CN112673147A - 压裂含烃地层的井下工具 - Google Patents

Abstract

用于压裂地层的示例工具包括具有细长形状的主体和沿所述主体布置的多个压裂装置。各压裂装置包括用以传输电磁辐射的天线和能移动以接触所述地层的一个或多个垫。各个垫包括响应于所述电磁辐射而加热以在所述地层中产生裂缝的使能器。

Description

压裂含烃地层的井下工具

技术领域

本说明书大体上涉及用于压裂含烃地层的示例井下工具。

背景技术

压裂(也称为“水力压裂”)包括在含烃岩层中产生裂缝或缝隙，以便准许烃类从地层流动到井眼(wellbore)中。在一些压裂过程中，将流体在大于地层压裂压力的压力下注入到地层中。流体的力在地层中产生裂缝并使地层中存在的裂缝扩张。地层中的烃类随后通过这些形成的裂缝流入到井眼中。

发明内容

用于压裂含烃岩层的示例工具包括具有细长形状的主体和沿所述主体布置的多个压裂装置。每个压裂装置包括用以传输电磁辐射的天线和能移动以接触所述地层的一个或多个垫。每个垫包括响应于所述电磁辐射而加热以在所述地层中产生裂缝的使能器。所述示例工具可包括单独或组合的以下特征中的一个或多个。

所述电磁辐射可为微波辐射或射频辐射。所述使能器可包括活性炭。所述使能器可包括钢、铁或铝中的一种或多种。所述使能器可具有支持加热到800华氏度或426.7摄氏度的组成。

所述多个压裂装置可各自围绕所述主体并相对于穿过所述地层的井眼的壁旋转。所述主体可包括多个分段。所述分段中的每一者可包括所述多个压裂装置中的一者。所述主体可经配置以用于添加或移除一个或多个分段。在多个位置处，所述主体可为柔性的。每个压裂装置中可存在两个垫。

电磁辐射源可将所述电磁辐射提供到所述天线。所述源可位于所述井眼内部。所述源可位于表面上。

所述工具可包括用以检测声音经过所述地层的速度的声传感器。一个或多个处理装置可经配置(例如，经编程)以基于检测到的速度确定所述地层的特性。所述特性可为所述地层的压缩应力。

压裂地层的示例方法包括抵靠穿过所述地层的井眼的壁安置井下工具的垫。所述垫可包括响应于所述电磁辐射而加热的使能器。所述示例方法包括将所述电磁辐射传输到所述垫，由此加热所述使能器以在所述地层中产生裂缝。可将流体注入到所述裂缝中以使所述裂缝扩张并在所述地层中产生额外裂缝。所述示例方法可包括单独或组合的以下特征中的一个或多个。

所述方法可包括从源接收所述电磁辐射并经由天线将所述电磁辐射传输到所述垫。所述方法可包括获取关于穿过所述地层的声音的速度的数据，和处理所述数据以基于检测到的速度确定所述地层的特性。所述特性可包括所述地层中的岩石的强度、变形或阻力中的至少一者。

所述方法可包括在注入所述流体之前从所述井眼中移除所述井下工具。所述方法还可包括经由所述裂缝和所述额外裂缝将从所述地层输出的烃类泵送到所述表面。

所述电磁辐射可为微波辐射。所述电磁辐射可为射频辐射。所述使能器可包括活性炭。所述使能器可包括钢、铁或铝中的一种或多种。所述使能器可具有支持加热到800华氏度或426.7摄氏度的组成。

所述垫可为所述井下工具上的至少一个压裂装置的部分。安置所述垫可包括移动固持所述垫的所述至少一个压裂装置的臂。安置所述垫可包括旋转所述至少一个压裂装置。

所述方法可包括将所述井下工具移动到所述井眼内的不同位置，和抵靠所述井眼的所述壁重新安置所述垫。可将所述电磁辐射传输到所述垫，由此加热所述使能器以在所述不同位置处的所述含烃岩层中产生裂缝。可将流体注入到所述不同位置处的所述裂缝中以使所述不同位置处的所述裂缝扩张并在所述不同位置处产生额外裂缝。

所述方法可包括通过串联连接多个分段来组装所述井下工具。所述多个分段中的每一者可包括主体和布置在所述主体上的压裂装置。所述压裂装置包括用以传输所述电磁辐射的天线和所述垫中的至少一者。

用于压裂含烃岩层的示例工具包括具有细长形状的主体和沿所述主体布置的多个压裂装置。每个压裂装置包括能移动以接触所述地层的一个或多个垫。每个垫是可控制的以将热量施加到所述地层以在所述地层中产生裂缝。所述示例工具可包括单独或组合的以下特征中的一个或多个。

可使用感应加热、使用电阻加热或使用电磁辐射加热所述一个或多个垫。每个垫能连接到臂，所述臂能远离所述主体延伸并能朝向所述主体收缩。

本说明书中所描述的特征(包括在此发明内容部分中描述的特征)中的任何两个或更多个可组合以形成本说明书中未具体描述的实施方案。

本说明书中所描述的工具和过程的至少部分可通过在一个或多个处理装置上执行存储在一个或多个非暂时性机器可读存储介质上的指令来控制。非暂时性机器可读存储介质的示例包括只读存储器(ROM)、光盘驱动器、存储器盘驱动器和随机存取存储器(RAM)。本说明书中所描述的工具和过程的至少部分可使用数据处理系统来控制，所述数据处理系统包括一个或多个处理装置和存储器，所述存储器存储可由所述一个或多个处理装置执行以进行各种控制操作的指令。

在附图和随后的实施方式中阐述一个或多个实施方案的细节。根据所述实施方式和附图以及根据权利要求书，其它特征和优点将明显。

附图说明

图1为用于压裂地层的示例井下工具的侧视图。

图2为井眼内的井下工具的侧视图。

图3为井下工具的侧视图以及井下工具的分段的特写剖视图。

图4为包括于井下工具内的示例压裂装置的剖视图。

图5为井眼内的另一示例井下工具的侧视图以及激活的压裂装置的特写剖视图。

图6为包含用于使用井下工具进行压裂的示例操作的流程图。

图7为图5的井下工具的剖视图，示出由井下工具在地层中形成的裂缝。

图8为经受液压压裂的地层的剖视图。

图9为包含用于使用井下工具进行多级压裂过程的示例操作的流程图。

图10为在多级压裂过程期间使用的流体注入导管的剖视图。

不同图中的相同参考数字指示相同元件。

具体实施方式

在本说明书中描述了用于压裂含烃岩层(称为“地层”)的示例井下工具和用于使用那些工具压裂地层的示例方法。示例工具包括由多个分段组装的主体。在可将分段添加到工具中或从工具中移除分段以改变工具长度的意义上，工具是模块化的。每个分段包括压裂装置。压裂装置包括连接到垫的铰接臂(articulated arm)。臂是可控制的以从非延伸位置向外延伸到延伸位置，以使得垫与井眼的壁表面进行摩擦接触。当垫与地层接触时加热垫。来自垫的热量传递到地层，这使得在地层中形成裂缝或先前存在的裂缝扩张。

在一些实施方案中，每个垫包括使能器(enabler)，例如，响应于电磁辐射(例如微波辐射或射频(RF)辐射)而加热的活性炭。天线可包括于压裂装置中以将电磁辐射传输到垫以使得使能器变热。在一些实施方案中，垫可经电加热。

在一些情况下，工具可在井眼内移动以瞄准地层的不同部分。例如，工具可向井上或向井下移动以在地层的不同部分中产生裂缝。压裂装置还可旋转以沿着井眼的圆周瞄准不同位置。

在使用工具形成裂缝之后，可从井眼中移除工具。随后可使用液压流体进行压裂。液压流体可包括与化学添加剂和支撑剂(例如砂)混合的水。将液压流体注入到井眼中以扩张使用井下工具产生的裂缝并在地层中产生额外裂缝。额外裂缝准许烃类流入到井眼中。随后可通过泵抽从井眼中移出烃类。

使用液压流体的压裂可为多级类型。在示例多级压裂过程中，在井眼末端附近的区域中将液压流体注入到井眼中。流体扩张使用井下工具在地层中产生的裂缝并在该区域中产生额外裂缝。随后将水泥塞(cement plug)安置于井眼中以将该区域与井眼的其余部分隔离。从隔离区向井上的下一个区域中将液压流体注入到井眼中以扩张使用井下工具在该区域中产生的裂缝并在该区域中产生额外裂缝。随后将水泥塞安置于井眼中以将该下一个区域与井眼的其余部分隔离。此过程可重复多次以在地层中产生多个压裂区域。钻子随后钻穿水泥塞以允许烃类流过裂缝到达井眼。

图1示出用于压裂地层的井下工具10(称为“工具10”)的示例实施方案。工具10包括具有多个分段的主体11。在此示例中，工具包括四个分段12、13、14和15。然而，工具可包括任何数目个分段，例如一个分段、两个分段、三个分段、五个分段、六个分段或十二个分段。如所提到，工具是模块化的。可将分段添加到工具中以增加工具的长度，以便同时瞄准地层的其它区域。可将分段从工具中移除以减小工具的长度，以便瞄准地层的较少区域。在一些实施方案中，构成工具的分段的数目可基于穿过地层的井眼的长度。可通过使用连接机构将多个分段连接在一起来在井组装工具。例如，可将分段旋拧在一起，或使用夹具、螺栓、螺钉或其它机械连接器连接。其它工具、仪器或分段可以柱(string)的形式位于分段之间或之中，以定制分段之间或之中的间隔。

工具是柔性的以允许其在插入和移除期间围绕井眼的偏斜部分弯曲。例如，图2示出井眼18的水平部分16内所包含的工具10。为了到达水平部分，使用盘绕管单元(coiledtubing unit)20或缆线将工具降低到井眼18的竖直部分19中。工具在穿过竖直部分19与水平部分16之间的偏斜部分22时弯曲。在一些实施方案中，在两个分段之间的连接处，工具可为柔性的。在一些实施方案中，在个别分段的内部处，工具可为柔性的。柔性可通过在沿着工具的长度的需要弯曲的位置处并入例如柔性金属或柔性复合材料的材料来实现。

在一些实施方案中，每个分段包括压裂装置。例如，工具10包括四个压裂装置23、24、25和26，每个分段一个。压裂装置中的每一者可具有相同结构和功能。因此，仅描述一个压裂装置。

图3包括示例分段15的部分的剖面特写视图。分段15的放大在概念上由箭头28表示。分段15包括示例压裂装置26。图4示出压裂装置26的剖面特写视图。压裂装置26包括垫30和31，垫30和31经配置以朝向井眼壁表面远离工具主体移动。在图3中，垫部分延伸，而在图4中，垫完全延伸。

两个垫包括于压裂装置26中；然而，压裂装置可包括少于两个垫或多于两个垫。例如，压裂装置可包括单个垫或三个垫、四个垫、五个垫或六个垫。在一些实施方案中，每个垫包含使能器。使能器包括响应于电磁信号(例如微波辐射或RF辐射)而升高温度的材料。可用于加热使能器的电磁信号的示例包括915兆赫(MHz)到2.45吉赫(GHz)范围内的电磁信号。

响应于微波或RF辐射而加热的使能器的示例为活性炭。示例活性炭具有直径在2纳米(nm)到50nm范围内的孔。当暴露于微波或RF辐射时，活性炭加热到约800华氏度(℉)(426.7摄氏度(℃))。垫中的活性炭可呈粉末或颗粒的形式。在一些实施方案中，活性炭可与钢、铁或铝的一种或多种粉末或颗粒组合以加强使能器。垫的粉状或粒状结构使得垫具有柔韧性。例如，使能器和形成垫的材料部分或完全符合包括不平坦表面的地层的表面。结果，存在直接表面接触以将热量从垫传送到地层。

在一些实施方案中，压裂装置26还包括天线34和35。两个天线被示出；然而，压裂装置可包括少于两个天线或多于两个天线。天线将电磁辐射传输到垫。在一些实施方案中，天线可围绕工具的纵向维度36旋转以将电磁辐射均匀地引导到多个垫。旋转在概念上由箭头37描绘。在一些实施方案中，旋转可达到且包括360°。在一些实施方案中，旋转可超过360°。

如所提到，可用于加热压裂装置的电磁辐射的示例包括微波辐射和RF辐射。用于电磁辐射的一个或多个源可位于表面上或井下。例如，电磁辐射源可位于每个分段中或每个压裂装置中。源将电磁辐射传输到天线。每个天线从一个或多个源接收电磁辐射并且将该电磁辐射传输到垫。如先前所解释，响应于电磁辐射，垫的温度升高。

参考图4，压裂装置26包括分别连接到垫30和31的臂40和41。当激活时，压裂装置朝向井眼壁表面向外移动垫。垫通过向外延伸臂被移动。例如，臂可在垫抵靠压裂装置完全收缩的位置处开始。臂可在激活之后向外延伸。如所提到，图3示出臂部分延伸的情况。图4示出臂完全延伸的情况。

臂的延伸和因此连接到臂的垫的延伸迫使垫抵靠待压裂的岩层。例如，臂迫使垫抵靠井眼壁表面。如所提到，垫具有足够的柔韧性以符合井眼壁表面的不平坦表面以使其表面接触最大化。垫可枢转地安装在其各自的臂上，以使得能够至少部分地沿着箭头42旋转。垫沿着箭头42的旋转还促进与井眼的不平坦表面的最大接触。

图5示出与工具10相同类型但包括十二个分段和对应的压裂装置46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56和57的示例工具45。在此示例中，压裂装置46到57的垫各自与井眼59的壁58接触。放大视图60示出了在沿着井眼的压裂装置54的位置处，压裂装置54的垫61和62如何大体上符合井眼59的不平坦表面。

在一些实施方案中，每个压裂装置可沿着工具的纵向维度旋转。此旋转在概念上由图4中的箭头37(描绘天线旋转的相同箭头)描绘。在一些实施方案中，旋转可达到且包括360°。在一些实施方案中，旋转可超过360°。可使用电机实施旋转。压裂装置可旋转以将垫对准井眼的圆周上将要使用工具开始压裂的位置。在一些实施方案中，通过旋转重新安置垫需要将垫从井眼壁表面收缩。

参考图3，每个分段还可包括一个或多个传感器。在此示例中，传感器包括声传感器63和64。声传感器可为光纤声传感器。光纤声传感器检测穿过地层的声音的速度。例如，声源(未示出)可位于每个分段上。光纤声传感器可检测从声源传输的声音和经过地层并从地层内反射的相同声音。表示此声音信息的数据可发送到位于表面或井下处的计算系统65。

计算系统可经配置(例如，经编程)以基于所传输的声音和基于从地层反射的声音来确定穿过地层的声音的速度。穿过地层的声音的速度可用于确定地层中所包含的岩石的以下特性：杨氏模量(Young's Modulus)、泊松比(Poisson's ratio)、剪切(shear)、体积密度和压缩性。这些特性对应于岩石的强度、变形和阻力。基于这些特性，可辨识地层的区域以用于压裂。例如，如果地层中的岩石坚固并在某个区域中处于压缩应力下，那么将该区域表征为用于压裂的良好候选对象，因为处于应力下的地层中的裂缝比没有处于应力下的地层中的裂缝更容易且更快地传播。在一示例中，出于本申请案的目的处于应力下的区域包括在大于400千帕(kPa)的压力下破裂的岩石。

可使用计算系统来控制工具在地层中产生裂缝的操作。例如，钻井工程师可将命令输入到计算系统以基于经辨识用于压裂的区域来控制工具的操作。在本说明书中还描述可使用的计算系统的示例。

在一示例中，通信线缆(例如以太网或其它缆线)可在计算系统与工具之间载送命令和数据。命令可使用计算系统65来生成并且可控制工具的操作。例如，命令可包括选择性地激活一个或多个压裂装置、旋转一个或多个压裂装置、移动工具、或传输电磁信号以加热压裂装置的命令。分段可包括能够接收和执行命令的本地电子设备。声数据可经由光纤介质传输到计算系统。在一些实施方案中，无线协议可用于在井下将命令发送到工具并将数据从工具发送到计算系统。例如，RF信号可用于命令和数据的无线传输。图3中的虚线箭头33表示井下工具与计算系统之间的命令和数据的交换。

计算系统可包括电路或机载计算系统以实现用户对井下工具的安置和操作的控制。机载电路或机载计算系统在其位于工具本身上或与工具一起位于井下而非位于表面的意义上是“机载的”。电路或机载计算系统可与表面上的计算系统通信以实现对工具的操作和移动的控制。或者，可使用电路或机载计算系统代替位于表面的计算系统。例如，电路或机载计算系统可在表面上时经配置(例如，经编程)以在井下时按顺序实施控制指令。

图6示出使用井下工具(例如工具10或工具45)的示例压裂过程66。首先，将工具降低(72)到井眼中要进行压裂的位置中。例如，可使用盘绕管单元或缆线将工具降低到井眼中。例如，工具可移动穿过井眼以到达井眼的末端或到达待使用工具压裂的井眼的另一部分。可基于关于例如井眼的长度、地层的地质勘测和该区域中的先前钻探的知识预先确定这些位置。

传感器可用于辨识(74)地层内的烃类的沉积物的位置。在一示例中，声源可产生声波。那些声波经过地层并从地层内反射。声传感器检测产生的声波和经过地层的反射的声波的水平。将表示这些声波的水平的数据实时发送到计算系统65。在这点上，实时可能并不意味着两个动作是同时的，而是可包括考虑到与数据处理、数据传输和硬件相关的延迟而在时间上连续发生或相互追踪的动作。如先前所解释，计算系统使用数据来确定地层的特性，例如其强度、变形或阻力。这些特性可用于辨识作为使用工具压裂的目标的地层的区域。在这点上，在一些情况下，烃类的沉积物可能位于地层的隔离袋中，并且可能不均匀地分布于整个地层中。声数据可用于辨识这些沉积物的位置。

必要时，可基于由声传感器确定的作为压裂目标的位置来调整(75)工具的位置。例如，工具可向井上或向井下移动，使得其垫处于井眼中的相对位置中以接触最靠近地层内的烃类的沉积物的地层部分。因此，可调整工具的位置以改进或最大化在最靠近烃类的沉积物的区域中进行的压裂的影响。

过程66包括抵靠井眼壁表面安置工具的垫(76)。如所提到，来自计算系统的命令可控制垫的安置。安置可包括旋转压裂装置或垫以使得垫至少部分地对准待压裂的地层的区域。例如，垫可被对准以使得热量被引导到待压裂的区域。如先前所描述，可通过地层的声学分析来辨识该区域。其它信息也可用于辨识该区域的位置，例如地层的地质勘测和通过地层的先前钻探获得的知识。安置还包括通过向外延伸臂使得垫与地层接触而激活压裂装置。因为垫是柔韧的，所以垫在接触时符合井眼的表面。结果，在一些情况下，垫与井眼表面之间的接触可最大化。

将电磁辐射(例如微波辐射)传输(77)到垫。如先前所解释，电磁辐射经由例如天线34和35(图4)传输到垫。在一些实施方案中，天线在电磁辐射的传输期间旋转以便确保每个垫接收等量的辐射。在一些实施方案中，天线在电磁辐射的传输期间是静止的。在一些示例中，电磁辐射将使能器加热到约800℉(426.7℃)。在一些实施方案中，可将使能器加热到小于800℉(426.7℃)或加热到大于800℉(426.7℃)。所产生的热量基于例如所使用的使能器的类型、使能器暴露于电磁辐射的持续时间和使能器暴露于其中的电磁辐射的强度的因素。

将来自垫的热量传递到地层。此热量使得在地层中形成裂缝或使得地层中存在的裂缝扩展或扩张。施加热量的持续时间可基于地层的特性，例如地层中的岩石的强度、变形或阻力。例如，岩石的强度或阻力越大，可能需要施加热量的持续时间越长。由工具产生的裂缝可称为微裂缝，因为由工具产生的裂缝通常小于或短于在液压压裂期间产生的裂缝。然而，由工具产生的裂缝不必小于或短于在液压压裂期间产生的裂缝。

图7示出图5的工具45，该工具在井眼59内，通过经由工具的垫施加热量而产生裂缝88。在此示例中，裂缝主要在三个区域81、82和83中。在一些实施方案中，压裂区域可对应于地层内所含有的烃类的沉积物的位置。每个压裂区域通过地层的介入区域(interveningregion)84或85与邻近压裂区域分离，该介入区域不包括裂缝或包括比压裂区域中可见的裂缝少的裂缝。在一些情况下，这些介入区域可对应于含有极少烃类或不含有烃类的地层的位置。

返回参考图6，在岩石中产生裂缝之后，在一些情况下，可从井眼中移除(79)工具。为了移除工具，臂收缩，这使得垫也收缩。也就是说，垫移动以不与井眼壁表面接触并朝向工具移动。在一些实施方案中，将垫收缩以使得其与工具主体齐平。

在一些实施方案中，可在井眼内重新安置工具以便在不同位置处产生裂缝。重新安置和重新安置之后的操作在图6中由虚线73指示。在一示例中，如果井眼为50m长，而工具为25m长，那么工具可压裂井眼的最后25m。随后，可将工具向井上移动并移动到压裂井眼的最初25m的位置。此重新安置可包括将工具移动到井眼内的不同位置，抵靠井眼的壁重新安置垫，和将电磁辐射传输到垫以加热使能器。在任何情况下，在井眼内的所有目标区域已使用工具处理之后，可从井眼中移除工具。可使用盘绕管单元或缆线从井眼中移除工具。

在移除工具之后，进行液压压裂(80)以使由工具产生的地层中的微裂缝扩张并在地层中产生额外裂缝。参考图8，液压压裂包括通过引入到井眼59中的导管将流体90注入到地层91中。导管可为包括沿着其纵向维度的穿孔的管。可在管内发射爆炸物通过穿孔，以便在地层中产生裂缝92并使地层中存在的裂缝(包括微裂缝)扩张。将液压流体(其可包括水、支撑剂和化学添加剂的混合物)强力泵送通过穿孔并泵送入裂缝中。在一些实施方案中，流体在每英尺每平方英寸0.75磅(psi/ft)(每平方米平方秒16,965.44千克(kg/m²s²))的力下泵送。流体使得裂缝开裂、扩张并产生分支以便到达地层中的烃类。地层中的烃类随后通过这些形成的裂缝流入到井眼中。可随后将烃类从井眼泵送到表面。

在一些实施方案中，使用液压流体进行的压裂可为多级的。参考图9，在示例多级压裂过程100中，将液压流体注入(101)到目标区域中的井眼中。例如，可在井眼的末端处或附近注入液压流体。流体扩张使用井下工具在地层中产生的裂缝并在该区域中产生额外裂缝。随后将水泥塞安装(102)于井眼中以将该压裂区域与井眼的其余部分隔离。例如，图10示出井眼111中的流体注入导管110。在图10的示例中，液压流体已通过导管110注入到区域113中，以扩张缝隙115。随后安装水泥塞112以将区域113与井眼111的其余部分隔离。随后在井眼中从隔离区113向井上的下一个区域中将导管110重新安置(103)。随后在该下一个区域中重复过程100。也就是说，在从隔离区113向井上的下一个区域中将液压流体注入到井眼中以扩张使用井下工具在该区域中产生的裂缝并在该区域中产生额外裂缝。随后将水泥塞安置于井眼中以将该下一个区域与井眼的其余部分隔离。此过程可重复多次以在地层中产生多个压裂区域。钻子随后钻穿塞，从而允许烃类从裂缝流入到井眼中以到达表面。

在一些实施方案中，工具可在井眼的末端附近产生微裂缝。随后可从井眼中移除工具。可将液压流体注入在由工具产生微裂缝的区域中。流体在该区域中扩张微裂缝并产生额外裂缝。随后将水泥塞安置于井眼中以将该区域与井眼的其余部分隔离。随后可将工具再次降低到井眼中以在从隔离区向井上的下一个区域中产生微裂缝。随后可移除工具。在从隔离区向井上的该下一个区域中可将液压流体注入到井眼中以在该区域中扩张微裂缝并产生额外裂缝。随后将水泥塞安装于井眼中以将该下一个区域与井眼的其余部分隔离。此过程可重复多次以在地层中产生多个压裂区域。钻子钻穿塞，从而允许烃类从裂缝进入井眼中以到达表面。

在一些实施方案中，示例工具可包括经电加热而非使用使能器和电磁信号加热的垫。在示例中，导线可穿过垫。导线可连接到在表面或井下的电功率供应器。导线中的电阻使得电流通过导线时导线变热。此热量可通过与垫的接触而施加到地层。在另一示例中，可使用感应加热器加热垫。例如，每个垫可包括连接到电功率供应器的金属线圈。电功率供应器可通过线圈输出交流电(AC)。可将金属结构放置在线圈内或附近。穿过线圈的电流在金属结构内产生涡电流，从而使得金属结构变热。此热量可传递到地层。

例如，示例工具可用于在常规地层和非常规地层两者中产生裂缝。示例常规地层包括具有1毫达西(md)或更大的渗透率的岩石。示例非常规地层包括具有小于0.1md的渗透率的岩石。

本说明书中所描述的工具和过程的全部或部分和其各种修改可至少部分使用控制系统来控制，控制系统包括使用一个或多个计算机程序的一个或多个计算系统。计算系统的示例包括单独或组合的一个或多个台式计算机、膝上型计算机、服务器、服务器场和移动计算装置(例如智能手机、功能手机和平板计算机)。

计算机程序可有形地体现于一个或多个信息载体中，例如体现于一个或多个非暂时性机器可读存储介质中。计算机程序可用任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言)编写，并且可将其部署为独立程序或适合在计算环境中使用的模块、部件、子例程或单元。可将计算机程序部署为在一个计算机系统上执行，或者在一个站点处或分布在多个站点并通过网络互连的多个计算机系统上执行。

与实施过程相关的动作可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器来进行。工具和过程的全部或部分可包括专用逻辑电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、或ASIC专用集成电路(ASIC)、或它们两者。

适合执行计算机程序的处理器包括例如通用和专用微处理器两者，并包括任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来说，处理器将从只读存储区或随机存取存储区或它们两者接收指令和数据。计算机(包括服务器)的组件包括用于执行指令的一个或多个处理器，以及用于存储指令和数据的一个或多个存储区装置。一般来说，计算机还将包括一个或多个机器可读存储介质，或将可操作地耦合以从一个或多个机器可读存储介质接收数据，或将数据传送到一个或多个机器可读存储介质，或两者兼有之。

非暂时性机器可读存储介质包括用于存储数据的大容量存储装置，例如磁盘、磁光盘或光盘。适合体现计算机程序指令和数据的非暂时性机器可读存储介质包括所有形式的非易失性存储区。非暂时性机器可读存储介质包括例如半导体存储区装置(例如，可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和闪存存储区装置)。非暂时性机器可读存储介质包括例如磁盘(例如，内置硬盘或可移动磁盘)、磁光盘和CD(压缩光盘)ROM(只读存储器)和DVD(数字通用光盘)ROM。

每个计算装置可包括用于存储数据和计算机程序的硬盘驱动器、一个或多个处理装置(例如，微处理器)和用于执行计算机程序的存储器(例如，RAM)。

可组合所描述的不同实施方案的元件以形成先前未具体阐述的其它实施方案。一般来说，可将元件从所描述的工具和过程中排除，而不会不利地影响工具和过程的操作或整个系统的操作。此外，可将各种分离元件组合成一个或多个单独元件以执行本说明书中所描述的功能。

本说明书中未具体描述的其它实施方案也在所附权利要求书的范围内。

要求保护的方案如权利要求所记载。

Claims (35)

1.一种用于压裂含烃地层的工具，所述工具包括：

主体，所述主体具有细长形状；和

多个压裂装置，所述多个压裂装置沿所述主体布置，每个压裂装置包括：

天线，所述天线用以传输电磁辐射；和

一个或多个垫，所述一个或多个垫能移动以接触所述地层，每个垫包括使能器，所述使能器响应于所述电磁辐射而加热以在所述地层中产生裂缝。

2.根据权利要求1所述的工具，其中所述电磁辐射包括微波辐射。

3.根据权利要求1所述的工具，其中所述电磁辐射包括射频辐射。

4.根据权利要求1所述的工具，其中所述使能器包括活性炭。

5.根据权利要求4所述的工具，其中所述使能器进一步包括钢、铁或铝中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的工具，其中所述多个压裂装置各自能围绕所述主体并相对于穿过所述地层的井眼的壁旋转。

7.根据权利要求1所述的工具，其中所述使能器具有支持加热到800华氏度或426.7摄氏度的组成。

8.根据权利要求1所述的工具，其中所述主体包括多个分段，所述多个分段中的每一者具有所述多个压裂装置中的一者；并且

其中所述主体包括多个位置，在所述位置处，所述主体是柔性的。

9.根据权利要求1所述的工具，其中所述主体包括多个分段，所述多个分段中的每一者具有所述多个压裂装置中的一者；并且

其中所述主体经配置以用于添加或移除一个或多个分段。

10.根据权利要求1所述的工具，其中所述一个或多个垫是两个垫。

11.根据权利要求1所述的工具，进一步包括：

电磁辐射源，所述电磁辐射源用以将所述电磁辐射提供到所述天线。

12.根据权利要求11所述的工具，其中所述源位于穿过所述地层的井眼内部。

13.根据权利要求11所述的工具，其中所述源位于穿过所述地层的井眼上方的表面上。

14.根据权利要求1所述的工具，进一步包括：

声传感器，所述声传感器用以检测声音经过所述地层的速度；和

一个或多个处理装置，所述一个或多个处理装置用以基于检测到的速度确定所述地层的特性。

15.根据权利要求14所述的工具，其中所述特性包括所述地层的应力水平。

16.一种压裂地层的方法，所述方法包括：

抵靠穿过所述地层的井眼的壁安置井下工具的垫，所述垫包括响应于电磁辐射而加热的使能器；

将所述电磁辐射传输到所述垫，由此加热所述使能器以在所述地层中产生裂缝；和

将流体注入到所述裂缝中以使所述裂缝扩张并在所述地层中产生额外裂缝。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：

从源接收所述电磁辐射；和

经由天线将所述电磁辐射传输到所述垫。

18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：

获取关于穿过所述地层的声音的速度的数据；和

处理所述数据以基于检测到的速度确定所述地层的特性。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述特性包括所述地层中的岩石的强度、变形或阻力中的至少一者。

20.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：

在注入所述流体之前，从所述井眼中移除所述井下工具。

21.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：

通过所述井眼经由所述裂缝和所述额外裂缝从所述地层中泵抽烃类。

22.根据权利要求16所述的方法，其中所述电磁辐射包括微波辐射。

23.根据权利要求16所述的方法，其中所述电磁辐射包括射频辐射。

24.根据权利要求16所述的方法，其中所述使能器包括活性炭。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述使能器进一步包括钢、铁或铝中的一种或多种。

26.根据权利要求16所述的方法，其中所述使能器具有支持加热到800华氏度或426.7摄氏度的组成。

27.根据权利要求16所述的方法，其中所述垫是所述井下工具上的至少一个压裂装置的部分；并且

其中安置所述垫包括移动固持所述垫的所述至少一个压裂装置的臂。

28.根据权利要求16所述的方法，其中所述垫是所述井下工具上的至少一个压裂装置的部分；并且

其中安置所述垫包括旋转所述至少一个压裂装置。

29.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：

将所述井下工具移动到所述井眼内的不同位置；

抵靠所述井眼的所述壁重新安置所述垫；

将所述电磁辐射传输到所述垫，由此加热所述使能器以在所述不同位置处的所述地层中产生裂缝；和

将流体注入到所述不同位置处的所述裂缝中以使所述不同位置处的所述裂缝扩张并在所述不同位置处产生额外裂缝。

30.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：

在安置之前，通过串联连接多个分段来组装所述井下工具，所述多个分段中的每一者包括：

主体；和

布置在所述主体上的压裂装置，所述压裂装置包括：

天线，所述天线用以传输所述电磁辐射；和

所述垫中的至少一者。

31.一种用于压裂含烃地层的工具，所述工具包括：

主体，所述主体具有细长形状；和

多个压裂装置，所述多个压裂装置沿所述主体布置，每个压裂装置包括：

一个或多个垫，所述一个或多个垫能移动以接触所述地层，每个垫是可控制的以将热量施加到所述地层以在所述地层中产生裂缝。

32.根据权利要求31所述的工具，其中使用感应加热加热所述一个或多个垫。

33.根据权利要求31所述的工具，其中使用电阻加热加热所述一个或多个垫。

34.根据权利要求31所述的工具，其中使用电磁辐射加热所述一个或多个垫。

35.根据权利要求31所述的工具，其中每个垫能连接到臂，所述臂能远离所述主体延伸并能朝向所述主体收缩。

Images