通過(guò)套管鉆井進(jìn)行的裂縫評(píng)估的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】通過(guò)套管鉆井進(jìn)行的裂縫評(píng)估
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年6月24日提交的美國(guó)申請(qǐng)第61/838656號(hào)的權(quán)益，并在此通過(guò)引用整體并入。
【背景技術(shù)】
[0003]烴類(lèi)的典型回收方法是使含有或包括所述烴類(lèi)的流體流出地層內(nèi)的儲(chǔ)集層，流入穿透所述地層的鉆井。水力壓裂和其他改造技術(shù)可應(yīng)用于所述地層，以通過(guò)壓裂地層和/或延長(zhǎng)地層中現(xiàn)有的裂縫促進(jìn)烴類(lèi)的去除。對(duì)裂縫的范圍、復(fù)雜性和朝向進(jìn)行評(píng)估，對(duì)于有效地管理此類(lèi)操作和評(píng)估水力壓裂操作來(lái)說(shuō)是很重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]—種用于估算地層中裂縫的方法的實(shí)施例包括:在地層內(nèi)的套管鉆井中設(shè)置聲波工具，所述聲波工具包括多極聲波發(fā)射器和聲波接收器;將聲波信號(hào)發(fā)射到所述鉆井中；測(cè)量所述鉆井周?chē)貙舆h(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域中的深剪切波(DSW)信號(hào)，所述DSW信號(hào)由所述地層中反射的剪切體波產(chǎn)生；以及基于所述DSW信號(hào)至少估算地層中裂縫的位置和朝向。
[0005]—種用于估算地層中裂縫的裝置的實(shí)施例包括:聲波工具，其配置為設(shè)置在地層中的套管鉆井中，所述聲波工具包括多極聲波發(fā)射器和聲波接收器，所述聲波工具配置為將聲波信號(hào)發(fā)射到鉆井中，并測(cè)量鉆井周?chē)貙舆h(yuǎn)場(chǎng)區(qū)中的深剪切波(DSW)信號(hào)，所述DSW信號(hào)由所述地層中反射的剪切體波產(chǎn)生；以及處理器，其配置為基于所述DSW信號(hào)至少估算地層中裂縫的位置和朝向。
【附圖說(shuō)明】
[0006]以下描述無(wú)論如何都不應(yīng)視作限制性的。參照附圖，相同元件的編號(hào)相同:
[0007]圖1示出了地層改造系統(tǒng)的實(shí)施例；
[0008]圖2示出了用于監(jiān)測(cè)地層中地震活動(dòng)的系統(tǒng)的實(shí)施例；以及
[0009]圖3為一個(gè)流程圖，示出了用于評(píng)估地層中裂縫網(wǎng)的方法的實(shí)施例；
[0010]圖4示出了示例性地層改造和評(píng)估操作的結(jié)果；
[0011]圖5示出了圖4的示例性地層改造和評(píng)估操作的結(jié)果；以及
[0012]圖6示出了圖4的示例性地層改造和評(píng)估操作的結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0013]提供了用于執(zhí)行、評(píng)估和提高地層改造的系統(tǒng)和方法。方法的一個(gè)實(shí)施例包括在水力壓裂操作之前通過(guò)套管井或裸眼井進(jìn)行深剪切波(DSW)成像和/或在水力壓裂操作之后通過(guò)套管井進(jìn)行深剪切波(DSW)成像，以評(píng)估操作的有效性和/或調(diào)整或改善裂縫模型和操作。
[0014]圖1示出了地層12中烴類(lèi)生產(chǎn)、改造和/或測(cè)量系統(tǒng)10的示例性實(shí)施例的各個(gè)方面。系統(tǒng)10包括設(shè)置在鉆井16內(nèi)的鉆井柱14，諸如改造柱、電纜或其它載體，所述鉆井16適于通過(guò)鉆井降下工具或其它部件，或連接部件到地表面。本文中所用的術(shù)語(yǔ)“載體”是指任何設(shè)備、設(shè)備部件、設(shè)備組合、媒介和/或構(gòu)件，所述任何設(shè)備、設(shè)備部件、設(shè)備組合、媒介和/或構(gòu)件可以用來(lái)輸送、容納、支撐或以其它方式方便使用另一設(shè)備、設(shè)備部件、設(shè)備組合、媒介和/或構(gòu)件。示例性非限制性載體包括套管、電纜、電纜探測(cè)器、鋼絲探測(cè)器、下降鉛球、井下接頭、BHA (井底鉆具組合)、壓裂端口和鉆柱。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10被配置為一個(gè)液壓改造系統(tǒng)。如本文所述，“改造”可以包括任何將流體注入地層的操作。示例性改造系統(tǒng)可配置為一個(gè)套管井或裸眼井系統(tǒng)，用于引發(fā)裂縫和/或改造地層中現(xiàn)有的裂縫。流體可以是任何可流動(dòng)的物質(zhì)，諸如液體或氣體和/或可流動(dòng)的固體，諸如砂子。
[0016]在本實(shí)施例中，鉆井16包括套管18，所述柱14包括促進(jìn)地層12改造的一個(gè)或多個(gè)工具或部件。例如，所述柱14包括壓裂組件20，所述組件包括，例如，注射噴嘴和機(jī)械閥裝置，諸如壓裂套筒和/或落球裝置。所述柱14還可包括穿孔組件22。所述柱還可包括其它部件，例如一個(gè)或多個(gè)隔離或封隔器接頭24。在圖1所示的實(shí)施例中，所述系統(tǒng)配置為使地層12改造，但并不局限于此。所述系統(tǒng)可配置為執(zhí)行各種功能，諸如井下測(cè)量和烴類(lèi)生產(chǎn)。
[0017]一個(gè)或多個(gè)壓裂組件20、穿孔組件22和/或封隔器接頭24可包括配置為與表面處理單元通信和/或控制相應(yīng)部件或組件的適當(dāng)?shù)碾娮釉蛱幚砥鳌?br>[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10為水力壓裂系統(tǒng)，所述水力壓裂系統(tǒng)包括與流體箱28或其它流體源流體連通的噴射裝置(諸如高壓栗26)。栗26將流體注入柱14，以將流體引入地層12中，例如，以改造和/或壓裂地層12。
[0019]可以包括各種測(cè)量和/或控制裝置，以監(jiān)測(cè)和/或控制改造或水力壓裂操作。例如，一個(gè)或多個(gè)流速和/或壓力傳感器30可設(shè)置成與栗26和柱14流體連通。傳感器30可以定位在任何合適的位置，如靠近或處于栗26內(nèi)，處于或接近井口。本文中所描述的傳感器的類(lèi)型是示例性的，因?yàn)楦黝?lèi)傳感器都可用于測(cè)量各種參數(shù)。
[0020]處理和/或控制單元32被設(shè)置成與至少傳感器30和栗26可操作通信。處理和/或控制單元32配置為接收、存儲(chǔ)和/或發(fā)送由傳感器30和/或栗26產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，且包括配置為分析數(shù)據(jù)和/或控制操作參數(shù)的處理部件。處理和/或控制單元32包括任意數(shù)量的適當(dāng)部件，諸如處理器、存儲(chǔ)器、通信裝置以及電源。
[0021]圖2示出了測(cè)量和/或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)40的一個(gè)實(shí)施例。系統(tǒng)40包括設(shè)置在地層46中的鉆井44中的數(shù)據(jù)采集工具42。數(shù)據(jù)采集工具42配置為監(jiān)測(cè)和/或收集與改造操作(諸如通過(guò)系統(tǒng)10執(zhí)行的操作)相關(guān)的數(shù)據(jù)。工具42可通過(guò)如圖2所示的任何適當(dāng)載體布置于井底、可被設(shè)置在地面(例如作為地面地震陣列的一部分)處，和/或配置為與其它井下或地面工具一起操作。在圖2所示的實(shí)施例中，載體為電纜47，所述電纜47為工具42提供支撐并且還為井下工具10和地面處理單元48之間提供通信。在一個(gè)實(shí)施例中，在壓裂操作(例如，通過(guò)系統(tǒng)10執(zhí)行)之前和/或在壓裂操作之后工具42通過(guò)套管鉆井設(shè)置于地層中以評(píng)估操作。應(yīng)注意的是，盡管本文所述的實(shí)施例是與垂直井一起描述的，但并不僅限于此，因?yàn)樗鼈兛膳c水平井和/或具有水平段或其他偏離垂直方向的區(qū)段的井一起使用。
[0022]地層46可包括設(shè)置于巖縫中烴類(lèi)或其它目標(biāo)流體的儲(chǔ)集層中。也示出了地層46中的多個(gè)巖石裂縫50。裂縫可為天然裂縫、由水力壓裂引發(fā)的裂縫或它們的組合。數(shù)據(jù)采集工具42配置為測(cè)量地層46的特性，包括裂縫50的特征(例如，裂縫朝向、裂縫尺寸、裂縫密度、裂縫透光度或裂縫孔隙度)。由數(shù)據(jù)采集工具42執(zhí)行的測(cè)量的非限制性實(shí)施例包括地震、聲波、脈沖-中子、電阻率、放射性、勘測(cè)和成像。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，工具42和/或系統(tǒng)40配置為用于在壓裂操作之前和之后進(jìn)行地層12的聲波監(jiān)測(cè)。工具42包括聲波單極和/或多極聲波發(fā)射器52，所述發(fā)射器發(fā)射通常從發(fā)射器徑向向外行進(jìn)的聲波能量脈沖。多個(gè)定向發(fā)射器可被設(shè)置于發(fā)射器52所示的位置處。一個(gè)或多個(gè)聲波接收器54(諸如接收器54的軸向陣列)沿工具42定位。
[0024]工具42可配置為通過(guò)使用各種技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)評(píng)估地層。這種技術(shù)包括單極技術(shù)，諸如鉆井聲波反射勘測(cè)(BARS)。其它技術(shù)包括偶極技術(shù)，諸如交叉偶極成像和深剪切波成像(DSWI)。
[0025]鉆井聲波反射勘測(cè)(BARS)成像技術(shù)使用具有方位接收器的單極源以提供方向敏感度。鉆井中的單極源產(chǎn)生多個(gè)模式(壓縮波、剪切波和斯通利波)。為觀察反射波狀況，所有這些模式都受到抑制。單極工具通常局限于約1kHz的高頻，由于地層衰減其可受到更為嚴(yán)重的局限。鉆井聲波反射勘測(cè)(BARS)成像技術(shù)使用P波，所述P波產(chǎn)生相對(duì)復(fù)雜的反射波場(chǎng)(反射的P-P和P-S以及折射的P-P和P-S)。
[0026]對(duì)于偶極配置，示例性工具42使用一個(gè)或多個(gè)將能量發(fā)送到鉆井和地層中偶極源。例如，偶極源在遠(yuǎn)離鉆井延伸的方向“X”上進(jìn)行發(fā)送，所述方向“X”通常垂直或基本垂直于鉆井和/或工具42朝向，并在此示例中描述為方向“Z”。產(chǎn)生的彎曲波通?？煞瓷淝铱商峁┏鲞_(dá)到地層中約2至4英尺的讀數(shù)。將遠(yuǎn)離鉆井輻射的且更深入行進(jìn)至地層中的波被稱(chēng)作體波，所述體波可被反射回鉆井并被作為信號(hào)檢測(cè)到，所述信號(hào)相對(duì)于反射的彎曲波信號(hào)要遲些到達(dá)且相對(duì)較弱。鉆井周?chē)膮^(qū)域可被分為近場(chǎng)區(qū)域