[发明专利]测试应变和压力的系统和方法

说明书

相关申请

本申请请求享有美国临时申请序列No.61/425,603的优先权，该美国申请的申请日为2010年12月21日，该美国申请的全部内容组合在文中作为参考。

技术领域

本发明的公开内容通常涉及用于测量地下地层中的应变和/或压力的系统和方法。

背景技术

在油田操作中，经常需要测量由于井干预(如水压致裂和流体注入)所致的地层应变或压力变化。这些操作通常会在地层中形成高压，经常会导致岩石骨架崩溃(断裂)，将使干预处周围的空间中的地层变形。测量这种地层应变可诊断干预效果，能更改干预参数，如果测量技术花费不高的话，将会带来显著的经济效益。在从不足一秒至若干年的时间尺度范围内可发生应变变化，这些应变变化存在于远离进行干预的井(处理井)的位置上，通常会影响与附近井交叉的岩石空间。类似地，检测出异常压力表明存在流体通道或可能存在崩溃或地层/凝结物。

当圆柱形结构(如套管)承受各种力时，可采用各种方法来将传送器和/或传感器应用到圆柱形结构中，然后使用传感器或传送器检测所述结构的变形状况；这些方法是公知的。例如，美国专利No.7,245,791公开了如下内容：温度变化表明光纤和其周围包裹有光纤的支撑结构(如井管和/或套管)发生其他应变，这些温度变化影响光纤的折射系数，从而可以考虑将温度变化单独用于校准应变测量值。

尽管存在上述方法，但是，以可接受的花费和准确度在处理井周围的空间中原位测量井干预期间的地层应变的方法目前还没有。可采用地面和垂直地震剖面(VSP)测量方法，但是，这些测量方法产生地层速度作为原始测量值，进而需要将该测量值转换成应变值，因而，这些测量方法不准确，需要进行校准。原理上，地层应变仪可布置在套管外侧的固定安装位置上，但是成本高得惊人，尤其是在以多个井和深度测点为目标的情况下。另外，有时需要检测处理井中的地层应变和/或压力，如果不能使用传统的压力和应变测量仪器就难以实现上述检测。

发明内容

本发明的公开内容提供了一种系统和原位固定检测方法，用于以可接受的花费和准确度测量处理井周围的空间中的地层应变。

在优选实施例中，本发明包括将DAS(数据采集系统)光纤安装在处理井和附近井中。激光进入井口装置上方的光纤中，通过地表上的光学元件检测反向散射信号。公知的光学时域折射(OTDR)方法优选用于根据来自于地层附近的光纤部分的反向散射信号来推断地层应变。可在不足一毫秒的时间尺度内询问所有深度，从而提供所有重要深度处的几乎即时的应变测量值。可同时对许多井进行应变/压力评估，从而在可能的大区域范围内提供体积应变或压力样本。可使用这些测量值诊断和修正地质力学模型；或，在结合或不结合其他测量值的情况下，使用这些测量值可直接干预处理操作。

在某些实施例中，本发明包括一种检测方法，用于检测井处理(如在第一井中的压裂处理或流体注入)效果，该方法包括以下步骤：a)将至少一个分布式声学应变传感器安装在至少一个测试井中，所述测试井与第一井的距离已知；b)开始对第一井进行处理；c)使用分布式声学应变传感器检测测试井周围的地层；d)使用分布式声学应变传感器，检测测试井中的第一位置上的应变变化；以及e)使用在步骤d)中检测的应变变化值或压力变化值来确定在步骤b)中对井的处理情况。本发明也可用于测定断裂网状结构或诱导水压致裂的横向、水平或竖向(地层)范围。

分布式声学应变传感器可安装在一个或更多个测试井中，每个测试井与第一井或处理井的距离为50m至5000m。每个分布式声学传感器优选包括光缆和相连的激光询问器，该询问器用于通过光纤发出以及接收光学信号。

在步骤d)中检测的应变变化可用于表明井处理影响已经达到或超出预定优选处理区的极限范围，根据步骤e)中的测定可控制或停止井处理。本发明也可用于测定关于第一井和测试井之间的地层的信息。

本发明的其他实施例涉及，在生产操作之前、过程中、以及之后在地层中对近处和/或远处应变或压力的延时测量。根据本发明，可在长的时间区段内—若干秒/若干分/若干天/若干周/若干月/若干年内—测量应变值，从而测量数据范围比标准地震数据范围更大。

文中使用的术语“井处理”表示，可在井中执行的任何流体注入或去除过程，包括压裂处理(fraccing)、溶剂注入、生产以及类似过程。

附图说明

为了更充分理解优选实施例，请参照附图，该附图示意性示出了根据本发明第一实施例的系统。

具体实施方式