CN103261583B - 检测和校正地下区域之间的非预期流体流动的方法 - Google Patents

检测和校正地下区域之间的非预期流体流动的方法 Download PDF

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Abstract

检测和校正地下区域之间的非预期流体流动。至少一些示例性实施例为方法，这些方法包括：将第一流体注入到地下区域，该注入借助于第一钻孔；产生指示表面变形的读数；基于表面变形读数，识别用于流出地下区域的第二流体的流动路径；钻出与流动路径交叉的第二钻孔；以及借助于第二钻孔将密封化合物放置到流动路径内，该密封化合物减少了第二流体穿过流动路径的流动。

Description

检测和校正地下区域之间的非预期流体流动的方法
技术领域
本申请涉及地下地层中的碳氢化合物的生产，尤其涉及地下区域之间的流体流动。
背景技术
在碳氢化合物、尤其是天然气的生产中，大量的二氧化碳也从地下地层中产生。作为精炼过程的一部分，二氧化碳从碳氢化合物中分离。某些二氧化碳被用于其它目的，诸如地层压裂操作和提高的原油采收率，但是剩余的二氧化碳以某种方式处理掉。一种技术是将二氧化碳注回地下地层以便永久贮藏，被称作隔绝。这些以及其它的二氧化碳源也被贮藏到地下以便减少温室气体排放。
隔绝二氧化碳带来了这样的风险：隔绝的二氧化碳将从地下地层逸出到其它地层(例如包含饮用水的地层)，或者逸出到地表。截止到撰写本说明书时止，发明人不知道其中隔绝的二氧化碳已逸出到地表或者污染了饮用水地层的任何被证实的例子；然而，已经发生了临时的泄漏，能够用来检测泄漏以及阻止任何这样的泄漏的任何方法将是有益的。
发明内容
本申请公开了一种检测和校正地下区域之间的非预期流体流动的方法，所述方法包括：借助于第一钻孔通过将二氧化碳注入到地下区域中来隔绝所述地下区域中的所述二氧化碳；以及随后，得到指示地表变形的读数；基于地表变形读数，识别第二流体流出所述地下区域的流动路径；钻取与所述流动路径相交的第二钻孔；以及借助于所述第二钻孔将密封化合物放置到所述流动路径内，所述密封化合物降低了所述第二流体穿过所述流动路径的流动。
本申请还公开了一种检测和校正地下区域之间的非预期流体流动的方法，所述方法包括：将第一流体注入到地下区域，所述注入借助于第一钻孔；以及随后，得到指示地表变形的读数；基于地表变形读数，识别第二流体流出所述地下区域的流动路径；钻取与所述流动路径相交的第二钻孔；通过测量在所述钻取期间返回到地表的钻取流体的组分来确认所述第二钻孔与所述流动路径的相交；借助于所述第二钻孔将密封化合物放置到所述流动路径内，所述密封化合物降低了所述第二流体穿过所述流动路径的流动。
附图说明
为了详细地描述示例性实施例，现在将参考附图，其中：
图1示出了根据至少一些实施例的多个地下区域和相关监测设备的透视剖视图；
图2示出了根据至少一些实施例的在其中一个地下区域注入流体之后的多个地下区域和相关监测设备的透视剖视图；
图3示出了根据至少一些实施例的在地下区域之间已形成泄漏之后的多个地下区域和相关监测设备的透视剖视图；
图4示出了根据至少一些实施例的在泄漏的流动路径已被钻孔拦截之后的多个地下区域和相关检测设备的透视剖视图；
图5示出了根据至少一些实施例的拦截流动路径的钻孔系统；
图6示出了根据至少一些实施例的用于帮助拦截流动路径的电线(wireline)测井系统；
图7示出了根据至少一些实施例的在钻孔内包括至少一些监测设备的多个地下区域和相关监测设备的透视剖视图；
图8示出了根据至少一些实施例的方法；以及
图9示出了根据至少一些实施例的方法。
符号和术语
特定的术语在整个随后的说明书和权利要求书中用于指代特定系统组件。如本领域技术人员所理解的，油田服务公司可通过不同的名称指代组件。该文档不打算在名称不同而功能相同的组件之间进行区分。
在随后的讨论中以及在权利要求书中，术语“包含”和“包括”以开放的方式被使用，并因此应被理解成表示“包含，但不限于……”。而且，术语“耦连”旨在意味着间接的或直接的连接。因此，如果第一装置耦连到第二装置，该连接可通过直接连接或通过经由其它装置和连接件的间接连接。
“隔绝”应意味着为了贮藏的目的放置在特定位置，但是不暗示贮藏的时间范围，隔绝也不应排除从特定位置的泄漏。
具体实施方式
下面的讨论涉及本发明的各种实施例。尽管这些实施例中的一个或多个可能是优选的，但是所公开的实施例不应被解释成或者相反被用于限定包含权利要求书在内的公开的范围。此外，本领域技术人员应理解，下面的描述具有广泛的应用，并且任何实施例的讨论仅仅意味着那个示例性的实施例，并不意于暗示，包含权利要求书在内的公开的范围被限定于那个实施例。
而且，在地下区域中隔绝二氧化碳的背景下获得各种实施例，并因此随后的描述基于获得的背景。然而，可使用所描述的方法和系统，而不管注入到地下区域中的流体的类型，以及不管注入的理由。例如，各种方法和系统用于隔绝其它流体，并且出于其它理由用于注入(例如，二次采油作业)，并因此获得的背景不应被解读为是对权利要求保护范围的限定。而且，该申请涉及石油工程师协会(SPE)的两篇论文，RonaldSweatman等的名称为“用于CO2流动监测和矫正的新方法和技术”的编号137843的论文、以及RonaldSweatman等的名称也为“用于CO2流动监测和矫正的新方法和技术”的编号138258的论文。
图1示出了碳氢化合物生产现场的透视剖视图，以便解释各个实施例中所使用的概念。特别地，图1示出了陆地100的一部分，已在其中钻出钻孔102。根据至少一些实施例，钻孔102至少部分地被外壳包围，并且外壳的邻接地下区域104的部分被穿孔以允许钻孔与地下区域104之间的流体连通。尽管图1示出了与钻孔102相关的井架107，然而在许多情形下，井架107将被移除，且仅仅组合阀(valvestack)和相关的管道会指示地面处的井口。
在某些实施例中，地下区域104为包含或者曾包含碳氢化合物的多孔岩区域。几个因素一起作用以形成地下区域，其不仅包括多孔岩，而且包括覆盖区域104的基本不渗透的岩层106，由此在地下区域104内俘获碳氢化合物。为此，在某些情形下，岩层106被称作“冠岩”层。示例性的图1还示出第二地下区域108，其可由相同的或不同的冠岩层来覆盖。将关于流出示例性的地下区域104的非预期流动路径(其也可被称作泄漏)来讨论第二地下区域108的重要性，下面将更详细地讨论。
当诸如碳氢化合物之类的流体从地下区域移除时，可发生轻微的地表变形，尤其是沉降。相反地，当流体被注入到地下区域中时，可发生轻微的地表变形，尤其是地表隆起或上升。在某些情况下，该变形可集中在来自所述被注入的流体的泄漏流动路径的井中或其周围。更具体地，在多数情况下，响应于将流体注入到示例性的地下区域104的表面变形与所注入的流体体积成线性比例，并与深度的平方成反比。不同类型的岩层可对所注入的流体具有较大或较小的响应。考虑到可隔绝二氧化碳的大多数地下区域的深度，即使对于较高容量的所注入二氧化碳而言，地表变形的量可为厘米级，且在许多情形下为毫米级。
根据各种实施例，在地表110处或其附近，驻存有用于检测地表变形的多个示例性装置。例如，图1的示例性系统示出了以基于全球定位系统(GPS)的测量形式的多个变形测量装置112(三个这种装置标示为112A，112B和112C，但是所示出的额外装置没有被编号)。基于GPS的测量装置112基于来自于绕地球轨道运行的卫星群的信号来进行海拔测量。在许多情况下，单独基于来自于GPS卫星的信号计算海拔将不会产生厘米或毫米级的海拔计算。因此，根据至少一些实施例，示例性的变形测量装置112也使用来自于基于地表基站114的信号，其使得每个基于GPS的变形测量装置能够产生厘米和/或毫米级的海拔读数，且在某些情形下具有两毫米或更少的精度。
仍旧参考图1，图1的示例性系统还示出了以邻近于地表设置的基于倾斜计的测量(标示为“倾斜仪”的TM)的形式的多个变形测量装置116(三个这种装置标示为116A，116B和116C，但是所示出的额外装置没有被编号)。基于倾斜计的测量在某种情形中可在表面进行，而在其它情形中，测量装置116可被设置在距地表20－40英尺内(仍旧被认为邻近于地表)。基于倾斜计的装置116不测量绝对海拔，而是相反地，当随时间进行多次测量时，提供传感器的倾斜或偏斜的变化指示。如果传感器被永久地或半永久地耦连在地球的地表处或其附近，那么可指示地球地表的倾斜或偏斜。当地表变形为毫米级时，基于倾斜计的装置具有可检测倾斜的变化的分辨率，且尤其在某些情形下，基于倾斜计的测量以0.00000005度的分辨率进行。
基于倾斜计的读数在延长到几个月的短时期上提供较高的精度和准确度，但是利用目前的技术和部署不能在非常长的时期上提供高准确度的海拔变化。因此，在某些实施例中，基于GPS的变形测量装置与基于倾斜计的测量装置组合，以使得在超过几个月的时期上维持高准确度。
图1进一步阐释了卫星120。根据另一个实施例，卫星120被用于在地下区域104上进行地表变形的干涉合成孔径雷达(InSAR)测量。尽管图1阐释了借助于卫星的InSAR测量，但是在其它的实施例中，InSAR可从基于飞机的平台、塔式基站或利用自然地形特征的基站获得，以便提供所研究地面地表的直观示图。InSAR测量实现海拔变化的厘米级或更好的测量。在某些情形下，诸如RADARSAT-2SAR平台，InSAR具有三米的像素尺寸，且单组的合成孔径读数可覆盖100000米乘100000米的面积。可通过将多组读数拼接在一起获得较大的图像。InSAR的能量确定地表变形的变化，其中进行第一InSAR测量，并在一段时间(根据不同的实施例，几小时或几天)以后进行第二InSAR测量。尽管InSAR不能确定实际的海拔，但是测量结果之间的海拔的变化可被非常准确地确定，这包括毫米级的海拔变化。在某些实施例中，可设置永久的或半永久的反射器，从而有助于确保良好的InSAR读数(诸如在地表植被覆盖该区域或变化时，或者该区域遭受积雪时)。
基于GPS的测量、基于倾斜计的测量、以及基于InSAR的测量被应用于相关的技术领域中，但是用于与各个实施例中不同的目的。特别地，对于某些产生碳氢化合物的地下地层，采用二次开采技术，由此蒸汽通过一个钻孔被注入到地层，以试图从相对较近的邻近区域中的第二钻孔来增加碳氢化合物(通常为石油)的产量。然而，由于蒸汽注入作为二次开采技术应用于其中的地层的特性，蒸汽偶尔找到通向地表的通道。在相关的技术领域中，基于GPS的测量、基于倾斜计的测量、以及基于InSAR的测量中的一个或其组合被用于预测二次开采蒸汽将要打破地表的位置，以及被用于确定蒸汽从哪个钻孔被注入。如上所述，地表变形的量与深度的平方成反比，且由此，对于足够接近以打破地表的蒸汽的局部变形的量，同与较深的地下区域相关的表面变形相比，是相对较高的。而且，与地表变形相关的技术被用于对蒸汽追查返回蒸汽注入钻孔，以使得蒸汽注入可被停止和/或钻孔被永久关闭。如用于提供基于GPS的测量、基于倾斜计的测量、和/或基于InSAR的测量的示例性服务提供商为由德克萨斯州休斯顿市的哈里伯顿能源服务公司所提供的PINNACLETM品牌服务。
应该注意到，本领域技术人员知晓基于GPS的测量、基于倾斜计的测量、以及基于InSAR的测量(在上下文中在紧接的前述段落注释过)，并由此以至于不会使本说明书过度复杂且避免使各个实施例变得难以理解，每个测量技术的更详细的讨论被省略了。
现在考虑示例性的二氧化碳被抽取至或注入地下区域104的情形。在多数情形下，二氧化碳在足够的压力下成为液体，但是具有液体形式的二氧化碳是不需要的。如图2中所阐释的，地下区域104中的额外容量产生地表变形200。图2中所阐释的变形200为了清楚的目的被大大夸大了。再一次，在大多数情形中，地表变形的量将为一厘米或更少，而在许多情形下，地表变形将仅仅为几毫米。然而，根据各个实施例，在二氧化碳被注入期间和/或二氧化碳被注入之后，得到地表变形的读数，地表变形由基于GPS的测量、基于倾斜计的测量、基于InSAR的测量、和/或直接地或间接地测量地表变形的任何其它技术中的一种或多种测量来读取。在图2的示例性情形中，被隔绝的二氧化碳被完全容纳在地下区域104之内。
然而，由于各种原因，被隔绝的二氧化碳可以从地下区域104溢出或泄漏。该泄漏产生了流体流出地下区域104的流动路径。从地下区域泄漏的流体在各个情形下可以不同。如果泄漏路径处于距二氧化碳的注射点相对较远的地下区域的边缘，则泄漏的流体可为地下区域的组成流体(constituentfluid)，例如碳氢化合物或水。另一方面，如果泄漏位于注射点附近，或者基本上所有的碳氢化合物都已经从地下区域移除，那么，泄漏的流体可为被隔绝的二氧化碳。然而进一步，取决于泄漏发生多久，泄漏的流体可从地下区域的组成流体变成二氧化碳。
根据各个实施例，地表变形读数被用于确定是否有流出地下区域104的被隔绝流体的泄漏。关于确定被隔绝的流体是否溢出或者已经溢出，参考图3。特别地，图3阐释了在示例性的地下区域104与示例性的地下区域108之间形成流动路径300的情形。在地下区域之间可存在多种泄漏的原因。例如，由隔绝在地下区域中的增加体积的流体所引起的地表下变形，可使得流动通道在较弱的密封井处打开或者在由先前在岩层之上的较大重物密封的岩层之间打开。而且，这种地表下变形可使得破裂和裂缝形成，随后其可打开地下区域之间的流动路径。仍然进一步，自然地质的断层可预先存在于地下区域之间，且位于第一个地下区域内的增加的压力可迫使流体沿着预先存在的地质断层。
取决于特定的情形，对地下区域正形成或已形成泄漏进行确定可采取许多形式。例如，在足够量的流体已从地下区域104泄漏之后，在地下区域104之上的地表变形读数可示出下沉。在与被隔绝的流体注入相应的隆起发生之后的这种下沉可指示泄漏。同样地，在某些情形中，移动穿过流动路径300的流体波前自身可引起可检测的地表变形，诸如通过示例性的基于GPS的测量站112D、基于倾斜计的测量站116D、或者超过地下区域104之上的地表的基于InSAR的测量扫描区域。仍然进一步，移动到地下区域108的流体可引起地表变形302，其可通过基于地面的测量装置(如果存在的话)或超过地下区域104之上的地表的基于InSAR的测量扫描区域来检测。
对于每一情况，表面变形的测量频率可不同。例如，在不可能泄漏的情形中，基于InSAR的测量可仅仅每三个月左右进行一次；然而，一旦InSAR或任何其它测量系统给出了泄漏已经形成或可能正在形成的指示，所有测量中的某些的频率可提高。在某些情形中，当从地下区域检查泄漏时，基于InSAR的测量可每两到四周进行一次，基于倾斜计的测量和基于GPS的测量每小时一次。用于测量的更大的或更小时间间隔可被均等地使用，但是如此的间隔仍旧比用于其它系统(以便监测二次开采注入流体)的基于表面的观测更频繁。风险评估被用于确定最初的时间间隔，其中高风险的情形需要较高频率的测量，反之亦然。
不管检测泄漏的精确机制如何，在大多数情形中，泄漏的大体方向将基于泄漏的检测而得知，或者，泄漏的方向可由其它的测量(例如，安装和/或启动附加的基于地面的测量站、扩大基于InSAR的测量的扫描区域)来加固。在某些情形中，知道泄漏的大体方向可直接指示泄漏的流动路径，例如，知道大体的泄漏方向结合现有的地震数据可直接指示沿着已知的地质断层的流动路径。
一旦泄漏已经被检测到并且至少泄漏的大体方向被确定，根据各个实施例，第二钻孔被钻出以便与泄漏的流动路径300相交。示例性的图4示出了从井架402钻出的第二钻孔400。然而，示例性的图4中存在的井架402不应暗示第二钻孔400的钻取必须由常规技术钻出。任何适当的钻取系统和方法可用于形成第二钻孔400，诸如基于利用井下“牵引器”的盘管的钻取。而且，示例性的图4示出了与钻孔102完全不同的第二钻孔400；然而，在至少某些实施例中，第二钻孔400可为被隔绝的流体被注入地下区域104所通过的钻孔的分支钻孔。而且，即使在钻孔102和第二钻孔400不同的情形中，示例性的图4不应被解读为需要用于与泄漏的流动路径300交叉的完全专用的钻孔。第二钻孔可被重新钻取，或者可为来自于附近的任何现有钻孔的分支钻孔，其包括其它的注入/生产钻孔，以及附近的监测钻孔。最后，在示例性的图4中，第二钻孔400转向地下区域104以便与泄漏的流动路径300交叉，但不需要如此。第二钻孔400可等价地转向地下区域108，或者在某些情形中，泄漏的流动路径300以直角或近似以直角与流动路径300内的流体流动方向相交。
根据至少某些实施例，泄漏的流动路径300的位置在一般意义上可以是已知的，但是精确位置可不从所进行的地表测量和/或基于InSAR的测量得知或确定。在这种情形中，第二钻孔的钻取可最初在由基于地表的测量和/或基于InSAR的测量所指示的方向上开始，但是调整(refine)钻取方向来确保与泄漏的流动路径300的交叉可由设置在第二钻孔400内的工具进行。特别地，图5示出了钻取系统500，其包括在末端具有钻头504的钻柱502。由地表设备506或井下电机所引起的钻头504的旋转运动产生第二钻孔400。根据示出的实施例，钻柱502包括井下工具508，钻孔工具在多数情形下相对靠近钻头504。井下工具508利用第二钻孔400内的钻柱502来进行测量，且在多数情形中，在钻取的同时进行测量。因此，井下工具508可被称作随钻测井(LWD)或随钻测量(MWD)工具。在LWD和MWD之间的某些产业分配区别中，LWD在多数情形中涉及测量围绕钻孔的地层的特性，而MWD在多数情形中涉及与钻孔本身或钻取过程有关的测量特性(例如，钻孔的倾斜、钻取流体的井下压力、温度)。然而，这些术语通常可交换地使用，并且为了平衡该讨论，将以LWD也是指MWD测量的理解来使用术语LWD。
根据特定的实施例，在钻取期间利用示例性的井下工具508的LWD测量来调整用于第二钻孔400的钻取方向。所采用的井下工具508的类型根据沿着泄漏的流动路径300移动的流体的特定情形和类型而变化。然而，在大多数情形中，井下工具508被用于检测围绕工具的体积510中的岩层的特性之间的差别，其中该差别为关于岩层的特性，其中流体与没有逸出流体的岩层相对移动。存在无数的可能情形，而不是试图限定每种可能的情形，说明书给出了可采用的几个不同类型的井下工具的简单概述。
可采用的一种类型的井下工具508落入被称为“声学”工具的一类工具内。声学工具发射传播通过周围岩层的声学信号。在许多情形中，声学信号处于较高的可听范围及其上。声学工具还具有一个或多个“收听”装置，其在信号传播通过岩层时检测声学信号的各部分。在许多情形中，声学工具产生声音在岩层内的速度的指示，且同样在许多情形中，声速的测量的速度是方位敏感的(即，与工具在井下的旋转定向有关的方向)。因此，与确定或测量工具的旋转定向的工具联合，声学工具可基于作为钻柱的旋转定向的函数而测量的声速的变化，来识别泄漏的流动路径300的相对方向和/或与其靠近。例如，当钻头靠近其中下部岩层包含泄漏的流动路径300的岩石界面位置时，声学工具可基于在工具的特定旋转定向处所感测的声速的变化来识别该界面。
可采用的另一个示例性类型的井下工具508落入被称为感应或电磁(EM)工具的一类工具内。EM工具发射或释放传播通过岩层的电磁波。电磁波的各部分由传感器检测，且基于所检测的电磁波的幅值或相位，可确定多种岩层特性，诸如电阻率(以及相反地电导率)。在许多情形中，EM工具为方位敏感的，并因此可基于在工具之上和之下的方位敏感的电导率读数中的差别，来检测对地层界面的靠近(诸如对流动路径300的靠近)。
可采用的另一个示例性类型的井下工具508落入被称作传导工具的一类工具内。传导工具产生电压电势，其使得电流从工具穿过岩层流回到工具。基于引发特定电流流动的电特性、电流流过岩层时的电流衰减以及电流流过岩层时的电流相移，可确定多种岩层特性，诸如电阻率(以及相反地电导率)。在许多情形中，传导工具是方位敏感的，并因此可基于在工具之上和之下的方位敏感的电导率读数中的差别，来检测对地层界面的靠近(诸如对流动路径300的靠近)。
在继续之前按顺序提两点。首先，本领域技术人员知道各种类型的测井工具，并因此使得不会使该说明书过度复杂化，以及避免使各个实施例不清楚，省略了测井工具的更详细的讨论。其次，尽管本领域技术人员可能知晓这种技术，但是对于本文的发明人的知识而言，使用这种技术与在地下区域之间与泄漏的流动路径300的相交或者与矫正穿过流动路径的泄漏的最终目标的相交无关。可采用的示例性的一组测井工具包括-PHASE4电阻率测量、InSiteADRTM方位角深度电阻率、InSiteAFRTM方位角聚焦电阻率、M5TM集成LWD，所有这些可从德克萨斯州休斯顿市的哈里伯顿能源服务公司获得。
而且，尽管本说明书强调了三个广义类型的测井工具，但是三个广义类型的多个变型是可能的，而且高水平的描述不应被当作对可被选择来有助于调整钻孔方向以确保第二钻孔400与流动路径300相交的工具的构造的限制。例如，某些传导工具本身可被包含在距钻头较短的距离处，而其它传导系统利用钻头本身作为电流的发射位置，由此更多的沿着钻取方向聚焦基于传导的测量。而且，每个工具的测量深度随着工具类型和特定工具构造的函数而变化。因此，在调整钻取方向中，可采用多个工具，首先，利用询问围绕钻孔400的岩层的较大体积510的工具(但在许多情形中，对于所获取的数据具有较低的空间分辨率)，随后，利用询问围绕钻孔400的岩层的较小体积510的工具(但是具有数据的较高的空间分辨率)等等。仍然进一步，包括变化的操作类型的工具在内的多个工具同时可被用于帮助调整钻取方向。
对于这一点的各个实施例已经描述了在LWD意义上调整钻取方向；然而，钻取方向的调整不必限定于LWD工具。图6示出了另一个实施例，其中用于调整钻取方向的井下工具为电线工具600。特别地，在图6所阐释的情形中，钻杆已被从钻孔400中移除或“切断(trip)”，而且工具600下降到钻孔400中。工具600包括其中设置有各种传感器和电子设备的压力容器，且该工具通过电线或电缆悬挂在钻孔内。在钻孔400具有水平部分的情形中，可能很难将工具600移动到水平部分中；并因此，在某些实施例中，采用管道602(诸如盘管或接合管)。特别地，电线或电缆以可操作的关系设置于管道(即，设置在内径中)，并因此可在地表施加将工具600移动到水平部分中的力。而在其它情形中，工具600本身可实现在水平部分内移动的物理系统。不管在水平部分内传递工具600的机构如何，电缆都可通信地将工具600耦连到地表设备604。像LWD工具一样，电线工具600询问围绕工具的体积610，而且在调整钻取方向的过程期间，不同的工具可询问不同的体积。可利用工具600进行的测量的类型与关于上述LWD工具所讨论的那些相同。
尽管调整钻取方向以便与泄漏的流动路径300相交的各个实施例已经与LWD和电线工具相关，但是测井方法不限于LWD和电线，因为也可以附加地或等价地采用其它的测井技术。例如，在某些实施例中，可附加地采用被称作“泥浆测井”的技术来帮助调整钻取方向。在泥浆测井的一个方面，分析返回到地表的钻取流体以便确定进入钻取流体井下钻眼的成分的存在。例如，如果沿着流动路径300逸出的流体为二氧化碳，则返回到地表的钻取流体中的二氧化碳的增加会证实第二钻孔400已与流动路径300相交。对于沿着流动路径300逸出的任何流体，可进行类似的分析。
作为另一个示例，可分析钻取流体中的被携带到地表的切屑以便确定它们的矿物成分和/或元素成分。如果泄漏的流动路径300驻存于已知类型的岩石(例如，基于该区域或测井中的先前地震工作已知)内，则当切屑的分析示出流动路径300已知驻存的岩石类型的增加，这可指示第二钻孔400已与流动路径300相交。如上所述的测井装置和系统的应用仅仅是示例性的，而且，现在理解了相交目的是为了矫正地下区域之间的泄漏，本领域技术人员可选择一系列测井工具来基于所呈现的特性情形调整相交的方向。
返回到图4，一旦第二钻孔400已与流动路径300相交，根据各个实施例，密封化合物被放置在穿过钻孔400的流动路径300内，以便减少流体沿着流动路径300的流动，且在某些情况下密封流体沿着流动路径300的逸出。更具体地，根据至少一些实施例，最初以流体形式的密封化合物穿过钻孔400抽取并且被抽取至流动路径300中。密封化合物投入流动路径内并因此降低或阻止了流动。此外，某些实施例的密封化合物在沿着流动路径300移动的流体存在时发生化学上或物理上的变化，以便进一步确保流动被降低或消除。图4阐释了在第二钻孔与流动路径相交处发生的沿着流动路径300的流动的降低。本说明书现在基于沿着流动路径泄漏的流体的类型，描述了示例性的密封化合物。
首先考虑沿着流动路径300泄漏的流体为二氧化碳的情形。在某些实施例中，设置在流动路径300中的密封化合物可以为悬浮在水中的聚合物，其中该聚合物在与二氧化碳接触时进一步聚合。因此，尽管最初是可抽取的，但是当聚合物进一步聚合时，聚合物凝聚成不可抽取的质体(mass)，其减小或阻塞了沿着流动路径的二氧化碳的通道。换句话说，聚合物稠化成不可渗透的质体。
现在考虑沿着流动路径300逸出的流体是水(诸如盐水)的情形。在这种示例性的情形中，设置在流动路径300中的密封化合物可以为悬浮在碳氢化合物中的超细水泥(例如，不大于5微米)。当悬浮在碳氢化合物中时，超细水泥投入限定流动路径300的缝隙和裂缝中。然而，当盐水取代使水泥悬浮的碳氢化合物时，水和水泥发生化学反应，并且水泥变硬。
现在考虑沿着流动路径300逸出的流体是碳氢化合物的情形。在这种示例性的情形中，设置在穿过钻孔400的流动路径300中的密封化合物可以为悬浮在水基流体中的有机磷粘土。当悬浮在水基流体中时，粘土投入到限定流动路径300的缝隙和裂缝中。然而，当碳氢化合物取代使粘土悬浮的水时，粘土吸收了碳氢化合物并膨胀，因此进一步降低沿着流动路径300的碳氢化合物的逸出。
于是更通常地，密封化合物可包括：诸如水泥、沙子、石英粉、黑沥青、石墨之类的颗粒材料；纤维材料，片状材料，粒状材料或其组合；聚合材料，诸如淀粉、淀粉混合物、预胶凝淀粉、化学改性淀粉、天然淀粉或其组合之类的水溶性材料；疏水改性聚合物；或者其组合。
在继续之前按顺序提两点。首先，本领域技术人员知晓各种类型的密封化合物；并因此以至于不会使该说明书过度复杂并避免使各个实施例不清楚，省略了每个种类的密封化合物的更详细的讨论。其次，尽管本领域技术人员可能知晓这种技术，但是对于本文的发明人的知识而言，这种技术的应用已经成为防止进入由钻孔穿透的岩层的钻取流体的损失的机制，而与降低或阻止沿着地下区域之间的流动路径300的泄漏无关。在防止进入岩层的钻取流体损失的情形中，某些可购得的密封化合物包括W(用于包含水的岩层)、OBM(用于包含碳氢化合物的岩层)和R(用于包含水和/或干燥气流的岩层)，所有这些可从德克萨斯州休斯顿市的哈里伯顿能源服务公司获得。
在更直接地讨论根据至少某些实施例的方法之前，该讨论简短地返回到地表变形的测量。关于进行地表变形的测量，对于该点的所讨论的各种实施例，至少部分地依赖于基于地表的装置，诸如基于GPS的海拔测量和基于倾斜计的测量。而且，基于InSAR的读数再次产生地表海拔变化的指示。然而，根据各个实施例得到指示表面变形的读数不仅仅限于直接指示地表变形的读数。
根据至少某些实施例，可在其它位置进行测量，诸如在邻近于地下区域的钻孔内，但是在某些情形中相对于地表更靠近地下区域。特别地，图7示出了与图2类似的系统，但是除了基于地表的测量装置112和116之外，该系统进一步包括多个地表下测量装置700和702。更特别地，根据至少某些实施例，基于倾斜计的测量装置700和702可被放置于各自的钻孔704和706。示例性的钻孔704和706可采取许多形式。在某些情形中，钻孔704和706为特别钻取的用于监测地下区域104的专用监测钻孔，诸如用于永久或半永久安装的地震传感器。在其它情形中，钻孔704和706可为有效的和/或弃用的碳氢化合物开采井。不管钻孔704和706的确切性质如何，在某些实施例中，倾斜计更靠近于地下区域设置在钻孔内。以这种方式，基于倾斜计的测量对所注入的流体卷流以及泄漏的位置更加敏感，然而这种测量仍指示表面变形。当确定来自于地下区域104的泄漏是否存在和/或泄漏的方向时，所有测量装置的变形信息可被结合。
对于这一点的各种实施例已参考了对非埋藏式地表的地表变形的观测；然而，各种实施例还可适用于水下操作。特别地，利用技术组合，海底的“海拔”可被确定到毫米级的精度。由于GPS不会在水下工作，因此在某些实施例中，该确定借助于基于GPS的位置以及容器的海拔确定，且该容器利用水下声学测量技术来确定海底相对于地表的深度。通过结合这些测量，海底的海拔可被准确地确定。利用随着时间的多次测量，可获得海底海拔变化的干涉仪式的确定。在1998年6月30日出版的《地球及行星内部物理学》第108卷第2期上的Spies等的名称为“用于地壳构造研究的海底参考点的精确GPS/声学定位(PreciseGPS/Acousticpositioningofseafloorreferencepointsfortectonicstudies)”的文章，讨论了在监测地壳构造板块漂移的情形下的海底海拔的测量。
除了GPS/声学之外，对于与流体隔绝有关的地下地层的水下监测，可在海底上或海底附近、和/或钻入海底的监测井内，永久地或半永久地安装基于倾斜计的测量装置阵列。如同非埋藏式实施例一样，这种基于倾斜计的测量装置可经由电缆连接到监测控制中心，或者基于倾斜计的测量装置可被配置有将倾斜测量传递给地表容器或地表中继站的声学收发器。除了与地表下监测有关的困难之外，用于监测海底以便确定被隔绝的流体的位置和移动的实施例，基本上与对于非埋藏式位置所讨论的那些实施例相同。
图8阐释了根据至少一些实施例的方法。具体地，该方法开始(块800)并行进到：将第一流体注入到地下区域，该注入借助于第一钻孔(块802)；得到指示地表变形的读数(块804)；基于地表变形读数，识别第二流体流出地下区域的流动路径(块806)；钻取与流动路径相交的第二钻孔(块808)；以及借助于第二钻孔将密封化合物放置到流动路径内，该密封化合物降低了第二流体穿过流动路径的流动(块810)。此后，该方法结束(块812)。
图9阐释了对图8的方法的钻取步骤的调整。也就是说，根据至少一些实施例，钻取步骤开始(块900)并进一步包括：最初在由流动路径的识别所指示的方向上钻取第二钻孔(块902)；以及随后，基于设置在第二钻孔内的工具调整钻取方向(块904)；以及由此借助于第二钻孔与流动路径相交(块906)。此后，该方法结束(块908)。
上述讨论旨在阐释本发明的原理和各种实施例。一旦完全理解了上述公开的内容，许多变型和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。例如，尽管在二氧化碳的隔绝方面进行了讨论，但是利用地表变形的泄漏识别、与泄漏交叉的钻取、以及密封该泄漏可被用于任何类型的隔绝，以及用于诸如二次开采技术的非隔绝的用途，这些技术注入诸如蒸汽、二氧化碳、水、氮气、天然气、废水和/或空气之类的任何适当的流体。进一步，尽管各个实施例依赖于地表变形的测量，但是这种测量可由其它数据扩充，诸如来自于装备有连接到光纤电缆的传感器的井的实时温度及压力数据。随后的权利要求意于解释成包含所有这种变型和修改。

Claims (22)

1.一种检测和校正地下区域之间的非预期流体流动的方法，所述方法包括：
借助于第一钻孔通过将二氧化碳注入到地下区域中来隔绝所述地下区域中的所述二氧化碳；以及随后，
得到指示地表变形的读数；
基于地表变形读数，识别第二流体流出所述地下区域的流动路径；
钻取与所述流动路径相交的第二钻孔；以及
借助于所述第二钻孔将密封化合物放置到所述流动路径内，所述密封化合物降低了所述第二流体穿过所述流动路径的流动。
2.根据权利要求1的方法，其中，钻取进一步包括：
最初在由所述识别指示的方向上钻取所述第二钻孔；并随后，
基于设置在所述第二钻孔内的工具调整钻取方向；并因此，
通过所述第二钻孔与所述流动路径相交。
3.根据权利要求2的方法，其中，调整进一步包括：通过以工具形式的诊断测试来调整，所述工具包括选自由声学测井工具、电磁测井工具、传导测井工具组成的组中的至少一个。
4.根据权利要求3的方法，其中，测量进一步包括：选自由借助于随钻测井工具的测量、借助于由重力运送到钻孔的电线测井工具的测量、以及借助于由盘管运送到钻孔的电线测井工具的测量组成的组中的至少一个。
5.根据权利要求1的方法，其中，放置所述密封化合物进一步包括：放置投入到所述流动路径内并由此降低所述第二流体的流动的化合物。
6.根据权利要求5的方法，其中，放置进一步包括：放置与所述第二流体发生化学反应以便稠化成不可渗透的质体的化合物。
7.根据权利要求5的方法，其中，放置进一步包括：放置吸收所述第二流体并在体积上增加的化合物。
8.根据权利要求1的方法，其中，得到地表变形读数进一步包括：进行地表海拔的干涉合成孔径雷达测量。
9.根据权利要求1的方法，其中，得到地表变形读数进一步包括：进行基于全球定位系统(GPS)的测量。
10.根据权利要求9的方法，其中，进行基于GPS的测量进一步包括：在地表的多个位置处进行多个基于GPS的测量。
11.根据权利要求1的方法，其中，得到地表变形读数进一步包括：从设置在地表处或其附近的多个倾斜计获取读数。
12.根据权利要求1的方法，其中，方法地表变形读数进一步包括：从设置在邻近于所述地下区域的多个监测钻孔内的多个倾斜计获取读数。
13.根据权利要求1的方法，其中，得到地表变形读数进一步包括：结合来自于两个或更多个测量类型的读数来确定所述地表变形，所述两个或更多个测量类型从由地表海拔变化的干涉合成孔径雷达测量、海拔的基于全球定位系统(GPS)的测量、以及地表倾斜变化的基于倾斜计的测量组成的组中选择。
14.一种检测和校正地下区域之间的非预期流体流动的方法，所述方法包括：
将第一流体注入到地下区域，所述注入借助于第一钻孔；以及随后，
得到指示地表变形的读数；
基于地表变形读数，识别第二流体流出所述地下区域的流动路径；
钻取与所述流动路径相交的第二钻孔；
通过测量在所述钻取期间返回到地表的钻取流体的组分来确认所述第二钻孔与所述流动路径的相交；
借助于所述第二钻孔将密封化合物放置到所述流动路径内，所述密封化合物降低了所述第二流体穿过所述流动路径的流动。
15.根据权利要求14的方法，其中，注入所述第一流体进一步包括：注入所述第一流体以便提高来自于所述地下区域的碳氢化合物的产量。
16.根据权利要求14的方法，其中，钻取进一步包括：
最初在由所述识别指示的方向上钻取所述第二钻孔；并随后，
基于设置在所述第二钻孔内的工具调整钻取方向；并因此，
通过所述第二钻孔与所述流动路径相交。
17.根据权利要求14的方法，其中，放置所述密封化合物进一步包括：放置投入到所述流动路径内并由此降低所述第二流体的流动的化合物。
18.根据权利要求14的方法，其中，得到地表变形读数进一步包括：进行地表海拔的干涉合成孔径雷达测量。
19.根据权利要求14的方法，其中，得到地表变形读数进一步包括：进行基于全球定位系统(GPS)的测量。
20.根据权利要求14的方法，其中，得到地表变形读数进一步包括：从设置在地表处或其附近的多个倾斜计获取读数。
21.根据权利要求14的方法，其中，得到地表变形读数进一步包括：从设置在邻近于所述地下区域的多个监测钻孔内的多个倾斜计获取读数。
22.根据权利要求14的方法，其中，得到地表变形读数进一步包括：结合来自于两个或更多个测量类型的读数来确定所述地表变形，所述两个或更多个测量类型从由地表海拔变化的干涉合成孔径雷达测量、海拔的基于全球定位系统(GPS)的测量、以及地表倾斜变化的基于倾斜计的测量组成的组中选择。
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