[发明专利]测定地层中裂缝几何形状的方法和组合物

说明书

相关申请数据

[0001]本申请要求2005年8月9日提交的美国临时申请序列号60/706,791的权益，该文献的全部内容在此引入供参考。

发明领域

[0002]本公开内容涉及测定地层中裂缝几何形状的方法和组合物。

背景

[0003]烃如瓦斯和石油从地层的产出可以通过压裂岩层以促进这些烃在地层中的流动来增加。现在使用各种地层压裂程序，例如，其中在高压下(通常用支撑剂)将液体、瓦斯和/或其组合注入到地层中的水力压裂。

[0004]水力压裂通常在工业中用于改进从地层的油和天然气生产。在水力压裂操作期间，将通常称作“前置液(pad)”的流体以足以将油井周围的地层压开的压力向下泵送到该油井中。一旦已经产生裂缝，就开始泵送该前置液以及同时包含该液体和支撑剂的浆料相，直到足够体积的支撑剂已经被该浆料运送到裂缝中。在适合的时间之后，停止泵送操作，此时该支撑剂将撑开地层中的裂缝，由此阻止它闭合。由于该裂缝，为被捕集的烃提供了比从前可获得的更具传导性的到井眼的通道，由此增加油井的生产。除了产生深穿透性裂缝之外，该压裂过程可用于克服井眼损害，以帮助二次操作和帮助所产生的地层盐水或工业废弃物的注射或处置。

[0005]在该压裂过程期间，裂缝在整个地层中传播。这些裂缝的垂直传播可用于测定裂缝覆盖的程度，因为它与生产层段有关。裂缝高度测量值帮助油井操作者测定压裂操作的成果并且，如果有必要的话，帮助优化油田中其它油井将来的处理。此外，裂缝高度信息可以帮助诊断增产问题如较低的生产速率或不利的含水率。裂缝高度数据可以说明产油层和相邻水域或非烃产油层区之间是否已经建立连通。高度测量值还提供对在作业之前用来预计裂缝几何形状的裂缝结构模拟器的精确度的检测。如果测定过度的裂缝高度增长，则这将暗示裂缝长度比设计值短。

[0006]如上所述，监测裂缝垂直传播的一个原因是关注已界定的产烃区的外部压裂到相邻的产水区中。当这发生时，水将流入产烃区和井眼，导致油井主要生产水而不是所需的烃。另外，如果仍希望继续从该油井生产烃，操作者必须解决安全处理不希望的水的严重问题。解决由区裂缝的外生产生的问题还将增加操作费用。此外，如果裂缝传播到相邻的不产烃的地层中，则在流体压力已经减小之后用来维持裂缝的材料可能在产油层区域外部的区域中浪废。简而言之，挽救已经压裂出产烃区的油井是昂贵的。

[0007]因为可能由于区裂缝的外生产生的严重问题，所以测定地层裂缝的发展是合乎需要的。存在数种用于监测和评价地层裂缝的发展的技术和设备，如压裂液中的放射性示踪剂、温度测井、井下电视、无源声学和γ射线测井。大多数技术提供井眼处压裂区高度的一些直接估计。

[0008]用来测定地层裂缝高度发展的一种方法使用放射性示踪剂。在这一方法中，将包含放射性示踪剂的压裂液注入到地层中以产生和扩展裂缝。当使用这些放射性流体和支撑剂示踪剂时，与当沉积示踪剂时相反，裂缝后γ射线测井已经显示更高的活性水平，从而使操作者能够估算裂缝的发展。

[0009]测定裂缝高度的另一种途径使用温度和γ射线测井。将在增产前后作出的温度测井记录进行对比以限定通过注射压裂液冷却的层段并且由此提供压裂区的估算。然而，这一技术易受限制并且不明确。例如，温度测井记录可能难以描绘，原因在于低的温度对比度、在处理前后自地层的回流、或在钻孔套管后面的流体运动。此外，使用放射性示踪剂产生环境问题如污染地下水流等，因此是不希望的。

[0010]评价裂缝几何形状的其它方法包括使用井下电视或使用声学方法。使用井下电视是受限的，原因在于它仅能用于裸孔中的裂缝高度评价。此外，使用使用井下电视是受限的，这归因于较深完井中存在的极端温度和压力条件。声学方法受到不均匀地层阻抗和/或对泵送的需要的妨碍，同时用具置于井孔中。

[0011]除了与每类监测有关的问题之外，还存在地层压裂技术中固有的问题。在压裂过程期间，通常在高压下将压裂液泵送入地层中，以张开裂缝，并且将越来越高比例的沙子添加到该流体中以撑开所得的裂缝。现有技术遇到一个问题在于测定地层是否已经自生产层裂出的方法依赖于处理后(在裂缝已经产生之后)测量值。在此类系统中，进行压裂处理、停止处理、测试油井并分析数据。此外，采用现有检测系统，等待压裂后的数据可能花费大量时间，甚至高达数天，这可能延迟完井操作，导致较高的人事和生产费用。