EA029021B1 - Мониторинг геологической среды с использованием распределенных акустических датчиков - Google Patents

Мониторинг геологической среды с использованием распределенных акустических датчиков Download PDF

Info

Publication number
EA029021B1
EA029021B1 EA201391338A EA201391338A EA029021B1 EA 029021 B1 EA029021 B1 EA 029021B1 EA 201391338 A EA201391338 A EA 201391338A EA 201391338 A EA201391338 A EA 201391338A EA 029021 B1 EA029021 B1 EA 029021B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
seismic
fiber
borehole
acoustic
well
Prior art date
Application number
EA201391338A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201391338A1 (ru
Inventor
Дэвид ХИЛЛ
Эндрю Льюис
Original Assignee
Оптасенс Холдингз Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Оптасенс Холдингз Лимитед filed Critical Оптасенс Холдингз Лимитед
Publication of EA201391338A1 publication Critical patent/EA201391338A1/ru
Publication of EA029021B1 publication Critical patent/EA029021B1/ru

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/40Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging
    • G01V1/42Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging using generators in one well and receivers elsewhere or vice versa
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/22Transmitting seismic signals to recording or processing apparatus
    • G01V1/226Optoseismic systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/40Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging
    • G01V1/52Structural details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/10Aspects of acoustic signal generation or detection
    • G01V2210/14Signal detection
    • G01V2210/142Receiver location
    • G01V2210/1429Subsurface, e.g. in borehole or below weathering layer or mud line
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/10Aspects of acoustic signal generation or detection
    • G01V2210/16Survey configurations
    • G01V2210/161Vertical seismic profiling [VSP]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам и устройству для геофизического мониторинга в буровых скважинах. Способ включает в себя опрашивание оптического волокна (106), развернутого, по существу, по всей длине буровой скважины (201), для получения распределенного акустического измерения и обнаружения акустического отклика, по существу, по всей длине буровой скважины в ответ на сейсмический импульс (204). Акустические отраженные сигналы из отдельных чувствительных участков оптического волокна могут быть обработаны для получения профиля, такого как вертикальный сейсмический профиль (ВСП). Акустический отклик по всей длине скважины может быть зарегистрирован при использовании одного удара сейсмического источника.

Description

Изобретение относится к способам и устройству для геофизического мониторинга в буровых скважинах. Способ включает в себя опрашивание оптического волокна (106), развернутого, по существу, по всей длине буровой скважины (201), для получения распределенного акустического измерения и обнаружения акустического отклика, по существу, по всей длине буровой скважины в ответ на сейсмический импульс (204). Акустические отраженные сигналы из отдельных чувствительных участков оптического волокна могут быть обработаны для получения профиля, такого как вертикальный сейсмический профиль (ВСП). Акустический отклик по всей длине скважины может быть зарегистрирован при использовании одного удара сейсмического источника.
029021 Β1
029021
Изобретение относится к мониторингу геологической среды с использованием волоконнооптических распределенных акустических датчиков и, в частности, к способам и устройству для сейсмического геофизического мониторинга, например вертикального сейсмического профилирования в буровых скважинах.
Сейсмический геофизический мониторинг используют в различных областях. Например, в газонефтяной отрасли сейсмические исследования могут проводиться на многочисленных различных этапах строительства и эксплуатации скважины. В частности, после завершения строительства скважин и после того, как скважины стали эксплуатационными, может возникать необходимость выполнения периодических сейсмических исследований для выявления любых значительных изменений состояния скважин и/или коллектора, происходящих с течением времени.
Кроме того, сейсмические исследования можно использовать при доступе к коллектору для сохранения опасных и ненужных материалов, например при решении задач секвестрации диоксида углерода. При таких применениях также может возникать необходимость выполнения периодических сейсмических исследований с мониторингом в течение некоторого времени условий на месте расположения скважины.
Сейсмическое исследование одного вида, известное как вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП), включает в себя спуск группы соединенных геофонов в буровую скважину и измерение отклика на сейсмический импульс на поверхности. Известны сейсмические источники различных видов, предназначенные для создания сейсмических импульсов, например, могут использоваться заряды взрывчатого вещества или воздушные пушки, но обычно, особенно в нефтегазовой отрасли, используют один или несколько сейсмических вибраторов, установленных на шасси грузовика, чаще известных как вибраторы ν&ΓΟδβίδ™ на шасси грузовика. Сейсмическим вибратором можно вводить в геологическую среду низкочастотные вибрации и можно прилагать к ней импульс с изменяющейся во времени частотой.
При вертикальном сейсмическом профилировании приемники обычно находятся близко друг к другу, т.е. на расстоянии порядка 15-25 м друг от друга, а регистрируемые данные представляют собой данные о первом вступлении от сейсмического источника и данные метода отраженных волн.
Путем определения отклика геофонов на акустический импульс можно определять информацию о коллекторе и/или стволе скважины.
Для выполнения вертикального сейсмического профилирования группу геофонов необходимо располагать в скважине. Если скважина фактически представляет собой эксплуатационную скважину, т.е. продуктивную или нагнетательную скважину, это означает, что работу необходимо прекращать и группу геофонов располагать в соответствующей части скважины. Затраты, неудобство и опасность таких вторжений в скважину означают, что геофизический мониторинг в скважине требует больших затрат и часто практически невозможен.
В некоторых случаях можно пробуривать отдельную наблюдательную скважину, чтобы иметь возможность ввода группы геофонов для геофизического мониторинга без прекращения работы в продуктивной или нагнетательной скважине. Однако это означает, что необходимо пробуривать отдельную наблюдательную скважину, и это является требующей больших затрат и занимающей много времени работой, практически невозможной на некоторых площадках. Кроме того, хотя мониторинг в наблюдательной скважине или нагнетательной скважине может дать полезные данные, лучше производить измерения в скважине, подлежащей оцениванию.
В дополнение к измерениям, при которых геофоны спускают в скважину или скважины, также имеются случаи, в которых геофоны могут быть размещены на постоянной основе в продуктивных или нагнетательных скважинах. Такие компоновки являются дорогими, сложными и в них группы геофонов часто являются даже более короткими, чем обычные группы геофонов.
Как упоминалось, вертикальное сейсмическое профилирование обычно включает в себя спуск группы соединенных геофонов в буровую скважину и измерение отклика на акустический источник, который располагают на заданном месте и используют для возбуждения геологической среды. При глубинах скважин порядка 2 км или больше практически невозможно использовать одну группу геофонов для покрытия всей глубины скважины и каротажный зонд необходимо многократно устанавливать в определенное положение. Поэтому группу геофонов располагают с покрытием первой секции скважины и проводят исследование. Затем группу геофонов последовательно перемещают для покрытия другой секции скважины и повторяют исследование при таком же импульсе. Это повторяют до тех пор, пока не получают измерения из всей скважины. После этого разные измерения из различных секций скважины могут быть объединены в один набор данных для всей скважины.
Однако объединение многочисленных наборов данных, регистрируемых в разные моменты времени с разных глубин скважины, приводит к возникновению некоторых проблем. Прежде всего, положения группы геофонов в скважине необходимо точно контролировать, чтобы обеспечивать возможность точного объединения разных наборов данных. Это не тривиальная задача. В некоторых скважинах диаметр обсадной колонны может изменяться на различных глубинах в скважине, в результате чего требуется применение различных зажимных механизмов на разных глубинах. Для изменения местоположения группы геофонов в скважине требуется время и поэтому будет относительно большая задержка между
- 1 029021
регистрацией первых данных на одной глубине скважины и после этого второго набора данных на другой глубине скважины. Эта задержка означает, что условия в скважине и/или коллекторе могут изменяться в заметной степени между регистрациями наборов данных, что может приводить к артефактам в результирующем профиле скважины и/или препятствовать созданию мгновенного профиля скважины для всей скважины.
При изменении местоположения группы геофонов в скважине необходимо соблюдать осторожность, поскольку повреждения не являются редкостью.
При обычном вертикальном сейсмическом профилировании сейсмический источник может оставаться, по существу, неподвижным, но необходимо повторение сигналов источника, поскольку местоположение группы геофонов изменяют для покрытия всей скважины. Однако при вертикальных сейсмических профилированиях некоторых видов сейсмический источник можно перемещать в другое положение и повторять процесс, т.е. последовательность идентичных сейсмических импульсов можно прилагать с нового места в случае перемещения группы геофонов между ударами. Место нахождения сейсмического источника можно перемещать на расстояние от скважины линейно или по площади. Технология этого вида включает в себя уровенное вертикальное сейсмическое профилирование и трехмерное вертикальное сейсмическое профилирование. При уровенном вертикальном сейсмическом профилировании или трехмерном вертикальном сейсмическом профилировании перемещение группы геофонов в скважине для регистрации данных с различных глубин скважины для каждого из многочисленных мест источника становится более затратной (при уровенном) или недопустимо затратной (при трехмерном вертикальном сейсмическом профилировании) задачей.
Поэтому задача настоящего изобретения заключается в обеспечении геофизического мониторинга, при котором исключаются, по меньшей мере, некоторые из упомянутых выше недостатков. Кроме того, желательно создать систему, которая способна выполнять вертикальное сейсмическое профилирование, уровенное вертикальное сейсмическое профилирование или трехмерное вертикальное сейсмическое профилирование без перемещения группы геофонов и без недопустимых затрат.
Таким образом, согласно настоящему изобретению предложен способ геофизического мониторинга в буровой скважине, содержащий опрашивание оптического волокна, развернутого, по существу, по всей длине буровой скважины, для выполнения распределенных акустических измерений и обнаружения акустического отклика, по существу, по всей буровой скважине в ответ на сейсмический импульс.
Поэтому в способе согласно настоящему изобретению используют технологию волоконнооптических распределенных акустических измерений для обнаружения акустического отклика, по существу, по всей глубине скважины в ответ на сейсмический импульс. Поэтому способ представляет собой способ регистрации данных по одному удару по всей глубине скважины или, по меньшей мере, по всей представляющей интерес глубине скважины. Иначе говоря, можно использовать один удар, т.е. сейсмический импульс, такой как изменяющийся во времени сейсмический свип-сигнал, а отклик по всей глубине скважины можно обнаруживать при использовании технологии распределенных акустических измерений. Результирующий акустический отклик можно обрабатывать для получения профиля по всей глубине скважины, такого как вертикальный сейсмический профиль. Следовательно, данные можно обрабатывать для получения информации, относящейся ко времени вступления падающих сейсмических волн на различные чувствительные участки волокна и также отражений сейсмических волн. Поэтому сейсмический профиль для всей скважины можно получать при использовании одного сейсмического импульса, т.е. профиль может быть основан на данных, регистрируемых одновременно в ответ на один и тот же сейсмический импульс, а не основан на данных, регистрируемых в разные периоды времени. Поэтому не требуются многочисленные регистрации с использованием измерительного оборудования, перемещаемого на разные глубины в буровой скважине. Кроме того, поскольку оптическое волокно является непрерывным по длине буровой скважины, исключается проблема точного сшивания друг с другом наборов данных с разных глубин. Как поясняется более подробно ниже, может возникать необходимость сбора данных от многочисленных импульсов, например, при суммировании данных и/или при перемещении сейсмического источника между импульсами (т.е. ударами) для сбора более качественных данных с исследуемой площади, например, при уровенном вертикальном сейсмическом профилировании, продольном вертикальном сейсмическом профилировании в наклонной скважине или трехмерном вертикальном сейсмическом профилировании. Однако нет необходимости в каждом случае менять местоположение чувствительного волокна между различными прилагаемыми акустическими импульсами, что является существенным преимуществом.
Технология волоконно-оптических распределенных акустических измерений (РАИ) представляет собой известный способ, в котором опрашивают один отрезок оптического волокна, обычно одним или несколькими входными импульсами света, чтобы получать, по существу, непрерывное восприятие акустической активности вдоль его длины. Оптические импульсы вводят в волокно, а излучение, рассеиваемое обратно из волокна, обнаруживают и анализируют. Путем анализа излучения рэлеевского обратного рассеяния в волокне можно обнаруживать воздействие акустических волн, падающих на волокно. Отраженные сигналы обратного рассеяния обычно анализируют в большом количестве временных бинов, обычно связанных с длительностью опрашивающих импульсов, и, следовательно, при этом можно раз- 2 029021
дельно анализировать отраженные сигналы из множества дискретных чувствительных участков. Поэтому волокно может быть эффективно подразделено на множество дискретных чувствительных участков волокна. В пределах каждого дискретного чувствительного участка возмущение волокна, например в результате действия акустических источников, вызывает изменение свойств излучения, которое рассеивается обратно из этого участка. Это изменение можно обнаруживать, и анализировать, и использовать для получения меры интенсивности возмущения волокна на этом чувствительном участке. Хотя такие датчики используют в основном для обнаружения акустических волн, было обнаружено, что волокна воспринимают механическую вибрацию или деформацию любого вида и поэтому отражают механическое возмущение любого вида вдоль волокна. Кроме того, было обнаружено, что волоконно-оптический распределенный акустический датчик можно использовать для обнаружения сейсмических волн, в том числе Р- и 8-волн.
Было обнаружено, что технология распределенных акустических измерений с использованием когерентного рэлеевского обратного рассеяния является особенно предпочтительной и, как ни удивительно, было обнаружено, что такие датчики могут давать результаты, сравнимые с результатами от групп геофонов, но известны технологии распределенных акустических измерений других видов, например, с использованием рамановского и/или бриллюэновского рассеяния, и в некоторых областях могут быть пригодными технологии распределенных акустических измерений таких других видов.
Следует отметить, что технология волоконно-оптических распределенных акустических измерений была предложена для использования при мониторинге различных этапов строительства и эксплуатации скважин. Однако до настоящего изобретения специалисты в данной области техники считали технологию распределенных акустических измерений непригодной для получения сейсмических профилей.
Как упоминалось выше, технология распределенных акустических измерений основана на обратном рассеянии посылаемых импульсов излучения от рассеивающих центров в оптическом волокне. В типичных распределенных акустических измерительных датчиках используется когерентное излучение, а обнаружение возмущений основано на интерференционных эффектах. Различные сигналы обратного рассеяния от разных рассеивающих центров чувствительного участка интерферируют и создают результирующую интенсивность. Когда распределение рассеивающих центров является случайным, результирующая интерференция является случайной, и часто используют изменение интенсивности между различными чувствительными участками, а не сами интенсивности. Однако деформация соответствующего отрезка волокна приводит к изменению длины оптического пути относительно, по меньшей мере, некоторых рассеивающих центров. При этом изменяется фаза по меньшей части рассеиваемого излучения с последующим влиянием на интерференцию и поэтому на интенсивность. Следовательно, измерением изменения интенсивности можно получать показатель любых возмущений на волокне.
Однако должно быть понятно, что количество рассеиваемого обратно излучения является небольшим (в оптическом волокне предполагаются низкие потери) и рассеиваемый обратно свет представляет собой сигнал очень низкого уровня. Обычно имеется предел шума, ниже которого трудно обнаруживать пригодную для использования информацию, и этим пределом определяется возможная чувствительность распределенной акустической измерительной системы. Чтобы возмущение обнаруживалось, падающая волна должна создавать деформацию волокна. Для этого требуется взаимодействие падающей волны с волокном, которое расположено в оболочке и, возможно, вместе с другими волокнами в кабеле (рассчитанном на защиту волокна от повреждения при ударной нагрузке), при этом кабель может быть покрыт цементом. Очевидно, что имеется большое число факторов, влияющих на взаимодействие падающей волны с волокном, и большое число факторов, влияющих на возможные потери. Поэтому следует ожидать, что чувствительность распределенного акустического измерительного датчика будет относительно низкой и фактически сравнимой с чувствительностью обычных геофонов или сейсмометров.
Кроме того, типичный распределенный акустический измерительный датчик основан на интерференционных эффектах, вследствие чего существует опасность замирания сигнала, т.е. ситуации, в которой возникающая интерференция является почти полностью деструктивной, приводящей к непригодности обнаруживаемого сигнала для использования. Небольшие изменения деформации вблизи состояния замирания будут приводить к еле обнаружимым изменениям сигнала. Кроме того, на замирание сигнала может влиять изменение протяженности траектории прокладки, обусловленное изменениями температуры, иначе говоря, участок волокна, который давал хорошие результаты, с течением времени может дрейфовать к состоянию замирания или наоборот.
Кроме того, должно быть понятно, что распределенные акустические измерительные датчики с использованием обычного волокна не обладают направленной чувствительностью в том смысле, что при использовании любого определенного отдельного чувствительного участка волокна невозможно определять направление прихода любого акустического импульса, и теоретически импульс с любого направления может создавать один и тот же отклик. При некоторых применениях это можно исключать выбором конфигурации траектории прокладки волокна, но в скважинных условиях на изменение траектории прокладки волокна обычно накладываются полные ограничения.
По всем этим причинам специалист в данной области техники ранее не рассматривал возможность практического использования технологии распределенных акустических измерений для выполнения вер- 3 029021
тикального сейсмического профилирования. Однако, как ни удивительно, обнаружилось, что технология распределенных акустических измерений пригодна для получения сейсмических профилей и что при некоторых применениях результаты могут быть сравнимыми с результатами, получаемыми при использовании групп геофонов. В частности, преимущества от возможности регистрации данных по всей длине буровой скважины в ответ на один импульс заключаются в том, что многочисленные импульсы можно прилагать в течение коротких периодов времени и результаты от всех импульсов обрабатывать совместно, например, при использовании способов суммирования данных.
Используемый в описании термин "распределенный акустический датчик" будет применяться для обозначения датчика, содержащего оптическое волокно, которое опрашивается оптически с получением множества дискретных акустических измерительных участков, распределенных в продольном направлении вдоль волокна и на которых можно обнаруживать механическую вибрацию или падающие продольные волны, в том числе сейсмические волны.
Хотя способ настоящего изобретения позволяет получать сейсмический профиль при использовании только одного сейсмического импульса, но как упоминалось выше, способ также обеспечивает конкретные преимущества относительно суммирования данных. Данные после суммирования включают в себя данные из определенной секции скважины, зарегистрированные в ответ на многочисленные удары, т.е. повторные измерения от повторных сейсмических импульсов, объединенные в попытке повысить отношение сигнала к шуму. Однако при использовании групп геофонов необходимость изменения местоположения группы означает, что регистрация многочисленных наборов данных от многочисленных ударов на одной глубине скважины до перемещения на другую глубину скважины будет увеличивать общий временной интервал между регистрацией данных из различных секций скважины. Регистрация данных с последовательности мест в скважине и затем повторение регистрации обычно практически невозможны, поскольку требуются многочисленные изменения местоположений каротажного зонда и трудно гарантировать нахождение группы геофонов в одном и том же месте от удара к удару. Поэтому обычно имеется предельное количество ударов, которое на практике можно зарегистрировать при использовании группы геофонов.
Однако при использовании настоящего изобретения не требуется изменять местоположение каротажного зонда и оптические каналы от удара к удару, которые определяются опрашивающим излучением и обработкой, будут оставаться точно на том же самом месте. Поэтому способ может содержать повторение множество раз этапа обнаружения акустического отклика, по существу, по всей длине буровой скважины в ответ на сейсмический импульс, т.е. на выполнение последовательности ударов. Эти многочисленные удары можно зарегистрировать в течение относительно короткого периода времени. Можно обрабатывать множество акустических откликов, чтобы объединять указанные акустические отклики в один объединенный результат, и можно применять способы суммирования сейсмических данных, т.е. последовательность откликов на один удар из всей скважины можно регистрировать и затем суммировать. Поэтому способ может содержать регистрацию данных от большего количества ударов, чем количество, обычно используемое для выполнения исследования на основе геофонов. Способ может содержать повторение больше чем десять раз, или больше чем тридцать раз, или больше чем пятьдесят раз этапа обнаружения акустического отклика, по существу, по всей длине буровой скважины в ответ на сейсмический импульс. При каждом ударе сейсмический источник может создавать, по существу, один и тот же импульс и может оставаться, по существу, на одном и том же месте. Способ может содержать суммирование данных от многочисленных различных измерений с использованием различных импульсов. В каждом случае импульс может иметь, по существу, одну и ту же форму. Способ может содержать суммирование данных от десяти или большего количества измерений, или тридцати или большего количества измерений, или пятидесяти или большего количества измерений. Как должно быть понятно, сейсмический источник расположен вне буровой скважины для возбуждения геологической среды, окружающей буровую скважину. Удаление сейсмического источника от буровой скважины можно изменять. В общем случае при выполнении продольного вертикального сейсмического профилирования источник можно располагать над скважиной (но вне ее). Как вариант источник может находиться на заданном удалении от буровой скважины, т.е. источник может располагаться на заданном расстоянии от устья скважины. Удаление может составлять сотни метров или может иметь порядок километров.
При некоторых применениях оптическое волокно может быть размещено на постоянной основе. Например, оптическое волокно может быть расположено между боковой поверхностью буровой скважины и внешней обсадной колонной скважины. Изобретение можно осуществлять при использовании съемной группы, но наибольшая ценность его проявляется, когда группа находится на месте постоянно, т.е. не нарушается режим работы скважины. Это означает, что оптическое волокно можно использовать для получения последовательности сейсмических профилей на протяжении периода времени. Поэтому способ может содержать периодический геофизический мониторинг, при котором сравнивают акустические отклики, обнаруживаемые при использовании указанного оптического волокна по меньшей мере в два различных момента времени, например сравнивают сейсмические профили, образуемые на основании акустических откликов из разных исследований в разные моменты времени. Вследствие затрат и опасностей, связанных с вмешательством в работу скважины при использовании групп геофонов, вы- 4 029021
полнение большого количества сейсмических исследования обычно практически невозможно, тогда как при использовании оптического волокна, на постоянной основе развернутого в скважине, профиль можно легко получать каждый раз, когда это необходимо. Кроме того, в идеальном случае акустические отклики следует измерять на одних и тех же местах от исследования к исследованию. Может случиться, что будет очень трудно расположить группу геофонов на том же самом месте, как при предшествующем исследовании, осуществленном неделями или месяцами раньше. Однако при использовании технологии волоконно-оптических распределенных акустических измерений волокно можно оставлять на месте от исследования к исследованию и при этом оно будет находиться точно на том же самом месте каждый раз при выполнении исследования.
Скважина может быть продуктивной или нагнетательной скважиной, т.е. эксплуатационной скважиной. Поскольку оптическое волокно может быть развернуто без нарушения режима работы скважины, способ можно выполнять во время нормальной работы скважины. Это исключает необходимость прекращения добычи. Даже если добычу временно прекращают для минимизации окружающего скважинного шума, необходимость вторжения в скважину отсутствует. Буровая скважина может быть длиной по меньшей мере 1,5 км. Типичные нагнетательные или продуктивные скважины могут быть длиной по меньшей мере 1,5 км, и известны скважины длиной 4 км и больше. Это значительно превышает протяженность, которая может быть покрыта при использовании группы обычных соединенных геофонов.
Как упоминалось, способ может содержать возбуждение геологической среды при использовании сейсмического источника. Сейсмический источник может создавать импульс с изменяющейся во времени частотой, а способ может включать в себя осуществление корреляции акустического отклика с изменяющейся во времени частотой.
Способ может содержать возбуждение геологической среды при использовании по меньшей мере одного сейсмического источника на первом месте и регистрацию данных по всей длине буровой скважины и впоследствии возбуждение геологической среды при использовании по меньшей мере одного сейсмического источника на втором месте, ином по отношению к первому, и регистрацию данных по всей длине буровой скважины. Способ может содержать получение множества измерений от сейсмических источников, расположенных на множестве различных мест. Места можно менять с течением времени, чтобы выполнять уровенное вертикальное сейсмическое профилирование, продольное вертикальное профилирование в наклонной скважине или трехмерное вертикальное сейсмическое профилирование.
Поэтому способ может включать в себя использование подходящего сейсмического источника, обычно наземного источника, для проведения мониторинга геологической среды. Как упоминалось выше, неожиданно было обнаружено, что технология распределенных акустических измерений позволяет обнаруживать сейсмические сигналы с достаточными качеством и разрешением, чтобы получать наборы данных, которые сравнимы с данными от групп обычных геофонов, особенно при суммировании множества содержащих измерения сигналов.
Однако оптическое волокно можно также использовать для обнаружения акустического отклика на другие сейсмические события, например на сейсмические события, которые возникают ниже поверхности. Например, способ может содержать мониторинг акустических сигналов, излучаемых породой, растрескивающейся в ответ на естественное или искусственное воздействие.
Согласно другому аспекту изобретения предложено устройство для геофизического мониторинга в буровой скважине, содержащее оптическое волокно, развернутое вдоль, по существу, всей длины буровой скважины; источник электромагнитного излучения, выполненный с возможностью ввода электромагнитного излучения в указанное волокно; детектор для обнаружения электромагнитного излучения, рассеиваемого обратно из указанного волокна; и процессор, сконфигурированный для анализа рассеиваемого обратно излучения, для определения содержащего измерение сигнала для множества дискретных продольных чувствительных участков оптического волокна и анализа указанных содержащих измерения сигналов для обнаружения падающих сейсмических волн.
Устройством согласно этому аспекту изобретения обеспечиваются все такие же преимущества и его можно использовать в способе согласно всем вариантам осуществления, описанным выше. Например, можно конфигурировать процессор для получения вертикального сейсмического профиля буровой скважины.
В общем, изобретение заключается в использовании технологии волоконно-оптических распределенных акустических измерений для получения сейсмического профиля, по существу, по всей длине буровой скважины за один удар. При использовании изобретения можно собирать данные от многочисленных ударов и суммировать указанные данные.
Теперь изобретение будет описано только для примера с обращением к сопровождающим чертежам, на которых:
фиг. 1 - иллюстрация основных компонентов волоконно-оптического распределенного акустического датчика;
фиг. 2 - иллюстрация развертывания волоконно-оптического распределенного акустического датчика в буровой скважине;
фиг. 3 - иллюстрация данных продольного вертикального сейсмического профилирования, зареги- 5 029021
стрированных из буровой скважины при использовании геофонов и распределенного акустического измерительного датчика, и вычисленных профилей скорости; и
фиг. 4а и 4Ь - иллюстрация данных уровенного вертикального сейсмического профилирования, зарегистрированных при использовании геофонов и распределенного акустического измерительного датчика, соответственно.
На фиг. 1 показана структурная схема распределенного волоконно-оптического измерительного устройства. Отрезок чувствительного волокна 104 на одном конце соединен с опросчиком 106 с возможностью отсоединения. Выходной сигнал с опросчика 106 проходит к процессору 108 сигналов, который может совмещаться с опросчиком или может находиться на расстоянии от него, и в некоторых случаях проходит к пользовательскому интерфейсу/графическому дисплею 110, который на практике может быть реализован соответствующим образом специфицированным персональным компьютером. Пользовательский интерфейс может быть совмещен с процессором сигналов или может находиться на расстоянии от него.
Чувствительное волокно 104 может быть многокилометровым по длине и может быть, по меньшей мере, такой же длины, как глубина буровой скважины, которая может быть по меньшей мере 1,5 км. Чувствительное волокно может быть стандартным, немодифицированным одномодовым оптическим волокном, таким, какое обычно используют в средствах связи, без специально введенных отражающих узлов, таких как волоконная брэгговская решетка или что-либо подобное. Возможность использования немодифицированного отрезка стандартного оптического волокна для выполнения измерения означает, что можно использовать дешевое легкодоступное волокно. Однако согласно некоторым вариантам осуществления волокно может представлять собой волокно, которое изготовлено как особо чувствительное к падающим волнам от вибрации. Как будет описано, при использовании волокно 104 развертывают так, чтобы оно пролегало по длине буровой скважины, такой как продуктивная или нагнетательная скважина.
В процессе работы с опросчика 106 в чувствительное волокно вводится опрашивающее электромагнитное излучение, которое может представлять собой, например, последовательность оптических импульсов, имеющих выбранную частотную структуру. Оптические импульсы могут иметь частотную структуру, описанную в публикации ОВ 2442745 патента Великобритании, содержание которой включено в это изобретение путем ссылки. Заметим, что используемый в этом изобретении термин "оптический" не ограничен видимым спектром и оптическое излучение включает в себя инфракрасное излучение и ультрафиолетовое излучение. Как описано в ОВ 2442745, явление рэлеевского обратного рассеяния заключается в том, что некоторая часть из вводимого в волокно света отражается обратно к опросчику, в котором она обнаруживается с образованием выходного сигнала, который представляет акустические возмущения вблизи волокна. Поэтому предпочтительно, чтобы опросчик содержал по меньшей мере один лазер 112 и по меньшей мере один оптический модулятор 114 для формирования множества оптических импульсов, отстоящих друг от друга в соответствии с известной разностью оптических частот. Кроме того, опросчик содержит по меньшей мере один фотодетектор 116, приспособленный для обнаружения излучения, которое представляет собой рэлеевское обратное рассеяние от внутренних рассеивающих центров в волокне 104.
Сигнал с фотодетектора обрабатывается процессором 108 сигналов. Предпочтительно, чтобы в процессоре сигналов осуществлялась демодуляция отраженного сигнала на основании разности частот оптических импульсов, как описано, например, в ОВ 2442745. Кроме того, в процессоре сигналов можно применять алгоритм развертывания фазы, описанный в ОВ 2442745. Вследствие этого можно осуществлять мониторинг фазы света, рассеиваемого обратно из различных отрезков оптического волокна. Следовательно, можно обнаруживать любые изменения эффективной длины пути относительно определенного отрезка волокна, обусловленные, например, падающими волнами давления, вызывающими деформацию волокна.
Форма оптического входного сигнала и способ обнаружения позволяют пространственно подразделять одно непрерывное волокно на дискретные продольные чувствительные участки. Т.е. акустический сигнал, воспринимаемый на одном чувствительном участке, можно получать, по существу, независимо от сигнала, воспринимаемого на соседнем участке. Такой датчик можно считать полностью распределенным или внутренним датчиком, поскольку в нем используется собственное рассеяние, проявляющееся внутри оптического волокна, и поэтому функция восприятия распределяется по всему оптическому волокну. Пространственное разрешение чувствительных участков оптического волокна может быть, например, приблизительно 10 м, и в случае непрерывного отрезка волокна, развернутого по всей длине 4километровой продуктивной скважины, можно образовать, например, 400 независимых акустических каналов, или при таком развертывании по всей длине скважины можно выполнять эффективный одновременный мониторинг по всей длине буровой скважины.
Поскольку чувствительное оптическое волокно является относительно недорогим, чувствительное волокно можно развертывать в буровой скважине на постоянной основе, так как затраты на оставление волокна на месте незначительны. Поэтому предпочтительно развертывать волокно так, чтобы не мешать нормальной работе скважины. Согласно некоторым вариантам осуществления подходящее волокно можно прокладывать во время этапа строительства скважины, такой, как показанная на фиг. 2.
- 6 029021
Обычно продуктивные или нагнетательные скважины образуют бурением ствола 201 скважины и затем принудительным вводом секций металлической обсадной колонны 202 вниз по стволу скважины. Отдельные секции обсадной колонны соединяют друг с другом, когда их вводят, с получением непрерывной внешней обсадной колонны. После ввода обсадной колонны на требуемую глубину свободное пространство между стволом скважины и обсадной колонной заполняют цементом 203, по меньшей мере, до определенной глубины, чтобы предотвратить любое движение флюида, кроме как через саму скважину. Как показано на фиг. 2, оптическое волокно, используемое в качестве чувствительного волокна 104, может быть прикреплено к внешней стороне внешней обсадной колонны 202, когда ее вводят в ствол скважины. Таким образом, волокно 104 может быть развернуто по прямолинейной траектории по всей длине буровой скважины и впоследствии зацементировано на протяжении по меньшей мере части буровой скважины. Обнаружено, что оптическое волокно, которое закреплено, например, в данном случае благодаря прохождению через цементную закладку, проявляет иной акустический отклик на определенные события по сравнению с волокном, которое является свободным. Оптическое волокно, которое закреплено, может давать более качественный отклик, чем свободное волокно, и поэтому предпочтительно закреплять волокно цементом. Однако возможны другие варианты развертывания оптического волокна, например, можно развертывать оптическое волокно внутри внешней обсадной колонны, но на внешней стороне некоторой внутренней осадной колонны или насосно-компрессорных труб. Волоконнооптический кабель является относительно устойчивым и в течение многих лет после закрепления на месте может сохранять работоспособность в скважинных условиях.
Волокно выводят из устья скважины и соединяют с опросчиком 106, который может работать так, как описано выше.
Опросчик 106 может быть постоянно соединен с волокном 104 для обеспечения непрерывного акустического/сейсмического мониторинга и при этом может осуществляться мониторинг ряда скважинных работ. Однако согласно некоторым вариантам осуществления опросчик соединяют с волокном 104 с возможностью отсоединения, когда это необходимо для выполнения геофизического исследования, но затем по завершении исследования его можно отсоединять и перемещать. Однако волокно 104 остается на месте и поэтому готово к выполнению любого последующего исследования. Волокно является относительно недорогим и поэтому затраты на размещение волокна на постоянной основе небольшие. При наличии волокна, размещенного на месте на постоянной основе, исключается необходимость всяких затрат на развертывание датчиков при последующих исследованиях и исключается необходимость всякого вторжения в скважину. Кроме того, этим гарантируется, что при любом последующем исследовании чувствительный участок будет располагаться точно на том же самом месте, как при предшествующем исследовании. Это позволяет без труда регистрировать и анализировать сейсмические данные в различные моменты времени с получением зависящих от времени результатов сейсмического анализа.
Как показано на фиг. 2, для выполнения геофизического мониторинга один или несколько сейсмических источников 204, например вибратор νΛτοδθίδ™ на шасси грузовика, располагают на заданном удалении от буровой скважины и используют для возбуждения геологической среды на поверхности. Может быть несколько сейсмических источников, одновременно возбуждающих геологическую среду на одном и том же месте или на различных местах, хотя для упрощения на фиг. 2 показан только один источник.
В зависимости от вида геофизического исследования с сейсмического источника 204 может прилагаться импульс с изменяющейся во времени частотной структурой, а при анализе данных с распределенного акустического измерительного датчика может применяться корреляция частот для выделения представляющих интерес сейсмических сигналов из фонового шума и т.д.
Можно использовать сейсмический источник в многочисленных различных компоновках. Например, при выполнении продольного вертикального сейсмического профилирования (ПВСП) в большинстве случаев сейсмический источник можно располагать над буровой скважиной, но за пределами буровой скважины. При уровенном вертикальном сейсмическом профилировании (УВСП) сейсмический источник можно постепенно перемещать на расстояние от буровой скважины. Кроме того, сейсмический источник можно использовать для возбуждения трубных волн в обсадной колонне скважины. Исследования различных видов можно использовать для мониторинга различных аспектов скважины, например, в скважине для секвестрации диоксида углерода продольное вертикальное сейсмическое профилирование можно использовать для мониторинга локализации СО2, уровенное вертикальное сейсмическое профилирование можно использовать для отслеживания нагнетаемой струи СО2 и контроль трубной волны можно использовать для мониторинга целостности обсадной колонны.
Импульсы, прилагаемые сейсмическим источником 204, могут обладать большой энергией и поэтому волны, падающие на участки волокна в верхней части скважины, также будут иметь большую энергию. Однако волны на находящихся глубже отрезках волокна могут быть сильно затухшими и могут быть относительно слабыми. Поэтому в идеальном случае распределенный акустический измерительный датчик должен иметь большой динамический диапазон. Для содействия охвату большого динамического диапазона частота взятия выборок с фотодетектора 116 и скорость первичной обработки сигналов должны быть высокими для снижения величины вариации между любыми двумя выборками. Это может спо- 7 029021
собствовать последующему восстановлению формы падающей сейсмической волны. Однако как только общая форма волны станет известной, высокая скорость обработки данных может стать ненужной и поэтому в процессоре 108 сигналов можно подвергнуть децимации обрабатываемые данные, чтобы дополнительно снизить требования к обработке и сохранению. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что частота взятия выборок из сигнала обратного рассеяния в общем случае должна быть достаточно высокой для получения желаемого пространственного разрешения. Например, если пространственные чувствительные участки имеют длину 10 м, то время между последовательными выборками должно быть таким, что в случае, если первая выборка соответствует обратному рассеянию из первого отрезка волокна, то вторая выборка должна соответствовать обратному рассеянию из второго отрезка волокна, находящегося на расстоянии не больше чем 10 м от первого отрезка волокна. Поэтому время между выборками должно быть не больше, чем время, требуемое для прохождения светом в волокне расстояния 20 м (т.е. время, необходимое для перемещения опрашивающего излучения на 10 м дальше в волокно и для прохождения рассеиваемым обратно светом дополнительного расстояния 10 м обратно к торцу волокна). С учетом скорости 3х108 м/с света и показателя 1,5 преломления волокна необходимая частота выборок составляет около 10 МГц. В большей части распределенных акустических измерительных систем для исключения затрат, связанных с быстродействующими компонентами, частоту выборок следует задавать вблизи минимальной требуемой скорости, особенно в случае, когда минимальное пространственное разрешение определяется формой опрашивающего излучения, и поэтому более высокая частота выборок обычно не будет приводить к лучшему пространственному разрешению.
Однако согласно варианту осуществления распределенного акустического измерительного датчика, используемого в настоящем изобретении, частота выборок может быть по меньшей мере в восемь раз больше, чем минимальная частота выборок, необходимая для определенного размера чувствительных участков. Например, частота выборок может быть порядка 80-100 МГц. Поэтому каждую выборку можно обрабатывать, чтобы определять признак акустического сигнала до объединения, по меньшей мере, некоторых выборок с образованием составной выборки для чувствительного участка. В этом случае путем взятия дополнительных выборок и обработки выборок до объединения можно идентифицировать любые очень интенсивные сигналы.
Как должно быть понятно, в распределенном акустическом измерительном датчике, который основан на интерференции, большая деформация может вызывать изменение длины пути, которое приводит к изменению фазы больше чем на 2π. Если это происходит между выборками, трудно правильно определять падающую волну. В этом варианте осуществления настоящего изобретения такая проблема исключается и, следовательно, расширяется динамический диапазон распределенного акустического измерительного датчика.
Сигналы от определенного удара, т.е. от акустического импульса определенной формы, могут быть обнаружены из каждого из продольных чувствительных участков оптического волокна (в предположении, что сигналы ослаблены не полностью). Поэтому можно принимать сигнал из каждого чувствительного участка по всей глубине скважины. В результате будет получаться последовательность сигналов, отображающих сейсмические сигналы, обнаруживаемых с течением времени из каждого продольного отрезка волокна. Поэтому чувствительное волокно эффективно действует как ряд точечных сейсмометров, но в отличие от группы обычных геофонов оно может одновременно покрывать всю длину буровой скважины. Кроме того, поскольку оптическое волокно можно размещать так, чтобы оно не нарушало нормальный режим работы скважины, вторжение в скважину не требуется.
Поэтому согласно вариантам осуществления настоящего изобретения обеспечивается возможность мониторинга отклика по всей длине буровой скважины или, по меньшей мере, из представляющей интерес большей части буровой скважины в ответ на один удар сейсмического источника.
Однако на практике сейсмический импульс может прикладываться много раз, а мониторинг акустического отклика из буровой скважины осуществляться в ответ на каждый удар.
Поскольку при использовании распределенного акустического измерительного датчика нет необходимости производить перемещение каротажного зонда, повторные удары могут регистрироваться относительно быстро. Затем для повышения отношения сигнала к шуму данные от каждого удара могут быть обработаны с использованием сейсмических способов суммирования. Таким образом, при использовании технологии распределенных акустических измерений данные от множества ударов могут быть зарегистрированы в течение отрезка времени, который необходим для регистрации такого же количества ударов с каждого из различных скважинных глубинных мест при использовании обычных геофонов. Поскольку скважинные условия изменяются с течением времени, лучше использовать более короткие промежутки времени для регистрации данных, предназначенных для объединения. Однако при относительно стабильных условиях это означает, что намного больше ударов можно регистрировать за определенный период времени, чем в случае группы обычных геофонов.
Дополнительное преимущество от оставления волокна на месте заключается в возможности выполнения периодических геофизических исследований. Оптическое волокно находится на одном и том же месте всякий раз при выполнении исследования и, когда положения акустических каналов вдоль волокна
- 8 029021
определяются опросчиком, акустические каналы могут иметь абсолютно одинаковые положения от исследования к исследованию. Поэтому результаты двух исследований, которые проводятся с использованием одного и того же волокна, но проводятся в различные периоды времени, можно непосредственно сравнивать, чтобы определять любые изменения, происходящие с течением времени. Возможность непосредственной корреляции результатов исследований, проводимых в различные периоды времени, является преимуществом от использования распределенных акустических измерительных датчиков с развернутыми на постоянной основе волокнами. Не говоря уже о затратах и объеме работы при повторных исследованиях с геофонами, трудно гарантировать, что геофоны будут расположены точно на тех же местах, как при предшествующем исследовании.
Как упоминалось выше, волокно опрашивается с образованием последовательности продольных чувствительных участков, длина которых зависит от свойств опросчика 106 и обычно от используемого опрашивающего излучения. Поэтому при использовании пространственную длину чувствительных участков можно изменять даже после размещения волокна в буровой скважине путем изменения свойств опрашивающего излучения. Это невозможно в случае группы обычных геофонов, в которой физическим разделением геофонов определяется пространственное разрешение системы. В распределенном акустическом измерительном датчике может обеспечиваться пространственная длина чувствительных участков порядка 10 м, которая подходит для выполнения вертикальных сейсмических профилирований.
Для подтверждения применимости технологии распределенных акустических измерений при геофизическом мониторинге в буровых скважинах были проведены различные полевые испытания. При проведении первого испытания оптическое волокно размещали на постоянной основе в нагнетательной скважине в рамках осуществления в Канаде проекта 8йе11 Опс51 по улавливанию и секвестрации диоксида углерода. Скважина, использовавшаяся для проведения испытаний, имела полную глубину порядка 2 км. Были проверены несколько способов, как на основе технологии распределенных акустических измерений при использовании размещенного оптического волокна, так и на основе группы обычных геофонов, введенной в скважину. В связи с большой глубиной скважины местоположение группы геофонов меняли по меньшей мере три раза для покрытия всей глубины скважины.
Экспериментальные исследования включали в себя мониторинг выполнения продольных вертикальных сейсмических профилирований, уровенных вертикальных сейсмических профилирований и трубной волны. Выполнение уровенных вертикальных сейсмических профилирований включало в себя перемещение сейсмического источника на расстояние до 9 км для проверки реализуемости сейсмического исследования методом преломленных волн.
Было обнаружено, что фаза записи распределенных акустических измерений очень стабильна и что первые вступления устойчиво наблюдаются по всей глубине скважины. Кроме того, наблюдались сильные отражения.
На фиг. 3 показаны данные продольного вертикального сейсмического профилирования (ПВСП), при этом на верхнем графике показан вертикальный сейсмический профиль, зарегистрированный с использованием группы геофонов (расстояние между геофонами в группе было 7,5 м, а местоположение группы изменяли три раза для покрытия всей скважины) и на среднем графике показаны данные распределенных акустических измерений (РАИ) (распределенный акустический измерительный датчик работал при расстояниях 10 м между каналами и покрывал всю скважину).
В целом запись результатов продольного вертикального сейсмического профилирования на основе технологии распределенных акустических измерений в значительной степени сравнима с записью результатов продольного вертикального сейсмического профилирования с помощью геофонов.
Результаты продольных вертикальных сейсмических профилирований были использованы для извлечения профилей скорости вдоль скважины. Времена первых вступлений были идентифицированы и при использовании производной по глубине были идентифицированы профили скоростей, показанные на нижнем графике. Скорости, вычисленные по данным распределенных акустических измерений, хорошо соответствуют данным, образованным на основании данных с геофонов, и также данным акустического каротажа. В профиле скорости, полученном на основании данных с геофонов, заметно ошибочное отклонение около 1200 м, которое обусловлено нарушением непрерывности между тремя местоположениями группы геофонов.
Анализ отношения сигнала к шуму выполнялся по данным, полученным способом центрального луча, в различных временных окнах, и после нормирования спектров сигналы для баз данных от распределенных акустических измерений и с геофонов были сравнимыми.
Зарегистрированные базы данных уровенного вертикального сейсмического профилирования содержали 126 уровней с интервалами 15 м в случае геофонов (два положения каротажного зонда) и 177 каналов с интервалами 10 м в случае распределенных акустических измерений. Осуществляли миграцию полных волновых полей с получением изображений, показанных на фиг. 4. На фиг. 4а показаны результаты с геофонов и на фиг. 4Ь показаны данные распределенных акустических измерений. Изображение на основе распределенных акустических измерений весьма подобно изображению, полученному по данным с геофонов. Хотя распределенный акустический измерительный каротажный зонд имеет более высокий уровень собственных шумов, чем обычные геофоны, после миграции отношение сигнала к шуму
- 9 029021
изображения становилось очень похожим, поскольку большая часть когерентного шума удалялась.
При проведении второго испытания в качестве распределенного акустически чувствительного измерительного волокна использовали оптическое волокно, размещенное на испытательном оборудовании в газовой продуктивной скважине. Скважина имела полную глубину порядка 4 км.
Для проверки уровней сигналов на протяжении всей глубины скважины выполняли тест на проникновение энергии источника. Использовали два и четыре синхронизированных вибратора νΛτοδβίδ™ на шасси грузовика. При двух таких сейсмических источниках сигнал первого вступления не наблюдался в самой глубокой части скважины. Однако при использовании четырех синхронизированных источников сигнал становился видимым. Когда выполняли излучение многочисленных свип-сигналов и суммирование результатов, отношение сигнала к шуму улучшалось после суммирования 16 свип-сигналов, а после суммирования 32 свип-сигналов сигнал становился видимым в данных.
Кроме того, часть скважины была оснащена группой геофонов. Для покрытия всей 4-километровой скважины потребовались многократные изменения местоположения каротажного зонда и, кроме того, поскольку диаметр обсадной колонны изменялся на протяжении глубины скважины, потребовалось использование различных зажимных инструментов. Поэтому выполнение исследования на протяжении всей глубины скважины при использовании геофонов потребовало значительного времени и усилий, а временная задержка между регистрируемыми профилями в различных секциях скважины была значительной. Однако распределенным акустическим измерительным датчиком можно было осуществлять мониторинг по всей длине скважины.
Сравнение записей распределенных акустических измерений для относительно небольшой секции скважины, в которой были развернуты геофоны, показало, что данные распределенных акустических измерений качественно аналогичны данным с геофонов. Хотя отражения были более заметными в данных с геофонов, самое сильное отражение в записи распределенных акустических измерений хорошо согласуется с данными с геофонов. Кроме того, были определены данные о скорости и опять имелось хорошее соответствие между наборами данных.
Можно видеть, что технология распределенных акустических измерений представляет собой реальную альтернативу использованию геофонов при регистрации сейсмических профилей и при геофизическом мониторинге буровых скважин.
Следует отметить, что изобретение не ограничено упомянутыми выше вариантами осуществлений и что специалисты в данной области техники могут разработать альтернативные варианты осуществлений без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения. Слово "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, а не элементов или этапов, перечисленных в формуле изобретения, неопределенные артикли не исключают множества, а единственный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких блоков, перечисленных в формуле изобретения. Любая позиция в формуле изобретения не должна толковаться как ограничивающая объем формулы изобретения.

Claims (17)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ геофизического мониторинга в буровой скважине, содержащий опрашивание оптического волокна, развернутого, по существу, по всей длине буровой скважины, для выполнения распределенного акустического измерения и обнаружения акустического отклика, по существу, по всей длине буровой скважины в ответ на сейсмический импульс, причем опрашивание указанного оптического волокна содержит ввод последовательности оптических импульсов в указанное оптическое волокно и обнаружение рэлеевского излучения, рассеиваемого обратно волокном; и обработку обнаруживаемого рэлеевского излучения, рассеиваемого обратно, для получения множества дискретных продольных чувствительных участков волокна, причем волокно не имеет специально введенных отражающих узлов, причем обработку указанного акустического отклика проводят для получения профиля, по существу, для всей длины буровой скважины, причем профиль представляет собой вертикальный сейсмический профиль.
  2. 2. Способ по любому предшествующему пункту, в котором профиль представляет собой уровенный вертикальный сейсмический профиль или трехмерный вертикальный сейсмический профиль.
  3. 3. Способ по п.1 или 2, содержащий применение сейсмического суммирования ко множеству акустических откликов.
  4. 4. Способ по любому предшествующему пункту, содержащий повторение множество раз этапа обнаружения акустического отклика, по существу, по всей длине буровой скважины в ответ на сейсмический импульс.
  5. 5. Способ по п.4, содержащий обработку множества акустических откликов для объединения указанных акустических откликов в один объединенный результат.
  6. 6. Способ по п.4 или 5, содержащий применение сейсмического суммирования к указанному множеству акустических откликов.
  7. 7. Способ по любому предшествующему пункту, содержащий сравнение акустических откликов, обнаруживаемых при использовании указанного оптического волокна, по меньшей мере в два различных периода времени.
    - 10 029021
  8. 8. Способ по п.7, в котором сравнение акустических откликов содержит сравнение сейсмических профилей, образуемых на основании указанных акустических откликов.
  9. 9. Способ по любому предшествующему пункту, в котором буровая скважина представляет собой продуктивную скважину, наблюдательную скважину или нагнетательную скважину.
  10. 10. Способ по п.9, который выполняют во время нормальной работы скважины.
  11. 11. Способ по любому предшествующему пункту, в котором оптическое волокно располагают в буровой скважине на постоянной основе.
  12. 12. Способ по п.11, в котором оптическое волокно располагают между боковой поверхностью буровой скважины и внешней обсадной колонной скважины.
  13. 13. Способ по любому предшествующему пункту, содержащий возбуждение геологической среды с использованием сейсмического источника.
  14. 14. Способ по п.13, в котором сейсмический источник создает импульс с изменяющейся во времени частотой и при этом способ содержит осуществление корреляции акустического отклика с изменяющейся во времени частотой.
  15. 15. Способ по любому предшествующему пункту, содержащий мониторинг акустического отклика на подземное микросейсмическое, встречающееся в природе или искусственное акустическое событие.
  16. 16. Способ по любому предшествующему пункту, в котором длина буровой скважины составляет по меньшей мере 1,5 км.
  17. 17. Устройство для геофизического мониторинга в буровой скважине, содержащее оптическое волокно, развернутое вдоль, по существу, всей длины буровой скважины; источник электромагнитного излучения, выполненный с возможностью ввода электромагнитного излучения в указанное волокно; детектор для обнаружения электромагнитного излучения, рассеиваемого обратно из указанного волокна; и процессор, сконфигурированный для анализа рассеиваемого обратно излучения, для определения содержащего измерение сигнала для множества дискретных продольных чувствительных участков оптического волокна и анализа указанных содержащих измерения сигналов для обнаружения падающих сейсмических волн, причем волокно не имеет специально введенных отражающих узлов, причем процессор сконфигурирован для получения вертикального сейсмического профиля буровой скважины, по существу, для всей длины буровой скважины.
EA201391338A 2011-03-16 2012-03-16 Мониторинг геологической среды с использованием распределенных акустических датчиков EA029021B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1104423.7A GB201104423D0 (en) 2011-03-16 2011-03-16 Subsurface monitoring using distributed accoustic sensors
PCT/GB2012/050585 WO2012123760A2 (en) 2011-03-16 2012-03-16 Subsurface monitoring using distributed acoustic sensors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201391338A1 EA201391338A1 (ru) 2014-03-31
EA029021B1 true EA029021B1 (ru) 2018-01-31

Family

ID=43981058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201391338A EA029021B1 (ru) 2011-03-16 2012-03-16 Мониторинг геологической среды с использованием распределенных акустических датчиков

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20140036628A1 (ru)
EP (1) EP2686709B1 (ru)
CN (1) CN103534615A (ru)
AU (1) AU2012228034B2 (ru)
BR (1) BR112013023607A2 (ru)
CA (1) CA2829819A1 (ru)
EA (1) EA029021B1 (ru)
GB (1) GB201104423D0 (ru)
WO (1) WO2012123760A2 (ru)

Families Citing this family (67)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL228478B1 (pl) * 2009-05-27 2018-04-30 Qinetiq Ltd Sposób wgłębnego monitoringu hydraulicznego szczelinowania, układ do wgłębnego monitoringu oraz zastosowanie układu
WO2012084997A2 (en) * 2010-12-21 2012-06-28 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Detecting the direction of acoustic signals with a fiber optical distributed acoustic sensing (das) assembly
US9575209B2 (en) 2012-12-22 2017-02-21 Halliburton Energy Services, Inc. Remote sensing methods and systems using nonlinear light conversion and sense signal transformation
US9091785B2 (en) 2013-01-08 2015-07-28 Halliburton Energy Services, Inc. Fiberoptic systems and methods for formation monitoring
US10241229B2 (en) 2013-02-01 2019-03-26 Halliburton Energy Services, Inc. Distributed feedback fiber laser strain sensor systems and methods for subsurface EM field monitoring
US9222828B2 (en) * 2013-05-17 2015-12-29 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole flow measurements with optical distributed vibration/acoustic sensing systems
US10808521B2 (en) 2013-05-31 2020-10-20 Conocophillips Company Hydraulic fracture analysis
GB2515564A (en) * 2013-06-28 2014-12-31 Optasense Holdings Ltd Improvements in fibre optic distributed sensing
US9557439B2 (en) 2014-02-28 2017-01-31 Halliburton Energy Services, Inc. Optical electric field sensors having passivated electrodes
WO2015147791A1 (en) 2014-03-24 2015-10-01 Halliburton Energy Services, Inc. Well tools with vibratory telemetry to optical line therein
GB201405747D0 (en) * 2014-03-31 2014-05-14 Optasense Holdings Ltd Downhole surveillance
GB201405746D0 (en) 2014-03-31 2014-05-14 Optasense Holdings Ltd Downhole surveillance
US9634766B2 (en) * 2014-04-30 2017-04-25 Baker Hughes Incorporated Distributed acoustic sensing using low pulse repetition rates
US10302796B2 (en) 2014-11-26 2019-05-28 Halliburton Energy Services, Inc. Onshore electromagnetic reservoir monitoring
GB2533482B (en) * 2014-12-15 2017-05-10 Schlumberger Technology Bv Borehole seismic sensing with optical fiber to determine location of features in a formation
US9927286B2 (en) 2014-12-15 2018-03-27 Schlumberger Technology Corporation Seismic sensing with optical fiber
GB2547598B (en) * 2014-12-31 2021-09-08 Halliburton Energy Services Inc Methods and systems employing fiber optic sensors for electromagnetic cross-well telemetry
WO2016179677A1 (en) * 2015-05-12 2016-11-17 Trican Well Service Ltd. Real-time monitoring of wellbore cleanout using distributed acoustic sensing
US9651706B2 (en) 2015-05-14 2017-05-16 Halliburton Energy Services, Inc. Fiberoptic tuned-induction sensors for downhole use
WO2016195645A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-08 Halliburton Energy Services, Inc. Methods and systems employing a controlled acoustic source and distributed acoustic sensors to identify acoustic impedance boundary anomalies along a conduit
MY185535A (en) * 2015-06-26 2021-05-19 Shell Int Research Method of calibrating depths of a seismic receiver array
GB2554607A (en) 2015-07-22 2018-04-04 Halliburton Energy Services Inc Electromagnetic monitoring with formation-matched resonant induction sensors
CN105299475A (zh) * 2015-09-09 2016-02-03 北京科创三思科技发展有限公司 一种城市燃气管网相控阵传感器
BR112018005414A2 (pt) * 2015-10-08 2018-10-09 Halliburton Energy Services Inc método e sistema
CN105277971A (zh) * 2015-10-16 2016-01-27 中国石油天然气集团公司 一种微地震监测系统及方法
CA2999476A1 (en) * 2015-12-16 2017-06-22 Halliburton Energy Services, Inc. Using electro acoustic technology to determine annulus pressure
WO2017105416A1 (en) * 2015-12-16 2017-06-22 Halliburton Energy Services, Inc. Large area seismic monitoring using fiber optic sensing
US10890058B2 (en) 2016-03-09 2021-01-12 Conocophillips Company Low-frequency DAS SNR improvement
US10458228B2 (en) * 2016-03-09 2019-10-29 Conocophillips Company Low frequency distributed acoustic sensing
WO2017174750A2 (en) 2016-04-07 2017-10-12 Bp Exploration Operating Company Limited Detecting downhole sand ingress locations
BR112018070577A2 (pt) 2016-04-07 2019-02-12 Bp Exploration Operating Company Limited detecção de localizações de ingresso de areia de fundo de poço
WO2017178065A1 (en) * 2016-04-15 2017-10-19 Read As Method for increasing the sensitivity and versatility of optical das sensors
WO2018084984A1 (en) * 2016-10-06 2018-05-11 Shell Oil Company Method of borehole time-lapse monitoring using seismic waves
CN106646617A (zh) * 2016-12-27 2017-05-10 中国石油天然气集团公司 一种地震数据采集方法及装置
EA038373B1 (ru) 2017-03-31 2021-08-17 Бп Эксплорейшн Оперейтинг Компани Лимитед Мониторинг скважины и перекрывающих пород с использованием распределенных акустических датчиков
EP3619560B1 (en) 2017-05-05 2022-06-29 ConocoPhillips Company Stimulated rock volume analysis
US11255997B2 (en) 2017-06-14 2022-02-22 Conocophillips Company Stimulated rock volume analysis
SG10201914000VA (en) 2017-06-01 2020-03-30 Saudi Arabian Oil Co Detecting sub-terranean structures
CA3064870C (en) * 2017-06-28 2021-12-28 Halliburton Energy Services, Inc. Angular response compensation for das vsp
CA3073623A1 (en) 2017-08-23 2019-02-28 Bp Exploration Operating Company Limited Detecting downhole sand ingress locations
US11333636B2 (en) 2017-10-11 2022-05-17 Bp Exploration Operating Company Limited Detecting events using acoustic frequency domain features
CA3078414A1 (en) * 2017-10-17 2019-04-25 Conocophillips Company Low frequency distributed acoustic sensing hydraulic fracture geometry
US10330526B1 (en) 2017-12-06 2019-06-25 Saudi Arabian Oil Company Determining structural tomographic properties of a geologic formation
US11193367B2 (en) 2018-03-28 2021-12-07 Conocophillips Company Low frequency DAS well interference evaluation
CA3097930A1 (en) 2018-05-02 2019-11-07 Conocophillips Company Production logging inversion based on das/dts
EP4234881A3 (en) 2018-11-29 2023-10-18 BP Exploration Operating Company Limited Das data processing to identify fluid inflow locations and fluid type
GB201820331D0 (en) 2018-12-13 2019-01-30 Bp Exploration Operating Co Ltd Distributed acoustic sensing autocalibration
US11880010B2 (en) 2019-05-13 2024-01-23 Saudi Arabian Oil Company Providing seismic images of the subsurface using enhancement of pre-stack seismic data
WO2021026432A1 (en) 2019-08-07 2021-02-11 Saudi Arabian Oil Company Determination of geologic permeability correlative with magnetic permeability measured in-situ
EP4045766A1 (en) 2019-10-17 2022-08-24 Lytt Limited Fluid inflow characterization using hybrid das/dts measurements
WO2021073740A1 (en) 2019-10-17 2021-04-22 Lytt Limited Inflow detection using dts features
WO2021093974A1 (en) 2019-11-15 2021-05-20 Lytt Limited Systems and methods for draw down improvements across wellbores
CN111350496A (zh) * 2020-03-19 2020-06-30 西安石油大学 一种用于井下水力压裂过程的裂缝表征的系统及方法
EP4165284B1 (en) 2020-06-11 2024-08-07 Lytt Limited Systems and methods for subterranean fluid flow characterization
EP4168647A1 (en) 2020-06-18 2023-04-26 Lytt Limited Event model training using in situ data
CN111751874B (zh) * 2020-07-07 2022-05-20 中油奥博(成都)科技有限公司 一种变偏移距vsp叠后变覆盖次数校正方法和装置
US11525939B2 (en) * 2020-07-10 2022-12-13 Saudi Arabian Oil Company Method and apparatus for continuously checking casing cement quality
CN112099086B (zh) * 2020-09-16 2022-03-29 中油奥博(成都)科技有限公司 一种高分辨率光纤井中地震数据深频分析方法
US11988793B2 (en) * 2020-09-30 2024-05-21 Saudi Arabian Oil Company Waterflood front imaging using segmentally insulated well liners as on-demand electrodes
US11840919B2 (en) 2021-01-04 2023-12-12 Saudi Arabian Oil Company Photoacoustic nanotracers
US11802783B2 (en) 2021-07-16 2023-10-31 Conocophillips Company Passive production logging instrument using heat and distributed acoustic sensing
US11879328B2 (en) 2021-08-05 2024-01-23 Saudi Arabian Oil Company Semi-permanent downhole sensor tool
US11860077B2 (en) 2021-12-14 2024-01-02 Saudi Arabian Oil Company Fluid flow sensor using driver and reference electromechanical resonators
US12000278B2 (en) 2021-12-16 2024-06-04 Saudi Arabian Oil Company Determining oil and water production rates in multiple production zones from a single production well
CN115016030A (zh) * 2022-04-28 2022-09-06 南京大学 一种基于das系统评估地层中co2封存泄露风险的方法
US11867049B1 (en) 2022-07-19 2024-01-09 Saudi Arabian Oil Company Downhole logging tool
US11913329B1 (en) 2022-09-21 2024-02-27 Saudi Arabian Oil Company Untethered logging devices and related methods of logging a wellbore

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100107754A1 (en) * 2008-11-06 2010-05-06 Schlumberger Technology Corporation Distributed acoustic wave detection
US20100200744A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Jeremiah Glen Pearce Distributed acoustic sensing with fiber bragg gratings
US20100200743A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Larry Dale Forster Well collision avoidance using distributed acoustic sensing

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4706224A (en) * 1986-02-21 1987-11-10 Amoco Corporation Method of vertical seismic profiling and exploration
US6072567A (en) * 1997-02-12 2000-06-06 Cidra Corporation Vertical seismic profiling system having vertical seismic profiling optical signal processing equipment and fiber Bragg grafting optical sensors
US6305227B1 (en) * 1998-09-02 2001-10-23 Cidra Corporation Sensing systems using quartz sensors and fiber optics
WO2002057805A2 (en) * 2000-06-29 2002-07-25 Tubel Paulo S Method and system for monitoring smart structures utilizing distributed optical sensors
US7187620B2 (en) * 2002-03-22 2007-03-06 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for borehole sensing
US7030971B1 (en) * 2004-08-06 2006-04-18 The United States Of America Represented By The Secretary Of The Navy Natural fiber span reflectometer providing a virtual signal sensing array capability
US7948380B2 (en) * 2006-09-06 2011-05-24 3M Innovative Properties Company Spatially distributed remote sensor
GB2442745B (en) 2006-10-13 2011-04-06 At & T Corp Method and apparatus for acoustic sensing using multiple optical pulses
PL228478B1 (pl) * 2009-05-27 2018-04-30 Qinetiq Ltd Sposób wgłębnego monitoringu hydraulicznego szczelinowania, układ do wgłębnego monitoringu oraz zastosowanie układu
WO2012173924A2 (en) * 2011-06-13 2012-12-20 Shell Oil Company Hydraulic fracture monitoring using active seismic sources with receivers in the treatment well

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100107754A1 (en) * 2008-11-06 2010-05-06 Schlumberger Technology Corporation Distributed acoustic wave detection
US20100200744A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Jeremiah Glen Pearce Distributed acoustic sensing with fiber bragg gratings
US20100200743A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Larry Dale Forster Well collision avoidance using distributed acoustic sensing

Also Published As

Publication number Publication date
CA2829819A1 (en) 2012-09-20
US20140036628A1 (en) 2014-02-06
EP2686709B1 (en) 2020-12-09
EA201391338A1 (ru) 2014-03-31
BR112013023607A2 (pt) 2017-02-07
CN103534615A (zh) 2014-01-22
EP2686709A2 (en) 2014-01-22
GB201104423D0 (en) 2011-04-27
WO2012123760A2 (en) 2012-09-20
AU2012228034A1 (en) 2013-10-03
WO2012123760A3 (en) 2013-04-18
AU2012228034B2 (en) 2015-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA029021B1 (ru) Мониторинг геологической среды с использованием распределенных акустических датчиков
US10113902B2 (en) Detection of seismic signals using fiber optic distributed sensors
CA2841561C (en) Seismic geophysical surveying using a fibre optic distributed sensing apparatus
RU2561009C2 (ru) Волоконно-оптическая скважинная сейсмическая система измерения на основе рэлеевского обратного рассеяния
RU2684267C1 (ru) Геонавигация при бурении скважин с использованием распределенного акустического зондирования
CA2838840C (en) Hydraulic fracture monitoring using active seismic sources with receivers in the treatment well
US6175536B1 (en) Cross-well seismic mapping method for determining non-linear properties of earth formations between wellbores
Barberan et al. Multi-offset seismic acquisition using optical fiber behind tubing
US20130242698A1 (en) Seismic Surveying Using Fiber Optic Technology
WO2015107332A1 (en) Determining sensitivity profiles for das sensors
US20220082726A1 (en) System and method of calibrating downhole fiber-optic well measurements
Mondanos et al. Application of distributed fibre-optic sensing to geothermal reservoir characterization and monitoring
CN109804273B (zh) 使用地震波进行井眼时移监测的方法
du Toit et al. Can DAS be used to monitor mining induced seismicity?
US20220283330A1 (en) Gauge Length Correction For Seismic Attenuation From Distributed Acoustic System Fiber Optic Data
CN114624762A (zh) 用于钻前危险评价和随钻地震记录的分布式声学感测系统
Sova Fibre Optic Sensing as Borehole Seismic Method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU