和2的說明)。例如，在要求的徑向 角度掃掠區(qū)時(shí)120度的實(shí)施例中，纜線108的 一個(gè)軸向長(zhǎng)度等于光纖電纜108 的軸向溫度解析度，且期望的鉆孔深度解析度可占據(jù)超過120度的徑向角度， 且控制器136可難于解析給定溫度數(shù)值304的徑向角度312。
在一個(gè)實(shí)施例中，利用多個(gè)組，例如曲折組502A、 502B、 502C,可實(shí) 現(xiàn)更大的徑向和鉆孔軸向解析度。每個(gè)曲折組502A、 502B、 502C繞鉆孔112 螺旋地前進(jìn)。雖然在圖5的實(shí)施例中描述的曲折組502A、 502B、 502C以連 續(xù)的徑向角度312繞鉆孔112前進(jìn)，例如以O(shè)度、90度、180度、270度， 組不需要順序地繼續(xù)前進(jìn)，但是僅需要繼續(xù)前進(jìn)以使得位置轉(zhuǎn)換模塊308可 確定每個(gè)溫度檢測(cè)器202的徑向角度312 (即每個(gè)軸向長(zhǎng)度端的光纖電纜 108)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，順序的組可發(fā)生在O度、90度、180度、270度處，由此使得相鄰組具有更大的徑向角度差和潛在的更大的溫度對(duì)比。
根據(jù)光纖電纜108溫度^r測(cè)系統(tǒng)的軸向解析度，曲折組502A、 502B、 502C提供必要的光纖電纜108長(zhǎng)度，同時(shí)保持徑向角度312內(nèi)的測(cè)量足以 解決溫度304讀數(shù)，當(dāng)發(fā)生在特定角度處時(shí)。例如，在11.4cm (4.5英寸) 絕緣層132的表面上具有17mm長(zhǎng)期彎曲半徑的光纖電纜108的曲折組可在 120度徑向角度掃掠區(qū)內(nèi)、在約27cm軸向鉆孔112長(zhǎng)度上設(shè)置具有約8個(gè) 曲折的一米光纖電纜108。該示例性配置由此允許120度徑向角度解析度， 每米鉆孔112軸向長(zhǎng)度具有4個(gè)溫度測(cè)量304。
雖然示出了曲折組502A、 502B、 502C作為給定鉆孔深度和徑向角度掃 掠區(qū)中的給定軸向長(zhǎng)度的光纖電纜108的例子。其它組配置對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù) 人員是清楚的且包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，且不是限制性的，基于可用 光纖電纜108的長(zhǎng)期彎曲半徑、徑向角度掃掠區(qū)和鉆孔深度解析度需求，螺 旋組(未示出)也可被使用。溫度檢測(cè)器202可由此包括設(shè)置為多個(gè)組的軸 向段的光纖電纜108，每個(gè)組包括設(shè)置在限定徑向角度掃掠區(qū)和鉆孔深度內(nèi) 的特定長(zhǎng)度的光纖電纜108,其中多個(gè)組繞鉆孔螺旋地前進(jìn)。
在另一例子中，光纖電纜108在鉆孔112中套管116外水泥層118中延 伸，假定光纖電纜的螺旋圈發(fā)生在相當(dāng)?shù)?8cm(7英寸)圓柱上，具有17mm 長(zhǎng)期彎曲半徑的光纖電纜108的曲折組可在120度徑向角度312內(nèi)、在約 17cm的軸向鉆孔112長(zhǎng)度上設(shè)置具有約5個(gè)曲折的一米光纖電纜108。該示 例性結(jié)構(gòu)由此允許120度徑向角度解析度具有每一米鉆孔112軸向深度幾乎 六個(gè)溫度測(cè)量304。
低于17mm的較低彎曲半徑，和具有多于一米的溫度測(cè)量高解析度的光 纖電纜是商業(yè)上可用的。高解析度光纖電纜108可降低或消除使用曲折組， 甚至在期望高螺旋圈比率的地方。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，使用具有光纖 電纜108的曲折組502是一機(jī)械步驟。例如光纖電纜108可被放置在鉆孔 112中設(shè)置在框架中(未示出)，或設(shè)置在絕緣層132上的鉸接槽中。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的繞鉆孔112螺旋地前進(jìn)的曲折組502A、502B、502C 的一個(gè)實(shí)施例的視圖。餐卡圖6B,圖6B是根據(jù)本發(fā)明的溫度檢測(cè)器202和 相應(yīng)的徑向角度602A、 602B、 602C的是視圖。圖6B與圖6A的頂部視圖 一致，其中溫度一全測(cè)器202是曲折組502A、 502B、 502C。溫度檢測(cè)器502A 示出在徑向角度602A處，其可以是絕對(duì)或相對(duì)徑向角度312。例如，徑向角度602A可用作零度基準(zhǔn)角度，且徑向角度602B可從602A開始測(cè)量。在 一個(gè)實(shí)施例中，徑向角度602A、 602B、 602C的方位角數(shù)值可被獲知，且徑 向角度602A、 602B、 602C可從定義為零度的參考角度開始測(cè)量。
徑向角度602A、 602B、 602C被顯示，溫度檢測(cè)器202為光纖電纜108 的曲折組502A、 502B、 502C。溫度檢測(cè)器202可以是本領(lǐng)域已知的任意檢 測(cè)器，包括熱敏電阻器、熱電偶，和基于光纖電纜108的軸向解析度的軸向 段光纖電纜108。在一個(gè)實(shí)施例中，溫度檢測(cè)器202包括繞鉆孔112螺旋地 纏繞的軸向段光纖電纜108 ，且每個(gè)溫度檢測(cè)器202的徑向角度312包括基 于設(shè)置在鉆孔112中的光纖電纜108的軸向段光纖電纜108的平均徑向角度。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的裂縫-鉆孔偏離318的視圖。名義溫度曲線702示 出在圖7上，據(jù)偶溫度數(shù)值304,每個(gè)溫度數(shù)值304具有相應(yīng)的鉆孔深度310 和徑向角度312。名義溫度曲線702的細(xì)節(jié)根據(jù)使用的溫度檢測(cè)器202 (包 括位置、配置、和檢測(cè)器202的解析度)而定。在圖7示出的實(shí)施例中，溫 度檢測(cè)器202包括繞水泥護(hù)套118中的鉆孔112螺旋地纏繞的軸向段光纖電 纜108，如所示。
裂縫704在流體注射點(diǎn)138處與鉆孔112相交，其中裂縫704由注射流 體126導(dǎo)致。裂縫704具有兩個(gè)側(cè)翼(垂直于圖7，未示出)，且裂縫704 的側(cè)翼跨過水泥護(hù)套118后的鉆孔112并與其連通。裂縫704具有上接觸區(qū) 706和下接觸區(qū)708，其中裂縫704的側(cè)翼流體相通。光纖電纜108讀取由 于接觸區(qū)域706、 708處的注射流體導(dǎo)致的溫度響應(yīng)304。
在一個(gè)實(shí) 施 例中，第一裂縫指示標(biāo)志320發(fā)生在被觀察注射區(qū)域330的 頂部處，基于檢測(cè)裂縫704的第一溫度檢測(cè)器202和從上到下評(píng)估和溫度確 定模塊302。在一個(gè)實(shí)施例中，第二裂縫指示標(biāo)志324發(fā)生在被觀察注射區(qū) 域330的底部處，基于檢測(cè)裂縫704的第一溫度檢測(cè)器202和從下向上評(píng)估 的溫度確定模塊302。在一個(gè)實(shí)施例中，第一裂縫指示標(biāo)志320發(fā)生在與第 二裂縫指示標(biāo)志324相對(duì)的一側(cè)上。
例如，在圖7的視圖中，參考名義溫度曲線702,第一裂縫指示標(biāo)志320 發(fā)生在約零度的相對(duì)徑向角度處，且第二裂縫指示標(biāo)志324發(fā)生在約180度 的相對(duì)徑向角度處。由于裂縫704離開鉆孔112的區(qū)域，例如如所示的在鉆 孔深度320和324處，每個(gè)溫度信號(hào)304變得比在先溫度信號(hào)更窄，在那里 使用光纖電纜108，因?yàn)楦≥S向范圍的纜線108暴露于接觸區(qū)域706、708。例如，溫度數(shù)值326被示出為比圖7中的第一裂縫指示標(biāo)志320更大的信號(hào)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，通過確定最高裂縫指示標(biāo)志320和最低裂縫指示標(biāo)志324展現(xiàn)比至少一個(gè)中心裂縫指示標(biāo)志更窄的溫度響應(yīng)304，裂縫偏離模塊316確定裂縫-鉆孔偏離318已發(fā)生。
在一個(gè)實(shí)施例中，基于溫度304，以及相應(yīng)的鉆孔深度數(shù)值310和徑向角度312,裂縫偏離模塊316確定裂縫-鉆孔偏離318。在一個(gè)實(shí)施例中，基于發(fā)生在鉆孔一側(cè)上的第一裂縫指示標(biāo)志320，和發(fā)生在鉆孔112的相對(duì)側(cè)上的第二裂縫指示標(biāo)志324，裂縫偏離模塊316確定裂縫-鉆孔偏離318，其中第一裂縫指示標(biāo)志320發(fā)生在被觀察注射區(qū)域330的頂部處，且第二裂縫指示標(biāo)志324發(fā)生在被觀察注射區(qū)域330的底部處。
溫度檢測(cè)器202的位置和解析度中的偏離可導(dǎo)致第一裂縫指示標(biāo)志320和第二裂縫指示標(biāo)志324具有基本上不同的徑向角度312，但是不具有指示鉆孔112的相對(duì)側(cè)部的徑向角度312。在一個(gè)實(shí)施例中，基于發(fā)生在最高觀測(cè)裂縫位置320處的鉆孔112的第一側(cè)上的第一裂縫指示標(biāo)志320,裂縫偏離模塊316確定裂縫-鉆孔偏離318，以及確定裂縫出現(xiàn)在最低觀察裂縫位置324處的鉆孔112的第二側(cè)上。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，帖哦各國確定最高裂縫指示標(biāo)志320和最低裂縫指示標(biāo)志324發(fā)生在鉆孔112的相對(duì)側(cè)，和/或發(fā)生在鉆孔112的不同徑向角度312處，裂縫偏離模塊316確定裂縫-鉆孔偏離已發(fā)生。
這里包括的示意性流出圖是作為邏輯流程圖提出。同樣，描述的順序和標(biāo)出的步驟是表示本方法的一個(gè)實(shí)施例?？稍O(shè)想其它步驟和方法，其功能、邏輯或作用與示出的方法的一個(gè)或多個(gè)步驟或其部分等價(jià)。另外，使用的格式和符號(hào)是用于解釋該方法的邏輯步驟且不理解為限制該方法的范圍。盡管在流程圖中可使用各種箭頭和線型，它們不應(yīng)理解為限制相應(yīng)方法的范圍。實(shí)際上， 一些箭頭或其它連接可被使用以僅表示該方法的邏輯流程。例如，箭頭可表示所述方法的列舉步驟之間的未指定持續(xù)時(shí)間的等待或監(jiān)控期。另外，特定方法發(fā)生的順序可以或不可以嚴(yán)格遵循所示的相應(yīng)步驟的順序。
圖8是示意性流程圖，示出根據(jù)本發(fā)明的用于確定注射流體的垂直位置的方法800的一個(gè)實(shí)施例。方法800包括提哦給你802多個(gè)溫度檢測(cè)器202,每個(gè)溫度檢測(cè)器202提供鉆孔310大致已知深度處的溫度估計(jì)值。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)溫度估計(jì)值304還處于鉆孔312中的大致已知徑向角度處。溫度確定模塊302可解釋信號(hào)306來確定溫度估計(jì)值304。通過螺旋地把連續(xù)108設(shè)置在鉆孔112中、通過以鉆孔112中每鉆孔軸向距離具有可配置匝數(shù)而螺旋地把纜線108設(shè)置在鉆孔112中、和/或通過以螺旋地到鉆孔112前進(jìn)的曲折組502設(shè)置線纜108,溫度檢測(cè)器202可以是設(shè)置在鉆孔112中的軸向段光纖電纜108。
方法800還包括提供804熱絕緣層132,其把溫度4全測(cè)器202從^爭(zhēng)過地層114中目標(biāo)區(qū)域的注射導(dǎo)管110、 128隔開。方法800還包括注射806流體到地層113中的注射區(qū)域114A中。在一個(gè)實(shí)施例中，方法800包括裂縫偏離模塊316，該模塊檢測(cè)裂縫-鉆孔偏離318。如果裂縫-鉆孔偏離318存在，裂縫偏離模塊316可設(shè)定控制標(biāo)記以^:示偏離318，且結(jié)束方法800。在一個(gè)實(shí)施例中，裂縫偏離模塊316可允許方法甚至在裂縫-鉆孔偏離318被檢測(cè)到時(shí)前進(jìn)，且裂縫偏離模塊316可儲(chǔ)存控制標(biāo)記，該標(biāo)記提示裂縫-鉆孔偏離318。
方法800還包括流體位置模塊314，該模塊基于每個(gè)溫度檢測(cè)器202指示的溫度304確定地層114中的注射流體126的垂直范圍134。方法800還可包括注射修正模塊332，該模塊基于垂直范圍134調(diào)節(jié)812注射參數(shù)334。在一個(gè)實(shí)施例中，方法800包括校正模塊336，該模塊校正814裂縫傳播模塊338，以把修正的裂縫高度匹配到注射流體126的垂直范圍。
本發(fā)明可以其它特定形式實(shí)施而不離開其精神或?qū)嵸|(zhì)特征。所述實(shí)施例在所有方面應(yīng)被考慮為示意性的且不是限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求表示，而不是由前面的說明。權(quán)利要求的含義和等價(jià)范圍內(nèi)的所有變化都在其范圍內(nèi)。該說明書中對(duì)于特征、優(yōu)點(diǎn)參考或類似語言不暗示本發(fā)明中使用的所有特征和優(yōu)點(diǎn)應(yīng)該出現(xiàn)在本發(fā)明的任一單獨(dú)實(shí)施例中。而是，對(duì)于特征和優(yōu)點(diǎn)的參考應(yīng)理解為，結(jié)合實(shí)施例描述的特定特征、優(yōu)點(diǎn)后特點(diǎn)被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，本說明書中的特征和優(yōu)點(diǎn)的論述，以及類似的語言可以但不是必須引用相同實(shí)施例。而且，本發(fā)明的所述特征、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)可和適當(dāng)?shù)姆绞胶喜⒃谝粋€(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。
權(quán)利要求
1.一種用于確定注射流體的垂直位置的方法，該方法包括提供多個(gè)溫度檢測(cè)器，所述多個(gè)溫度檢測(cè)器中的每個(gè)都配置為提供鉆孔的大致已知深度處的溫度估計(jì)值；提供熱絕緣件，該絕緣件配置為把所述多個(gè)溫度檢測(cè)器從跨過地層中目標(biāo)區(qū)域的注射導(dǎo)管熱隔離；注射流體穿過注射導(dǎo)管進(jìn)入地層中的注射區(qū)域；和基于每個(gè)溫度檢測(cè)器的溫度估計(jì)值確定跨過目標(biāo)區(qū)域的地層中的注射流體的垂直范圍。
2. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述多個(gè)溫度檢測(cè)器的每個(gè)還被配置為提 供鉆孔中的大致已知徑向角度處的每個(gè)溫度估計(jì)值，該已知的徑向角度包括 相對(duì)徑向角度和絕對(duì)徑向角度中的一個(gè)。
3. 如權(quán)利要求2的方法，其中所述多個(gè)溫度檢測(cè)器的每個(gè)的徑向角度已 知是小于120度的解析度。
4. 如權(quán)利要求2的方法，該方法還包括當(dāng)最高裂縫指示標(biāo)志和最低裂縫 指示標(biāo)志展現(xiàn)比至少 一個(gè)中心裂縫指示標(biāo)志更窄的溫度響應(yīng)時(shí)，檢測(cè)裂縫-鉆孔偏離。
5. 如權(quán)利要求2的方法，還包括當(dāng)?shù)?一裂縫指示標(biāo)志出現(xiàn)在鉆孔的第一 側(cè)上的最高被觀測(cè)裂縫位置處，以及第二裂縫指示標(biāo)志出現(xiàn)在鉆孔的第二側(cè) 上的最低被觀測(cè)裂縫位置處時(shí)，檢測(cè)裂縫-鉆孔偏離。
6. 如權(quán)利要求2的方法，其中多個(gè)熱檢測(cè)器包括光纖電纜的軸向段，該 光纖電纜通過選自以下組的方法穿過目標(biāo)區(qū)域分布，該組包括螺旋地設(shè)置 光纖電纜在鉆孔中；以具有每鉆孔軸向距離可配置匝數(shù)的方式螺旋地設(shè)置光 纖電纜；和設(shè)置光纖電纜為多個(gè)曲折組，其中曲折組繞鉆孔螺旋地前進(jìn)。
7. 如權(quán)利要求1的方法，還包括監(jiān)控注射流體的垂直范圍，和基于該垂 直范圍調(diào)節(jié)注射參數(shù)，其中該注射參數(shù)選自以下組，該組包括注射流體粘 度、注射流體泵送速度和注射流體支撐劑濃度。
8. —種用于確定注射流體的垂直位置的裝置，該裝置包括多個(gè)溫度檢測(cè)器，其中所述多個(gè)溫度檢測(cè)器的每個(gè)被放置在鉆孔中大致 已知的深度處和大致已知的徑向角度處；熱絕緣件，插置在注射導(dǎo)管和跨過地層中目標(biāo)區(qū)域的所述多個(gè)溫度檢測(cè)器之間；泵，配置用于注射流體穿過注射導(dǎo)管進(jìn)入地層中的注射區(qū)域； 溫度確定模塊，配置用于解釋來自所述多個(gè)溫度^f企測(cè)器的至少一個(gè)信號(hào)，和用于確定每個(gè)溫度檢測(cè)器的溫度估計(jì)值；和流體位置模塊，配置用于基于每個(gè)溫度檢測(cè)器的溫度估計(jì)值確定跨過目標(biāo)區(qū)域的注射流體的垂直范圍
9. 如權(quán)利要求8的裝置，還包括裂縫偏離模塊，該裂縫偏離模塊配置為 基于每個(gè)溫度檢測(cè)器的溫度估計(jì)值和基于所述多個(gè)溫度檢測(cè)器的大致已知 深度和大致已知徑向角度來檢測(cè)裂縫-鉆孔偏離。
10. 如權(quán)利要求9的裝置，其中裂縫偏離模塊還被配置為基于發(fā)生在鉆 孔的一側(cè)上的第一裂縫指示標(biāo)志和發(fā)生在鉆孔的相對(duì)側(cè)上的第二裂縫指示 標(biāo)志來檢測(cè)裂縫-鉆孔偏離，其中第一裂縫指示標(biāo)志發(fā)生于被觀測(cè)區(qū)域的頂 部處且第二裂縫指示標(biāo)志發(fā)生于被觀測(cè)區(qū)域的底部處。
11. 如權(quán)利要求9的裝置，其中多個(gè)熱檢測(cè)器包括設(shè)置在鉆孔中的光纖 電纜的多個(gè)軸向段，其中該光纖電纜繞熱絕緣件的至少一部分螺旋地纏繞， 且其中注射導(dǎo)管包括以下組中的至少一個(gè)，該組包括油管柱、盤管管柱、套管套管和套管環(huán)狀部。
12. 如權(quán)利要求8的裝置，其中所述多個(gè)熱檢測(cè)器包括設(shè)置在鉆孔內(nèi)的 光纖電纜的軸向段。
13. 如權(quán)利要求12的裝置，其中所述光纖電纜具有跨過鉆孔中目標(biāo)區(qū)域 的分布配置，該分布配置包括以下之一螺旋配置；每鉆孔軸向距離具有可配置壓數(shù)的螺旋配置；和 多個(gè)組，每個(gè)組包括設(shè)置在限定徑向角度掃掠區(qū)和鉆孔深度內(nèi)的特定軸 向長(zhǎng)度的光纖電纜，其中該多個(gè)組繞鉆孔螺旋地前進(jìn)。
全文摘要
提供了用于確定地層中注射流體垂直位置的裝置、系統(tǒng)和方法。該裝置包括鉆通地層的鉆孔，和鉆孔內(nèi)的注射導(dǎo)管。在一個(gè)實(shí)施例中，該裝置包括鉆孔內(nèi)的光纖電纜，該光纜繞注射導(dǎo)管螺旋地纏繞以使得該光纖電纜讀取鉆孔內(nèi)的特定深度和徑向角度處的溫度。該裝置包括熱絕緣層，插置在注射導(dǎo)管和光纖電纜之間，以使得該光纖電纜檢測(cè)地層溫度而非注射導(dǎo)管溫度。該裝置包括可編程計(jì)算機(jī)以基于溫度讀數(shù)確定地層中的注射流體的垂直位置。該裝置檢測(cè)包括的水力壓裂高度，且檢測(cè)包括的水力壓裂是否已從鉆孔平面偏離。
文檔編號(hào)E21B43/26GK101680296SQ200880018301
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
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