CN103857872B - 一种确定储层或目标区域的水力压裂裂缝几何形状的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于确定储层（23）中的目标区域（21）的水力压裂裂缝的几何形状和/或展布范围的方法。示例性方法包括将第一井筒（78）下部中的井下声学接收器设备（63）与位于连接至第一井筒（78）的第二井筒（109）中的压裂操作隔离开。通信管道旁路（101、133；103；102、93）提供地面设备（31、38）与井下声学接收器设备（63）之间的通信，通信管道旁路（101、133；103；102、93）允许第二井筒（109）中的井操作，而不干涉地面设备（31、38）与井下声学接收器设备（63）之间的通信。
Description
技术领域
本发明一般地涉及水力压裂、监测和储层中的目标区域的微震信息的数据传输的领域，并且更具体地涉及用于在压裂操作期间探测微震事件的压裂处理井中的电气和物理隔离的井下声学监测设备的使用和采用。
背景技术
为提高油气层(hydrocarbon bearing formation)的生产率，水力压裂法已经在超过一百万个井(特别是那些钻在低渗透储层中的井)中使用超过60年。为了经济地生产天然气，据估计仅在美国就有90％的天然气井使用水力压裂法。成功的水力压裂法通常被认为对于从页岩层和其它致密气藏经济地生产天然气而言至关重要。
通常在竖直井、倾斜井和水平井中采用压裂处理操作。在典型的井开发作业中，处理井的井筒钻穿进行压裂处理的期望地层。
水力压裂裂缝通过以足以将井下压力增大至如下值的速度将流体泵抽到井筒中来形成：该值超过目标区域中的地层岩石的破裂梯度。压力引起地层开裂，从而允许压裂流体进入并且使裂缝进一步延伸到地层中。注射过程停止后保持该裂缝张开的一种方法是向压裂流体添加固体支撑剂。将支撑剂(其通常为过筛圆粒砂或其它无孔材料)输送到裂缝中。这种砂被选择为具有比周围地层的渗透性更高的渗透性，于是被支撑的水力压裂裂缝变为具有高渗透性的通道，地层流体可以通过该通道流到井中。
确定完成的水力压裂裂缝的尺寸和方向是相当困难和昂贵的，而较便宜的方案又非常不准确。众所周知，水力压裂会产生一系列小“地震”，而这一系列小“地震”可以映射以示出压裂事件的位置。目前使用的技术在单独的监测井中部署通常为地震检波器形式的一系列微震探测器，以在泵送水力压裂处理液时测量压裂事件。也可以在地面上部署地震检波器或倾斜仪，但随着在井中进入得更深，分辨率明显变小。
部署在地面上或附近监测井中的倾斜仪阵列测量竖直位移的水平梯度。部署在与目标区域邻近的附近监测井中或地面上的微震探测器阵列如果目标区域不太深和/或环境噪声不太大，则可以探测与不连续的裂缝开口事件相关联的单独微震事件。利用基于比较声波到达接收器阵列的各种传感器处的到达时间进行的三角测量方法，可以以三维的方式定位微震事件。通过映射与压裂过程中的不断增长的水力压裂裂缝相关联的小地震事件的位置，可以推断出裂缝的大致几何形状。
尽管使用与处理井分开设置的监测井通常是优选的(因为这种方案提高了精度，特别是在具有较高环境噪音和/或相对较难触及的地面条件的区域)，但钻一个监测井的成本通常需要大约1000万美元并且需要30-50天的钻井时间。此外，地面不动产或其它因素的可使用性可能使监测井不能被钻在离目标区域足够靠近的位置，从而会导致性能的下降。
为了尽量减少投资成本和部署时间，一些革新的操作者试图通过将声学传感器设置在处理井的环面中来建立监测井和处理井的组合，然而他们几乎没有什么成功。而其它一些操作者选择将声学传感器直接部署在处理流动路径中。
然而，本发明的发明人认识到，由于压裂流体的泵送，沿处理井的环面设置或在流动路径中设置的此类声学传感器在水力压裂事件期间会遇到大量的噪声，这进而导致了所收集的声学数据具有过低的信噪比。相应地，发明人还认识到，这种类型的监测可能通常仅在裂缝闭合时才提供可用的数据，从而使操作者错过了在泵送压裂浆液时发生的压裂事件。
本发明的发明人进一步认识到，由于电气参数/电力管道(例如，布设有声学传感器，以将数据发送到地面)的暴露限制，操作者被限制为某种浆液浓度，并且由于电线的线缆接头的压力限制，因此还受到压裂时能够施加的总压力量的限制。此外，本发明的发明人还认识到，在现有或将来可能的侧钻操作时在处理液流体内或环面附近部署声学传感器可能会妨碍此类操作。
因此，本发明的发明人认识到，需要只需单个处理井以减少投资成本和部署时间的系统和方法，该系统和方法包括隔离声学传感器的设置，以在向井下泵送压裂浆液的过程中收集具有可接受信噪比的声学数据。本发明的发明人还认识到，需要这样的系统和方法：其允许较高的浆液浓度，并且允许最佳压裂所需的总压力而无需考虑声学传感器的通信通路中的电线管道/线缆接头的压力限制，和/或不会妨碍现有或将来可能的侧钻操作。
发明内容
考虑到上述情况，本发明的各种实施例优选地提供了用于确定目标区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统和方法/过程，该系统和方法仅需要使用单个处理井的一部分便可减少投资成本和部署时间，该系统和方法包括提供对声学监测传感器的隔离，以在泵送压裂浆液期间实时收集具有可接受的性噪比的声学数据，该系统和方法允许使用较高浓度的浆液，在无需考虑电缆接头的压力限制的情况下允许最佳压裂所需的总压力，和/或不妨碍当前或将来的侧钻操作，以及可以在所有类型的水力压裂操作(包括压裂非常规的储层或页岩气储层)中进行监测地震。
更具体地，确定储层中的目标区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的方法的实施例的实例可以包括如下各种步骤：建立井并且部署声学和通信设备。根据本发明的实施例，穿过目标区域钻造井，并且该井为套管井和胶结井或处于裸眼井环境。然后将地震检波器或其它声学接收器以预定间隔悬挂在造斜工具或其它偏斜型工具的下方的方式部署造斜工具或其它偏斜型工具，以捕捉目标区域下方、上方和目标区域中的压裂事件。地震检波器或其它声学接收器连接在套管井段或裸眼井段上。通过将地震检波器或其它声学接收器胶结在适当位置或使用定中心器将地震检波器或其它声学接收器悬挂在套管井或裸眼井中，可以实现地震检波器或其它声学接收器的连接。还可以使用封隔器将压力与压裂操作隔离开并且隔离地震检波器。如果未被胶结，则在日后可以回收部署的造斜工具/偏斜工具和地震检波器或其它声学接收器。
在压裂操作期间，使用例如井下电耦合器将数据发送到井上，以在试井操作中实现井下的电连接。优选地，连接装置的使用可以消除电连接部与井筒流体之间的任何物理接触。根据示例性构造，经由生成传输到凹入式耦合器的电磁(EM)场的交流电流利用耦合器发送电力和/或通信信号。因此，该系统的优点在于在整个连接装置上提供了有效电力和通信。
在压裂操作完成后，地面计算机接收到描述每个微震裂缝的声学数据，然后生成并且以图形的方式显示这个压裂的水力压裂裂缝的几何形状和范围的映射图。
根据方法的另一实施例，该方法可以包括以下多个步骤：将声学组件定位在第一井筒中，第一井筒邻接储层中的目标区域并且钻造在储层的一部分内，以接受限定目标区域的水力压裂处理。声学组件可以包括声学接收器控制器(例如，地震计算装置)和一组一个或多个声学传感器(例如，地震检波器、倾斜仪等)，以捕捉目标区域内的压裂事件。上述多个步骤还包括以下步骤：当在目标区域中进行储层的水力压裂时，使一组一个或多个声学传感器与延伸穿过第一井筒的一部分并且进入到第二井筒中的管柱所输送的压裂流体相关联的声学干扰隔离。这种隔离可以优选地用于使一组一个或多个声学传感器所遇到的并且与压裂流体的运动相关联的噪声最小。
上述多个步骤还包括以下步骤：将钻井造斜器插入到第一井筒中，钻造第二井筒，以接收压裂流体，以及如果未进行预钻井，则通常在钻造第二井筒之前，将通信管道旁路定位在第一井筒中，而从与第二井筒的边界上方的第一位置延伸到与第二井筒的边界下方的第二位置。
上述多个步骤还包括以下步骤：通过采用一组声学传感器来探测与水力压裂的执行相关联的微震事件，当通过第二井筒在目标区域中进行储层的水力压裂时，将描述声学组件所探测到的微震事件的实时微震事件数据发送到地面单元。为了提供这种通信，上述多个步骤还包括以下步骤：将声学接收器控制器耦合至与通信管道旁路的第一端部相连的第一耦合器，第一耦合器定位为邻接位于侧向孔下方的第二位置，将地面设备耦合至与通信管道旁路的第二相反端部相连的第二电感耦合器，第二电感耦合器定位为邻接位于例如所述侧向孔上方的第一位置。
根据方法的另一实施例，该方法可以包括以下步骤：将造斜工具定位于钻造在储层的一部分内的第一井筒中的生产尾管内，以接受限定目标区域的水力压裂处理，以及将声学组件定位在第一井筒中的生产尾管内，使声学组件位于造斜工具的主要部分的下方并且邻接储层中的目标区域。声学组件可以包括声学接收器控制器和一组一个或多个声学传感器，以捕捉目标区域下方、上方和目标区域内的压裂事件。上述多个步骤还包括以下步骤：当在目标区域中进行储层的水力压裂时，使一组一个或多个声学传感器与延伸穿过第一井筒的一部分并且进入到第二井筒中的管柱所输送的压裂流体相关联的声学干扰隔离，从而使一组一个或多个声学传感器所遇到的并且与压裂流体的运动相关联的噪声最小。
上述多个步骤还可以包括以下步骤：在生产尾管中开设侧向孔，以形成通向第二井筒的入口，从而接收压裂流体，以及将通信管道旁路定位在第一井筒中，而从位于侧向孔上方的第一位置延伸到侧向孔下方的第二位置。通信管道旁路的定位通常在生产尾管的部署和声学组件的部署期间实现，并且随后在管柱部署后完成。
上述多个步骤还可以包括以下步骤：通过采用一组声学传感器来探测与水力压裂的执行相关联的微震事件，以及在目标区域中进行储层的水力压裂时，将描述声学组件所探测到的微震事件的实时微震事件数据发送到地面单元。可以通过将声学接收器控制器电感耦合至与通信管道旁路的第一端部相连的第一耦合器并将地面设备电感耦合至与通信管道旁路的第二相反端部相连的第二电感耦合器来实现通信，第一耦合器定位为邻接位于侧向孔下方的第二位置，第二电感耦合器定位为邻接位于所述侧向孔上方的第一位置。
根据方法的另一实施例，该方法可以包括以下步骤：布设下部完井，下部完井包括与管内第一接头相连的井筒传感器；布设通信管道(下部脐带缆)，该通信管道从邻接第一接头的管的外侧的位置延伸到与第二接头的可操作位置相邻的位置；钻造侧向井筒，该侧向井筒定向为至少部分地横过管的定向，并且定位在第一接头上方和第二接头下方的位置，同时避免与下部脐带缆相交；以及布设上部完井，该上部完井具有与第二接头相连的通信管道(上部脐带缆)。该方法还包括以下步骤：布设连接在上部完井下方的侧向完井；和/或在侧向完井中设置一个或多个储层监测传感器，并且将从传感器延伸的侧向脐带缆与上部脐带缆的三通连接部相连。侧向完井还可以保持有多个流量管理部件，流量管理部件包括流入控制阀、流入控制装置129和/或隔离封隔器。
根据方法的实施例，上述多个步骤可以包括以下步骤：感测由生产井的相邻地层产生并且与通过侧向完井进行的压裂操作相关联的水力压裂的声学事件。井筒传感器(例如，声学传感器的形式)定位为在不同时间探测声学事件，以便于定位声学事件。上述多个步骤可以另外地或替代地包括：多个声学传感器感测由与相邻井的侧向完井相关联的水力压裂产生的声学事件。上述多个步骤还可以或可选地包括：将封隔器定位在侧向井筒的下方和多个声学传感器的上方，以使与通过侧向完井的压裂流体的运动相关联的并且被多个声学传感器遇到的噪声最小，以提高数据质量。
根据方法的另一实施例，该方法可以包括以下步骤：提供多个生产井，每个生产井均包括上部完井、下部完井和延伸到侧向井筒中的侧向完井；对于每个生产井而言，将地下观测井和地下生产井的功能组合到多个生产井中的每个单独的井中；以及感测由与多个井之一的侧向完井相关联的水力压裂产生的声学事件。例如通过将多个声学传感器定位在下部完井中并且将多个声学传感器与流过上部完井和侧向完井的压裂流体液体隔离开来进行功能的组合。利用定位在侧向井筒下方和多个声学传感器上方的诸如封隔器等隔离装置提供隔离，以使与流过侧向完井的压裂流体的运动相关联的并且被多个声学传感器遇到的噪声最小。另外，优选地，利用多个生产井中的至少两个中的多个声学传感器中的一个或多个声学传感器进行该感测，以提高数据的准确性。
根据本发明的实施例的实例，用于确定储层中的目标区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统可以包括在第一井筒的第一部分内延伸的主套管柱、以及生产尾管，该生产尾管与主套管柱的一部分的内表面相连，延伸到第一井筒的第二部分中并且具有与通向侧向分支井筒的开口相邻的侧向孔。该系统还可以包括造斜工具或其它偏斜工具，造斜工具或其它偏斜工具定位在侧向孔的主要部分下方的位置处的生产尾管内以提高与侧向分支井筒相关联的钻井操作的性能，并且将定位在与目标区域相邻的造斜工具下方的生产尾管内的声学组件与压裂操作隔离开。声学组件可以包括声学接收器控制器和一组一个或多个声学传感器，以捕捉目标区域下方、上方和目标区域内的压裂事件。
该系统还可以包括封隔器，封隔器定位在造斜工具的主要部分下方的生产尾管的孔内并且位于一组一个或多个声学传感器上方位置，以使一组一个或多个声学传感器与压裂流体的输送相关联的声学干扰隔离，和/或该系统可以包括封隔器，封隔器定位在生产尾管的孔内且位于该组声学传感器下方位置，以在生产尾管的孔内液体隔离声学传感器和/或减少来自系统的压裂部件的声学干扰。
该系统还包括管柱和感应通信组件，管柱延伸穿过第一井筒的第一部分、第一井筒的第二部分的上部、侧向孔、以及侧向分支井筒的一部分以输送压裂流体，感应通信组件定位为接收来自声学接收器控制器的数据信号和/或向声学接收器控制器提供电力，并且感应通信组件定位为提供下部完井设备与上部完井设备之间的电气隔离。根据优选的构造，感应通信组件包括通信管道旁路，该通信管道旁路定位在第一井筒内并且从侧向孔上方的位置延伸到侧向孔下方的位置，以防止与压裂设备或压裂设备的部署发生干涉。优选地，感应通信组件包括两组电感耦合器，以将井上通信部件与邻接侧向分支井筒的通信部件隔离开，并且将该通信部件与位于造斜工具下方的声学组件部件隔离开。值得注意的是，通过使用这种电感耦合技术将地面设备与井下声学监测设备相连可以实现所需的电气和物理隔离。
根据本发明的另一实施例的系统可以包括第一井筒，该第一井筒包括收容流体输送管道的第一部分和收容定位在储层内的目标区域附近的声学组件的第二部分。声学组件可以包括声学接收器控制器和与声学接收器控制器通信的一组一个或多个声学传感器，以捕捉目标区域下方、上方和目标区域内的压裂事件。该系统还包括第二井筒，该第二井筒在位于声学组件上方的第一井筒的侧向孔处与第一井筒相连，并且第二井筒收容压裂处理系统，由此第二井筒和压裂处理系统与第一井筒的收容声学组件的第二部分液体隔离开。该系统还可以包括电感耦合通信管道旁路，电感耦合通信管道旁路定位在第一井筒的第一部分和第二部分中并且从侧向孔上方的位置延伸到侧向孔下方的位置，以在没有任何声学监测设备和相关联的干涉通信管道的第二井筒内提供井操作。
根据本发明的另一实施例的系统可以包括：下部完井，其收容定位在管内的井筒传感器(例如，声学传感器等)；下部脐带缆，其从管外侧的位置延伸到与第一接头的可操作位置相邻的位置；侧向井筒，其定位为避免与下部脐带缆相交并且定向为至少部分地横过管的定向；以及上部完井，其布设有与第一接头相连的上部脐带缆。根据示例性构造，下部脐带缆和收容井筒传感器的管构造为一起布设。根据示例性构造，第一接头与上部脐带缆相连。管的孔内的第二接头与井筒传感器相连。通向侧向井筒的入口定位在第二接头上方和第一接头下方的位置。根据示例性构造，第一接头和第二接头构造为与下部脐带缆电感耦合。
根据示例性构造，将封隔器定位在通向侧向井筒的入口的下方和多个声学传感器的上方，以使与通过侧向完井的压裂流体的运动相关联的并且被多个声学传感器遇到的噪声最小，以隔离声学传感器所遇到的压力。根据另一示例性构造，将多个声学传感器胶结在适当的位置中，以使多个声学传感器所遇到的噪声最小以隔离压力。
根据本发明的另一实施例的系统可以包括：下部完井，其收容定位在管内并且定位在目标地层内的井筒传感器(例如，声学传感器等)；下部脐带缆，其从管的收容井筒传感器的部分的外侧的位置延伸到与第一接头的可操作位置相邻的位置；侧向井筒，其定向为至少部分地横过管的定向并且定位为至少基本上在目标地层内从而提供目标地层内的压裂；以及上部完井，其布设有与接头相连的上部脐带缆，从而接头可操作地与下部脐带缆相连。根据示例性构造，接头是与所述上部脐带缆相连的第一接头，并且井筒传感器与至少一部分定位在管的孔内的第二接头的至少一部分相连。根据示例性构造，通向侧向井筒的入口定位在第二接头上方和第一接头下方的位置。
根据示例性构造，侧向完井至少基本上水平对准在目标地层的上边界与下边界之间，以提供目标地层内的压裂。根据这种构造，管的收容声学传感器的部分定位在目标地层的上边界与下边界之间。根据示例性构造，目标地层的一部分在侧向完井的上方和下方被压裂。根据示例性构造，声学传感器定位为接收目标地层的位于侧向完井上方的部分的压裂数据并且接收目标地层的位于侧向完井下方的部分的压裂数据。
有利地，本发明的各种实施例在泵送水力压裂处理液的同时允许处理井的地震事件数据的实时数据发送。常规的做法是钻造观测井/监测井和部署地震检波器，以在压裂处理期间监测压裂地震事件，或将地震检波器部署在地面。通常观测井/监测井或地面离压裂处理处比较远，使得不能收集到较好质量的监测数据，并且与建立观测井/监测井相关的成本较大。因此，为了解决此类问题，有利地，本发明的各种实施例提供了使用单个处理井进行压裂地震映射，而无需单独的监测井或地面设备的部署。通过将井下声学传感器部署在处理井的一部分中和用于输送压裂流体的侧钻井的下方可以实现上述目的。处理井的这个部分例如可以是处理井的导向孔的延伸超过侧钻井期望入口位置的部分。有利地，通过减少单独的监测井的钻井和完井(这通常需要花费1000万美元和30-50天的钻井时间)，例如侧钻中的初始导向孔的使用显著降低了裂缝的成本。
有利地，本发明的各种实施例还提供了对声学传感器的隔离，以便在泵送期间实时收集具有可接受的信噪比的声学数据，和/或通过如下方式使用大于4PPA的浆液浓度：将传感器布设在造斜工具的下方和/或将封隔器安装在造斜工具的下方，以将声学传感器包含在处理井的主要部分的延伸段(例如，导向孔)中，从而将声学传感器与保持部件的浆液分开，使得它们不接触或彼此以其它方式连通。有利地，通过将地震检波器设置在造斜工具的下方，在使用简单的过滤技术的情况下降低或消除噪声问题。另外，消除了浆液限制，处理压力并不限于所部属的工具，并且地震检波器可以在整个目标区域上预定位在处理层段的正上方和正下方。
此外，本发明的各种实施例利用电感耦合器技术将实时测量的数据发送到地面，该电感耦合器技术允许声学传感器和声学接收器控制器(例如，地震计算装置)不仅保持物理/液压隔离还保持电气隔离，即，没有需要延伸穿过造斜工具或封隔器的电气通道或管道提供声学接收器控制器(例如，地震计算装置)与地面计算机之间的通信。电感耦合器省去了电连接部与井筒流体之间的任何物理接触。经由生成传播到凹入式耦合器的电磁(EM)场的交流电流，通过耦合器传送电力。该系统的额外优点在于在整个连接装置上提供了有效的电力和通信。
有利地，本发明的各种实施例还允许使用最佳压裂所需的总压力而无需考虑提供声学组件与地面单元之间的通信的电缆接头的压力限制，和/或还允许在处理井内采用不会妨碍当前或将来的侧钻操作的监测系统。通过采用电感耦合技术，电遥测数据通过第一电感耦合在生产尾管中的预期孔或现有孔上方的位置处从井的内部发送到生产尾管的外部，并且通过第二电感耦合在造斜工具的预期位置或现有位置下方的位置处返回到井的内部，这两个耦合之间的布线远离生产尾管中的预期孔或现有孔的位置而铺设到生产尾管外。
附图说明
从而，可以更详细地理解本发明的上述特征和优点及其它内容将变得显而易见的方式，并且可以参照在构成本说明书一部分的附图中示出的本发明的实施例来对本发明的以上简要概括内容进行更具体的描述。然而，应注意的是：附图仅示出本发明的各种实施例，因此不应被视为对本发明的范围的限制，这是因为本发明还可能包括其它的有效实施例。
图1是根据本发明的实施例的用于确定储层内的目标地区/区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统的总体系统结构的示意图；
图2是根据本发明的实施例的用于确定储层内的目标地区/区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统的井下部分的示意图；
图3至图11提供示出了根据本发明的实施例的用于确定储层内的目标地区/区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统的主井筒的开发、用于进行压裂操作的井筒以及井下部分的部署的一系列示意图；
图12是示出根据本发明的实施例的用于确定储层内的目标地区/区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统的井下部分的操作使用的示意图；
图13是根据本发明的实施例的电感电路的示意图；
图14是示出根据本发明的实施例的用于确定在一对相邻的生产井中采用的目标地区/区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统的成对部分(通常彼此接收、处理和提供互补数据)的示意图；
图15是示出根据本发明的实施例的主脐带管线中的多个抽头的示意图，示出使用脐带管线作为井下声学传感器与储层监测传感器之间的主通信链路；
图16是示出根据本发明的实施例的多个控流装置的应用的示意图；以及
图17是示出根据本发明的实施例的地面部件与井下声学传感器之间的通信线路连接构造的示意图。
具体实施方式
下文将参照示出本发明各实施例的附图对本发明进行更全面的描述。然而，本发明可以实现为许多不同的形式，并且不应被理解为限于本文阐述的所示实施例。更确切地说，提供这些实施例是为了使本公开内容彻底和完整且充分地向本领域技术人员传达本发明的范围。在全文中，相同的附图标记表示相同的元件。如果使用撇号的话，则撇号表示可选实施例中的类似元件。
本发明的各种实施例优选地提供了使用处理井的导向孔来实时监测水力压裂裂缝的系统和方法。根据本发明的示例性实施例，穿过压裂处理将发生的期望地层进行钻井。然后，将造斜工具(kickover tool)或其它偏斜工具下降到井筒中，并且定向在优选的压裂方向上。位于造斜工具下方的是声学传感器。造斜工具下方布设有至少一个传感器，但优选地为一系列传感器。造斜工具就位后，将侧钻孔钻为竖直井筒或水平井筒。优选地，必要时，通过堆叠造斜工具可以设置多个侧钻孔。通过在造斜工具下方设置封隔器，将能进一步降低泵送压裂流体时产生的噪音。在下文中提供了根据本发明的示例性实施例的额外细节。
如图1所示，用于确定储层23的目标区域21的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统30可以包括裂缝映射计算机31以及用户界面37，裂缝映射计算机31具有处理器33和与处理器33相连以存储软件和数据库记录的存储器35，用户界面37可以包括用于显示图形图像的图形显示器39和本领域技术人员已知的用户输入设备41以使得用户访问操作软件和数据库记录。应注意的是，计算机31可以是个人计算机的形式，或者服务器或服务于多个用户界面37的服务器场或本领域技术人员已知的其它构造的形式。因此，用户界面37可以直接与计算机31相连或通过本领域技术人员已知的网络38与计算机31相连。
系统30还可以包括数据库(未示出)，该数据库存储在裂缝映射计算机31的(内部或外部)存储器35中并且具有表示探测到的地震事件的位置点的数据，系统30还可以包括存储在裂缝映射计算机31的存储器35中并且适于接收来自井筒传感器控制器61的信号的裂缝映射程序体51。应注意的是，裂缝映射程序体51可以是本领域技术人员已知和理解的为命令操作组(其控制硬件的功能并且指导硬件的操作)提供的特定组的微码、程序、例程和符号语言。还应注意的是，根据本发明的实施例的裂缝映射程序体51无需全部存在于易失性存储器中，而是可以按需要根据本领域技术人员已知和理解的各种方法有选择地加载。此外，裂缝映射程序体51的至少一部分可以存储在井筒传感器控制器61的存储器中和/或由井筒传感器控制器61执行。
如图1和图2所示，系统30还包括声学组件63，声学组件63包括井筒传感器控制器(例如，地震计算装置)61和一组(至少为一个，但更通常为多个)井筒传感器(例如，地震检波器、水听器(hydrophone)等)65，井筒传感器65悬挂于定位在管或其它管73中的造斜工具或其它钻井偏斜型工具的下方，管73本身悬挂在套管75中，而套管75本身定位在通常竖直的井筒78的主要部分77内。在套管井的构造中，管73使用套管挂74或本领域普通技术人员理解的其它装置悬挂在套管75中。
根据系统30的图示实施例，井筒传感器组65包括以预定的一个或多个距离隔开的多个间隔开的传感器，用于在不同的传播时间捕捉同一组压裂事件，从而允许对所接收的自每个单独压裂事件发出的声学信号进行三角测量。应注意的是，如图2所示，可以在安装钻井造斜器71之前，将本领域普通技术人员已知和理解的一个或多个隔离装置79、84可选地安装在管73的孔76中。根据一个实施例，隔离装置79定位在钻井造斜器71下方和声学组件63的上方的位置处，以使井筒传感器65与声学干扰隔离。在这个实施例中，可以使用定中心器(未示出)或其它连接装置在管73的孔76中稳固井筒传感器65。根据可选的实施例，隔离装置84安装在声学组件63的下方，以使管73内的收容声学组件63的腔室80液体密封，并且隔离装置84与钻井造斜器71(或其它造斜器型工具)和/或与该造斜工具相邻的另一隔离装置79一起使用，从而防止液压侵入。
根据系统30的图示实施例，井筒78包括主要部分或“上地层”部分77和主要包括导向孔82的“下地层”部分81，导向孔82被钻来用于引导井筒78的主要部分77的钻造。如图所示，根据这种构造，声学组件63和钻井造斜器71的至少一部分着落在井筒78的下部分81(例如，在腔室80中)中，和/或以物理连接的方式悬挂在钻井造斜器71上。
可以使用包括凹陷-突起组合体的定位键83来正确地定向钻井造斜器71和/或井筒传感器组65，凹陷-突起组合体示出为管73中的凹部85和环状突起部87或一组从钻井造斜器71的下部径向延伸的一个或多个单独的突起部。然而，应注意的是，包括突起-凹陷组合体或使用定中心器(未示出)支撑或使井筒传感器组65和/或钻井造斜器71着落在内的其它手段或本领域普通技术人员已知的其它手段落入本发明的范围内。
根据系统30的图示实施例，钻井造斜器71包括凹部89，凹部89收容井筒传感器控制器61的至少一部分或本领域普通技术人员理解的相关联的连接硬件(未示出)。钻井造斜器71还包括环形凹部91，环形凹部91容纳有与电缆95相连的插入式电感耦合器93(单件式或组件)，电缆95与井筒传感器控制器61相连或与井筒传感器控制器61进行通信。应注意的是，定位键83提供了钻井造斜器71的定位和插入式电感耦合器93的定位。还应注意的是，所述电缆、管道91可以为包括光学、射频或这两者的组合的其它形式。
此外，根据系统30的图示实施例，管73使用本领域普通技术人员已知和理解的装置着落在套管75的下端中，优选地，井筒78的部分97内的至少一部分例如借助“波形”的扩孔钻头(未示出)向外延伸。根据优选的构造，管73的外表面99带有经由通信管道(例如，沿着管73的外表面99铺设的电缆103)相连的分别位于入口105上方和下方的一组凹入式电感耦合器101、102。入口105是在管73放入之前预成形的或者之后切穿管73的外壁99，以向带有各种压裂设备111的钻为水平井筒或竖直井筒(例如侧向井筒109)的“侧钻孔”提供通道。因此，有益地，凹入式电感耦合器101、102和电缆103不会妨碍压裂操作或侧向井筒109的形成。
系统30还包括从地面123(图1)延伸穿过井筒78的主要部分77和套管75、穿过入口105上方的管73的孔、穿过入口105并且进入到井筒109中的管柱121。管柱121的包含在井筒109中的部分125可以包括各种压裂设备111，压裂设备111包括将压裂流体输入到储层23中的多组穿孔127，并且压裂设备111可以包括控制流体(例如，浆液)在各组穿孔127中的输送的多个压裂阀，从而提供多级压裂。
管柱121的位于入口105上方的部分131的外表面99上可以容纳或保持插入式电感耦合器133。插入式电感耦合器133的尺寸设计为使其可以部署在管73的内径137中。当管柱121的部分131正确部署时，插入式电感耦合器133定位为相对于与管73的外表面99相连的凹入式电感耦合器101互补。相应地，部分131可以包括尺寸设计为延伸穿过套管75并且着落在用于悬挂管73(限定着落点或表面143)的套管挂74的上部143上的管定位器141。插入式电感耦合器133以预定的纵向距离与管定位器141隔开，使得当管定位器141着落在着落点/表面143上时，插入式电感耦合器133位于与凹入式电感耦合器101适当并置的位置。上述定位键83将插入式电感耦合器93定位为与凹入式电感耦合器102适当并置，从而形成正确匹配的电感电路145(例如参见图13)。
通信管道(例如，电缆147)与管柱121的外表面135的外表面部分物理地相连，并且例如经由湿接头与插入式电感耦合器133电相连，以向计算机31提供数据。有益地，通过使用电感耦合器对101、133和102、93将地面设备(例如，计算机31)与井下声学组件63相连，可以实现电气和物理隔离。应注意的是，尽管被描述为电导体，但应理解的是，管道/电缆103、147可以为包括电学、光学、电-光、无线、液压或它们的组合的各种形式，并且管道/电缆103、147通常统称为脐带缆。还应注意的是，如图17所示，尽管以电感耦合的形式示出，但管道/电缆103可以经由带有/穿过钻井造斜器71'的连接部来硬线连接至声学组件63，并且可以经由示出为位于着落点143附近的接头133'与管道/电缆147相连。
图1和图2示出了井筒78、109的“套管井”构造。然而，本领域普通技术人员将认识到，本发明的一个或多个实施例落在采用非套管井的系统30的范围内。另外，在示例性说明中，套管75为9又5/8英寸的套管，管子尾管为7英寸的尾管，管柱121为4又1/2英寸的管子，以及侧向井筒109为6又1/8英寸的井筒。然而，本领域普通技术人员已知的各种其它尺寸均落在本发明的范围内。
图3至图12示出通过将地下观测井和地下生产井的功能组合到单个井53中来确定储层23中的目标区域21的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的方法的实施例的实例。参考图3，根据方法的实施例的实例，井筒78钻穿目标区域21，并且井筒78为套管井和胶结井或处于裸眼井的状态。根据所示的方法，首先钻出导向孔82，然后钻出主要部分77。
如图3所示，可以使用波形的扩孔钻头(未示出)来拓宽井筒78的将钻出侧钻孔(例如，图2的井筒109)的位置的部分。如图4所示，在所示的套管井构造中，套管75布设在井筒78的位于波形部97上方的上部77内。
如图5所示，使用壳体挂74或本领域普通技术人员理解的其它装置将管73悬挂在套管75内。根据所示的构造，管73从波形部97的上方开始延伸、穿过波形部97、以及穿过优选地具有与管73的内径类似的内径的导向孔82的大部分。进一步如图5所示，管73包括与外侧/外表面99相连或嵌入在外侧/外表面99中的凹入式电感耦合器101、102。
如图6和图7所示，为了声学隔离井筒传感器组65，可以将隔离装置79定位在造斜工具或其它偏斜型工具的下方但至少在井筒传感器65上方的位置。为了声学隔离并进一步液体隔离声学组件63，另外地或替代地将隔离装置84插入到管73的孔76中的位于声学组件63的最低(最井下)期望点下方的位置。
如图7所示，不管是否布设隔离装置79，本发明的方法都包括布设造斜工具或其它偏斜型工具，以将声学组件63与压裂操作隔离开，这将在下文中描述。根据示例性构造，钻井造斜器71部署有悬挂在下方且以预定间隔隔开的地震检波器或其它井筒传感器65，以捕捉目标区域21下方、上方和目标区域21中的压裂事件。地震检波器或井筒传感器65可以与管子管73的内表面相连，或者可选地直接与导向孔82的裸眼井部分相连。地震检波器或其它井筒传感器65的连接可以通过将井筒传感器65胶结在裸眼井或套管井中的适当位置或使用定中心器(未示出)将地震检波器或其它井筒传感器65悬挂在套管井或裸眼井中来实现。应注意的是，如果未被胶结，则在日后可以回收钻井造斜器71和井筒传感器65。
如图8所示，根据另一构造，可以一起布设套管75、管73、钻井造斜器71'、隔离装置79、声学组件63、上通信管道、下通信管道和上电感耦合器101。尽管也可以布设电感耦合器对102、93，但根据这种构造，如图所示，取而代之的是，管道可以通过通道72硬连线至井筒传感器控制器61。图9示出了这样的实施例：取而代之地胶结声学组件63的井筒传感器65，以降低噪声和/或隔离井筒传感器65可能会遇到的压力。
不管布设方法如何，如图10所示，通过将钻井造斜器71定位在管73中(或者，如果未使用管73，则将钻井造斜器71直接定位在导向孔82中)，以所需的长度、距离和深度穿过入口105钻出井筒109。
如图11所示，管柱121从地面123(图1)延伸穿过套管75、穿过管73的位于入口105上方的孔、穿过入口105并且进入到井筒109中。管柱121的包含在井筒109中的部分125可以包括各种压裂设备111，压裂设备111包括将压裂流体输入到储层23中的多组穿孔127和控制流体(例如，浆液)在各组穿孔127中的输送的多个压裂阀。管柱121的位于入口105上方的部分131的外表面135上可以容纳或保持插入式电感耦合器133。为了将插入式电感耦合器133设置在与凹入式电感耦合器101适当并置的位置中，管柱121的部署包括使管定位器141着落为与着落点/表面143接触。
如图12所示，在泵送操作期间，微裂缝开始产生声学信号，声学信号由分开的井筒传感器65在不同时间接收到。如图13所示，在所示的实施例中，利用电感耦合在地面123(例如计算机31)与井筒传感器65之间建立通信，如图所示形成电感电路，该电感电路可以提供可靠的手段在试井操作中实现井下的电连接。井筒传感器控制器61所处理的处理声学数据借助所示的电路经由所示一系列导体连接部和电感耦合传送到井上。
有益地，电感耦合的使用(特别是与不跨越边界的分开的电连接部的建立结合)可以起到消除电连接部与井筒流体之间的任何物理接触的功能。该系统/方法的优点在于在整个连接装置上提供了有效通信。电感耦合的作用是使井筒传感器控制器61发出的通信信号借助插入式耦合器93生成的交流电流来发送，交流电流生成发送到凹入式耦合器102的电磁(EM)场。
类似地，图14示出了接收来自微裂缝源的声学信号的井筒传感器65，微裂缝源产生于分开的侧向井筒109、109'附近的压裂操作。然而，在该实施例中，另一侧向井筒109'与相邻的生产井53'相关联。此外，来自与各个相应生产井53、53'相关联的相应井筒传感器控制器61的数据可以经由网络38由计算机31进行收集和比较。作为选择，每个生产井53、53'均可以具有相关联的单独的计算机31，计算机31之间通过网络38和/或本领域普通技术人员已知的另一网络彼此进行通信。
根据本发明的另一实施例，系统/方法还包括这样的优点：可以在整个连接装置上输送电力，以将电力提供至声学组件63。在本发明的另一实施例中，可以使用电感耦合器133、电感耦合器101和/或线缆147中的三通式连接部151或其它形式的抽头或一系列抽头(图15)现实额外的连接，以从地面123向压裂设备111提供电力和/或通信和/或给诸如压力传感器、温度传感器、流量传感器、DTS传感器等储层监测传感器128提供支撑。根据实施例，多个储层监测传感器128可以提供各种储层状态的感测功能，包括提供用于确定水前缘传导观察的功能，以及提供本领域普通技术人员已知的其它功能。
图16示出本发明的另一实施例，在该实施例中，通过应用一个或多个诸如流入控制阀、流入控制装置129和/或隔离封隔器等流量管理部件153实现改善的生产控制。
本发明要求2011年10月9日提交的名称为“Method for Real-Time Monitoringand Transmitting Hydraulic Fracture Seismic Events to Surface using the PilotHole of the Treatment Well as the Monitoring Well(使用处理井的导向孔作为监测井来实时监测和发送水力压裂地震事件至地面的方法)”的美国非临时专利申请No.13/269,596的优先权，并且本发明与2011年10月9日提交的名称为“System For Real-TimeMonitoring and Transmitting Hydraulic Fracture Seismic Events To SurfaceUsing The Pilot Hole Of The Treatment Well As the Monitoring Well(使用处理井的导向孔作为监测井来实时监测和发送水力压裂地震事件至地面的系统)”的美国非临时专利申请No.13/269,599相关，这两个申请的全部内容通过引用的方式并入本文。
在附图和说明书中已经公开了本发明的典型优选实施例，尽管采用了具体术语，但这些术语仅用于描述性的目的，而非用于限制本发明。已经具体参考这些示出的实施例对本发明作了相当详细的描述。然而，显而易见的是，在上述说明书中描述的本发明的精神和范围内，可以对本发明作出各种修改和改变。例如，代替电感耦合电路145的电感耦合部分，可以采用诸如湿配合接头等接头作为电感耦合组的替代，尽管与采用电感耦合的特征系统的上述实施例相比，优势会有所下降。
Claims (54)
1.一种通过将第一地下井和第二地下井的功能组合到单个井(53)中来确定储层(23)中的水力压裂裂缝的几何形状的方法，所述方法的特征在于以下步骤：
布设下部完井(81)，所述下部完井(81)包括定位在管(73)中的井筒传感器(65)；
布设下部脐带缆(103)，所述下部脐带缆(103)从所述管(73)外侧的位置延伸到与接头(133)的可操作位置相邻的位置；
钻造侧向井筒(109)，避免与所述下部脐带缆(103)相交，所述侧向井筒(109)定向为至少部分地横过所述管(73)的定向；以及
布设上部完井(77)，所述上部完井(77)具有上部脐带缆(147)，所述上部脐带缆(147)与所述接头(133)相连。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，同时进行布设所述下部完井(81)的步骤和布设所述下部脐带缆(103)的步骤，一起布设所述下部脐带缆(103)和收容所述井筒传感器(65)的所述管(73)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一地下井包括地下观测井，所述第二地下井包括地下生产井，并且所述单个井(53)包括单个生产井。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述接头(133)是与所述上部脐带缆(147)相连的第一接头(133)，并且所述井筒传感器(65)与所述管(73)的孔(76)内的第二接头(93)的至少一部分相连。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，钻造所述侧向井筒(109)的步骤包括将通向所述侧向井筒(109)的入口(105)定位在所述第二接头(93)上方和所述第一接头(133)下方的位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于以下步骤：
将侧向完井布设为连接在所述上部完井(77)下方。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于以下步骤：
将侧向完井布设在所述上部完井(77)的下方，
至少一个储层监测传感器(128)与所述侧向完井相连，
侧向脐带缆定位为从所述至少一个储层监测传感器(128)延伸至所述上部脐带缆(147)中的三通连接部(151)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征还在于以下步骤：
将一个或多个监测传感器(128)定位在所述侧向完井中，所述一个或多个监测传感器(128)包括以下传感器中的一个或多个：压力传感器、温度传感器、流量传感器和流体传感器。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述侧向完井包括多个流量管理部件，所述多个流量管理部件包括以下部件中的一个或多个：流入控制装置(129)和隔离装置(79、84)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述第一地下井包括地下观测井，所述第二地下井包括地下生产井，所述单个井(53)包括单个生产井，并且对目标区域(21)的与所述生产井相关联的部分进行压裂，并且所述管(73)内的所述井筒传感器(65)包括声学传感器。
11.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征还在于以下步骤：
利用所述井筒传感器(65)感测声学事件，所述声学事件由与所述侧向完井相关联的水力压裂产生。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征还在于以下步骤：
利用所述井筒传感器(65)感测声学事件，所述声学事件由与相邻井(53')的侧向完井相关联的水力压裂产生。
13.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征还在于以下步骤：
将隔离装置(79)定位在通向所述侧向井筒(109)的入口(105)的下方和所述井筒传感器(65)的上方，以使与通过所述侧向完井的压裂流体的运动相关联并且被所述井筒传感器(65)遇到的噪声最小。
14.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征还在于以下步骤：
将多个侧向完井布设在所述上部完井(77)的下方，每个侧向完井均连接有至少一个储层监测传感器(128)，并且所述至少一个储层监测传感器(128)可操作地连接在定位为与所述上部脐带缆(147)相连的侧向脐带缆上。
15.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述第一地下井包括地下观测井，所述第二地下井包括地下生产井，所述单个井(53)包括单个生产井，对目标区域(21)的与所述生产井关联的部分进行压裂，所述管(73)内的所述井筒传感器(65)包括声学传感器，并且所述井筒传感器(65)与井筒传感器控制器(61)相连，所述井筒传感器控制器(61)构造为监测包括水前缘传导观察在内的储层监测事件。
16.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，
所述接头(133)是与所述上部脐带缆(147)相连的第一接头(133)，
所述井筒传感器(65)与所述管(73)内的第二接头(93)相连，所述第二接头(93)与管道(95)相连，所述管道(95)与井筒传感器控制器(61)相连或通信，所述井筒传感器控制器(61)与所述井筒传感器(65)相连，并且
所述第一接头(133)和所述第二接头(93)构造为与所述下部脐带缆(103)电感耦合。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一接头(133)还包括与所述上部脐带缆(147)相连的湿接头。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二接头(93)还包括与所述井筒传感器(65)相连的湿接头。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，管(73)内的所述井筒传感器(65)包括声学传感器，所述下部完井(81)还包括定位在所述管(73)内的声学组件(63)，所述声学组件(63)包括井筒传感器控制器(61)和所述井筒传感器(65)，所述方法还包括如下步骤：
将钻井造斜器(71)定位在所述管(73)内、在所述管(73)中的入口(105)的主要部分的下方且与通往所述侧向井筒(109)的开口相邻，所述钻井造斜器(71)包括收容所述第二接头(93)的凹部(91)，所述第二接头(93)与通信管道(95)相连，所述通信管道(95)与所述井筒传感器控制器(61)通信，所述井筒传感器控制器(61)与所述井筒传感器(65)通信，从而为地面单元提供描述由所述声学组件(63)探测到的微震事件的实时微震事件数据。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，管(73)内的所述井筒传感器(65)包括声学传感器，所述下部完井(81)还包括定位在所述管(73)内的声学组件(63)，所述声学组件(63)包括井筒传感器控制器(61)和所述井筒传感器(65)，所述井筒传感器控制器(61)与所述井筒传感器(65)相连且通信，所述方法还包括如下步骤：
将第一隔离装置(79)定位在通向所述侧向井筒(109)的入口(105)下方和所述井筒传感器(65)的上方以使与流过侧向完井的压裂流体的运动相关联的且被所述井筒传感器(65)遇到的噪声最小；以及
将第二隔离装置(84)定位在所述井筒传感器(65)下方以将所述井筒传感器(65)液体隔离从而防止液压侵入。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第一地下井包括地下观测井，所述第二地下井包括地下生产井，所述单个井(53)包括单个生产井，对与所述生产井相关联的目标区域(21)进行压裂，所述管(73)内的所述井筒传感器(65)包括声学传感器，并且所述方法还包括以下步骤：
将所述井筒传感器(65)胶结在适当的位置中，以使所述井筒传感器(65)所遇到的噪声最小。
22.一种通过将第一地下井和第二地下井的功能组合到单个井(53)中来确定储层(23)中的水力压裂裂缝的几何形状的方法，所述方法的特征在于以下步骤：
布设下部完井(81)，所述下部完井(81)包括定位在管(73)中的井筒传感器(65)，所述井筒传感器(65)定位在目标区域(21)中；
布设下部脐带缆(103)，所述下部脐带缆(103)从所述管(73)的收容所述井筒传感器(65)的部分的外侧的位置延伸到与接头(133)的可操作位置相邻的位置；
钻造侧向井筒(109)，所述侧向井筒(109)定向为至少部分地横过所述管(73)的定向，并且定位为在所述目标区域(21)内，从而提供所述目标区域(21)内的压裂；以及
布设上部完井(77)，所述上部完井(77)具有上部脐带缆(147)，所述上部脐带缆(147)与所述接头(133)相连，所述接头(133)可操作地与所述下部脐带缆(103)相连。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，同时进行布设所述下部完井(81)的步骤和布设所述下部脐带缆(103)的步骤，一起连接和布设所述下部脐带缆(103)和至少所述管(73)的收容所述井筒传感器(65)的部分。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一地下井包括地下观测井，所述第二地下井包括地下生产井，并且所述方法还包括以下步骤：
将所述地下观测井和所述地下生产井的所述功能组合到单个井(53)中。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述接头(133)是与所述上部脐带缆(147)相连的第一接头(133)，并且所述井筒传感器(65)与至少一部分定位在所述管(73)的孔(76)内的第二接头(93)的至少一部分相连。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，钻造所述侧向井筒(109)的步骤包括将通向所述侧向井筒(109)的入口(105)定位在所述第二接头(93)上方和所述第一接头(133)下方的位置。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，在钻造所述侧向井筒(109)之前进行布设所述上部完井(77)的步骤。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征还在于以下步骤：
布设侧向完井，布设所述侧向完井的步骤包括将所述侧向完井水平地对准在所述目标区域(21)的上边界与下边界之间，以提供所述目标区域(21)内的压裂。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述井筒传感器(65)是井筒传感器(65)，并且布设所述下部完井(81)的步骤包括以下步骤：
将所述管(73)的收容所述井筒传感器(65)的部分定位在所述目标区域(21)的上边界与下边界之间。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，在所述侧向完井的上方和下方压裂所述目标区域(21)的一部分，所述管(73)内的所述井筒传感器(65)包括定位在所述目标区域(21)内的声学传感器，并且所述井筒传感器(65)接收位于所述目标区域(21)的所述侧向完井上方的部分的压裂数据且接收所述目标区域(21)的位于所述侧向完井下方的部分的压裂数据。
31.根据权利要求28所述的方法，其中，所述井筒传感器(65)是声学传感器，所述方法的特征还在于以下步骤：
利用所述井筒传感器(65)感测声学事件，所述声学事件由与所述侧向完井相关联的水力压裂产生。
32.根据权利要求25至31中任一项所述的方法，其中，钻造所述侧向井筒(109)的步骤包括将通向所述侧向井筒(109)的入口(105)定位在所述第二接头(93)上方和所述第一接头(133)下方的位置，并且所述井筒传感器(65)是声学传感器，所述方法的特征还在于以下步骤：
利用所述井筒传感器(65)感测声学事件，所述声学事件由与相邻井(53')的侧向完井相关联的水力压裂产生。
33.根据权利要求25至31中任一项所述的方法，其中，钻造所述侧向井筒(109)的步骤包括将通向所述侧向井筒(109)的入口(105)定位在所述第二接头(93)上方和所述第一接头(133)下方的位置，所述方法的特征还在于以下步骤：
将隔离装置(79)定位在通向所述侧向井筒(109)的入口(105)的下方和所述井筒传感器(65)的上方，以使与通过所述侧向完井的压裂流体的运动相关联并且被所述井筒传感器(65)遇到的噪声最小。
34.根据权利要求22至31中任一项所述的方法，其中，
所述接头(133)是与所述上部脐带缆(147)相连的第一接头(101、133)；
所述井筒传感器(65)与所述管(73)内的第二接头(93)相连，所述第二接头(93)与管道(95)相连，所述管道(95)与井筒传感器控制器(61)相连或通信，所述井筒传感器控制器(61)与所述井筒传感器(65)相连；并且
所述第一接头(133)和所述第二接头(93)构造为与所述下部脐带缆(103)电感耦合。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述第一接头(133)还包括与所述上部脐带缆(147)相连的湿接头。
36.根据权利要求34所述的方法，其中，所述第二接头(93)还包括与所述井筒传感器(65)相连的湿接头。
37.根据权利要求24至31中任一项所述的方法，其中，
所述接头(133)是与所述上部脐带缆(147)相连的第一接头(101、133)；
所述井筒传感器(65)与所述管(73)内的第二接头(93)相连，所述第二接头(93)与管道(95)相连，所述管道(95)与井筒传感器控制器(61)相连或通信，所述井筒传感器控制器(61)与所述井筒传感器(65)相连；并且
所述第一接头(133)和所述第二接头(93)构造为与所述下部脐带缆(103)电感耦合，
其中，压裂与所述地下生产井相关联的目标区域(21)，所述管(73)内的所述井筒传感器(65)包括多个井筒传感器(65)，并且所述方法还包括：
将所述多个井筒传感器(65)胶结在所述管(73)内的适当的位置中，以使所述多个井筒传感器(65)所遇到的噪声最小。
38.一种确定储层(23)中的目标区域(21)的水力压裂裂缝的几何形状的方法，所述方法的特征在于以下步骤：
提供多个井(53、53')，每个井(53、53')均包括上部完井(77)、下部完井(81)和延伸到侧向井筒(109)中的侧向完井；
通过对所述多个井(53、53')中的每个井进行以下步骤来将第一地下井和第二地下井的功能组合到所述多个井(53、53')中的每个单独的井中：
将多个井筒传感器(65)定位在所述下部完井(81)中，以及
将所述多个井筒传感器(65)与流过所述上部完井(77)和所述侧向完井的压裂流体液体隔离，利用定位在所述侧向井筒(109)下方和所述多个井筒传感器(65)上方的隔离装置(79、84)提供隔离，以使与通过所述侧向完井的压裂流体的运动相关联并且被所述多个井筒传感器(65)遇到的噪声最小；以及
感测由与所述多个井之一的所述侧向完井相关联的水力压裂产生的声学事件，利用所述多个井(53、53')中的至少两个井中的所述多个井筒传感器(65)中的一个或多个声学传感器进行感测。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述多个井包括多个生产井，所述第一地下井包括第一地下观测井，并且所述第二地下井包括地下生产井。
40.根据权利要求38或39所述的方法，其中，所述隔离装置(79、84)包括封隔器。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述隔离装置(79、84)包括水泥。
42.一种确定储层(23)中的目标区域(21)的水力压裂裂缝的几何形状的方法，所述方法的特征在于以下步骤：
将声学组件(63)定位在与储层(23)中的所述目标区域(21)相邻的第一井筒(78)中，所述第一井筒(78)钻造在所述储层(23)的一部分中，以接受限定所述目标区域(21)的水力压裂处理，所述声学组件(63)包括井筒传感器控制器(61)和一组一个或多个井筒传感器(65)，以捕捉所述目标区域(21)内的压裂事件；
将钻井造斜器(71)插入到所述第一井筒(78)中；
钻造第二井筒(109)，以接收压裂流体；
将旁路(101、133；103；102、93)定位在所述第一井筒(78)中，而从与所述第二井筒(109)相接的分界上方的第一位置延伸到与所述第二井筒(109)相接的分界下方的第二位置；
将所述井筒传感器控制器(61)电感耦合至与所述旁路(101、133；103；102、93)的第一端部相连的第一电感耦合器(102)，所述第一电感耦合器(102)定位为邻接位于入口(105)下方的所述第二位置；
将地面设备(31、38)电感耦合至与所述旁路(101、133；103；102、93)的第二相反端部相连的第二电感耦合器(101)，所述第二电感耦合器(101)定位为邻接位于所述入口(105)上方的所述第一位置；以及
将微震事件数据实时传送到地面单元(31)，所述微震事件数据描述当利用所述第二井筒(109)在所述目标区域(21)中进行所述储层(23)的水力压裂时利用所述声学组件(63)探测到的微震事件。
43.根据权利要求42所述的方法，其特征还在于以下步骤：
当在所述目标区域(21)中进行所述储层(23)的水力压裂时，使所述一组一个或多个井筒传感器(65)与延伸穿过所述第一井筒(78)的一部分并且进入到所述第二井筒(109)中的管柱(121)所输送的压裂流体相关联的声学干扰隔离，从而使所述一组一个或多个井筒传感器(65)所遇到的并且与压裂流体的运动相关联的噪声最小；以及
探测与水力压裂的执行相关联的微震事件，探测步骤包括采用所述一组一个或多个井筒传感器(65)。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，使所述一组一个或多个井筒传感器(65)与声学干扰隔离的步骤包括以下步骤：
将收容所述一个或多个井筒传感器(65)的管(73)内的隔离装置(79)定位在收容所述管柱(121)的所述第一井筒(78)的主要部分的下方和所述一组一个或多个井筒传感器(65)的上方，从而使所述一组一个或多个井筒传感器(65)遇到的并且与压裂流体的运动相关联的噪声最小。
45.根据权利要求44所述的方法，其中，同时进行插入钻井造斜器(71)的步骤和将声学组件(63)定位在第一井筒(78)中的步骤，所述方法的特征还在于以下步骤：
在进行将所述钻井造斜器(71)插入到所述第一井筒(78)中的步骤之前，将所述一组一个或多个井筒传感器(65)与所述钻井造斜器(71)的井下面对部分相连。
46.根据权利要求42至45中任一项所述的方法，其中，将旁路(101、133；103；102、93)定位在所述第一井筒(78)中的步骤包括以下步骤：
确定所述入口(105)穿过管(73)的预期位置；
在所述入口(105)的预期位置上方的位置，将所述第二电感耦合器(101)与所述管(73)的朝外表面相连；
在所述入口(105)的预期位置下方的位置，将第一电感耦合器(102)与所述管(73)的朝外表面相连；
沿着所述管(73)的外表面，以远离所述入口(105)的预期位置的方式将下部脐带缆(103)连接在所述第一电感耦合器(102)和所述第二电感耦合器(101)之间；并且
将所述管(73)布设在所述第一井筒(78)内。
47.根据权利要求43至45中任一项所述的方法，其中，将旁路(101、133；103；102、93)定位在所述第一井筒(78)中的步骤包括以下步骤：
确定所述入口(105)穿过管(73)的预期位置；
在所述入口(105)的预期位置上方的位置，将所述第二电感耦合器(101)与所述管(73)的朝外表面相连；
在所述入口(105)的预期位置下方的位置，将所述第一电感耦合器(102)与所述管(73)的朝外表面相连；
沿着所述管(73)的外表面，以远离所述入口(105)的预期位置的方式将下部脐带缆(103)连接在所述第一电感耦合器(102)和所述第二电感耦合器(101)之间；以及
将所述管(73)布设在所述第一井筒(78)内，
其中，将所述井筒传感器控制器(61)电感耦合至所述第一电感耦合器(102)的步骤和将地面设备(31、38)电感耦合至所述第二电感耦合器(101)的步骤包括以下步骤：
在与从所述管柱(121)的外表面部分延伸的管定位器(141)相关联的基准点相距预定纵向距离处，将第三电感耦合器(133)连接至所述管柱(121)的一部分的朝外表面，当所述管定位器(141)着落在所述管(73)的一部分上时，所述预定纵向距离与从所述基准点到所述第二电感耦合器(101)的纵向距离一致；以及
在与所述钻井造斜器(71)相关联的基准点相距预定纵向距离处，将第四电感耦合器(93)连接至所述钻井造斜器(71)的朝外表面，当所述钻井造斜器(71)着落在所述管(73)内的预选位置时，所述预定纵向距离与从钻井造斜器(71)的基准点到所述第一电感耦合器(102)的纵向距离一致。
48.根据权利要求42所述的方法，其中，所述第二井筒(109)没有任何声学组件(63)和相关联的干涉脐带缆(95、103、147)。
49.一种确定储层(23)中的目标区域(21)的水力压裂裂缝的几何形状的方法，所述方法的特征在于以下步骤：
将钻井造斜器(71)定位于钻造在储层(23)的一部分内的第一井筒(78)中的管(73)内，以接受限定目标区域(21)的水力压裂处理；
将声学组件(63)定位在所述第一井筒(78)中的所述管(73)内的所述钻井造斜器(71)的主要部分下方并且邻接所述储层(23)中的所述目标区域(21)，所述声学组件(63)包括井筒传感器控制器(61)和一组一个或多个井筒传感器(65)，以捕捉所述目标区域(21)内的压裂事件；
在所述管(73)中开设入口(105)，所述入口(105)形成通向第二井筒(109)的入口，以接收压裂流体；
使旁路(101、133；103；102、93)定位在所述第一井筒(78)中，而从所述入口(105)上方的第一位置延伸到所述入口(105)下方的第二位置；
将所述井筒传感器控制器(61)电感耦合至与所述旁路(101、133；103；102、93)的第一端部相连的第一电感耦合器(102)，所述第一电感耦合器(102)定位为邻接位于入口(105)下方的所述第二位置；
将地面设备(31、38)电感耦合至与所述旁路(101、133；103；102、93)的第二相反端部相连的第二电感耦合器(101)，所述第二电感耦合器(101)定位为邻接位于所述入口(105)上方的所述第一位置；以及
将微震事件数据实时传送到地面单元，所述微震事件数据描述当在所述目标区域(21)中进行所述储层(23)的水力压裂时由所述声学组件(63)探测到的微震事件。
50.根据权利要求49所述的方法，其特征还在于以下步骤：
当在所述目标区域(21)中进行所述储层(23)的水力压裂时，使所述一组一个或多个井筒传感器(65)与延伸穿过所述第一井筒(78)的一部分并且进入到所述第二井筒(109)中的管柱(121)所输送的压裂流体相关联的声学干扰隔离，从而使所述一组一个或多个井筒传感器(65)所遇到的并且与压裂流体的运动相关联的噪声最小；以及
探测与水力压裂的执行相关联的微震事件，探测步骤包括采用所述一组井筒传感器(65)。
51.根据权利要求50所述的方法，其中，使所述一组一个或多个井筒传感器(65)与声学干扰隔离的步骤包括以下步骤：
将所述管(73)内的隔离装置(79)定位在所述钻井造斜器(71)的主要部分的下方和所述一组一个或多个井筒传感器(65)的上方，从而使所述一组一个或多个井筒传感器(65)遇到的并且与压裂流体的运动相关联的噪声最小。
52.根据权利要求49所述的方法，其中，同时进行将钻井造斜器(71)定位在管(73)内的步骤和将声学组件(63)定位在所述管(73)中的步骤，所述方法的特征还在于以下步骤：
在进行将所述钻井造斜器(71)定位在所述管(73)中的步骤之前，将所述一组一个或多个井筒传感器(65)与所述钻井造斜器(71)的井下面对部分相连。
53.根据权利要求49至52中任一项所述的方法，其中，将旁路(101、133；103；102、93)定位在所述第一井筒(78)中的步骤包括以下步骤：
确定所述入口(105)穿过所述管(73)的预期位置；
在所述入口(105)的预期位置上方的位置，将所述第二电感耦合器(101)与所述管(73)的朝外表面相连；
在所述入口(105)的预期位置下方的位置，将所述第一电感耦合器(102)与所述管(73)的朝外表面相连；
沿着所述管(73)的外表面，以远离所述入口(105)的预期位置的方式将电缆连接在所述第一电感耦合器(102)和所述第二电感耦合器(101)之间；以及
将所述管(73)布设在所述第一井筒(78)内。
54.根据权利要求50或51所述的方法，其中，将旁路(101、133；103；102、93)定位在所述第一井筒(78)中的步骤包括以下步骤：
确定所述入口(105)穿过所述管(73)的预期位置；
在所述入口(105)的预期位置上方的位置，将所述第二电感耦合器(101)与所述管(73)的朝外表面相连；
在所述入口(105)的预期位置下方的位置，将所述第一电感耦合器(102)与所述管(73)的朝外表面相连；
沿着所述管(73)的外表面，以远离所述入口(105)的预期位置的方式将电缆连接在所述第一电感耦合器(102)和所述第二电感耦合器(101)之间；以及
将所述管(73)布设在所述第一井筒(78)内，
其中，将所述井筒传感器控制器(61)电感耦合至所述第一电感耦合器(102)的步骤和将地面设备(31、38)电感耦合至所述第二电感耦合器(101)的步骤包括以下步骤：
在与从所述管柱(121)的外表面部分延伸的管定位器(141)相关联的基准点相距预定纵向距离处，将第三电感耦合器(133)连接至所述管柱(121)的一部分的朝外表面，当所述管定位器(141)着落在所述管(73)的一部分上时，所述预定纵向距离与从所述基准点到所述第二电感耦合器(101)的纵向距离一致；以及
在与所述钻井造斜器(71)相关联的基准点相距预定纵向距离处，将第四电感耦合器(93)连接至所述钻井造斜器(71)的朝外表面，当所述钻井造斜器(71)着落在所述管(73)内的预选位置时，所述预定纵向距离与从钻井造斜器(71)的基准点到所述第一电感耦合器(102)的纵向距离一致。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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