[发明专利]裂隙监测与表征的方法及系统

说明书

背景技术

本公开内容通常涉及压裂作业的监测，并且涉及地表地层(Earth formation)中的裂隙网络的表征。

地下地层的表征对于识别、进入和管理储层来说很重要。例如，可以通过地震勘测来确定这种地层的深度与方位。这通常通过在一个或多个震源位置向地表传递能量，例如，通过被控制的爆炸、机械输入等方式来执行。然后，在离震源位置不同距离和方位角的地面接收机位置处测量返回的能量。经由自地下地层的界面的反射与折射，从震源到接收机的能量的传播时间表明地层的深度与方位。

微震测量可以被描述为地震的变形。在传统地震勘探中，诸如一个或多个气枪、振动器或爆炸物之类的放置在预定位置处的震源被激活并且产生足够的声能，以使声波穿过地表。然后，由诸如水听器和地震检波器之类的受波器来记录该能量的反射或折射部分。

在被动地震或微震监测中，在已知位置处不存在主动控制和触发的震源。地震能通过由地下移动和变化所引起的所谓的微震事件产生，所述地下移动或变化至少部分地产生声波，可以使用适合的接收机来相应地记录该声波。尽管微震事件可以是破坏地下岩石的人类活动的结果，但是它们完全不同于被提供作为主动震源的装置的操作。关于用于微震监测的仪器和方法的背景信息可以从如下文件中找到：例如，美国专利No.6856575、No.6947843和No.6981550、已公布的国际申请No.WO 2004/0702424和No.WO 2005/006020、以及已公布的美国申请No.2005/01900649A1，出于所有目的，通过引用将上述申请中的每个申请并入本文中。

被动地震监测范围内的特定领域是诱发压裂的监测，其中可以通过以压力将诸如水等的流体泵送至钻孔/井眼中(出于本申请的目的，可以互换地使用术语钻孔、井眼和井)来诱发压裂。通常由于水通常是用于压裂过程中的主要流体，所以诱发压裂被称为水力压裂。这种水力压裂作业包括 泵送大量的流体以在地表中诱发裂缝，由此创建了油和/或气体可以流动的通路。这些裂缝可以是在之前的连续的岩石中产生的新裂隙，或者是沿着先前存在的断层与裂隙。通常，由水力压裂作业所诱发的通路将是新创建的裂缝和先前存在的断层与裂隙的组合。在产生裂缝时或之后，通常将沙子或一些其它支撑剂材料注入到裂缝中，以防止当不再将流体通过井眼泵送至地表地层中时裂缝完全闭合。放置在新形成的裂隙内的支撑剂颗粒使新形成的裂隙张开作为使油和/或气体流入井眼中的传导通路。在碳氢化合物工业中，当要刺激碳氢化合物的产生时，碳氢化合物储层的水力压裂可以被称为“增产”。

在微震监测领域中，在压裂作业过程中产生的由新裂缝的产生或沿现有裂缝的位移所引起的声信号被当作微震事件。这种微震事件可以发生在材料被泵送/已经被泵送至地表中时或之后。还可以使用来自压裂作业的其它可用信息，例如，时序、流量率和压力。一组微震数据的著名示例是Carthage Cotton Valley数据，例如由James T.Rutledge和W.Scott Phillips在地球物理学68卷第2本(2003年3-4月)的第441-452页的“HYDRAULIC STIMULATION OF NATURAL FRACTURES AS REVEALED BY INDUCED MICROEARTHQUAKES，CARTHAGE COTTON VALLEY GAS FIELD，EAST TEXAS”中所评估的，以及由Rutledge、J.T.、Phillips、W.S.和Mayerhofer、M.J.在2004年10月的美国地震学会公报第94卷第5本的第1817-1830页的“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”中所评估的。

水力压裂的微震监测是相对较新的技术。通常，使用位于水力压裂附近的井中的一组地震检波器执行这种监测。在微震监测中，在钻孔下创建水力压裂，并且处理从地震检波器、水听器和/或其它传感器所接收的数据以监测水力压裂。通常，传感器用于记录由水力压裂所产生的微震波场。通过使所获得的微震波场反相，可以确定微震事件的位置以及所确定位置的不确定性、震源机制和/或诸如此类。