压裂监测制造技术

本申请涉及用于在油/气井形成期间监测水力压裂的方法和设备。沿井眼（106）（其可以是执行压裂的井眼）向下部署的光纤线缆（102）被询问以提供分布式声学传感器。数据从光纤的至少一个纵向感测部分采样且被处理以提供至少一个压裂特性。压裂特性可以包括指示压裂事件（606）的高频瞬变。瞬变的强度、频率、持续时间以及信号演变被监测以提供压裂特性。另外地或备选地，压裂特性可以包括由到压裂位点的压裂流体流动产生的较长期声学噪声。噪声的强度和频率可以被分析以确定压裂特性。该方法允许压裂过程的实时控制。

【技术实现步骤摘要】
压裂监测本申请是于2011年7月22日进入中国国家阶段的申请号为201080005244.9且专利技术名称为“压裂监测”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及对在诸如油和气井的生产井的形成期间的压裂进行监测。在这种井的形成中使用的步骤的监测和这种井在使用中的监测通常被称为井下监测。具体而言，本专利技术涉及使用分布式声学感测（DAS）的井下监测。
技术介绍
光纤传感器正变成用于例如地球物理应用的广泛应用的已被大家接受的技术。光纤传感器可以具有各种形式，且常被采用的形式是在心轴周围布置光纤线圈。诸如地震检波器或水中地震检波器的点传感器可以以这种方式制成以检测一点处的声学和地震数据，且这种点传感器的大阵列可以连同使用光纤连接线缆而被复用以形成完全的光纤系统。无源复用可以全光学地实现，且优点在于不需要电连接，这在电学装置容易损害的苛刻环境中是有很大益处的。已经发现光纤传感器在井下监测中的应用，且已知在井中或井周围提供地震检波器的阵列以检测地震信号，其中目标在于更好地理解局部地理状况和提取过程。这种方法的问题在于地震检波器倾向于相对大且所以难以在井下安装。另外，地震检波器倾向于具有有限的动态范围。WO2005/033465描述了一种使用具有很多周期性折射率扰动的光纤（例如布拉格光栅）的井下声学监测的系统。声学数据被光纤的部分检索到且用于在操作过程中监测井下状况。压裂是被称为非常规井的一些油或气井的形成期间的重要过程，以激励来自岩层的油或气的流动。典型地，在岩层中钻出钻孔且内部衬有套管。套管的外部可以使用水泥填充从而在流动开始时防止含水土层等的污染。在非常规井中，岩层可能要求压裂以激励流动。典型地，这通过射孔接着是水力压裂的两阶段过程实现。射孔涉及射出来自套管内的一系列射孔弹（即聚能弹），该射孔弹产生通过套管和水泥延伸到岩层的射孔。一旦射孔完成，通过在高压下将诸如水的流体泵浦到井下，岩石被压裂。该流体因此被强制进入射孔且在达到足够压力时导致岩石的压裂。诸如沙子的固体微粒典型地被添加到流体中以打在形成的压裂中且保持它们开放。这种固体微粒被称为支撑剂。井可以在开始于距离井头最远的井区段（section）的一系列区段中射孔。因而，当井的区段被射孔时，它可以被堵塞器阻断，而井的下一区段被射孔且压裂。压裂过程是非常规井形成中的关键步骤，且它是有效地确定井的效率的压裂过程。然而，压裂过程的控制和监测十分困难。流体和支撑剂的数量以及流速一般被测量以帮助确定何时已经发生足够的压裂且还在压裂过程中识别潜在的问题。当环绕套管的水泥出现故障且流体简单地流到空隙中时发生一种已知为支撑剂冲蚀的可能问题。这浪费了支撑剂流体且防止了高效的压裂。高流速或流速中的突然增加可以指示支撑剂冲蚀。另一问题涉及可能形成的这种情况：大多数流体和支撑剂经由一个或多个射孔流向岩层，防止了经由其他射孔位点的有效压裂。典型地，压裂过程针对井的片段执行，并且如上所述，若干射孔可以沿着该井区段的长度形成，使得后续水力压裂过程导致在沿着该井区段的很多不同位置处的压裂。然而，在水力压裂过程期间，一个或多个射孔位点处的岩石可能比其余射孔处的岩石更容易压裂。在这种情况中，正形成的压裂中的一个或多个可能开始获取大部分流体和支撑剂，从而减小在其他射孔位点处的压力。这可以导致其他射孔位点处的减小的压裂。增加流体和支撑剂的流速可以简单地导致在第一射孔位点处的增加压裂，这可以简单地放大压裂且对经由该压裂容纳多少油或气没有明显的影响。然而，在其他位点处的减小压裂可以减小经由那些位点容纳的油和气的数量，因而整体上不利地影响井的效率。例如，假设井的区段在4个不同位置处射孔以用于后续压裂。如果在压裂过程期间3个射孔位点相对容易压裂，则更多的流体和支撑剂将流向这些位点。这可能防止第四压裂位点不断形成足够的压力来有效地压裂，其中结果是仅3个压裂延伸到岩层中以提供流动路径。因而，井的该区段的效率仅是期望的理想情况的75%。如果怀疑这种情形，附加的较大的固体材料可以添加到流体中，该固体材料典型地是特定大小或大小范围的固体材料球。球的大小使得它们可以流入到相对大的压裂中，在那里它们将被嵌入以导致堵塞，但是它们又足够大而不干扰相对小的压裂。以这种方式，可能消耗大多数压裂流体的相对大的压裂在水力压裂过程期间被部分地阻断，其中结果是到所有压裂的流被平分。常规地，压裂流体的流动状况被监测以试图确定一个或多个压裂位点是否正变得占主导且因而防止在一个或多个其他压裂位点处的有效压裂，但这是难以完成的且通常依赖于井工程师的经验。除了上述问题，仅仅控制压裂过程以确保发生所期程度的压裂也是困难的。而且，可能存在所提供的多于一个的井以从岩层提取油或气。当产生新井时，压裂不应扩展到已经提供现有井的岩层的区域中，因为新井处来自这种区域的任何流动可能简单地减小现有井处的流动。然而确定压裂的方向和程度是十分困难的。除了监测流体的流速之外，在压裂过程期间可以从位于单独观察的井和/或在地平面处的传感器获取传感器读数。这些传感器可以包括部署为在压裂过程期间记录地震事件的地震检波器或其他地震传感器。在压裂过程之后，然后可以分析这些传感器读数以试图确定压裂的一般位置和程度，但是几乎不提供用于压裂过程的实时控制的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于井下压裂的监测的改善的系统和方法。根据本专利技术的第一方面，提供一种用于水力压裂的井下监测的方法，包括以下步骤：询问沿着井眼的路径向下布置的光纤以提供分布式声学传感器，从光纤的多个纵向部分采样数据；以及处理所述数据以提供至少一个压裂特性的指示。分布式声学感测（DAS）提供对于点传感器的光纤感测的备选形式，由此单一长度的纵向光纤通常通过一个或多个输入脉冲被光学询问以提供沿着其长度的振动活动的基本连续感测。光学脉冲被发射到光纤中且从光纤内反向散射的辐射被检测和分析。瑞利反向散射最常被检测到。通过分析光纤内反向散射的辐射，光纤可以有效地分成可以（但是不必）邻近的多个离散的感测部分。在每个离散感测部分中，例如来自声源的光纤的机械振动导致从该部分反向散射的辐射数量中的变动。该变动可以被检测和分析且用于给出该感测部分处光纤的扰动强度的度量。当在本说明书中使用时，术语“分布式声学传感器”将表示包括被光学地询问以提供沿着光纤纵向分布的多个离散声学感测部分的光纤的传感器，且声学将表示包括地震波的任何类型的机械振动或压力波。该方法因此可以包括将一系列光学脉冲发射到所述光纤中且检测所述光纤瑞利反向散射的辐射；以及处理检测的瑞利反向散射辐射以提供光纤的多个离散纵向感测部分。注意当在本文中使用时，术语光学不限制为可见光谱且光学辐射包括红外辐射和紫外辐射。单一长度的光纤典型地是单模光纤，且优选地没有任何反射镜、反射器、光栅或（缺少任何外部激励的情况下）沿着其长度没有任何光学属性的改变，即，缺少沿着其长度的任何设计的光学变动。这提供了这样的优点：可以使用未经修改的基本连续长度的标准光纤，要求很少的修改或无需修改或使用准备。合适的DAS系统例如在其内容通过引用结合于此的GB2442745中描述。这种传感器可以看作是完全分布式或本征传感器，因为它使用在光纤中固有处理的本征散射，且因而贯穿整个光纤分布感测功能。因为光纤不具有不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水力压裂的井下监测方法，包括以下步骤：询问沿着井眼的路径向下布置的光纤以提供分布式声学传感器；从光纤的多个纵向部分采样数据；以及处理所述数据以提供支撑剂冲蚀的指示。

【技术特征摘要】
2009.05.27 GB 0909038.2;2009.11.13 GB 0919915.91.一种水力压裂的井下监测方法，包括以下步骤：询问沿着井眼的路径向下布置的光纤以提供分布式声学感测；采样来自所述询问的多个信道输出以在多个时间中的每一个时间从所述光纤的多个部分提供声学数据；以及处理所述声学数据以检测压裂特性且提供所述压裂特性的指示，其中至少一个压裂特性的指示包括支撑剂冲蚀的指示。2.根据权利要求1所述的方法，其中该方法提供支撑剂冲蚀的实时指示。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述光纤被布置在执行水力压裂的井眼中。4.根据权利要求1所述的方法，包括生成代表由压裂位点附近的光纤的至少一个纵向部分检测的声学信号的可听到的信号。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中该方法包括分析在水力压裂期间来自沿着井眼的长度的光纤的感测部分的数据以检测指示离开不对应于压裂位点的井套管的流体的流动的任何信号。6.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，包括在水力压裂之前识别套管和/或环绕水泥的故障的任何潜在点的步骤。7.根据权利要求6所述的方法，包括监测来自光纤的多个感测部分的声学扰动以产生井眼的声学剖面且分析所述剖面以检测任何异常的步骤。8.根据权利要求7所述的方法，其中通...

【专利技术属性】
技术研发人员：DJ希尔，M麦尤恩金，P丁德尔，
申请(专利权)人：光学感应器控股有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB