用于利用电磁源检测岩层中的断裂的系统和方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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】
[0007] 在附图中：
[0008] 图IA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；
[0009] 图IB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；
[0010] 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；
[0011] 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；
[0012] 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IB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
[0013] 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IB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】
[0014] 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。
[0015] 图IA描绘出根据本发明的一个实施例的用于检测岩层101中的断裂或断裂区块 110的表面电磁（EM)勘探系统100。系统100包括电磁源102,其被配置成在岩层101的 附近或其表面103处生成电磁场。电磁源102可以包括设置在表面103附近的一个或多个 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。系统100还包括与电磁源102相关联的电磁 接收器104。电磁接收器104被配置成测量岩层101的表面103处的电磁场的分量。系统 100还包括与源102和接收器104通信的处理器106。处理器106被配置成把在电磁接收 器104处测量的电磁场的所测分量转换成电磁源102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110的特性或特性参数的信息。在一个实施例中， 所述断裂的特性可以包括所述断裂或断裂区块的指向、所述断裂或断裂区块的位置、所述 断裂或断裂区块的大小或者所述断裂或断裂区块的范围或者其任意组合。
[0016] 在一个实施例中，系统100还可以包括与处理器106通信的显示系统108,以显示 或者提供电磁场响应的视觉表示。
[0017] 在一个实施例中，电磁源102可以包括一个或多个电偶极源。在一个实施例中，电 磁接收器104可以包括一个或多个电场或磁场接收器。在后面的段落中，将结合模拟系统 或模拟数据响应来进一步描述前面的系统100。但是可以认识到，前面的系统100可以被实 施在真实现场测量中。
[0018] 图IB是根据本发明的一个实施例的包括模拟井12和模拟断裂区块14的模拟 北-南（NS)深度剖面10的剖面图。剖面10的垂直轴（或z轴）代表深度。剖面10的水 平轴（y轴）代表沿着深度剖面10的NS方向的距离。在该例中，模拟井12位于y轴上的 距离0处，并且位于近似1990米到近似2590米之间的深度处。模拟电磁源包括垂直电偶 极（VED) 16,并且包括水平电偶极（HED) 18的接收器被布置在表面17处或者其附近。在该 实施例中示出了垂直地布置在岩层内的距离表面的浅深度处的多个电偶极源16。但是正如 在前面的段落中所阐述的那样，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 方产生主体上或基本上垂直的电场。所述垂直布置的电偶极16或水平电偶极源阵列在这 里被视为都产生垂直指向的电场的VED源。
[0019] 这一系统被称作VED-HED系统。在该实施例中，VED源16被布置在表面17附近， 例如被布置在钻孔内的浅深度处（例如z轴上的近似IOOm到近似200m之间）。术语"浅 深度"是相