[发明专利]用于利用电磁源检测岩层中的断裂的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测岩层中的断裂的系统和方法。

背景技术

含油气地层(hydrocarbon bearing formation)的水力压裂(hydro-frac)是在世界范围内的传统和非传统油气储藏中所应用的一种生产增强技术。在其中使用水力压裂(hydro-fracking)的储藏中，通过由每一处破裂或断裂区块所排出的假定储藏体积来管理井的放置。对于水力压裂区块的尺寸的不准确表征导致比起高效地排出给定储藏所必要的情况钻探更多的井。如果能够更加准确地确定断裂区块的大小，则可以导致井规划和钻探方面的高效率。

发明内容

本发明的一个方面是提供一种用于检测岩层中的断裂或断裂区块的表面电磁(EM)勘探系统。所述系统包括电磁源，其被配置成在岩层的附近或其表面处生成电磁场。所述电磁源包括设置在所述表面附近或者设置在所述表面处的一个或多个电偶极源，以生成基本上垂直的电场。例如在一个实施例中，所述一个或多个电偶极源可以被垂直地布置在岩层内的距离表面的浅深度处。在另一个实施例中，可以将多个(例如4个到8个之间)水平接地电偶极围绕一个中心点径向地指向，从而在表面下的所述多个水平电偶极的中心下方产生基本上垂直的电场。所述垂直布置的电偶极或者所述水平电偶极源阵列在后文中将被称作VED源。所述系统还包括与电磁源相关联的电磁接收器，所述电磁接收器被配置成测量岩层表面处的电磁场的一个分量。所述系统还包括处理器，其被配置成把在电磁接收器处测量的电磁场的所测分量转换成电磁源的每单位磁矩的电磁场响应。所述电磁场响应提供关于所述断裂或断裂区块的特性参数的信息。

本发明的另一方面是提供一种用于利用表面电磁(EM)勘探系统检测岩层中的断裂或断裂区块的方法。所述方法包括：利用电磁源在岩层的附近或其表面处生成电磁场。所述电磁源包括设置在所述表面附近或者设置在所述表面处的一个或多个电偶极源，以生成基本上垂直的电场。例如在一个实施例中，所述一个或多个电偶极源可以被垂直地布置在岩层内的距离表面的浅深度处。在另一个实施例中，可以将多个(例如4个到8个之间)水平接地电偶极围绕一个中心点径向地指向，从而在表面下的所述多个水平电偶极的中心下方产生基本上垂直的电场。所述垂直布置的电偶极或者所述水平电偶极源阵列在后文中将被称作VED源。所述方法还包括：利用与电磁源相关联的电磁接收器测量岩层表面处的电磁场的一个分量；以及利用处理器把所述电磁场的分量转换成电磁源的每单位磁矩的电磁场响应。所测量的电磁场响应提供关于所述断裂或断裂区块的特性参数的信息。

虽然根据本发明的一个实施例的方法的各个步骤在前面的段落中被描述成按照特定顺序发生，但是本申请不受限于各个步骤的发生顺序。实际上在替换实施例中，可以按照与前面所描述或者在这里的其他方面描述的顺序不同的顺序来执行各个步骤。

通过参照附图考虑后面的描述和所附权利要求书，本发明的前述和其他目的、特征和特性、有关结构单元的操作方法和功能以及制造的部件组合和经济性将变得更加显而易见，所有这些构成本说明书的一部分，其中相同的附图标记在各幅图中指代相应的部件。但是应当明确理解的是，附图仅仅是出于说明和描述的目的，而不意图作为本发明的限制的定义。除非上下文明确地另有所指，否则在说明书和权利要求书中使用的单数形式“一个”、“一项”也包括复数形式。

附图说明

在附图中：

图1A描绘出根据本发明的一个实施例的用于检测岩层中的断裂的表面电磁(EM)勘探系统；

图1B是根据本发明的一个实施例的包括模拟井和模拟断裂区块的模拟北-南(NS)深度剖面的剖面图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的断裂所处的深度处的模拟深度剖面的剖面图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的被水平电偶极接收器围绕的垂直电偶极(VED)源的星形图案；

图4是根据本发明的一个实施例的时域内的响应百分比改变的三维表示，其是时间对数和沿着对应于图1B和2中所示的断裂区块的Y轴(即NS方向)的位置的函数；以及

图5是根据本发明的另一个实施例的时域内的响应百分比改变(C)的三维表示，其是时间对数和沿着对应于图1B和2中所示的断裂区块的Y轴(即NS方向)的位置的函数。

具体实施方式

所述用于利用垂直电偶极检测岩层内的断裂的系统和方法可以改进从表面电磁测量绘制断裂区块的地图的能力。