專利名稱：含烴地層中原位轉(zhuǎn)化的地震監(jiān)測(cè)的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明在總體上涉及監(jiān)測(cè)和/或控制一種原位熱處理系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及地震監(jiān)測(cè)，以便在原位加熱用于從各種含烴地層中生產(chǎn)烴類、氫、和其它產(chǎn)品期間檢測(cè)裂縫的形成和進(jìn)展。某些實(shí)施例涉及基于地震監(jiān)測(cè)的過程控制。
2.相關(guān)技術(shù)說明從地下巖層(比如沉積巖層)得到的各種烴類常常作為能源，作為原料，和作為消耗產(chǎn)品使用。對(duì)可用油氣資源的枯竭及所生產(chǎn)的烴類的總體質(zhì)量下降的關(guān)心導(dǎo)致對(duì)更有效回收的研究開發(fā)、處理、和/或利用可用油氣資源的方法。可以用各種原位過程來從地下巖層中提取烴類材料。地下巖層內(nèi)烴類材料的化學(xué)和/或物理性能可能需要改變，以便能更容易從地下巖層中提取出烴材料?；瘜W(xué)變化和物理變化可以包括產(chǎn)生可提取流體的地層內(nèi)的反應(yīng)，地層內(nèi)烴材料的組成變化，溶解度變化，密度變化，相變，和/或粘度變化。流體可以是，但不限于，一種氣體，一種液體，一種乳狀液，一種泥漿，和/或一種固體粒子流，上述固體粒子流具有類似于液體流動(dòng)的流動(dòng)特性。
已經(jīng)作了相當(dāng)大量的努力來研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)地從含烴地層中生產(chǎn)烴類，氫，和/或其它產(chǎn)品的方法和系統(tǒng)。然而，在目前，仍然有許多含烴地層，從這些地層不能經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)烴類、氫、和/或其它產(chǎn)品。當(dāng)?shù)貙又械牧芽p擴(kuò)大到處理區(qū)之外時(shí)，生產(chǎn)效率可能降低，同時(shí)讓相當(dāng)大量的蒸汽產(chǎn)品從地層中逸出和/或讓含水層中的水涌到處理區(qū)。地層中地球物理變化(比如裂縫進(jìn)展)的地震監(jiān)測(cè)可以提供調(diào)節(jié)處理所需的信息，以便使裂縫基本上是在地層內(nèi)得到。
發(fā)明概述用于控制原位處理含烴地層的系統(tǒng)的方法，可以包括利用至少一個(gè)安放在地層中井筒內(nèi)的聲波檢測(cè)器監(jiān)測(cè)地層內(nèi)至少一個(gè)聲波事件。至少一個(gè)聲波事件可以用一種聲波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄。在一個(gè)實(shí)施例中，可以利用一個(gè)聲波源來產(chǎn)生至少一個(gè)聲波事件。方法還包括分析至少一個(gè)聲波事件，以便確定地層的至少一種性能。原位系統(tǒng)可以基于至少一個(gè)聲波事件的分析進(jìn)行控制。
附圖簡(jiǎn)介利用下面一些實(shí)施例的詳細(xì)說明并參照附圖時(shí)，對(duì)該技術(shù)的技術(shù)人員來說，本發(fā)明的一些優(yōu)點(diǎn)可以變得顯而易見，其中

圖1示出一種用于處理含烴地層的原位轉(zhuǎn)化系統(tǒng)其中一部分的一個(gè)圖2示出一種地層模型，所述模型可以在模擬按照一個(gè)實(shí)施例所述的變形特性時(shí)使用。
圖3示出按照一個(gè)實(shí)施例所述狹長(zhǎng)地帶展開的示意圖。
圖4示出可以用模擬建立模型的一個(gè)經(jīng)過處理的部分示意圖。
圖5示出一種供按照一個(gè)實(shí)施例所述的模擬方法用的地層模型的水平截面。
圖6示出用于給變形建立模型的一種方法其中一個(gè)實(shí)施例流程圖，上述變形由于原位處理一種含烴地層產(chǎn)生。
圖7示出在一個(gè)油頁(yè)巖地層模型中豐富度與深度的關(guān)系曲線。
圖8示出供利用一個(gè)計(jì)算系統(tǒng)來設(shè)計(jì)和控制一種原位轉(zhuǎn)化過程的方法其中一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖9示出用于確定得到所希望變形特性的操作條件的一種方法其中一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖10示出從有限元模擬得到的圓筒形地層模型中操作壓力對(duì)沉降的影響。
圖11示出一個(gè)未經(jīng)處理的部分在兩個(gè)經(jīng)過處理的部分之間的影響。
圖12示出一個(gè)未經(jīng)處理部分在兩個(gè)經(jīng)過處理的部分之間的影響。
圖13表示一個(gè)地層在選定的熱源位置處的剪切變形隨深度變化的情況。
圖14示出一種利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制原位過程的方法。
圖15示出利用一種計(jì)算機(jī)模擬方法控制地層中原位過程的一個(gè)實(shí)施例示意圖。
圖16示出信息可以從原位過程傳送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的幾種方法。
圖17示出利用信息控制地層中原位過程的一個(gè)實(shí)施例示意圖。
圖18示出利用一種模擬方法和一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制地層中原位過程的一個(gè)實(shí)施例示意圖。
圖19示出用于確定選定的覆蓋層厚度的計(jì)算機(jī)實(shí)施方法一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖20示出用原位轉(zhuǎn)化過程處理的一個(gè)區(qū)域的平面圖示意圖。
圖21示出用原位轉(zhuǎn)化過程處理的一個(gè)區(qū)域的剖視圖表示的示意圖。
圖22示出用來監(jiān)測(cè)地層處理的方法一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖23示出用來控制地層中原位轉(zhuǎn)化過程的一個(gè)實(shí)施例示意圖。
盡管本發(fā)明允許各種修改和可供選擇的形式，但其特定實(shí)施例在附圖中僅作為例子示出并在本文中可以詳細(xì)說明。各附圖可能不是按比例示出。然而，應(yīng)該理解，附圖及其詳細(xì)說明不打算把本發(fā)明限制到特定形式，而相反，本發(fā)明包括如所附權(quán)利要求所述屬于本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有修改、等效物和替代物。
發(fā)明的詳細(xì)說明下面說明一般涉及用于處理一種含烴地層(比如，一種含煤(包括褐煤、腐泥煤等)，油頁(yè)巖，碳質(zhì)頁(yè)巖，不純石墨，油母質(zhì)，瀝青，油，一種低滲透率基體中的油母質(zhì)和油，重質(zhì)烴類，瀝青巖，天然地蠟類，一些其中油母質(zhì)妨礙其它烴類生產(chǎn)的地層等)的系統(tǒng)和方法。這些地層可以進(jìn)行處理，以便產(chǎn)出較高質(zhì)量的產(chǎn)品，氫和其它產(chǎn)品。一個(gè)實(shí)施例一般涉及地震監(jiān)測(cè)，以便在井下加熱用于從各種含烴地層中生產(chǎn)烴類、氫、和/或其它產(chǎn)品期間，檢測(cè)裂縫地層和進(jìn)展。某些實(shí)施例涉及基于地震監(jiān)測(cè)的過程控制。
“烴類”一般定義為主要由碳原子和氫原子形成的分子。烴類也可以包括其它元素，如，但不限于，鹵素類，金屬元素類，氮，氧，和/或硫。烴類可以是，但不限于，油母質(zhì)，瀝青，焦瀝青，油類，天然地蠟，和腐泥煤。烴類可以位于地底下各種礦物基體內(nèi)部或其附近。上述各種基體可以包括，但不限于，沉積巖，砂類，沉積石英巖類，碳酸鹽類，硅藻土類，及其它多孔介質(zhì)?！盁N流體”是包括各種烴類的流體。烴流體可以包括，夾帶非烴類的流體(比如，氫(“H2”)，氮(“N2”)，一氧化碳，二氧化碳，硫化氫，水，及氨)，或者被夾帶在非烴類流體中。
“地層”包括一個(gè)或多個(gè)含烴層，一個(gè)或多個(gè)非烴層，一個(gè)覆蓋層，和/或一個(gè)下伏巖層。“覆蓋層”和/或“下伏巖層”包括一種或多種類型的不滲透材料。例如，覆蓋層和/或下伏巖層可以包括巖石，頁(yè)巖，泥巖，或潤(rùn)濕/致密碳酸鹽(亦即沒有烴類的不滲透碳酸鹽)。在原位轉(zhuǎn)化過程的某些實(shí)施例中，一個(gè)覆蓋層和/或一個(gè)下伏巖層可以包括一個(gè)含烴層或多個(gè)含烴層，上述多個(gè)含烴層相對(duì)地不滲透，并且在原位轉(zhuǎn)化處理期間不經(jīng)受溫度處理，上述原位轉(zhuǎn)化處理造成覆蓋層和/或下伏巖層各含烴層顯著的特性變化。例如，一個(gè)下伏巖層可能含有頁(yè)巖或泥巖。在某些情況下，覆蓋層和/或下伏巖層可能稍有滲透。
“油母質(zhì)”是一種固體的不溶性烴，上述固體的不溶性烴可以通過自然降解(比如，通過成巖作用)轉(zhuǎn)化，并且主要含有碳，氫，氮，氧，和硫。煤和油頁(yè)巖是含油母質(zhì)材料的典型例子。“瀝青”是一種非晶形固體或者基本上溶于二硫化碳的粘性烴材料。“油”是一種含可凝縮的烴類混合物的流體。
術(shù)語(yǔ)“地層流體”和“產(chǎn)生的流體”涉及從一含烴地層中提取的流體，并可以包括熱解流體，合成氣，流動(dòng)的烴，和水(蒸汽)。術(shù)語(yǔ)“流動(dòng)的流體”涉及地層內(nèi)的各種流體，上述地層內(nèi)流體能夠由于熱處理地層而流動(dòng)。地層流體可以包括烴類流體以及非烴類流體。
“熱源”是基本上通過傳導(dǎo)和/或輻射熱傳遞提供熱量給至少一部分地層的任何系統(tǒng)。例如，一個(gè)熱源可以包括各種電加熱器如一種設(shè)置在管道內(nèi)的絕緣導(dǎo)線，一種細(xì)長(zhǎng)件，和/或一種導(dǎo)線。熱源還可以包括通過從地層外部或在地層內(nèi)燃燒一種燃料產(chǎn)生熱的各種熱源，如地面燃燒器，井底氣體燃燒器，無火焰分布式燃燒室，和自然分布式燃燒室。此外，可以想象，在某些實(shí)施例中，提供給一個(gè)或多個(gè)熱源或是在一個(gè)或多個(gè)熱源中產(chǎn)生的熱，可以由其它能源供給。其它能源可以直接加熱一個(gè)地層，或者可以將能源加到直接或間接加熱地層的一種傳遞介質(zhì)上。應(yīng)該理解，將熱加到一個(gè)地層上的一個(gè)或多個(gè)熱源可以用不同的能源。例如，對(duì)一規(guī)定的地層，某些熱源可以由電阻加熱器供給熱量，某些熱源可以由燃燒提供熱量，及某些熱源可以由一個(gè)或多個(gè)其它能源(比如，熱反應(yīng)，太陽(yáng)能，風(fēng)能，生物燃料，或其它再生能源)提供熱量?；瘜W(xué)反應(yīng)可以包括一種放熱反應(yīng)(比如，氧化反應(yīng))。熱源可以包括一種加熱器，上述加熱器將熱量提供給一個(gè)加熱位置如加熱井附近和/或周圍的區(qū)域。
“加熱器”是用于在一個(gè)井或一個(gè)井眼附近區(qū)域中產(chǎn)生熱的任何系統(tǒng)。加熱器可以是，但不限于，電加熱器，燃燒器，與一個(gè)地層中或地層中產(chǎn)生的材料反應(yīng)的燃燒室(比如自然分布式燃燒室)，和/或它們的組合?！盁嵩磫卧鄙婕霸S多熱源，上述許多熱源形成一個(gè)重復(fù)的樣板，以便在地層內(nèi)產(chǎn)生一種熱源井網(wǎng)。
術(shù)語(yǔ)“井筒”涉及地層中通過鉆孔或?qū)⒁桓艿啦迦氲貙觾?nèi)所形成的孔。井筒可以具有一基本上是圓形截面，或其它截面形狀(比如圓形、橢圓形、方形、矩形、三角形、縫形、或其它規(guī)則或不規(guī)則的形狀)。如本文所用的術(shù)語(yǔ)“井”和“開口”，當(dāng)涉及地層中一個(gè)開口時(shí)，可以與術(shù)語(yǔ)“井筒”互換式使用。
“熱解”是化學(xué)鍵由于應(yīng)用熱而斷裂。例如，熱解可以包括只通過加熱使一種化合物變成一種或多種其它物質(zhì)?？梢园褵崃總魉偷降貙拥钠渲幸徊糠忠员惝a(chǎn)生熱解。
“熱解流體”或“熱解產(chǎn)物”涉及基本上是在烴類熱解期間所產(chǎn)生的流體。由熱解反應(yīng)所產(chǎn)生的流體可以與地層中的其它流體混合?？梢园鸦旌衔锟醋魇菬峤饬黧w或熱解產(chǎn)物。如本文所用的，“熱解區(qū)”涉及一種地層(比如，一種相對(duì)可滲透的地層如一種瀝青砂地層)的體積，上述地層的體積經(jīng)過反應(yīng)或進(jìn)行反應(yīng)而形成熱解流體。
“熱導(dǎo)率”是說明在穩(wěn)定狀態(tài)下，對(duì)兩個(gè)表面之間一規(guī)定的溫度差，熱在材料的兩個(gè)表面之間流動(dòng)速率的材料一種性能。
“流體壓力”是一種流體在地層內(nèi)所產(chǎn)生的壓力。“靜巖壓力”(有時(shí)稱之為“巖層靜應(yīng)力”)是在地層內(nèi)等于每單位面積疊加巖體重量的壓力?！八o壓力”是地層內(nèi)由一水柱所施加的壓力。
“沉降”是一部分地層相對(duì)于表面初始高度向下運(yùn)動(dòng)。
一層的“厚度”涉及一層截面的厚度，其中截面垂直于該層的表面。
“熱裂縫”涉及由一個(gè)地層和/或地層內(nèi)流體膨脹或收縮所引起的地層中產(chǎn)生的裂縫，上述熱裂縫同樣由增加/降低地層和/或地層內(nèi)流體的溫度，和/或由于加熱而增加/降低地層內(nèi)流體壓力引起。
“垂直水力壓裂裂縫”涉及一種至少部分地沿著地層中垂直平面?zhèn)鞑サ牧芽p，其中裂縫通過將流體注入地層中產(chǎn)生。
圖1示出一種用于處理含烴地層的原位轉(zhuǎn)化系統(tǒng)其中一部分的一個(gè)實(shí)施例示意圖。各熱源40可以安放在含烴地層的至少一部分內(nèi)。熱源40可以包括例如一些電加熱器如絕緣導(dǎo)線，導(dǎo)線在管道中的加熱器，地面燃燒器，無火焰分布式燃燒室，和/或自然分布式燃燒室。熱源40還可以包括其它類型的加熱器。熱源40可以向含烴地層的至少一部分提供熱量。能量可以通過供給管線42供給到熱源40上。根據(jù)用來加熱地層的一個(gè)熱源或多個(gè)熱源的類型，各供給管線在結(jié)構(gòu)上可以不同。熱源用的供給管線可以傳輸電加熱器用的電力，可以輸送燃燒室用的燃料，或者可以輸送在地層內(nèi)循環(huán)的熱交換流體。
生產(chǎn)井44可以用來提取地層中的地層流體。生產(chǎn)井44中所產(chǎn)生的地層流體可以通過收集管道46輸送到處理設(shè)施48。地層流體也可以從熱源40生產(chǎn)。例如，流體可以從熱源40生產(chǎn)，以便控制鄰近熱源的地層內(nèi)的壓力。從熱源40產(chǎn)生的流體可以通過管路或管道系統(tǒng)輸送到收集管道46，或者可以通過管路或管道把所產(chǎn)生的流體直接輸送到處理設(shè)施48。處理設(shè)施48可以包括若干分離單元，反應(yīng)單元，提高質(zhì)量單元，燃料電池，汽輪機(jī)，存儲(chǔ)容器，及用于處理所產(chǎn)生的地層流體的其它系統(tǒng)和單元。
一種用于處理烴類的原位轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可以包括若干隔井50。在某些實(shí)施例中，可以利用隔層來禁止流體(比如產(chǎn)生的流體和/或地下水)移入和/或移出經(jīng)受原位轉(zhuǎn)化過程的一部分地層。隔層可以包括，但不限于自然發(fā)生的部分(比如，覆蓋層和/或下伏巖層)，冷凍井，經(jīng)過凍結(jié)的隔層區(qū)，低溫隔層區(qū)，灌漿壁，硫化井，脫水井，注入井，一種通過地層產(chǎn)生的凝膠所形成的隔層，一種由地層中鹽類沉淀所形成的隔層，由地層中聚合反應(yīng)所形成的隔層，壓入地層中的薄板，或它們的組合。
如圖1所示，除了熱源40之外，通常是將一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)井44安放在含烴地層這部分內(nèi)。地層流體可以通過生產(chǎn)井44生產(chǎn)。在某些實(shí)施例中，生產(chǎn)井44可以包括一個(gè)熱源。熱源可以在生產(chǎn)井處或其附近加熱各地層部分，并供蒸汽相提取地層流體。對(duì)從生產(chǎn)井中高溫泵送液體的需要可以減少或消除。避免或限制高溫泵送液體可以大大降低生產(chǎn)成本。在生產(chǎn)井處或穿過生產(chǎn)井提供加熱可以(1)當(dāng)這種生產(chǎn)流體在靠近覆蓋層的生產(chǎn)井中流動(dòng)時(shí)，禁止生產(chǎn)流體凝結(jié)和/或回流，(2)增加熱量輸入到地層中，和/或(3)在生產(chǎn)井處或其附近增加滲透率。在某些原位轉(zhuǎn)化過程實(shí)施例中，供給到生產(chǎn)井中的熱量大大少于供給到加熱地層的熱源中的熱量。
由于在經(jīng)過加熱的地層中滲透率和/或孔隙度增加，所以產(chǎn)生的蒸汽可以在比較小壓差的情況下穿過地層流動(dòng)相當(dāng)大距離。滲透率增加可能是由于水的蒸發(fā)，提取出烴類和/或形成裂縫而使經(jīng)過加熱部分質(zhì)量減少而產(chǎn)生的結(jié)果。流體可以更容易穿過經(jīng)過加熱的部分流動(dòng)。在某些實(shí)施例中，生產(chǎn)井可以設(shè)置在烴層的上部。
將一個(gè)含烴層加熱到一個(gè)熱解溫度范圍，可以在含烴地層內(nèi)已產(chǎn)生相當(dāng)大滲透率之前發(fā)生。熱解溫度范圍可以包括在約250℃和約900℃之間的溫度。用于生產(chǎn)所希望的產(chǎn)品的熱解溫度范圍，可以僅貫穿總熱解溫度范圍的其中一部分。在某些實(shí)施例中，用于生產(chǎn)所希望產(chǎn)品的熱解溫度范圍，可以包括在約250℃和約400℃之間的溫度。
經(jīng)過加熱的地層還可以用來生產(chǎn)合成氣。合成氣可以在從地層產(chǎn)生地層流體之前或隨后從地層中生產(chǎn)。例如，合成氣產(chǎn)生可以地層流體生產(chǎn)降到一個(gè)不經(jīng)濟(jì)的水平之前和/或之后開始。為熱解地層內(nèi)的烴類所提供的熱量也可以用來產(chǎn)生合成氣。例如，如果一部分地層在熱解之后是處在從大約270℃至大約375℃(或者在某些實(shí)施例中400℃)的溫度下，則一般需要加很少熱量來將這部分加熱到足以支持合成氣生產(chǎn)的溫度。
開始的滲透率不足可能禁止所產(chǎn)生的流體從地層內(nèi)的熱解區(qū)輸送到生產(chǎn)井。當(dāng)熱量開始從一個(gè)熱源轉(zhuǎn)移到一個(gè)含烴地層時(shí)，含烴地層內(nèi)的流體壓力可以在熱源附近增加。這種流體壓力的增加可能由地層中至少一部分烴類熱解期間產(chǎn)生流體引起。增加的流體壓力可以通過熱源減壓、監(jiān)測(cè)、改變，和/或控制。例如，熱源可以包括一個(gè)閥，上述閥供提取地層中一部分流體用。在某些熱源實(shí)施例中，熱源可以包括一個(gè)敞開的井筒構(gòu)造，上述構(gòu)造禁止壓力損壞熱源。
在某些原位轉(zhuǎn)化過程實(shí)施例中，由地層中所產(chǎn)生的熱解流體或其它流體膨脹所產(chǎn)生的壓力可以允許增加，不過通向生產(chǎn)井的敞開路線或者任何其它壓力差在地層中可能還不存在。流體壓力可以允許朝靜巖壓力方向增加。當(dāng)流體接近靜巖壓力時(shí)，含烴地層中的裂縫可能形成。例如，裂縫可以從一個(gè)熱源到一個(gè)生產(chǎn)井形成。經(jīng)過加熱的部分內(nèi)產(chǎn)生裂縫可以減輕上述經(jīng)過加熱部分中的一部分壓力。
當(dāng)滲透率或通向生產(chǎn)井的流道形成時(shí)，地層內(nèi)的壓力可以通過控制生產(chǎn)井中的生產(chǎn)速率進(jìn)行控制。在某些實(shí)施例中，在生產(chǎn)井處或是在選定的生產(chǎn)井處可以保持一個(gè)背壓，以便在經(jīng)過加熱的部分內(nèi)保持一個(gè)選定的壓力。
在一個(gè)原位轉(zhuǎn)化過程實(shí)施例中，在熱解期間可以在含烴地層其中一部分的選定部分內(nèi)將壓力增加到一個(gè)選定的壓力。上述一個(gè)選定的壓力可以是在一從約2巴絕對(duì)值到約72巴絕對(duì)值范圍內(nèi)，或者在某些實(shí)施例中，是在2巴絕對(duì)值-36巴絕對(duì)值范圍內(nèi)?？晒┻x擇地，選定的壓力可以是在約2巴絕對(duì)值-約18巴絕對(duì)值范圍內(nèi)。在某些原位轉(zhuǎn)化過程實(shí)施例中，大多數(shù)烴流體可以從一具有壓力是在從約2巴絕對(duì)值至約18巴絕對(duì)值范圍內(nèi)的地層中產(chǎn)生。熱解期間的壓力可以改變或者被改變。壓力可以改變，以便變動(dòng)和/或控制所產(chǎn)生的地層流體的組成，控制可凝縮流體與不可凝縮流體相比的百分率，及控制所生產(chǎn)的流體API(美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn))比重。例如，降低壓力可導(dǎo)致產(chǎn)生一種較大可凝縮流體成分。可凝縮流體可以含有一個(gè)較大百分率的烯烴。
由于處理地層而引起的物理和機(jī)械性能方面的變化可能導(dǎo)致地層變形。變形特性可以包括，但不限于，沉降，壓實(shí)，隆起，和剪切變形。隆起是在一地層處理部分上方表面處的垂直增加。表面位移可能由某些同時(shí)的地下效應(yīng)如地層中各層的熱膨脹，最豐富和最弱層的壓實(shí)作用，及由較冷巖石所施加的約束力產(chǎn)生，上述較冷的巖石包圍地層經(jīng)過處理的部分。一般，在加熱一個(gè)地層的初始階段，在經(jīng)過處理的部分上方的表面，由于在地層的經(jīng)過處理的部分中不完全熱解的地層材料的熱膨脹，而可以顯示一種隆起。當(dāng)相當(dāng)大部分地層變熱解時(shí)，則地層變?nèi)?，并且在?jīng)過處理部分中的鉆孔壓力下降。鉆孔壓力是在地層鉆孔中存在的液體和氣體的壓力。鉆孔壓力可能受地層中有機(jī)物熱膨脹和從地層中采出流體的影響。鉆孔壓力的降低往往會(huì)增加經(jīng)過處理部分中的有效應(yīng)力。因?yàn)殂@孔壓力影響地層經(jīng)過處理部分上的有效應(yīng)力，所以鉆孔壓力影響地層中地下壓實(shí)程度。壓實(shí)，即另一種變形特性是在地層經(jīng)過處理部分之上或之中地下部分的垂直減少。此外，在地層經(jīng)過處理部分之上和之中，二者也可能發(fā)生剪切變形。在某些實(shí)施例中，變形可能嚴(yán)重影響原位處理過程。例如，變形可能損壞地面設(shè)置和/或井筒。
在某些實(shí)施例中，原位處理過程可以這樣設(shè)計(jì)和控制，以使變形的嚴(yán)重影響減至最小或基本上消除。各種計(jì)算機(jī)模擬方法對(duì)設(shè)計(jì)和控制原位過程可能是有用的，因?yàn)槟M方法可以預(yù)測(cè)變形特性。例如，模擬方法可以用原位過程模型預(yù)測(cè)地層中的沉降，壓實(shí)，隆起，和剪切變形。模型可以包括地層的物理、機(jī)械、和化學(xué)性能。各種模擬方法可以用來研究一種地層的性能，操作條件，及過程特性對(duì)地層變形特性的影響。
圖2示出一種地層模型52，上述地層模型52可以在模擬按照本發(fā)明所述的變形特性時(shí)使用。地層模型是一個(gè)垂直截面，上述垂直截面包括經(jīng)過處理的部分54，上述經(jīng)過處理的部分54包括厚度56和寬度或半徑58。經(jīng)過處理的部分54可以包括若干層或區(qū)域，上述若干層或區(qū)域在礦物組成和有機(jī)物豐富度方面有變化。例如，在油頁(yè)巖地層模型中，經(jīng)過處理的部分54可以包括貧油母質(zhì)白堊層，富油母質(zhì)白堊層，和硅化的油母質(zhì)白堊層。在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)過處理的部分54可以是一種傾斜煤層，上述傾斜煤層與地層的表面成一個(gè)角度。模型還可以包括未經(jīng)處理的部分如覆蓋層60和基巖62。覆蓋層60可以具有厚度64。覆蓋層60還可以包括一個(gè)或多個(gè)組成不同的部分，例如部分66和部分66’。在一個(gè)例子中，部分66’可以具有與經(jīng)過處理的部分54在處理之前類似的組成。部分66可以包括有機(jī)材料，土壤，巖石等?；鶐r62可以包括具有至少某種有機(jī)材料的廢石。
在某些實(shí)施例中，原位過程可以這樣設(shè)計(jì)，以使它在地層的各經(jīng)過處理的部分之間包括一個(gè)未經(jīng)處理的部分或狹窄地帶。圖3示出一個(gè)按照一個(gè)實(shí)施例所述狹窄地帶展開的示意圖。地層包括經(jīng)過處理的部分54和經(jīng)過處理的部分54’，它們分別具有厚度56，56’和寬度58，58’(厚度56，56’和寬度58，58’可以在部分54和部分54’之間改變)。具有寬度70的未經(jīng)過處理部分68將經(jīng)過處理的部分54與經(jīng)過處理的部分54’分開。在某些實(shí)施例中，寬度70顯著地小于寬度58，58’，因?yàn)橹挥休^少部分可能需要保持未經(jīng)處理，以便提供結(jié)構(gòu)支承。在某些實(shí)施例中，利用一未經(jīng)處理的部分可以減少在地層經(jīng)過處理部分處及其上方的沉降，隆起、壓實(shí)，或剪切變形的量。
在一個(gè)實(shí)施例中，原位處理過程可以用一個(gè)三維模型表示。圖4示出可以用一種模擬建立模型的一個(gè)經(jīng)過處理部分的示意圖。經(jīng)過處理的部分包括一個(gè)具有若干熱源40和生產(chǎn)井44的井網(wǎng)。虛線72相應(yīng)于三個(gè)對(duì)稱的平面，上述三個(gè)對(duì)稱的平面可以把井網(wǎng)分成6個(gè)相等的部分。各熱源40之間的實(shí)線僅示出熱源40的井網(wǎng)(亦即實(shí)線不代表各熱源之間的實(shí)際設(shè)備。在某些實(shí)施例中，井網(wǎng)的地質(zhì)力學(xué)模型可以包括6個(gè)對(duì)稱分段的其中之一。
圖5示出供按照一個(gè)實(shí)施例所述一種模擬方法用的地層模型截面。模型包括若干格網(wǎng)元74。經(jīng)過處理的部位54位于模型的左下角中。經(jīng)過處理的部分中格網(wǎng)元可以足夠小，以便考慮經(jīng)過處理的部分中條件的很大變化。此外，距離76和距離76’可以足夠大，以便離經(jīng)過處理的部分最遠(yuǎn)的變形基本上可以忽略不計(jì)。可供選擇地，一個(gè)模型可以近似一種形狀如圓筒形。圓筒的直徑和高度相應(yīng)于經(jīng)過處理部分的尺寸和高度。
在某些實(shí)施例中，熱源可以用線源形成模型，上述線源以一固定的速率注入熱量?？晒┻x擇地，可以提出一種與時(shí)間有關(guān)的溫度分布作為一個(gè)平均邊界條件。
圖6示出方法78一個(gè)實(shí)施例的流程圖，用于給由于原位處理一含烴地層而引起的變形建立模型。方法可以包括提供至少一種地層性能80給一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。地層可以包括經(jīng)過處理的部分和未經(jīng)處理的部分。性能可以包括地層各部分的機(jī)械、化學(xué)、熱、和物理性能。例如，機(jī)械性能可以包括壓縮強(qiáng)度，側(cè)限壓力，蠕變參數(shù)，彈性模量，Poisson氏比，內(nèi)聚應(yīng)力，摩擦角，和封蓋偏心率。熱和物理性能可以包括熱膨脹系數(shù)，體積熱容，和熱導(dǎo)率。性能還包括地層的孔隙度，滲透率，飽和度，可壓縮性，和密度?；瘜W(xué)性能可以包括例如地層各部分的豐富度，和/或有機(jī)含量。
此外，可以將至少一個(gè)操作條件82提供給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。例如，操作條件可以包括，但不限于，壓力，溫度，過程時(shí)間，壓力增加速率，加熱速率，及井網(wǎng)的特性。此外，操作條件可以包括覆蓋層厚度，及地層經(jīng)過處理部分的厚度和寬度(或半徑)。操作條件還可以包括地層各經(jīng)過處理部分之間的未經(jīng)處理部分，以及地層各經(jīng)過處理部分之間的水平距離。
在某些實(shí)施例中，各種性能可以包括地層的初始性能。另外，模型可以包括地層各部分中機(jī)械、熱、和物理性能與一些條件如溫度，壓力和豐富度的依賴性關(guān)系。例如，地層的經(jīng)過處理部分中的壓縮強(qiáng)度可以是豐富度，溫度，和壓力的函數(shù)。體積熱容可以取決于豐富度，而熱膨脹系數(shù)可以是溫度和豐富度的函數(shù)?？晒┻x擇地，滲透率，孔隙度，和密度與地層的豐富度有關(guān)。
在某些實(shí)施例中，一個(gè)地層模型的物理和機(jī)械性能可以從以處理為目標(biāo)的地質(zhì)層中提取的一些樣品評(píng)價(jià)。各樣品的性能可以在不同的溫度和壓力下測(cè)量。例如，機(jī)械性能可以用單軸、三軸、和蠕變實(shí)驗(yàn)測(cè)量。此外，各樣品的化學(xué)性能(比如豐富度)也可以測(cè)量。樣品的豐富度可以用Fischer測(cè)定法測(cè)量。各種性能與溫度、壓力、和豐富度的關(guān)系然后可以由測(cè)量評(píng)價(jià)。在某些實(shí)施例中，各種性能可以用已知的樣品位置標(biāo)在圖上，以便成一個(gè)模型。例如，圖7示出在一種油頁(yè)巖地層模型中豐富度與深度的關(guān)系曲線。經(jīng)過處理的部分用區(qū)域54表示。同樣，覆蓋層和基巖分別用區(qū)域60和區(qū)域62表示。在圖7中，豐富度以每公噸油頁(yè)巖含油母質(zhì)的m3量度。
在某些實(shí)施例中，用一種模擬方法評(píng)價(jià)變形可能需要一種材料或結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)模型使地層中的應(yīng)力與應(yīng)變或位移有關(guān)。各種機(jī)械性能可以進(jìn)入一合適的結(jié)構(gòu)模型中，以便計(jì)算地層的變形。在一個(gè)實(shí)施例中，可以用Drucher-Prager帶封蓋的材料模型來給地層與時(shí)間無關(guān)的變形建立模型。
在一個(gè)實(shí)施例中，地層與時(shí)間有關(guān)的蠕變或二次蠕變應(yīng)變也可以建立模型。例如，地層中與時(shí)間有關(guān)的蠕變可以用方程式1中的冪律建立模型 式中 是二次蠕變應(yīng)變，C是蠕變系數(shù)， 是軸向應(yīng)力， 是側(cè)限壓力，D是應(yīng)力指數(shù)，及t是時(shí)間。C和D的值可以從擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到。在一個(gè)實(shí)施例中，蠕變速率用方程式2表示 式中，A是從擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的系數(shù)和□u是單軸壓縮中的最終強(qiáng)度。
圖6所示的方法還可以包括評(píng)價(jià)地層經(jīng)過處理部分至少一個(gè)過程特性86的評(píng)價(jià)部分84。至少一個(gè)過程特性86包括地層經(jīng)過處理部分中的一種孔隙壓力分布，一種熱輸入速率，或一種與時(shí)間有關(guān)的溫度分布。
至少一個(gè)過程特性可以用一種模擬方法評(píng)價(jià)。例如，熱輸入速率可以用一種體擬合有限差分模擬程序包如FLUENT(FLUENTInc；Labanon，New Hampshire)評(píng)價(jià)。同樣，孔隙壓力分布可以由空間擬合或體擬合模擬方法如STARS(Computer Modeling Group；Alberta，Canada)評(píng)價(jià)。在另一些實(shí)施例中，孔隙壓力可以用有限元模擬方法如ABAQUS(Hibitt，Karlsson & Sorensen，Inc；Pawtucket，RhodeIsland)評(píng)價(jià)。有限元模擬方法可以應(yīng)用流體的管線下沉來模擬生產(chǎn)井的性能。
可供選擇地，一些過程特性的溫度分布和孔隙壓力分布可以用其它方法估計(jì)。例如，溫度分布可以在計(jì)算各種變形特性時(shí)作為一種平均邊界條件采用。分布可以由地層加熱速率的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果確定。例如，經(jīng)過處理的部分可以通過熱源加熱到一個(gè)熱解溫度持續(xù)規(guī)定的一段時(shí)間，并在加熱經(jīng)過處理部分期間評(píng)價(jià)溫度分布。在一個(gè)實(shí)施例中，各熱源可以均勻分布并注入一個(gè)恒定的熱量。在大部分經(jīng)過處理部分內(nèi)部的溫度分布在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)可以基本上是均勻的。一部分熱量可以允許從經(jīng)過處理部分?jǐn)U散到覆蓋層，基巖，和側(cè)向巖中。當(dāng)需要時(shí)，可以在從熱源注入熱量規(guī)定的時(shí)間周期之后，使經(jīng)過處理的部分在一選定的溫度下保持一選定的時(shí)間周期。
同樣，孔隙壓力分布也可以作為一種平均邊界條件使用。初始孔隙壓力分布可以假定是靜巖壓力。然后在其余變形特性模擬期間，可以將孔隙壓力分布逐漸降低到一個(gè)選定的壓力。
在某些實(shí)施例中，如圖6所示，方法可以包括在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上用模擬方法90評(píng)價(jià)地層的至少一種變形特性88隨時(shí)間的變化。至少一種變形特性可以由至少一種性能80、至少一個(gè)過程特性86、和至少一個(gè)操作條件82評(píng)價(jià)。在某些實(shí)施例中，過程特性86可以通過一種模擬評(píng)價(jià)，或者過程特性86可以測(cè)量。變形特性可以包括，但不限于，地層中的沉降，壓實(shí)，隆起，和剪切變形。
模擬方法90可以是一種用于計(jì)算材料的彈性、塑性及與時(shí)間有關(guān)的性能的有限元模擬方法。例如，ABAQUS是一種從市場(chǎng)上購(gòu)買的有限元模擬方法。ABAQUS能描述各類材料如礦物質(zhì)、土壤、和金屬類的彈性、塑性、及與時(shí)間有關(guān)的(蠕變)性能。一般，ABAQUS可以描述其性能由用戶限定的本構(gòu)律規(guī)定的材料。ABAQUS可以用來計(jì)算熱傳遞和孔隙壓力變化對(duì)巖石變形的影響。
計(jì)算機(jī)模擬可以用來評(píng)價(jià)在產(chǎn)生所希望的變形特性的地層中原位過程的操作條件。圖8示出用于利用一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制原位過程的方法92一個(gè)實(shí)施例的流程圖。方法可以包括向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供至少一組用于這種原位過程的操作條件。例如，操作條件可以包括壓力，溫度，過程時(shí)間，壓力增加的速率，加熱速率，井網(wǎng)特性，覆蓋層厚度，地層經(jīng)過處理部分和/或地層各經(jīng)過處理部分之間未處理部分的厚度和寬度，及地層各經(jīng)過處理部分之間的水平距離。
此外，用于原位過程的至少一種所希望的變形特性88可以提供給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。所希望的變形特性可以是一種選定的沉降，選定的隆起，選定的壓實(shí)，或選定的剪切變形。在某些實(shí)施例中，至少一個(gè)附加的操作條件82可以用模擬方法90評(píng)價(jià)，以便產(chǎn)生至少一個(gè)所希望的變形特性88。所希望的變形特性可以是一個(gè)不嚴(yán)重影響原位過程操作的值。例如，可以評(píng)價(jià)為達(dá)到一個(gè)所希望的最大沉降值所必需的最小覆蓋層。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)附加的操作條件82’可以用來在原位過程94中操作。
在一個(gè)實(shí)施例中，得到所希望的變形特性的各種操作條件可以從模擬基于多個(gè)操作條件的原位過程評(píng)價(jià)。圖9示出一個(gè)用于評(píng)價(jià)得到所希望的變形性能的操作條件的方法96一個(gè)實(shí)施例流程圖。方法包括提供至少一個(gè)操作條件82的一個(gè)或多個(gè)值給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用作模擬方法90的輸入。模擬方法可以是一種用于計(jì)算彈性，塑性，和蠕變性能的有限元模擬方法。
在某些實(shí)施例中，方法可以基于至少一個(gè)操作條件82的一個(gè)或多個(gè)值，利用模擬方法90評(píng)價(jià)變形特性88的一個(gè)或多個(gè)值。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)變形特性的一個(gè)值可以包括隨時(shí)間變化的變形特性。用于這種原位過程的至少一個(gè)變形特性88’的一個(gè)所希望的值也可以提供給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一個(gè)實(shí)施例可以包括評(píng)價(jià)至少一個(gè)操作條件82’所希望的值的評(píng)價(jià)部分84，以便達(dá)到至少一個(gè)變形特性88’所希望的值。
至少一個(gè)操作條件82’所希望的值可以由至少一個(gè)變形特性88的若干值和至少一個(gè)操作條件82的若干值評(píng)價(jià)。例如，操作條件82’所希望的值可以通過插入變形特性88的若干值和操作條件82的若干值得到。在某些實(shí)施例中，至少一個(gè)變形特性的值98可以利用模擬方法90從至少一個(gè)操作條件所希望的值82’得到。在某些實(shí)施例中，得到所希望變形特性的一個(gè)操作條件可以通過比較一個(gè)變形特性在不同操作條件下隨時(shí)間的變化評(píng)價(jià)。
在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，為達(dá)到至少一個(gè)變形特性所希望值的至少一個(gè)操作條件所希望值，可以利用原位過程的至少一個(gè)變形特性和至少一個(gè)操作條件之間的關(guān)系評(píng)價(jià)。上述關(guān)系可以利用模擬方法評(píng)價(jià)。這種關(guān)系可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可以利用的數(shù)據(jù)庫(kù)中。上述關(guān)系可以包括至少一種變形特性的一個(gè)或多個(gè)值和相應(yīng)的至少一個(gè)操作條件值?？晒┻x擇地，上述關(guān)系可以是一種解析函數(shù)。
已經(jīng)利用各種模擬來研究各種不同操作條件對(duì)油頁(yè)巖地層變形特性的影響。在一組模擬中，地層以一種圓筒形或是矩形板塊建立模型。在一種圓筒形情況下，地層模型用經(jīng)過處理的部分厚度，半徑，和覆蓋厚度描述。矩形板塊是通過一個(gè)寬度而不是半徑，及通過經(jīng)過處理部分的厚度和覆蓋層描述。圖10示出在一圓筒形地層模型中從一有限元模擬得到的操作條件對(duì)沉降的影響。經(jīng)過處理部分的厚度為189m，經(jīng)過處理部分的半徑是305m，及覆蓋層厚度是201m。圖10示出在一年時(shí)間里以米計(jì)的垂直表面位移。曲線100對(duì)應(yīng)于操作壓力為27.6巴絕對(duì)值，而曲線102對(duì)應(yīng)于工作壓力為6.9巴絕對(duì)值。應(yīng)該理解，圖10所述的表面位移僅是示例性的(實(shí)際表面位移一般與圖10所示的那些不同)。然而，圖10證明，增加操作壓力可以顯著地減少沉降。
圖11和12示出在兩個(gè)經(jīng)過處理部分之間利用未經(jīng)處理部分的影響。圖11是在經(jīng)過處理部分厚度為189m，經(jīng)過處理部分寬度為649m，及覆蓋層厚度為201m情況下，矩形板塊模型中的沉降，圖12示出在兩個(gè)經(jīng)過處理部分被一未經(jīng)處理部分分開的情況下，如圖3所示的矩形板塊模型中的沉降。經(jīng)過處理部分厚度和覆蓋層二者與對(duì)應(yīng)于圖11的模型相同。因此，經(jīng)過處理部分的總寬度每種模型都相同。在每種情況下操作壓力都是6.9巴絕對(duì)值。與圖10一樣，圖11和12中的表面位移都僅是示例性的。然而，比較圖11和12表明，利用未經(jīng)處理部分使沉降減少約25％。此外，初始的隆起也減少。
在另一組模擬中，計(jì)算一經(jīng)過處理的油頁(yè)巖地層中的剪切變形進(jìn)行證實(shí)。模型包括各熱源和生產(chǎn)井布網(wǎng)的一個(gè)井組單元。在模型中所采用的邊界條件是這樣，以使約束地層的垂直面是對(duì)稱平面。圖13表示在選定若干熱源的位置處地層的剪切變形隨深度而變的情況。曲線104和106分別代表在10個(gè)月和12個(gè)月時(shí)剪切變形隨深度變化的情況。對(duì)應(yīng)于注熱井所預(yù)示形狀的各曲線表明，剪切變形隨地層中深度增加而增加。
在某些實(shí)施例中，可以用一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來操縱用于處于含烴地層的原位過程，上述原位過程可以包括將來自一個(gè)或多個(gè)熱源的熱量提供給地層的至少一部分。此外，原位過程還可以包括讓熱從一個(gè)或多個(gè)熱源傳送到地層的選定部分。圖14示出利用一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來操縱原位過程的方法108。方法包括利用一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)來操縱原位過程94。各操作參數(shù)可以包括地層的一些性能，如熱容，密度，滲透率，熱導(dǎo)率，孔隙度，和/或化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)。此外，操作參數(shù)可以包括若干操作條件。上述操作條件可以包括，但不限于，地層經(jīng)過加熱部分的厚度和面積，壓力，溫度，加熱速率，熱輸入速率，過程時(shí)間，生產(chǎn)率，得到規(guī)定生產(chǎn)率的時(shí)間，氣體的重量百分?jǐn)?shù)，和/或周邊水的回收或注入。操作條件還可以包括井網(wǎng)的特性，如生產(chǎn)井位置，生產(chǎn)井取向，生產(chǎn)井與加熱井的比例，加熱井間距，加熱井網(wǎng)的類型，加熱井取向，和/或覆蓋層與各水平加熱井之間的距離。操作參數(shù)也可以包括地層的各種機(jī)械性能。操作參數(shù)可以包括一些變形特性，如裂縫，應(yīng)變，沉隆，隆起，壓實(shí)，和/或剪切變形。
在某些實(shí)施例中，原位過程94的至少一個(gè)操作參數(shù)110可以提供給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112可以在原位過程94處或其附近?？晒┻x擇地，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112可以在遠(yuǎn)離原位過程94的一個(gè)位置處。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以包括用于模擬原位過程94一種模型的第一模擬方法。第一模擬方法可以包括一種體擬合有限差分模擬法如FLUENT或者一種空間擬合有限差分模擬法如STARS。第一模擬法可以實(shí)施一種油藏模擬。油藏模擬方法可以用來確定操作參數(shù)，上述操作參數(shù)包括，但不限于，壓力，溫度，加熱速率，熱輸入速率，過程時(shí)間，生產(chǎn)率，得到一規(guī)定生產(chǎn)率的時(shí)間，氣體的重量百分?jǐn)?shù)，及周邊水的回收或注入。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一模擬方法還可以包括地層中的變形。用于計(jì)算變形特性的模擬方法可以包括一種有限元模擬方法如ABAQUS。第一模擬方法可以包括裂縫進(jìn)展，應(yīng)變，沉降，隆起，壓實(shí)，和剪切變形。用于計(jì)算各種變形特性的模擬方法包括圖6所示的方法78和/或圖9所示的方法96。
圖14所示的方法與第一模擬方法和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一起利用至少一個(gè)參數(shù)110來提供所評(píng)價(jià)的有關(guān)原位過程94的信息。模擬中的各個(gè)操作參數(shù)可以與原位過程94的操作參數(shù)進(jìn)行比較。從一種模擬中所評(píng)價(jià)的信息可以包括一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)與至少一個(gè)參數(shù)110之間的模擬關(guān)系。例如，所評(píng)價(jià)的信息可以包括一些操作參數(shù)如壓力，溫度，熱輸入速率，或加熱速率與各涉及產(chǎn)品質(zhì)量的參數(shù)之間的關(guān)系。
在某些實(shí)施例中，所評(píng)價(jià)的信息可以包括模擬中的操作參數(shù)與原位過程94中的操作參數(shù)之間的不一致。例如，第一模擬法中的溫度，壓力，產(chǎn)品質(zhì)量，或生產(chǎn)率可以與原位過程94中的不同。不一致的根源可以從由模擬所提供的操作參數(shù)評(píng)價(jià)。不一致的根源可能包括在一原位過程94的模擬模型中所用的某些性能與原位過程94中的參數(shù)不同。上述某些性能可以包括，但不限于，熱導(dǎo)率，熱容，密度，滲透率，或化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)。某些性能還可以包括一些機(jī)械性能如壓縮強(qiáng)度，井側(cè)壓力，蠕變參數(shù)，彈性模量，Poisson氏比，內(nèi)聚應(yīng)力，摩擦角，及封蓋偏心性。
在一個(gè)實(shí)施例中，所評(píng)價(jià)的信息可以包括原位過程94的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)。上述調(diào)節(jié)可以彌補(bǔ)模擬的操作參數(shù)和原位過程中的操作參數(shù)之間的不一致。各種調(diào)節(jié)可以從至少一個(gè)參數(shù)110與一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)之間的模擬關(guān)系評(píng)價(jià)。
例如，原位過程在一特定的時(shí)間周期(比如90天)之后，可以具有一特定的烴流體生產(chǎn)率，比如1m3/天。在觀察井處的理論溫度(比如100℃)可以利用地層規(guī)定的性能計(jì)算。然而，在觀察井處測(cè)得的溫度(比如80℃)可能低于理論溫度。在一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的模擬可以利用測(cè)得的溫度進(jìn)行。模擬可以提供原位過程與測(cè)得溫度相對(duì)應(yīng)的操作參數(shù)?？梢杂媚M中的操作參數(shù)來評(píng)價(jià)例如溫度或熱輸入速率與原位過程生產(chǎn)率之間的關(guān)系。上述關(guān)系可以表明，在模擬中所用的地層熱容或熱導(dǎo)率與地層不一致。
在某些實(shí)施例中，方法還可以包括利用所評(píng)價(jià)的信息114來操縱原位過程94。如本文所用的“操縱”涉及控制或改變?cè)贿^程的操作條件。例如，所評(píng)價(jià)的信息可以表明，在上例中地層的熱導(dǎo)率低于模擬中所用的熱導(dǎo)率。因此，可以增加向原位過程94的熱輸入速率，以便在理論溫度下操縱。
在另一些實(shí)施例中，方法可以包括利用所評(píng)價(jià)的信息114和所希望參數(shù)120的從一種第二模擬方法及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得到116信息118。在一個(gè)實(shí)施例中，第一模擬方法可以與第二模擬方法相同。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二模擬方法可以不同。各模擬方法可以提供至少一個(gè)操作參數(shù)與至少一個(gè)另外參數(shù)之間的關(guān)系。因此，所得到的信息118可以用來操縱原位過程。
所得到的信息118可以包括至少一個(gè)操作參數(shù)，上述至少一個(gè)操作參數(shù)供在達(dá)到所希望參數(shù)的原位過程中使用。例如，對(duì)一個(gè)原位過程的所希望烴流體生產(chǎn)率可以是6m3/天?？梢杂靡环N或多種模擬方法來確定為達(dá)到6m3/天的烴流體生產(chǎn)率所必需的操作參數(shù)。在某些實(shí)施例中，一種模擬方法所用的一些模型參數(shù)，可考慮各模擬方法和原位過程94之間所觀察到的差異進(jìn)行校正。在一個(gè)實(shí)施例中，可以利用圖9中所示的模擬方法96來得到至少一個(gè)達(dá)到所希望變形特性的操作參數(shù)。
圖15示出一種利用計(jì)算機(jī)模擬方法來控制地層中原位過程94的一個(gè)實(shí)施例示意圖。原位過程94可以包括用于監(jiān)測(cè)各操作參數(shù)的傳感器122。傳感器122可以設(shè)置在一個(gè)隔層井、一個(gè)監(jiān)測(cè)井、一個(gè)生產(chǎn)井、或一個(gè)加熱井中。傳感器122可以監(jiān)測(cè)一些操作參數(shù)如地層中的地層下和地層表面條件。地下條件可以包括壓力，溫度，產(chǎn)品質(zhì)量，和一些變形特性，如裂縫進(jìn)展。傳感器122還可以監(jiān)測(cè)地層表面數(shù)據(jù)如泵狀態(tài)(亦即開或關(guān))，流體流動(dòng)速率，地層表面壓力/溫度，和加熱器功率。地層表面數(shù)據(jù)可以用安放在井處的儀器監(jiān)測(cè)。
此外，至少一個(gè)由傳感器122測(cè)得的操作參數(shù)110可以提供給本地計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112’?？晒┻x擇地，操作參數(shù)110可以提供給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112″。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112″可以是例如一種個(gè)人臺(tái)式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一種膝上型計(jì)算機(jī)，或個(gè)人數(shù)字助理如掌上控制器。圖16示出幾種可以將一種信息從原位過程94傳送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112″的方法。信息可以利用互聯(lián)網(wǎng)124，硬件電話線126，和/或無線通信128傳送。無線通信128可以包括通過衛(wèi)星130傳送。
在某些實(shí)施例中，如圖15所示，操作參數(shù)110可以在處理地層期間自動(dòng)地提供給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112’或112″。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112’和112″可以包括一種用于模擬原位過程94一種模型的模擬方法?？梢岳媚M方法得到有關(guān)原位過程的信息118。
在一個(gè)實(shí)施例中，一種原位過程94的模擬可以在所希望的時(shí)間用人工進(jìn)行。可供選擇地，當(dāng)滿足所希望的條件時(shí)，模擬可以自動(dòng)進(jìn)行。例如，當(dāng)在一個(gè)特定時(shí)間一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)達(dá)到或者未能達(dá)到一個(gè)特定值時(shí)，模擬可以進(jìn)行。例如，當(dāng)在一個(gè)特定時(shí)間生產(chǎn)率未達(dá)到一個(gè)特定值時(shí)，模擬可以進(jìn)行。
在某些實(shí)施例中，涉及原位過程94的信息118可以由計(jì)算機(jī)112’或112″自動(dòng)提供，用于控制原位過程94。信息118可以包括涉及控制原位過程94的指令。信息118可以通過互聯(lián)網(wǎng)、硬件、無線通信、或衛(wèi)星傳輸從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112″傳送。信息118可以提供給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還可以處于遠(yuǎn)離原位過程的位置處。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112可以處理作118，供控制原位過程94用。例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112可以利用信息118來確定一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)中的調(diào)節(jié)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112因而可以自動(dòng)調(diào)節(jié)原位過程94的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。可供選擇地，原位過程94的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)可以顯示，和然后任意地進(jìn)行人工調(diào)節(jié)134。
圖17示出利用信息118控制地層中原位過程94的一個(gè)實(shí)施例示意圖。信息118可以利用一種模擬方法和一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得到。信息118可以提供給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112。信息118可以包括涉及調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)的信息。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112中的輸出136可以提供給顯示器138，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器140，或地面設(shè)施142。輸出136還可以通過調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)用來自動(dòng)控制地層中的條件。輸出136可以包括對(duì)調(diào)節(jié)在一阻擋層井50處的泵狀態(tài)和流速，調(diào)節(jié)在一生產(chǎn)井44處的泵狀態(tài)和流速，和/或調(diào)節(jié)加熱加熱井144處的加熱器功率的指令。輸出136還包括對(duì)原位過程94加熱井網(wǎng)146的指令。例如，一個(gè)指令可以是在一特定位置處加一個(gè)或多個(gè)加熱井。此外，輸出136可以包括對(duì)關(guān)井地層148的指令。
可供選擇地，輸出136可以由原位過程的操作人員在顯示器138上觀察。操作人員然后可以利用輸出136人工調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)。
圖18示出利用一種模擬方法和一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制地層中原位過程94的一個(gè)實(shí)施例示意圖?？梢园阎辽僖粋€(gè)來自原位過程的操作參數(shù)110提供給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112可以包括一種用于模擬原位過程94模型的模擬方法。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112可以利用模擬方法來得到有關(guān)原位過程94的信息118。信息118可以提供給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器140，顯示器138，和分析裝置150。在一個(gè)實(shí)施例中，信息118可以自動(dòng)提供給原位過程94。然后可以用信息118來操縱原位過程94。
分析裝置150可以包括檢查和/或利用信息118來控制源位過程94。分析裝置150可以包括利用原位過程94的一個(gè)或多個(gè)模擬90得到附加的信息118’。可以利用一個(gè)或多個(gè)模擬來得到原位過程94附加的或經(jīng)過修改的模型參數(shù)。上述各附加的或經(jīng)過修改的模型參數(shù)可用來進(jìn)一步評(píng)價(jià)原位過程90。
在一個(gè)實(shí)施例中，分析裝置150可以包括得到152有關(guān)原位過程性能的附加信息118″。上述性能可以包括例如一個(gè)或多個(gè)部分地層的熱導(dǎo)率，熱容，孔隙度，或滲透率。上述性能還可以包括化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)如化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)成分，及化學(xué)反應(yīng)參數(shù)。上述性能可以從文獻(xiàn)，或者從野外或?qū)嶒?yàn)室實(shí)驗(yàn)得到。例如，經(jīng)過處理的巖心樣品性能可以在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量。附加的信息118″可以用來操縱原位過程94?？晒┻x擇地，附加的信息118″可以在一個(gè)或多個(gè)模擬90中使用，以便得到附加的信息118’。例如，附加的信息118’可以包括一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)，上述一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)可以用來操縱原位過程94。
用于處理一個(gè)地層的原位過程包括處理具有最小平均覆蓋層厚度的地層中一個(gè)選定的部分。最小平均覆蓋層厚度可以取決于油氣資源的類型和包圍油氣資源的地質(zhì)構(gòu)造。在某些實(shí)施例中，覆蓋層可以基本上不滲透，以便禁止選定部分中所產(chǎn)生的流體穿過覆蓋層轉(zhuǎn)到地面。最小覆蓋層厚度可以確定為禁止地層中所產(chǎn)生的流體選出和禁止由于在原位轉(zhuǎn)化過程期間地層內(nèi)增加壓力而突破到地面所必需的最小覆蓋層。最小覆蓋層厚度可能與例如覆蓋層組成，在原位轉(zhuǎn)化過程期間地層中欲達(dá)到的最大壓力，覆蓋層的滲透率，地層中所產(chǎn)生的流體組成，和/或地層或覆蓋層中的溫度等有關(guān)。在資源的選擇期間，可以利用覆蓋層厚度與油氣資源厚度的比值，以便用原位熱轉(zhuǎn)化過程生產(chǎn)。
可以用一些選定的因素來確定一最小覆蓋層厚度。這些選定的因素可以包括覆蓋層的總厚度，覆蓋層的巖性和/或巖石性能，地層應(yīng)力，預(yù)期的沉降程度和/或油氣藏壓實(shí)，地層中待使用的壓力，及包圍地層的天然裂縫系統(tǒng)的程度和連接性。
對(duì)于煤，最小覆蓋層厚度可以是約50m或者在約25m和100m之間。在某些實(shí)施例中，一個(gè)選定的部分可以具有一最小覆蓋層壓力。最小的覆蓋層與資源厚度之比可以是在約0.25∶1和100∶1之間。
對(duì)油頁(yè)巖，最小覆蓋層厚度可以是約100m或者在約25m和300m之間。最小覆蓋層與資源厚度之比可以是在約0.25∶1和100∶1之間。
圖19示出一種用于確定一選定的覆蓋層厚度的計(jì)算機(jī)執(zhí)行方法流程圖。選定部分的性能154可以輸入計(jì)算系統(tǒng)156中。選定部分的性能可以包括地層的類型，密度，滲透率，孔隙度，地層應(yīng)力等。各選定部分的性能154可以被一個(gè)軟件可執(zhí)行地利用，以便確定選定部分的最小覆蓋層厚度158。上述軟件可執(zhí)行可以是例如ABAQUS。軟件可執(zhí)行可以包括各選定的因素。計(jì)算系統(tǒng)156還可以使一種模擬運(yùn)轉(zhuǎn)，以便確定最小覆蓋層厚度158。最小覆蓋層厚度可以如此確定，以使讓地層流體傳到地面的裂縫在原位過程期間將不在覆蓋層內(nèi)形成。地層可以選定用于通過計(jì)算系統(tǒng)156根據(jù)地層的性能和/或如本文所確定的覆蓋層性能處理。覆蓋層性能160也可以輸入到計(jì)算系統(tǒng)156中。覆蓋層的性能可以包括覆蓋層中材料的類型，覆蓋層的密度，覆蓋層的滲透率，地層應(yīng)力等。計(jì)算系統(tǒng)156也可以用來確定操作條件和/或控制處理地層原位過程的操作條件。
地層的加熱可以在原位轉(zhuǎn)化過程期間監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)選定部分的加熱可以包括連續(xù)監(jiān)測(cè)與選定部分有關(guān)的聲波數(shù)據(jù)。波數(shù)據(jù)包括地需數(shù)據(jù)或任何可以例如用地震檢波器、水中檢波器、或其它聲波傳感器可以測(cè)量的聲波數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以用一種連續(xù)聲波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(比如瞬時(shí)或經(jīng)常地)監(jiān)測(cè)地層。地層可以監(jiān)測(cè)(比如，利用2千赫茲(KHz)下的地震檢波器，同時(shí)記錄每1/8毫秒的測(cè)量)不希望有的地層條件。在一個(gè)實(shí)施例中，一種連續(xù)的聲波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以從Oyo Instruments(Houston，TX)得到。
聲波數(shù)據(jù)可以通過利用位于經(jīng)過處理的地層區(qū)域內(nèi)和/或其附近的地下聲波傳感器記錄信息獲得。聲波數(shù)據(jù)可以用來確定裂縫在選定部分內(nèi)展開的類型和/或位置。裂縫可以是熱裂縫。裂縫可以是地層中開始增加滲透率所形成的垂直水力壓裂裂縫。聲波數(shù)據(jù)可以輸入到一個(gè)計(jì)算系統(tǒng)中，以便確定裂縫的類型和/或位置。另外，地層或選定部分的加熱井網(wǎng)可以用聲波數(shù)據(jù)通過計(jì)算系統(tǒng)確定。計(jì)算系統(tǒng)可以使一個(gè)軟件可執(zhí)行運(yùn)行以便處理聲波數(shù)據(jù)。計(jì)算系統(tǒng)可以用來確定一組用于原位處理地層的操作條件。計(jì)算系統(tǒng)還可以用來根據(jù)聲波數(shù)據(jù)控制上述組用于原位處理地層的操作條件。另一些性能如地層的溫度也可以輸入到計(jì)算系統(tǒng)中。
原位轉(zhuǎn)化過程可以通過用一部分生產(chǎn)井作為注入井用于注入蒸汽和/或改變過程的流體(比如氫，上述氫可能通過原位氫化作用影響產(chǎn)品組成)進(jìn)行控制。
在某些實(shí)施例中，也許能夠利用可以在高溫下操作的井技術(shù)。這些技術(shù)可以包括傳感器和控制機(jī)構(gòu)二者。熱量注入井網(wǎng)和烴蒸汽生產(chǎn)可以在更分散的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)。也許能夠在逐層的基礎(chǔ)上或者以逐米的增量調(diào)節(jié)加熱井網(wǎng)和生產(chǎn)。這使原位轉(zhuǎn)化過程能例如彌補(bǔ)不同的熱性能和/或?qū)娱g巖性中的有機(jī)物含量。因此，這可以禁止冷點(diǎn)和熱點(diǎn)形成，地層可以不過壓，和/或地層的完整性可以不產(chǎn)生很大應(yīng)力，上述情況會(huì)造成變形和/或損壞井筒完整性。
圖20和21分別示出用原位轉(zhuǎn)化過程處理的一區(qū)域的平面圖和剖面表示的示意圖。原位轉(zhuǎn)化過程法可以在地震波從那兒發(fā)出的處理區(qū)內(nèi)產(chǎn)生微地震破碎或者裂縫。處理區(qū)域162用由加熱器164所提供的熱量加熱，上述加熱器164安放在加熱井144中。處理區(qū)162可以通過產(chǎn)生一部分地層流體穿過加熱井144和/或生產(chǎn)井進(jìn)行控制。來自加熱器164的熱量可能造成靠近處理區(qū)域162的一部分地層破碎166。破碎166可能是地層的巖石體積內(nèi)的一種局部巖石破碎。破碎166可以是一種瞬時(shí)破碎。破碎166往往會(huì)產(chǎn)生地震擾動(dòng)168。地震擾動(dòng)168可以是一種彈性或微地震擾動(dòng)，上述彈性或微地震擾動(dòng)在圍繞破碎處的地層中作為一種體波傳播。地震擾動(dòng)的大小和方向當(dāng)用傳感器測(cè)量時(shí)可以指示在地層和/或處理區(qū)域162內(nèi)發(fā)生的微尺度破碎的類型。例如，地震擾動(dòng)可以評(píng)價(jià)為指示由于處理區(qū)域162的熱處理而在地層中發(fā)生的一個(gè)或多個(gè)微尺度破碎的地點(diǎn)，方向，和/或程度。
來自一個(gè)或多個(gè)破碎166的地震擾動(dòng)168可以用一個(gè)或多個(gè)傳感器122檢測(cè)。傳感器122可以是地震檢波器，水中檢波器，地震加速度檢波器，和/或其它地震檢測(cè)裝置。傳感器122可以安放在監(jiān)測(cè)井170或多個(gè)監(jiān)測(cè)井中。各監(jiān)測(cè)井170可以安放在加熱井144和處理區(qū)域162附近的地層中。在某些實(shí)施例中，在地層中可以這樣安放3個(gè)監(jiān)測(cè)井，以便在每個(gè)監(jiān)測(cè)井中用傳感器122把破碎166的位置組成三角形。
在一個(gè)原位轉(zhuǎn)化過程實(shí)施例中，傳感器122可以測(cè)量地震擾動(dòng)168的信號(hào)。信號(hào)可以包括從破碎166發(fā)出的一個(gè)波或一組波。信號(hào)可以用來確定破碎166的大致位置。從信號(hào)也可以確定破碎166發(fā)生，同時(shí)產(chǎn)生地震擾動(dòng)168的大致時(shí)間。這種破碎166的大致位置和大致時(shí)間可以用來確定是否破碎166會(huì)傳播到地層不希望的區(qū)域中，不希望的區(qū)域可以包括含水層，不希望處理的地層區(qū)域，地層的覆蓋層60，和/或地層的下伏巖層172。含水層也可以位于覆蓋層60上方或下伏巖層172的下方。覆蓋層60和/或下伏巖層172可以包括一個(gè)或多個(gè)巖層，上述一個(gè)或多個(gè)巖層可以破碎，并使地層流體不希望有地從原位轉(zhuǎn)化過程中選出。傳感器122可以用來監(jiān)測(cè)一段時(shí)間里破碎166的傳播(亦即破碎的程度增加)。
在某些情況下，破碎166的位置可以利用各傳感器122沿著每個(gè)監(jiān)測(cè)井170垂直分布更精確地測(cè)定。各傳感器122的垂直分布可以包括在覆蓋層60上方和/或下伏巖層172的下方至少一個(gè)傳感器。覆蓋層60上方和/或下伏巖層172下方的傳感器可以用來監(jiān)測(cè)破碎穿透(或者沒有穿透)覆蓋層或下伏巖層的情況。
如果破碎166傳播到地層不希望的區(qū)域中，則可以改變通過加熱井144控制的用于處理處理區(qū)域162的參數(shù)，以便禁止破碎傳播。處理參數(shù)可以包括處理處域162中的壓力，注入處理區(qū)域或從處理區(qū)域排出的流體體積(或流速)，或者從加熱器164輸入到處理區(qū)域中的熱輸入速率。
圖22示出一種用來監(jiān)測(cè)地層處理的一種方法一個(gè)實(shí)施例流程圖。對(duì)一個(gè)處理區(qū)域(比如圖20和21中的處理區(qū)域162)可以提供處理計(jì)劃174。用于處理計(jì)劃174的參數(shù)176可以包括，但不限于，處理區(qū)域中的壓力，處理區(qū)域的加熱速率，和處理區(qū)域中的平均溫度。處理參數(shù)176可以進(jìn)行控制，以便通過熱源，生產(chǎn)井，和/或注入井進(jìn)行處理。在處理處理區(qū)域一個(gè)規(guī)定的參數(shù)組期間可能發(fā)生一個(gè)或多個(gè)破碎。表明斷裂的一些地震擾動(dòng)，可以在監(jiān)測(cè)步驟178中通過安放在一個(gè)或多個(gè)監(jiān)測(cè)井中的傳感器檢測(cè)。地震擾動(dòng)可以用來在測(cè)定步驟180中確定一個(gè)或多個(gè)破碎的位置，時(shí)間，和/或程度。測(cè)定步驟180可以包括將地震擾動(dòng)成象，以便確定一個(gè)或多個(gè)破碎的空間位置和/或一個(gè)或多個(gè)破碎發(fā)生的時(shí)間。一個(gè)或多個(gè)破碎的位置，時(shí)間，和/或程度可以進(jìn)行處理，以便在解釋步驟184中確定是否能改變處理參數(shù)176來禁止一個(gè)或多個(gè)破碎傳播到地層不希望的區(qū)域中。
在原位轉(zhuǎn)化過程實(shí)施例中，可以利用一個(gè)記錄系統(tǒng)來連續(xù)監(jiān)測(cè)安放在地層中的傳感器信號(hào)。記錄系統(tǒng)可以連續(xù)地記錄來自各傳感器的信號(hào)。記錄系統(tǒng)可以省去把信號(hào)作為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以通過記錄系統(tǒng)永久節(jié)省。記錄系統(tǒng)可以同時(shí)監(jiān)測(cè)來自各傳感器的信號(hào)。各信號(hào)可以在一選定的取樣速率(比如約每0.25毫秒一次)下監(jiān)測(cè)。在某些實(shí)施例中，可以利用兩個(gè)記錄系統(tǒng)來連續(xù)記錄傳感器中的信號(hào)?？梢岳糜涗浵到y(tǒng)在一選定的取樣速率下將每個(gè)來自傳感器的信號(hào)記錄一個(gè)所希望的時(shí)間周期。當(dāng)利用記錄系統(tǒng)監(jiān)測(cè)信號(hào)時(shí)，可以利用一個(gè)控制器。控制器可以是一個(gè)計(jì)算系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)。在一利用兩個(gè)或多個(gè)記錄系統(tǒng)的實(shí)施例中，控制器可以控制哪一個(gè)記錄系統(tǒng)使用一選定的時(shí)間周期。控制器可以包括一個(gè)全球定位衛(wèi)星(GPS)程序塊?？梢岳肎PS程序塊提供用于記錄系統(tǒng)開始監(jiān)測(cè)信號(hào)的規(guī)定時(shí)間(比如，一個(gè)觸發(fā)時(shí)間)和用于監(jiān)測(cè)信號(hào)的時(shí)間周期?？刂破骺梢詫⒂糜谟涗浵到y(tǒng)開始監(jiān)測(cè)信號(hào)的規(guī)定時(shí)間提供給一個(gè)觸發(fā)器箱。可以利用觸發(fā)器箱將一個(gè)觸發(fā)脈沖供給一個(gè)記錄系統(tǒng)，以便開始監(jiān)測(cè)信號(hào)。
可以利用一個(gè)存儲(chǔ)裝置來記錄一個(gè)記錄系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)到的信號(hào)。存儲(chǔ)裝置可以包括一種磁帶驅(qū)動(dòng)器(比如，一種高速、高容量磁帶驅(qū)動(dòng)器)或者任何能在很短時(shí)間間隔內(nèi)記錄比較大量數(shù)據(jù)的裝置。在一利用兩個(gè)記錄系統(tǒng)的實(shí)施例中，存儲(chǔ)裝置可以接收來自第一記錄系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，而第二記錄系統(tǒng)正監(jiān)測(cè)來自一個(gè)或多個(gè)傳感器的信號(hào)，或者反之亦然。這樣起動(dòng)連續(xù)數(shù)據(jù)覆蓋，以便所發(fā)生的所有或基本上所有的微地震事件都將被檢測(cè)。在某些實(shí)施例中，穿過地層的熱進(jìn)展可以通過測(cè)量由加熱地層各個(gè)不同部分所引起的微地震事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
圖23示出用來控制地層182中原位轉(zhuǎn)化過程182的一個(gè)實(shí)施例示意圖。阻擋層井50，監(jiān)測(cè)井170，生產(chǎn)井44，和加熱井144可以安放在地層182中。阻擋層井50可用來控制地層182內(nèi)的水狀況。監(jiān)測(cè)井170可以用來監(jiān)測(cè)地層中地下狀況，如，但不限于，壓力，溫度，產(chǎn)品質(zhì)量，或裂縫進(jìn)展。生產(chǎn)井44可以用來從地層中產(chǎn)生地層流體(比如，油，氣，和水)。加熱井144可以用來向地層提供熱量。地層狀態(tài)如，但不限于，壓力，溫度，裂縫進(jìn)展(例如，通過聲波傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè))，和流體質(zhì)量(比如產(chǎn)品質(zhì)量或水質(zhì))等可以通過井50、170、44、和144的其中一個(gè)或多個(gè)監(jiān)測(cè)。
表面數(shù)據(jù)如泵狀況(比如，泵開或關(guān))，流體流速，表面壓力/溫度，及加熱器功率，都可以通過安放在每個(gè)井或某些井中的儀器監(jiān)測(cè)。同樣，地下數(shù)據(jù)如壓力，溫度，流體質(zhì)量，和聲波傳感器數(shù)據(jù)可以通過安放在每個(gè)井或某些井中的儀器檢測(cè)。來自隔層井50的表面數(shù)據(jù)186可以包括泵狀況，流速，和表面壓力/溫度。來自生產(chǎn)井44的表面數(shù)據(jù)188可以包括泵狀況，流速，和表面壓力/溫度。來自隔層井50的地下數(shù)據(jù)190可以包括壓力，溫度，水質(zhì)，和聲波傳感器數(shù)據(jù)。來自監(jiān)測(cè)井170的地下數(shù)據(jù)192可以包括壓力，溫度，產(chǎn)品質(zhì)量，和聲波傳感器數(shù)據(jù)。來自生產(chǎn)井44的數(shù)據(jù)194可以包括壓力，溫度，產(chǎn)品質(zhì)量，和聲波傳感器數(shù)據(jù)。來自加熱井144的地下數(shù)據(jù)196可以包括壓力，溫度，和聲波傳感器數(shù)據(jù)。
表面數(shù)據(jù)186和188及地下數(shù)據(jù)190，192，194，和196可以作為來自一個(gè)或多個(gè)測(cè)量?jī)x器的模擬數(shù)據(jù)198監(jiān)測(cè)。模擬數(shù)據(jù)198可以在模擬-數(shù)字變換器202中變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)200。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)200可以提供給計(jì)算系統(tǒng)156?？晒┻x擇地，一個(gè)或多個(gè)測(cè)量?jī)x器可以把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)提供給計(jì)算系統(tǒng)156。計(jì)算系統(tǒng)156可以包括一個(gè)分配式中央處理單元(CPU)。計(jì)算系統(tǒng)156可以處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)200，以便解釋模擬數(shù)據(jù)198。計(jì)算系統(tǒng)156的輸出可以提供給遠(yuǎn)程顯示器204，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器140，顯示器138，或提供給地面設(shè)施142。地面設(shè)施142可以包括例如加氫處理廠，液體處理廠，或氣體處理廠。計(jì)算系統(tǒng)156可以將數(shù)字輸出206提供給數(shù)字模擬變換器208。數(shù)字-模擬變換器208可以將數(shù)字輸出206變換成模擬輸出210。
模擬輸出210可以包括控制地層182中一個(gè)或多個(gè)狀態(tài)的指令。模擬輸出210可以包括調(diào)節(jié)原位轉(zhuǎn)化過程中一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的指令。一個(gè)或多個(gè)參數(shù)可以包括，但不限于，壓力，溫度，產(chǎn)品組成，和產(chǎn)品質(zhì)量。模擬輸出210可以包括用于控制隔層井50處的泵狀況212或流速214的指令。模擬輸出210可以包括用于控制生產(chǎn)井44處的泵狀況212和流速214的指令，模擬輸出210還可以包括用于控制加熱井144處加熱功率216的指令。模擬輸出210可以包括改變一個(gè)或多個(gè)條件如泵狀況，流速，或加熱器功率的指令。模擬輸出210還可以包括開始和/或關(guān)閉泵、加熱器、或安放在每個(gè)井處的監(jiān)測(cè)儀器的指令。
也可以將遠(yuǎn)程輸入數(shù)據(jù)218提供給計(jì)算系統(tǒng)156，以便控制地層182內(nèi)部的狀態(tài)。遠(yuǎn)程輸入數(shù)據(jù)218可以包括用來調(diào)節(jié)地層182狀態(tài)的數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程輸入數(shù)據(jù)218可以包括一些數(shù)據(jù)如，但不限于，電力費(fèi)用，氣或油的價(jià)格，管線運(yùn)輸費(fèi)用，來自各種模擬的數(shù)據(jù)，工廠排放物，或煉油廠利用率。遠(yuǎn)程輸入數(shù)據(jù)218可以被計(jì)算系統(tǒng)156用來將數(shù)字輸出206調(diào)到一個(gè)所希望的值。在某些實(shí)施例中，可以把地面設(shè)施數(shù)據(jù)220提供給計(jì)算系統(tǒng)156。
原位轉(zhuǎn)化過程可以利用一種反饋控制法監(jiān)測(cè)。在上述反饋控制法內(nèi)可以監(jiān)測(cè)和利用地層內(nèi)的各條件。地層利用原位轉(zhuǎn)化過程處理可能由于固體和各種液體轉(zhuǎn)變成蒸汽，裂縫傳播(比如，傳播到覆蓋層，下伏巖層，地下水面等)而經(jīng)受機(jī)械性能改變，滲透率或孔隙度增加，密度減小，水分蒸發(fā)，和/或基體材料熱不穩(wěn)定性(導(dǎo)致脫氫和除二氧化碳反應(yīng)和穩(wěn)定的礦物組合變動(dòng))。
檢測(cè)這些油氣藏性能變化的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以包括，但不限于，4D(4維)時(shí)間推移地震監(jiān)測(cè)，破碎的3D/3C(3維/3組分)地震無源聲波監(jiān)測(cè)，裂縫的時(shí)間推移3D地震無源聲波監(jiān)測(cè)，電阻率，熱紅外攝影測(cè)圖，地面或井下測(cè)斜儀，測(cè)量永久的地面石樁，用于地面氣體豐度，和比重的化學(xué)嗅測(cè)或激光傳感器。更直接的基于地下的監(jiān)測(cè)技術(shù)包括高溫井下儀表(如熱電偶和其它溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，壓力傳感器如水中檢波器，應(yīng)力傳感器，或生產(chǎn)井中的儀表，以便檢測(cè)細(xì)增量基礎(chǔ)上的氣流)。在某些實(shí)施例中，可以進(jìn)行“本底”地震監(jiān)測(cè)，和然后可以比較隨后的地震結(jié)果，以便確定變化。
下列美國(guó)專利，即Aronstam的No.6,456,566；Winbow的No.5,418,335；和Kostelnicek等人的No.4,879,696及Thompson的US法定發(fā)明登記H1561介紹了供在地下地球物理現(xiàn)象有源地震監(jiān)測(cè)用的地震源?？梢援a(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間推移的分布圖，以便監(jiān)測(cè)含烴地層中的臨時(shí)和實(shí)時(shí)變化。在某些實(shí)施例中，可以利用有源地震監(jiān)測(cè)來得到地層處理之前的基線地質(zhì)信息。在地層處理期間，可以利用有源和/或無源地質(zhì)監(jiān)測(cè)來監(jiān)測(cè)地層內(nèi)的變化。
對(duì)看了本說明書的本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明各方面的進(jìn)一步修改和可供選擇的實(shí)施例是顯而易見的。因此，本說明書僅看作是示例性的，并且是用于給本領(lǐng)域的技術(shù)人員講解實(shí)施本發(fā)明一般方式的目的。應(yīng)該理解，本文所示和所述的形式是看作目前優(yōu)選的實(shí)施例?？梢杂靡恍┮睾筒牧先〈疚乃竞退龅哪切?，若干部件和過程可以相反，和本發(fā)明的某些特點(diǎn)可以單獨(dú)利用，全都象本領(lǐng)域的技術(shù)人員在得到本發(fā)明這個(gè)說明書的好處之后顯而易見的那樣。在不脫離如下面權(quán)利要求所述的本發(fā)明精神和范圍的情況下，在本文所說明的一些要素中可以作若干改變。此外，應(yīng)該理解，本文所單獨(dú)說明的一些特點(diǎn)在某些實(shí)施例可以組合。
權(quán)利要求
1.一種用加熱器控制加熱含烴地層的原位系統(tǒng)的方法，其包括利用至少一個(gè)聲波檢測(cè)器監(jiān)測(cè)地層內(nèi)至少一個(gè)聲波事件，分析至少一個(gè)聲波事件，以便確定地層的至少一個(gè)性能；及根據(jù)至少一個(gè)聲波事件的分析控制原位系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，至少一個(gè)聲波事件由一個(gè)聲源產(chǎn)生。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述方法是連續(xù)操作。
4.如權(quán)利要求1-3其中之一所述的方法，還包括安放至少一個(gè)聲波檢測(cè)器在地層中的井筒內(nèi)和/或地層表面上。
5.如權(quán)利要求1-4其中之一所述的方法，還包括用一個(gè)聲波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄至少一個(gè)聲波事件。
6.如權(quán)利要求1-5其中之一所述的方法，還包括熱解至少某些烴類和/或在至少一部分地層內(nèi)產(chǎn)生合成氣體。
7.如權(quán)利要求1-6其中之一所述的方法，其中，分析至少一個(gè)聲波事件包括解釋至少一個(gè)聲波事件。
8.如權(quán)利要求1-7其中之一所述的方法，還包括在約至少每0.25毫秒一次的取樣速率下監(jiān)測(cè)至少一個(gè)聲波事件。
9.如權(quán)利要求1-8其中之一所述的方法，還包括用聲波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)測(cè)一個(gè)以上聲波事件。
10.如權(quán)利要求1-9其中之一所述的方法，其中，地層的至少一個(gè)性能包括地層中至少一個(gè)裂縫的取向，地層中至少一個(gè)裂縫的位置，和/或地層中至少一個(gè)裂縫的程度。
11.如權(quán)利要求1-10其中之一所述的方法，其中，控制原位系統(tǒng)包括修改原位系統(tǒng)的溫度和/或壓力。
12.如權(quán)利要求1-11其中之一所述的方法，其中，聲波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
13.如權(quán)利要求1-12其中之一所述的方法，其中，至少一個(gè)聲波事件包括一個(gè)地震事件。
14.如權(quán)利要求1-13其中之一所述的方法，其中，至少一個(gè)聲波檢測(cè)器包括一地震檢波器或一水中檢波器。
全文摘要
一種用于控制原位處理含烴地層的系統(tǒng)的方法，包括監(jiān)測(cè)地層內(nèi)的一個(gè)聲波事件。一個(gè)以上的聲波事件可以監(jiān)測(cè)?？梢岳冒卜旁诘貙又谢虻貙颖砻嫔暇矁?nèi)的一個(gè)聲波檢測(cè)器來監(jiān)測(cè)一個(gè)聲波事件。一個(gè)聲波事件可以用一個(gè)聲波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄并分析，以便確定地層的至少一種性能。原位處理含烴地層的系統(tǒng)可以通過分析一個(gè)或多個(gè)聲波事件進(jìn)行控制。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)聲波事件可以是一個(gè)地震事件。在某些實(shí)施例中，可以利用一個(gè)聲波源來產(chǎn)生至少一個(gè)聲波事件。
文檔編號(hào)E21B47/10GK1575374SQ02821054
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月24日
發(fā)明者哈羅德·J·維內(nèi)加, 戴維·C·德瑪?shù)偌{, 伊利亞·E·貝爾琴科 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司