[发明专利]用于利用声学测井装置检测含烃层压地层中的薄弱交界层的测量和处理

说明书

本发明提供了利用超声波声学测井工具的方法，所述方法用于检测薄地层，所述薄地层与例如层压致密的含烃地层中的周围岩石的柔性相比具有明显更高的柔性。这些层可以被解释为具有潜在的交界薄弱面，这可能与跨它们传播的水力裂缝传播的程度有关。

本申请要求2015年7月6日提交的美国临时申请序号62/188,834的权益和优先权，所述申请据此全文以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及油气田的测井。更具体地，本公开涉及使用钻孔中形成的超声波测量值来勘测地下地层的方法。

背景技术

致密的含烃地层(石油和/或天然气)是渗透性低的地层，如致密页岩、砂岩和碳酸盐岩。此类含烃地层的示例包括北美的巴肯页岩(Bakken Shale)、鹰滩页岩(Eagle FordShale)和奈厄布拉勒(Niobrara)含烃地层，俄罗斯的Achimov地层，澳大利亚的库伯佩迪(Coober Pedy)地层等。为了从这些致密地层中经济地生产烃类，通常在与地层中的含烃地层相对应的期望深度位置钻出水平井，并且将井的上方和下方的岩石压裂以获得尽可能多的含烃储层。

最优完井设计和施工取决于对这些致密地层的力学性能的了解。致密的页岩/砂岩或粉砂岩/砂岩/碳酸盐岩地层由与柔性有机和/或粘土成分接触的坚硬矿物成分构成。这些层的厚度可以大到几英尺，薄到几英寸(例如，两英寸厚)，或甚至以亚英寸(mm)的尺寸更薄。然而，这些地层的目前技术水平的测量主要限于在几英尺分辨率下的原位声波测量和在几英寸分辨率下的岩心的实验室测量。这两种测量都具有局限性。

使用信号频率至多20kHz的声波工具和技术在钻孔附近进行的测量平均轴向地超过几英尺(例如，在一些接收器孔径配置中高达6英尺)并径向超过3至4英尺。当用此类工具测量时，英寸厚的层的机械性能的实际变化显著降低。这些声波测井仪器不能检测到薄弱层，除非这些层碰巧为敞开的水平裂缝，由于地层所承受的巨大的上覆应力，这些裂缝不可能在原位发生。另一方面，在实验室在岩心上进行的测量反映了岩石变化的条件，因为岩石基体可能在收回后已经松弛，甚至可能已经沿着裂缝和薄弱面破碎或裂开。尽管关于某些平面上的岩石分离的观察是有用的信息，但它并不能提供对原位条件下水力压裂可能遇到的弱点的相对量化。

发明内容

提供本概述是为了介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不意欲识别要求保护的主题的关键特征或重要特征，也不意欲被用作来辅助限制要求保护的主题的范围。

本公开的说明性实施方案涉及检测薄地层的方法和系统，这些薄地层与例如层压页岩/粉砂岩和砂岩/碳酸盐岩地层中的周围岩石的不坚实性相比具有显著更高的不坚实性。这些地层可能会阻止垂直水力裂缝的增长。在一些这样的地层中，更不坚实(例如，更柔性、更弱或较不硬)的层可以包括页岩和/或粉砂岩，而更坚实(例如，较不柔性、更强或更硬)的层可以包括砂岩和/或碳酸盐岩。利用这些方法，可以将这些层解释为具有潜在的交界薄弱面，这可能与跨它们传播的水力裂缝传播的程度有关。

本公开的一个实施方案涉及一种勘测钻孔所穿过的层压地层的方法。该方法包括在钻孔中操作超声波声学测井工具以沿钻孔的长度生成一发一收测量值。使用一发一收测量值来沿钻孔的长度确定地层的慢度指示(例如，慢度值和/或波速值)。通过识别地层的第一层，其慢度指示相对于两个或更多个第二层的慢度指示更高，来沿钻孔的长度确定潜在的地层薄弱面。第一层设置在两个或更多个第二层之间。

本公开的另一个实施方案涉及一种使用超声波一发一收测量值和脉冲-回波测量值来勘测钻孔所穿过的层压地层的方法。该方法包括在钻孔中操作超声波声学测井工具以生成超声波一发一收测量值和脉冲-回波测量值。使用一发一收测量值来根据方位角沿钻孔的长度生成慢度指示。使用慢度指示来沿钻孔的长度确定地层的机械强度。使用超声波脉冲-回波测量值来沿钻孔的长度确定钻孔半径。通过使钻孔半径的局部增大与和地层的第二层相比机械强度更低的地层的第二层相关联来确定潜在的薄弱面。第一层各自设置在第二层的两个或更多个之间。