[发明专利]通过使用钻头地震对断裂的干涉测量钻头成像、时间反演成像来进行断裂表征、和经由时间反演的声学和电震对断裂产生的监测

说明书

背景技术

断裂是在储层的流体流动中经常起作用（无论是作为管道或障碍）的近地表要素，且因此，检测与定位断裂是有用的。断裂可自然地发生或人为地引起（如，通过将流体高压注入地下地层）。检测与定位断裂在多个油气区中有用，包括美国西部地区的较大的“致密天然气”项目（play），此处的商业性开采利用了大量断裂来克服储集岩中的低渗透性。在储层中和储层周围所存在的断裂定位的资料可被用于更有效地使用钻探、水力压裂处理、和生产。

地表钻头或某个其他能源（诸如安装在钻头附近的振动或压电井下（downhole）能源）所产生的弹性能，自围绕钻口（borehole）的界面和结构反射并散射。这样的能量可由沿建筑物下的钻口、沿监测钻口、或位于地面表面处放置的接收器所记录。弹性能可在散射过程中（经由震电效应）被转换为电磁（EM）能并由相应的EM接收器所记录。弹性能和电磁能还可在人为断裂创建过程中被直接产生，并可类似地被记录。

当钻头被用作能量源时，已知的记录技术，使用置于钻柱上和钻机上的传感器来测量、或至少来估算，该源的实际远场特征波形。在大多数情况下，相比于和受控源相关联的频谱内容，由钻头源提供的信号的频谱内容更为受到限制；所得到的图像经常具有较少的分辨率和更多伪像。

当在钻柱上可得到受控源时，可使用垂直地震剖面（VSP）和井间分析/成像工具来在地层的走廊或子体积（sub-volume）上产生图像。在这个设置中，通过结合钻探产生井间或VSP数据组，人员可实现实用的运作开销节省。此外，有时可在近乎原始的开孔环境中产生源能量并将之传递至地下，而不延迟放置打钻后外壳。

当人为断裂提供能量源时，能量从该断裂辐射出来且可由位于一个或多个附近钻口中的传感器所记录。商用微震服务使用一个或多个弹性传感器阵列来对于由断裂处理产生的微震的位置进行三角测量。然而，至今，对于如何使用由断裂处理所创建的震电地产生的电磁辐射，来单独地或结合微震记录地，检测并定位断裂，还没有研究。

在任意的这些情况下，被用于记录能量存在的传感器可用被证明为不适用于常规地下成像的方式被布置。例如，传感器阵列可被布置为在储层层段中或靠近储层层段的侧线（sidetrack）或附近的井中来记录在水平钻探过程中产生的地震能。来自储层中的矿床界面（即，接近于钻头）的反射可不同于直接波至的。所记录的信号还可极大地被在储集层中回荡（reverberating）的引导波影响。作为结果，很多所感兴趣的近地表要素（诸如断裂）的可靠的检测或定位，可能是难以克服的挑战。

附图说明

图1是示出根据本发明各实施例的装置和方法的功能框图。

图2是示出根据本发明各实施例的装置和方法的另一个功能框图。

图3是示出根据本发明各实施例的装置的框图。

图4-5示出本发明的附加系统实施例。

图6是示出根据本发明各实施例的数种方法的流程图。

图7是示出根据本发明各实施例的制品的框图。

具体实施方式

在特定实施例中，公开了装置、系统、和方法，用于通过用钻头或钻柱上的受控源产生的弹性能来照射预先存在的断裂、使得这些断裂用作辐射回地下的弹性和电磁能的次级来源（在地下，该次级来源可由合适的传感器所检测），从而定位预先存在的断裂。在一些实施例中，公开了装置、系统、和方法，用于无论是例如在钻探处理过程中同时产生断裂、或作为商业断裂操作的结果产生断裂时，用于定位断裂。在很多实施例中，使用合适的传感器监测来自断裂初始化或照射的弹性、磁性、和/或电场发射。在很多这些实施例中，使用时间反演的信号处理来接近地确定地层中断裂的位置。以此方式，不仅是断裂的位置、还有受到该断裂影响的地层的范围、和断裂的取向，可被可靠地确定。

因此，在特定实施例中，使用弹性能量。假设该弹性能包括在所有方向中（而不仅是在某个反射平面中）向外传播的震源能。因此，当这个能量遭遇到位于地下的包含在常规沉积矿床中的、或跨常规沉积矿床切割得到的阻抗间断点，一些能量在该间断点被散射，从而在沿钻口的传感器处被接收。然后，使用下文所述的各处理技术，可标识出该间断点的位置。间断点的示例包括断裂的空洞、碎屑、瑕疵、和边缘。

为了从位于或靠近断裂地下地层处的基于钻口的传感器处获得断裂位置信息，可使用至少两个不同的非常规成像技术—每一个可提供在钻口附近的断裂的图像。这两个技术利用断裂本身作为主或次级源。