[发明专利]一种用于井下水力压裂过程的裂缝表征的系统及方法

说明书

本发明提供了一种用于井下水力压裂过程的裂缝表征的系统及方法；包括：在孔洞路径上安装光纤，以提供分布式声学传感器；监测压裂流入井筒的流动特性及处理来自分布式声学传感器的声学数据和流动数据，提供至少一个裂缝特征的指示；提供至少一种裂缝特征的指示，包括确定向每个裂缝部位供应的压裂液或支撑剂的量；所述压裂是供应到每个裂缝现场的确定数量的压裂液或支撑剂；通过多个不同裂缝位置附近的声干扰强度水平来分析声学数据，以确定裂缝流体或支撑剂相对于单个裂缝位置的相对流速。本发明的方法使用光纤分布式声学传感来提供与压裂过程相关的声学数据，并将这些声学数据与压裂液流动特性相关的数据一起处理，以提供裂缝特征。

技术领域

本发明涉生产井压裂监测领域；尤其涉及一种用于井下水力压裂过程的裂缝表征的系统及方法。

背景技术

压裂是一些油气井(简称非常规井)形成过程中的一个重要过程，是激发岩层中油气流动的重要手段。典型的钻孔方式是在岩层上钻孔并内衬套管。套管外可注水泥，防止在水流开始时含水层等受到污染。在非常规井中，为了刺激流动，岩层可能需要压裂。通常这是通过两个阶段的射孔过程和水力压裂来实现的。射孔涉及从套管内发射一系列射孔摩擦，即成型炸药，通过套管和水泥在岩层中形成射孔。一旦射孔完成，岩石在高压下通过泵送流体 (如水)下井而破裂。因此，这种流体被迫进入射孔，当达到足够的压力时，会导致岩石破裂。比如，一种固体颗粒--沙子，通常会被加入到液体中，滞留在形成的裂缝中，并使裂缝保持张开状态。这种固体微粒被称为支撑剂。从距离井口最远的井段开始，可将油井分成一系列段进行射孔。因此，当一段井已穿孔时，它可能被堵塞器堵塞，而下一段井已穿孔并破裂。

压裂过程是非常规井形成的关键步骤，决定了该井的效率。然而，压裂过程的控制和监测是非常困难的。通常需要测量支撑剂和支撑剂的用量和流量，以确定压裂作业是否足够充分，并确定压裂过程中可能存在的问题。

其中，当包围套管的水泥失效并且流体仅流入空隙中时，就会发生一个可能存在的问题，即支撑剂冲洗。这浪费了支撑剂流体并阻止了有效的压裂。高流速或流速突然增加可能表示支撑剂被冲掉。

另外，其中大多数流体和支撑剂会通过一个或多个射孔流到岩层，从而阻止通过其他射孔点的有效压裂。通常对井段进行压裂处理，如上文所述，可沿该井段的长度进行多个射孔，以便随后的水力压裂处理在该井段的多个不同位置。然而，在水力压裂过程中，一个或多个射孔处的岩石可能比其他射孔处更容易破裂。在这种情况下，一个或多个发育中的裂缝可能会开始吸收大部分的液体和支撑剂，从而降低其他射孔部位的压力。这可以减少其他射孔点的压裂。增加流体和支撑剂的流量可能只会导致第一个过流点处的压裂增加，最终可能只会扩大裂缝，而不会对通过该裂缝接收的油气量产生重大影响。然而，在其他地点减少压裂可减少通过这些地点接收的油气数量，从而对整个油井的效率产生负面影响。例如，假设一段井在四个不同的位置射孔进行后续压裂。如果在压裂过程中，三个射孔部位相对容易破裂，那么更多的流体和支撑剂就会流向这些部位。这可能会阻止第四处裂缝发育，从而导致只有三条裂缝延伸到岩层中，为流动提供通道。因此，这部分油井的效率只有理想预期的75％。

如果存在这种情况，可以将更大的固体材料添加到流体中，通常是特定大小或尺寸范围的固体材料球。球的大小使得它们能够流入相对较大的裂缝中，在那里它们将被嵌入以造成阻塞，但是足够大而又不会影响到相对较小的裂缝。这样，可能在液压压裂过程中部分堵塞了消耗大部分压裂液的大裂缝，导致流向所有裂缝的流量均匀。

通常，监测压裂液的流动情况，以确定一个或多个裂缝位置是否占主导地位，从而防止在一个或多个其他裂缝位置发生有效压裂，但这很难做到，而且往往依赖于井工的经验。

除上述问题外，仅仅控制压裂过程以确保达到预期的压裂程度是困难的。此外，可能有多个油井用于从岩层中提取油气。当建造一口新井时，地层不应延伸到已提供现有井的岩石地层的区域，因为来自该区域的新井的任何流动都可以简单地减少现有井的流动。但是，确定裂缝的方向和范围是非常困难的。