專(zhuān)利名稱(chēng)：土地水力壓裂區(qū)深度測(cè)定法的制作方法
從地質(zhì)儲(chǔ)集層經(jīng)濟(jì)取得石油和天然氣在過(guò)去是，現(xiàn)在仍然是有不可估量的重要性。這種儲(chǔ)集層的可及度從幾百英尺以至二英里以上的礦井深度變化。
為在給定時(shí)間內(nèi)取得比其他方法所獲得的更為充分的回采，至少早在1949年，已經(jīng)實(shí)行一種在地層結(jié)構(gòu)中巖石的壓裂技術(shù)。參見(jiàn)頒發(fā)給法里斯(Farris)的美國(guó)專(zhuān)利第2，596，843號(hào)，及維契(R.W.VEATCH，jR)著《水力壓裂設(shè)計(jì)及處理技術(shù)現(xiàn)狀概論》第1、2部分，原載《石油技術(shù)雜志》1983年四，五月號(hào)，第677-687、853-864頁(yè)。后文討論水力壓裂技術(shù)，特點(diǎn)和以溫度，壓力，放射性及聲學(xué)數(shù)據(jù)等為基礎(chǔ)的壓裂研究。
這種壓裂方法包括將有適當(dāng)壓力的流體泵送到井中的一個(gè)選定高度上，以產(chǎn)生地層的部分分裂。一般這會(huì)造成流體的某些漏泄和壓力強(qiáng)度的降低。繼續(xù)泵入流體一般可使斷裂延長(zhǎng)。
為了提高石油及天然氣的回采，將一種諸如硅氧砂粒的顆粒物質(zhì)，泵入裂隙中，流體壓力降低時(shí)將裂隙部分撐開(kāi)。
如上所述，由于壓裂處理指定在估計(jì)可能有儲(chǔ)集層的地層中進(jìn)行，所以常常在很深的深度下進(jìn)行。
這種壓裂處理涉及設(shè)備與泵液的大規(guī)模布置，所以必須作特定設(shè)計(jì)以適合特殊的環(huán)境條件。此外，在一個(gè)給定的區(qū)域中可能有許多礦井，由于其空間關(guān)系及其他關(guān)系則要求作特殊的壓裂設(shè)計(jì)。
過(guò)去，為使設(shè)計(jì)者能了解壓裂設(shè)計(jì)效果，并產(chǎn)生有預(yù)計(jì)效果的斷裂結(jié)果，曾通過(guò)各種步驟嘗試尋求測(cè)定斷裂地層的具體性質(zhì)。一旦水力壓裂處理完畢后，描繪出受影響區(qū)域的實(shí)際位置(離地面深度)及垂直范圍(高度)是很重要的工作。實(shí)際產(chǎn)生的斷裂與設(shè)計(jì)的斷裂可能有很大的差別。例如斷裂可能突破預(yù)計(jì)有斷裂的天然地質(zhì)障壁。預(yù)測(cè)向上并向外發(fā)展的斷裂有可能向下發(fā)展。在某些情況下，則不能做出可靠的預(yù)處理預(yù)測(cè)。
因此，需要對(duì)斷裂的深度與高度做出獨(dú)立的確定或描繪。然后運(yùn)用這種數(shù)據(jù)來(lái)(a)評(píng)估處理設(shè)計(jì)是否成功，(b)對(duì)將來(lái)的處理提出建議，(c)使礦井成功地運(yùn)轉(zhuǎn)，(d)對(duì)周?chē)鷥?chǔ)集層成功地管理。此外，當(dāng)將這些數(shù)據(jù)與其他類(lèi)型數(shù)據(jù)結(jié)合時(shí)，還可能在對(duì)鉆探新油田和對(duì)現(xiàn)有油田鉆探的正當(dāng)?shù)囊笞龀鰶Q策是很重要的。
由于斷裂結(jié)構(gòu)的孤立和不可及的性質(zhì)，在伴隨有高溫度級(jí)和低的滲透性的大深度的地層中找油與天然氣，應(yīng)用適當(dāng)壓裂處理的需要與困難有很大的增高。
過(guò)去使用的壓裂調(diào)查方法，包括對(duì)流體流量，放射性，溫度，壓力的感測(cè)，包括其脈沖及共振;以及對(duì)鉆井內(nèi)和鉆井附近的地面上或?qū)ξ⒌卣鸹顒?dòng)的運(yùn)動(dòng)或在斷裂結(jié)構(gòu)以外震源產(chǎn)生的信號(hào)作地震感測(cè)和聲學(xué)感測(cè)。那種方法包括用各種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用理論計(jì)算機(jī)模型。
但是，由于各種原因，過(guò)去的調(diào)查和分析并不可靠，造成產(chǎn)品潛力損失和斷裂資源的不經(jīng)濟(jì)使用。過(guò)去方法不可靠的原因之一，是井腔中的流體轉(zhuǎn)移到受感測(cè)的區(qū)域以外，造成流體性能數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。其他的方法假設(shè)只有一個(gè)平面斷裂，這就違背了事實(shí)。各種方法在分析接收到的數(shù)據(jù)時(shí)，作了不正確的假設(shè)，因此不能取得有效的結(jié)果。于是，對(duì)可靠的斷裂調(diào)查和分析方法方面，仍有一個(gè)未取得滿意解決的需要。
敘述相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)利與出版物舉例見(jiàn)于下文。
在頒發(fā)給米朗(Mihram)等人的第2，951，535號(hào)、里波格(Lebourg)的第3，306，102號(hào)、懷利(Wyllie)的第3，332，483號(hào)及多格特(Doggett)等人的3，402，769號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)了為提供斷裂位置的指示而在壓裂流體中利用放射性物質(zhì)以對(duì)鉆井中的斷裂流體進(jìn)行探測(cè)并作測(cè)井記錄。
頒發(fā)給沃克(Walker)的美國(guó)專(zhuān)利第3，205，941號(hào)公開(kāi)了一種井內(nèi)測(cè)井工具以產(chǎn)生或接收由包括斷裂在內(nèi)的不連續(xù)層所反射和折射的聲學(xué)信號(hào)。
頒發(fā)給塞克(Shuck)的美國(guó)專(zhuān)利第4，057，780號(hào)公開(kāi)了將液體炸藥在斷裂中引爆，用多個(gè)聲學(xué)傳感器在井腔上方的相互間隔的各位置上監(jiān)測(cè)發(fā)射波，以便測(cè)定斷裂的形狀和方向。
頒發(fā)給洛倫(Loren)的美國(guó)專(zhuān)利第3，356，177號(hào)公開(kāi)了在井中以一種方式傳遞聲脈沖以顯示聲波的干涉和異常以表示井壁上的斷裂。
頒發(fā)給麥克唐納(MacDonald)的美國(guó)專(zhuān)利第4，310，346號(hào)和道奇(Dodge)的美國(guó)專(zhuān)利4，328，567號(hào)進(jìn)一步舉例說(shuō)明有關(guān)鉆井的聲學(xué)測(cè)井的專(zhuān)利。
頒發(fā)給西伊(Seay)的美國(guó)專(zhuān)利第3，427，652號(hào)公開(kāi)了在承受壓裂的井區(qū)中施加一個(gè)振蕩流體壓力，施加這種壓力后測(cè)量流體振蕩的共振頻率，將這過(guò)程重復(fù)以取得有關(guān)斷裂的信息。
頒發(fā)給克羅斯尼爾(Crosnier)等人的美國(guó)專(zhuān)利第4，458，245號(hào)公開(kāi)了一種使流體脈動(dòng)的探測(cè)器機(jī)構(gòu)，并感測(cè)井腔中孤立部分中的壓力與共振，以測(cè)定斷裂的特性。
頒發(fā)給約翰森(Johnson)的美國(guó)專(zhuān)利3，586，105號(hào)公開(kāi)了在一個(gè)井中施加壓力脈沖，感測(cè)并分析相鄰井中的壓力變化，以測(cè)定垂直斷裂的方向和其他特點(diǎn)。
頒發(fā)給雪萊(Shelly)的美國(guó)專(zhuān)利第4，749，038號(hào)公開(kāi)了將流體泵入一個(gè)井中，將井關(guān)閉，監(jiān)測(cè)井中壓力，以測(cè)定發(fā)生預(yù)定壓力變化所需要的時(shí)間，以設(shè)計(jì)斷裂處理。
頒發(fā)給要西爾弗曼(Silverman)的美國(guó)專(zhuān)利第4，432，078號(hào)公開(kāi)了在井的下部產(chǎn)生壓力脈沖，圍繞井口地面按間隔關(guān)系的位置處感測(cè)這些脈沖，以測(cè)定斷裂的方位。
頒發(fā)給貝利(Bailey)的美國(guó)專(zhuān)利第3，739，871號(hào)公開(kāi)了在井中施加壓力以形成斷裂，感測(cè)并記錄在井口周?chē)牡孛嫔系陌撮g隔位置處地震波到達(dá)時(shí)間。
頒發(fā)西爾弗曼(Silverman)的美國(guó)專(zhuān)利第4，280，200號(hào)公開(kāi)了在地面和假設(shè)的斷裂位置上造成一個(gè)地震波，并在多個(gè)地震傳感器中的每一個(gè)地震傳感器位置處探測(cè)斷裂及其附近的向上反射的地震波。頒發(fā)給西爾弗曼的美國(guó)專(zhuān)利第3，524，434號(hào)具普遍相似的性質(zhì)。
頒發(fā)給內(nèi)格爾(Nagel)等人的美國(guó)專(zhuān)利第4，420，975號(hào)公開(kāi)了在井腔中注入一種侵入地層構(gòu)造的流體，及時(shí)測(cè)量不同地點(diǎn)的流體特性，諸如電阻率或熱中子的衰減時(shí)間。
頒發(fā)給拉戈斯(Lagus)等人的美國(guó)專(zhuān)利第4，442，895號(hào)公開(kāi)了用封隔器隔絕的井孔的孤立區(qū)域中施加流體壓力，同時(shí)監(jiān)測(cè)該區(qū)域和附近區(qū)域中的壓力與流量，以測(cè)定斷裂的特性。
頒發(fā)給庫(kù)克(Cooke)的美國(guó)專(zhuān)利第4，109，717號(hào)公開(kāi)了在井中旋轉(zhuǎn)探溫器的使用，目的是感測(cè)斷裂中相對(duì)冷的流體，以測(cè)定那種斷裂的方向。
發(fā)生壓裂后而閉井的同時(shí)對(duì)壓力的下降作分析，以確定擴(kuò)大斷裂所要求的斷裂流體的量，敘述在頒發(fā)給諾爾蒂(Nolte)等人的美國(guó)專(zhuān)利4，398，416號(hào)中。
頒發(fā)給鮑特梅(Boutemy)等人的美國(guó)專(zhuān)利第4，440，020號(hào)中公開(kāi)了在共同深度間距上制成多個(gè)測(cè)井記錄，求得測(cè)井記錄間的一致性，以提供地質(zhì)構(gòu)造的指示。
頒發(fā)給于里(Uhri)的美國(guó)專(zhuān)利第4，638，254號(hào)公開(kāi)了從方向測(cè)井記錄中取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該測(cè)井記錄使用單位矢量以產(chǎn)生表明調(diào)查中的地層構(gòu)造的方向的合成矢量。
1986年美國(guó)石油工程師協(xié)會(huì)出版物SPE15216號(hào)，名稱(chēng)為《水力壓裂方位估計(jì)的微地震法進(jìn)展》，作者為索雷爾斯(Sorrells)及馬爾卡希(Mulcahy)公開(kāi)了用地震傳感器、壓力計(jì)、探熱器和聲學(xué)傳感器從鄰近井中監(jiān)測(cè)高頻壓力的偏移，以確定水力壓裂的方位。
在進(jìn)行本發(fā)明前，本人注意到探測(cè)器在流體加壓階段后立即感測(cè)井中的運(yùn)動(dòng)以測(cè)定水力壓裂的方位或方向的商業(yè)化應(yīng)用價(jià)值。為減少探測(cè)器配置效果可能造成誤差，感測(cè)在若干層次上進(jìn)行。然而，層次數(shù)目與斷裂高度無(wú)關(guān)，目的也不為測(cè)知高度，事實(shí)上也不能達(dá)到那種目的。
此外，本人在1986年參加一次試驗(yàn)，尋求通過(guò)在井孔中檢測(cè)一個(gè)作用在地面上的諸如機(jī)動(dòng)可控頻帶掃描器、撞錘、炸藥或陸地氣槍等的人造波能源測(cè)定水力壓裂的總量度。在各種深度中使用探測(cè)檢波器進(jìn)行檢測(cè)，由本人對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以檢測(cè)共振并將運(yùn)動(dòng)的垂直與水平分量比較，以試圖求出指明斷裂的尺寸。但沒(méi)要成功。
本人注意到在早先的一些專(zhuān)利中，例如1933年5月16日頒發(fā)給麥科洛姆(McCollum)的美國(guó)專(zhuān)利第1，909，205號(hào)，該專(zhuān)利中敘述在井孔中的多個(gè)位置上使用地震檢波器，分析埋入地中的炸藥和在地面上的撞錘的前進(jìn)與反射的能量波的行程時(shí)間。這是為了認(rèn)識(shí)原有的地質(zhì)構(gòu)造并將其描繪，而本發(fā)明關(guān)心的是測(cè)定人造水力壓裂的量度。
本發(fā)明的目的之一是提出一種方法，經(jīng)濟(jì)測(cè)定水力壓裂的高度和深度。
本發(fā)明的另一目的是提供一種基于就地被動(dòng)(處理誘發(fā)的)地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)而測(cè)定包括深度達(dá)到兩英里以上的水力壓裂高度及深度的方法。
本發(fā)明的另一目的是提出一種用從處理井中直接取得的處理誘發(fā)的地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以測(cè)定水力壓裂的高度與深度的方法，而不需用從另一井中的數(shù)據(jù)觀察。
本發(fā)明又一目的是提出一種在緊隨處理的時(shí)間中或其后可由操作員選定時(shí)幀中，從在處理井中取得的處理誘發(fā)的地震的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以測(cè)定水力壓裂的高度與深度的方法，以便避免造成不必要的開(kāi)支。
本發(fā)明的又一目的是提出一種僅用傳統(tǒng)壓裂技術(shù)并僅采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備與技術(shù)且在一個(gè)選定的地面上接收數(shù)據(jù)的采集站接收的被動(dòng)地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以測(cè)定水力壓裂的高度及深度的方法。
實(shí)施本發(fā)明時(shí)，應(yīng)用一個(gè)有三分量運(yùn)動(dòng)傳感器的探測(cè)器，該探測(cè)器被壓在井壁上以使傳感器與周?chē)畼?gòu)造的發(fā)生接合。探測(cè)器與地面數(shù)據(jù)采集站有電路連接及機(jī)械連接。為取得相當(dāng)于未斷裂狀態(tài)的基線，最好在斷裂處理前，先在超出水力壓裂的計(jì)劃垂直范圍的一系列位置上，感測(cè)并記錄波動(dòng)數(shù)據(jù)。壓裂泵壓停止后，將井關(guān)閉，在一個(gè)不穩(wěn)定階段中，在與前相同的位置上記錄數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)的分析是通過(guò)鑒別離散運(yùn)動(dòng)，將其分割，并將每一記錄深度處誘發(fā)的背景波動(dòng)的組合的水平分量對(duì)垂直分量的一個(gè)單一比值參數(shù)化。這種比值對(duì)每一深度來(lái)說(shuō)表示在該深度處有無(wú)斷裂，從而表明斷裂的垂直范圍。
根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)了在鉆井中施加液壓，在地質(zhì)環(huán)境中圍繞鉆井造成斷裂后或在過(guò)去用水力壓裂的井中加液壓后，測(cè)定接近鉆井的水力壓裂區(qū)深度的方法，該方法包括如下步驟a.在停止加液壓的一段時(shí)間后，當(dāng)鉆井仍處在高壓下，在鉆井中相互間隔的各深度處放置運(yùn)動(dòng)檢波器，這種深度在垂直方向上伸展，至少超過(guò)預(yù)期的斷裂垂直范圍的區(qū)域的一個(gè)垂直限度。
b.在每一個(gè)深度處，對(duì)地震波傳播感測(cè)并記錄一段時(shí)間，這種波動(dòng)有具有兩個(gè)水平分量和一個(gè)垂直分量的組合預(yù)加壓與壓力誘發(fā)的背景強(qiáng)度，和來(lái)自不構(gòu)成斷裂的震源的運(yùn)動(dòng)分量，c.對(duì)各深度處記錄的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，步驟如下
(1)消除不構(gòu)成斷裂的運(yùn)動(dòng)分量，(2)對(duì)運(yùn)動(dòng)檢波器測(cè)量的兩個(gè)合成水平分量及垂直分量的平均背景強(qiáng)度作測(cè)定，(3)將運(yùn)動(dòng)的合成水平分量的平均背景強(qiáng)度與運(yùn)動(dòng)的垂直分量的平均背景強(qiáng)度進(jìn)行比較，由此水平分量與垂直分量的比值可提供這深度處有無(wú)斷裂的指示。


圖1為鉆井與實(shí)施本發(fā)明方法使用的設(shè)備的總示意圖;
圖2為通過(guò)典型斷裂區(qū)中礦井的水平剖視示意圖;
圖3為在壓裂處理過(guò)程中及結(jié)束后的流體壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線圖;
圖4及圖4(續(xù))為表明數(shù)據(jù)采集及分析步驟的方框圖;
圖5為在選定時(shí)間片段中從選定的上部深度處獲取的數(shù)據(jù)模擬曲線圖;
圖6在另一時(shí)間片段中從如圖5所示的深度處采用一個(gè)不同的幅值標(biāo)度獲取的數(shù)據(jù)模擬典線;
圖7及圖8為在下部的深度處獲取的與圖5及6相似的數(shù)據(jù);
圖9及10為在對(duì)應(yīng)于上面的上部和下部的深度處，在二分鐘時(shí)幀中用0.1秒鐘的時(shí)間窗口取得的數(shù)據(jù)的均方根(RMS)值的曲線;
圖11及12為在上部和下部深度處的二分鐘時(shí)幀中的總運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)功率頻譜的曲線;
圖13及14為在上部和下部深度處，水平運(yùn)動(dòng)與垂直運(yùn)動(dòng)的頻譜比值(H/Z)與頻率的關(guān)系曲線。
圖15及16為與圖9及圖10相似的曲線，惟已濾除具有頻率低于預(yù)定頻率級(jí)(75赫茲)的數(shù)據(jù)，圖17及18為與圖15及16相似的曲線，用一個(gè)波幅分布濾波器(ADF)濾除選定振幅以上的數(shù)據(jù);
圖19及20為每一總運(yùn)動(dòng)均方根值保持如圖17及18所示時(shí)的H/Z曲線;
圖21A、21B及21C分別為在小斷裂及大斷裂前后，各記錄深度中平均H/Z的曲線圖。
進(jìn)一步參看附圖，具體在圖1中示出一井有套管10，向下通過(guò)斷裂區(qū)11。雖然本發(fā)明可在無(wú)套管的井中實(shí)施，但設(shè)想通常是使用套管。井可有任何要求的深度，本發(fā)明不受深度的限制，相反，舉例而言，可用于二英里或以上的深度。此外，傳統(tǒng)上鉆井為豎直的，但本發(fā)明不限用于豎直井。因此，涉及鉆井時(shí)，術(shù)語(yǔ)“垂直”及“水平”則按其一般概念使用。
探測(cè)裝置13為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有三分量運(yùn)動(dòng)傳感器(2個(gè)水平軸線，一個(gè)垂直軸線)用纜索14放入井中，纜索有機(jī)械連接件，以備提升或下放探測(cè)裝置之用，又有電氣連接件，以備向探測(cè)裝置遙測(cè)傳送指示或從探測(cè)裝置接收遙測(cè)數(shù)據(jù)。在纜索車(chē)15上通過(guò)適當(dāng)裝置卷繞纜索14，該纜索車(chē)有電氣連接件16與放置數(shù)據(jù)記錄裝置18的數(shù)據(jù)采集車(chē)17連接。
一條流體管路20，通過(guò)適當(dāng)?shù)难b置與鉆井套管頂部及圖中未示的泵連接，用以將適當(dāng)?shù)牧黧w從未示的供應(yīng)源泵入井中。
在實(shí)踐中，將探測(cè)裝置下放到鉆井中的適當(dāng)預(yù)定位置或站22，該探測(cè)裝置有適當(dāng)裝置將其壓在井壁上，使之可以感測(cè)套管的運(yùn)動(dòng)。探測(cè)裝置還可感測(cè)它所接觸到的流體本身的運(yùn)動(dòng)。
在實(shí)踐中，工程師用所獲得的資料工作并如其所指示，決定制造斷裂處的大致的高度，并決定采用小斷裂或大斷裂處理。這種處理法在本領(lǐng)域中已熟知，在上面引述的專(zhuān)利及文獻(xiàn)中已有敘述。
數(shù)據(jù)采集在意圖斷裂的深度區(qū)域中的數(shù)據(jù)采集，最好在作斷裂處理前開(kāi)始。在這預(yù)處理階段中，在超出水力壓裂的預(yù)期或設(shè)計(jì)垂直范圍的一系列位置或站上記錄波動(dòng)數(shù)據(jù)。在各站22中，記錄在處理前的波動(dòng)以決定相當(dāng)于未斷裂狀態(tài)的參考線或基線。取決于諸如預(yù)期的斷裂垂直范圍等在內(nèi)的各種因素在任何相互間隔約為10-100英尺的各位置處設(shè)置站，站數(shù)一般約為15或20個(gè)。這預(yù)處理過(guò)程目的不是為取得斷裂數(shù)據(jù)，而是為與以后取得的斷裂數(shù)據(jù)作比較以確定探測(cè)器正確的運(yùn)行與數(shù)據(jù)采集。
記錄預(yù)處理階段的數(shù)據(jù)后，將探測(cè)裝置下放到目標(biāo)處理深度以下或完全從鉆井中取出。將探測(cè)裝置向下放，其目的是假如在處理中的閉井間歇期或在處理完畢后立即閉井期間需立刻記錄隨后的數(shù)據(jù)時(shí)，不致使該探測(cè)裝置阻礙處理的進(jìn)行。術(shù)語(yǔ)“閉井”指的是處理過(guò)程中流體的泵入停止并關(guān)閉或封閉井的頂部而注入的流體在地面沒(méi)有發(fā)生泄漏的一個(gè)階段。其結(jié)果，井中和斷裂區(qū)中得以保持高壓，而在處理流體通過(guò)地層擴(kuò)散時(shí)，壓力才緩慢減低。上面引述的頒發(fā)給諾爾特的美國(guó)專(zhuān)利第4，398，416號(hào)敘述了壓力的下降。
假設(shè)在處理完畢一段時(shí)間以后需記錄隨后的數(shù)據(jù)，則將探測(cè)裝置移除然后重新配置。
在任一情況下，在有效的處理過(guò)程中不記錄波動(dòng)數(shù)據(jù)，因?yàn)樵诘孛嫔系奶幚砘顒?dòng)造成虛假的波動(dòng)。然而數(shù)據(jù)是在如上所述由于在先的處理而還存在地層不穩(wěn)定的狀態(tài)的閉井期間記錄的。這種處理可能是造成斷裂的第一次處理，或者是擴(kuò)大在先的斷裂的隨后處理。
在壓裂處理的進(jìn)一步準(zhǔn)備工作之中，采用本領(lǐng)域中熟知的措施在預(yù)期處理區(qū)處先將的套管鉆出多個(gè)小孔。然后在任何需要的時(shí)間，將適量的性質(zhì)適宜的選定流體按適當(dāng)?shù)牧髀时萌脬@井中，造成斷裂或擴(kuò)大原來(lái)的斷裂。據(jù)信在1000英尺至2000英尺以下的深度處多數(shù)斷裂都是垂直定向(見(jiàn)《水力壓烈設(shè)計(jì)及處理技術(shù)現(xiàn)狀概論》第一部分，第684頁(yè)，上文已引述)。圖2所示的剖視圖示出可能為典型的構(gòu)形，該構(gòu)形帶有一個(gè)主平面和按照應(yīng)力方向的偏移。
壓裂處理時(shí)，壓力提高到巖石的破壞壓力的高度。
圖3示出典型壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線。破壞壓力點(diǎn)是產(chǎn)生斷裂的壓力，壓力立刻降低到較低的泵壓。當(dāng)泵停止工作而井被封閉時(shí)，如曲線圖中停止點(diǎn)所示，然后在初步下降后，壓力逐漸地大致沿一個(gè)表明為瞬時(shí)閉井壓力的平穩(wěn)段下降。
在這種逐漸下降過(guò)程中有一個(gè)不穩(wěn)定時(shí)間期間，這期間接收各站22的數(shù)據(jù)。據(jù)信當(dāng)流體向地層中泄漏時(shí)斷裂緩緩合攏。在這時(shí)間中探測(cè)裝置測(cè)量套管的運(yùn)動(dòng)和處理井中流體的運(yùn)動(dòng)。由于套管周?chē)耐恋氐倪\(yùn)動(dòng)及由于流體在管壁上的運(yùn)動(dòng)和流體在套管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，因此導(dǎo)致套管的運(yùn)動(dòng)。在每一站22上一般記錄長(zhǎng)達(dá)約三至五分鐘的數(shù)據(jù)。
在其中一個(gè)站上短時(shí)間地對(duì)典型數(shù)據(jù)采樣如圖5所示。于是，標(biāo)號(hào)為“水平1”及“水平2”的線段，表示在兩個(gè)水平軸的方向上的運(yùn)動(dòng)，“垂直”表示在豎直軸方向上的運(yùn)動(dòng)。為了說(shuō)明本發(fā)明的目的現(xiàn)僅分析圖5中的數(shù)據(jù)。
被記錄數(shù)據(jù)的分量在處理井中，被記錄的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包括三個(gè)部分。第一部分是來(lái)自不構(gòu)成或不受其影響的壓裂處理或其后的加壓過(guò)程的源的噪聲或運(yùn)動(dòng)。第二部分是由處理過(guò)程或加壓過(guò)程所引起離散信號(hào)或能量波至。第三部分是由于處理過(guò)程或加壓過(guò)程造成的但不能識(shí)別成特定信號(hào)或波至的連續(xù)背景運(yùn)動(dòng)。背景運(yùn)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)的預(yù)處理或預(yù)加壓強(qiáng)度比較是運(yùn)動(dòng)的增大或加強(qiáng)強(qiáng)度而其量化值為本文中的最終測(cè)量的基礎(chǔ)。
分析方法的說(shuō)明本文所用的確定斷裂深度及高度的分析方法有五個(gè)主要部分或步驟。第一個(gè)步驟是盡可能多地鑒別及明顯地消除數(shù)據(jù)中的噪聲。第二個(gè)步驟是消除可鑒別的離散信號(hào)。這兩步驟的次序不重要，但必須在進(jìn)行以下的連續(xù)背景運(yùn)動(dòng)分析前進(jìn)行。
第三個(gè)步驟是將剩余的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)(連續(xù)背景運(yùn)動(dòng))分解成為兩個(gè)方向的主分量，即水平分量與垂直分量。(假如在豎井中使用記錄運(yùn)動(dòng)的二水平分量和一個(gè)垂直分量的三分量探測(cè)裝置，則本文敘述的水平分量，為被記錄的運(yùn)動(dòng)中兩個(gè)被記錄的水平分量的矢量和)。
第四個(gè)步驟是計(jì)算每一深度處說(shuō)明這些運(yùn)動(dòng)主分量中之一對(duì)其它分量占有優(yōu)勢(shì)的參數(shù)。有利于作這用途的占優(yōu)勢(shì)的參數(shù)，是用H/Z表示的RMS(均方根)(下面將說(shuō)明)水平運(yùn)動(dòng)分量對(duì)RMS垂直運(yùn)動(dòng)分量的平均比值。
最后的第五步驟，是將每一記錄深度的H/Z作比較。比較的基礎(chǔ)是將H/Z分為兩類(lèi)，(1)H大于Z，(2)H小于Z。按照H/Z的這種分類(lèi)，又可按其本質(zhì)將表示記錄位置的線段，分為兩個(gè)相鄰近的組。該兩組在井中的位置描繪斷裂區(qū)的深度與高度。H大于Z的記錄深度的組在斷裂區(qū)內(nèi)。H小于Z的記錄深度的組則在斷裂區(qū)外。
數(shù)據(jù)處理和分析的一個(gè)實(shí)例圖4說(shuō)明完成數(shù)據(jù)分析的步驟的方框圖。
下面是數(shù)據(jù)分析法的一個(gè)實(shí)例。這實(shí)例說(shuō)明完成上述五個(gè)一般步驟的特定方法和過(guò)程。各參數(shù)數(shù)值的選定和處理這些數(shù)據(jù)時(shí)使用或不使用濾波器(下文解說(shuō))的取舍，取決于過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)及這些數(shù)據(jù)的特性。對(duì)于其它的數(shù)據(jù)集可改變這些參數(shù)及濾波器，但過(guò)程保持不變。
記錄的數(shù)據(jù)的說(shuō)明在這實(shí)例中使用的數(shù)據(jù)，除圖21所示數(shù)據(jù)外，為在試驗(yàn)井場(chǎng)記錄的全部數(shù)據(jù)集的子集。這些數(shù)據(jù)在兩個(gè)不同深度中即在地面下9460英尺及9910英尺處記錄下來(lái)的。這兩數(shù)據(jù)集在小斷裂閉井階段(即處理泵壓方結(jié)束，仍保持高井壓的時(shí)期)過(guò)程中的不同時(shí)間取得。在9910英尺深度中，在閉井階段中錄取約一小時(shí)的數(shù)據(jù)。在9460英尺深度處，在閉井階段中錄取約二小時(shí)數(shù)據(jù)。為這實(shí)例選擇從這兩個(gè)深度的數(shù)據(jù)，因?yàn)?460英尺在斷裂的上方而9910英尺在斷裂中，可用這些數(shù)據(jù)舉例說(shuō)明優(yōu)勢(shì)運(yùn)動(dòng)方向的變化。
在這實(shí)例中使用的數(shù)據(jù)是在每一深度上對(duì)運(yùn)動(dòng)感測(cè)約五分鐘的記錄。這些數(shù)據(jù)為從記錄探測(cè)裝置連續(xù)輸出的三個(gè)正交運(yùn)動(dòng)分量即二個(gè)水平分量和一個(gè)垂直分量的模擬記錄轉(zhuǎn)變?yōu)榈孛嫔线M(jìn)行的數(shù)字化記錄。地面數(shù)字化記錄進(jìn)行的速度為每分量每秒鐘進(jìn)行2000采樣。該運(yùn)動(dòng)的這三個(gè)分量代表處理井中探測(cè)裝置對(duì)頻率低于1000赫茲以下的運(yùn)動(dòng)的完全描述。探測(cè)裝置中使用的數(shù)據(jù)傳感器為地震檢波器，該檢波器記錄單位時(shí)間的位移，即速度，因此數(shù)據(jù)用速度單位表示，具體即為毫微米/秒(nm/sec)。(1毫微米＝0.000000001米)。
背景運(yùn)動(dòng)時(shí)間片段的選擇圖5-8示出所記錄的作為時(shí)間的函數(shù)的運(yùn)動(dòng)的二個(gè)水平分量和一個(gè)垂直分量的三個(gè)五分鐘數(shù)字記錄的分量的0.8秒片段的模擬舉例。每一圖中標(biāo)明波幅(Y軸)標(biāo)度和時(shí)間(X軸)標(biāo)度。應(yīng)注意，在每一圖中的每一分量的波幅標(biāo)度相同;而在不同圖中波幅的標(biāo)度不同;但各圖中的時(shí)間標(biāo)度都相同。這種標(biāo)度的選擇便于比較和直觀表達(dá)。
圖5及7示出占優(yōu)勢(shì)可鑒別的或離散的信號(hào)的實(shí)例。圖6及8示出占優(yōu)勢(shì)背景運(yùn)動(dòng)的實(shí)例。將圖5和7分別與圖6和8比較，顯示出易于從背景運(yùn)動(dòng)中分辨出該信號(hào)。在數(shù)據(jù)中，信號(hào)有沖擊起始，波幅變化可比背景運(yùn)動(dòng)大10至10000倍。雖然未于這些圖中示出，但加壓造成的背景運(yùn)動(dòng)，一般比預(yù)處理噪聲大10至100倍。
總RMS的計(jì)算與繪制為將大量記錄數(shù)據(jù)，壓縮成供分析時(shí)易管理的格式，對(duì)每一記錄深度相對(duì)于記錄時(shí)間計(jì)算總運(yùn)動(dòng)均方根(RMS)。總運(yùn)動(dòng)是運(yùn)動(dòng)的三個(gè)記錄的分量的矢量和。總運(yùn)動(dòng)均方根的求得，(1)通過(guò)將特定時(shí)間范圍或時(shí)窗中的各獨(dú)立(數(shù)字)數(shù)據(jù)點(diǎn)的平方相加，(2)將這和數(shù)用構(gòu)成總數(shù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目除，(3)求這數(shù)的平方根。保留這計(jì)算結(jié)果的數(shù)，并在相鄰的數(shù)據(jù)時(shí)窗上進(jìn)行運(yùn)算。將這過(guò)程重復(fù)，直到整個(gè)數(shù)據(jù)集處理完畢為止。由于這些計(jì)算的程序性質(zhì)，總運(yùn)動(dòng)及RMS值可用一個(gè)計(jì)算機(jī)程序來(lái)計(jì)算。RMS的計(jì)算方法為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)方法。RMS方法是多種數(shù)據(jù)壓縮法中可采用的一個(gè)，此處采用此法純?yōu)榍蠓奖恪?br> 本實(shí)例中的RMS的計(jì)算使用0.1秒時(shí)窗或相當(dāng)于使用200個(gè)相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算一個(gè)RMS值。對(duì)五分鐘的記錄數(shù)據(jù)而言，這意味著從原始1，800，000記錄數(shù)據(jù)數(shù)值中計(jì)算出總運(yùn)動(dòng)的3000個(gè)RMS數(shù)值。(1，800，000＝2000采樣/秒×60秒/分鐘×5分鐘記錄運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)×3記錄的運(yùn)動(dòng)分量數(shù)據(jù))。
圖9及10分別示出在9460及9910英尺記錄深度處的初始2分鐘總運(yùn)動(dòng)RMS值與時(shí)間的關(guān)系曲線。由于RMS值有大幅度變化，圖9及10中的Y軸及隨后的RMS值曲線用分貝(dB)標(biāo)度作圖。[這里，1分貝等于RMS值平方的常用對(duì)數(shù)(即以10為底)的十倍]。應(yīng)注意，在圖9及10中，噪聲級(jí)接近覆蓋一個(gè)10dB帶。
為便利起見(jiàn)，在隨后的RMS曲線中僅示出原來(lái)5分鐘記錄數(shù)據(jù)中之初始2分鐘。這表示沒(méi)有損失，因?yàn)閿?shù)據(jù)的2分鐘記錄足以說(shuō)明考慮到的任何點(diǎn)。
圖9及10中的‘尖峰’表示對(duì)應(yīng)于大波幅信號(hào)的具有大尖峰的獨(dú)立信號(hào)。圖9及10示出當(dāng)大離散信號(hào)來(lái)到的時(shí)間期間及當(dāng)僅有小信號(hào)來(lái)到或無(wú)信號(hào)來(lái)到的時(shí)間期間。忽略去這兩圖中的大峰值，便可約略確定一個(gè)基線強(qiáng)度。這些曲線的基線強(qiáng)度確定RMS背景運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，信號(hào)以此為基準(zhǔn)起伏。
利用圖9及10，可以看出僅有小信號(hào)或無(wú)信號(hào)到達(dá)的時(shí)間期間或片段。反之，則可避免有離散信號(hào)的數(shù)據(jù)的時(shí)間片段。然后如下文將述及在試圖鑒別具有噪聲的那些頻率時(shí)，使用在最低的活動(dòng)(即離散信號(hào)最少)的時(shí)間期間所記錄的數(shù)據(jù)以計(jì)算組合的背景運(yùn)動(dòng)與噪聲中的頻率成分。
功率譜的計(jì)算與繪制在這種最低的活動(dòng)時(shí)間期間中對(duì)所記錄的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換以求得組合的背景與噪聲數(shù)據(jù)的頻率成分。利用這變換計(jì)算數(shù)據(jù)的功率譜。其計(jì)算不在RMS數(shù)據(jù)上進(jìn)行，而是在原始總運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和總運(yùn)動(dòng)的各獨(dú)立水平分量及垂直分量的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。然后以對(duì)兩水平運(yùn)動(dòng)分量的獨(dú)立功率譜求矢量和以求出完整水平運(yùn)動(dòng)功率譜。
(注在本實(shí)例的余文中，“水平”一詞表示運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)記錄水平分量的完全和或矢量和，簡(jiǎn)寫(xiě)為“H”。與此相似，運(yùn)動(dòng)的垂直分量簡(jiǎn)寫(xiě)為字母“Z”。)圖11及12分別表示在9460英尺及9910英尺深度處的總運(yùn)動(dòng)功率譜。圖13及14分別示出在9460及9910英尺深度處水平運(yùn)動(dòng)(H)與垂直運(yùn)動(dòng)(Z)功率譜的比值或功率頻譜比值。圖13及14通過(guò)將水平運(yùn)動(dòng)功率譜的具體數(shù)值除以垂直功率譜的相應(yīng)數(shù)值而取得。
帶通數(shù)據(jù)的確定和繪制用圖11至14確定哪些頻率有強(qiáng)烈的噪聲污染，而因此需加以清除或?yàn)V除。根據(jù)過(guò)去經(jīng)驗(yàn)和附圖所示，對(duì)這些數(shù)據(jù)而言，確定頻率在75赫茲以下有強(qiáng)烈的噪聲污染，因而應(yīng)在進(jìn)行下一步處理前先予以清除。換言之，就是應(yīng)將75赫茲以下的頻率從原始記錄的數(shù)據(jù)中濾除。在馀下的數(shù)據(jù)處理過(guò)程中應(yīng)僅使用頻率在75赫茲以上的數(shù)據(jù)。參看圖4中的框6，其運(yùn)行表示用一個(gè)75赫茲高通濾波器對(duì)原始的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)作“帶通濾波”。相同的帶通濾波器可用于每一深度記錄的數(shù)據(jù)。
總運(yùn)動(dòng)帶通RMS的計(jì)算和繪制僅用高通濾波數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算總運(yùn)動(dòng)、水平運(yùn)動(dòng)及垂直運(yùn)動(dòng)的另一RMS數(shù)值集，圖15及圖16分別表示9460英尺及9910英尺深度處的帶通濾波RMS總運(yùn)動(dòng)與時(shí)間的關(guān)系曲線。
波幅分布濾波器的確定處理過(guò)程的下一步驟是測(cè)定不受噪聲及離散事件景響的背景RMS總運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。前一步驟消除占優(yōu)勢(shì)噪聲分量。設(shè)置一個(gè)波幅分布濾波器ADF可消除離散信號(hào)的影響。ADF是一種濾波器，其設(shè)計(jì)為用以從總運(yùn)動(dòng)RMS數(shù)據(jù)中鑒別并消除“尖峰”。制造這種濾波的動(dòng)機(jī)，是為對(duì)已消除占優(yōu)勢(shì)的噪聲因素后的背景RMS波幅強(qiáng)度進(jìn)行無(wú)偏測(cè)定。由于在每一記錄深度的數(shù)據(jù)有不同的尖峰性，在每一深度上特制一個(gè)ADF。
在具體記錄深度上的ADF通過(guò)求出在該深度上的總運(yùn)動(dòng)RMS的最大及最小數(shù)值來(lái)計(jì)算，然后決定這兩極限間的數(shù)據(jù)的總體分布。從RMS數(shù)據(jù)(例如圖15及16)可理解，可鑒別的大信號(hào)并不代表最一般的數(shù)據(jù)數(shù)值。通過(guò)鑒別RMS數(shù)據(jù)總體分布中的最常見(jiàn)值，將其保留，忽略其余數(shù)據(jù)總體，便將離散信號(hào)濾除并確定消除信號(hào)后的帶通RMS背景強(qiáng)度。這是由ADF完成。ADF的運(yùn)算由計(jì)算機(jī)進(jìn)行。
ADF對(duì)帶通數(shù)據(jù)和其余數(shù)據(jù)的應(yīng)用計(jì)算出一個(gè)ADF，并將其應(yīng)用于每一記錄深度的數(shù)據(jù)。在上述的3000原始RMS總運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)中，經(jīng)ADF后保持的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目，在9460英尺及9910英尺深度上分別為2512及1712個(gè)。表示在9460英尺及9910英尺深度使用ADF后所取得的總運(yùn)動(dòng)RMS的曲線分別在圖17及18中示出。
兩次濾波的總運(yùn)動(dòng)RMS的H/Z的計(jì)算和繪制對(duì)應(yīng)用ADF后保留的每一總運(yùn)動(dòng)RMS數(shù)值，求出相應(yīng)的水平RMS數(shù)值的比值，表示為H/Z。圖19及20分別表示在9460英尺及9910英尺深度的H/Z曲線。
在各深度處平均H/Z的計(jì)算和條線圖的繪制在處理過(guò)程的最后步驟中，每一記錄深度上的H/Z平均值，用上述的H/Z值計(jì)算。在9460英尺與9910英尺的H/Z平均值，分別為0.525(或-5.6分貝)及1，251(或1.94分貝)。應(yīng)注意，在9460英尺處，H/Z小于1.0，或相當(dāng)于Z大于H;而在9910英尺處，H/Z大于1.0，或H大于Z。
為完成全部過(guò)程，將H/Z的平均值作為記錄深度的函數(shù)繪制曲線。圖21為以分貝數(shù)繪制的條線圖。應(yīng)注意，在圖左側(cè)的深度標(biāo)度。圖21還示出套管各孔眼的位置。應(yīng)注意到孔眼或孔距，因?yàn)檫@是成核點(diǎn)，斷裂從這成核點(diǎn)向地層中擴(kuò)展。
條線圖的分析圖21示出在同一井中三種不同配置的平均H/Z值。圖21(a)根據(jù)斷裂前記錄的數(shù)據(jù)和未濾波的顯示數(shù)據(jù)(即存在全部頻率)計(jì)算。圖21(b)根據(jù)小斷裂閉井期間記錄并用75赫茲高濾波器濾波的數(shù)據(jù)計(jì)算。圖21(c)根據(jù)四個(gè)月前在井中作大斷裂處理后的加壓階段中記錄的數(shù)據(jù)計(jì)算。圖21(c)中的數(shù)據(jù)也不需作頻率濾波。在圖21的全部實(shí)例中都使用一個(gè)ADF。9460英尺及9910英尺深度處的H/Z數(shù)值，在圖21(B)中用A及B表示。
圖21(a)說(shuō)明預(yù)處理RMS比值的某些典型特點(diǎn)。首先，全部深度中的H/Z值全為正數(shù)。這種預(yù)處理數(shù)據(jù)中H/Z的正數(shù)性質(zhì)存在于數(shù)據(jù)的全部頻帶中。但是這些數(shù)據(jù)中H/Z為正數(shù)性質(zhì)的原因，在不同頻率中各不相同。例如，約50赫茲以上的頻率，H/Z的數(shù)值約為2.0(圖中為3分貝)的平方根。這數(shù)值在下面將給予解說(shuō)。圖21(A)中的正數(shù)性質(zhì)，說(shuō)明無(wú)斷裂狀態(tài)的井中的優(yōu)勢(shì)運(yùn)動(dòng)方向永遠(yuǎn)為水平方向。圖中還示出，在斷裂前，在周?chē)貙拥默F(xiàn)場(chǎng)狀況沒(méi)有H/Z的依賴(lài)性或系統(tǒng)的變化。
圖21(a)的第二個(gè)特點(diǎn)是H/Z值的大的幅度。雖然在這階段中記錄的數(shù)據(jù)較小，但與圖21中的其他兩曲線比較H/Z的幅度較大。這是低的預(yù)處理地面運(yùn)動(dòng)幅度被探測(cè)裝置的虛假的運(yùn)動(dòng)所壓倒而出現(xiàn)的一種結(jié)果。
探測(cè)裝置是在使之在優(yōu)勢(shì)水平方向上擺動(dòng)或共振的方式下使用。探測(cè)裝置擺動(dòng)的共振頻率一般在30至50Hz之間。在預(yù)處理井的低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，這水平的探測(cè)裝置共振占據(jù)井中的運(yùn)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。在工具共振頻率以上的頻率的情況下，預(yù)處理運(yùn)動(dòng)非常接近隨機(jī)并等效地影響探測(cè)裝置的三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向。由于H/Z的比值以一個(gè)RMS計(jì)算為基礎(chǔ)，在計(jì)算中取兩個(gè)水平分量的和數(shù)，并僅取一個(gè)垂直分量，平均H/Z值為2的平方根，該平方根是在數(shù)據(jù)中尋求的一個(gè)典型數(shù)值。假如圖21(a)所用的數(shù)據(jù)是用50Hz高通濾波，則曲線中的H/Z的幅度都接近相同并等于2的平方根。
與預(yù)處理H/Z對(duì)比，圖21中的后處理H/Z顯示一種有系統(tǒng)的變化。在全部深度中H/Z不再全為正數(shù)。在較淺的記錄深度處H小于Z(即負(fù)H/Z分貝數(shù))?；虻刃У卣f(shuō)，在較淺的深度中，背景運(yùn)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)方向是垂直方向。與之相反，在較深的記錄深度處，H大于Z，即背景運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)者為水平方向。H/Z的反演非常急劇，且將記錄站在空間中分為兩類(lèi)區(qū)域。兩區(qū)域相連接并由H比Z占優(yōu)勢(shì)或優(yōu)勢(shì)顛倒來(lái)界定。
注意到在圖21(b)及21(c)中H/Z的幅度，可在H/Z的優(yōu)勢(shì)反演界定的區(qū)域中發(fā)生幅度變化。這種幅度變化無(wú)關(guān)重要，可能是一系列效應(yīng)的結(jié)果，該效應(yīng)包括套管與周?chē)鷰r石的接合和探測(cè)裝置與套管連接等。
以圖21所示結(jié)果為基礎(chǔ)，按H/Z比值的反演為基礎(chǔ)記錄深度的分解是該處理斷裂的空間伸展的一種結(jié)果。從圖21很容易作這結(jié)論，因?yàn)檫@種效應(yīng)僅可從斷裂后的數(shù)據(jù)集見(jiàn)到，而預(yù)斷裂數(shù)據(jù)中則不能見(jiàn)到。根據(jù)這結(jié)論，圖21中的H/Z反演點(diǎn)表示斷裂的上端。注意到雖然圖21(b)及21(c)示出H/Z的同類(lèi)型變化，但21(c)中的反演點(diǎn)(斷裂的上端)比21(b)中的為淺，說(shuō)明在21(c)中有較高的斷裂。這與產(chǎn)生斷裂的作業(yè)一致，因?yàn)?1(b)是在小斷裂作業(yè)后記錄下來(lái)，而21(c)是在大斷裂作業(yè)后記錄下來(lái)。圖21未示出斷裂的底部，因?yàn)閿嗔训牡撞康淖钌畹目杉包c(diǎn)伸展到井底下面。
如在本例開(kāi)始時(shí)所述，所示方法的設(shè)計(jì)，是確定水力壓裂處理產(chǎn)生的斷裂的深度及高度。圖21說(shuō)明本方法的最終結(jié)果。
權(quán)利要求
1.在鉆井中施加液壓，造成井孔周?chē)刭|(zhì)環(huán)境中的斷裂后，測(cè)定鉆井附近水力壓裂區(qū)深度的方法，其特征在于包括在原來(lái)已經(jīng)水力壓裂的鉆井中施加液壓后，a.趁井孔中仍在高壓下，在停止加液壓后的一段時(shí)間中，在鉆井的相互間隔的各深度處放置一個(gè)運(yùn)動(dòng)檢波器，這種深度在垂直方向上至少超出斷裂的預(yù)期垂直范圍的一個(gè)垂直方向上的極限，b.在每一深度處，感測(cè)并記錄地震波的運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，這種波動(dòng)有組合的預(yù)加壓和壓力誘發(fā)的具有兩個(gè)水平分量及一個(gè)垂直分量的背景強(qiáng)度，并有來(lái)自震源而不構(gòu)成斷裂的運(yùn)動(dòng)分量，c.對(duì)在每一深度處記錄的這種運(yùn)動(dòng)作分析，包括步驟如下(1)消除不構(gòu)成斷裂的運(yùn)動(dòng)分量，(2)用運(yùn)動(dòng)檢波器測(cè)量運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)合成水平分量和垂直分量以測(cè)定的平均背景強(qiáng)度。(3)將運(yùn)動(dòng)的平均背景強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)的合成水平分量與運(yùn)動(dòng)的垂直分量比較，由此水平分量與垂直分量的比值提供在這種深度有無(wú)斷裂的指示。
2.如權(quán)利要求1所述之方法，其特征在于其中波動(dòng)包括構(gòu)成斷裂的震源的離散信號(hào)分量，并且在測(cè)定平均背景強(qiáng)度時(shí)將這種離散信號(hào)分量消除。
3.如權(quán)利要求1或2所述之方法，其特征在于其中運(yùn)動(dòng)檢波器為一種探測(cè)裝置，探測(cè)裝置與包括有地面記錄器或鉆井記錄器的電路連接。
4.如權(quán)利要求1或2中所述之方法，其特征在于將運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)水平分量作矢量合成以組成總水平運(yùn)動(dòng)量，計(jì)算這種水平運(yùn)動(dòng)的單一的均方根值，以與垂直運(yùn)動(dòng)的均方根值比較。
5.如權(quán)利要求4所述之方法，其特征在于計(jì)算水平分量與垂直分量比值的對(duì)數(shù)，由此那種具有零至一的比值為負(fù)數(shù)，而大于一的數(shù)值為正數(shù)，這種正數(shù)值表示這種深度處有斷裂存在。
全文摘要
在施加壓力后閉井時(shí)期中斷裂區(qū)不穩(wěn)定的狀態(tài)下，在承受斷裂壓力的鉆井的一部分中，通過(guò)在一系列相互間隔的各深度處感測(cè)并記錄地震波的運(yùn)動(dòng)，以測(cè)定液力壓裂區(qū)的深度，通過(guò)消除不構(gòu)成斷裂的運(yùn)動(dòng)分量和構(gòu)成斷裂的震源的離散分量，對(duì)這種運(yùn)動(dòng)記錄進(jìn)行分析，以測(cè)定垂直分量與水平分量的平均背景強(qiáng)度，用平均背景強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)的水平分量與運(yùn)動(dòng)的垂直分量比較以提供每一深度處斷裂是否存在的指示。
文檔編號(hào)E21B47/12GK1043185SQ8910903
公開(kāi)日1990年6月20日 申請(qǐng)日期1989年11月28日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月29日
發(fā)明者肯尼思·D·馬勒 申請(qǐng)人:氣體研究院