[发明专利]水力压裂和监测的方法及装置

说明书

技术领域

本发明的主题涉及一种水力压裂和监测的方法和装置。

背景技术

水力压裂用于增加地下地层的传导率，以便回收或开采烃类，并允许将 流体注入地下地层或注入井中。在典型的水力压裂作业中，在一定压力下通 过井眼将压裂液注入到地层中。已知为支撑剂的颗粒物质可被添加到压裂液 中，并且由于其形成为使裂缝保持张开，故在水力压裂压力松弛之后沉积在 裂缝中。

当水力压裂流体通过井眼从地面向地下地层输送时，重要的是将用于压 裂的受压流体导入一个或多个目标地层中。一般地，通过在已下套管的井的 井眼中或在裸眼井眼的隔离段中射孔来对一个或多个地下地层实施水力压 裂。用于烃类开采的压裂或废弃物处理的一个重要考虑是将裂缝导入期望的 地层中。水力裂缝的方位受到地层特征和地层应力状态的控制。当裂缝形成 时，重要的是对所述裂缝进行监测，以确保其不会延伸超过预定区域并具有 期望的延伸度和延伸方位。

众所周知，由于形成到地下地层中的裂缝的原因，井眼中的水力压裂作 业会产生显著的地震活动。在压力下注入到地下地层中的流体会产生压力累 积，直到超过地下地层中的原岩应力为止，从而在地层中产生从井眼延伸一 段距离的裂缝。这种地层压裂产生一系列小的“微地震”，已知为微震。这 些不连续的局部微震出现在裂缝的生长期间，并且会产生地震的振幅或声能 (包括压缩(“P”)波和剪切(“S”)波)，其振幅足够显著，以被遥测传感器探 测到。因此，通过探测并记录P波和S波以及它们到达每一传感器的相应时 间，可以根据已知的地震监测方法来处理声信号，以确定微震的位置。由此 可以推断出裂缝的几何形状及其位置。一种用于确定由水力压裂作业所产生 的裂缝的方位的方法在美国专利No.6,985,816中进行了描述，这里引用该文 献作为参考。

一种已知用于监测水力裂缝的位置和尺寸的方法被称为微震测绘。在该 方法中，第二邻井(offset well)用于监测主处理井或注入井中的水力压裂活 动。在微震测绘中，多个声传感器(例如，地震检波器)位于偏离所要压裂的 井的井中。邻井中的这些传感器用于记录因水力压裂液在处理井或注入井中 的压力累积而引入在地下地层中的应力所产生的微震的信号。

微震监测的示例在Withers等人的美国专利No.5,771,170和Sorrels和 Warpinski的美国专利No.5,996,726中进行了描述。在其中的方法中，利用 从注入井中的压裂活动产生的微震结果获得的声信号，在单独的设置有测量 仪器的监测井中监测注入井内的裂缝的位置。然而，单独的专用监测井显著 地增加了这些方法的费用。为了在处理井或注入井中进行微震监测，已经做 了有限的努力来利用布置在注入井或处理井中的设备。在美国专利 No.6,935,424中，描述了通过监测压裂过程减轻压裂期间对烃产量产生负面 影响(例如，筛选)的风险的方法。该方法利用联接到正在进行水力压裂的井 中的套管或井筒壁的测斜仪，来从机械上测量变形，所述变形测量用于推断 裂缝尺寸。然而在该方法中，少于期望的测斜仪到套管或井筒壁的联接会显 著影响所推断尺寸的准确度。在美国专利No.5,503,225中，声传感器布置在 用于微震监测的注入井中。这些传感器在废弃注入井的环空中隔离，而传感 器一般附接到油管柱。然而，在这种构造中，由流体注入导致的井下油管中 的噪声将被这种系统探测到，并且这可能会显著地掩盖任何探测到的微震活 动。尽管这些方法消除了对专用监测井的需要和花费，但每个限制条件都妨 碍了它们用于准确地区分微震活动。

因此，不断地需要更好的方式来可靠且精确地监测水力压裂和注入作 业。

发明内容

在本发明的实施例中，可用于井的技术包括将一组件布置在井眼中。组 件包括至少一个传感器。在压力下将压裂液注入到井眼中，以对地下目标地 层进行水力压裂。该技术包括利用一个或多个传感器测量由水力压裂产生的 声能。

在本发明的另一实施例中，用在井中的装置包括一组件，该组件具有工 具体，在工具体上设置有至少一个声能传感器。该组件还包括使声能传感器 与水力压裂作业隔离的隔离设备。

本发明的优点和其它特征将从下面的附图、说明书和权利要求书中变得 显而易见。

附图说明

图1为根据本发明实施例的井。

图2为根据本发明实施例的传感器探头的示意图。