專利名稱：用于確定地下斷層幾何形狀的功能性支撐劑的制造方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及支撐劑和用于確定地質(zhì)地層中斷層的性質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
支撐劑或支持劑廣泛用于維持油井和氣井中的滲透性。支撐劑是可以分散在載體 液體中并且在壓裂過程中在壓力下泵送到油井或氣井中的物質(zhì)。支撐劑可以“支撐”開井 筒周圍巖石地層中的斷層并由此防止該斷層閉合。因此，可以增加曝露給井筒的地層表面 積的量，提高收取率。支撐劑也可增加地層的機(jī)械強(qiáng)度并由此有助于維持隨時(shí)間推移的流 速。支撐劑可提供附加的功能性以涵蓋例如追蹤或探測支撐劑充填層(proppant pack)的特性的用途。例如，Nguyen等人(美國專利申請(qǐng)公開US2005/0274510A1)描述了 特定的導(dǎo)電聚合物和/或?qū)щ娞盍舷嘣诰酆衔锇驳闹蝿┲型ㄟ^基于電場的遙感操作 確定地層參數(shù)的用途。在另一實(shí)例中，Ayoub等人(美國專利7，082，993B2)描述了有源或 無源設(shè)備表征斷層參數(shù)的用途。這兩種方法并沒有考慮在典型的烴井系統(tǒng)中井下極端和經(jīng) 常是惡劣的環(huán)境，這必將導(dǎo)致在這種情況中采用的追蹤設(shè)備的故障和/或失效。例如，極端 的溫度和壓力可導(dǎo)致Ayoub等人提出的基于聚合物的系統(tǒng)和有源電子設(shè)備的故障。McCarthy等人(美國專利申請(qǐng)公開US 2006/0102345A1)描述了支撐劑追蹤和斷 層區(qū)表征材料。這種材料基本上是加入到支撐劑充填層中從而能夠感受該支撐劑充填層的 附加顆?；蛱盍稀Ｓ捎谠擃w粒通常比支撐劑顆粒自身更小，所以存在“填塞”支撐劑填充的 地層中間隙位點(diǎn)的可能，由此導(dǎo)致支撐劑充填層整體滲透性的下降。以上方法共同呈現(xiàn)下列特性的組合差的支撐劑運(yùn)輸抑制了井性能(流速)和斷 層成像；在負(fù)載下，特別是典型的儲(chǔ)層深度(即超過1，000英尺)下差的電導(dǎo)率；由于溫度、 腐蝕、應(yīng)力循環(huán)或絕對(duì)閉合應(yīng)力的侵蝕造成的差的壽命；和差的信噪比妨礙表面評(píng)價(jià)，需要 在探邊井(offset well)或井下測量設(shè)備中昂貴的投資。在一些情況下，這妨礙了對(duì)受支 撐斷層的長度、寬度和高度的有效成像。在最差的情況下，只能夠成像這三個(gè)維度中的兩 個(gè)。此外，在以上方法中，支撐劑和傳感元素或顆粒的比重不能匹配，因此，當(dāng)置于地層中時(shí) 無法在支撐劑充填層中得到支撐劑和傳感顆粒的均勻混合。需要除用于撐開地下開斷層外還具有附加功能性質(zhì)的支撐劑。還需要使用以上地 面檢測系統(tǒng)對(duì)斷層精確地進(jìn)行三維繪圖的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有除了用于“支撐”地下巖石地層中開斷層之外的功能特征的支撐 劑。本發(fā)明還涉及可用于追蹤和/或探測支撐劑充填層(proppant pack)的特性的 “功能性”支撐劑，例如可探測如斷層高度、斷層寬度、斷層深度和/或斷層軌跡(即，路徑中 的方位角(azimuth)、傾角(inclination)、偏斜(declination)、偏差(deviation)等)的 特性的“功能性”支撐劑。本發(fā)明還能夠調(diào)節(jié)傳感顆粒相對(duì)于用于支撐開地下斷層的支撐劑的比重，由此可 獲得支撐劑和傳感顆粒的均勻混合物，并且可得到受支撐的空間的更精確的圖像。本發(fā)明還提供具有能夠利用由功能性支撐劑產(chǎn)生的多種信號(hào)模式的能力的方法， 例如，功能性支撐劑可具有中空聲共振、順磁性和/或應(yīng)變能量釋放的組合，并且這些性質(zhì) 可用于產(chǎn)生信號(hào)、產(chǎn)生中空聲共振、引起爆炸物爆炸、和/或產(chǎn)生磁性屬性，這些可用于形 成可檢測的信號(hào)。本發(fā)明還涉及當(dāng)將支撐劑填充到斷層中并留存于斷層中時(shí)可以原位加熱的功能 性支撐劑。可使用額外的熱以使支撐劑載體流體降解和增強(qiáng)從地層的開采量。本發(fā)明還涉及可在特定信號(hào)的控制下釋放化學(xué)物質(zhì)的“反應(yīng)性，，支撐劑。在一個(gè) 或多個(gè)實(shí)施方式中，反應(yīng)性支撐劑可吸收和釋放用于在斷層地層中溶解微粒和蝕刻巖石的 化合物。本發(fā)明還涉及具有功能組分的支撐劑，所述功能組分被陶瓷基體包覆或結(jié)合到陶 瓷基體中。所述陶瓷基體可用于保護(hù)該功能組分免受井下環(huán)境的不利影響。本發(fā)明還涉及精確評(píng)價(jià)地下斷層的幾何形狀的方法。在水力壓裂處理中可實(shí)時(shí)評(píng) 價(jià)斷層地層性質(zhì)。例如，所述方法可利用包含元素周期表d區(qū)元素的金屬或氧化物顆粒的 支撐劑，和使用遙感技術(shù)如航空地磁儀勘測或地面穿透雷達(dá)檢測支撐劑。在一個(gè)或多個(gè)實(shí) 施方式中，所述方法可利用包含壓電組分的支撐劑，該壓電組分可使用例如高分辨率加速 度計(jì)或地音儀檢測。本發(fā)明還涉及包括可通過磁探針檢測的磁性材料的支撐劑。所述磁性材料可包括 具有設(shè)定的磁矩的納米顆粒，如鐵氧體材料。磁性支撐劑顆粒可通過檢測由磁性納米探針 引起的磁性擾動(dòng)而成像?？赏ㄟ^使用磁性天線，例如通過使用與超導(dǎo)量子干涉儀(例如， SQUID地磁儀)組合的井筒套管來協(xié)助檢測。本發(fā)明還涉及在其結(jié)構(gòu)中或在其表面上包封碳納米管陣列的支撐劑，該碳納米管 陣列提供電信號(hào)板從而可通過測量由該電信號(hào)板產(chǎn)生的電場來檢測支撐劑。在另一些實(shí)施方式中，本發(fā)明還涉及利用本文中所述的導(dǎo)電支撐劑提高斷層的電 導(dǎo)率的方法。應(yīng)理解，上述總體說明和以下具體說明只是示例性和說明性的，并且意在提供對(duì) 要求保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明部分涉及包括基體如陶瓷基體、玻璃基體或陶瓷_玻璃基體和至少一種功 能組分的支撐劑顆粒。所述功能組分可被所述基體包覆或引入到所述基體中。作為一種選擇，所述功能組分可引入到聚合物或聚合材料(包括但不限于含有該聚合物或聚合材料的 層)中，或被它們包覆。所述基體由于其優(yōu)異的熱性質(zhì)和環(huán)境性質(zhì)而可用于保護(hù)所述功能 組分，由此減輕和/或最小化井下環(huán)境的任何不利影響和對(duì)功能組分的潛在破壞。所述基 體可為支撐劑提供保護(hù)和強(qiáng)度賦予性質(zhì)。支撐劑的功能組分可基本上分布在整個(gè)基體(即，顆粒復(fù)合材料)中。功能組分可 作為例如基體中的離散相引入。功能組分可引入支撐劑顆粒中，特別是支撐劑中或支撐劑 上的的特定區(qū)域或者位置，例如在一層或多層中，所述一層或多層任選地基本上由另一層 如陶瓷層(即，多層復(fù)合型結(jié)構(gòu))或聚合物層或其它層包覆。由基體和/或聚合物層基本 上包覆的一層或多層中的功能組分可例如作為與基體的固溶體和/或與基體的合金引入 到支撐劑顆粒中。支撐劑顆?？砂ㄓ苫w基本上包覆的功能組分芯。功能組分可起到模 板材料的作用，然后其包覆有外殼，例如陶瓷外殼和/或聚合物外殼。為了本發(fā)明的目的， “基本上包覆”的功能組分是指用例如陶瓷基體和/或聚合物的材料涂布至少約50%，優(yōu)選 涂布至少約70 %，且更優(yōu)選涂布至少約90 %，或涂布至少約99 %的曝露表面積。應(yīng)理解，雖 然在本文中提及的都是陶瓷基體，但是也可使用其它基體材料，例如玻璃-陶瓷基體、聚合 物和其它基體材料，如本文中提及的專利/專利申請(qǐng)描述的材料?；蛘?，功能性材料或相可 在熱處理或燒結(jié)期間通過支撐劑組成化合物的固態(tài)反應(yīng)而原位形成。制造本發(fā)明的各種實(shí)施方式的支撐劑顆粒(不包括功能組分)的方法和各種 實(shí)施方式的支撐劑顆粒(不包括功能組分)的實(shí)例描述于美國專利申請(qǐng)11/347，664、 11/498，527,11/728, 953和11/769，247，它們的全部內(nèi)容在此通過引用納入本申請(qǐng)。本文 中所述的一種或多種功能組分可作為芯的一部分、作為一層或多層的一部分、作為一個(gè)或 多個(gè)涂層、作為單獨(dú)的芯、作為單獨(dú)的層、作為單獨(dú)的涂層或它們的任意組合引入到這些支 撐劑中。功能組分可包括磁性、超磁性、和/或順磁性材料。所述磁性、超磁性、和/或順 磁性材料可包括具有鐵氧體結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，例如，F(xiàn)e3O4,或摻雜的同系物如MnxSvxFe2O4， 其中χ為0 1的任意數(shù)，條件是χ不能為0或1。適合用于該實(shí)施方式的陶瓷材料的 其它實(shí)例描述于 Keluskar 等人的〃 HighPermeability of Low Loss Mn-Zn Ferrite Obtained by Sintering NanoparticleMn-Zn Ferrite " , Journal of Magnetism and Magnetic Materials，305，296—303 (2006)；禾口 Parekh 等人的"Ternary Monodispersed Mna5Zna5Fe2O4Ferrite Nanoparticles Preparation and Magnetic Characterization", Nanotechnology，17，5970-5975 (2006)，它們的全部內(nèi)容通過引用納入本申請(qǐng)?？墒褂脝未女犿槾朋w提供強(qiáng)烈的檢測響應(yīng)。完成該任務(wù)的一種方法可包括包含例 如尺寸小于lOOnm，或者約2nm 約20nm的納米顆粒。納米顆粒可以引入到基體中或者作 為單獨(dú)的涂層加入。磁性、超磁性和/或順磁性材料可作為在一層或多層中的離散相引入， 所述一層或多層由另一陶瓷層(即，多層復(fù)合型結(jié)構(gòu))和/或聚合物層基本上包覆。支撐 劑顆?？砂ㄓ商沾苫w和/或聚合物基本上包覆的磁性和/或順磁性材料的芯。磁性、 超磁性和/或順磁性材料也可起到模板材料的作用，然后其用陶瓷外殼和/或聚合物外殼 包覆。當(dāng)提及陶瓷層和/或陶瓷外殼時(shí)，應(yīng)理解在本文中所述的任何實(shí)施方式中都可使用 任意層或外殼。在本文中所述的專利/專利申請(qǐng)中給出實(shí)例。功能組分可包括位于支撐劑顆粒表面上的順磁性材料。這樣的材料可具有高馳豫率(relaxivity)，從而能夠得到通過核磁共振(NMR)對(duì)質(zhì)子核的加強(qiáng)觀察。順磁化合物可 提高周圍水質(zhì)子自旋的馳豫速率。馳豫率可用于例如改善圖像的對(duì)比度、研究造影劑較好 擴(kuò)散的特定區(qū)域、和進(jìn)行功能性磁共振成像(MRI)。MRI造影劑的馳豫率可取決于復(fù)合體系 (complex)的分子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)。改善水馳豫率的兩種可能方式包括，例如，提高復(fù)合體系 內(nèi)部球體中的水分子數(shù)，和減慢分子旋轉(zhuǎn)相關(guān)時(shí)間。一種典型的松弛劑為例如釓(Gd)，其為 鑭系元素，在其三價(jià)狀態(tài)下是順磁的。NMR的使用可以增強(qiáng)地下地層的斷層特征的成像。功能組分可包括至少一種元素周期表的d區(qū)元素。功能組分可包括例如d區(qū)元素 的金屬微粒、氧化物微粒、或它們的任意組合。功能組分可包括例如至少一種來自元素周期 表的第四周期到第六周期的d區(qū)元素。功能組分可包括，但不限于例如釩、鉻、錳、鐵、鈷、 鎳、鋯、鈮、鉬、銠、鈀、釔、鈧、鉿、鉭、鎢、鉬、或它們的任意組合。支撐劑可包括模板材料，所述模板材料包括例如聚集的熱解碳、導(dǎo)電石墨或它們 的組合。支撐劑本體生胚(green proppant bodies)的燒結(jié)可通過快速燒結(jié)、在惰性或還 原氣氛中燒結(jié)、通過施加電磁輻射的燒結(jié)(例如，微波燒結(jié))、通過支撐劑與外部電磁場之 間的誘導(dǎo)耦合效應(yīng)的燒結(jié)、或這些方法的任意組合進(jìn)行。支撐劑可進(jìn)行快速燒結(jié)。升溫速率可設(shè)置成使陶瓷生胚的外表面在內(nèi)部區(qū)域前 燒結(jié)，由此產(chǎn)生對(duì)氣體遷移不可通透的層，該層阻止了碳質(zhì)材料在支撐劑內(nèi)的熱引發(fā)氧化。 這種快速燒結(jié)的加熱速率可為，例如，約20°C /min 約500°C /min，或者約150°C /min 400°C /min。可使用在這些范圍之上或之下的其它加熱速率。支撐劑可在惰性或還原氣氛中進(jìn)行燒結(jié)。惰性或還原氣氛如氮?dú)?、氦氣、氬氣、?氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等的存在可起到抑制支撐劑的碳質(zhì)組分在升高的溫度下熱氧 化的作用。支撐劑可通過施加外部電磁(EM)場進(jìn)行燒結(jié)，像例如陶瓷材料的微波燒結(jié)中那 樣。單獨(dú)的陶瓷材料可通過施加電磁場進(jìn)行加熱。可發(fā)生碳質(zhì)材料相對(duì)低的溫度升高，這 主要是通過從陶瓷到內(nèi)部的直接熱能傳導(dǎo)而出現(xiàn)的。碳質(zhì)材料可保持低于其自發(fā)熱氧化溫 度的溫度。頻率可為例如約IGHz 約15GHz，或者約1. 5GHz 約8GHz。對(duì)支撐劑生胚施加EM場可導(dǎo)致支撐劑的碳質(zhì)芯的直接加熱。這樣的加熱可局部 化進(jìn)行，并且在不存在自由流動(dòng)氣氛的情況下可導(dǎo)致從支撐劑球的內(nèi)部到外部對(duì)陶瓷材料 的直接加熱。陶瓷粉末顆粒生胚快速固結(jié)為經(jīng)燒結(jié)的不可滲透團(tuán)塊可以防止碳質(zhì)芯的熱引 發(fā)氧化。電磁場頻率可為約IOkHz 約IGHz。支撐劑顆?？砂沾苫w和包含壓電材料的功能組分。壓電材料可基本上分布 在整個(gè)陶瓷基體或聚合物中，或者其可作為在由陶瓷基體和/或聚合物基本上包覆的一層 或多層中的離散相引入支撐劑顆粒。支撐劑顆粒可包含由陶瓷基體和/或聚合物基本上包 覆的壓電材料的芯。壓電材料可包括具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。壓電材料可包括，例如，鈦酸 鉛鋯、鈦酸鋇、鈮酸鉛、槽切割石英單晶、具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的任意摻雜的鈦酸鹽陶瓷 材料、或它們的任意組合。支撐劑顆?？蛇M(jìn)一步包括天線型器件(antenna type device)。在使用選定頻率 的電磁場對(duì)支撐劑顆粒輻照時(shí)，天線型器件可引發(fā)電流。電流可產(chǎn)生壓電材料的收縮和/ 或膨脹。電磁場的逆轉(zhuǎn)可導(dǎo)致電流方向的逆轉(zhuǎn)，并由此導(dǎo)致壓電材料的收縮和/或膨脹激發(fā)效應(yīng)的逆轉(zhuǎn)。交變電磁場(例如，正弦式、三角式、方波式、脈沖式等)的使用可導(dǎo)致壓電 材料收縮和膨脹的快速逆轉(zhuǎn)。因此，由于這種效應(yīng)，可在支撐劑顆粒和支撐劑充填層中引發(fā) 振動(dòng)。支撐劑充填層振動(dòng)的頻率可與交變電磁場的激發(fā)頻率相關(guān)。振動(dòng)頻率可為例如等于 該激發(fā)頻率。此外，具有不同頻率、振幅、相角和/或波形形狀的多種電磁波形可彼此疊加 以形成復(fù)合波形。通過這種復(fù)合波形帶來的壓電激發(fā)將產(chǎn)生壓電相響應(yīng)波譜，并由此產(chǎn)生 由可位于井筒或探邊井中斷層之上的表面上的設(shè)備檢測到的信號(hào)波譜。這種復(fù)合信號(hào)波譜 可通過使用多種數(shù)學(xué)換算技術(shù)中的任意一個(gè)進(jìn)行去卷積以得到來自支撐劑充填層的特性 信息。通過這種分析得到的特性信息可包括深度、軌跡、傾斜角、和/或偏差等，基本上可得 到支撐劑充填層的三維圖像。天線型器件可原位制造，例如通過金屬氧化物顆粒還原到相應(yīng)的金屬(例如，氧 化鎳還原為鎳、氧化銅還原為銅等)。金屬氧化物纖維也可用作金屬天線的前體，該前體在 制造期間也被還原為相應(yīng)的金屬。天線型器件的長度可取決于電磁場的波長，并且典型地 可為電磁波長的任意整數(shù)倍。電磁波長的分?jǐn)?shù)倍也是允許的(例如1/4、1/2、1/8、1/16等)。天線型器件的一端可電耦合到支撐劑顆粒的壓電相，其中天線型器件位于使得該 天線型器件沿大致向外的方向發(fā)射。也可在結(jié)構(gòu)中采用多個(gè)天線型器件，其中各個(gè)天線型 器件耦合到壓電相并沿大致向外的方向發(fā)射。天線型器件在用選定頻率的電磁輻射進(jìn)行輻照時(shí)可引發(fā)電流，所述選定頻率為 例如約50Hz 約1200GHz、或約300MHz 約1200GHz、或約300GHz 約600GHz、或約 500GHz 1000GHz。支撐劑顆?？砂沾苫w和包含陰極發(fā)光材料的功能組分。陰極發(fā)光材料可基 本上分布在整個(gè)陶瓷基體中，或者其可作為在由陶瓷基體和/或其它材料如聚合物層基本 上包覆的至少一層或多層中的離散層引入支撐劑顆粒。支撐劑顆粒還可包括由陶瓷基體和 /或聚合物基本上包覆的陰極發(fā)光材料的芯。當(dāng)使用能量源輻照，例如使用電磁輻射輻照支撐劑顆粒時(shí)，陰極發(fā)光材料可發(fā)射 光子?？赏ㄟ^原位產(chǎn)生電子進(jìn)行陰極發(fā)光材料的激發(fā)方法。這可通過使用電磁輻射以引發(fā) 在支撐劑的一種相中形成電子/空穴對(duì)來實(shí)現(xiàn)，例如在各種基于硅和鍺系列的摻雜的半導(dǎo) 體材料中就是這樣。陰極發(fā)光材料可包括，例如，磷光體(phosphor)、釔鐵石榴石、錳摻雜的 硅酸鋁鎂玻璃、或它們的任意組合。只要誘導(dǎo)光子發(fā)射的能量/頻率使陶瓷材料對(duì)于引發(fā) 的光子能量而言是透明的，發(fā)射的光子就可以通過陶瓷基體。支撐劑顆?？蛇M(jìn)一步包括天線型器件。在使用電磁輻射對(duì)支撐劑顆粒進(jìn)行輻照 時(shí)，天線型器件可引發(fā)電子流動(dòng)。電子流動(dòng)可激發(fā)陰極發(fā)光材料以引發(fā)光子發(fā)射。天線型 器件可包括，例如，任意如上所述的天線型器件。光子的頻率和/或能量可取決于陰極發(fā)光材料的特性。光子的頻率和/或能量可 以使得周圍地層和地層表土對(duì)于光子是有效透明的，并且為光子從地下位置到表面位置的 行進(jìn)提供低阻抗通道。支撐劑顆粒可包含陶瓷基體，和包含碳納米管、碳納米顆粒或它們的組合的功能 組分。碳納米管和/或碳納米顆?？苫旧戏稚⒃谡麄€(gè)陶瓷基體中，和/或其作為由陶瓷基 體和/或聚合物基本上包覆的一層或多層中的離散相引入。支撐劑顆?？砂?，例如，由碳 納米管基本上涂布，并且還由陶瓷基體和/或聚合物基本上包覆的二氧化硅芯。支撐劑顆粒還可包括，例如，由陶瓷基體和/或聚合物基本上包覆的碳納米管和/或碳納米顆粒芯。碳納米管可包括，但不限于，例如，單壁納米管、多壁納米管、扶手椅式納米管、鋸 齒形納米管、螺旋狀納米管、單壁納米管束、多壁納米管束、或它們的任意組合。碳納米顆粒 可包括，但不限于，例如，球、分層球(Iayeredsphere)、小片(platelet)、晶粒、聚集球、板、 棒、單六面體、或它們的任意組合。在使用電磁輻射輻照支撐劑顆粒時(shí)，功能組分可吸收部分電磁輻射。電磁輻射可 具有，例如，約0. 25毫米(mm) 約1米(m)，約Imm 約500mm，或者約IOmm 約IOOmm的波長。支撐劑顆粒可包括具有碳納米管陣列的天線型器件。碳納米管陣列可提供電場的 屏蔽。而且，碳納米管陣列可為微波輻射的強(qiáng)吸收體。支撐劑顆?？赏ㄟ^微波輻射的吸收 進(jìn)行檢測。玻璃-陶瓷法可用于將玻璃質(zhì)材料(例如，在其玻璃質(zhì)相下具有差的機(jī)械強(qiáng)度性 質(zhì))燒結(jié)為接近完全密度或完全密度(例如，90%或更高、95%或更高，如90% 100%、 95% 99% )，隨后進(jìn)行結(jié)晶或脫玻璃化以進(jìn)一步增強(qiáng)其機(jī)械和/或熱材料性質(zhì)。進(jìn)一步 包含各種量的氧化鐵，例如約1重量％ 約25重量％的氧化鐵的玻璃-陶瓷組合物可以是 高度耐腐蝕和耐磨損的。在玻璃-陶瓷中，高含量的鐵可導(dǎo)致磁鐵礦的不混溶相從母體玻 璃中結(jié)晶出。這種玻璃-陶瓷法可用于在母體玻璃材料中制造磁鐵礦。在本發(fā)明的一個(gè)方 面中，可通過將足夠的氧化鐵引入玻璃如硅酸鋁玻璃中來利用這種玻璃-陶瓷法的優(yōu)點(diǎn)， 從而在對(duì)燒結(jié)和結(jié)晶母體玻璃所必需的正常加工和加熱循環(huán)中形成不混溶液體，然后該不 混溶液體沉淀為磁鐵礦相。可作為另一種選擇地或者附加地使用其它金屬或其氧化物，特 別是順磁性金屬或其氧化物。實(shí)例包括，但不限于Fe、Ni、Co、Mn、Sm、Ce、Nd、Pr或它們的 氧化物、或它們的合金、或它們的任何組合。支撐劑顆粒可包含玻璃-陶瓷基體和至少包含氧化鐵的功能組分。功能組分可分 布在整個(gè)玻璃-陶瓷基體中，和/或其可作為離散相引入支撐劑顆粒。功能組分可作為在 由玻璃-陶瓷基體層基本上包覆(例如，超過75%的表面積被涂布)或完全包覆的至少一 層中的離散相引入支撐劑顆粒。玻璃-陶瓷基體可包括，但不限于，例如，鋁硅酸鹽玻璃、 鈉-鋁硅酸鹽玻璃、鋰-鋁硅酸鹽玻璃、鎂-鋁硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、熔融二氧化硅玻 璃等、或它們的任意組合。其它實(shí)例包括，但不限于，鈣-鋁硅酸鹽玻璃、鋇-鋁硅酸鹽玻璃、 鍶-鋁硅酸鹽玻璃、硅酸鋯玻璃、鋯-鋁硅酸鹽玻璃、MACOR玻璃、或它們的任意組合。玻璃 如鋁硅酸鹽玻璃可包括其它堿金屬或堿土金屬組分如碳酸鈉、氧化鉀、氧化鎂、鈣和/或其 它改性劑如二氧化鈦、氧化鋅等、或它們的任意組合?？砂ㄉ鲜龈男詣┮岳缈刂颇阁w玻 璃的結(jié)晶。氧化鐵可包括，例如，磁鐵礦、氧化亞鐵、三氧化二鐵、和/或它們的任意組合。氧 化鐵(和/或其它金屬或金屬氧化物)在支撐劑顆粒中的存在量例如為支撐劑顆粒的約1 重量％ 約40重量％或更高、約10重量％ 約30重量％、約12重量％ 約25重量％、或 約15重量％ 約20重量％。這些范圍也適用于可在本發(fā)明中使用的其它金屬或其氧化物。支撐劑顆粒可包括或者進(jìn)一步包括微粒材料，例如，具有附加玻璃-陶瓷材料的 顆粒和/或磁鐵礦的微粒相。玻璃-陶瓷基體可與微粒材料結(jié)合以形成玻璃質(zhì)復(fù)合材料， 其可燒結(jié)為所需的密度，然后進(jìn)行附加熱處理以結(jié)晶出玻璃質(zhì)相?？筛鶕?jù)支撐劑顆粒所需的性質(zhì)選擇微粒材料。例如，在需要高于玻璃-陶瓷成分提供的量的提高量的磁鐵礦的復(fù) 合材料中，磁鐵礦可為微粒材料的選擇。如果希望具有較高強(qiáng)度的機(jī)械性質(zhì)或其它機(jī)械性 質(zhì)，例如可使用與玻璃-陶瓷基體一起使用的其它較強(qiáng)的鋁硅酸鹽微粒。附加的玻璃-陶 瓷微?？蔀榕c玻璃-陶瓷基體相同的材料，或者其可為不同的材料?？筛鶕?jù)支撐劑顆粒所 需的性質(zhì)改變微粒材料的量。玻璃-陶瓷微粒材料可以整個(gè)材料的例如約5重量％ 95 重量％，例如15重量％ 80重量％，或者20重量％ 60重量％的量存在。微粒磁鐵礦可 以例如支撐劑顆粒的約1重量％ 約40重量％或更高，約10重量％ 約30重量％，約12 重量％ 約25重量％，或約15重量％ 約20重量％的量存在。支撐劑顆?？僧a(chǎn)生熱。在使用電磁輻射輻照支撐劑顆粒時(shí)，功能組分可吸收部分 電磁輻射并且可產(chǎn)生熱。當(dāng)將支撐劑顆粒填充到斷層中并存留在斷層中時(shí)，支撐劑顆?？?原位進(jìn)行加熱。產(chǎn)生的熱可例如用于使用于輸送支撐劑的載體流體降解，和/或減小地層 中重質(zhì)原油的粘度?？赏ㄟ^用熱電偶、溫度計(jì)、熱敏電阻、鉬電阻器、電阻熱設(shè)備(“RTD”)、紅外設(shè)備等 的陣列確定井筒附近的熱梯度異常來測量受支撐斷層的寬度和高度。可例如使用紅外熱成像設(shè)備從探邊井筒孔、井筒和地表檢測受支撐斷層的長度、 寬度和高度。所述設(shè)備包括電荷耦合器件("CCD")、熱輻射計(jì)、和由以下設(shè)備組成的光 子檢測器砷化銦鎵(InGaAs)光電二極管、鍺光電二極管、硫化鉛0 光電導(dǎo)檢測器、硒 化鉛(PbSe)光電導(dǎo)檢測器、砷化銦(InAs)光伏檢測器、硅化鉬(PtSi)光伏檢測器、銻化銦 (InSb)光電導(dǎo)檢測器、銻化銦(InSb)光電二極管檢測器、碲化汞鎘(MCT，HgCdTe)光電導(dǎo) 檢測器、碲化汞鋅(MZT，HgZnTe)光電導(dǎo)檢測器、五氧化釩微輻射熱計(jì)、超導(dǎo)紅外檢測器等。支撐劑顆?？砂w和包含反應(yīng)性化合物的功能組分。反應(yīng)性化合物可包含例 如酸、堿、釋放能量(熱能、聲能等)的化合物例如爆炸物、或它們的任意組合。反應(yīng)性化 合物可基本上分布在整個(gè)陶瓷基體中，和/或作為在由陶瓷基體和/或聚合物基本上包覆 的一層或多層中的離散相引入支撐劑顆粒。支撐劑顆粒可包含由陶瓷基體和/或聚合物 基本包覆的反應(yīng)性化合物芯。爆炸物可為可塑型爆炸物或聚合物型爆炸物例如KNAUERIT、 SEMTEX, PENO, PE4, Sprengkorper, C3、C4、PWM, NITROLIT、PW-5A、TVAREX 4A、PLASTITE, PBX、DEMEX、PP-Ol等。爆炸物可基本上由用于節(jié)慶煙花的材料例如黑火藥、無煙火藥等組 成。反應(yīng)相可為增強(qiáng)載體流體的分解和降解的物質(zhì)。這種反應(yīng)相可與爆炸性材料混 合，或者其可為相同顆粒的單獨(dú)層。在引爆支撐劑顆粒中所含的爆炸性裝料時(shí)，反應(yīng)相可通 過流體分散，并由此增強(qiáng)載體流體的分解和降解。支撐劑顆?？蔀檫@樣的材料，該材料在經(jīng)受等壓或靜水力負(fù)載、或力時(shí)呈現(xiàn)高強(qiáng) 度，但是在經(jīng)受單軸負(fù)載或力時(shí)可能災(zāi)難性地失效。當(dāng)受到單軸負(fù)載時(shí)，可使支撐劑顆粒彈 性變形，并且支撐劑顆粒內(nèi)的應(yīng)變能將增加直至達(dá)到顆粒的臨界應(yīng)變能。在達(dá)到臨界應(yīng)變 能值時(shí)，顆粒將災(zāi)難性地失效，并且應(yīng)變能的釋放將產(chǎn)生短暫的能量脈沖，其自身作為聲波 或聲音脈沖顯示。這種聲音脈沖可通過之前所述的方法檢測。在減小壓裂壓力并因此閉合支撐劑充填層上的斷層壁時(shí)，可立即釋放支撐劑顆粒 的功能組分的反應(yīng)性?；蛘撸蝿╊w?？赏坎加羞@樣的物質(zhì)，該物質(zhì)容許延緩釋放支撐劑 的反應(yīng)性或功能性組分一段時(shí)間以容許與斷層閉合有關(guān)的“大地噪音(earth noise)”耗散。所述時(shí)間可為12 96小時(shí)或者更長。同樣地，可通過其它方法延遲支撐劑顆粒的災(zāi) 難性失效的定時(shí)延遲。在支撐劑顆粒收到信號(hào)時(shí)可從支撐劑顆粒中釋放反應(yīng)性化合物。該信號(hào)可包括， 例如，聲音信號(hào)、微波或其它電磁輻射。支撐劑顆粒可吸收反應(yīng)性化合物，儲(chǔ)存該反應(yīng)性化 合物，從而基本上不釋放反應(yīng)性化合物，然后當(dāng)收到信號(hào)時(shí)釋放反應(yīng)性化合物。所述反應(yīng) 性化合物可包括，例如，可蝕刻地下斷層的巖石的酸。被蝕刻的巖石可具有增強(qiáng)的導(dǎo)電性。 可使用通過振蕩器在其共振點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的換能器、產(chǎn)生例如通過氣槍產(chǎn)生的縱向波前的高能脈 沖、可控震源裝置(Vibroseis Unit)、和/或產(chǎn)生具有高比能波包的少量爆炸性裝料來產(chǎn) 生聲音信號(hào)。用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀，或者支撐劑在壓裂地層中的布置，或者支 撐劑充填層在壓裂地層中隨時(shí)間遷移的方法可包括將支撐劑注射(或者引入)到斷層中， 其中所述支撐劑包含一種或多種功能組分。可追蹤或探測斷層中的支撐劑，由此確定該斷 層的特性(即，高度、寬度、深度和/或軌跡)。所述方法可進(jìn)一步包括在足夠高的壓力下將 壓裂液注入井中，以使該壓裂液開啟或擴(kuò)展與井連通的地質(zhì)地層中的斷層，并且使該壓裂 液從井流到斷層中。壓裂液可包括包含陶瓷基體和功能組分的支撐劑顆粒。所述陶瓷基體 可通過其優(yōu)異的熱性質(zhì)和環(huán)境性質(zhì)起到保護(hù)功能組分的作用，從而減輕和/或減少井下環(huán) 境的任何不利影響。用于檢測支撐劑充填層和用于確定斷層特性的檢測方法可包括，例如，遙感技術(shù) 如航空地磁儀勘測、磁異常勘察、大地電阻率勘察、地面穿透雷達(dá)勘察、核磁共振成像等。也 可利用本文中所述的其它方法。所述方法可空間地和時(shí)間分辨地確定支撐劑充填層的幾何 形狀，因此，支撐劑充填層生長的實(shí)時(shí)測量是可行的。如傾斜計(jì)、傾角測量儀、加速度計(jì)、地 音儀、地磁儀、SQUID、共振麥克風(fēng)、脈沖中子源、放射性示蹤器、伽馬射線檢測器、大地電阻 率電極組件、脈沖中子衰變強(qiáng)度計(jì)、重力儀等的儀器可用于檢測和表征地層斷層和支撐劑 充填層位置。這些工具可置于斷層區(qū)上的地表上，在選定深度的井筒中和/或與原始井筒 相鄰的探邊井中。在完成探邊井之后可收集數(shù)據(jù)，或者可在鉆探探邊井期間通過將檢測儀 器結(jié)合到下井儀器串(tool string)中來收集數(shù)據(jù)。中子活化發(fā)射可用于確定斷層幾何形狀。用中子源輻照材料可用于使該材料中的 一些元素轉(zhuǎn)變?yōu)榉派湫酝凰?。在衰變時(shí)，這些放射性同位素以例如α輻射、β輻射和/ 或Y輻射或它們的組合的形式發(fā)射特性輻射?？赏ㄟ^許多檢測器配置或系統(tǒng)中的任何一 種檢測所述輻射。由于Y輻射相對(duì)高的能量和對(duì)大部分材料的高穿透深度而可檢測Y輻 射。通過仔細(xì)地選擇包含在支撐劑中的標(biāo)記元素，可對(duì)引發(fā)的Y輻射的產(chǎn)生進(jìn)行優(yōu)化。例 如，可將鈷(raCo)結(jié)合到支撐劑結(jié)構(gòu)和/或支撐劑涂層中。在使用中子源輻照時(shí)，59Co可吸 收入射的中子并轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)的同位素6°mCo。這種形式的鈷6tlmCo衰變?yōu)?°Co，并自發(fā)釋放 Y射線。6tlCo同位素通過發(fā)射β粒子衰變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)的6tlmNi。60mNi同位素經(jīng)歷Y射線的 自發(fā)發(fā)射而形成穩(wěn)定的6tlNi同位素。6tlmCo到6tlNi的衰變通過兩次、射線和β粒子的發(fā) 射進(jìn)行并具有5. 27年的半衰期。對(duì)任何或所有這些輻射類型和事件的檢測可用于確定斷 層幾何形狀?？墒褂玫闹凶踊罨纯砂ǚ磻?yīng)器、聚變器(fusor)(例如，F(xiàn)arnsworth-Hirsch 聚變器)、發(fā)射中子的放射性同位素源(例如，錒系元素如锎)、在氣體放電管中與鈹混合以通過1t+n反應(yīng)或D-T聚變反應(yīng)產(chǎn)生中子的α粒子源(例如，鐳或镅)。用于被發(fā)射Y射 線光子的檢測器可包括氣體電離檢測器(例如，蓋革-苗勒管)、閃爍檢測器(例如，碘化鈉 晶體)或半導(dǎo)體檢測器(例如，SiLi或GeLi)?？墒褂煤兄凶踊罨派湫酝凰氐牧黧w來確定斷層幾何形狀?？墒褂美缤ㄟ^ 中子捕獲活化的元素“標(biāo)記”的流體。在示例性實(shí)施方式中，可將可溶性raCo鹽加入支撐劑 流體并且在泵入井筒之前活化。在流體從斷層區(qū)倒流時(shí)，可測量該流體的放射性并確定活 性。例如，考慮到已知的井筒倒流速率可確定計(jì)算的流體體積，以及由此斷層的尺寸。除了 使用59Co之外，可使用入射中子活化壓裂液的一種或多種成分。例如，可通過入射中子的吸 收將鉀的穩(wěn)定同位素1轉(zhuǎn)化為4°Κ。同位素4tlK衰變?yōu)?°Ca并放射β粒子，該放射可通過 許多檢測器類型，例如本文中所述檢測器類型中的任意一種檢測。地音儀可包括單個(gè)傳感元件的組件，或者它們可含有多個(gè)傳感元件。在多個(gè)傳感 元件的情況下，將三個(gè)或更多個(gè)元件以正交方向排列。以三個(gè)正交方向的傳感元件排列容 許地音儀檢測壓縮震波和剪切震波。也可以確定波傳播的方向。也可將附加的敏感元件加 入地音儀，在這種情況下附加的敏感元件排列在與正交軸呈45度的方向。其它角度也是可 行的。通過附加換能器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可計(jì)算與信號(hào)源有關(guān)的正交源向量。重力場擾動(dòng)可用于確定斷層幾何形狀。地表安裝的加速度計(jì)陣列可分布在圍繞井 筒的鄰近區(qū)域。可從單個(gè)加速度計(jì)換能器收集重力場的初始讀數(shù)以生成所研究區(qū)域的重力 圖。在壓裂和支撐劑布置操作期間可進(jìn)行從各個(gè)換能器收集重力場強(qiáng)度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。根據(jù) 加速度計(jì)的初始讀數(shù)和最終讀數(shù)的差別，可計(jì)算重力場的擾動(dòng)，并且可推算有關(guān)斷層長度、 斷層軌跡方位角和傾角、以及支撐劑充填層的支撐尺寸的信息。用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法可包括將支撐劑注入斷層中，其中所 述支撐劑包含磁性和/或順磁性材料。可使用井套管(well casing)作為“天線”實(shí)現(xiàn)利 用低頻率或直流電(DC)磁場對(duì)支撐劑的檢測。支撐劑區(qū)可具有顯著的磁導(dǎo)率和通道磁通 量，并且改變遠(yuǎn)場磁場形狀和井筒周圍的磁場大小?？墒褂肧QUID地磁儀掃描磁場，或者可 使用其它設(shè)備來感應(yīng)由于磁性支撐劑引起的磁場擾動(dòng)。初始場強(qiáng)度和最終場強(qiáng)度的對(duì)比可 用于確定支撐劑的位置。對(duì)于橫向井眼來說，可使用裸眼(open hole)或非磁性套管。用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法可包括將支撐劑注射到所述斷層 中，其中所述支撐劑包含元素周期表的d區(qū)元素。所述d區(qū)元素可例如被陶瓷基體或其它 基體包覆，或者引入到陶瓷基體或其它基體中。所述方法還可包括將檢測器提供在測量由地質(zhì)地層產(chǎn)生的磁場的位置，測量由該 地質(zhì)地層產(chǎn)生的磁場，和由測得的磁場確定所述斷層的幾何形狀。所述檢測器可包括，例 如，地磁儀、航空地磁儀、或超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)。所述方法可包括將一個(gè)或多個(gè)電極提供在測量地質(zhì)地層的電阻的位置，測量地質(zhì) 地層的電阻；和由測得的電阻確定所述斷層的幾何形狀。通過使電流通過大地中的一對(duì)電極并測量第二對(duì)電極之間的電壓來測量地下材 料的電阻率。結(jié)果是“表觀”電阻率，其為代表在一定體積土地上的的加權(quán)平均電阻率的值。 這種測量中的變化是通過土壤、巖石和孔流體電阻率的變化導(dǎo)致的。勘察需要與地面接觸， 所以它們可為勞動(dòng)密集型的。有時(shí)候直接解釋結(jié)果，但是更常見的是使用轉(zhuǎn)化過程估算1D、 2D或3D模型。當(dāng)進(jìn)行勘測以得到ID模型時(shí)，其稱作回波探測。使用剖面圖建立大地的2D模型。多重線或者更復(fù)雜的電極布置用于得到3D圖像詮釋。用于該目的的電極為簡單的 金屬導(dǎo)體，將其以選定間隔推入大地中的選定位置達(dá)到預(yù)定的深度。如果包括適當(dāng)?shù)脑O(shè)備 時(shí)，感生極化(或IP)是可與DC電阻率的測量同時(shí)進(jìn)行的第二種測量。IP測量對(duì)應(yīng)于地下 材料保留電荷的電容的變化。這種物理性質(zhì)是指荷電率。當(dāng)?shù)叵滤虻叵铝黧w含有鹽、烴 類或其它材料如支撐劑時(shí)可檢測荷電率的變化。所述方法可包括提供地面穿透雷達(dá)檢測器在將電磁信號(hào)輻射到地質(zhì)地層中并檢 測從地質(zhì)地層反射的電磁信號(hào)的位置；將電磁信號(hào)輻射到地質(zhì)地層中；測量反射的電磁信 號(hào)；和由反射的電磁信號(hào)確定斷層的幾何形狀。所述方法可進(jìn)一步包括在足夠高的壓力下將壓裂液注射到井中以容許該壓裂液 引發(fā)或擴(kuò)展與該井連通的地質(zhì)地層中的斷層，并且從該井流到斷層中。所述壓裂液可包括 包含陶瓷基體和元素周期表的d區(qū)元素的支撐劑顆粒。用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法可包括將支撐劑注射到斷層中，其 中所述支撐劑包含壓電材料和天線型器件。可以用足以在天線型器件中產(chǎn)生電流的電磁場 輻照地質(zhì)地層。然后，電流可激發(fā)壓電材料產(chǎn)生壓電材料的收縮或膨脹效應(yīng)。電磁場的逆 轉(zhuǎn)可導(dǎo)致電流方向的逆轉(zhuǎn)，因此產(chǎn)生收縮/膨脹效應(yīng)的逆轉(zhuǎn)。交變電磁場可提供壓電材料 收縮/膨脹的快速逆轉(zhuǎn)，由此引發(fā)支撐劑和/或支撐劑充填層中的振動(dòng)?？墒褂米阋砸l(fā) 壓電材料的振動(dòng)的交變電磁場輻照地質(zhì)地層。可提供檢測器在測量地質(zhì)地層中的振動(dòng)的位 置。檢測器可測量振動(dòng)的頻率并由測得的振動(dòng)確定斷層的幾何形狀。檢測器可包括，例如， 加速度計(jì)、或地音儀。交變電磁輻射可具有如正弦式、三角式、方波形式、脈沖或它們的任何 組合的頻率。因此，壓電材料的振動(dòng)可具有與交變電磁輻射頻率相關(guān)的振動(dòng)頻率。該振動(dòng) 頻率可例如等于電磁輻射頻率。壓電晶體可具有，例如，涂布有兩個(gè)或更多個(gè)電極，然后與導(dǎo)電支撐劑混合。所述 導(dǎo)電支撐劑可包括，例如，金屬支撐劑、金屬涂布的支撐劑、導(dǎo)電聚合物涂布的支撐劑、導(dǎo)電 金屬氧化物支撐劑等、和它們的組合。壓電晶體的濃度可為0. 001體積％ 99體積％，例 如，0. 01體積％ 10體積％，或者0. 1體積％ 5體積％，基于壓電晶體和導(dǎo)電支撐劑混合 物的總體積。所述混合物可在壓力下注入到斷層中。隨著將混合物泵送到斷層中，并且斷 層內(nèi)的壓力增加，壓電晶體被擠壓并且產(chǎn)生可通過導(dǎo)電支撐劑測量的電位。電位的測量可 通過測量流過該混合物的電流進(jìn)行，或者通過測量電位進(jìn)行。使用信號(hào)處理，可確定壓電晶 體，并由此確定混合物的位置。而且，也可測量施加在混合物中壓電晶體上的壓力量。壓電可用于確定斷層幾何形狀，并且可通過使用原子力顯微鏡(AFM)測量材 料的振幅來測量。如上所述和在 IEEE Standard on PiezoelectricityANSI/IEEE Std 176-1987(New York :The Institute of Electrical and ElectronicsEngineers, 1987) (其全部內(nèi)容通過引用納入本申請(qǐng))中示例的阻抗測量是用于研究晶體壓電性質(zhì)的最常規(guī) 的方式。如果施加給材料的激發(fā)信號(hào)的頻率等于材料的共振頻率，則可以使振動(dòng)晶體產(chǎn)生 的AC電壓達(dá)到其最大值。如本文中所述，利用阻抗測量和阻抗譜概念的用于壓電測量的電極設(shè)計(jì)可取決于 地下斷層特征。通過井筒或者通過預(yù)測斷層幾何形狀的各種位置實(shí)施的電極可用于完成這 種測量所述方法可進(jìn)一步包括測量誘導(dǎo)振動(dòng)的飛行時(shí)間。這種測量可用于，例如，確定斷層的深度。所述方法還可進(jìn)一步包括在足夠高的壓力下將壓裂液注射到井中以容許該壓裂 液引發(fā)或擴(kuò)展與該井連通的地質(zhì)地層中的斷層，并且從該井流到斷層中，其中所述壓裂液 包括包含陶瓷基體、天線型器件和壓電材料的支撐劑顆粒。支撐劑的功能性方面可以是由于陰極發(fā)光材料的光子發(fā)射引起的光致發(fā)光造成 的。用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法可包括提供檢測器在測量由地質(zhì)地層發(fā)射 的光子的位置；將支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包括陰極發(fā)光材料；使用足以引 發(fā)所述陰極發(fā)光材料發(fā)射光子的能量源來輻照支撐劑；測量由地質(zhì)地層發(fā)射的光子；和由 測得的光子確定所述斷層的幾何形狀。所述能量源可包括，例如，電磁輻射。電子/空穴對(duì)可被引發(fā)以在支撐劑的一個(gè)相中形成并且原位產(chǎn)生電子。電子可進(jìn) 一步引發(fā)陰極發(fā)光材料發(fā)射光子。支撐劑還可包括將電磁輻射轉(zhuǎn)化為電子流的接收天線。 然后，電子可引發(fā)陰極發(fā)光材料發(fā)射光子。光子的頻率(或能量)取決于用于生成它們的陰極發(fā)光材料。通過考慮周圍的地 層，可選擇光子頻率(或能量)，使得周圍地層和地表土對(duì)于光子是有效透明的并且為光子 從地下位置到地面位置的行進(jìn)提供低的阻抗通道。功能性支撐劑的電阻抗的測量可用于確定地下斷層的幾何形狀。所述方法可包括 當(dāng)在電路的兩個(gè)或更多個(gè)末端施加電壓時(shí)測量電路抵抗電流流動(dòng)的程度。阻抗可以用歐姆 (Ohms)表示，作為在一對(duì)末端施加的電壓與這些末端之間的電流之比。在直流(DC)電路 中，阻抗對(duì)應(yīng)于電阻。在交流(AC)電路中，阻抗與電阻、電感和電容相關(guān)。電感器和電容器 建立對(duì)抗電流流動(dòng)的電壓。電感產(chǎn)生的電抗與交流電的頻率成正比，而電容產(chǎn)生的電抗與 所述頻率成反比。這種對(duì)抗(稱作電抗)可以與電阻組合以確定阻抗，并且在各種頻率下 使用交流電的阻抗測量可用于確定回路幾何形狀的特性特征。地下斷層中的填充支撐劑可視作連續(xù)電路，其中單個(gè)支撐劑彼此接觸。取決于支 撐劑材料和支撐劑涂層中如存在的添加劑，所述支撐劑可以是有電阻的、導(dǎo)電的或者半導(dǎo) 電的。通過對(duì)地下斷層中支撐劑充填層的電阻抗進(jìn)行測量和建模，可確定地下斷層的幾何 形狀。利用阻抗譜概念進(jìn)行阻抗測量的電極設(shè)計(jì)可取決于被支撐的特定地下斷層。所述 電極可通過井筒設(shè)置，或者通過預(yù)測的斷層幾何形狀的各個(gè)位置設(shè)置。如本文中其他部分 所述，可成功地利用電阻率和電阻抗來一起確定斷層幾何形狀。檢測器可包括光電倍增管的2D陣列、光電檢測器的2D陣列或它們的組合。光電 倍增管和/或光電檢測器的陣列可例如布置在斷層區(qū)以上的地表上。光電倍增管和/或光 電檢測器的2D陣列可檢測和擴(kuò)增(multiply)來自地下位置的光子發(fā)射，由此可以“測繪” 斷層幾何形狀?？蓪z測器送到井下以測量和/或記錄由附近井筒位置發(fā)射的光子，由此 可以測繪斷層高度和寬度。井下檢測器可包括，例如，光電倍增管的陣列、光電檢測器的陣 列、攝影膠片、CCD器件、或它們的任意組合。用于加熱地質(zhì)地層中斷層的支撐劑充填層的方法可包括將支撐劑注射到斷層中， 其中所述支撐劑包括碳納米管、碳納米顆?；蛩鼈兊慕M合。然后使用足以引發(fā)支撐劑產(chǎn)生 熱的電磁輻射輻照斷層中的支撐劑。所述電磁輻射可具有微波到無線電波范圍內(nèi)的波長， 例如，約1毫米(mm) 約300米(m)，約IOmm 約300mm，或約100mm。
支撐劑產(chǎn)生的熱可用于例如使用于將支撐劑輸送到斷層中的載體流體降解。如果 載體流體中的凝膠被破壞，則可降低載體流體的粘度。然后，凝膠可通過倒流回井筒有效地 從斷層區(qū)除去。支撐劑產(chǎn)生的熱量也可用于例如降低斷層中存在的原油的粘度，并由此增 強(qiáng)從地層中收取烴類的速率。用于蝕刻地質(zhì)地層中斷層的巖石的方法可包括將支撐劑注射到斷層中，其中所 述支撐劑包含陶瓷基體和化學(xué)品；產(chǎn)生信號(hào)以從支撐劑中釋放該化學(xué)品；和使釋放的化學(xué) 品與巖石接觸。所述信號(hào)可為例如聲音信號(hào)，并且可通過例如聲音信號(hào)源提供。所述化學(xué) 品可包括例如酸。所述酸可蝕刻斷層中存在的巖石并由此增強(qiáng)地層的電導(dǎo)率。作為本發(fā)明的另一實(shí)例，所述支撐劑可包括涂布有聚合物或陶瓷材料的爆炸性材 料。當(dāng)將支撐劑注射到斷層中時(shí)，壓力、溫度或通過涂層的化學(xué)浸取(例如酸)可引爆嵌入 在支撐劑中的爆炸物，從而產(chǎn)生可被檢測的聲音信號(hào)或微地震事件，例如特征性的聲音信 號(hào)或微地震波。所述聲音信號(hào)可被安裝在地面上的地音儀或者其它檢測設(shè)備如檢測聲波或 微地震事件信號(hào)的傾斜儀捕獲。含有支撐劑的爆炸物可與不用于檢測但用于支撐的常規(guī)或 普通的支撐劑組合使用。含有支撐劑的爆炸物可與任意量的常規(guī)或普通的支撐劑一起以任 何量存在，例如，基于存在的支撐劑的總重量的約0. 1重量％ 5重量％或更多，或者1重 量％ 5重量％，優(yōu)選小于2重量％的濃度。引發(fā)振動(dòng)的聲音信號(hào)的使用可與其它檢測方法耦合，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)?？墒褂?反射信號(hào)以產(chǎn)生聲波來實(shí)現(xiàn)長度、寬度和高度的檢測?？墒褂锰沾蓳Q能器/壓電元件?？?使用陶瓷麥克風(fēng)測量返回的信號(hào)。中空支撐劑可將信號(hào)最大化。中空結(jié)構(gòu)的使用將在適當(dāng) 的頻率下起到共振腔的作用。這將導(dǎo)致更多的波前能量被吸收而不是反射回聲波發(fā)射器。 因此，了解中空支撐劑在多種選定頻率下的吸收系數(shù)，可以通過飛行時(shí)間型實(shí)驗(yàn)確定支撐 劑床的長度。具有比周圍地層高的吸收系數(shù)的中空支撐劑將帶來描繪地下地層中的支撐劑 床邊界的能力?？墒褂贸暡z測沉淀到水力壓裂中的支撐劑?？蓪⒊晸Q能器置于井筒中并可 使其通過附近地質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超聲聲波。至少存在兩種可檢測的超聲模式，反射超聲和透射超聲。對(duì)于使用反射超聲的檢測，可將接收器與換能器整合。聲波可通過地質(zhì)結(jié)構(gòu)傳送 直至其碰撞到材料密度急劇改變的斷層表面，例如，從支撐劑充填層到巖石表面的變化。然 后，特定超聲波反射回到來源?；诔暡ǖ南嘧兓?，可估算超聲來源與反射表面之間的距 離，并且可定位支撐劑和/或斷層表面的位置。當(dāng)利用透射模式時(shí)，超聲傳播通過斷層并且斷層的性質(zhì)改變了超聲波。置于不同 于產(chǎn)生超聲處的井筒或井眼中的檢測器可用于檢測透射的、經(jīng)改變的超聲波?？墒褂贸?波通路(pattway)解釋來自檢測器的信息并且可確定支撐劑的位置。光學(xué)纖維可用于檢測井筒或井筒附近的溫度和壓力。纖維包層分級(jí)技術(shù) (fiber-clad grading technique)可用于使光學(xué)纖維能夠作為換能器操作。當(dāng)與合適的換 能器組合時(shí)，可將光學(xué)信號(hào)輸送到大地表面，并且可使用內(nèi)窺鏡檢查法來測量光學(xué)信號(hào)。或 者，可使用頂分光鏡來測量光學(xué)信號(hào)。支撐劑可具有量子點(diǎn)(QD)的層或芯(例如，其可為約Inm 50歷，例如Inm IOnm的納米晶體)，所述量子點(diǎn)在本發(fā)明中起到功能組分的作用，并且可通過本文所述的設(shè)備進(jìn)行追蹤、探測或者以其它方式識(shí)別。量子點(diǎn)在現(xiàn)有技術(shù)中是常規(guī)的并且可通過各種 能量源如激光器、LED 等激發(fā)。QD 可包括 CdS、CcKe、CdTe、SiS、a^e、ZnTe、GaAs、GaP、GaAs、 GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs、InP, hSb、AlAs、A1P、AlSb、它們的合金或它們的混合物的芯， 并且任選地用包含 ZnO、ZnS、ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe、MgS、MgSe, GaAs, GaN、GaP, GaAs、GaSb、HgO、HgS、HgSe、HgTe、InAs, InN, InP, hSb、AlAs、A1N、A1P、AlSb、它們的合金 或它們的混合物的外殼材料包覆。QD足夠小以結(jié)合到支撐劑中和/或作為部分層、作為其 自身的層、或者作為部分芯或者其自身的芯結(jié)合到支撐劑上。QD可具有化學(xué)基團(tuán)，所述化學(xué) 基團(tuán)允許它們進(jìn)行反應(yīng)，或者物理或化學(xué)地連接到支撐劑或其一部分上，并且可通過解吸 或其它方式如溶解、反應(yīng)等分離。本發(fā)明還涉及具有功能組分的支撐劑，所述功能組分容許支撐劑反應(yīng)或者改變支 撐劑的載體流體從而使該載體流體為可以在斷層中或井筒中進(jìn)行追蹤、繪制或者以其它方 式探測的物質(zhì)，因而所述載體流體為追蹤或探測機(jī)理。另外，所述支撐劑也可完成本實(shí)施方 式中的這一目的。本實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，由于所述流體為液體，并且與單獨(dú)的支撐劑相比 更好地表示支撐劑和載體流體的位置，因此該流體更好地定義了斷層。載體流體的追蹤與 單獨(dú)的支撐劑相比可更精確地了解斷層、載體流體和支撐劑的位置。例如，支撐劑上的層一 旦與載體流體(例如酸、或堿、或其它反應(yīng)性化學(xué)品或標(biāo)記物)接觸，就可以溶解，然后可通 過本文中所述的一種或多種技術(shù)如雷達(dá)、磁性、SQUID、光能、振動(dòng)能、溫度(升高的溫度或 降低的溫度)探測載體流體。作為進(jìn)一步的實(shí)例，支撐劑可具有在表面上的層，其導(dǎo)致載體 流體中的放熱反應(yīng)，引起溫度升高，并且這種溫度升高可通過溫度探頭或頂或UV或其它檢 測技術(shù)在井筒的地表或者其它地點(diǎn)監(jiān)測。作為另一實(shí)例，支撐劑可具有導(dǎo)致載體流體發(fā)射 可被檢測到的不同的波長的層或物質(zhì)。例如，支撐劑可釋放這樣的量子點(diǎn)顆?；蛭镔|(zhì)，其可 溶解、反應(yīng)或者以其它方式存在于載體流體中，并且例如通過波長或者其它能量的激發(fā)而 被檢測到。含有化學(xué)品或短半衰期的放射性材料的流體可用于確定斷層幾何形狀。例如，在 不同階段中，可將具有不同比重的支撐劑泵送到地層中?？蓪⒐腆w或液體形式的不同的化 學(xué)追蹤劑例如放射性元素、著色墨水和/或化學(xué)標(biāo)記物結(jié)合到支撐劑中。隨著支撐劑泵送到斷層中，通過將水泵送回地表而釋放壓力，但是支撐劑上的壓 力升高?？蓪⒅蝿┰O(shè)計(jì)成在這些條件下小部分支撐劑顆粒被粉碎，從而將液體或固體化 學(xué)品釋放到載體流體中。然后，化學(xué)追蹤劑可通過各種技術(shù)如紅外成像、核磁共振光譜等在 井筒或井筒附近被檢測。基于倒流的速率和時(shí)間可計(jì)算從井筒到沉積支撐劑的距離。在本發(fā)明中，活性組分可涂布有陶瓷材料或聚合物或金屬，或以上的任意組合。涂 層可通過常規(guī)方法涂布，所述常規(guī)方法例如浸涂、旋涂、噴涂、溶膠-凝膠涂布、物理氣相沉 積、化學(xué)氣相沉積、原位懸浮聚合、涂層沉淀、噴霧干燥、包衣涂布(pan coating)、機(jī)械流化 床涂布、流化床涂布、熱噴霧涂布或以上方法的任意組合。在本發(fā)明中，具有一種或多種功能組分的支撐劑的優(yōu)點(diǎn)在于所述支撐劑自身可起 到多種作用。尤其是，所述支撐劑具有和常規(guī)支撐劑一樣支撐開斷層的能力，并且還具有提 供追蹤和探測支撐劑位置和/或追蹤、探測和確定斷層特性的手段的能力。先前的支撐劑 不具有這種雙重功能，這意味著，支撐劑或者為支撐開斷層的支撐劑，或者支撐劑為示蹤材 料并且實(shí)際上由于不足的粉碎強(qiáng)度、耐化學(xué)性、比重、尺寸、成本、或這些因素的任意組合而不能起到支撐劑的作用。在本發(fā)明中，引入到井或斷層中的支撐劑可均具有功能組分，或者 其中的一部分可具有功能組分。如果使用了一部分，則剩余部分可為任意類型的常規(guī)支撐 劑，和/或可為本文中引用的專利申請(qǐng)中所述的支撐劑。本發(fā)明中使用的部分可占引入支 撐劑總重量的99%或更少，例如基于所引入支撐劑的總重量的0.5% 95%、10% 90%、 20 % 75 %、40 % 60 %等。所述部分可與剩余的支撐劑分開引入，可作為混合物引入，可 在后續(xù)階段中引入。在本發(fā)明的情況下，具有功能組分的支撐劑可具有以上引用專利申請(qǐng) 中所述支撐劑的一種或多種性質(zhì)，包括但不限于成分、芯、一層或多層、尺寸、層的厚度、芯 和/或?qū)拥木鶆蚨取⒈戎?、支撐劑的粉碎?qiáng)度、層的粉碎強(qiáng)度、芯的粉碎強(qiáng)度、制備方法、引 入方法。如上所述，支撐劑具有本文中所述的附加的功能組分以提供追蹤和測繪能力。制 備支撐劑的方法和以上引用專利申請(qǐng)中所述的支撐劑的性質(zhì)使它們理想地適合引入功能 組分并實(shí)現(xiàn)作為支撐劑使用以及用于追蹤和測繪所需和可接受的支撐劑性質(zhì)。作為另一種選擇，可檢測多孔和中空支撐劑與實(shí)心支撐劑之間如聲音和/或電磁 標(biāo)記(signature)的差別的信號(hào)。檢測工具包括微震儀、地震儀、輻射計(jì)、地磁儀、加速度計(jì) 和/或比重計(jì)。所有的之前所述的各種儀器可以進(jìn)行納米增強(qiáng)或MEM增強(qiáng)。作為一種選擇， 支撐劑可包括中空球，或包括中空部分或多孔部分作為支撐劑的一部分。中空特性容許支 撐劑在地層中產(chǎn)生與其周圍相比和/或與實(shí)心支撐劑或者也可存在的其它不同的支撐劑 相比不同的標(biāo)記，以容許對(duì)其進(jìn)行測繪。使用本文中所述的一種或多種源以產(chǎn)生到達(dá)泵送 支撐劑位置的信號(hào)，所述信號(hào)將對(duì)支撐劑具有與周圍地層不同的效應(yīng)，因此能夠根據(jù)位置 和濃度進(jìn)行檢測。更具體地，來自本發(fā)明中所述來源的地震或振動(dòng)或熱信號(hào)穿過中空支撐 劑，并且在信號(hào)頻率和/或信號(hào)強(qiáng)度衰減和/或其它信號(hào)差異方面具有不同于大地中地質(zhì) 材料的傳導(dǎo)率。然后，檢測系統(tǒng)可測量、記錄和/或檢測不同位置的信號(hào)和然后進(jìn)行處理。 不同位置的信號(hào)頻率和/或強(qiáng)度衰減和/或其它信號(hào)差異的區(qū)別可與關(guān)于斷層高度、斷層 寬度、斷層深度、和/或斷層軌跡(即，路徑中的方位角、傾角、偏角、偏差等)的信息相關(guān)。 基本上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)地層中支撐劑位置和分布的2D或3D 了解。通過之前所述的工具和儀表收集的數(shù)據(jù)由于多重頻率和/或波形的疊加而可為 復(fù)合數(shù)據(jù)包。該復(fù)合數(shù)據(jù)包或信號(hào)的各個(gè)分量可以是由壓裂地層或支撐劑充填層內(nèi)唯一 位置處發(fā)生的唯一事件所引起的。需要對(duì)復(fù)合數(shù)據(jù)包或信號(hào)去卷積以表征這些唯一事件。 可通過使復(fù)合數(shù)據(jù)包或信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理而進(jìn)行所述去卷積。這種數(shù)學(xué)處理的實(shí)例包括 連續(xù)傅里葉變換(CFT)、離散時(shí)間傅里葉變換(DTFT)、離散傅里葉變換(DFT)、分?jǐn)?shù)傅里葉 變換(FFT)、傅里葉級(jí)數(shù)(FS)、拉普拉斯變換(LT)、雙邊拉普拉斯變換(TSLT)、譜密度分析 (SDA)、譜密度估算(SDE)等。通常，對(duì)于本發(fā)明的任意方法和實(shí)施方式而言，本發(fā)明的支撐劑可與常規(guī)支撐劑 和/或不用于測繪或追蹤位置的支撐劑組合使用?？蓪⒍喾N支撐劑引入到地層中，并且用 于追蹤或測繪能力而存在的支撐劑的百分比可為任意量，例如支撐階段加入的支撐劑總量
的0. 1重量％ 100重量％，或1重量％ 75重量％，或1重量％ 50重量％，或1重 量％ 25重量％，或1重量％ 15重量％，或1重量％ 10重量％，或1重量％ 5重 量％，或1重量％ 3重量％。因此，本發(fā)明可涉及下列實(shí)施方式的任意組合1.)支撐劑顆粒，包含
陶瓷基體；和功能組分，其包括元素周期表的d區(qū)元素。2.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分基本上分布在整個(gè)所述 陶瓷基體中。3.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分作為離散相引入到所述 支撐劑顆粒中。4.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分作為在由陶瓷基體或聚 合物的層基本上包覆的一層或多層中的與陶瓷基體或聚合物的固溶體、合金或它們的任意 組合引入所述支撐劑顆粒。5.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，包括由陶瓷基體基本上包覆的功能組分的芯。6.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分包括元素周期表的d區(qū) 元素的金屬微粒、氧化物微粒、或它們的任意組合。7.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分包括元素周期表第4周 期到第6周期的d區(qū)元素。8.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分包括釩、鉻、錳、鐵、鈷、 鎳、鋯、鈮、鉬、銠、鈀、釔、鈧、鉿、鉭、鎢、鉬、導(dǎo)電或半導(dǎo)電聚合物、導(dǎo)電或半導(dǎo)電顏料、或它 們的任意組合。9.)支撐劑顆粒，包含陶瓷基體；和包含熱解碳、導(dǎo)電石墨、或它們的任意組合的功能組分的芯，其中所述功能組分的芯基本上或完全由所述陶瓷基體包覆。10.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述支撐劑顆粒是使用快速燒結(jié)、惰 性燒結(jié)、電磁場燒結(jié)、微波燒結(jié)、感應(yīng)耦合燒結(jié)、或它們的任意組合燒結(jié)的。11.)支撐劑顆粒，包含陶瓷基體；和包含壓電材料的功能組分。12.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分基本上分布在整個(gè)所述 陶瓷基體中。13.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分作為在由所述陶瓷基體 或聚合物基本上包覆的至少一層中的離散相引入到所述支撐劑顆粒中。14.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，包括基本上或完全由所述陶瓷基體或聚合 物包覆的功能組分的芯。15.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，進(jìn)一步包括與壓電材料電耦合的一種或多 種天線型器件，其中在使用電磁場輻照所述支撐劑顆粒時(shí)，所述一種或多種天線型器件引 發(fā)電流，所述電流使壓電材料產(chǎn)生收縮或膨脹。16.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述一種或多種天線型器件包括金屬 顆粒、金屬纖維、或它們的任意組合。17.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述一種或多種天線型器件位于所述
19支撐劑顆粒中從而使天線型器件沿向外的方向輻射。18.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，包括多個(gè)與壓電材料電耦合的天線型器 件，其中各個(gè)天線型器件位于支撐劑顆粒中從而使天線型器件沿向外的方向輻射。19.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述壓電材料的收縮或膨脹引發(fā)支撐 劑顆粒的振動(dòng)。20.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述電磁場為具有激發(fā)頻率的交變電 磁場，并且所述支撐劑顆粒的振動(dòng)具有與該激發(fā)頻率相關(guān)的振動(dòng)頻率。21.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述振動(dòng)頻率大約等于所述激發(fā)頻率。22.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述壓電材料包括具有鈣鈦礦型晶體 結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。23.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述壓電材料包括鈦酸鉛鋯、鈦酸鋇、 鈮酸鉛、槽切割石英單晶、具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的摻雜的鈦酸鹽、或它們的任意組合。M.)支撐劑顆粒，包含陶瓷基體；和包含陰極發(fā)光材料的功能組分。25.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分基本上分布在整個(gè)所述 陶瓷基體中。26.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分作為在由所述陶瓷基體 或聚合物基本上或完全包覆的至少一層中的離散相引入到所述支撐劑顆粒中。27.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，包括基本上或完全由所述陶瓷基體或聚合 物包覆的功能組分的芯。28.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中在使用能量源輻照支撐劑顆粒時(shí)，陰 極發(fā)光材料發(fā)射光子(light photon)。29.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述能量源包括電磁輻射。30.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述陰極發(fā)光材料包括磷光體、釔鐵 石榴石、錳摻雜的鋁硅酸鎂玻璃、或它們的任意組合。31.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，進(jìn)一步包括天線型器件，其中在使用電磁 場輻照所述支撐劑顆粒時(shí)，天線型器件引發(fā)電子流，所述電子流激發(fā)陰極發(fā)光材料以引發(fā) 光子發(fā)射。32.)支撐劑顆粒，包含陶瓷基體；和包含碳納米管、碳納米顆?；蛩鼈兊慕M合的功能組分。33.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述碳納米管包括單壁納米管、多壁 納米管、扶手椅式納米管、鋸齒形納米管、螺旋狀納米管、單壁納米管束、多壁納米管束、或 它們的任意組合。34.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述碳納米顆粒包括球、分層球、小 片、晶粒、聚集球、板、棒、單六面體、或它們的任意組合。35.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分基本上分布在整個(gè)所述陶瓷基體或聚合物中。36.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分作為在由所述陶瓷基體 或聚合物基本上包覆的至少一層中的離散相引入到所述支撐劑顆粒中。37.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，包括由所述陶瓷基體或聚合物基本上包覆 的功能組分的芯。38.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中使用電磁輻射輻照所述支撐劑顆粒 時(shí)，所述功能組分吸收部分電磁輻射。39.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述電磁輻射具有約0. 25毫米 約1 米的波長。40.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中使用電磁場輻照所述支撐劑顆粒時(shí)， 所述功能組分產(chǎn)生熱。41.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，進(jìn)一步包括二氧化硅芯，其中所述二氧化 硅芯由碳納米管基本上或者完全涂布，并且所述碳納米管由所述陶瓷基體或聚合物基本上 或完全包覆。42.)支撐劑顆粒，包含陶瓷基體；和包含反應(yīng)性化合物的功能組分。43.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述反應(yīng)性化合物包含酸、堿、或它們 的任意組合。44.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分基本上分布在整個(gè)所述 陶瓷基體中。45.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分作為在由所述陶瓷基體 或聚合物基本上或完全包覆的至少一層中的離散相引入到所述支撐劑顆粒中。46.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，包括由所述陶瓷基體或聚合物基本上或完 全包覆的功能組分的芯。47.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中當(dāng)所述支撐劑顆粒收到信號(hào)時(shí)從該支 撐劑顆粒中釋放反應(yīng)性化合物。48.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述信號(hào)包括聲音信號(hào)。49.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述支撐劑顆粒吸收反應(yīng)性化合物、 儲(chǔ)存反應(yīng)性化合物并且當(dāng)收到信號(hào)時(shí)釋放反應(yīng)性化合物。50.)支撐劑顆粒，包含陶瓷基體；和包含磁性、超磁性或順磁性材料的功能組分。51.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分基本上分布在整個(gè)所述 陶瓷基體中。52.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分作為在由所述陶瓷基體 或聚合物的層基本上包覆的一層或多層中的離散相引入到所述支撐劑顆粒中。53.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分分布在所述陶瓷基體或 聚合物的外層中。
54.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分包括氧化鐵。55.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分包括鐵氧體。56.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述鐵氧體包括式MnxSvj^e2O4的 Mn-Zn鐵氧體，其中χ為0 1的任意數(shù)，條件是χ不能等于0或1。57.)用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括將檢測器放置在檢測由地質(zhì)地層產(chǎn)生的磁場的位置；將支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含元素周期表的d區(qū)元素；測量從地質(zhì)地層產(chǎn)生的磁場；和由所測得的磁場確定所述斷層的幾何形狀。58.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述檢測器包括一個(gè)或多個(gè)地磁儀。59.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述檢測器包括一個(gè)或多個(gè)航空地磁儀。60.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述檢測器包括一個(gè)或多個(gè)超導(dǎo)量子干涉儀 (SQUID)。61.)任意前述實(shí)施方式的方法，進(jìn)一步包括在高到足以容許壓裂液擴(kuò)展斷層的壓 力下將壓裂液注射到與斷層流體連通的井筒中，其中所述壓裂液包括包含陶瓷基體和元素 周期表的d區(qū)元素的支撐劑顆粒。62.)用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括將一個(gè)或多個(gè)電極放置在測量地質(zhì)地層的電阻的位置；將支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含元素周期表的d區(qū)元素；測量地質(zhì)地層的電阻；和由測得的電阻確定所述斷層的幾何形狀。63.)任意前述實(shí)施方式的方法，進(jìn)一步包括在高到足以容許壓裂液擴(kuò)展斷層的壓 力下將壓裂液注射到與斷層流體連通的井筒中，其中所述壓裂液包括包含陶瓷基體和元素 周期表的d區(qū)元素的支撐劑顆粒。64.)用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括將地面穿透雷達(dá)檢測器放置在將電磁信號(hào)輻射到地質(zhì)地層中并檢測從地質(zhì)地層 反射的電磁信號(hào)的位置；將支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含元素周期表的d區(qū)元素；將電磁信號(hào)輻射到地質(zhì)地層中；測量從地質(zhì)地層反射的電磁信號(hào)；和由所反射電磁信號(hào)確定所述斷層的幾何形狀。65.)任意前述實(shí)施方式的方法，進(jìn)一步包括在高到足以容許壓裂液擴(kuò)展斷層的壓 力下將壓裂液注射到與斷層流體連通的井筒中，其中所述壓裂液包括包含陶瓷基體和元素 周期表的d區(qū)元素的支撐劑顆粒。66.)用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括將檢測器放置在測量地質(zhì)地層的振動(dòng)的位置；將支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含壓電材料和與該壓電材料電耦合的 天線型器件；使用足以在所述天線型器件中產(chǎn)生電流的交變電磁輻射來輻照地質(zhì)地層；
使用電流來激發(fā)所述壓電材料以引發(fā)該壓電材料引起振動(dòng)；測量所述振動(dòng)的頻率；和由測得的振動(dòng)確定所述斷層的幾何形狀。67.)任意前述實(shí)施方式的方法，進(jìn)一步包括在高到足以容許壓裂液擴(kuò)展斷層的壓 力下將壓裂液注射到與斷層流體連通的井筒中，其中所述壓裂液包括包含陶瓷基體、天線 型器件和壓電材料的支撐劑顆粒。68.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述檢測器包括一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)。69.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述檢測器包括一個(gè)或多個(gè)地音儀。70.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述交變電磁輻射具有正弦式、三角式、方波 式、脈沖式或它們的組合的頻率。71.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述壓電材料的振動(dòng)具有與交變電磁輻射的 頻率相關(guān)的振動(dòng)頻率。72.)任意前述實(shí)施方式的方法，進(jìn)一步包括測量感生振動(dòng)的飛行時(shí)間和由測得的 飛行時(shí)間確定斷層的深度。73.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述天線型器件包括金屬纖維，該金屬纖維 的長度為電磁輻射波長的整數(shù)倍。74.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述交變電磁輻射具有50Hz 1200GHz的頻率。75.)用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括將檢測器放置在測量由地質(zhì)地層發(fā)射的光子的位置；將支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含陰極發(fā)光材料；使用足以引發(fā)所述陰極發(fā)光材料發(fā)射光子的能量源來輻照支撐劑；測量由地質(zhì)地層發(fā)射的光子；和由測得的光子確定所述斷層的幾何形狀。76.)任意前述實(shí)施方式的方法，進(jìn)一步包括在高到足以容許壓裂液擴(kuò)展斷層的壓 力下將壓裂液注射到與斷層流體連通的井筒中，其中所述壓裂液包括包含陶瓷基體和陰極 發(fā)光材料的支撐劑顆粒。77.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述能量源包括電磁輻射源。78.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述支撐劑進(jìn)一步包括將電磁輻射轉(zhuǎn)換為電 子流的接收天線，并且所述電子引發(fā)陰極發(fā)光材料以發(fā)射光子。79.)任意前述實(shí)施方式的方法，進(jìn)一步包括在支撐劑的一個(gè)相中引發(fā)電子/空穴 對(duì)形成，并且原位產(chǎn)生電子，其中所述電子引發(fā)陰極發(fā)光材料以發(fā)射光子。80.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述檢測器包括布置在所述斷層上的地表上 的光電倍增管的2D陣列、光電檢測器的2D陣列、或它們的組合。81.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中將所述檢測器送入井下以測量由地質(zhì)地層發(fā) 射的光子。82.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述檢測器包括光電倍增管的陣列、光電檢 測器的陣列、攝影膠片、CCD器件或它們的組合。83.)用于加熱在地質(zhì)地層中的斷層中的支撐劑充填層的方法，所述方法包括
提供電磁輻射源；將支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含碳納米管、碳納米顆粒或它們的組 合；和使用足以引發(fā)所述支撐劑產(chǎn)生熱的電磁輻射來輻照該支撐劑。84.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述電磁輻射具有約1毫米 約1米的波長。85.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述支撐劑進(jìn)一步包括載體流體，并且所述 方法包括產(chǎn)生量足以使所述載體流體降解的熱。86.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中在斷層中存在原油，所述輻照包括產(chǎn)生足夠 的熱以降低原油的粘度，并且所述方法進(jìn)一步包括收取原油。87.)用于蝕刻地質(zhì)地層中的斷層中的巖石的方法，所述方法包括將支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含陶瓷基體和蝕刻化學(xué)品；從聲音信號(hào)源產(chǎn)生強(qiáng)度足以從所述支撐劑中釋放蝕刻化學(xué)品的聲音信號(hào)；使巖石與釋放的蝕刻化學(xué)品接觸；和使用所述蝕刻化學(xué)品蝕刻巖石。88.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述蝕刻化學(xué)品包括酸。89.)支撐劑顆粒，包含玻璃-陶瓷基體；和包含磁鐵礦的功能組分。90.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分分布在整個(gè)所述玻 璃-陶瓷基體中。91.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分作為一個(gè)或多個(gè)離散相 引入到支撐劑顆粒中。92.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述玻璃-陶瓷基體包括鋁硅酸鹽。93.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述磁鐵礦以支撐劑顆粒的15重
量％ 20重量％的量存在。94.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，進(jìn)一步包括結(jié)晶改性劑。95.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，進(jìn)一步包括碳酸鈉、氧化鉀、氧化鎂、氧化 鈣、二氧化鈦、氧化鋅、或它們的組合。96.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述功能組分作為在由玻璃-陶瓷基 體的層基本上包覆的至少一層中的離散相引入到所述支撐劑顆粒中。97.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，進(jìn)一步包括微粒，其中所述玻璃-陶瓷基 體以玻璃狀復(fù)合材料的形式與所述微粒結(jié)合。98.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述微粒包括玻璃-陶瓷材料。99.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述微粒包括結(jié)晶鋁硅酸鹽。100.)任意前述實(shí)施方式的支撐劑顆粒，其中所述微粒包括磁鐵礦。101.)用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括將檢測器放置在測量由地質(zhì)地層發(fā)射的聲音信號(hào)的可操作位置；將支撐劑注射到斷層中，所述支撐劑包含爆炸性材料；引爆所述爆炸性材料以產(chǎn)生聲音信號(hào)；
檢測該聲音信號(hào)；和由所檢測的聲音信號(hào)確定所述斷層的幾何形狀。102.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中使用位于地質(zhì)地層的地表的地音儀測量所
述聲音信號(hào)。103.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述引爆是通過地質(zhì)地層內(nèi)的壓裂、壓力、 溫度、或化學(xué)品浸取觸發(fā)的。104.)任意前述實(shí)施方式的方法，進(jìn)一步包括在引爆之后將第二支撐劑泵送到斷 層中以支撐開所述斷層。105.)用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括提供一個(gè)或多個(gè)設(shè)備以在地質(zhì)地層中產(chǎn)生信號(hào)，所述信號(hào)包括聲音信號(hào)、地震信 號(hào)、振動(dòng)信號(hào)、磁信號(hào)、電信號(hào)、電磁信號(hào)和/或熱信號(hào)；提供一個(gè)或多個(gè)設(shè)備以檢測地質(zhì)地層中的信號(hào)；將支撐劑充填層注射到斷層中，其中所述支撐劑充填層的支撐劑包含信號(hào)轉(zhuǎn)化性 質(zhì)，其配置為轉(zhuǎn)化由一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)備所產(chǎn)生的信號(hào)；使用一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)備在地質(zhì)地層中產(chǎn)生信號(hào)；轉(zhuǎn)化用支撐劑充填層產(chǎn)生的信號(hào)以形成經(jīng)轉(zhuǎn)化的信號(hào)；測量經(jīng)轉(zhuǎn)化的信號(hào)；和使用測得的經(jīng)轉(zhuǎn)化的信號(hào)來確定所述斷層的幾何形狀。106.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)備包括超聲波發(fā) 生設(shè)備。107.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)備包括電信號(hào)生 成設(shè)備，和一個(gè)或多個(gè)檢測設(shè)備包括阻抗測量設(shè)備。108.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)備包括電信號(hào)生 成設(shè)備，和一個(gè)或多個(gè)檢測設(shè)備包括壓電檢測器。109.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述壓電檢測器使用原子力顯微鏡檢測振 動(dòng)振幅。110.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中一個(gè)或多個(gè)檢測設(shè)備包括通過光學(xué)纖維來 檢測光學(xué)信號(hào)的光學(xué)檢測器。111.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中一個(gè)或多個(gè)檢測設(shè)備包括加速度計(jì)的陣列， 和經(jīng)轉(zhuǎn)化的信號(hào)包括重力場強(qiáng)度信號(hào)。112.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述支撐劑充填層包括具有電極的壓電晶 體和導(dǎo)電支撐劑的混合物。113.)用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括將支撐劑充填層注射到所述斷層中，其中所述支撐劑充填層的支撐劑包含放射性 組分；使用所述放射性組分在地質(zhì)地層中產(chǎn)生放射性信號(hào)；測量所述放射性信號(hào)；和使用測得的放射性信號(hào)確定所述斷層的幾何形狀114.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述放射性組分包括結(jié)合到所述支撐劑中的化學(xué)標(biāo)記物，并且所述方法進(jìn)一步包括對(duì)所述支撐劑進(jìn)行加壓以粉碎至少部分的支撐劑 并釋放所述化學(xué)標(biāo)記物。115.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述測量包括測量中子活化發(fā)射，和所述方 法進(jìn)一步包括在將支撐劑充填層注入斷層中之后使用中子源輻照所述支撐劑充填層。116.)任意前述實(shí)施方式的方法，其中所述放射性組分包括被中子捕獲活化的元 素，和所述方法進(jìn)一步包括在將支撐劑充填層注入斷層中之前活化所述元素。本發(fā)明將通過下列實(shí)施例進(jìn)一步闡述，所述實(shí)施例意在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行示例。理論實(shí)施例實(shí)施例1 模板材料首先由陶瓷材料組成的隔離涂層涂布，該陶瓷材料可與為支撐劑提供強(qiáng) 度的陶瓷材料相同或不同。該隔離層的厚度使得為涂覆壓電相提供均勻的表面。該隔離層 的厚度為5士2微米。然后，涂覆壓電相，包覆隔離層。壓電相的厚度取決于需要產(chǎn)生的信 號(hào)的振幅，對(duì)于本實(shí)施例來說，壓電相的厚度為15士5微米。本實(shí)施例中使用的壓電相材料 稱作PZT，其包括鉛、二氧化鋯和二氧化鈦的固溶體，其基本上是具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的基 于鈦酸鹽的陶瓷材料。接下來涂覆天線組件，其包括氧化鎳和陶瓷材料的均質(zhì)混合物，其中 氧化鎳粉末的濃度為約30重量％。該組合的天線和陶瓷基體層的厚度為30士5微米。經(jīng) 涂布組件的燒結(jié)在空氣中在約1300°C進(jìn)行120分鐘。實(shí)施例2 以與實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行實(shí)施例2，但是，在涂覆天線陶瓷基體組件時(shí)，用直 徑0. 5士0. 1微米和長度10士 1微米的聚合物纖維代替氧化鎳。經(jīng)涂布組件的燒結(jié)導(dǎo)致聚 合物纖維的熱解，在陶瓷基體中產(chǎn)生通道。在燒結(jié)之后，將換能器支撐劑組件浸沒在含鎳溶 液中以滲入形成的通道。經(jīng)滲入的組件的干燥在110°C進(jìn)行12小時(shí)，隨后進(jìn)行后續(xù)的滲入。 這些干燥和滲入步驟重復(fù)3遍以完全填充陶瓷基體中的通道。在最后的干燥步驟之后，將 組件在1200°C在由一氧化碳組成的還原氣氛中燒結(jié)180分鐘，得到一端與壓電相直接接觸 的鎳?yán)w維(或棒)。實(shí)施例3:與實(shí)施例2相同，除了用含銀溶液代替含鎳溶液以形成作為天線元件的銀纖維/棒。實(shí)施例4 在本實(shí)施例中，使用大約與實(shí)施例1相同大小的隔離涂層涂覆模板。在該隔離涂 層上涂覆約15士5微米的壓電相。在該壓電相的上面為約5士2微米厚的導(dǎo)電金屬相的薄 層。該金屬相層由平均厚度為2士 1微米的薄的堇青石陶瓷層包覆。由于該薄的陶瓷層，涂 層容易形成陶瓷材料的島狀物，其中有未涂布的金屬相的區(qū)域。使該組件在約1300°C的溫 度下進(jìn)行熱處理120分鐘。金屬相的未涂布區(qū)域?qū)?yōu)先熔融并從該組件的表面蒸發(fā)。該熱 處理之后，使用流化床涂布系統(tǒng)涂覆厚度35士5微米的結(jié)構(gòu)陶瓷層。最終組件的熱處理在 1250°C 1300°C進(jìn)行180分鐘以實(shí)現(xiàn)最終陶瓷層的致密化。最終組件由與壓電相層緊密接 觸的金屬天線設(shè)備組成，并且被致密的高強(qiáng)度陶瓷層包封。實(shí)施例5 在本實(shí)施例中，使用大約與實(shí)施例1相同大小的隔離涂層涂覆模板。在該隔離涂層上涂覆約15士5微米的壓電相。將約5士2微米的薄金屬相涂覆在壓電材料的表面。在 金屬相的涂覆之后，進(jìn)行選定區(qū)域的蝕刻以除去金屬相的指定部分，產(chǎn)生薄的金屬區(qū)域，其 作為天線以提供驅(qū)動(dòng)壓電相所需的電流(在電磁波的影響下)。金屬相的選擇除去可通過 以下方式進(jìn)行掩蔽金屬表面的選定區(qū)域，隨后通過化學(xué)蝕刻以溶解未被掩蔽的區(qū)域。在化 學(xué)蝕刻之后，使用流化床涂布系統(tǒng)涂覆厚度35士5微米的結(jié)構(gòu)陶瓷層。最終組件的熱處理 在1250°C 1300°C進(jìn)行180分鐘以實(shí)現(xiàn)最終陶瓷層的致密化。最終組件由與壓電相層緊 密接觸的金屬天線設(shè)備組成，并且被致密的高強(qiáng)度陶瓷層包封。實(shí)施例6 在本實(shí)施例中，經(jīng)涂布的模板在1250°C 1300°C的溫度進(jìn)行熱處理最高達(dá)180分 鐘。經(jīng)涂布的模板的熱處理產(chǎn)生能夠耐受地下地層中遇到的所需閉合壓力的致密的高強(qiáng)度 系統(tǒng)。經(jīng)熱處理的組件由耐蝕刻的金屬相(例如Cr)包覆，該金屬層的厚度為15士2微米。 在井的完井階段期間將涂布有金屬相的顆粒(支撐劑顆粒)置于地下地層中。可通過大地 電阻率測量的方式檢測放置的支撐劑。將線形排列的四個(gè)電極的組件推入到受支撐區(qū)域以 上的大地中至規(guī)定的深度。對(duì)兩個(gè)外部電極施加交流電，并測量出現(xiàn)在兩個(gè)內(nèi)電極之間的 所得電位差。這種電位差的大小與電極組件之下緊鄰的大地空間的電阻率相關(guān)。該電阻率 取決于土壤類型、巖石類型和流體類型。高導(dǎo)電性和因此低電阻率的支撐劑將產(chǎn)生大的電 位差，由此在受支撐區(qū)域和周圍的地層之間產(chǎn)生高水平的對(duì)比。實(shí)施例7 由于添加了順磁相，可通過表征大地磁場的擾動(dòng)來檢測實(shí)施例6的支撐劑。在放 置到地下地層中之前，進(jìn)行區(qū)域的磁性勘測以表征該區(qū)域中現(xiàn)有的磁場通量向量。在放置 實(shí)施例6的支撐劑之后，重復(fù)磁性勘測。磁場通量向量的擾動(dòng)可歸因于地下地層中順磁相 的存在，因此可通過分析這些擾動(dòng)推算受支撐區(qū)域的范圍。實(shí)施例8:實(shí)施例6中所述的支撐劑可用于實(shí)現(xiàn)對(duì)地下地層的加熱。將放射性元素沿井筒送 下至受支撐區(qū)域的水平。使用交流電流賦予放射性元素能量。放射性元素中的交流電場引 起從放射性元素發(fā)射電磁波。電磁波與支撐劑金屬相的相互作用將引起在金屬相內(nèi)產(chǎn)生渦 流，由此局部加熱各個(gè)支撐劑顆粒。加熱的大小取決于放射性元素的均方根(rms)發(fā)射功 率和電磁波的頻率，該電磁波的頻率取決于施加給放射性元素的交流電的頻率。實(shí)施例9 實(shí)施例1 5中所述的支撐劑可用于產(chǎn)生可在地表檢測的聲發(fā)射。以規(guī)定的方式 將高靈敏度單向地音儀的陣列設(shè)置在所研究的地層之上的地表上。具有已知電磁能持續(xù)時(shí) 間的短脈沖用于刺激壓電元件，因此產(chǎn)生通過地層傳播的聲能短脈沖。通過地音儀檢測聲 脈沖容許確定受支撐區(qū)域的長度。此外，測量聲波的飛行時(shí)間將容許確定受支撐區(qū)域的深 度?？赏ㄟ^測量井筒的聲波飛行時(shí)間對(duì)該體系校正，井筒中受支撐區(qū)域的深度是已知的，因 此可確定地層中聲波的速度。然后該速度值可用于從飛行時(shí)間測量計(jì)算其它區(qū)域的深度。 根據(jù)地音儀的陣列收集的數(shù)據(jù)，可在水平和垂直方向上確定受支撐區(qū)域的軌跡。實(shí)施例10 下列實(shí)施例顯示使用聲學(xué)手段確定斷層性質(zhì)的示例性方法。就簡單的地下斷層來 說，其從井筒向外輻射并含有支撐劑的填充床，所述支撐劑收到由驅(qū)動(dòng)換能器的脈沖簡諧振蕩器提供的聲信號(hào)。沿著第一換能器放置用于接收反射脈沖的第二換能器。支撐劑充填 層將具有特性聲阻抗Z^fjw，其必須不同于周圍地層的聲阻抗Zi4Jg。由于地層的密度和剪切 質(zhì)量(shear mass)，Zwg將表現(xiàn)為對(duì)所施加聲信號(hào)的無限大阻抗。入射聲波將帶有取決于該聲波的頻率和振幅的給定量的能量。該入射能量中的一 部分將由于支撐劑床的阻抗而被填充的支撐劑床吸收。在支撐劑充填層和地層的邊界處， 將發(fā)生兩種不同的事件，第一件是形成連續(xù)通過地層的透射波。第二件是通過支撐劑充填 層行進(jìn)返回信號(hào)源的反射波。由于地層的極高阻抗，反射波的能量將比透射波的能量高得 多。通過測量聲脈沖的飛行時(shí)間，和了解支撐劑充填層中聲波的速度，可計(jì)算斷層的長度。實(shí)施例11 與實(shí)施例10的情況相同，除了用可變頻率簡諧振蕩器代替脈沖簡諧振蕩器。這種 振蕩器用于驅(qū)動(dòng)換能器，使支撐劑充填層/斷層收到變化頻率的聲信號(hào)。該振蕩器的頻率 從約0. IHz的低頻率向約45kHz的高頻率連續(xù)掃描，直至接收器檢測到最大的強(qiáng)度，由此 表明支撐劑充填層/地層處于共振。通過接收器檢測該頻率下的反射波，并使用傅里葉變 換減少所得的復(fù)合波形以去卷積由支撐劑顆粒反射和支撐劑充填層/地層邊界反射引起 的分量。一旦計(jì)算得到該分量的特征頻率，可計(jì)算相應(yīng)的波長并由此確定受支撐區(qū)域的長 度。與支撐劑充填層/地層邊界的反射相關(guān)的頻率是得自傅里葉變換的基，因此支撐劑充 填層的長度等于該頻率下波長的1/4?；蛘?，可對(duì)該頻率進(jìn)行設(shè)置，從而在接受器處出現(xiàn)最 小值，這也表明已經(jīng)在支撐劑充填層/斷層孔內(nèi)達(dá)到了共振，在這種情況下，斷層的長度等 于計(jì)算出的基波長的1/2。實(shí)施例12 在本實(shí)施例中，使用層厚度約50微米的高強(qiáng)度、高彈性模量的脆性聚合復(fù)合材料 包覆平均直徑300微米的含有未增塑RDX爆炸物的球形顆粒。以20體積％爆炸性支撐劑 /80體積％常規(guī)支撐劑的比率將由此形成的顆粒與常規(guī)支撐劑共混。在水力壓裂之后將所 得的支撐劑混合物輸送到地下地層的斷層區(qū)中。在地表上，在井筒周圍以3C地震構(gòu)型設(shè)置 地音儀的陣列。在除去水力壓力時(shí)，斷層在支撐劑充填層上閉合。隨著單軸壓力增加，脆性 聚合物災(zāi)難性地失效并且產(chǎn)生足以引爆其中所含的爆炸性裝料的沖擊波。位于地表上的地 音儀檢測到這些爆炸事件，并且根據(jù)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)處理可計(jì)算各個(gè)事件的三維(3D)位置，由 此得到支撐劑充填層的3D圖像。實(shí)施例13 與實(shí)施例12的方式類似，但是將聚合物涂層的厚度減小到約20微米。然后使用 固體酸如結(jié)晶硫酸鋯包覆該聚合物層。然后用薄的聚合物層包覆該固體酸以在取用和斷層 中放置期間保護(hù)反應(yīng)性組分。在斷層閉合后，在各個(gè)顆粒上產(chǎn)生的單軸力大到足以導(dǎo)致顆 粒的災(zāi)變失效和產(chǎn)生強(qiáng)度足以使爆炸性裝料引爆的沖擊波，由此通過載體流體分散硅酸鋯 以增強(qiáng)流體的降解和粘度的減小。實(shí)施例14 將傾斜儀的陣列布置在井筒周圍的地表上。在開始水力壓裂過程后，傾斜儀檢測 大地的隆起。在放置支撐劑和減小壓裂壓力后，斷層閉合并且通過支撐劑顆粒支撐。在沒 有支撐劑的區(qū)域，大地的隆起應(yīng)該恢復(fù)到大約其原始值。在支撐劑支撐斷層壁的區(qū)域，隆起 不同于地表傾斜的原始值。因此，從地表傾斜數(shù)據(jù)的測繪到各個(gè)傾斜儀的位置可確定受支撐區(qū)域。申請(qǐng)人:明確地將所有引用文獻(xiàn)的全部內(nèi)容引入本公開內(nèi)容中。此外，當(dāng)以范圍、優(yōu) 選范圍、或者上限優(yōu)選值和下限優(yōu)選值的羅列給出量、濃度、或者其它值或參數(shù)時(shí)，應(yīng)理解 為明確地公開由任何上限范圍極限或優(yōu)選值與任何下限范圍極限或優(yōu)選值的任何配對(duì)形 成的所有范圍，不論范圍是否是分開地公開。當(dāng)在本文中引用數(shù)值范圍時(shí)，除非另有說明， 該范圍意在包括其端點(diǎn)、和在該范圍內(nèi)的所有整數(shù)和分?jǐn)?shù)。當(dāng)限定范圍時(shí)，本發(fā)明的范圍不 意圖限于所引用的特定值?？紤]本發(fā)明的說明書和本文中公開的本發(fā)明的實(shí)踐，本發(fā)明的其它實(shí)施方式對(duì)本 領(lǐng)域技術(shù)人員來說是明顯的。認(rèn)為本發(fā)明的說明書和實(shí)施例只是示例性的，本發(fā)明的真實(shí) 范圍和主旨由所附權(quán)利要求及其等同物表示。
權(quán)利要求
1.支撐劑顆粒，包含 陶瓷基體；和功能組分，其包含元素周期表的d區(qū)元素、壓電材料、陰極發(fā)光材料、碳納米管、碳納米 顆粒、反應(yīng)性化合物、磁性材料、超磁性材料、順磁性材料、熱解碳、導(dǎo)電石墨、或它們的任意組合。
2.權(quán)利要求1的支撐劑顆粒，其中所述功能組分基本上分布在整個(gè)所述陶瓷基體中。
3.權(quán)利要求1的支撐劑顆粒，其中所述功能組分作為離散相引入到所述支撐劑顆粒中。
4.權(quán)利要求1的支撐劑顆粒，其中所述功能組分作為在一層或多層中與陶瓷基體或聚 合物的固溶體、合金或它們的任意組合引入到所述支撐劑顆粒中，并且由陶瓷基體或聚合 物層基本上包覆。
5.權(quán)利要求1的支撐劑顆粒，包含由所述陶瓷基體或聚合物基本上或完全包覆的所述 功能組分的芯。
6.權(quán)利要求1的支撐劑顆粒，進(jìn)一步包括一種或多種與壓電材料電耦合的天線型器 件，其中在用電磁場輻照所述支撐劑顆粒時(shí)，所述一種或多種天線型器件引發(fā)使所述壓電 材料產(chǎn)生收縮或膨脹的電流。
7.權(quán)利要求1的支撐劑顆粒，其中所述壓電材料的收縮或膨脹引發(fā)所述支撐劑顆粒的 振動(dòng)。
8.權(quán)利要求1的支撐劑顆粒，其中所述壓電材料包含具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。
9.權(quán)利要求1的支撐劑顆粒，進(jìn)一步包括天線型器件，其中在使用電磁場輻照所述支 撐劑顆粒時(shí)，所述天線型器件引發(fā)電子流，所述電子流激發(fā)陰極發(fā)光材料以引發(fā)光子發(fā)射。
10.權(quán)利要求1的支撐劑顆粒，進(jìn)一步包括二氧化硅芯，其中所述二氧化硅芯基本上或 完全由碳納米管涂布，且所述碳納米管基本上或完全由陶瓷基體或聚合物包覆。
11.權(quán)利要求1的支撐劑顆粒，其中所述反應(yīng)性化合物包含酸、堿、或它們的任意組合。
12.權(quán)利要求1的支撐劑顆粒，其中所述功能組分包含氧化鐵。
13.用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括 將檢測器放置在測量由地質(zhì)地層產(chǎn)生的磁場的位置；將權(quán)利要求1的支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含元素周期表的d區(qū)元素； 測量由地質(zhì)地層產(chǎn)生的磁場；和 由測得的磁場確定所述斷層的幾何形狀。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述檢測器包括一個(gè)或多個(gè)超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)。
15.用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括 將一個(gè)或多個(gè)電極放置在測量地質(zhì)地層的電阻的位置；將權(quán)利要求1的支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含元素周期表的d區(qū)元素；測量地質(zhì)地層的電阻；和由測得的電阻確定所述斷層的幾何形狀。
16.用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括將地面穿透雷達(dá)檢測器放置在將電磁信號(hào)輻射到地質(zhì)地層中和檢測從地質(zhì)地層反射的電磁信號(hào)的位置；將權(quán)利要求1的支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含元素周期表的d區(qū)元素； 將電磁信號(hào)輻射到地質(zhì)地層中； 測量從地質(zhì)地層反射的電磁信號(hào)；和 由反射的電磁信號(hào)確定所述斷層的幾何形狀。
17.用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括 將檢測器放置在測量地質(zhì)地層的振動(dòng)的位置；將權(quán)利要求1的支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含壓電材料和與該壓電材料 電耦合的天線型器件；使用足以在所述天線型器件中產(chǎn)生電流的交變電磁輻射來輻照地質(zhì)地層； 使用所述電流來激發(fā)壓電材料以引發(fā)該壓電材料弓I起振動(dòng)； 測量所述振動(dòng)的頻率；和 由測得的振動(dòng)確定所述斷層的幾何形狀。
18.用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括 將檢測器放置在測量由地質(zhì)地層發(fā)射的光子的位置；將支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含陰極發(fā)光材料；使用足以引發(fā)所述陰極發(fā)光材料發(fā)射光子的能量源來輻照權(quán)利要求1的支撐劑；測量由地質(zhì)地層發(fā)射的光子；和由測得的光子確定所述斷層的幾何形狀。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述檢測器包括光電倍增管陣列、光電檢測器陣列、攝影 膠片、CCD器件或它們的組合，其中將該檢測器送到井下以測量由地質(zhì)地層發(fā)射的光子。
20.用于加熱在地質(zhì)地層中斷層中的支撐劑充填層的方法，所述方法包括 提供電磁輻射源；將權(quán)利要求1的支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含碳納米管、碳納米顆?；?它們的組合；和使用足以引發(fā)所述支撐劑產(chǎn)生熱的電磁輻射來輻照該支撐劑。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述支撐劑進(jìn)一步包括載體流體，并且所述方法包括產(chǎn) 生足量的使所述載體流體降解的熱。
22.權(quán)利要求20的方法，其中在斷層中存在原油，所述輻照包括產(chǎn)生足以降低原油的 粘度的熱，并且所述方法進(jìn)一步包括收取原油。
23.用于蝕刻地質(zhì)地層中斷層中的巖石的方法，所述方法包括將權(quán)利要求1的支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含陶瓷基體和蝕刻化學(xué)品； 從聲音信號(hào)源產(chǎn)生強(qiáng)度足以將蝕刻化學(xué)品從所述支撐劑中釋放的聲音信號(hào)； 使巖石與釋放的蝕刻化學(xué)品接觸；和 用所述蝕刻化學(xué)品蝕刻巖石。
24.權(quán)利要求1的支撐劑顆粒，其中所述陶瓷基體為 玻璃-陶瓷基體；和所述功能組分包含磁鐵礦。
25.權(quán)利要求M的支撐劑顆粒，其中所述功能組分作為在至少一層中的離散相引入到支撐劑顆粒中，并且所述至少一層基本上由玻璃-陶瓷基體層包覆。
26.用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括 將檢測器放置在可操作以測量由地質(zhì)地層發(fā)射的聲音信號(hào)的位置； 將支撐劑注射到斷層中，所述支撐劑包含爆炸性材料；引爆所述爆炸性材料以產(chǎn)生聲音信號(hào)； 檢測該聲音信號(hào)；和由檢測到的聲音信號(hào)確定所述斷層的幾何形狀。
27.權(quán)利要求沈的方法，其中所述引爆是通過地質(zhì)地層中的壓裂、壓力、溫度或化學(xué)浸 取觸發(fā)的，和任選地，進(jìn)一步包括在引爆之后將第二支撐劑泵送到斷層中以支撐開斷層。
28.用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括提供一個(gè)或多個(gè)在地質(zhì)地層中產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)備，所述信號(hào)包括聲音信號(hào)、地震信號(hào)、振 動(dòng)信號(hào)、磁信號(hào)、電信號(hào)、電磁信號(hào)和/或熱信號(hào)； 提供一個(gè)或多個(gè)檢測地質(zhì)地層中信號(hào)的設(shè)備；將權(quán)利要求1的支撐劑注射到斷層中，其中所述支撐劑包含信號(hào)轉(zhuǎn)化性質(zhì)，其配置為 轉(zhuǎn)化由所述一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)備產(chǎn)生的信號(hào)；使用所述一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)備在地質(zhì)地層中產(chǎn)生信號(hào)； 使用支撐劑充填層轉(zhuǎn)化所產(chǎn)生的信號(hào)以形成經(jīng)轉(zhuǎn)化的信號(hào)； 測量經(jīng)轉(zhuǎn)化的信號(hào)；和使用測量的經(jīng)轉(zhuǎn)化的信號(hào)確定所述斷層的幾何形狀。
29.權(quán)利要求觀的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)備包括產(chǎn)生超聲波的設(shè) 備或產(chǎn)生電信號(hào)的設(shè)備，和任選地，所述一個(gè)或多個(gè)檢測設(shè)備包括阻抗測量設(shè)備、壓電檢測 器、檢測由光學(xué)纖維攜帶的光學(xué)信號(hào)的光學(xué)檢測器，或加速度計(jì)陣列，和經(jīng)轉(zhuǎn)化的信號(hào)包括 引力場強(qiáng)度信號(hào)。
30.權(quán)利要求觀的方法，其中所述支撐劑包含含有電極的壓電晶體和導(dǎo)電支撐劑的混 合物。
31.用于確定地質(zhì)地層中斷層的幾何形狀的方法，所述方法包括將權(quán)利要求1的支撐劑注射到所述斷層中，其中所述支撐劑包含放射性組分； 使用所述放射性組分在地質(zhì)地層中產(chǎn)生放射性信號(hào)； 測量所述放射性信號(hào)；和使用測得的放射性信號(hào)確定所述斷層的幾何形狀。
32.權(quán)利要求31的方法，其中所述放射性組分包括結(jié)合到所述支撐劑中的化學(xué)標(biāo)記 物，并且所述方法進(jìn)一步包括對(duì)所述支撐劑進(jìn)行加壓以粉碎至少部分的支撐劑并釋放所述 化學(xué)標(biāo)記物，或者所述測量包括測量中子活化發(fā)射，并且所述方法進(jìn)一步包括在將支撐劑充填層注射到 斷層中之后用中子源輻照支撐劑充填層，或者所述放射性組分包括通過中子捕獲而活化的元素，并且所述方法進(jìn)一步包括在將 支撐劑充填層注射到斷層中之前活化所述元素。
全文摘要
提供了具有增加的功能性質(zhì)的支撐劑，以及使用所述支撐劑以追蹤和探測地質(zhì)地層中斷層的特性的方法。通過所述方法獲得的信息可用于設(shè)計(jì)壓裂作業(yè)、提高該斷層中的電導(dǎo)率以及增強(qiáng)從地質(zhì)地層的油氣收取。功能化的支撐劑可通過使用如航空地磁儀勘測、地面穿透雷達(dá)、高分辨率加速度計(jì)、地音儀、核磁共振、超聲波、阻抗測量、壓電作用、放射性等的各種方法檢測。還提供了對(duì)地下地層繪圖的方法和功能化支撐劑檢測地層的特性的用途。
文檔編號(hào)E21B43/267GK102099545SQ200980128414
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者克里斯托弗.E.科克爾, 安德魯.R.巴倫, 羅伯特.D.斯卡拉, 謝玉明, 迪利普.K.查特吉 申請(qǐng)人:環(huán)氧乙烷材料股份有限公司