專利名稱：用于提供關(guān)于一個或多個地下變量的信息的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容一般地涉及提供關(guān)于在地下井或地層內(nèi)或附近的一個或多個變量的信息。
背景技術(shù)：
在經(jīng)由地下井所進行的各種操作中，通常有利的是能夠獲得關(guān)于存在于鉆井或地層中的一個或多個變量的信息。在碳氫化合物勘探和生產(chǎn)領(lǐng)域中，獲取此類信息可能是有利的示例操作是鉆孔、固井、完成(completion)、激發(fā)(包括井處理)和修井。變量可以是任意可測量的條件、參數(shù)或性質(zhì)，例如，一個或多個幾何尺寸，特定對象或幾何特征的位置、溫度、壓力、流量、化學(xué)組成、在鉆井或地層中的原地應(yīng)力等。注意，本公開內(nèi)容并不受操作的類型、在鉆井或地層中的目標位置或者變量的類型所限制。在碳氫化合物開采領(lǐng)域的一個實例中，通常顯著有益的是了解在地下井或地層內(nèi)的區(qū)域的幾何結(jié)構(gòu)，例如，有支撐的水壓裂縫的位置或尺寸。水力壓裂是廣泛使用的用于激勵油井和氣井的工藝，并且該工藝典型地包括將流體以比周圍儲層的壓力高的壓力注入鉆井內(nèi)。注入流體的較高壓力促使地層破裂，使石油或天然氣可以流過其中的表面區(qū)域露出。一旦形成了水壓裂縫，就在井處理期間將支撐劑典型地輸送到裂縫內(nèi)，以便有效地提高裂縫的導(dǎo)通性并且提供在儲層與生產(chǎn)鉆井之間的碳氫化合物流動路徑。支撐劑確保所產(chǎn)生的流動路徑在處理壓力減輕之后保持為敞開和導(dǎo)通的。支撐劑的適當(dāng)處理通常被認為是裂縫激勵的最關(guān)鍵方面之一。所支撐的裂縫區(qū)域被認為是與激勵井的潛力和生產(chǎn)力直接相關(guān)，由此所支撐的裂縫越大，則井就越多產(chǎn)。因而，通常有利的是知道所支撐的裂縫或者在導(dǎo)通裂縫內(nèi)的支撐劑充填層(proppant pack)的位置和/或尺寸。例如，知道支撐劑在裂縫中的位置和/或所支撐的裂縫的尺寸在某些情況下可能有助于優(yōu)化和改進壓裂施力(fracturing effort)和支撐劑的分布、井的布置和生產(chǎn)策略。用于測繪或可視化地下的幾何結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)(例如，微地震裂縫測繪、傾斜儀裂縫測繪、示蹤劑的使用)被認為具有一個或多個限制。例如，這些技術(shù)中的某些技術(shù)提供僅僅關(guān)于一個維度或特征(例如，長度、高度、深度或方位角)的信息。再如，這些技術(shù)中的某些技術(shù)僅提供關(guān)于很接近于鉆井的地層的信息。又如，當(dāng)前的某些技術(shù)需要使用一個或多個探邊井，這會顯著地增加成本和/或可能對環(huán)境造成破壞的放射性材料。應(yīng)當(dāng)理解，上述討論是僅出于說明的目的而提供的，且并不是意圖限制本公開內(nèi)容、所附的權(quán)利要求或者任何相關(guān)的專利申請或?qū)＠臋?quán)利要求的范圍或主題。因而，所附的權(quán)利要求或者任何相關(guān)的專利申請或?qū)＠臋?quán)利要求全都不應(yīng)當(dāng)由上述討論所限制或者不應(yīng)當(dāng)僅僅其在上文的提及就被要求用于解決、包括或排除以上所引的實例、特征和/或缺點。因此，需要能夠提供關(guān)于在地下井或地層中的一個或多個變量(具有在下面或者在本公開內(nèi)容的后續(xù)部分描述的屬性、能力或特征中的一個或多個)的信息的改進的系統(tǒng)、裝置和方法；提供關(guān)于存在于鉆井、環(huán)帶或地層內(nèi)的一個或多個變量的信息；在鉆孔、固井、完成、激勵和修井當(dāng)中的至少一個的過程中提供此類信息；在沒有信號傳輸?shù)侥繕宋恢玫那闆r下提供此類信息；提供關(guān)于在地下井、地層或碳氫化合物儲層中的一個或多個幾何尺寸、特定對象或者幾何特征位置、溫度、壓力、流量、化學(xué)組成或原地應(yīng)力的信息；能夠用來改進井的激勵操作以及井的績效計劃；提供關(guān)于布置于所支撐的裂縫或其他區(qū)域內(nèi)的支撐劑的位置的信息；提供地下幾何特征的多個維度；在一個或多個目標位置提供信號生成器件以實現(xiàn)上述項中的一個或多個；使用在原地捕獲、生成或提供用于傳輸一種或多種信號的能量的信號生成器件；結(jié)合能夠生成能量和/或傳輸信號的納米器件；使用壓電信號生成器件；使用包括能夠從地下的位置發(fā)射出可檢測的聲波的發(fā)聲材料的信號生成器件；不需要使用探邊井或放射性材料；可靠的；容易實現(xiàn)；需要對現(xiàn)有設(shè)備最小程度的改造；具 有成本效益的。

發(fā)明內(nèi)容
在某些實施例中，使用了用于獲取關(guān)于存在于地下鉆井和/或周圍地層中的目標位置處的至少一個變量的信息的方法。這些方法包括將多個信號生成器件輸送到目標位置。信號生成器件中的至少一些發(fā)送出至少一種信號。信號中的至少一些被接收，并且關(guān)于變量的信息從其中生成。這些方法不需要為了獲取或生成信息而將信號傳輸?shù)侥繕宋恢?。在各種實施例中，用于獲取關(guān)于存在于地下鉆井和/或周圍地層中的目標位置處的至少一個變量的信息的方法包括將多個納米器件輸送到目標位置。納米器件中的至少一些在原地生成或捕獲足以給至少一個可檢測信號的傳輸供電的能量。從目標位置傳輸出至少一個可檢測信號。所發(fā)射出的傳輸信號中的至少一些被接收。關(guān)于變量的信息從所接收信號中的至少一些中得出。某些實施例包括一種用于獲取關(guān)于至少一個地下裂縫或者在裂縫內(nèi)的支撐劑的位置的信息的方法。這些實施例包括將多個信號生成器件結(jié)合到支撐劑中。將支撐劑輸送到至少一個裂縫內(nèi)。在支撐劑內(nèi)的信號生成器件中的至少一些響應(yīng)于至少一個井下條件或性質(zhì)而生成可檢測信號。至少一個接收器接收可檢測信號中的至少一種。關(guān)于裂縫或者支撐劑在裂縫內(nèi)的位置的信息從所接收信號中的至少一個中得出。各種實施例包括一種使接近于地下碳氫化合物儲層的地層從鉆井水力壓裂的方法。這些實施例的方法包括將流體以比儲層內(nèi)的壓力高的壓力注入鉆井中。所注入的流體在地層中形成自鉆井起的裂縫，并且通過所述裂縫，碳氫化合物可以從儲層流到鉆井中。制備包括多個信號生成器件的支撐劑。支撐劑被輸送到裂縫之內(nèi)，以便提高裂縫的導(dǎo)通性并且提供碳氫化合物在儲層和鉆井之間的流通路徑。在支撐劑內(nèi)的信號生成器件中的至少一些響應(yīng)于至少一個井下條件或性質(zhì)而發(fā)射出至少一個可檢測信號。接收所發(fā)出的信號中的至少一個，并且從其中得出關(guān)于所支撐的裂縫或支撐劑的信息。
因此，本公開內(nèi)容包括被認為是能夠提高地下信息采集技術(shù)的特征和優(yōu)點。在考慮到下面關(guān)于各種實施例的詳細描述的情況下，以上所描述的本公開內(nèi)容的特性和潛在優(yōu)點以及附加的潛在特征和好處對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。


下面的附圖是本說明書的一部分，被引入用于解釋本公開內(nèi)容的各種實施例的某些方面并且在本文的詳細描述中引用圖I是示出由于示例性的白砂支撐劑、玻璃珠、CarboLite 支撐劑和鋁土礦燒結(jié)球(SinterBalI Bauxite)支撐劑在所進行的測試期間的破裂而檢測到 的聲發(fā)射的線圖，用于說明本公開內(nèi)容的至少一種實施例；圖2是比較由于鋁土礦燒結(jié)球支撐劑以及鋁土礦燒結(jié)球支撐劑和玻璃珠的混合物在所進行的測試期間的破裂而檢測到的聲發(fā)射的線圖，用于說明本公開內(nèi)容的至少一種實施例；圖3是比較由于LiteProp 108支撐劑以及LiteProp 108和CarboLite(橫經(jīng)塑料)支撐劑的混合物在所進行的測試期間的破裂而檢測到的聲發(fā)射的線圖，用于說明本公開內(nèi)容的至少一種實施例；圖4是在所進行的燒結(jié)球支撐劑的測試期間取得的示波器的屏幕截圖的照片，用于說明本公開內(nèi)容的至少一種實施例；圖5是在所進行的白砂支撐劑的測試期間取得的示波器的屏幕截圖的照片，用于說明本公開內(nèi)容的至少一種實施例；以及圖6是在所進行的CarboLite支撐劑的測試期間取得的示波器的屏幕截圖的照片，用于說明本公開內(nèi)容的至少一種實施例。
具體實施例方式在考慮到下面關(guān)于本公開內(nèi)容的示例性實施例的詳細描述的情況下并且參照附圖，本公開內(nèi)容的特性和優(yōu)點以及附加的特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。應(yīng)當(dāng)理解，在此的描述和附圖(作為示例實施例)并不是要限制本專利申請、授權(quán)于本專利申請的任何或者要求本專利申請的優(yōu)先權(quán)的任何專利或?qū)＠暾埖臋?quán)利要求。相反地，本發(fā)明將涵蓋屬于權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等價物和替換方案。在不脫離此類精神和范圍的情況下可以對在此所公開的特定的實施例和細節(jié)進行許多改變。在此所使用的以及在本專利申請的各個部分(和標題)中，術(shù)語“發(fā)明”、“本發(fā)明”及其變型并不是要意指由本公開內(nèi)容或任何特定的權(quán)利要求所包含的每一種可能的實施例。因而，每個這樣引用的主題都不應(yīng)當(dāng)僅僅由于這樣引用而被看作是本發(fā)明的每一種實施例或者任何特定的權(quán)利要求所必需的或者其中一部分。某些術(shù)語在此和在所附的權(quán)利要求書中使用，以指示特定的構(gòu)件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，不同的人可以通過不同的名稱來指示構(gòu)件。本文獻并不是要區(qū)分名稱不同而非功能不同的構(gòu)件。同樣，詞語“包括”和“包含”在此和在所附的權(quán)利要求書中以開放的方式來使用，并且從而應(yīng)當(dāng)解釋為意指“包括，但不限于…”。此外，在此和在所附的權(quán)利要求書中對構(gòu)件和方面以單數(shù)時態(tài)的引用并不一定將本公開內(nèi)容或所附的權(quán)利要求限定于只是一個此類構(gòu)件或方面，而是應(yīng)當(dāng)一般地解釋為意指一個或多個，這在每一種特定的情況下都會是適用的和所期望的。根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施例，一個或多個信號生成器件被選擇性地設(shè)置于鉆井或地層中。信號生成器件可以具有任何適用的形式、構(gòu)造、配置和操作，并且可以用任意適合的方式部署于鉆井或地層中的所期望的目標位置。例如，信號生成器件可以是用常規(guī)的流體輸送設(shè)備在流體混合物或泥漿中輸送的珠、絲線、球團、球體或其他適合物品的形式。當(dāng)提供關(guān)于所支撐的裂縫和其他幾何特征的信息時，信號生成器件可以在支撐劑中使用或運輸，并且可以具有與支撐劑類似的一個或多個物理性質(zhì)(例如，尺寸、形狀、密度、比重)。如在此所使用的，術(shù)語“支撐劑”包括可用于幫助支撐在地下的地層中的裂縫、裂口或其他區(qū)域使其敞開，或者在鉆井或地層中的其他所期望的用途的任何物質(zhì)、復(fù)合物或流體-粒子混合物。若需要，信號生成器件可以群集或團聚在一起。在優(yōu)選的實施例中，通常所希望的是單獨的信號生成器件或其群集不大于支撐劑的粒子。
在某些實施例中，信號生成器件自身可以是支撐劑(“信號生成器件支撐劑”)。當(dāng)信號生成器件支撐劑與非信號生成器件支撐劑一起使用時，所希望的是信號生成器件支撐劑具有與其他支撐劑類似的微粒尺寸和比重，以確保均勻的分布。若需要，信號生成器件支撐劑可以為了強度或其他質(zhì)量而涂布。在其他實施例中，信號生成器件可以包含于其他主要支撐劑內(nèi)或者設(shè)置有其他主要支撐劑。例如，信號生成器件可以是混合于支撐劑內(nèi)的分離構(gòu)件。再如，信號生成器件可以通過例如將信號生成器件嵌入熱塑性支撐劑材料之內(nèi)或者將信號生成器件涂布于支撐劑的外表面之上來與支撐劑粒子結(jié)合或者形成為支撐劑粒子。出于成本效益起見，可能希望包括最小有效濃度的信號生成器件。在某些實施例中，信號生成器件包括納米器件。如在此所使用的，術(shù)語“納米器件”包括，但不限于，一種或多種納米級大小的能夠用來產(chǎn)生能量和/或發(fā)射可檢測信號的粒子、材料、器件或復(fù)合物。若需要，每個納米級大小的粒子、材料、器件或復(fù)合物都可以封裝入或包含于另一粒子之內(nèi)。納米級大小的粒子、材料、器件或復(fù)合物擁有具有納米級大小的至少一個特征，例如孔徑、片晶(platelet)長度、粒子平均直徑、材料厚度等，并且可以被功能化或非功能化。在某些實施例中，納米級的尺寸可以是小于1000納米；500納米；在某些實施例中，小于200納米；在某些實施例中，小于150納米；在某些實施例中，小于100納米；在某些實施例中，小于70納米；在某些實施例中，小于50納米；在某些實施例中，小于20納米；在某些實施例中，小于10納米；在某些實施例中，小于5納米；在某些實施例中，小于I納米；在某些實施例中，小于0. 5納米等。在某些實施例中，納米級尺寸在使用的多個納米器件當(dāng)中可以是不同的。在某些情況下，納米器件可以用作納米復(fù)合物填充的粒子支撐物的納米構(gòu)件。在一種特定的實施例中，納米器件能夠形成為可變形的ULW(超輕量化)支撐劑，例如，由BakerHughes公司(本申請的受讓人)出售的LiteProp 108。在本實例中，納米器件能夠代替形成于LiteProp 108支撐劑內(nèi)的其他納米粒子的一部分來使用，或者添加到其中。在部署之后，信號生成器件可用于提供能夠以任意適合的方式來接收及處理的一種或多種可檢測信號。在某些實施例中，信號生成器件可以包括功率產(chǎn)生、傳輸或傳感能力，或者它們的組合。例如，每個信號生成器件都能夠在原地產(chǎn)生或捕獲足夠用于一種或多種可檢測信號(例如，聲波、振動、適合頻率的無線電波)的傳輸?shù)墓β?。在某些實施例中，信號生成器件可以根?jù)熱能或井底靜態(tài)溫度(BHST)、流體吸收(例如，吸水完成電路)、粒子膨脹、溫度變化、機械應(yīng)力或壓力或者其他井下性質(zhì)或條件產(chǎn)生功率或者與其反應(yīng)。在各種實施例中，信號生成器件可以包括一個或多個用于提供能量的微電池。在某些實施例中，信號生成器件自身可以發(fā)射信號。在其他實施例中，由信號生成器件產(chǎn)生的功率可以被用來致動一個或多個發(fā)送器，以使其發(fā)射可檢測信號。當(dāng)發(fā)送器被包括時，發(fā)送器可以具有任意適合的形式、配置和操作。例如，適當(dāng)?shù)臒o線電波微型發(fā)送器可以包含于信號生成器件內(nèi)，與信號生成器件關(guān)聯(lián)或通信，或者以其它方式布置為充分接近于信號生成器件，以由其所提供的功率來致動。若需要，信號生成器件(例如，納米器件)可以包括可用于產(chǎn)生功率的壓電材料。在直接壓電效應(yīng)的理論之下，壓電材料(例如，某些晶體、聚合物、陶瓷、骨頭(bone )、搪瓷、木材、它們的組合等)能夠響應(yīng)于所施加的機械應(yīng)力而產(chǎn)生電勢。如果材料沒有短路，則所施加的電荷感生出跨材料的電壓。因而，壓電信號生成器件能夠用來響應(yīng)于對它的應(yīng)力施加而產(chǎn)生電力。因此，在某些實施例中，壓電信號生成器件可以部署于地層內(nèi)，例如，在水壓裂 縫內(nèi)，以及由地層運動(例如，裂縫閉合)所引起的施加于器件上的應(yīng)力來激活(用于產(chǎn)生電力)。裂縫的閉合應(yīng)力因而可被信號生成器件用以產(chǎn)生電功率。在其他實施例中，壓電信號生成器件可以用于在電場施加于其上時產(chǎn)生運動。在反壓電效應(yīng)的理論下，應(yīng)力或應(yīng)變由壓電材料在電場施加時產(chǎn)生。因此，在這些壓電信號生成器件被部署于所期望的位置之后，可以對信號生成器件施加電場。在2009年4月9日提交的、題目為 “Electrolocation Apparatus&Methods for Mapping from a SubterraneanWell”、與本申請具有共同的受讓人的美國專利申請序列號12/421,061中公開了用于在地下位置施加電場的一些方法，并該專利申請的全部內(nèi)容通過引用包含于此。但是，本公開內(nèi)容并不限于在以上的參考文獻中公開的細節(jié)、技術(shù)或應(yīng)用。由信號生成器件引起的作為結(jié)果的運動(例如，振動)可以是可檢測信號，或者被用來生成可檢測信號。在某些實施例中，信號生成器件可以包括發(fā)聲材料。例如，發(fā)聲材料可能能夠響應(yīng)于一個或多個井下性質(zhì)或條件而發(fā)射出可檢測的聲波，所述井下性質(zhì)或條件例如以上所描述的那些。在優(yōu)選的實施例中，發(fā)聲材料包括玻璃泡或者玻璃珠或陶瓷珠(或者其結(jié)塊)，這些材料將在受到一個或多個井下性質(zhì)或條件時破裂。這些材料的破裂將生成可利用例如接收器(例如，微地震法)檢測到的聲波，這將在下面進一步描述。如在此所使用的，術(shù)語“破裂”及其變型意指裂開、失效、壓裂、塌陷、膨脹、變形、分離、脫離或粉碎之一，取決于環(huán)境，足以響應(yīng)于井下性質(zhì)或條件而產(chǎn)生可檢測的聲音。例如，玻璃或陶瓷珠，以及玻璃泡，在某些由地層運動(例如，裂縫閉合)導(dǎo)致的所施加的應(yīng)力之下將會破裂，以足以產(chǎn)生可檢測的聲發(fā)射。在某些應(yīng)用中，玻璃或陶瓷珠在施加于其上的7000-9000psi的點對點的應(yīng)力之下可以充分破裂。再如，玻璃泡可能由于例如因地層的溫度變化所致的膨脹和破壞而破裂。又如，玻璃泡可能由于水壓變化而塌陷。發(fā)聲材料并不限于玻璃或陶瓷珠或者玻璃泡，而是可以由能夠響應(yīng)于一個或多個井下性質(zhì)或條件而充分地破裂并產(chǎn)生可檢測的聲音的其他任意適合的材料或材料(例如，某些塑料、金屬合金和其他適當(dāng)脆性的材料)的組合來構(gòu)成。同樣地，發(fā)聲材料可以具有能夠響應(yīng)于一個或多個井下性質(zhì)或條件而破裂并產(chǎn)生可檢測的聲音的其他任意適合的幾何結(jié)構(gòu)和配置，例如，球團或桿狀體。在優(yōu)選的實施例中，發(fā)聲材料是強到足以避免在地層中泵送、輸送及遷移期間破裂，具有與它們被承載的支撐劑基本上相同的粒子尺寸、粒子密度和可運輸性質(zhì)，并且被混合到體積足夠大的支撐劑之內(nèi)，以提供所期望的聲波傳輸。例如，在某些應(yīng)用中，玻璃珠可以按照支撐劑粒子的重量的5%來提供。通過使用信號生成器件生成的信號可以用任意適合的方式來檢測。例如，由信號生成器件供電的信號可以由布置于井內(nèi)的、一個或多個探邊井內(nèi)的、在地面或其他位置的或者它們的組合的適當(dāng)?shù)慕邮掌鱽斫邮?。若需要，可以使用在常?guī)的微地震監(jiān)視中使用的接收器。在某些實施例中，接收器可以布置于套管(例如，結(jié)合劑、套管接箍)或者安裝于鉆井內(nèi)的其他構(gòu)件中，在部署于鉆井內(nèi)的卷曲的或其他管道、鉆柱、繩索、井下工具或其他構(gòu)件或者它們的組合上運送。在某些情況下，在不同位置的多個接收器可能是有用的，例如，用于使發(fā)送信號的源三角分布，以確定位置、尺寸或其他變量。
若需要，本公開內(nèi)容的系統(tǒng)和/或技術(shù)可以用來在鉆井中沿著多個間隔或角度采集關(guān)于在鉆井或地層中的變量的信息。在某些應(yīng)用中，相同的接收器可以用來接收來自不同位置的發(fā)送器的信號，而在其他應(yīng)用中，在不同位置的多組接收器可以有保證的。例如，如果接收器在繩索或其他載體上被降低到鉆井之內(nèi)，則多組接收器可以按隔開的間隔布置于相同的繩索或其他載體上。同樣地，多組接收器可以按照所期望的間隔嵌入鉆井中的套管(未示出)或其他固定裝置內(nèi)，或者與其連接，以接收來自不同的目標位置的發(fā)送器的信號。在接收到信號之后，可以使用適于處理它們并最終推斷出或提供所期望的位置、尺寸、幾何結(jié)構(gòu)、空間關(guān)系或其他井下變量的任何方法。例如，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換/處理軟件可以被用來將所傳輸?shù)臒o線電信號轉(zhuǎn)換成有用的信息。已知的以及將會為人所知的數(shù)學(xué)建模技術(shù)可以被用來經(jīng)由一個或多個計算器件來制定并應(yīng)用適當(dāng)?shù)乃惴?，以確定所接收到的信號之間的關(guān)系以及所期望的變量信息。在變量包括確定一個或多個地下幾何尺寸的應(yīng)用中，來自多個信號生成器件的信號可以被處理以確定其位置。例如，信號可以用與其他已知的微地震測繪技術(shù)類似的方法來測繪。例如，當(dāng)信號生成器件在分布于整個所支撐的裂縫區(qū)域內(nèi)的支撐劑中使用時，則此類信息可以被用來表征方位角取向、幾何尺寸(例如，長度、寬度、高度、深度)、支撐劑充填層的全部或部分或者所支撐的裂縫區(qū)的地下位置或者它們的組合。在某些應(yīng)用中，如果部署了足夠多的信號生成器件并且傳輸被接收到，則可以確定裂縫的寬度。但是，本公開內(nèi)容并不限于確定水壓裂縫的位置和尺寸。在各種應(yīng)用中可以測量或測繪的其他地下特征的某些實例是自然出現(xiàn)的裂縫、由基體激勵產(chǎn)生的蟲洞或溝道等。若需要，其他移位技術(shù)(例如，信號反射和電阻)可以結(jié)合本公開內(nèi)容的裝置、系統(tǒng)和/或方法來使用。實例下面的實例示出了形式為示例性的玻璃珠和陶瓷支撐劑的樣本發(fā)聲材料將在由于在某些水力壓裂操作中所預(yù)期的同樣總大小的點對點機械應(yīng)力對其的施加而破裂時發(fā)出可檢測的聲音。同樣地，實例示出了本發(fā)明的一種或多種實施例的實施。在考慮到本文所公開的說明書和本發(fā)明的實施的情況下，在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)的其他實施例對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。所預(yù)期的是，本說明書與實例一起被認為僅為示例性的，本發(fā)明的范圍和精神由后面的權(quán)利要求書所指出。所修改的API/IS0支撐劑擠壓測試(API RP19C和ISO 13503-2)被建立用于驗證和測量各種材料在應(yīng)力施加期間的聲學(xué)行為。測試使用具有直徑為2”的活塞的標準ISO擠壓單元以及具有數(shù)據(jù)采集單元的MTS載荷框架水力擠壓(500kpsi載荷容量)。施加有凝膠耦合劑的聲學(xué)換能器被安裝于載荷框架板并且與HP通用計數(shù)器和Textronix示波器連接。計數(shù)器被設(shè)置用于監(jiān)視聲學(xué)事件的總數(shù)(計數(shù))以及示波器所顯示的波形和振幅(響度)。安裝在三腳架上的數(shù)碼相機被用來產(chǎn)生示波器的屏幕截圖，以便記錄樣本聲學(xué)事件。測試對下面的材料進行(i)40g的渥太華(Ottawa)白砂支撐劑，網(wǎng)孔 (mesh)為20/40，具有2. 65的平均比重(ASG)(ii)40g的硼硅酸鹽玻璃珠，網(wǎng)孔為20/40，具有2. 65的ASG(iii)40g的CarboLite (陶瓷)支撐劑(Carb.)(由carbo陶瓷公司出售)，網(wǎng)孔為20/40，具有2. 70的ASG(iv) 40g的招土礦燒結(jié)球支撐劑(由Sintex Minerals&Service公司出售)，網(wǎng)孔為 20/40，具有 3. 60 的 ASG(v)53g (95%)的鋁土礦燒結(jié)球支撐劑和3g (5%)的玻璃珠(vi) 16g 的 LiteProp 180 (塑料)支撐劑(LP 108)，網(wǎng)孔為 14/40，具有 I. 05 的ASG(vii) 15g (95%)的 LiteProp 108 支撐劑和 Ig 的CarboLite 支撐劑測試結(jié)果針對以上的(i)_ (vii)在施加于所填充的擠壓單元的活塞的載荷為100psi-15, OOOpsi，速率為2，OOOpsi/分鐘的情況下來獲得，以模擬潛在的地下裂縫閉合應(yīng)力。在單元上的壓力于2分鐘內(nèi)卸載到Opsi之前被保持于15，OOOpsi達2分鐘。聲學(xué)事件的數(shù)量在每個1，OOOpsi下測試，在表I中標記并示出。計數(shù)器和示波器都沒有被校準，以檢測來自具體材料的具體聲學(xué)事件，從而容易在每次運行中檢測出全部聲發(fā)射。對于全部測試都保留相同的檢測水平，允許在所測試的不同材料之間直接比較。在圖1-3中，在表I中示出的每次測試運行的聲學(xué)事件的數(shù)量在測試的持續(xù)過程中隨著所施加的壓力增大而圖示出。如圖I所示，玻璃珠顯示了處于被認為會在井下環(huán)境中提供了足以檢測出的聲發(fā)射的聲學(xué)事件的大小的、在7，OOOpsi下的計數(shù)的最急劇的增力口。陶瓷(CarboLite )支撐劑同樣顯示出了處于被認為會提供可檢測的聲發(fā)射的計數(shù)水平的、在8，OOOpsi的水平附近的顯著但更平緩的增加。這些壓力反映出典型的裂縫閉合應(yīng)力，指示出玻璃珠和CarboLite支撐劑將會在所期望的壓力下破裂。通過比較，白砂和燒結(jié)球支撐劑證明了聲學(xué)事件的數(shù)量在典型的裂縫閉合事件期間不太可能被檢測。圖2示出在所提供的燒結(jié)球支撐劑混合物內(nèi)引入5%的玻璃珠，聲學(xué)事件增加了相當(dāng)多倍。同樣地，圖3示出在LiteProp 108支撐劑混合物中引入5%的CarboLite顯著地增加了聲學(xué)事件的數(shù)量。圖4-6是在測試期間的示波器的樣本屏幕截圖，并且示出聲音波形(響度)由被測試材料的破裂所引起。X軸代表測試時間，而y軸反映所檢測到的聲學(xué)事件的振幅。圖4是在燒結(jié)球測試運行期間截取的屏幕截圖，指示出始終安靜(quiet)的聲發(fā)射以及聲學(xué)事件(破裂)的數(shù)量被認為是不足以在典型的井下環(huán)境中充分產(chǎn)生可檢測的聲音。圖5示出白砂支撐劑的破裂足夠大聲的，而圖6反映出在CarboLite的破裂期間檢測到的聲音的顯著振幅。圖5和6還示出當(dāng)被測材料的計數(shù)數(shù)量顯著增加時，在這些測試運行期間的聲發(fā)射的振幅是最大的，然后在計數(shù)數(shù)量達到穩(wěn)定水平之后降低。該數(shù)據(jù)支持了以下發(fā)現(xiàn)CarboLite和玻璃珠(其顯示出了計數(shù)更急劇的增加)在它們的峰值破裂壓力與所預(yù)料的裂縫閉合應(yīng)力或其他井下事件匹配時會是理想的發(fā)聲材料。對于測試之后的每次運行,壓裂細料的比例通過40目篩(40mesh screen)來測量。如表I所示，玻璃珠和CarboLite支撐劑(以及白砂支撐劑)的測試質(zhì)量的大小存在著顯著的減小，指示出它們在典型的壓裂閉合壓力下對有效的破裂是敏感的。因此，測試結(jié)果指示出某些材料(例如，玻璃珠和陶瓷支撐劑)在與所預(yù)料的地下裂縫閉合應(yīng)力相等的所施加的壓力之下將充分破裂，并且發(fā)射出振幅被認為是可由當(dāng)前可獲得的微地震接收器檢測到的聲音。此類材料因而可以有效地用作根據(jù)本公開內(nèi)容的發(fā)聲材料。復(fù)I
權(quán)利要求
1.一種在不需要向在地下鉆井和/或周圍地層中的目標位置發(fā)送信號的情況下獲取關(guān)于在所述目標位置處存在的至少一個變量的信息的方法，所述方法包括 將多個信號生成器件輸送到所述目標位置； 所述信號生成器件中的至少一些發(fā)送至少一個信號； 接收來自所述信號生成器件中的至少一些的信號；以及 根據(jù)所接收到的信號中的至少一些生成關(guān)于所述至少一個變量的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括所述信號生成器件中的至少一些為至少一個信號的發(fā)送提供足夠的功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括將至少一個電池結(jié)合到所述信號生成器件中的至少一些內(nèi)，至少一個這樣的電池提供功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括將所述信號生成器件構(gòu)造為具有壓電材料的納米器件，以及所述納米器件中的至少一些基于施加于其上的力產(chǎn)生功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述信號生成器件中的至少一些基于井底靜態(tài)溫度的變化、粒子膨脹、流體吸收、熱能、壓力變化和施加到其的應(yīng)力變化當(dāng)中至少一個產(chǎn)生功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述信號生成器件中的至少一些包括吸水完成電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括使至少一個微型發(fā)送器與所述信號生成器件中的至少一些關(guān)聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括將所述信號生成器件輸送到支撐劑內(nèi)的目標位置，使所述信號生成器件中的至少一些形成為具有與所述支撐劑的尺寸和密度至少近似相等的尺寸和密度，將所述支撐劑分布到形成于所述地層內(nèi)的至少一個裂縫中，所述信號生成器件中的至少一些響應(yīng)于至少一個井下性質(zhì)或條件而發(fā)送至少一個信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括將所述信號生成器件結(jié)合到超輕量化支撐劑之內(nèi)，并且將所述信號生成器件形成為具有與所述超輕量化支撐劑基本上相同的粒子尺寸和比重。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括使所述支撐劑分散到形成于所述地層中的至少一個裂縫內(nèi)，作為支撐劑充填層的一部分，提供多個接收器以接收所發(fā)送的信號中的至少一些，以及將所述接收器中的至少一些布置于所述鉆井內(nèi)或者布置于表面處。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括對所接收到的信號使用三角法以確定所述支撐劑充填層的至少一個尺寸或者所述支撐劑充填層在所述地層中的位置當(dāng)中的至少一個。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括構(gòu)造所述信號生成器件中的至少一些以使其包括發(fā)聲材料，由所述信號生成器件生成的信號是由所述發(fā)聲材料響應(yīng)于至少一個井下條件或性質(zhì)而發(fā)射出的可檢測的聲波。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述發(fā)聲材料包括玻璃、金屬或塑料的泡、球體、珠、球團或桿狀體當(dāng)中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述發(fā)聲材料響應(yīng)于施加于其上的裂縫閉合應(yīng)力、壓力變化或溫度變化當(dāng)中的至少一種而破裂。
15.一種獲取關(guān)于在地下鉆井和/或周圍地層內(nèi)的目標位置處存在的至少一個變量的信息的方法，所述方法包括 將多個納米器件輸送到所述目標位置； 所述納米器件中的至少一些在原地生成或捕獲足以給至少一個可檢測信號的發(fā)送供電的能量；以及 從所述目標位置發(fā)送至少一個可檢測信號； 接收所發(fā)送的信號中的至少一些；以及 根據(jù)所收到的信號中的至少一個得出關(guān)于所述至少一個變量的信息。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括由所述納米器件中的至少一個生成的能量供電的至少一個發(fā)送器發(fā)送所述至少一個信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述目標位置包括至少一個水壓裂縫，所述方法還包括將所述納米器件結(jié)合到支撐劑內(nèi)，使所述支撐劑分布到至少一個水壓裂縫之內(nèi)，并且根據(jù)多個接收到的信號得出關(guān)于所述地層中的所述支撐劑的位置的信息。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括構(gòu)造所述納米器件以使其各自包括壓電材料，以及所述納米器件中的至少一些基于裂縫閉合應(yīng)力和施加到其的電場當(dāng)中的至少一個中生成電功率。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括 將多個納米器件輸送到多個目標位置； 所述納米器件中的至少一些生成能量； 由在每個目標位置的所述納米器件中的至少一個生成的能量供電的至少一個發(fā)送器發(fā)射至少一個信號； 接收所發(fā)射信號中的至少一些；以及 根據(jù)所接收到的信號中的至少一些得出關(guān)于每個目標位置處的至少一個變量的信息。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括提供多個接收器以接收所發(fā)射的信號，其中相同的接收器接收來自在多個目標位置處的發(fā)送器的發(fā)射信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括將所述納米器件結(jié)合到支撐劑中，將所述支撐劑在所述地層中散布成至少一個幾何特征，作為支撐劑充填層的一部分，并且對所接收到的信號使用三角法以確定所述支撐劑充填層的至少一個尺寸或者所述支撐劑充填層在所述地層中的位置當(dāng)中的至少一個。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括將所述納米器件輸送到多個目標位置，從每個目標位置發(fā)送出至少一個可檢測信號，接收來自每個目標位置的所發(fā)送信號中的至少一個，并且根據(jù)所接收到的信號得出關(guān)于在每個目標位置的至少一個變量的信息。
23.一種獲取關(guān)于至少一個地下裂縫或者在所述裂縫內(nèi)的支撐劑的位置的信息的方法，所述方法包括 將多個信號生成器件結(jié)合到所述支撐劑內(nèi)； 將所述支撐劑輸送到所述至少一個裂縫； 在所述支撐劑內(nèi)的所述信號生成器件中的至少一些響應(yīng)于至少一個井下條件或性質(zhì)而生成可檢測信號； 至少一個接收器接收所述可檢測信號中的至少一個；以及 根據(jù)所接收到的信號中的至少一個得出關(guān)于所述裂縫或者所述支撐劑在所述裂縫內(nèi)的位置的信息。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括構(gòu)造所述信號生成器件中的至少一些以使其包括發(fā)聲材料，由所述信號生成器件生成的可檢測信號是由所述發(fā)聲材料響應(yīng)于至少一個井下條件或性質(zhì)而發(fā)射出的可檢測聲波。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述發(fā)聲材料包括玻璃、金屬或塑料的泡、球體、珠、球團或桿狀體當(dāng)中的至少一種。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述發(fā)聲材料響應(yīng)于施加到其的裂縫閉合應(yīng)力、壓力變化或溫度變化當(dāng)中的至少一種而破裂。
27.一種從鉆井中使接近于地下碳氫化合物儲層的地層水力壓裂的方法，所述方法包括 將流體以比所述儲層內(nèi)的壓力高的壓力注入所述鉆井內(nèi)； 所注入的流體在所述地層內(nèi)形成源自所述鉆井的裂縫，并且通過所述裂縫，碳氫化合物可以從所述儲層流入所述鉆井； 制備包括多個信號生成器件的支撐劑； 將所述支撐劑輸送到所述裂縫內(nèi)，以提高所述裂縫的導(dǎo)通性并且提供在所述儲層與所述鉆井之間的碳氫化合物流通路徑； 在所述支撐劑內(nèi)的所述信號生成器件的至少一些響應(yīng)于至少一個井下條件或性質(zhì)而發(fā)射至少一個可檢測信號； 接收所發(fā)射信號中的至少一個；以及 根據(jù)所接收到的信號中的至少一個得出關(guān)于所支撐的裂縫或支撐劑的信息。
全文摘要
在某些實施例中，用于獲取關(guān)于存在于地下鉆井和/或周圍地層內(nèi)的目標位置處的至少一個變量的信息的方法包括將多個信號生成器件輸送至該目標位置，從目標位置發(fā)射出至少一種可檢測信號以及接收至少一個這樣的信號。根據(jù)所接收到的信號中的至少一些中得出關(guān)于所述變量的信息。
文檔編號G01V1/40GK102763006SQ201180009695
公開日2012年10月31日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月20日
發(fā)明者H·D·布拉農(nóng) 申請人:貝克休斯公司