裂隙監(jiān)測與表征的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了壓裂監(jiān)測和地下壓裂過程的表征。選擇旨在誘發(fā)造成地表地層中的微震事件的裂隙的拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合的水力壓裂條件，并且使用所選條件來執(zhí)行水力壓裂作業(yè)以引起造成地表地層中的微震事件的裂隙的拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合。使用多個接收機(jī)來接收來自微震事件的誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)，并且分析所接收的數(shù)據(jù)以跟蹤造成微震事件的裂隙的生長和/或跟蹤裂隙內(nèi)的支撐劑分布。
【專利說明】裂隙監(jiān)測與表征

【背景技術(shù)】
[0001] 本公開內(nèi)容通常涉及壓裂作業(yè)的監(jiān)測，并且涉及地表地層（Earth formation)中 的裂隙網(wǎng)絡(luò)的表征。
[0002] 地下地層的表征對于識別、進(jìn)入和管理儲層來說很重要。例如，可以通過地震勘測 來確定這種地層的深度與方位。這通常通過在一個或多個震源位置向地表傳遞能量，例如， 通過被控制的爆炸、機(jī)械輸入等方式來執(zhí)行。然后，在離震源位置不同距離和方位角的地面 接收機(jī)位置處測量返回的能量。經(jīng)由自地下地層的界面的反射與折射，從震源到接收機(jī)的 能量的傳播時間表明地層的深度與方位。
[0003] 微震測量可以被描述為地震的變形。在傳統(tǒng)地震勘探中，諸如一個或多個氣槍、振 動器或爆炸物之類的放置在預(yù)定位置處的震源被激活并且產(chǎn)生足夠的聲能，以使聲波穿過 地表。然后，由諸如水聽器和地震檢波器之類的受波器來記錄該能量的反射或折射部分。
[0004] 在被動地震或微震監(jiān)測中，在已知位置處不存在主動控制和觸發(fā)的震源。地震 能通過由地下移動和變化所引起的所謂的微震事件產(chǎn)生，所述地下移動或變化至少部 分地產(chǎn)生聲波，可以使用適合的接收機(jī)來相應(yīng)地記錄該聲波。盡管微震事件可以是破 壞地下巖石的人類活動的結(jié)果，但是它們完全不同于被提供作為主動震源的裝置的操 作。關(guān)于用于微震監(jiān)測的儀器和方法的背景信息可以從如下文件中找到：例如，美國專利 No. 6856575、Νο· 6947843 和 No. 6981550、已公布的國際申請 No. WO 2004/0702424 和 No. WO 2005/006020、以及已公布的美國申請No. 2005/01900649A1，出于所有目的，通過引用將上 述申請中的每個申請并入本文中。
[0005] 被動地震監(jiān)測范圍內(nèi)的特定領(lǐng)域是誘發(fā)壓裂的監(jiān)測，其中可以通過以壓力將諸如 水等的流體泵送至鉆孔/井眼中（出于本申請的目的，可以互換地使用術(shù)語鉆孔、井眼和 井）來誘發(fā)壓裂。通常由于水通常是用于壓裂過程中的主要流體，所以誘發(fā)壓裂被稱為水 力壓裂。這種水力壓裂作業(yè)包括泵送大量的流體以在地表中誘發(fā)裂縫，由此創(chuàng)建了油和/ 或氣體可以流動的通路。這些裂縫可以是在之前的連續(xù)的巖石中產(chǎn)生的新裂隙，或者是沿 著先前存在的斷層與裂隙。通常，由水力壓裂作業(yè)所誘發(fā)的通路將是新創(chuàng)建的裂縫和先前 存在的斷層與裂隙的組合。在產(chǎn)生裂縫時或之后，通常將沙子或一些其它支撐劑材料注入 到裂縫中，以防止當(dāng)不再將流體通過井眼泵送至地表地層中時裂縫完全閉合。放置在新形 成的裂隙內(nèi)的支撐劑顆粒使新形成的裂隙張開作為使油和/或氣體流入井眼中的傳導(dǎo)通 路。在碳?xì)浠衔锕I(yè)中，當(dāng)要刺激碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)生時，碳?xì)浠衔飪拥乃毫芽梢?被稱為"增產(chǎn)"。
[0006] 在微震監(jiān)測領(lǐng)域中，在壓裂作業(yè)過程中產(chǎn)生的由新裂縫的產(chǎn)生或沿現(xiàn)有裂縫的 位移所引起的聲信號被當(dāng)作微震事件。這種微震事件可以發(fā)生在材料被泵送/已經(jīng)被 泵送至地表中時或之后。還可以使用來自壓裂作業(yè)的其它可用信息，例如，時序、流量 率和壓力。一組微震數(shù)據(jù)的著名示例是Carthage Cotton Valley數(shù)據(jù)，例如由James T. Rutledge和W. Scott Phillips在地球物理學(xué)68卷第2本（2003年3-4月）的第 441-452 頁的"HYDRAULIC STIMULATION OF NATURAL FRACTURES AS REVEALED BY INDUCED MICROEARTHQUAKES，CARTHAGE COTTON VALLEY GAS FIELD，EAST TEXAS" 中所評估的，以及 由 Rutledge、J. Τ·、Phillips、W. S.和 Mayerhofer、M. J.在 2004 年 10 月的美國地震學(xué)會 公報第 94 卷第 5 本的第 1817-1830 頁的"FAULTING INDUCED BY FORCED FLUID INJECTION AND FLUID FLOW FORCED BY FAULTING ：AN INTERPRETATION OF THE HYDRAULIC FRACTURE MICROSEISMICITY，CARTHAGE COTTON VALLEY GAS FIELD，TEXAS" 中所評估的。
[0007] 水力壓裂的微震監(jiān)測是相對較新的技術(shù)。通常，使用位于水力壓裂附近的井中的 一組地震檢波器執(zhí)行這種監(jiān)測。在微震監(jiān)測中，在鉆孔下創(chuàng)建水力壓裂，并且處理從地震檢 波器、水聽器和/或其它傳感器所接收的數(shù)據(jù)以監(jiān)測水力壓裂。通常，傳感器用于記錄由水 力壓裂所產(chǎn)生的微震波場。通過使所獲得的微震波場反相，可以確定微震事件的位置以及 所確定位置的不確定性、震源機(jī)制和/或諸如此類。
[0008] 所誘發(fā)的微震事件的空間和時間位置可以用于反映裂隙生長的動態(tài)，并且用于量 化儲層中的應(yīng)力狀況連同地層和斷層性質(zhì)。這使壓裂作業(yè)的效果和效率能夠通過提供關(guān)于 原地和誘發(fā)儲層參數(shù)連同誘發(fā)通道內(nèi)的固體材料分布的可靠信息來得到優(yōu)化。關(guān)于巖石的 巖心樣本的實(shí)驗(yàn)工作（參見例如 Fredd、C. N.、McConnell、S. B.、Boney、C. L.和 England、 K.W. (2000) :"EXPERMENTAL STUDY OF FRACTURE CONDUCTIVITY FOR WATER-FRACTURING AND CONVENTIONAL FRACTURING APPLICATIONS"論文 SPE 74138,呈現(xiàn)在 2000SPE 多石山區(qū) /低滲透率儲層討論會和展覽，丹佛，科羅拉多州，3月12-15日）已經(jīng)顯示出裂隙的傳導(dǎo)率 與它們的寬度相關(guān)，它們的寬度又強(qiáng)烈地依賴于裂隙內(nèi)的支撐劑的類型和數(shù)量。
[0009] 最近，地面和/或淺井地震陣列的使用由于其經(jīng)濟(jì)效益而已經(jīng)變得越來越普及。 在地面和/或淺井地震勘測中，與傳統(tǒng)的井下監(jiān)測不同，可以在地面或在淺的深度處安裝 幾十、成百或者甚至數(shù)千個地震傳感器。與由通常用于傳統(tǒng)井下監(jiān)測的一個或兩個地震陣 列所提供的覆蓋范圍相比，這些地震傳感器通常為微震事件所輻射的能量提供了較大方位 角的覆蓋范圍。然而，同時，由于較長的震源與接收機(jī)的距離連同增大的噪聲電平使得地面 和/或淺陣列易于遭受增大的信號衰減。因此，改善信噪比對于改善事件檢測和表征來說 是重要的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的第一方面提供了監(jiān)測地表地層中的水力壓裂作業(yè)的方法。所述方法包 括：（i)選擇旨在誘發(fā)造成地表地層中的微震事件的裂隙的拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合 的水力壓裂條件，（ii)使用所選擇的條件執(zhí)行水力壓裂作業(yè)以引起造成地表地層中的微震 事件的裂隙的拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合，（iii)使用多個接收機(jī)來接收來自微震事件 的誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)，以及（iv)分析數(shù)據(jù)以跟蹤造成微震事件的裂隙的生長和/或跟蹤裂隙內(nèi) 的支撐劑分布。
[0011] 有利地，與僅發(fā)生裂縫的剪切形變的情況相比，通過以引起造成微震事件的裂隙 的拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合的方式來執(zhí)行水力壓裂作業(yè)，可以增大所接收的誘發(fā)運(yùn)動 數(shù)據(jù)的信噪比，并且因此改善對裂隙生長和/或支撐劑分布的跟蹤。所述方法可以更普遍 地用于儲層監(jiān)測。
[0012] 現(xiàn)在將闡述本發(fā)明的第一方面的其它可選特征。這些特征可以單獨(dú)應(yīng)用或者可以 與本發(fā)明的第一方面進(jìn)行任何組合來應(yīng)用。
[0013] 通常，選擇水力壓裂條件并且執(zhí)行水力壓裂作業(yè)，以使得還存在裂隙的裂縫剪切 形變。然而，可以選擇步驟⑴的水力壓裂條件，以使得步驟（ii)中引起的裂隙的拉伸裂 縫打開或壓縮裂縫閉合造成微震事件的矩震級的至少20%、并且優(yōu)選為至少30%或40%。 通過將拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合的量增大到這種水平，可以相應(yīng)地增大所接收的誘發(fā) 運(yùn)動數(shù)據(jù)的信噪比。
[0014] 選擇水力壓裂條件的步驟（i)可以包括對地表地層中的微震事件建模，以確定被 預(yù)測為誘發(fā)拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合的條件。例如，除了地層和斷層的相應(yīng)流動和機(jī) 械性質(zhì)，可以使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)（參見例如美國專利NO. 6, 766, 254)來建造包括諸如地層邊界 和斷層與裂隙的位置之類的地層信息的地下模型。機(jī)械性質(zhì)可以包括原地應(yīng)力、孔隙壓力 以及巖石和斷層/裂隙的彈性性質(zhì)和故障性質(zhì)。流動性質(zhì)可以包括巖石和斷層/裂隙的孔 隙率、滲透率、飽和度、流體類型以及流體性質(zhì)（壓力-體積-溫度關(guān)系）。該模型可以用作 裂隙模型的輸入，該裂隙模型預(yù)測給出特定水力壓裂條件下的故障的類型和量。因此，可以 使用裂隙模型迭代地選擇適當(dāng)?shù)乃毫褩l件（例如，泵速以及漿液的體積和類型）。在實(shí) 驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)redd等人（同前）證明了支撐劑的類型和量對裂隙寬度（即，開口）和傳導(dǎo) 率的影響。
[0015] 接收機(jī)可以是地面接收機(jī)或位于達(dá)到大約300米的深度處的鉆孔中的"淺"接收 機(jī)。通常，地面接收機(jī)或淺接收機(jī)部署成本相對低，并且因此能夠被大量使用。由于接收機(jī) 與裂隙的距離，接收機(jī)易受到地震信號衰減的影響，但是通過增加裂隙的拉伸裂縫打開或 壓縮裂縫閉合的量，可以使得由這種接收機(jī)所接收的誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)的信噪比可接受。
[0016] 所述方法在步驟（i)之前還可以包括步驟：（a)在地表地層中選擇井的方向，其旨 在增大或最大化由從井引入到地表地層中的壓裂流體所引起的微震事件中的拉伸裂縫打 開或壓縮裂縫閉合的量；以及（b)在地表地層中鉆出具有所選方向的井。在步驟（i)中，然 后所選的水力壓裂條件可以旨在誘發(fā)造成由從井引入到地表地層中的壓裂流體所引起的 地表地層中的微震事件的裂隙的拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合；并且在步驟（ii)中，使用 所選條件的水力壓裂作業(yè)的執(zhí)行可以包括將壓裂流體從井引入到地表地層中。例如，可以 選擇井的方向，以使其垂直于地表地層中的最大主應(yīng)力的方向。
[0017] 在步驟（i)中，所選水力壓裂條件可以包括將可凝膠流體注入到地表地層內(nèi)。非 常粘的可凝膠流體在加寬造成微震事件的裂隙方面能夠尤其的有效，并且由此增大了拉伸 裂縫打開的量。
[0018] 在步驟（i)中，所選水力壓裂條件可以包括將支撐劑引入到地表地層中以誘發(fā)造 成微震事件的裂隙的拉伸裂縫打開。支撐劑，尤其是較高濃度的支撐劑能夠引起橋接裂隙， 其中支撐劑形成壩，這使得這個壩后面的流體壓力增大，并且由此增大了拉伸裂縫打開的 量。
[0019] 在步驟（i)中，所選水力壓裂條件可以包括增大壓裂流體的泵送壓力。增大壓力 可以增大裂隙中的拉伸裂縫打開的量。
[0020] 在步驟（i)中，所選水力壓裂條件可以包括諸如流變性（例如，適合的流體屈服應(yīng) 力）和/或壓裂流體的固體含量的量與組分（例如，支撐劑材料和大小分布）之類的特性。 這種特性的適當(dāng)調(diào)整能夠提升裂縫的筑壩和撤壩（undamming)。更普遍地，步驟（i)的所選 水力壓裂條件可以包括誘發(fā)拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合的壓裂流體流速、壓裂流體壓力 以及壓裂流體特性（例如，流變性和/或固體含量）的組合。
[0021] 在水力壓裂期間，期望的是引起重復(fù)的筑壩和撤壩，但不一定在相同的位置。因 此，可以重復(fù)執(zhí)行步驟（ii)至（iv)，例如，以使得微震事件重復(fù)。分析步驟可以包括對從這 種重復(fù)中接收的誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以識別微震事件中的變化。因此，還可以識別用于 將來重復(fù)的所選水力壓裂條件的變化，例如，以增強(qiáng)或降低壓裂的程度。此外，與筑壩-撤 壩相關(guān)聯(lián)的微震事件通常與被注入的固體的定位和重新定位相關(guān)聯(lián)。因此，步驟（ii)至 (iv)的重復(fù)執(zhí)行可以有助于對裂隙內(nèi)的支撐劑分布進(jìn)行跟蹤。
[0022] 在步驟（iv)中，可以利用將所測量的誘發(fā)運(yùn)動與微震事件相關(guān)的模型來執(zhí)行分 析，微震事件在模型中由矩張量表示，該矩張量僅有兩類分量-分量類型為雙力偶分量和 拉伸或壓縮裂縫分量，其可以分別使用術(shù)語DC和TC分量來表示。在本發(fā)明的實(shí)施例中，例 如，相對于將矩張量分解為雙力偶、補(bǔ)償線性向量偶極和各向同性部分的模型，這種模型的 使用可以簡化分析。然而，在本發(fā)明的實(shí)施例中，僅雙力偶和拉伸或壓縮裂縫分量的使用在 物理上與造成微震事件的裂隙中的拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合、連同剪切形變的發(fā)生一 致。在本發(fā)明的實(shí)施例中，模型可以將所測量的誘發(fā)運(yùn)動的波形與微震事件的模型化波形 進(jìn)行比較，所述模型化波形來源于矩張量。在本發(fā)明的實(shí)施例中，然后可以迭代地調(diào)整矩張 量并且因此可以迭代地調(diào)整模型化波形，以獲得所測量波形的最好或改進(jìn)的擬合。
[0023] 實(shí)際上，本發(fā)明的一個實(shí)施例提供了表征地表地層中的裂隙網(wǎng)絡(luò)的基于計算機(jī)的 方法，方法包括使用將所測量的誘發(fā)運(yùn)動與微震事件相關(guān)以跟蹤造成事件的裂隙的生長和 /或跟蹤裂隙內(nèi)的支撐劑分布的模型來分析來自微震事件的誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)。在實(shí)施例中，微 震在模型中由僅具有兩類分量的矩張量表示，分量類型為雙力偶分量和拉伸或壓縮裂縫分 量。在一些方面，模型可以將所測量的誘發(fā)運(yùn)動的波形與微震事件的模型化波形進(jìn)行比較， 所述模型化波形來源于矩張量。然后，可以迭代地調(diào)整矩張量并且因此可以迭代地調(diào)整模 型化波形，以獲得所測量的波形的最好或改進(jìn)的擬合。
[0024] 所述方法在分析步驟之前可以包括使用多個接收機(jī)接收來自微震事件的誘發(fā)運(yùn) 動數(shù)據(jù)的步驟。
[0025] 所述方法在接收步驟之前可以包括執(zhí)行水力壓裂作業(yè)以在地表地層中引起微震 事件的步驟。
[0026] 本發(fā)明的其它實(shí)施例提供了用于表征地表地層中的裂隙網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)（例如，計算 機(jī)系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、一個或多個處理器和/或諸如此類）。在這種實(shí)施例中，系統(tǒng)可以包括： (多個）處理器，其被配置為使用將所測量的誘發(fā)運(yùn)動與壓裂事件相關(guān)并且由此跟蹤造成 事件的裂隙的生長和/或跟蹤裂隙內(nèi)的支撐劑分布的模型來分析來自微震事件的誘發(fā)運(yùn) 動數(shù)據(jù)。微震事件在模型中由僅具有兩類分量的矩張量表示，分量類型為雙力偶分量和拉 伸或壓縮裂縫分量。
[0027] 模型可以將所測量的誘發(fā)運(yùn)動的波形與微震事件的模型化波形進(jìn)行比較，所述模 型化波形來源于矩張量。然后，可以通過模型來迭代地調(diào)整矩張量并且因此可以迭代地調(diào) 整模型化波形，以獲得所測量的波形的最好或改進(jìn)的擬合。
[0028] 系統(tǒng)還可以包括存儲來自微震事件的誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)的計算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0029] 系統(tǒng)還可以包括用于接收來自微震事件的誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)的多個接收機(jī)。
[0030] 本發(fā)明的其它方面提供了包括代碼的計算機(jī)程序，當(dāng)在計算機(jī)上運(yùn)行所述代碼 時，所述代碼使得計算機(jī)執(zhí)行第二方面的方法；并且還提供了存儲包括代碼的計算機(jī)程序 的計算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)在計算機(jī)上運(yùn)行所述代碼時，所述代碼使得計算機(jī)執(zhí)行第二方面的 方法。
[0031] 現(xiàn)在將闡述本發(fā)明的其它可選特征。這些可選特征與本文中所描述的其它特征一 樣可以單獨(dú)應(yīng)用或可以與本發(fā)明的不同實(shí)施例進(jìn)行任何組合來應(yīng)用，或與本發(fā)明的實(shí)施例 的用途進(jìn)行任何組合來應(yīng)用。
[0032] 造成微震事件的裂隙可以在碳?xì)浠衔飪拥暮細(xì)浠衔飳?，例如頁巖氣儲層 的含氣頁巖層。然而，另一選擇是裂隙在地下蓄水層的含水層中或在地?zé)岬貙拥膶又小?br>
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 結(jié)合附圖來描述本公開內(nèi)容：
[0034] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于獲得與水力壓裂相關(guān)的微震數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的示 意圖；
[0035] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的描述監(jiān)測地表地層中的水力壓裂作業(yè)的方法的流 程圖；
[0036] 圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于（a)裂隙表面上的滑距、（b)拉伸 裂縫打開、以及（c) (a)和（b)的組合的微震震源機(jī)制；
[0037] 圖4根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示出了對于震源-接收機(jī)水平距離達(dá)500m的地表表面 處的建模的剪切和壓縮信號，事件是具有事件深度2. Okm的走向滑距，在（a)、(b)和（c)情 況下，TC分量分別為0%、20%和40% ;以及
[0038] 圖5根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示出了對于震源-接收機(jī)水平距離達(dá)500m的地表表面 處的建模的剪切和壓縮信號，事件是具有事件深度2. Okm的傾向滑距，在（a)、(b)和（c)情 況下，拉伸分量分別為〇 %、20 %和40 %。
[0039] 在附圖中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附圖標(biāo)記。此外，可以通過在附 圖標(biāo)記后面加破折號和區(qū)分相似部件的第二標(biāo)記來區(qū)分各個相同類型的部件。如果在說明 書中僅使用了第一附圖標(biāo)記，則描述可應(yīng)用于具有相同第一附圖標(biāo)記的相似部件中的任何 一個而不考慮第二附圖標(biāo)記。

【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面的描述中給出了具體細(xì)節(jié)，以提供對實(shí)施例的深入理解。然而，本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員將理解，在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下也可以實(shí)踐實(shí)施例。例如，可以示出公知的電 路、過程、算法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)而不示出不必要的細(xì)節(jié)，以避免使實(shí)施例難以理解。
[0041] 同樣，注意，實(shí)施例可以被描述為過程，該過程被描繪為流程圖、流程示意圖、數(shù)據(jù) 流程示意圖、結(jié)構(gòu)示意圖或方框示意圖。盡管流程圖可以將操作描述為順序的過程，但是許 多操作可以并行或同時執(zhí)行。此外，操作的順序可以被重新安排。當(dāng)過程的操作完成時，過 程終止，但是過程可以具有未包括在附圖中的附加步驟。過程可以對應(yīng)于方法、函數(shù)、工序、 子例程、子程序等。當(dāng)過程對應(yīng)于函數(shù)時，其終止對應(yīng)于函數(shù)返回至調(diào)用函數(shù)或主函數(shù)。
[0042] 如本文中所公開的，術(shù)語"存儲介質(zhì)"可以表示用于存儲數(shù)據(jù)的一個或多個設(shè)備， 包括只讀存儲器（ROM)、隨機(jī)存取存儲器（RAM)、磁性RAM、磁芯存儲器、磁盤存儲介質(zhì)、光學(xué) 存儲介質(zhì)、閃存存儲器設(shè)備和/或用于存儲信息的其它機(jī)器可讀介質(zhì)。術(shù)語"計算機(jī)可讀介 質(zhì)"包括但不限于便攜式或固定存儲設(shè)備、光學(xué)存儲設(shè)備、無線通道和能夠存儲、包含或攜 帶（多個）指令和/或數(shù)據(jù)的各種其它介質(zhì)。
[0043] 此外，可以通過硬件、軟件、固件、中間件、微碼、硬件描述語言或它們的任何組合 來實(shí)施實(shí)施例。當(dāng)以軟件、固件、中間件或微碼來實(shí)施時，執(zhí)行必要任務(wù)的程序代碼或代碼 段可以存儲在諸如存儲介質(zhì)的機(jī)器可讀介質(zhì)中。（多個）處理器可以執(zhí)行必要的任務(wù)。代 碼段可以表示工序、函數(shù)、子程序、程序、例程、子例程、模塊、軟件包、類、或指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 或程序語句的任何組合。可以通過傳遞和/或接收信息、數(shù)據(jù)、自變數(shù)、參數(shù)或存儲器內(nèi)容 將代碼段耦合至另一個代碼段或硬件電路?？梢越?jīng)由包括存儲器共享、消息傳遞、令牌傳 遞、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)鹊娜魏芜m合的手段來傳遞、轉(zhuǎn)發(fā)或傳輸信息、自變數(shù)、參數(shù)、數(shù)據(jù)等。
[0044] 本發(fā)明的實(shí)施例提供地表地層中的自然裂隙網(wǎng)絡(luò)或其它組織網(wǎng)絡(luò)的表征。在本發(fā) 明的實(shí)施例中，可以處理從微震事件獲得的數(shù)據(jù)以提供地表地層中的自然裂隙網(wǎng)絡(luò)或其它 組織網(wǎng)絡(luò)的表征。
[0045] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于獲得與水力壓裂相關(guān)的微震數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的示 意圖。壓裂鉆孔11從地面10延伸穿過地表地層30?？梢詫⒌卣饳z波器接收機(jī)陣列22設(shè) 置在表面10處和/或在深達(dá)大約300m的淺處的鉆孔中?？梢詫⑵渌卣饳z波器接收機(jī)陣 列20設(shè)置在從表面10延伸穿過地表地層30的一個或多個較深的監(jiān)測鉆孔12中，并且通 常與壓裂鉆孔11間隔數(shù)百米。地震檢波器陣列20、22可以均包括多個地震檢波器接收機(jī)。 地震檢波器陣列20、22中的地震檢波器可以間隔開幾十米的量級。
[0046] 在水力壓裂期間，將可以包括固體顆粒（例如，支撐劑）的流體（未示出）從表面 10泵送至壓裂鉆孔11中，以使壓裂鉆孔11周圍的地表地層30經(jīng)歷微震事件，導(dǎo)致地表地 層30中的裂隙33的產(chǎn)生。在碳?xì)浠衔锕I(yè)中，可以將流體向下泵送至壓裂鉆孔11，以提 供地表地層30中的含碳?xì)浠衔飳?0A的壓裂。在地表地層30的正被壓裂的部分是含碳 氫化合物層30A的這種布置下，在含碳?xì)浠衔飳?0A內(nèi)至少部分地產(chǎn)生裂隙33。通過在 含碳?xì)浠衔飳?0A內(nèi)至少部分地產(chǎn)生裂隙33,可以在含碳?xì)浠衔飳?0A中建立生產(chǎn)通 道，以使含碳?xì)浠衔飳?0A中的碳?xì)浠衔锪鞯綁毫雁@孔11。
[0047] 一種可能性是含碳?xì)浠衔飳邮琼搸r。作為頁巖的儲層通常具有低滲透率，并且 被壓裂激勵以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，但是包含了與新形成的裂隙連接的自然裂隙。
[0048] 在壓裂過程期間，裂隙33產(chǎn)生聲波14,并且聲波14可以傳播穿過地表地層30并 且被地震檢波器接收機(jī)陣列20、22所檢測。像這樣，地震檢波器陣列20、22可以用于收集與 發(fā)生在壓裂鉆孔11中的水力壓裂過程相關(guān)的誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)。地震檢波器陣列中的地震檢 波器接收機(jī)可以包括三分量地震檢波器，并且可以提供所接收的聲波14的方向（三維的） 數(shù)據(jù)。替代地或另外，地震檢波器陣列中的地震檢波器接收機(jī)可以包括一個分量的地震檢 波器，其通常被布置為測量波場的垂直分量?？梢杂涗浻傻卣饳z波器陣列20、22接收的數(shù) 據(jù)，并且然后對其進(jìn)行處理和/或?qū)⑵鋫鬏斨撂幚砥?0用于處理。
[0049] 通常，建立表面/淺的地震檢波器接收機(jī)陣列22與建立深的陣列20相比花費(fèi)更 少。然而，微震事件的震源機(jī)制是引起表面10處或附近的地震波的幅度變化的一個主要因 素。輻射模式的變化主要由斷層面參數(shù)和非雙力偶分量的量的不同所引起，后者對于誘發(fā) 微震事件的水力壓裂尤其重要。本發(fā)明背后的思考是當(dāng)裂隙形變（即，裂縫打開或閉合） 的拉伸或壓縮分量增大時，壓縮地震波的幅度變得更為重要。因此，如果選擇促進(jìn)拉伸裂縫 打開或壓縮裂縫閉合的水力壓裂條件，則可以改善使用微震方法的壓裂作業(yè)監(jiān)測的效果。
[0050] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的描述監(jiān)測地表地層中的水力壓裂作業(yè)的方法的流 程示意圖。在該方法中，在步驟210中，確定將誘發(fā)造成地表地層中的微震事件的裂隙的拉 伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合的水力壓裂條件。在步驟220中，使用所選條件執(zhí)行水力壓裂 作業(yè)，以引起造成地表地層中的微震事件的裂隙的拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合。在步驟 230中，使用多個接收機(jī)接收來自微震事件的誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)。在步驟140中，分析用于跟蹤 造成微震事件的裂隙的生長和/或跟蹤裂隙內(nèi)的支撐劑分布的數(shù)據(jù)。在步驟150中，所分析 的數(shù)據(jù)可以用于確定裂隙的性質(zhì)、確定支撐劑分布的性質(zhì)和/或控制/管理壓裂過程。例 如，可以將裂隙的性質(zhì)用于儲層模型中，以分析來自地層的碳?xì)浠衔锷a(chǎn)、分析由壓裂引 起的潛在的地震影響、分析用于碳?xì)浠衔锪鞯谋恢蔚膹堥_的流動路徑、分析地層中的 流動路徑的性質(zhì)、控制/管理正在進(jìn)行的壓裂過程（例如，壓裂流體的量/壓力、支撐劑性 質(zhì)或?qū)⒈挥糜诤罄m(xù)壓裂過程中的粘彈性材料）和/或諸如此類。
[0051] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以執(zhí)行該方法以在執(zhí)行壓裂過程時對壓裂過程進(jìn)行 管理/監(jiān)測。在這種實(shí)施例中，處理器等可以用于處理將誘發(fā)造成地表地層中的微震事件 的裂隙的拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合的水力壓裂條件。然后，可以將這些條件傳輸/顯 示到受壓裂過程控制的一方。然后，該受壓裂過程控制的一方可以使用經(jīng)處理的條件來執(zhí) 行壓裂過程。然后，管理/監(jiān)測系統(tǒng)可以從正被用于監(jiān)測壓裂過程的多個接收機(jī)接收輸出。 處理器或另一其它處理器可以用于處理造成微震事件的裂隙的生長和/或跟蹤裂隙內(nèi)的 支撐劑分布。可以向執(zhí)行壓裂過程的一方顯示/傳達(dá)經(jīng)處理的造成微震事件的裂隙的生長 和/或所跟蹤的裂隙內(nèi)的支撐劑分布。
[0052] 將震源機(jī)制分解成雙力偶分量和拉伸或壓縮裂縫分量可以使拉伸或壓縮分量的 重要性變得明顯。此外，例如，與將矩張量分解成DC、補(bǔ)償線性向量偶極（CLVD)和各向同性 (ISO)部分、并且難于解釋又需要非物理的和高度復(fù)雜的震源過程（參見例如，H. Dufumier 和 L. Rivera :"0N THE RESOLUTION OF THE ISOTROPIC COMPONENT IN MOMENT TENSOR INVERSION"，國際地球物理學(xué)雜志，第131卷，第3本（1997年12月），第595-606頁）的傳 統(tǒng)模型相比較，使用由僅具有雙力偶（DC)分量和拉伸或壓縮裂縫（TC)分量的矩張量來表 示微震事件的模型還可以簡化對誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)的分析。
[0053] 我們現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例從關(guān)于矩張量方法的一些背景開始描述DC和TC震 源模型。
[0054] 在點(diǎn)X和時間t處觀察到的誘發(fā)運(yùn)動u可以被表示為下式（Aki、K.和Richards、 P. G.，定量地震學(xué)，大學(xué)科學(xué)書籍，第2版，索薩利托，加利福尼亞，2002)。
[0055] Ui(x, t) = mkl*Gik；1, (I)
[0056] 其中，mkl= Mklf(t)是矩張量函數(shù)，Mkl是由六個獨(dú)立要素組成的第二等級的地震 矩張量，f(t)是震源-時間函數(shù)以及G iiu表示格林函數(shù)的空間導(dǎo)數(shù)?？梢酝ㄟ^三個基礎(chǔ) 斷層的組合來表示點(diǎn)震源：垂直走向滑距斷層；垂直傾向滑距斷層以及具有45度傾角和 各向同性的震源的傾向滑距斷層（Langston、CA. (1981)，SOURCE INVERSION OF SEISMIC WAVEFORMS :THE ΚΟΥΝΑ, INDIA, EARTHQUAKES OF 13SEPTEMBER 1967,美國地震學(xué)會公報， 71，l-24;Minson.S.和 D.Dreger(2008)，STABLE INVERSIONS FOR COMPLETE MOMENT TENSORS，國際地球物理學(xué)期刊，174,585-592)。等式（1)中所示的誘發(fā)運(yùn)動的三個分量將 是：
[0057] Uz= A ! · ZSS+A2 · ZDS+A3 · ZDD+MiS0 · ZEP,
[0058] uE= A! · RSS+A2 · RDS+A3 · RDD+MiS0 · REP,
[0059] uT= A 4 · TSS+A5 · TDS， (2)
[0060] 其中，Z、R和T指的是垂直、徑向和橫向分量，并且SS、DS、DD和EP分別表示垂直 走向滑距、垂直傾向滑距和45°傾向滑距以及激增格林函數(shù)，并且

【權(quán)利要求】
1. 一種監(jiān)測地表地層中的水力壓裂作業(yè)的方法，所述方法包括： (i) 選擇水力壓裂條件，以誘發(fā)造成所述地表地層中的微震事件的裂隙的拉伸裂縫打 開或壓縮裂縫閉合， (ii) 使用所選條件來執(zhí)行水力壓裂作業(yè)，以引起造成所述地表地層中的所述微震事件 的所述裂隙的拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合， (iii) 使用多個接收機(jī)來接收來自所述微震事件的誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)，以及 (iv) 分析所述數(shù)據(jù)，以跟蹤造成所述微震事件的所述裂隙的生長和/或，以跟蹤所述 裂隙內(nèi)的支撐劑分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 將所分析的數(shù)據(jù)用于以下操作的至少其中之一：確定所述裂隙的性質(zhì)和控制所述壓裂 作業(yè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟（i)的所述水力壓裂條件被選擇為使得步 驟（ii)中引起的所述裂隙的拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合造成所述微震事件的矩震級的 至少20%。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中： 所述方法還包括在步驟（i)之前的如下步驟： (a) 在所述地表地層中選擇井的方向，所述井的方向旨在增大或最大化由從所述井引 入到所述地表地層中的壓裂流體所引起的微震事件中的拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合的 量，以及 (b) 在所述地表地層中鉆出具有所選方向的井，以及 在步驟（i)中，所選水力壓裂條件旨在誘發(fā)造成所述地表地層中的由從所述井引入到 所述地表地層中的壓裂流體所引起的微震事件的裂隙的拉伸裂縫打開或壓縮裂縫閉合，并 且在步驟（ii)中，使用所述所選條件執(zhí)行所述水力壓裂作業(yè)包括將壓裂流體從所述井引 入到所述地表地層中。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟（i)中，所述所選水力壓裂 條件包括將可凝膠的流體注入到所述地表地層中。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟（i)中，所示所選水力壓裂 條件包括將支撐劑引入到所述地表地層中。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟（iv)中： 使用將所測量的誘發(fā)運(yùn)動與所述微震事件相關(guān)的模型來執(zhí)行所述分析； 在所述模型中，由僅具有兩類分量的矩張量來表示所述微震事件； 所述兩類分量是雙力偶分量和拉伸或壓縮裂縫分量。
8. -種表征地表地層中的裂隙網(wǎng)絡(luò)的基于計算機(jī)的方法，所述方法包括： 使用將所測量的誘發(fā)運(yùn)動與微震事件相關(guān)的模型來分析來自所述微震事件的誘發(fā)運(yùn) 動數(shù)據(jù)，以跟蹤造成所述事件的裂隙的生長和/或，以跟蹤所述裂隙內(nèi)的支撐劑分布，其 中，在所述模型中由僅具有兩類分量的矩張量來表示所述微震事件，并且其中，所述兩類分 量是雙力偶分量和拉伸或壓縮裂縫分量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，在所述分析步驟之前還包括使用多個接收機(jī)來接收來 自所述微震事件的所述誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)的步驟。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，在所述接收步驟之前還包括執(zhí)行水力壓裂作業(yè)以在 所述地表地層中引起所述微震事件的步驟。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，造成所述微震事件的所述裂隙在 碳?xì)浠衔飪拥暮細(xì)浠衔飳又小?br> 12. -種計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序包括代碼，當(dāng)在計算機(jī)上運(yùn)行所述代碼時，所述 代碼使得所述計算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法。
13. -種存儲包括代碼的計算機(jī)程序的計算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)在計算機(jī)上運(yùn)行所述代碼 時，所述代碼使得所述計算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法。
14. 一種用于表征地表地層中的裂隙網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 一個或多個處理器，所述一個或多個處理器被配置為使用將所測量的誘發(fā)運(yùn)動與微震 事件相關(guān)的模型來分析來自所述微震事件的誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)，并且由此跟蹤造成所述事件的 裂隙的生長和/或跟蹤所述裂隙內(nèi)的支撐劑分布，其中，在所述模型中由僅具有兩類分量 的矩張量來表示所述微震事件，并且其中，所述兩類分量是雙力偶分量和拉伸或壓縮裂縫 分量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括： 計算機(jī)可讀介質(zhì)，其存儲來自所述微震事件的所述誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的系統(tǒng)，還包括： 多個接收機(jī)，其用于接收來自所述微震事件的所述誘發(fā)運(yùn)動數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G01V1/24GK104428691SQ201380036624
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月11日
【發(fā)明者】A·金, J·德羅什, I·布拉德福德 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司