[发明专利]用来测绘声能源的单井系统

说明书

本发明涉及地球物理设备和方法。更具体地说，提供一种用来定位井周围微震事件或其他声波的源的系统。

当在固体中的应力引起破碎或薄弱区域突然运动时，在固体中产生低能声波。能量释放可以称作“声发射”，或者更普通地当固体是地球中的结构层时，能量释放叫做“微震事件”。微震事件可以由引起岩石应力变化和薄弱平面处的运动的岩石孔空隙内的流体压力变化、或者由水力破碎引起。产生的地震波能认为是极弱的地震。多年前就已经知道，这种微震事件发生在其中显著压力变化发生的油气层中。

井的水力破碎广泛实施，作为一种用来增大井生产率的方法。在这种方法中，把流体以高速率和比在要破碎的结构层中的地应力大的压力注入。典型地，在井周围产生竖直水力破碎，并且破碎可以从井延伸几百英尺。破碎也可以沿井孔延伸显著的距离。

重要的是知道沿井孔的水力破碎程度，从而能确定破碎是否已经生长而交叉感兴趣区域上方或下面的其他渗透区域。也希望知道破碎离开井孔的长度和离开井延伸的破碎的方向或方位角，从而能以较高精度预测破碎对感兴趣区域中流体流动的影响。

重要的还有，知道水力破碎是否已经在为了处理目的把流体注射到井中期间穿过不可渗透的障碍层。例如，这种流体可以是盐水、放射性材料、或有害化学废液流。希望具有一种能检测在预期注射区域外的流体和它可能包含的任何固体的可能运动的工具。超越约束预期注射区域的不可渗透障碍层产生的微震事件的检测，能指示这种运动。

不奇怪的是，大量微震事件与水力破碎过程有关。几年前就发现，由在形成水力破碎之后不久发生的微震事件，能导出水力破碎方向或方位角的指示。早期工作由Dobecki在“Hydraulic FractureOrientation Using Passive Borehole Seismics(使用无源钻孔地震学的水力破碎定向)”，Soc．of Pet．Engrs．Paper No．12110，1983年中报告。分析来自微震事件的数据以便由每个事件确定压缩波(P-波)的极化以确定事件的方位方向，极化由“矢端曲线”确定。矢端曲线是地震检波器在一个方向的输出相对于地震检波器在另一个方向的输出的曲线，如x方向相对于y方向。通过测量P-波和剪力波(S-波)在井处的到达时间差并且把该差值乘以一个涉及相应P-波和S-波速度的因子，计算从事件到井的距离。跟随水力破碎的地震事件的直方图也画在极坐标中，以指示事件的方位分布，并因此指示水力破碎的方向。

最近，在水力破碎期间在井中接收的地震事件的检查、破碎之后的压力下降、及流体的流回在“Acoustic Emission MonitoringDuring Hydraulic Fracturing(在水力破碎期间的声发射监视)”，SPEFormation Evaluation Journal，PP．139-144，1992年6月中报告。在该论文中指出，当用单组三维地震检波器检测微震事件时，180°的模糊性存在于竖直或z方向。波到达时第一运动的极性是未知的，因为在接收器上方或下面的源可以产生相同的信号。

一种由通过在离被破碎的井的已知距离处的诸井中放置的单地震检波器接收的声发射定位破碎的方法，报告在“Observations ofBroad Band Microseisms During Reservoir Stimulation(在储层激励期间宽带微地震的观察)”，Society of Exploration Geophysics 63rdConference，Washington，1993中。该方法相当昂贵：必须使用多个井孔，并且必须运行多个工具。利用在独立井中接收的信号，使用三角测量计算来定位地震事件的源。

通过除井的水力破碎或储层中压力变化之外的过程，在地表下岩石中可以产生微震事件。伴随储层压力减小的下沉也可能导致储层上方表面或海床处的桩柱或其他设备的运动，例如产生另外的微震事件。而且，在井套管内的压力增大可以引起套管周围的水泥护层的机械失效，并且声波可能产生于非常接近于套管处。如果沿套管外的井孔因为缺乏通过水泥的水力密封而有流体压力连通，则压力变化可以引起微震事件产生于非常接近于套管处。

在地表下岩石中的声波源不限于微震事件。例如，至地球表面的非受控井流动，叫做“井喷”，可以以这样高的速率流动，从而在井的底部处或其他段处产生显著的声噪声。经常需要定位该噪声源，以便试图帮助停止非受控流动。噪声源的测量可以从邻井进行。