[发明专利]具有高采样速率的井下压力测量工具

说明书

本发明涉及将流体喷射于井中，并且更具体地说，涉及一种用于通过使用井下压力测量测定压裂范围来动态监测井上的喷射操作的系统。

尽管通常对井进行钻探以开采流体(如油、气和水)，但在流体喷射于井中的情况下还会出现相反的情况。通常被称为喷射井，流体(如水、废水、盐水、化学品和CO₂)会喷射于地下的多孔岩层中。喷射井具有一系列用途，包括促进油开采、长期(CO₂)储存、废物处理、采矿和防止盐水浸入。

当将流体喷射于井中时，相较于地层中的流体，其始终处于较高压力下并且因此将渗透穿过多孔地层。在存在人造(例如通过穿孔)或天然裂缝的情况下，流体将进入裂缝并且填充裂缝体积。如果使用足够的流体压力来震动地层，那么天然裂缝将扩大。另外，进行剪切并且可使天然裂缝的长度有所延伸。裂缝还可通过在岩石中产生拉伸断裂来形成。

举例来说，当在通过水力压裂采收烃中对页岩进行增产时，裂缝的产生和延伸可为有益的。在此，井可以被视为用于在压裂作业期间喷射流体的喷射井。在典型压裂作业中，以斜升的泵送速率喷射水或呈凝胶形式的稠化水以震动地层并且打开地层中预先存在的天然裂缝。在最高泵送速率下，随后将支撑剂添加到水中以填充裂缝。随后回采压裂作业中所用的泵送流体，之后是烃流，其中烃产量与裂缝的表面积直接相关。

然而，对于处理井来说，情况则相反。在处理井中，工业废料，如非所需的和通常有害的化工副产物会被喷射于深井中。近年来，开始进行CO₂的地质封存(geologicsequestration)。在这些井中，存在严格的法规来保护地下饮用水源，例如地层中的含水层不受污染。这些法规意图确保喷射流体留在所述井和期望的喷射区域中。如果裂缝网络延伸到含水层，那么裂缝的产生或延伸将增加喷射区域和风险。

在用于采收烃的压力保持井中，喷射水以保持储层中的压力(亦称为亏空弥补(voidagereplacement))、将油从储层转移并且将其冲向井。这些井可呈水喷射或采出水再喷射。裂缝的产生或延伸可导致开采井处提前见水(earlywaterbreakthrough)，会严重限制烃开采。

因此，在喷射操作期间动态监测裂缝范围将为有益的。已研发出技术来测量裂缝长度。测斜仪裂缝绘图和微震裂缝绘图提供直接远场方法，其需要优选位于井眼中、井周围的昂贵仪器并且提供难以解释的结果。解释会耗费时间并且因此，进行实时或近实时动态监测为不可能的。以在井中运作仪器的形式进行井测试会提供直接近井筒结果，但这些限于接近于井筒的裂缝并且基于所作假设和缺乏预裂缝井测试数据可能具有很大不确定性。其还需要井干预并且因此禁止在喷射期间进行动态监测。

最广泛使用的技术是由净压力的水力裂缝建模进行的间接计算、压力瞬变测试分析和产量数据分析。这些技术的局限性在于长度是推测的而非测量的，并且因此估算结果视所用模型而大不相同。已知井测试的历史匹配会产生非唯一的参数集，会根据解释者的经验而留下最佳选择并且因此具有显著不确定性。

基于压力测量的现有技术描述于呈递在1992年10月4-7日在华盛顿DC(Washington,DC)举办的第67届国际石油工程师协会技术年会暨展览(the67^thAnnualTechnicalConferenceandExhibitionoftheSocietyofPetroleumEngineers)上的R.W.Paige、J.D.M.Roberts、L.R.Murray、D.W.Mellor的‘使用水力阻抗测试的裂缝测量(FractureMeasurementUsingHydraulicImpedanceTesting)’(SPE24824)中。这一技术通过将压力脉冲引入井中并且解释所得压力迹线来测定裂缝尺寸。所述方法涉及使用压力计，其安装在井口处。压力脉冲将从井底部反射并且可以对所得反射加以分析。在存在裂缝的情况下，当假定进入裂缝的脉冲将衰减到无并且未见于井筒中时所反射的迹线将较为快速地衰减，对于较大尺寸的裂缝来说，反射系数会变为零并且不会发生反射。更大的裂缝将产生反射的倒峰。这一测量的主要局限性在于当脉冲行进通过井筒时所出现的反射量，其使得难以解释。此外，预裂缝数据通常不可用并且因此进行假设，其极大地影响计算结果。

因此，本发明的一个目标在于提供一种动态监测系统以通过测定压裂范围来监测井上的喷射操作，所述系统会克服现有技术的缺陷中的至少一些。