专利名称：土地水力压裂区深度测定法的制作方法
从地质储集层经济取得石油和天然气在过去是，现在仍然是有不可估量的重要性。这种储集层的可及度从几百英尺以至二英里以上的矿井深度变化。
为在给定时间内取得比其他方法所获得的更为充分的回采，至少早在1949年，已经实行一种在地层结构中岩石的压裂技术。参见颁发给法里斯(Farris)的美国专利第2，596，843号，及维契(R.W.VEATCH，jR)著《水力压裂设计及处理技术现状概论》第1、2部分，原载《石油技术杂志》1983年四，五月号，第677-687、853-864页。后文讨论水力压裂技术，特点和以温度，压力，放射性及声学数据等为基础的压裂研究。
这种压裂方法包括将有适当压力的流体泵送到井中的一个选定高度上，以产生地层的部分分裂。一般这会造成流体的某些漏泄和压力强度的降低。继续泵入流体一般可使断裂延长。
为了提高石油及天然气的回采，将一种诸如硅氧砂粒的颗粒物质，泵入裂隙中，流体压力降低时将裂隙部分撑开。
如上所述，由于压裂处理指定在估计可能有储集层的地层中进行，所以常常在很深的深度下进行。
这种压裂处理涉及设备与泵液的大规模布置，所以必须作特定设计以适合特殊的环境条件。此外，在一个给定的区域中可能有许多矿井，由于其空间关系及其他关系则要求作特殊的压裂设计。
过去，为使设计者能了解压裂设计效果，并产生有预计效果的断裂结果，曾通过各种步骤尝试寻求测定断裂地层的具体性质。一旦水力压裂处理完毕后，描绘出受影响区域的实际位置(离地面深度)及垂直范围(高度)是很重要的工作。实际产生的断裂与设计的断裂可能有很大的差别。例如断裂可能突破预计有断裂的天然地质障壁。预测向上并向外发展的断裂有可能向下发展。在某些情况下，则不能做出可靠的预处理预测。
因此，需要对断裂的深度与高度做出独立的确定或描绘。然后运用这种数据来(a)评估处理设计是否成功，(b)对将来的处理提出建议，(c)使矿井成功地运转，(d)对周围储集层成功地管理。此外，当将这些数据与其他类型数据结合时，还可能在对钻探新油田和对现有油田钻探的正当的要求做出决策是很重要的。
由于断裂结构的孤立和不可及的性质，在伴随有高温度级和低的渗透性的大深度的地层中找油与天然气，应用适当压裂处理的需要与困难有很大的增高。
过去使用的压裂调查方法，包括对流体流量，放射性，温度，压力的感测，包括其脉冲及共振;以及对钻井内和钻井附近的地面上或对微地震活动的运动或在断裂结构以外震源产生的信号作地震感测和声学感测。那种方法包括用各种方法进行数据分析及应用理论计算机模型。
但是，由于各种原因，过去的调查和分析并不可靠，造成产品潜力损失和断裂资源的不经济使用。过去方法不可靠的原因之一，是井腔中的流体转移到受感测的区域以外，造成流体性能数据不准确。其他的方法假设只有一个平面断裂，这就违背了事实。各种方法在分析接收到的数据时，作了不正确的假设，因此不能取得有效的结果。于是，对可靠的断裂调查和分析方法方面，仍有一个未取得满意解决的需要。
叙述相关领域的专利与出版物举例见于下文。
在颁发给米朗(Mihram)等人的第2，951，535号、里波格(Lebourg)的第3，306，102号、怀利(Wyllie)的第3，332，483号及多格特(Doggett)等人的3，402，769号美国专利中公开了为提供断裂位置的指示而在压裂流体中利用放射性物质以对钻井中的断裂流体进行探测并作测井记录。
颁发给沃克(Walker)的美国专利第3，205，941号公开了一种井内测井工具以产生或接收由包括断裂在内的不连续层所反射和折射的声学信号。
颁发给塞克(Shuck)的美国专利第4，057，780号公开了将液体炸药在断裂中引爆，用多个声学传感器在井腔上方的相互间隔的各位置上监测发射波，以便测定断裂的形状和方向。
颁发给洛伦(Loren)的美国专利第3，356，177号公开了在井中以一种方式传递声脉冲以显示声波的干涉和异常以表示井壁上的断裂。
颁发给麦克唐纳(MacDonald)的美国专利第4，310，346号和道奇(Dodge)的美国专利4，328，567号进一步举例说明有关钻井的声学测井的专利。
颁发给西伊(Seay)的美国专利第3，427，652号公开了在承受压裂的井区中施加一个振荡流体压力，施加这种压力后测量流体振荡的共振频率，将这过程重复以取得有关断裂的信息。
颁发给克罗斯尼尔(Crosnier)等人的美国专利第4，458，245号公开了一种使流体脉动的探测器机构，并感测井腔中孤立部分中的压力与共振，以测定断裂的特性。
颁发给约翰森(Johnson)的美国专利3，586，105号公开了在一个井中施加压力脉冲，感测并分析相邻井中的压力变化，以测定垂直断裂的方向和其他特点。
颁发给雪莱(Shelly)的美国专利第4，749，038号公开了将流体泵入一个井中，将井关闭，监测井中压力，以测定发生预定压力变化所需要的时间，以设计断裂处理。
颁发给要西尔弗曼(Silverman)的美国专利第4，432，078号公开了在井的下部产生压力脉冲，围绕井口地面按间隔关系的位置处感测这些脉冲，以测定断裂的方位。
颁发给贝利(Bailey)的美国专利第3，739，871号公开了在井中施加压力以形成断裂，感测并记录在井口周围的地面上的按间隔位置处地震波到达时间。
颁发西尔弗曼(Silverman)的美国专利第4，280，200号公开了在地面和假设的断裂位置上造成一个地震波，并在多个地震传感器中的每一个地震传感器位置处探测断裂及其附近的向上反射的地震波。颁发给西尔弗曼的美国专利第3，524，434号具普遍相似的性质。
颁发给内格尔(Nagel)等人的美国专利第4，420，975号公开了在井腔中注入一种侵入地层构造的流体，及时测量不同地点的流体特性，诸如电阻率或热中子的衰减时间。
颁发给拉戈斯(Lagus)等人的美国专利第4，442，895号公开了用封隔器隔绝的井孔的孤立区域中施加流体压力，同时监测该区域和附近区域中的压力与流量，以测定断裂的特性。
颁发给库克(Cooke)的美国专利第4，109，717号公开了在井中旋转探温器的使用，目的是感测断裂中相对冷的流体，以测定那种断裂的方向。
发生压裂后而闭井的同时对压力的下降作分析，以确定扩大断裂所要求的断裂流体的量，叙述在颁发给诺尔蒂(Nolte)等人的美国专利4，398，416号中。
颁发给鲍特梅(Boutemy)等人的美国专利第4，440，020号中公开了在共同深度间距上制成多个测井记录，求得测井记录间的一致性，以提供地质构造的指示。
颁发给于里(Uhri)的美国专利第4，638，254号公开了从方向测井记录中取得的数据进行分析，该测井记录使用单位矢量以产生表明调查中的地层构造的方向的合成矢量。
1986年美国石油工程师协会出版物SPE15216号，名称为《水力压裂方位估计的微地震法进展》，作者为索雷尔斯(Sorrells)及马尔卡希(Mulcahy)公开了用地震传感器、压力计、探热器和声学传感器从邻近井中监测高频压力的偏移，以确定水力压裂的方位。
在进行本发明前，本人注意到探测器在流体加压阶段后立即感测井中的运动以测定水力压裂的方位或方向的商业化应用价值。为减少探测器配置效果可能造成误差，感测在若干层次上进行。然而，层次数目与断裂高度无关，目的也不为测知高度，事实上也不能达到那种目的。
此外，本人在1986年参加一次试验，寻求通过在井孔中检测一个作用在地面上的诸如机动可控频带扫描器、撞锤、炸药或陆地气枪等的人造波能源测定水力压裂的总量度。在各种深度中使用探测检波器进行检测，由本人对其数据进行分析以检测共振并将运动的垂直与水平分量比较，以试图求出指明断裂的尺寸。但没要成功。
本人注意到在早先的一些专利中，例如1933年5月16日颁发给麦科洛姆(McCollum)的美国专利第1，909，205号，该专利中叙述在井孔中的多个位置上使用地震检波器，分析埋入地中的炸药和在地面上的撞锤的前进与反射的能量波的行程时间。这是为了认识原有的地质构造并将其描绘，而本发明关心的是测定人造水力压裂的量度。
本发明的目的之一是提出一种方法，经济测定水力压裂的高度和深度。
本发明的另一目的是提供一种基于就地被动(处理诱发的)地震监测数据而测定包括深度达到两英里以上的水力压裂高度及深度的方法。
本发明的另一目的是提出一种用从处理井中直接取得的处理诱发的地震监测数据以测定水力压裂的高度与深度的方法，而不需用从另一井中的数据观察。
本发明又一目的是提出一种在紧随处理的时间中或其后可由操作员选定时帧中，从在处理井中取得的处理诱发的地震的监测数据以测定水力压裂的高度与深度的方法，以便避免造成不必要的开支。
本发明的又一目的是提出一种仅用传统压裂技术并仅采用标准的数据采集设备与技术且在一个选定的地面上接收数据的采集站接收的被动地震监测数据以测定水力压裂的高度及深度的方法。
实施本发明时，应用一个有三分量运动传感器的探测器，该探测器被压在井壁上以使传感器与周围井构造的发生接合。探测器与地面数据采集站有电路连接及机械连接。为取得相当于未断裂状态的基线，最好在断裂处理前，先在超出水力压裂的计划垂直范围的一系列位置上，感测并记录波动数据。压裂泵压停止后，将井关闭，在一个不稳定阶段中，在与前相同的位置上记录数据。
数据的分析是通过鉴别离散运动，将其分割，并将每一记录深度处诱发的背景波动的组合的水平分量对垂直分量的一个单一比值参数化。这种比值对每一深度来说表示在该深度处有无断裂，从而表明断裂的垂直范围。
根据本发明公开了在钻井中施加液压，在地质环境中围绕钻井造成断裂后或在过去用水力压裂的井中加液压后，测定接近钻井的水力压裂区深度的方法，该方法包括如下步骤a.在停止加液压的一段时间后，当钻井仍处在高压下，在钻井中相互间隔的各深度处放置运动检波器，这种深度在垂直方向上伸展，至少超过预期的断裂垂直范围的区域的一个垂直限度。
b.在每一个深度处，对地震波传播感测并记录一段时间，这种波动有具有两个水平分量和一个垂直分量的组合预加压与压力诱发的背景强度，和来自不构成断裂的震源的运动分量，c.对各深度处记录的运动进行分析，步骤如下
(1)消除不构成断裂的运动分量，(2)对运动检波器测量的两个合成水平分量及垂直分量的平均背景强度作测定，(3)将运动的合成水平分量的平均背景强度与运动的垂直分量的平均背景强度进行比较，由此水平分量与垂直分量的比值可提供这深度处有无断裂的指示。
图1为钻井与实施本发明方法使用的设备的总示意图;
图2为通过典型断裂区中矿井的水平剖视示意图;
图3为在压裂处理过程中及结束后的流体压力与时间的关系曲线图;
图4及图4(续)为表明数据采集及分析步骤的方框图;
图5为在选定时间片段中从选定的上部深度处获取的数据模拟曲线图;
图6在另一时间片段中从如图5所示的深度处采用一个不同的幅值标度获取的数据模拟典线;
图7及图8为在下部的深度处获取的与图5及6相似的数据;
图9及10为在对应于上面的上部和下部的深度处，在二分钟时帧中用0.1秒钟的时间窗口取得的数据的均方根(RMS)值的曲线;
图11及12为在上部和下部深度处的二分钟时帧中的总运动数据功率频谱的曲线;
图13及14为在上部和下部深度处，水平运动与垂直运动的频谱比值(H/Z)与频率的关系曲线。
图15及16为与图9及图10相似的曲线，惟已滤除具有频率低于预定频率级(75赫兹)的数据，图17及18为与图15及16相似的曲线，用一个波幅分布滤波器(ADF)滤除选定振幅以上的数据;
图19及20为每一总运动均方根值保持如图17及18所示时的H/Z曲线;
图21A、21B及21C分别为在小断裂及大断裂前后，各记录深度中平均H/Z的曲线图。
进一步参看附图，具体在图1中示出一井有套管10，向下通过断裂区11。虽然本发明可在无套管的井中实施，但设想通常是使用套管。井可有任何要求的深度，本发明不受深度的限制，相反，举例而言，可用于二英里或以上的深度。此外，传统上钻井为竖直的，但本发明不限用于竖直井。因此，涉及钻井时，术语“垂直”及“水平”则按其一般概念使用。
探测装置13为传统结构，有三分量运动传感器(2个水平轴线，一个垂直轴线)用缆索14放入井中，缆索有机械连接件，以备提升或下放探测装置之用，又有电气连接件，以备向探测装置遥测传送指示或从探测装置接收遥测数据。在缆索车15上通过适当装置卷绕缆索14，该缆索车有电气连接件16与放置数据记录装置18的数据采集车17连接。
一条流体管路20，通过适当的装置与钻井套管顶部及图中未示的泵连接，用以将适当的流体从未示的供应源泵入井中。
在实践中，将探测装置下放到钻井中的适当预定位置或站22，该探测装置有适当装置将其压在井壁上，使之可以感测套管的运动。探测装置还可感测它所接触到的流体本身的运动。
在实践中，工程师用所获得的资料工作并如其所指示，决定制造断裂处的大致的高度，并决定采用小断裂或大断裂处理。这种处理法在本领域中已熟知，在上面引述的专利及文献中已有叙述。
数据采集在意图断裂的深度区域中的数据采集，最好在作断裂处理前开始。在这预处理阶段中，在超出水力压裂的预期或设计垂直范围的一系列位置或站上记录波动数据。在各站22中，记录在处理前的波动以决定相当于未断裂状态的参考线或基线。取决于诸如预期的断裂垂直范围等在内的各种因素在任何相互间隔约为10-100英尺的各位置处设置站，站数一般约为15或20个。这预处理过程目的不是为取得断裂数据，而是为与以后取得的断裂数据作比较以确定探测器正确的运行与数据采集。
记录预处理阶段的数据后，将探测装置下放到目标处理深度以下或完全从钻井中取出。将探测装置向下放，其目的是假如在处理中的闭井间歇期或在处理完毕后立即闭井期间需立刻记录随后的数据时，不致使该探测装置阻碍处理的进行。术语“闭井”指的是处理过程中流体的泵入停止并关闭或封闭井的顶部而注入的流体在地面没有发生泄漏的一个阶段。其结果，井中和断裂区中得以保持高压，而在处理流体通过地层扩散时，压力才缓慢减低。上面引述的颁发给诺尔特的美国专利第4，398，416号叙述了压力的下降。
假设在处理完毕一段时间以后需记录随后的数据，则将探测装置移除然后重新配置。
在任一情况下，在有效的处理过程中不记录波动数据，因为在地面上的处理活动造成虚假的波动。然而数据是在如上所述由于在先的处理而还存在地层不稳定的状态的闭井期间记录的。这种处理可能是造成断裂的第一次处理，或者是扩大在先的断裂的随后处理。
在压裂处理的进一步准备工作之中，采用本领域中熟知的措施在预期处理区处先将的套管钻出多个小孔。然后在任何需要的时间，将适量的性质适宜的选定流体按适当的流率泵入钻井中，造成断裂或扩大原来的断裂。据信在1000英尺至2000英尺以下的深度处多数断裂都是垂直定向(见《水力压烈设计及处理技术现状概论》第一部分，第684页，上文已引述)。图2所示的剖视图示出可能为典型的构形，该构形带有一个主平面和按照应力方向的偏移。
压裂处理时，压力提高到岩石的破坏压力的高度。
图3示出典型压力与时间的关系曲线。破坏压力点是产生断裂的压力，压力立刻降低到较低的泵压。当泵停止工作而井被封闭时，如曲线图中停止点所示，然后在初步下降后，压力逐渐地大致沿一个表明为瞬时闭井压力的平稳段下降。
在这种逐渐下降过程中有一个不稳定时间期间，这期间接收各站22的数据。据信当流体向地层中泄漏时断裂缓缓合拢。在这时间中探测装置测量套管的运动和处理井中流体的运动。由于套管周围的土地的运动及由于流体在管壁上的运动和流体在套管内的运动，因此导致套管的运动。在每一站22上一般记录长达约三至五分钟的数据。
在其中一个站上短时间地对典型数据采样如图5所示。于是，标号为“水平1”及“水平2”的线段，表示在两个水平轴的方向上的运动，“垂直”表示在竖直轴方向上的运动。为了说明本发明的目的现仅分析图5中的数据。
被记录数据的分量在处理井中，被记录的运动数据包括三个部分。第一部分是来自不构成或不受其影响的压裂处理或其后的加压过程的源的噪声或运动。第二部分是由处理过程或加压过程所引起离散信号或能量波至。第三部分是由于处理过程或加压过程造成的但不能识别成特定信号或波至的连续背景运动。背景运动与运动的预处理或预加压强度比较是运动的增大或加强强度而其量化值为本文中的最终测量的基础。
分析方法的说明本文所用的确定断裂深度及高度的分析方法有五个主要部分或步骤。第一个步骤是尽可能多地鉴别及明显地消除数据中的噪声。第二个步骤是消除可鉴别的离散信号。这两步骤的次序不重要，但必须在进行以下的连续背景运动分析前进行。
第三个步骤是将剩余的运动数据(连续背景运动)分解成为两个方向的主分量，即水平分量与垂直分量。(假如在竖井中使用记录运动的二水平分量和一个垂直分量的三分量探测装置，则本文叙述的水平分量，为被记录的运动中两个被记录的水平分量的矢量和)。
第四个步骤是计算每一深度处说明这些运动主分量中之一对其它分量占有优势的参数。有利于作这用途的占优势的参数，是用H/Z表示的RMS(均方根)(下面将说明)水平运动分量对RMS垂直运动分量的平均比值。
最后的第五步骤，是将每一记录深度的H/Z作比较。比较的基础是将H/Z分为两类，(1)H大于Z，(2)H小于Z。按照H/Z的这种分类，又可按其本质将表示记录位置的线段，分为两个相邻近的组。该两组在井中的位置描绘断裂区的深度与高度。H大于Z的记录深度的组在断裂区内。H小于Z的记录深度的组则在断裂区外。
数据处理和分析的一个实例图4说明完成数据分析的步骤的方框图。
下面是数据分析法的一个实例。这实例说明完成上述五个一般步骤的特定方法和过程。各参数数值的选定和处理这些数据时使用或不使用滤波器(下文解说)的取舍，取决于过去的经验及这些数据的特性。对于其它的数据集可改变这些参数及滤波器，但过程保持不变。
记录的数据的说明在这实例中使用的数据，除图21所示数据外，为在试验井场记录的全部数据集的子集。这些数据在两个不同深度中即在地面下9460英尺及9910英尺处记录下来的。这两数据集在小断裂闭井阶段(即处理泵压方结束，仍保持高井压的时期)过程中的不同时间取得。在9910英尺深度中，在闭井阶段中录取约一小时的数据。在9460英尺深度处，在闭井阶段中录取约二小时数据。为这实例选择从这两个深度的数据，因为9460英尺在断裂的上方而9910英尺在断裂中，可用这些数据举例说明优势运动方向的变化。
在这实例中使用的数据是在每一深度上对运动感测约五分钟的记录。这些数据为从记录探测装置连续输出的三个正交运动分量即二个水平分量和一个垂直分量的模拟记录转变为地面上进行的数字化记录。地面数字化记录进行的速度为每分量每秒钟进行2000采样。该运动的这三个分量代表处理井中探测装置对频率低于1000赫兹以下的运动的完全描述。探测装置中使用的数据传感器为地震检波器，该检波器记录单位时间的位移，即速度，因此数据用速度单位表示，具体即为毫微米/秒(nm/sec)。(1毫微米＝0.000000001米)。
背景运动时间片段的选择图5-8示出所记录的作为时间的函数的运动的二个水平分量和一个垂直分量的三个五分钟数字记录的分量的0.8秒片段的模拟举例。每一图中标明波幅(Y轴)标度和时间(X轴)标度。应注意，在每一图中的每一分量的波幅标度相同;而在不同图中波幅的标度不同;但各图中的时间标度都相同。这种标度的选择便于比较和直观表达。
图5及7示出占优势可鉴别的或离散的信号的实例。图6及8示出占优势背景运动的实例。将图5和7分别与图6和8比较，显示出易于从背景运动中分辨出该信号。在数据中，信号有冲击起始，波幅变化可比背景运动大10至10000倍。虽然未于这些图中示出，但加压造成的背景运动，一般比预处理噪声大10至100倍。
总RMS的计算与绘制为将大量记录数据，压缩成供分析时易管理的格式，对每一记录深度相对于记录时间计算总运动均方根(RMS)。总运动是运动的三个记录的分量的矢量和。总运动均方根的求得，(1)通过将特定时间范围或时窗中的各独立(数字)数据点的平方相加，(2)将这和数用构成总数的数据点的数目除，(3)求这数的平方根。保留这计算结果的数，并在相邻的数据时窗上进行运算。将这过程重复，直到整个数据集处理完毕为止。由于这些计算的程序性质，总运动及RMS值可用一个计算机程序来计算。RMS的计算方法为标准数学方法。RMS方法是多种数据压缩法中可采用的一个，此处采用此法纯为求方便。
本实例中的RMS的计算使用0.1秒时窗或相当于使用200个相邻的数据点计算一个RMS值。对五分钟的记录数据而言，这意味着从原始1，800，000记录数据数值中计算出总运动的3000个RMS数值。(1，800，000＝2000采样/秒×60秒/分钟×5分钟记录运动数据×3记录的运动分量数据)。
图9及10分别示出在9460及9910英尺记录深度处的初始2分钟总运动RMS值与时间的关系曲线。由于RMS值有大幅度变化，图9及10中的Y轴及随后的RMS值曲线用分贝(dB)标度作图。[这里，1分贝等于RMS值平方的常用对数(即以10为底)的十倍]。应注意，在图9及10中，噪声级接近覆盖一个10dB带。
为便利起见，在随后的RMS曲线中仅示出原来5分钟记录数据中之初始2分钟。这表示没有损失，因为数据的2分钟记录足以说明考虑到的任何点。
图9及10中的‘尖峰’表示对应于大波幅信号的具有大尖峰的独立信号。图9及10示出当大离散信号来到的时间期间及当仅有小信号来到或无信号来到的时间期间。忽略去这两图中的大峰值，便可约略确定一个基线强度。这些曲线的基线强度确定RMS背景运动强度，信号以此为基准起伏。
利用图9及10，可以看出仅有小信号或无信号到达的时间期间或片段。反之，则可避免有离散信号的数据的时间片段。然后如下文将述及在试图鉴别具有噪声的那些频率时，使用在最低的活动(即离散信号最少)的时间期间所记录的数据以计算组合的背景运动与噪声中的频率成分。
功率谱的计算与绘制在这种最低的活动时间期间中对所记录的运动数据进行傅里叶变换以求得组合的背景与噪声数据的频率成分。利用这变换计算数据的功率谱。其计算不在RMS数据上进行，而是在原始总运动数据和总运动的各独立水平分量及垂直分量的基础上进行的。然后以对两水平运动分量的独立功率谱求矢量和以求出完整水平运动功率谱。
(注在本实例的余文中，“水平”一词表示运动的两个记录水平分量的完全和或矢量和，简写为“H”。与此相似，运动的垂直分量简写为字母“Z”。)图11及12分别表示在9460英尺及9910英尺深度处的总运动功率谱。图13及14分别示出在9460及9910英尺深度处水平运动(H)与垂直运动(Z)功率谱的比值或功率频谱比值。图13及14通过将水平运动功率谱的具体数值除以垂直功率谱的相应数值而取得。
带通数据的确定和绘制用图11至14确定哪些频率有强烈的噪声污染，而因此需加以清除或滤除。根据过去经验和附图所示，对这些数据而言，确定频率在75赫兹以下有强烈的噪声污染，因而应在进行下一步处理前先予以清除。换言之，就是应将75赫兹以下的频率从原始记录的数据中滤除。在馀下的数据处理过程中应仅使用频率在75赫兹以上的数据。参看图4中的框6，其运行表示用一个75赫兹高通滤波器对原始的运动数据作“带通滤波”。相同的带通滤波器可用于每一深度记录的数据。
总运动带通RMS的计算和绘制仅用高通滤波数据来计算总运动、水平运动及垂直运动的另一RMS数值集，图15及图16分别表示9460英尺及9910英尺深度处的带通滤波RMS总运动与时间的关系曲线。
波幅分布滤波器的确定处理过程的下一步骤是测定不受噪声及离散事件景响的背景RMS总运动强度。前一步骤消除占优势噪声分量。设置一个波幅分布滤波器ADF可消除离散信号的影响。ADF是一种滤波器，其设计为用以从总运动RMS数据中鉴别并消除“尖峰”。制造这种滤波的动机，是为对已消除占优势的噪声因素后的背景RMS波幅强度进行无偏测定。由于在每一记录深度的数据有不同的尖峰性，在每一深度上特制一个ADF。
在具体记录深度上的ADF通过求出在该深度上的总运动RMS的最大及最小数值来计算，然后决定这两极限间的数据的总体分布。从RMS数据(例如图15及16)可理解，可鉴别的大信号并不代表最一般的数据数值。通过鉴别RMS数据总体分布中的最常见值，将其保留，忽略其余数据总体，便将离散信号滤除并确定消除信号后的带通RMS背景强度。这是由ADF完成。ADF的运算由计算机进行。
ADF对带通数据和其余数据的应用计算出一个ADF，并将其应用于每一记录深度的数据。在上述的3000原始RMS总运动数据中，经ADF后保持的数据点的数目，在9460英尺及9910英尺深度上分别为2512及1712个。表示在9460英尺及9910英尺深度使用ADF后所取得的总运动RMS的曲线分别在图17及18中示出。
两次滤波的总运动RMS的H/Z的计算和绘制对应用ADF后保留的每一总运动RMS数值，求出相应的水平RMS数值的比值，表示为H/Z。图19及20分别表示在9460英尺及9910英尺深度的H/Z曲线。
在各深度处平均H/Z的计算和条线图的绘制在处理过程的最后步骤中，每一记录深度上的H/Z平均值，用上述的H/Z值计算。在9460英尺与9910英尺的H/Z平均值，分别为0.525(或-5.6分贝)及1，251(或1.94分贝)。应注意，在9460英尺处，H/Z小于1.0，或相当于Z大于H;而在9910英尺处，H/Z大于1.0，或H大于Z。
为完成全部过程，将H/Z的平均值作为记录深度的函数绘制曲线。图21为以分贝数绘制的条线图。应注意，在图左侧的深度标度。图21还示出套管各孔眼的位置。应注意到孔眼或孔距，因为这是成核点，断裂从这成核点向地层中扩展。
条线图的分析图21示出在同一井中三种不同配置的平均H/Z值。图21(a)根据断裂前记录的数据和未滤波的显示数据(即存在全部频率)计算。图21(b)根据小断裂闭井期间记录并用75赫兹高滤波器滤波的数据计算。图21(c)根据四个月前在井中作大断裂处理后的加压阶段中记录的数据计算。图21(c)中的数据也不需作频率滤波。在图21的全部实例中都使用一个ADF。9460英尺及9910英尺深度处的H/Z数值，在图21(B)中用A及B表示。
图21(a)说明预处理RMS比值的某些典型特点。首先，全部深度中的H/Z值全为正数。这种预处理数据中H/Z的正数性质存在于数据的全部频带中。但是这些数据中H/Z为正数性质的原因，在不同频率中各不相同。例如，约50赫兹以上的频率，H/Z的数值约为2.0(图中为3分贝)的平方根。这数值在下面将给予解说。图21(A)中的正数性质，说明无断裂状态的井中的优势运动方向永远为水平方向。图中还示出，在断裂前，在周围地层的现场状况没有H/Z的依赖性或系统的变化。
图21(a)的第二个特点是H/Z值的大的幅度。虽然在这阶段中记录的数据较小，但与图21中的其他两曲线比较H/Z的幅度较大。这是低的预处理地面运动幅度被探测装置的虚假的运动所压倒而出现的一种结果。
探测装置是在使之在优势水平方向上摆动或共振的方式下使用。探测装置摆动的共振频率一般在30至50Hz之间。在预处理井的低强度运动中，这水平的探测装置共振占据井中的运动的优势。在工具共振频率以上的频率的情况下，预处理运动非常接近随机并等效地影响探测装置的三个运动方向。由于H/Z的比值以一个RMS计算为基础，在计算中取两个水平分量的和数，并仅取一个垂直分量，平均H/Z值为2的平方根，该平方根是在数据中寻求的一个典型数值。假如图21(a)所用的数据是用50Hz高通滤波，则曲线中的H/Z的幅度都接近相同并等于2的平方根。
与预处理H/Z对比，图21中的后处理H/Z显示一种有系统的变化。在全部深度中H/Z不再全为正数。在较浅的记录深度处H小于Z(即负H/Z分贝数)。或等效地说，在较浅的深度中，背景运动的优势方向是垂直方向。与之相反，在较深的记录深度处，H大于Z，即背景运动占优势者为水平方向。H/Z的反演非常急剧，且将记录站在空间中分为两类区域。两区域相连接并由H比Z占优势或优势颠倒来界定。
注意到在图21(b)及21(c)中H/Z的幅度，可在H/Z的优势反演界定的区域中发生幅度变化。这种幅度变化无关重要，可能是一系列效应的结果，该效应包括套管与周围岩石的接合和探测装置与套管连接等。
以图21所示结果为基础，按H/Z比值的反演为基础记录深度的分解是该处理断裂的空间伸展的一种结果。从图21很容易作这结论，因为这种效应仅可从断裂后的数据集见到，而预断裂数据中则不能见到。根据这结论，图21中的H/Z反演点表示断裂的上端。注意到虽然图21(b)及21(c)示出H/Z的同类型变化，但21(c)中的反演点(断裂的上端)比21(b)中的为浅，说明在21(c)中有较高的断裂。这与产生断裂的作业一致，因为21(b)是在小断裂作业后记录下来，而21(c)是在大断裂作业后记录下来。图21未示出断裂的底部，因为断裂的底部的最深的可及点伸展到井底下面。
如在本例开始时所述，所示方法的设计，是确定水力压裂处理产生的断裂的深度及高度。图21说明本方法的最终结果。
权利要求
1.在钻井中施加液压，造成井孔周围地质环境中的断裂后，测定钻井附近水力压裂区深度的方法，其特征在于包括在原来已经水力压裂的钻井中施加液压后，a.趁井孔中仍在高压下，在停止加液压后的一段时间中，在钻井的相互间隔的各深度处放置一个运动检波器，这种深度在垂直方向上至少超出断裂的预期垂直范围的一个垂直方向上的极限，b.在每一深度处，感测并记录地震波的运动一段时间，这种波动有组合的预加压和压力诱发的具有两个水平分量及一个垂直分量的背景强度，并有来自震源而不构成断裂的运动分量，c.对在每一深度处记录的这种运动作分析，包括步骤如下(1)消除不构成断裂的运动分量，(2)用运动检波器测量运动的两个合成水平分量和垂直分量以测定的平均背景强度。(3)将运动的平均背景强度的运动的合成水平分量与运动的垂直分量比较，由此水平分量与垂直分量的比值提供在这种深度有无断裂的指示。
2.如权利要求1所述之方法，其特征在于其中波动包括构成断裂的震源的离散信号分量，并且在测定平均背景强度时将这种离散信号分量消除。
3.如权利要求1或2所述之方法，其特征在于其中运动检波器为一种探测装置，探测装置与包括有地面记录器或钻井记录器的电路连接。
4.如权利要求1或2中所述之方法，其特征在于将运动的两个水平分量作矢量合成以组成总水平运动量，计算这种水平运动的单一的均方根值，以与垂直运动的均方根值比较。
5.如权利要求4所述之方法，其特征在于计算水平分量与垂直分量比值的对数，由此那种具有零至一的比值为负数，而大于一的数值为正数，这种正数值表示这种深度处有断裂存在。
全文摘要
在施加压力后闭井时期中断裂区不稳定的状态下，在承受断裂压力的钻井的一部分中，通过在一系列相互间隔的各深度处感测并记录地震波的运动，以测定液力压裂区的深度，通过消除不构成断裂的运动分量和构成断裂的震源的离散分量，对这种运动记录进行分析，以测定垂直分量与水平分量的平均背景强度，用平均背景强度的运动的水平分量与运动的垂直分量比较以提供每一深度处断裂是否存在的指示。
文档编号E21B47/12GK1043185SQ8910903
公开日1990年6月20日 申请日期1989年11月28日 优先权日1988年11月29日
发明者肯尼思·D·马勒 申请人:气体研究院