可压裂性测试方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本文中公开的主题的实施方案总体而言涉及油气勘探和提取的领域。具体地，本 文中公开的实施方案涉及用于确定岩石的地质力学特性以及响应于那些测量来调整油气 回收操作的装置、方法和系统。
【背景技术】
[0002] 地球物理学数据对于比如天气和气候预测、环境监测、农业、矿业以及地震学的各 种应用是有用的。由于已经证明了这种数据的经济收益，并且已经发现并开发了对于地球 物理学数据的额外应用，因此对于局部的、高分辨率和成本效益好的地球物理学数据的需 求已经极大的增长。这种趋势预期将继续。
[0003]例如，地震数据采集和处理可以用于生成在地面之下（或者在陆地上或海床上） 的地球物理结构的剖面（图像），其帮助发现和提取油气储量。而这种剖面不提供对于油储 层和气储层的准确定位，对于本领域中训练有素的人员来说其表明了存在或者不存在这种 储层。
[0004] 传统上，能够提供地表下的高分辨率图像的陆地地震勘测系统10通常配置为如 图1中图示的（尽管使用了许多其他配置）。系统10包括多个接收器12和获取单元12a， 它们位于待开发的地表下区域13之上并且与地表面14接触。在接收器12的区域13附近， 许多地震源16还位于区域17中的表面14上。记录设备18连接至多个接收器12,并且例 如放置在测试车20中。每一个源16可以由可变数量的振动器或爆炸设备组成，并且可以 包括本地控制器22。可以存在中心控制器24以协调源16的激发时间。定位系统26(例 如，GPS、GL0NASS、伽利略以及北斗）可以用于在时间上将源16与接收器12和/或获取单 兀12a进彳丁关联。
[0005] 利用该配置，源16被控制为生成地震波，并且接收器12记录由地表下反射的波。 接收器12和获取单元12a可以利用电缆30彼此连接以及连接至记录设备。可选地，接收 器12和获取单元12a可以配对为自主式节点，而不需要电缆30。
[0006]地震成像的目的是根据由接收器12进行的声波反射测量来生成地表下的高分辨 率图像。通常，如图1所示，多个地震源和接收器彼此之间有一定距离地分布在地表面上。 源16被激活以产生通过底土传播的地震波。这些地震波在它们传播时发生偏差。它们在 底土的地质界面处被折射、反射以及衍射。已经通过底土传播的某些波通过地震接收器12 进行检测，并且以信号形式记录为时间的函数（被叫做轨迹）。
[0007]-旦发现了对于油气储藏有希望的地区，钻探竖直和水平井以潜在地提取储藏。 例如，在美国和世界的其他地区，存在着很多待被发现的油页岩沉积的地区。油页岩是一种 很久之前储藏的沉积矿床的形式，通常以碳酸钙、碳酸钠、碳酸氢钙以及石英的形式。此外， 土壤物质和其他化合物可能已经埋入以上所述的物质的基质中。
[0008] 虽然存在许多油页岩储藏，但它们中的大部分位于地球表面下五千到一万英尺的 深部沉积。从20世纪前期以来，对于从分层的页岩地层采掘或提取油已经做出了很多尝 试。尽管历史上页岩油被证明是非常适合的油气产品，但提取油页岩储藏的复杂性使得生 产的成本增加到远超相似产品的市场价格。因此，持久的页岩生产被证明是不经济的。
[0009] 近来，两种专业技术的迅速发展和开发已显著地改变了从页岩沉积提取油的成 本。第一个改进是精细控制的并且可操纵方向的钻探技术，其使得垂直钻探能够以选择深 度重新定向到水平钻探中。之后钻探可以在页岩地层水平地继续相当远的距离。
[0010] 第二个改进是水力压裂技术的发展，其中浆体在沿着插入套管的规则穿孔点处栗 送到井中，以延长正在耗尽的油田的经济寿命。尽管在二十世纪40年代末首次被使用，但 水力压裂近来已变成用来加强低渗透性地层（特别是非常规的储藏，主要是致密砂岩、煤 床以及深层页岩石）的生产的常用技术。
[0011] 尽管有许多改进，但压裂的成本仍然相对较高并且依然是明显的低效率。例如，许 多油页岩地层穿过在地球的地壳中的构造断层线，且因此在它们的结构是非连续的。一些 油页岩地层在垂直和水平平面上都些微地倾斜。因此，大量的油会根据钻探距离而显著地 变化。实际上，据估计，在典型的压裂操作中大约30%的穿孔点对应于在其处油是不可用的 干燥地区。
[0012] 参考图2a，在水平的页岩气井中，压裂通常以规则的固定间隔处的多个段完成，该 多个段从井的"足尖"（给足形水平钻井孔的尖部起的名字）开始，并且朝向"足根"（钻井 孔最靠近竖直部分的水平部分的端部）行进。例如，在页岩层内横向延伸5, 000英尺的钻 井孔在相距几百英尺的十到十五段可能是水力压裂的。通常，每个穿孔间隔依次隔离，使得 仅井的单个截面在给定时间被水力压裂并且防止对钻井孔的其他部分的损害。
[0013] 在水力压裂操作其间，压裂液通过在套管的截面中的穿孔在高压时栗送。压裂液 的化学成分以及其栗送到页岩地层中的时候的速度和压力被调整以适应每个页岩的具体 特性，在某种程度上是每个井。当压力增加到足够水平时，平面的水力压裂在岩石中打开， 或多或少地垂直于钻井孔的通道传播。尽管在图2a中描述的压裂不得已显示为基本上竖 直的，但在井中的套管穿孔通常取向为产生水平传播而不是竖直传播的压裂。
[0014] 应当注意，页岩的压裂特征可能在井之间甚至在相同的井内显著地变化。例如，在 承受相同水平的液力水压和浸泡时间时，软油页岩地层的响应不同于硬油页岩地层。除了 矿物成分之外，页岩地层的压裂特征可以取决于页岩的质地或构造。例如，具有较大和/或 更充足孔隙的页岩地层可以比具有较小和较少孔隙的页岩地层更容易压裂。
[0015] 参考图2b，典型的水力压裂可以在每个方向上从井中以大约500-800英尺水平地 传播。压裂压力被精细地控制，以防止在气生页岩（gas-producingshale)层的厚度之外 竖直传播。传播水力压裂所需的压力是变化的并且取决于深度、在页岩的孔隙中气体的压 力以及含油气层的地质力学特性，比如多孔性。
[0016] 考虑到前述事项，含油气层以及邻近层的可压裂性的可靠并且现成可用的估计可 以显著地提高油气开采操作的有效性。
【发明内容】
[0017] 一种用于估计地理位置的可压裂指数的方法包括：确定从地理位置提取的地质样 品的构造指标和矿物组成指标，以及根据该构造指标和矿物组成指标来估计地理位置的可 压裂指数。构造指标可以是纹理相关的测量，比如纹理尺寸或棱角性，或者孔隙空间相关的 测量，比如孔隙面积、直径、纵横比以及周长，或者与这些测量相关的统计数据。
[0018] 在某些实施方案中，确定矿物组成指标包括：在地质样品内检测普遍的至少一个 有机代用指标，比如钒、铁、铀、钍、铜、硫、锌、铬、镍、钴、铅以及钼。确定矿物组成指标还可 以包括检测普遍的硅质碎肩、碳酸盐和粘土中的一个、两个或全部。
[0019] 该方法还包括根据可压裂性指数来调整油气开采操作。在某些实施方案中，用来 确定构造指标和矿物组成指标以及估计可压裂性指数的仪器位于现场来帮助油气开采操 作的应答调整。在本文中还公开了相应的系统和装置。
【附图说明】
[0020] 并入并且构成说明书的一部分的附图显示了一个或多个实施方案，并且连同描述 一起说明了这些实施方案。在附图中：
[0021] 图1是描绘用于油气开采操作的在勘探阶段中的传统陆地地震勘测系统的示意 图；
[0022] 图2a和2b是描绘为了提高油气开采操作的提取阶段而使用的压裂的示意图；
[0023] 图3是描绘用于油气开采操作的测量和调整方法的一个实施方案的流程图；
[0024]图4a是描绘孔隙空间图像生成装置的一个实施方案的数据流程图；
[0025] 图4b是显示如何能够利用直方图