CN102763006A - 用于提供关于一个或多个地下变量的信息的装置和方法 - Google Patents

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CN102763006A CN2011800096954A CN201180009695A CN102763006A CN 102763006 A CN102763006 A CN 102763006A CN 2011800096954 A CN2011800096954 A CN 2011800096954A CN 201180009695 A CN201180009695 A CN 201180009695A CN 102763006 A CN102763006 A CN 102763006A
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Abstract

在某些实施例中，用于获取关于存在于地下钻井和/或周围地层内的目标位置处的至少一个变量的信息的方法包括将多个信号生成器件输送至该目标位置，从目标位置发射出至少一种可检测信号以及接收至少一个这样的信号。根据所接收到的信号中的至少一些中得出关于所述变量的信息。

Description

用于提供关于一个或多个地下变量的信息的装置和方法
对相关申请的交叉引用
本申请要求在2010年2月20日提交的题目为“Apparatus andMethods for Using Nano-Devices to Provide Information About one orMore Subterranean Variables”的美国临时专利申请序列号61/306,478的优先权，其全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开内容一般地涉及提供关于在地下井或地层内或附近的一个或多个变量的信息。
背景技术
在经由地下井所进行的各种操作中，通常有利的是能够获得关于存在于钻井或地层中的一个或多个变量的信息。在碳氢化合物勘探和生产领域中，获取此类信息可能是有利的示例操作是钻孔、固井、完成（completion）、激发（包括井处理）和修井。变量可以是任意可测量的条件、参数或性质，例如，一个或多个几何尺寸，特定对象或几何特征的位置、温度、压力、流量、化学组成、在钻井或地层中的原地应力等。注意，本公开内容并不受操作的类型、在钻井或地层中的目标位置或者变量的类型所限制。
在碳氢化合物开采领域的一个实例中，通常显著有益的是了解在地下井或地层内的区域的几何结构，例如，有支撑的水压裂缝的位置或尺寸。水力压裂是广泛使用的用于激励油井和气井的工艺，并且该工艺典型地包括将流体以比周围储层的压力高的压力注入钻井内。注入流体的较高压力促使地层破裂，使石油或天然气可以流过其中的表面区域露出。
一旦形成了水压裂缝，就在井处理期间将支撑剂典型地输送到裂缝内，以便有效地提高裂缝的导通性并且提供在储层与生产钻井之间的碳氢化合物流动路径。支撑剂确保所产生的流动路径在处理压力减轻之后保持为敞开和导通的。支撑剂的适当处理通常被认为是裂缝激励的最关键方面之一。所支撑的裂缝区域被认为是与激励井的潜力和生产力直接相关，由此所支撑的裂缝越大，则井就越多产。因而，通常有利的是知道所支撑的裂缝或者在导通裂缝内的支撑剂充填层（proppant pack）的位置和/或尺寸。例如，知道支撑剂在裂缝中的位置和/或所支撑的裂缝的尺寸在某些情况下可能有助于优化和改进压裂施力（fracturing effort）和支撑剂的分布、井的布置和生产策略。
用于测绘或可视化地下的几何结构的现有技术（例如，微地震裂缝测绘、倾斜仪裂缝测绘、示踪剂的使用）被认为具有一个或多个限制。例如，这些技术中的某些技术提供仅仅关于一个维度或特征（例如，长度、高度、深度或方位角）的信息。再如，这些技术中的某些技术仅提供关于很接近于钻井的地层的信息。又如，当前的某些技术需要使用一个或多个探边井，这会显著地增加成本和/或可能对环境造成破坏的放射性材料。
应当理解，上述讨论是仅出于说明的目的而提供的，且并不是意图限制本公开内容、所附的权利要求或者任何相关的专利申请或专利的权利要求的范围或主题。因而，所附的权利要求或者任何相关的专利申请或专利的权利要求全都不应当由上述讨论所限制或者不应当仅仅其在上文的提及就被要求用于解决、包括或排除以上所引的实例、特征和/或缺点。
因此，需要能够提供关于在地下井或地层中的一个或多个变量（具有在下面或者在本公开内容的后续部分描述的属性、能力或特征中的一个或多个）的信息的改进的系统、装置和方法；提供关于存在于钻井、环带或地层内的一个或多个变量的信息；在钻孔、固井、完成、激励和修井当中的至少一个的过程中提供此类信息；在没有信号传输到目标位置的情况下提供此类信息；提供关于在地下井、地层或碳氢化合物储层中的一个或多个几何尺寸、特定对象或者几何特征位置、温度、压力、流量、化学组成或原地应力的信息；能够用来改进井的激励操作以及井的绩效计划；提供关于布置于所支撑的裂缝或其他区域内的支撑剂的位置的信息；提供地下几何特征的多个维度；在一个或多个目标位置提供信号生成器件以实现上述项中的一个或多个；使用在原地捕获、生成或提供用于传输一种或多种信号的能量的信号生成器件；结合能够生成能量和/或传输信号的纳米器件；使用压电信号生成器件；使用包括能够从地下的位置发射出可检测的声波的发声材料的信号生成器件；不需要使用探边井或放射性材料；可靠的；容易实现；需要对现有设备最小程度的改造；具有成本效益的。
发明内容
在某些实施例中，使用了用于获取关于存在于地下钻井和/或周围地层中的目标位置处的至少一个变量的信息的方法。这些方法包括将多个信号生成器件输送到目标位置。信号生成器件中的至少一些发送出至少一种信号。信号中的至少一些被接收，并且关于变量的信息从其中生成。这些方法不需要为了获取或生成信息而将信号传输到目标位置。
在各种实施例中，用于获取关于存在于地下钻井和/或周围地层中的目标位置处的至少一个变量的信息的方法包括将多个纳米器件输送到目标位置。纳米器件中的至少一些在原地生成或捕获足以给至少一个可检测信号的传输供电的能量。从目标位置传输出至少一个可检测信号。所发射出的传输信号中的至少一些被接收。关于变量的信息从所接收信号中的至少一些中得出。
某些实施例包括一种用于获取关于至少一个地下裂缝或者在裂缝内的支撑剂的位置的信息的方法。这些实施例包括将多个信号生成器件结合到支撑剂中。将支撑剂输送到至少一个裂缝内。在支撑剂内的信号生成器件中的至少一些响应于至少一个井下条件或性质而生成可检测信号。至少一个接收器接收可检测信号中的至少一种。关于裂缝或者支撑剂在裂缝内的位置的信息从所接收信号中的至少一个中得出。
各种实施例包括一种使接近于地下碳氢化合物储层的地层从钻井水力压裂的方法。这些实施例的方法包括将流体以比储层内的压力高的压力注入钻井中。所注入的流体在地层中形成自钻井起的裂缝，并且通过所述裂缝，碳氢化合物可以从储层流到钻井中。制备包括多个信号生成器件的支撑剂。支撑剂被输送到裂缝之内，以便提高裂缝的导通性并且提供碳氢化合物在储层和钻井之间的流通路径。在支撑剂内的信号生成器件中的至少一些响应于至少一个井下条件或性质而发射出至少一个可检测信号。接收所发出的信号中的至少一个，并且从其中得出关于所支撑的裂缝或支撑剂的信息。
因此，本公开内容包括被认为是能够提高地下信息采集技术的特征和优点。在考虑到下面关于各种实施例的详细描述的情况下，以上所描述的本公开内容的特性和潜在优点以及附加的潜在特征和好处对本领域技术人员而言将是显而易见的。
附图说明
下面的附图是本说明书的一部分，被引入用于解释本公开内容的各种实施例的某些方面并且在本文的详细描述中引用：
图1是示出由于示例性的白砂支撑剂、玻璃珠、支撑剂和铝土矿烧结球（SinterBall Bauxite）支撑剂在所进行的测试期间的破裂而检测到的声发射的线图，用于说明本公开内容的至少一种实施例；
图2是比较由于铝土矿烧结球支撑剂以及铝土矿烧结球支撑剂和玻璃珠的混合物在所进行的测试期间的破裂而检测到的声发射的线图，用于说明本公开内容的至少一种实施例；
图3是比较由于LitePropTM 108支撑剂以及LiteProp 108和CarboLite（磺烃塑料）支撑剂的混合物在所进行的测试期间的破裂而检测到的声发射的线图，用于说明本公开内容的至少一种实施例；
图4是在所进行的烧结球支撑剂的测试期间取得的示波器的屏幕截图的照片，用于说明本公开内容的至少一种实施例；
图5是在所进行的白砂支撑剂的测试期间取得的示波器的屏幕截图的照片，用于说明本公开内容的至少一种实施例；以及
图6是在所进行的CarboLite支撑剂的测试期间取得的示波器的屏幕截图的照片，用于说明本公开内容的至少一种实施例。
具体实施方式
在考虑到下面关于本公开内容的示例性实施例的详细描述的情况下并且参照附图，本公开内容的特性和优点以及附加的特征和优点对本领域技术人员而言将是显而易见的。应当理解，在此的描述和附图（作为示例实施例）并不是要限制本专利申请、授权于本专利申请的任何或者要求本专利申请的优先权的任何专利或专利申请的权利要求。相反地，本发明将涵盖属于权利要求书的精神和范围内的所有修改、等价物和替换方案。在不脱离此类精神和范围的情况下可以对在此所公开的特定的实施例和细节进行许多改变。
在此所使用的以及在本专利申请的各个部分（和标题）中，术语“发明”、“本发明”及其变型并不是要意指由本公开内容或任何特定的权利要求所包含的每一种可能的实施例。因而，每个这样引用的主题都不应当仅仅由于这样引用而被看作是本发明的每一种实施例或者任何特定的权利要求所必需的或者其中一部分。
某些术语在此和在所附的权利要求书中使用，以指示特定的构件。本领域技术人员应当意识到，不同的人可以通过不同的名称来指示构件。本文献并不是要区分名称不同而非功能不同的构件。同样，词语“包括”和“包含”在此和在所附的权利要求书中以开放的方式来使用，并且从而应当解释为意指“包括，但不限于…”。此外，在此和在所附的权利要求书中对构件和方面以单数时态的引用并不一定将本公开内容或所附的权利要求限定于只是一个此类构件或方面，而是应当一般地解释为意指一个或多个，这在每一种特定的情况下都会是适用的和所期望的。
根据本公开内容的一种实施例，一个或多个信号生成器件被选择性地设置于钻井或地层中。信号生成器件可以具有任何适用的形式、构造、配置和操作，并且可以用任意适合的方式部署于钻井或地层中的所期望的目标位置。例如，信号生成器件可以是用常规的流体输送设备在流体混合物或泥浆中输送的珠、丝线、球团、球体或其他适合物品的形式。当提供关于所支撑的裂缝和其他几何特征的信息时，信号生成器件可以在支撑剂中使用或运输，并且可以具有与支撑剂类似的一个或多个物理性质（例如，尺寸、形状、密度、比重）。如在此所使用的，术语“支撑剂”包括可用于帮助支撑在地下的地层中的裂缝、裂口或其他区域使其敞开，或者在钻井或地层中的其他所期望的用途的任何物质、复合物或流体-粒子混合物。若需要，信号生成器件可以群集或团聚在一起。在优选的实施例中，通常所希望的是单独的信号生成器件或其群集不大于支撑剂的粒子。
在某些实施例中，信号生成器件自身可以是支撑剂（“信号生成器件支撑剂”）。当信号生成器件支撑剂与非信号生成器件支撑剂一起使用时，所希望的是信号生成器件支撑剂具有与其他支撑剂类似的微粒尺寸和比重，以确保均匀的分布。若需要，信号生成器件支撑剂可以为了强度或其他质量而涂布。
在其他实施例中，信号生成器件可以包含于其他主要支撑剂内或者设置有其他主要支撑剂。例如，信号生成器件可以是混合于支撑剂内的分离构件。再如，信号生成器件可以通过例如将信号生成器件嵌入热塑性支撑剂材料之内或者将信号生成器件涂布于支撑剂的外表面之上来与支撑剂粒子结合或者形成为支撑剂粒子。出于成本效益起见，可能希望包括最小有效浓度的信号生成器件。
在某些实施例中，信号生成器件包括纳米器件。如在此所使用的，术语“纳米器件”包括，但不限于，一种或多种纳米级大小的能够用来产生能量和/或发射可检测信号的粒子、材料、器件或复合物。若需要，每个纳米级大小的粒子、材料、器件或复合物都可以封装入或包含于另一粒子之内。纳米级大小的粒子、材料、器件或复合物拥有具有纳米级大小的至少一个特征，例如孔径、片晶（platelet）长度、粒子平均直径、材料厚度等，并且可以被功能化或非功能化。在某些实施例中，纳米级的尺寸可以是小于1000纳米；500纳米；在某些实施例中，小于200纳米；在某些实施例中，小于150纳米；在某些实施例中，小于100纳米；在某些实施例中，小于70纳米；在某些实施例中，小于50纳米；在某些实施例中，小于20纳米；在某些实施例中，小于10纳米；在某些实施例中，小于5纳米；在某些实施例中，小于1纳米；在某些实施例中，小于0.5纳米等。在某些实施例中，纳米级尺寸在使用的多个纳米器件当中可以是不同的。
在某些情况下，纳米器件可以用作纳米复合物填充的粒子支撑物的纳米构件。在一种特定的实施例中，纳米器件能够形成为可变形的ULW（超轻量化）支撑剂，例如，由Baker Hughes公司（本申请的受让人）出售的LitePropTM 108。在本实例中，纳米器件能够代替形成于LitePropTM 108支撑剂内的其他纳米粒子的一部分来使用，或者添加到其中。
在部署之后，信号生成器件可用于提供能够以任意适合的方式来接收及处理的一种或多种可检测信号。在某些实施例中，信号生成器件可以包括功率产生、传输或传感能力，或者它们的组合。例如，每个信号生成器件都能够在原地产生或捕获足够用于一种或多种可检测信号（例如，声波、振动、适合频率的无线电波）的传输的功率。在某些实施例中，信号生成器件可以根据热能或井底静态温度（BHST）、流体吸收（例如，吸水完成电路）、粒子膨胀、温度变化、机械应力或压力或者其他井下性质或条件产生功率或者与其反应。在各种实施例中，信号生成器件可以包括一个或多个用于提供能量的微电池。
在某些实施例中，信号生成器件自身可以发射信号。在其他实施例中，由信号生成器件产生的功率可以被用来致动一个或多个发送器，以使其发射可检测信号。当发送器被包括时，发送器可以具有任意适合的形式、配置和操作。例如，适当的无线电波微型发送器可以包含于信号生成器件内，与信号生成器件关联或通信，或者以其它方式布置为充分接近于信号生成器件，以由其所提供的功率来致动。
若需要，信号生成器件（例如，纳米器件）可以包括可用于产生功率的压电材料。在直接压电效应的理论之下，压电材料（例如，某些晶体、聚合物、陶瓷、骨头（bone）、搪瓷、木材、它们的组合等）能够响应于所施加的机械应力而产生电势。如果材料没有短路，则所施加的电荷感生出跨材料的电压。因而，压电信号生成器件能够用来响应于对它的应力施加而产生电力。因此，在某些实施例中，压电信号生成器件可以部署于地层内，例如，在水压裂缝内，以及由地层运动（例如，裂缝闭合）所引起的施加于器件上的应力来激活（用于产生电力）。裂缝的闭合应力因而可被信号生成器件用以产生电功率。
在其他实施例中，压电信号生成器件可以用于在电场施加于其上时产生运动。在反压电效应的理论下，应力或应变由压电材料在电场施加时产生。因此，在这些压电信号生成器件被部署于所期望的位置之后，可以对信号生成器件施加电场。在2009年4月9日提交的、题目为“Electrolocation Apparatus&Methods for Mapping from aSubterranean Well”、与本申请具有共同的受让人的美国专利申请序列号12/421,061中公开了用于在地下位置施加电场的一些方法，并该专利申请的全部内容通过引用包含于此。但是，本公开内容并不限于在以上的参考文献中公开的细节、技术或应用。由信号生成器件引起的作为结果的运动（例如，振动）可以是可检测信号，或者被用来生成可检测信号。
在某些实施例中，信号生成器件可以包括发声材料。例如，发声材料可能能够响应于一个或多个井下性质或条件而发射出可检测的声波，所述井下性质或条件例如以上所描述的那些。在优选的实施例中，发声材料包括玻璃泡或者玻璃珠或陶瓷珠（或者其结块），这些材料将在受到一个或多个井下性质或条件时破裂。这些材料的破裂将生成可利用例如接收器（例如，微地震法）检测到的声波，这将在下面进一步描述。如在此所使用的，术语“破裂”及其变型意指裂开、失效、压裂、塌陷、膨胀、变形、分离、脱离或粉碎之一，取决于环境，足以响应于井下性质或条件而产生可检测的声音。
例如，玻璃或陶瓷珠，以及玻璃泡，在某些由地层运动（例如，裂缝闭合）导致的所施加的应力之下将会破裂，以足以产生可检测的声发射。在某些应用中，玻璃或陶瓷珠在施加于其上的7000-9000psi的点对点的应力之下可以充分破裂。再如，玻璃泡可能由于例如因地层的温度变化所致的膨胀和破坏而破裂。又如，玻璃泡可能由于水压变化而塌陷。
发声材料并不限于玻璃或陶瓷珠或者玻璃泡，而是可以由能够响应于一个或多个井下性质或条件而充分地破裂并产生可检测的声音的其他任意适合的材料或材料（例如，某些塑料、金属合金和其他适当脆性的材料）的组合来构成。同样地，发声材料可以具有能够响应于一个或多个井下性质或条件而破裂并产生可检测的声音的其他任意适合的几何结构和配置，例如，球团或杆状体。
在优选的实施例中，发声材料是强到足以避免在地层中泵送、输送及迁移期间破裂，具有与它们被承载的支撑剂基本上相同的粒子尺寸、粒子密度和可运输性质，并且被混合到体积足够大的支撑剂之内，以提供所期望的声波传输。例如，在某些应用中，玻璃珠可以按照支撑剂粒子的重量的5%来提供。
通过使用信号生成器件生成的信号可以用任意适合的方式来检测。例如，由信号生成器件供电的信号可以由布置于井内的、一个或多个探边井内的、在地面或其他位置的或者它们的组合的适当的接收器来接收。若需要，可以使用在常规的微地震监视中使用的接收器。在某些实施例中，接收器可以布置于套管（例如，结合剂、套管接箍）或者安装于钻井内的其他构件中，在部署于钻井内的卷曲的或其他管道、钻柱、绳索、井下工具或其他构件或者它们的组合上运送。在某些情况下，在不同位置的多个接收器可能是有用的，例如，用于使发送信号的源三角分布，以确定位置、尺寸或其他变量。
若需要，本公开内容的系统和/或技术可以用来在钻井中沿着多个间隔或角度采集关于在钻井或地层中的变量的信息。在某些应用中，相同的接收器可以用来接收来自不同位置的发送器的信号，而在其他应用中，在不同位置的多组接收器可以有保证的。例如，如果接收器在绳索或其他载体上被降低到钻井之内，则多组接收器可以按隔开的间隔布置于相同的绳索或其他载体上。同样地，多组接收器可以按照所期望的间隔嵌入钻井中的套管（未示出）或其他固定装置内，或者与其连接，以接收来自不同的目标位置的发送器的信号。
在接收到信号之后，可以使用适于处理它们并最终推断出或提供所期望的位置、尺寸、几何结构、空间关系或其他井下变量的任何方法。例如，数据转换/处理软件可以被用来将所传输的无线电信号转换成有用的信息。已知的以及将会为人所知的数学建模技术可以被用来经由一个或多个计算器件来制定并应用适当的算法，以确定所接收到的信号之间的关系以及所期望的变量信息。
在变量包括确定一个或多个地下几何尺寸的应用中，来自多个信号生成器件的信号可以被处理以确定其位置。例如，信号可以用与其他已知的微地震测绘技术类似的方法来测绘。例如，当信号生成器件在分布于整个所支撑的裂缝区域内的支撑剂中使用时，则此类信息可以被用来表征方位角取向、几何尺寸（例如，长度、宽度、高度、深度）、支撑剂充填层的全部或部分或者所支撑的裂缝区的地下位置或者它们的组合。在某些应用中，如果部署了足够多的信号生成器件并且传输被接收到，则可以确定裂缝的宽度。但是，本公开内容并不限于确定水压裂缝的位置和尺寸。在各种应用中可以测量或测绘的其他地下特征的某些实例是自然出现的裂缝、由基体激励产生的虫洞或沟道等。若需要，其他移位技术（例如，信号反射和电阻）可以结合本公开内容的装置、系统和/或方法来使用。
实例
下面的实例示出了形式为示例性的玻璃珠和陶瓷支撑剂的样本发声材料将在由于在某些水力压裂操作中所预期的同样总大小的点对点机械应力对其的施加而破裂时发出可检测的声音。同样地，实例示出了本发明的一种或多种实施例的实施。在考虑到本文所公开的说明书和本发明的实施的情况下，在本发明的权利要求的范围之内的其他实施例对本领域技术人员而言将是显而易见的。所预期的是，本说明书与实例一起被认为仅为示例性的，本发明的范围和精神由后面的权利要求书所指出。
所修改的API/ISO支撑剂挤压测试（API RP19C和ISO 13503-2）被建立用于验证和测量各种材料在应力施加期间的声学行为。测试使用具有直径为2”的活塞的标准ISO挤压单元以及具有数据采集单元的MTS载荷框架水力挤压（500kpsi载荷容量）。施加有凝胶耦合剂的声学换能器被安装于载荷框架板并且与HP通用计数器和Textronix示波器连接。计数器被设置用于监视声学事件的总数（计数）以及示波器所显示的波形和振幅（响度）。安装在三脚架上的数码相机被用来产生示波器的屏幕截图，以便记录样本声学事件。
测试对下面的材料进行：
（i）40g的渥太华（Ottawa）白砂支撑剂，网孔（mesh）为20/40，具有2.65的平均比重（ASG）
（ii）40g的硼硅酸盐玻璃珠，网孔为20/40，具有2.65的ASG
（iii）40g的
Figure BDA00002017693200111
（陶瓷）支撑剂（Carb.）（由CARBO陶瓷公司出售），网孔为20/40，具有2.70的ASG
（iv）40g的铝土矿烧结球支撑剂（由Sintex Minerals&Service公司出售），网孔为20/40，具有3.60的ASG
（v）53g（95%）的铝土矿烧结球支撑剂和3g（5%）的玻璃珠
（vi）16g的LitePropTM 180（塑料）支撑剂（LP 108），网孔为14/40，具有1.05的ASG
（vii）15g（95%）的LitePropTM 108支撑剂和1g的
Figure BDA00002017693200121
支撑剂
测试结果针对以上的（i）-（vii）在施加于所填充的挤压单元的活塞的载荷为100psi-15,000psi，速率为2,000psi/分钟的情况下来获得，以模拟潜在的地下裂缝闭合应力。在单元上的压力于2分钟内卸载到0psi之前被保持于15,000psi达2分钟。声学事件的数量在每个1,000psi下测试，在表1中标记并示出。计数器和示波器都没有被校准，以检测来自具体材料的具体声学事件，从而容易在每次运行中检测出全部声发射。对于全部测试都保留相同的检测水平，允许在所测试的不同材料之间直接比较。
在图1-3中，在表1中示出的每次测试运行的声学事件的数量在测试的持续过程中随着所施加的压力增大而图示出。如图1所示，玻璃珠显示了处于被认为会在井下环境中提供了足以检测出的声发射的声学事件的大小的、在7,000psi下的计数的最急剧的增加。陶瓷支撑剂同样显示出了处于被认为会提供可检测的声发射的计数水平的、在8,000psi的水平附近的显著但更平缓的增加。这些压力反映出典型的裂缝闭合应力，指示出玻璃珠和CarboLite支撑剂将会在所期望的压力下破裂。通过比较，白砂和烧结球支撑剂证明了声学事件的数量在典型的裂缝闭合事件期间不太可能被检测。
图2示出：在所提供的烧结球支撑剂混合物内引入5%的玻璃珠，声学事件增加了相当多倍。同样地，图3示出：在LiteProp 108支撑剂混合物中引入5%的CarboLite显著地增加了声学事件的数量。
图4-6是在测试期间的示波器的样本屏幕截图，并且示出声音波形（响度）由被测试材料的破裂所引起。x轴代表测试时间，而y轴反映所检测到的声学事件的振幅。图4是在烧结球测试运行期间截取的屏幕截图，指示出始终安静（quiet）的声发射以及声学事件（破裂）的数量被认为是不足以在典型的井下环境中充分产生可检测的声音。图5示出白砂支撑剂的破裂足够大声的，而图6反映出在CarboLite的破裂期间检测到的声音的显著振幅。图5和6还示出：当被测材料的计数数量显著增加时，在这些测试运行期间的声发射的振幅是最大的，然后在计数数量达到稳定水平之后降低。该数据支持了以下发现：CarboLite和玻璃珠（其显示出了计数更急剧的增加）在它们的峰值破裂压力与所预料的裂缝闭合应力或其他井下事件匹配时会是理想的发声材料。
对于测试之后的每次运行，压裂细料的比例通过40目筛（40mesh screen）来测量。如表1所示，玻璃珠和CarboLite支撑剂（以及白砂支撑剂）的测试质量的大小存在着显著的减小，指示出它们在典型的压裂闭合压力下对有效的破裂是敏感的。因此，测试结果指示出：某些材料（例如，玻璃珠和陶瓷支撑剂）在与所预料的地下裂缝闭合应力相等的所施加的压力之下将充分破裂，并且发射出振幅被认为是可由当前可获得的微地震接收器检测到的声音。此类材料因而可以有效地用作根据本公开内容的发声材料。
表1
Figure BDA00002017693200141
因而，本公开内容的优选实施例提供了优于现有技术的优点，并且很好地适应于执行本公开内容的一个或多个对象。但是，本发明不需要以上所描述的每个构件和动作，且决不限定于上述的实施例、操作方法、变量、值或值的范围。上述构件、特征和过程中的任意一个或多个都可以用于不包括其他此类构件、特征和过程的任意适合的配置中。而且，本发明包括没有在此具体提出的，但根据本文的描述、附图和权利要求却是或者能够变得显而易见的附加的特征、能力、功能、方法、使用和应用。
在以上的描述中提供的或者根据以上描述显而易见的或者本文所要求的方法，以及属于所附的权利要求的范围之内的任意其他方法，都可以按照任何期望的适当顺序来执行，而不必限定于本文所描述的或者可能列示于所附的权利要求中的任意次序。此外，本公开内容的方法并不一定要求使用本文所示出的和所描述的特定的实施例，但是可等同地与构件的任意其他适合的结构、形式和配置一起使用。
虽然已经示出并描述了示例性的实施例，但是在所附的权利要求的范围之内，由本专利的申请人构想出的本公开内容的系统、装置和方法的许多变化、修改和/或改变（例如，在构件、构造和操作的细节、部件的布局和/或使用的方法方面）都是可能的，并且在不脱离本发明的精神和教导以及所附的权利要求的范围的情况下，可以由本领域技术人员来做出和使用。因而，在此阐明的或者在附图中示出的全部主题都应当被解释为说明性的，并且本公开内容及所附的权利要求的范围不应仅限于在此描述及示出的实施例。

Claims (27)

1.一种在不需要向在地下钻井和/或周围地层中的目标位置发送信号的情况下获取关于在所述目标位置处存在的至少一个变量的信息的方法，所述方法包括：
将多个信号生成器件输送到所述目标位置；
所述信号生成器件中的至少一些发送至少一个信号；
接收来自所述信号生成器件中的至少一些的信号；以及
根据所接收到的信号中的至少一些生成关于所述至少一个变量的信息。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括所述信号生成器件中的至少一些为至少一个信号的发送提供足够的功率。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括将至少一个电池结合到所述信号生成器件中的至少一些内，至少一个这样的电池提供功率。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括将所述信号生成器件构造为具有压电材料的纳米器件，以及所述纳米器件中的至少一些基于施加于其上的力产生功率。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述信号生成器件中的至少一些基于井底静态温度的变化、粒子膨胀、流体吸收、热能、压力变化和施加到其的应力变化当中至少一个产生功率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述信号生成器件中的至少一些包括吸水完成电路。
7.根据权利要求2所述的方法，还包括使至少一个微型发送器与所述信号生成器件中的至少一些关联。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述信号生成器件输送到支撑剂内的目标位置，使所述信号生成器件中的至少一些形成为具有与所述支撑剂的尺寸和密度至少近似相等的尺寸和密度，将所述支撑剂分布到形成于所述地层内的至少一个裂缝中，所述信号生成器件中的至少一些响应于至少一个井下性质或条件而发送至少一个信号。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括将所述信号生成器件结合到超轻量化支撑剂之内，并且将所述信号生成器件形成为具有与所述超轻量化支撑剂基本上相同的粒子尺寸和比重。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括使所述支撑剂分散到形成于所述地层中的至少一个裂缝内，作为支撑剂充填层的一部分，提供多个接收器以接收所发送的信号中的至少一些，以及将所述接收器中的至少一些布置于所述钻井内或者布置于表面处。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括对所接收到的信号使用三角法以确定所述支撑剂充填层的至少一个尺寸或者所述支撑剂充填层在所述地层中的位置当中的至少一个。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括构造所述信号生成器件中的至少一些以使其包括发声材料，由所述信号生成器件生成的信号是由所述发声材料响应于至少一个井下条件或性质而发射出的可检测的声波。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述发声材料包括玻璃、金属或塑料的泡、球体、珠、球团或杆状体当中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述发声材料响应于施加于其上的裂缝闭合应力、压力变化或温度变化当中的至少一种而破裂。
15.一种获取关于在地下钻井和/或周围地层内的目标位置处存在的至少一个变量的信息的方法，所述方法包括：
将多个纳米器件输送到所述目标位置；
所述纳米器件中的至少一些在原地生成或捕获足以给至少一个可检测信号的发送供电的能量；以及
从所述目标位置发送至少一个可检测信号；
接收所发送的信号中的至少一些；以及
根据所收到的信号中的至少一个得出关于所述至少一个变量的信息。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括由所述纳米器件中的至少一个生成的能量供电的至少一个发送器发送所述至少一个信号。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述目标位置包括至少一个水压裂缝，所述方法还包括将所述纳米器件结合到支撑剂内，使所述支撑剂分布到至少一个水压裂缝之内，并且根据多个接收到的信号得出关于所述地层中的所述支撑剂的位置的信息。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括构造所述纳米器件以使其各自包括压电材料，以及所述纳米器件中的至少一些基于裂缝闭合应力和施加到其的电场当中的至少一个中生成电功率。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括
将多个纳米器件输送到多个目标位置；
所述纳米器件中的至少一些生成能量；
由在每个目标位置的所述纳米器件中的至少一个生成的能量供电的至少一个发送器发射至少一个信号；
接收所发射信号中的至少一些；以及
根据所接收到的信号中的至少一些得出关于每个目标位置处的至少一个变量的信息。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括提供多个接收器以接收所发射的信号，其中相同的接收器接收来自在多个目标位置处的发送器的发射信号。
21.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述纳米器件结合到支撑剂中，将所述支撑剂在所述地层中散布成至少一个几何特征，作为支撑剂充填层的一部分，并且对所接收到的信号使用三角法以确定所述支撑剂充填层的至少一个尺寸或者所述支撑剂充填层在所述地层中的位置当中的至少一个。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括将所述纳米器件输送到多个目标位置，从每个目标位置发送出至少一个可检测信号，接收来自每个目标位置的所发送信号中的至少一个，并且根据所接收到的信号得出关于在每个目标位置的至少一个变量的信息。
23.一种获取关于至少一个地下裂缝或者在所述裂缝内的支撑剂的位置的信息的方法，所述方法包括：
将多个信号生成器件结合到所述支撑剂内；
将所述支撑剂输送到所述至少一个裂缝；
在所述支撑剂内的所述信号生成器件中的至少一些响应于至少一个井下条件或性质而生成可检测信号；
至少一个接收器接收所述可检测信号中的至少一个；以及
根据所接收到的信号中的至少一个得出关于所述裂缝或者所述支撑剂在所述裂缝内的位置的信息。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括构造所述信号生成器件中的至少一些以使其包括发声材料，由所述信号生成器件生成的可检测信号是由所述发声材料响应于至少一个井下条件或性质而发射出的可检测声波。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述发声材料包括玻璃、金属或塑料的泡、球体、珠、球团或杆状体当中的至少一种。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述发声材料响应于施加到其的裂缝闭合应力、压力变化或温度变化当中的至少一种而破裂。
27.一种从钻井中使接近于地下碳氢化合物储层的地层水力压裂的方法，所述方法包括：
将流体以比所述储层内的压力高的压力注入所述钻井内；
所注入的流体在所述地层内形成源自所述钻井的裂缝，并且通过所述裂缝，碳氢化合物可以从所述储层流入所述钻井；
制备包括多个信号生成器件的支撑剂；
将所述支撑剂输送到所述裂缝内，以提高所述裂缝的导通性并且提供在所述储层与所述钻井之间的碳氢化合物流通路径；
在所述支撑剂内的所述信号生成器件的至少一些响应于至少一个井下条件或性质而发射至少一个可检测信号；
接收所发射信号中的至少一个；以及
根据所接收到的信号中的至少一个得出关于所支撑的裂缝或支撑剂的信息。
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