用于利用電磁源檢測(cè)巖層中的斷裂的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)巖層中的斷裂的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 含油氣地層（hydrocarbon bearing formation)的水力壓裂（hydro-frac)是在 世界范圍內(nèi)的傳統(tǒng)和非傳統(tǒng)油氣儲(chǔ)藏中所應(yīng)用的一種生產(chǎn)增強(qiáng)技術(shù)。在其中使用水力壓裂 (hydro-fracking)的儲(chǔ)藏中，通過(guò)由每一處破裂或斷裂區(qū)塊所排出的假定儲(chǔ)藏體積來(lái)管理 井的放置。對(duì)于水力壓裂區(qū)塊的尺寸的不準(zhǔn)確表征導(dǎo)致比起高效地排出給定儲(chǔ)藏所必要的 情況鉆探更多的井。如果能夠更加準(zhǔn)確地確定斷裂區(qū)塊的大小，則可以導(dǎo)致井規(guī)劃和鉆探 方面的高效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種用于檢測(cè)巖層中的斷裂或斷裂區(qū)塊的表面電磁 (EM)勘探系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括電磁源，其被配置成在巖層的附近或其表面處生成電磁場(chǎng)。 所述電磁源包括設(shè)置在所述表面附近或者設(shè)置在所述表面處的一個(gè)或多個(gè)電偶極源，以生 成基本上垂直的電場(chǎng)。例如在一個(gè)實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)電偶極源可以被垂直地布置 在巖層內(nèi)的距離表面的淺深度處。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以將多個(gè)（例如4個(gè)到8個(gè)之間） 水平接地電偶極圍繞一個(gè)中心點(diǎn)徑向地指向，從而在表面下的所述多個(gè)水平電偶極的中心 下方產(chǎn)生基本上垂直的電場(chǎng)。所述垂直布置的電偶極或者所述水平電偶極源陣列在后文中 將被稱作VED源。所述系統(tǒng)還包括與電磁源相關(guān)聯(lián)的電磁接收器，所述電磁接收器被配置 成測(cè)量巖層表面處的電磁場(chǎng)的一個(gè)分量。所述系統(tǒng)還包括處理器，其被配置成把在電磁接 收器處測(cè)量的電磁場(chǎng)的所測(cè)分量轉(zhuǎn)換成電磁源的每單位磁矩的電磁場(chǎng)響應(yīng)。所述電磁場(chǎng)響 應(yīng)提供關(guān)于所述斷裂或斷裂區(qū)塊的特性參數(shù)的信息。
[0004] 本發(fā)明的另一方面是提供一種用于利用表面電磁（EM)勘探系統(tǒng)檢測(cè)巖層中的斷 裂或斷裂區(qū)塊的方法。所述方法包括：利用電磁源在巖層的附近或其表面處生成電磁場(chǎng)。 所述電磁源包括設(shè)置在所述表面附近或者設(shè)置在所述表面處的一個(gè)或多個(gè)電偶極源，以生 成基本上垂直的電場(chǎng)。例如在一個(gè)實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)電偶極源可以被垂直地布置 在巖層內(nèi)的距離表面的淺深度處。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以將多個(gè)（例如4個(gè)到8個(gè)之間） 水平接地電偶極圍繞一個(gè)中心點(diǎn)徑向地指向，從而在表面下的所述多個(gè)水平電偶極的中心 下方產(chǎn)生基本上垂直的電場(chǎng)。所述垂直布置的電偶極或者所述水平電偶極源陣列在后文中 將被稱作VED源。所述方法還包括：利用與電磁源相關(guān)聯(lián)的電磁接收器測(cè)量巖層表面處的 電磁場(chǎng)的一個(gè)分量；以及利用處理器把所述電磁場(chǎng)的分量轉(zhuǎn)換成電磁源的每單位磁矩的電 磁場(chǎng)響應(yīng)。所測(cè)量的電磁場(chǎng)響應(yīng)提供關(guān)于所述斷裂或斷裂區(qū)塊的特性參數(shù)的信息。
[0005] 雖然根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的各個(gè)步驟在前面的段落中被描述成按照 特定順序發(fā)生，但是本申請(qǐng)不受限于各個(gè)步驟的發(fā)生順序。實(shí)際上在替換實(shí)施例中，可以按 照與前面所描述或者在這里的其他方面描述的順序不同的順序來(lái)執(zhí)行各個(gè)步驟。
[0006] 通過(guò)參照附圖考慮后面的描述和所附權(quán)利要求書，本發(fā)明的前述和其他目的、特 征和特性、有關(guān)結(jié)構(gòu)單元的操作方法和功能以及制造的部件組合和經(jīng)濟(jì)性將變得更加顯而 易見，所有這些構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分，其中相同的附圖標(biāo)記在各幅圖中指代相應(yīng)的部件。 但是應(yīng)當(dāng)明確理解的是，附圖僅僅是出于說(shuō)明和描述的目的，而不意圖作為本發(fā)明的限制 的定義。除非上下文明確地另有所指，否則在說(shuō)明書和權(quán)利要求書中使用的單數(shù)形式"一 個(gè)"、"一項(xiàng)"也包括復(fù)數(shù)形式。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 在附圖中：
[0008] 圖IA描繪出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于檢測(cè)巖層中的斷裂的表面電磁（EM) 勘探系統(tǒng)；
[0009] 圖IB是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括模擬井和模擬斷裂區(qū)塊的模擬北-南 (NS)深度剖面的剖面圖；
[0010] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的斷裂所處的深度處的模擬深度剖面的剖 面圖；
[0011] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的被水平電偶極接收器圍繞的垂直電偶極 (VED)源的星形圖案；
[0012] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的時(shí)域內(nèi)的響應(yīng)百分比改變的三維表示，其是時(shí) 間對(duì)數(shù)和沿著對(duì)應(yīng)于圖IB和2中所示的斷裂區(qū)塊的Y軸（即NS方向）的位置的函數(shù)；以 及
[0013] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的時(shí)域內(nèi)的響應(yīng)百分比改變（C)的三維表示， 其是時(shí)間對(duì)數(shù)和沿著對(duì)應(yīng)于圖IB和2中所示的斷裂區(qū)塊的Y軸（即NS方向）的位置的函 數(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 所述用于利用垂直電偶極檢測(cè)巖層內(nèi)的斷裂的系統(tǒng)和方法可以改進(jìn)從表面電磁 測(cè)量繪制斷裂區(qū)塊的地圖的能力。
[0015] 圖IA描繪出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于檢測(cè)巖層101中的斷裂或斷裂區(qū)塊 110的表面電磁（EM)勘探系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括電磁源102,其被配置成在巖層101的 附近或其表面103處生成電磁場(chǎng)。電磁源102可以包括設(shè)置在表面103附近的一個(gè)或多個(gè) 電偶極源，以生成基本上垂直的電場(chǎng)。例如在一個(gè)實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)電偶極源可以 被垂直地布置在巖層內(nèi)的距離表面的淺深度處。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以將多個(gè)（例如4 個(gè)到8個(gè)之間）水平接地電偶極圍繞一個(gè)中心點(diǎn)徑向地指向，從而在表面下的所述多個(gè)水 平電偶極的中心下方產(chǎn)生基本上垂直的電場(chǎng)。系統(tǒng)100還包括與電磁源102相關(guān)聯(lián)的電磁 接收器104。電磁接收器104被配置成測(cè)量巖層101的表面103處的電磁場(chǎng)的分量。系統(tǒng) 100還包括與源102和接收器104通信的處理器106。處理器106被配置成把在電磁接收 器104處測(cè)量的電磁場(chǎng)的所測(cè)分量轉(zhuǎn)換成電磁源102的每單位磁矩的電磁場(chǎng)響應(yīng)。所述電 磁場(chǎng)響應(yīng)提供關(guān)于所述斷裂或斷裂區(qū)塊110的特性或特性參數(shù)的信息。在一個(gè)實(shí)施例中， 所述斷裂的特性可以包括所述斷裂或斷裂區(qū)塊的指向、所述斷裂或斷裂區(qū)塊的位置、所述 斷裂或斷裂區(qū)塊的大小或者所述斷裂或斷裂區(qū)塊的范圍或者其任意組合。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100還可以包括與處理器106通信的顯示系統(tǒng)108,以顯示 或者提供電磁場(chǎng)響應(yīng)的視覺(jué)表示。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，電磁源102可以包括一個(gè)或多個(gè)電偶極源。在一個(gè)實(shí)施例中，電 磁接收器104可以包括一個(gè)或多個(gè)電場(chǎng)或磁場(chǎng)接收器。在后面的段落中，將結(jié)合模擬系統(tǒng) 或模擬數(shù)據(jù)響應(yīng)來(lái)進(jìn)一步描述前面的系統(tǒng)100。但是可以認(rèn)識(shí)到，前面的系統(tǒng)100可以被實(shí) 施在真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中。
[0018] 圖IB是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括模擬井12和模擬斷裂區(qū)塊14的模擬 北-南（NS)深度剖面10的剖面圖。剖面10的垂直軸（或z軸）代表深度。剖面10的水 平軸（y軸）代表沿著深度剖面10的NS方向的距離。在該例中，模擬井12位于y軸上的 距離0處，并且位于近似1990米到近似2590米之間的深度處。模擬電磁源包括垂直電偶 極（VED) 16,并且包括水平電偶極（HED) 18的接收器被布置在表面17處或者其附近。在該 實(shí)施例中示出了垂直地布置在巖層內(nèi)的距離表面的淺深度處的多個(gè)電偶極源16。但是正如 在前面的段落中所闡述的那樣，在另一個(gè)實(shí)施例中，可以將多個(gè)（例如4個(gè)到8個(gè)之間）水 平接地電偶極圍繞一個(gè)中心點(diǎn)徑向地指向，從而在表面下的所述多個(gè)水平電偶極的中心下 方產(chǎn)生主體上或基本上垂直的電場(chǎng)。所述垂直布置的電偶極16或水平電偶極源陣列在這 里被視為都產(chǎn)生垂直指向的電場(chǎng)的VED源。
[0019] 這一系統(tǒng)被稱作VED-HED系統(tǒng)。在該實(shí)施例中，VED源16被布置在表面17附近， 例如被布置在鉆孔內(nèi)的淺深度處（例如z軸上的近似IOOm到近似200m之間）。術(shù)語(yǔ)"淺 深度"是相