РАЗЛИЧЕНИЕ НАВЕДЕННОЙ ПРИРОДНЫМИ ТРЕЩИНАМИ ИЛИ НАПРЯЖЕНИЯМИ АКУСТИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЧЕТАНИЯ ИЗОБРАЗИТЕЛЬНЫХ И АКУСТИЧЕСКИХ КАРОТАЖНЫХ ДИАГРАММ Российский патент 2010 года по МПК G01V1/50 

Область техники, к которой относится изобретение

В общем настоящее изобретение относится к областям скважинной геологии и геофизики и, более конкретно, к идентификации и оцениванию глубинных зон, имеющих упругую среду, видоизмененную наведенными природными трещинами или напряжениями эффектов.

Предпосылки создания изобретения

Нефть и природный газ извлекают из подземных пластов путем бурения стволов скважины в углеводородсодержащих зонах, выполнения работ по заканчиванию скважины и после этого добычи продукта. Различные датчики используют для совершенствования процесса образования ствола скважины и повышения продуктивности законченной скважины. Например, акустические приборы, спускаемые на кабеле, или для каротажа в процессе бурения применяют для измерения динамических упругих свойств пласта вокруг ствола скважины, используя измерения скоростей продольных и поперечных волн. Когда упругие свойства пласта являются анизотропными, можно измерять несколько скоростей и использовать их для частичного или полного описания тензора анизотропной упругости, зависящего от распространения и направления поляризации. Различные условия могут вызывать анизотропию, включая, но без ограничения ими, собственные свойства пород, трещины и неравные главные напряжения. Последнее условие имеет некоторое значение для устойчивости ствола скважины, оптимального гидравлического разрыва пласта, схемы заканчивания скважины и других геофизических и петрофизических применений. Поэтому правильная идентификация причины анизотропии является важной.

Известны некоторые способы идентификации причины анизотропии. Акустические данные монопольных продольных и поперечных волн, монопольных волн Стоунли и поперечных волн со скрещенных диполей в анизотропном пласте могут быть использованы для оценивания одного модуля сжатия и трех модулей сдвига [Sinha B., et al. “Radial profiling of three formation shear moduli”, 75th Ann. Internat. Mtg. Soc. of Expl. Geophys., 2005; патент США №6714480 под названием “Determination of anisotropic moduli of earth formations” (Sinha B., et al.), выданный 30 марта 2004 г., источники во всей полноте включены в настоящую заявку путем ссылки]. Орторомбический пласт с вертикальной осью симметрии характеризуется тремя модулями сдвига: с₄₄, с₅₅ и с₆₆. В вертикальном стволе скважины два модуля (с₄₄ и с₅₅) вертикального сдвига могут быть непосредственно оценены на основании анализа азимутальной анизотропии волновых сигналов со скрещенных диполей. Азимут быстрой поперечной волны можно вычислить, используя такой метод как вращение Алфорда, а медленности быстрой и медленной поперечных волн можно оценить по пределам нулевой частоты дисперсий сигналов со скрещенных диполей [Alford R.M. “Shear data in the presence of azimuthal anisotropy”, 56th Ann. Internat. Mtg., Soc. of Expl. Geophys., 1986; Esmersoy C., et al. “Dipole shear anisotropy logging”, 64th Ann. Internat. Mtg., Soc. of Expl. Geophys., 1994; Sinha B., et al. “Radial profiling of three formation shear moduli”, 75th Ann. Internat. Mtg. Soc. of Expl. Geophys., 2004; патент США №5214613 под названием “Method and apparatus for determining properties of anisotropic elastic media” (Esmersoy C.), выданный 25 мая 1993 г.; патент США №5808963 под названием “Dipole shear anisotropy logging” (Esmersoy C.), выданный 15 сентября 1998 г.; или для ознакомления с альтернативным методом см. патент США №6718266 под названием “Determination of dipole shear anisotropy of earth formations” (Sinha B., et al.), выданный 6 апреля 2004 г.; Tang X., et al. “Simultaneous inversion of formation shear-wave anisotropy parameters from cross-dipole acoustic-array waveform data”, Geophysics, 1999, источники полностью включены в настоящую заявку путем ссылки]. Третий модуль с₆₆ сдвига можно оценить на основании данных волн Стоунли при условии применения поправок для исключения влияний любого изменения состава пород вблизи ствола скважины и приборов [Norris A.N., et al. “Weak elastic anisotropy and the tube wave”, Geophysics, 1993, 58, 1091-1098; патент США №6714480 под названием “Determination of anisotropic moduli of earth formations” (Sinha B., et al.), выданный 30 марта 2004 г., источники полностью включены в настоящую заявку путем ссылки]. Кроме того, дипольные дисперсионные кривые используют для идентификации причины анизотропии упругих свойств: (i) наведенных напряжениями эффектов (вследствие неравных главных напряжений в дальнем поле и концентрации напряжений в ближнем поле вокруг ствола скважины) путем использования характеристического пересечения дипольных кривых [Sinha B.K., et al. “Stress-induced azimuthal anisotropy in borehole flexural waves”, Geophysics, 1996; Winkler K.W., et al. “Effects of borehole stress concentrations on dipole anisotropy measurements”, Geophysics, 1998; Sinha B.K., et al. “Dipole dispersion crossover and sonic logs in a limestone reservoir”, Geophysics, 2000; патент США №5398215 под названием “Identification of stress induced anisotropy in formations” (Sinha B.), выданный 14 марта 1995 г., источники полностью включены в настоящую заявку путем ссылки], или (ii) собственной или наведенной трещинами анизотропии путем использования характеристик параллельных дисперсионных кривых [Sinha B.K., et al. “Borehole flexural modes in anisotropic formations”, Geophysics, 1994; патент США №5398215 под названием “Identification of stress induced anisotropy in formations” (Sinha B.), выданный 14 марта 1995 г., источники полностью включены в настоящую заявку путем ссылки]. Однако когда имеются оба эффекта, трещин и напряжений или когда анализ дисперсионных кривых является трудным для осуществления интерпретации вследствие затухания высоких частот [Donald A., et al. “Advancements in acoustic techniques for evaluating natural fractures”, 47th Annu. Logging Symp., SPWLA, 2006, источник полностью включен в настоящую заявку путем ссылки], или когда ось симметрии анизотропной среды и ось ствола скважины не совпадают, интерпретация наблюдаемой анизотропии становится более сомнительной. Необходимо получать независимую информацию для подтверждения наблюдений и различения относительной значимости различных эффектов.

Различение относительной значимости различных эффектов является особенно важным в случаях, когда направления главных напряжений и нормали к плоскостям природных трещин не совпадают. Анализ отражений и затухания волн Стоунли позволяет осуществлять идентификацию раскрытых трещин в стволе скважины и оценивать их апертуры [патент США №4870627 под названием “Method and apparatus for detecting and evaluating borehole wall” (Hsu K.), выданный 26 сентября 1989 г.; Hornby B.E., et al. “Fracture evaluation using reflected Stoneley-wave arrivals”, Geophysics, 1989; Tezuka K., et al. “Modeling of low-frequency Stoneley-wave propagation in an irregular borehole”, Geophysics, 1997; патент США №4831600 под названием “Borehole logging method for fracture detection and evaluation” (Hornby B.), выданный 16 мая 1989 г., источники полностью включены в настоящую заявку путем ссылки]. Кроме того, интерпретация изображений (электрических и ультразвуковых) ствола скважины может быть использована для идентификации раскрытых или сомкнутых трещин [Luthi S.M. “Geological well logs: their use in reservoir modeling”, Springer, 2000; патент США №5243521 под названием “Width determination of fractures intersecting a borehole” (Luthi S.), выданный 7 сентября 1993 г., источники полностью включены в настоящую заявку путем ссылки]. В таком случае можно вычислять характеристики трещин, например ориентацию и местоположение. Однако не существует практического способа для прямого количественного моделирования акустической анизотропии, наведенной природными трещинами и напряжениями, чтобы осуществлять различение относительных эффектов.

Сущность изобретения

В соответствии с одним осуществлением изобретения способ различения наведенной природными трещинами и напряжениями акустической анизотропии содержит этапы, на которых регистрируют данные в виде изображения и акустические данные, связанные со стволом скважины; используют акустические данные для оценивания по меньшей мере одного модуля сжатия и двух модулей сдвига и направления дипольной быстрой поперечной волны; используют данные в виде изображения для идентификации типа и ориентации трещин; вычисляют азимут быстрой поперечной волны и разность медленностей между быстрой и медленной поперечными волнами, обусловленную геологическими трещинами; и идентифицируют глубинные зоны с упругой средой, находящейся под воздействием по меньшей мере одного из присутствия раскрытых природных трещин, сомкнутых природных трещин и эффектов неравных главных напряжений.

Согласно другому осуществлению изобретения устройство для различения наведенной трещинами и напряжениями акустической анизотропии содержит запоминающее устройство, функционирующее для сохранения данных в виде изображения и акустических данных, связанных со стволом скважины; схемы, функционирующие для использования акустических данных для оценивания по меньшей мере одного модуля сжатия и двух модулей сдвига, и направления дипольной быстрой поперечной волны; схемы, функционирующие для использования данных в виде изображения для идентификации типа и ориентации трещин; схемы, функционирующие для вычисления азимута быстрой поперечной волны и разности медленностей между быстрой и медленной поперечными волнами, обусловленной геологическими трещинами; и схемы, функционирующие для идентификации глубинных зон с упругой средой, находящейся под воздействием по меньшей мере одного из присутствия раскрытых природных трещин, сомкнутых природных трещин и эффектов неравных главных напряжений.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

фиг.1 - иллюстрация обработки акустических данных при подготовке к идентификации и оцениванию анизотропии; и

фиг.2 - иллюстрация идентификации и оценивания глубинных зон, имеющих упругую среду, видоизмененную наличием природных трещин и эффектами неравных главных напряжений и любым сочетанием их.

Подробное описание

Обратимся к фиг.1 и 2, где на начальном этапе (100) регистрируют акустические каротажные диаграммы при наличии любой одной или сочетания имеющихся волн, включая, но без ограничения ими, монопольную, дипольную и Стоунли. Акустические данные монопольных продольных и поперечных волн, монопольной волны Стоунли и поперечных волн со скрещенных диполей, связанные с анизотропным пластом, используют для оценивания одного модуля сжатия и трех модулей сдвига. Орторомбический пласт с вертикальной осью симметрии характеризуется тремя модулями сдвига: с₄₄, с₅₅ и с₆₆.

Акустические каротажные данные, регистрируемые на этапе (100), обрабатывают в порядке подготовки к идентификации и оцениванию анизотропных характеристик медленности акустической волны. Как показано на этапе (101), медленность продольной волны идентифицируют на основании монопольной волны. Медленность продольной волны на основании монопольной волны используют в качестве входных данных на этапе (221). Как показано на этапе (102), анизотропию поперечных волн идентифицируют на основании данных дипольной волны. В вертикальном стволе скважины два модуля (с₄₄ и с₅₅) сдвига непосредственно оценивают по вертикальному диполю на основании анализа азимутальной анизотропии волновых сигналов со скрещенных диполей. Кроме того, определяют направление (или азимут) быстрой поперечной волны. Способы определения направления быстрой поперечной волны включают в себя, но без ограничения ими, вращение Алфорда и параметрическую инверсию волновых сигналов со скрещенных диполей. Наибольший из модулей сдвига (с₄₄ или с₅₅) используют в качестве входных данных на этапе (221). Азимут быстрой поперечной волны и медленности быстрой и медленной волн используют в качестве входных данных на этапе (224) для вычисления несоответствия между прогнозируемыми и наблюдаемыми акустическими измерениями. Как показано на этапе (103), дипольные дисперсионные кривые могут быть использованы для идентификации причины анизотропии: (i) наведенных напряжениями эффектов (вследствие неравных главных напряжений в дальнем поле и концентрации напряжений в ближнем поле вокруг ствола скважины) путем использования характеристического пересечения дипольных кривых, или (ii) собственной или наведенной трещинами анизотропии путем использования характеристик параллельных дисперсионных кривых. На этапе (300) дисперсионные кривые используют в качестве индикатора контроля качества (КК). Как показано на этапе (104), третий модуль с₆₆ сдвига оценивают на основании данных волн Стоунли в вертикальном стволе скважины при условии применения поправок для исключения влияний изменения состава пород вблизи ствола скважины и приборов. Модуль сдвига на основании волн Стоунли также используют в качестве входных данных на этапе (221), если он является наибольшим из модулей сдвига при сравнении с₄₄, с₅₅ и с₆₆. В случае невертикальных скважин в орторомбическом пласте с вертикальной или невертикальной осью симметрии этапы (101, 102 и 104) объединяют. Три модуля упругости оценивают, используя систему выражений для скоростей поперечных волн с горизонтальной поляризацией и поперечных волн с вертикальной поляризацией вдоль оси ствола скважины, и четыре сочетания модулей упругости оценивают на основании выражения для скорости квазипродольной волны. Затем измеренные значения медленности (DTco_meas) продольной волны, определенные на основании монопольной волны, и самой малой (DTs^fast _meas) из медленностей поперечных волн на основании дипольной волны или (DTs^ST) на основании волны Стоунли используют в качестве входных данных на этапе (221). Анализ трещин на основании волны Стоунли выполняют на этапе (105). Анализ отражений волны Стоунли позволяет осуществить идентификацию раскрытых трещин в стволе скважины и оценку их апертур. На этапе (300) идентификацию местоположений трещин на основании волны Стоунли используют в качестве индикатора контроля качества.

Теперь обратимся к фиг.2, где на этапе (201) анализ трещин выполняют на основании изобразительных каротажных диаграмм, зарегистрированных на этапе (200). Интерпретация изображений ствола скважины обычно включает в себя анализ слоистости, структурный анализ и анализ неоднородности пласта, а также анализ трещин. Идентификация трещин основана на наблюдении на электрических приборах скачка удельного сопротивления на границе вмещающей породы (проводящие или резистивные трещины) и сочетания времени пробега волны и скачка амплитуды на ультразвуковых приборах. Интерпретация изображений ствола скважины включает в себя различение разных типов трещин (например, природных трещин или трещин, наведенных неравными главными напряжениями и концентрацией напряжений вокруг ствола скважины) и определение геометрических характеристик трещин (например, местоположения и ориентации с учетом глубины, угла падения и азимутальных характеристик падения). Кроме того, интерпретация может включать в себя определение апертур трещин [Luthi S.M., et al. “Fracture apertures from electrical borehole scans”, Geophysics, 1990, источник полностью включен в настоящую заявку путем ссылки], связности длины следа разрыва, трещинной пористости, разнесения трещин в коллекторе и интенсивности трещиноватости в случае группы трещин.

Геологический и геомеханический анализ позволяет осуществлять различение природных трещин и трещин, наведенных неравными главными напряжениями и концентрацией напряжений вокруг ствола скважины. Наведенные напряжениями трещины представляют собой наведенные в процессе бурения трещины растяжения и скола, разломы и смещения на уже существующих плоскостях. Наведенные в процессе бурения трещины растяжения легко обнаруживаются на изображении ствола скважины, поскольку они симметричны относительно стенки ствола скважины, традиционно почти вертикальные и наблюдаются вдоль плоскостей, перпендикулярных к минимальному главному напряжению. Наведенные в процессе бурения трещины скола обнаруживаются в ориентации, перпендикулярной к минимальному главному напряжению, но проявляются несимметрично на противоположных сторонах стенки ствола скважины при угле трещины, меньшем, чем вертикальный, и связаны с механической прочностью литологической единицы. Разломы обладают отличительными чертами, когда одна или предпочтительно две недостаточно оформленные дуги, то есть радиусы которых близки к радиусам долота, разделены двумя поврежденными зонами на угловом расстоянии около 180°. Разлом возникает в случае, когда имеется максимальное тангенциальное напряжение на стенке ствола скважины. Поскольку вертикальная скважина часто является параллельной вертикальному главному напряжению, разломы просто указывают азимут минимального главного напряжения. Наклонно направленная скважина наклонена по отношению к трем главным напряжениям, которые влияют на максимальное тангенциальное напряжение. Плоскости смещений в породах могут повторно формироваться во время или после бурения. Такие плоскости обычно лежат под косым углом к текущим осям напряжений. В поясняемом способе при рассмотрении раскрытых природных трещин, сомкнутых природных трещин и наведенных напряжениями трещин число типов (или групп) трещин может быть равно трем, но не ограничено этим значением. Анализ трещин на этапе (201) приводит к определению типов трещин и геометрических характеристик (например, угла наклона и азимута наклона), которые используются в качестве входных данных при вычислениях на этапе (221).

В случае когда имеются несколько планарных трещин с различными ориентациями, и они могут быть идентифицированы по изобразительным каротажным диаграммам, разомкнутые трещины будут создавать избыточную податливость в упругой среде и, следовательно, повышать медленности акустических волн, то есть уменьшать скорость [см., например, Schoenberg M., et al. “Seismic anisotropy of fractured rock”, Geophysics, 1995, источник полностью включен в настоящую заявку путем ссылки]. Однако крустифицированные трещины могут снижать общую податливость среды, например, заполненные кварцем или кальцитом. При условии присутствия одной или нескольких групп параллельных трещин длинноволновая эффективная среда может рассматриваться как анизотропная упругая порода с различными возможными симметриями, например изотропной в поперечном направлении, орторомбической, моноклинной или даже триклинной. Однако Grechka и Kachanov [Grechka V., et al. “Seismic characterization of multiple fracture sets: does orthotropy suffice?”, Geophysics, 2006, источник полностью включен в настоящую заявку путем ссылки] показали, что орторомбическая симметрия обычно является достаточной для сухих трещин независимо от числа групп трещин, плотностей расколов и ориентаций. Симметрии низшего порядка, такие как моноклинные и триклинные, могут быть получены, если трещины заполнены сжимаемыми флюидами или если принимать во внимание шероховатость поверхностей трещин. На основании интерпретации типа трещин, геометрии и других характеристик трещин может быть выполнен анализ наблюдаемых трещин, которые оказывают влияние на упругую среду. Раскрытия трещин, обнаруживаемые на изобразительных каротажных диаграммах и методом волн Стоунли, обычно имеют порядок от 10 мкм до 2 мм. При заданной частоте 1-5 кГц акустических волн и медленностях 100-800 мкс/фут (328-2624 мкс/м) типичные длины волн акустических колебаний имеют порядок от 0,25 фута до 10 футов (от 0,08 до 3,05 м). Таким образом, длина волны низкочастотного акустического колебания всегда больше раскрытия трещины. Другим важным параметром для группы трещин является расстояние между соседними трещинами, описываемое параметром интенсивности трещиноватости (относительным показателем числа трещин на протяжении заданного расстояния). Типичные значения интенсивности трещиноватости в случае очень разреженных групп меньше 0,75 (единицей измерения является 1/м), тогда как в случае плотных групп они могут превышать 10 (1/м). Разнесение трещин (величина, обратная интенсивности трещиноватости) всегда больше раскрытия трещины, но разнесение трещин может быть меньше, равно или больше длины волны акустического колебания. Когда разнесение трещин намного меньше длины волны, можно применять модели эффективной среды, и параметры модели будут зависеть только от ориентации и интенсивности групп трещин, свойств материала, заполняющего трещины, и коэффициентов упругости вмещающей породы [теории эффективной среды для невзаимодействующих расколов изложены, например, у Kachanov M. “Continuum model of medium with cracks”, J. Eng. Mech. Div. Am. Soc. Civ. Eng., 1980; Schoenberg M. “Elastic wave behavior across linear slip interfaces”, Journal of the Acoustical Society of America, 1980; Hudson J.A. “Overall properties of cracked solid”, Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, 1980, источники полностью включены в настоящую заявку путем ссылки]. Когда разнесение трещин близко к или больше длины волны акустического колебания, теории эффективной среды не являются строго обоснованными для осуществления количественного сравнения данных и моделирования. Однако когда эффектами рассеяния первого порядка можно пренебречь, моделирование все же можно использовать в качественном методе.

Sayers и Kachanov, а также Schoenberg и Sayers [Sayers C.M., et al. “Microcrack-induced elastic wave anisotropy of brittle rocks”, J. Geophys. Res., 1995; Schoenberg and Sayers Schoenberg M., et al. “Seismic anisotropy of fractured rock”, Geophysics, 1995, источники полностью включены в настоящую заявку путем ссылки] описали простой способ разрыва перемещений для включения влияний геологически реалистичных расколов и трещин на распространение сейсмических волн через трещиноватую породу. Они рассмотрели тонкие расколы произвольной формы и конечных размеров или группы планарных и параллельных трещин, таких, что различные расколы и трещины не являются взаимодействующими (предполагается, что каждый раскол подвергается воздействию однородного поля напряжений, которое не возмущается соседними расколами). Численные проверки приближения отсутствия взаимодействия показали, что взаимодействия и пересечения расколов и трещин оказывают небольшое влияние на эффективную упругость [Grechka V., et al. “Effective elasticity of rocks with closely spaced and intersecting cracks”, Geophysics, 2006, источник полностью включен в настоящую заявку путем ссылки]. При такой гипотезе полную упругую податливость s_ijkl можно разложить посредством линейного суммирования податливостей группы расколов или трещин и податливостей вмещающей среды:

Когда расколы и трещины являются вращательно инвариантными (например, плоскими), избыточные податливости относительно вмещающей среды можно записать в виде

где δ_ij является символом Кронекера, α_ij является тензором второго ранга, и β_ijkl является тензором четвертого ранга. Для отдельных расколов, включенных в репрезентативный объем V, Sayers и Kachanov (1995) определяют α_ij и β_ijkl как

где и являются нормальной и тангенциальной податливостью, соответственно, раскола r (в единицах длина/напряжение), является составляющей i нормали к расколу, и A^(r) является площадью раскола внутри V.

Для групп планарных и параллельных трещин Shoenberg и Sayers (1995) определяют α_ij и β_ijkl как

где и являются нормальной и тангенциальной податливостью, соответственно, трещины m (в единицах 1/напряжение), является составляющей i нормали к трещине. Зависимость между двумя представлениями может быть установлена для конкретных случаев, например одна группа из N параллельных тонких расколов с регулярными промежутками s=L/N и одинаковой площадью A=L×L внутри куба V=L×L×L (расколы параллельны одной грани куба) имеет вид B_TN/L=B_T/s=Z_T и (B_N-B_T)N/L=(B_N-B_T)/s=Z_N-Z_T.

Основываясь на характеристиках трещин, полученных в результате интерпретации изображений ствола скважины, эту модель можно применить для вычисления наведенной трещинами акустической анизотропии, если удовлетворяются условия длинноволновой эффективной среды. Определяют (221) податливости трещин вмещающей породы и одну из и . Упругой средой, зондируемой между акустическим излучателем и приемниками (при известности геометрии прибора), определяется объем, на протяжении которого удовлетворяется длинноволновое приближение. Податливости вмещающей среды связаны с упругими свойствами среды (то есть с медленностями акустических волн) без трещин. В скважине они являются неизвестными, поскольку среда со всеми объединенными эффектами определяется как . Однако удовлетворительное практическое отправное положение заключается в учете вмещающей среды как изотропной. Затем две постоянные изотропной упругости находят на дискретных глубинах с помощью измеренной медленности (DTco_meas) продольной волны на основании монопольной волны, наименьшей (DTs^fast _meas) из медленностей поперечной волны на основании дипольной волны и плотности. В случае задачи прямого моделирования нормальная и тангенциальная податливости являются неизвестными и могут быть особыми для каждой трещины. В данном случае каждая трещина (m), наблюдаемая на изобразительной каротажной диаграмме, предполагается частью группы (n) трещин определенного типа с податливостями и . Сначала на основании геологической интерпретации каждую трещину относят к определенной группе. На более поздней стадии (220) последовательности выполняемых действий каждая трещина может быть вновь отнесена к другой группе трещин. В случае сухих или газонаполненных трещин является хорошим приближением, но в общем случае для заполненных водой или нефтью трещин (Sayers, 2002). Когда нормальная и тангенциальная податливости являются равными , β_ijkl обращается в нуль, и возможная симметрия низшего порядка упругого тензора является орторомбической. Оценки нормальной и поперечной податливостей трещин при лабораторных измерениях на породах кварцевого монцонита и известняка имеют значения в диапазоне от 0,01.1е-12 до 0,5.1е-12 м/Па; [Pyrak-Nolte L.J. “The seismic response of fractures and the interrelationships among fracture properties”, Int. J. Rock Mech. Min., 1995; Lubbe R. “A field and laboratory investigation of the compliance of fractured rocks”, DPhil Thesis, 2005, источники полностью включены в настоящую заявку путем ссылки]; и от 0,25.1е-12 до 3,5.1е-12 м/Па при межскважинных сейсмических экспериментах на доминирующей частоте 2 кГц [Lubbe R., et al. “A field investigation of fracture compliance”, Geophys. Prosp., 2006, источник полностью включен в настоящую заявку путем ссылки]. Зависимости нормальной и тангенциальной податливостей и от физических характеристик трещин находятся за пределами объема этого патента; для получения дополнительных подробностей см. Pyrak-Nolte (1995). В предложенном способе особый тип трещин различают с помощью различных групп трещин. Например, используя интерпретацию изображения ствола скважины, можно определить три группы трещин в виде раскрытых природных трещин, сомкнутых природных трещин и наведенных напряжениями трещин. Поскольку упругая податливость трещин (уравнения 5 и 6) является результатом линейного сложения отдельных вкладов трещин, полная податливость трещин может быть разложена в линейное сложение заданного числа групп, например, составляющей для раскрытых природных трещин, составляющей для сомкнутых природных трещин и составляющей для наведенных напряжениями трещин в виде:

Тензоры , и избыточной податливости находят соответственно из уравнений

с тензорами , и второго ранга и тензорами , и четвертого ранга, определяемыми с использованием уравнения 5 и уравнения 6 вместе с соответствующими нормальными и тангенциальными составляющими , , , , и . На этапе 221, в зависимости от числа определенных групп, нормальные и тангенциальные податливости приписывают к каждой группе (n) в виде и .

На этапе (222), используя уравнение 7, вычисляют избыточную податливость, обусловленную всеми группами трещин.

Прогнозирование медленностей быстрой и медленной поперечных волн и азимута осуществляют на этапе (223). После нахождения описанных выше параметров вычисления могут быть выполнены для дискретных глубинных точек. Для дискретной выбранной глубины трещины, присутствующие в пределах глубинного окна ниже и выше выбранной глубины, включают в расчет, и знание глубин трещин, углов наклона и азимутов наклонов дает возможность осуществлять определение для каждой трещины и вычисление полного тензора упругой податливости. Тензор податливости может быть обращен для нахождения тензора жесткости. Заявитель отмечает, что в этом подходе не предполагается никакой особой симметрии упругой среды. Затем тензор жесткости используют, чтобы найти решение для движения с помощью уравнения Кристоффеля для произвольной анизотропии. Задав направление распространения вдоль оси ствола скважины, из распространения упругой волны находят решение для векторов поляризации трех волн, одной квазипродольной qP-волны и двух квазипоперечных qS1- и qS2-волн. Анализ азимутального изменения скоростей поперечных волн в плоскости, ортогональной к стволу скважины, обеспечивает получение двух характеристик, обычно наблюдаемых при акустической анизотропии: азимута быстрых поперечных волн и двух медленностей быстрых и медленных поперечных волн.

Выходные данные этапа (223), то есть спрогнозированные азимут быстрых поперечных волн и медленности быстрых и медленных поперечных волн, используют на этапе (224).

На этапе (224) несоответствие между наблюдением и прогнозированием используют для проведения различия между зонами, находящимися под влиянием раскрытых природных трещин, сомкнутых природных трещин и наведенных напряжениями трещин. На глубине z ошибка прогнозирования или несоответствие между наблюдаемым и прогнозируемым азимутом быстрой поперечной волны и разность медленностей могут быть выражены как:

Затем находят следующие нормы L_n вектора несоответствия:

или

где σ_i являются среднеквадратическими отклонениями от наблюдений, использованными в уравнениях 11 и 12.

Используя уравнения 11 и 12, находят следующие нормы:

Затем, повторно приписывая отдельные трещины к различным типам и переопределяя характеристики податливости трещин для каждого типа трещин, выполняют петлю оптимизации (этап 220) с повторением вычислительных этапов 221, 222, 223, 224. Приведенные выше уравнения (уравнение 15, уравнение 16, уравнение 17, уравнение 18, независимо, или уравнение 19 для комплексного обращения) могут быть минимизированы в качестве обратной задачи для нахождения оптимального типа и характеристик , , , , и податливостей для каждой трещины на заданном глубинном интервале. Кроме того, может быть сформулирован любой алгоритм обращения (наименьших квадратов или нет, то есть n=2 или n≠2), который минимизирует уравнения 15, 16, 17, 18 и 19. Петлю оптимизации обрывают, когда величины в уравнениях 15, 16, 17, 18 и 19 становятся меньше заданного критерия. Выходные данные 224 представляют собой коллекцию трещин, которые повторно приписаны к одному из трех типов трещин: раскрытым природным трещинам, сомкнутым природным трещинам и наведенным напряжениями трещинам, и для которых характеристики , , , , и податливостей теперь являются известными.

На этапе 300 на дискретных глубинах в пределах глубинного окна пропорциональную долю трещин для каждого из трех типов вычисляют и отображают в виде кривых с цветовыми кодами/цветными затенениями, показывающих зоны, находящиеся под воздействием раскрытых природных трещин, сомкнутых природных трещин и наведенных напряжениями трещин.

Результаты можно сравнить с зонами собственной или наведенной напряжениями анизотропии, идентифицированными с использованием дипольных дисперсионных кривых (этап 104), и зонами, где трещина идентифицирована с использованием волны Стоунли (этап 105).

Хотя изобретение описано с помощью приведенных выше примеров осуществлений, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что модификация и изменение поясненных осуществлений могут быть сделаны без отступления от концепций изобретения, раскрытых в настоящей заявке. Кроме того, хотя предпочтительные осуществления описаны применительно к различным иллюстративным структурам, специалист в данной области техники должен осознавать, что способ может быть осуществлен с использованием ряда конкретных структур. В соответствии с этим изобретение не должно рассматриваться как ограниченное, кроме как объемом и сущностью прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к областям скважинной геологии и геофизики и, более конкретно, к идентификации и оцениванию глубинных зон, имеющих упругую среду, видоизмененную наведенными природными трещинами или напряжениями эффектов. В соответствии с одним осуществлением изобретения способ различения наведенной природными трещинами и напряжениями акустической анизотропии содержит этапы, на которых регистрируют данные в виде изображения и акустические данные, связанные со стволом скважины; используют акустические данные для оценивания по меньшей мере одного модуля сжатия и двух модулей сдвига и направления дипольной быстрой поперечной волны; используют данные в виде изображения для идентификации типа и ориентации трещин; вычисляют азимут быстрой поперечной волны и разность медленностей между быстрой и медленной поперечными волнами, обусловленную геологическими трещинами; и идентифицируют глубинные зоны с упругой средой, находящейся под воздействием по меньшей мере одного из присутствия раскрытых природных трещин, сомкнутых природных трещин и эффектов неравных главных напряжений. Согласно другому осуществлению изобретения устройство для различения наведенной трещинами и напряжениями акустической анизотропии содержит запоминающее устройство, функционирующее для сохранения данных в виде изображения и акустических данных, связанных со стволом скважины; схемы, функционирующие для использования акустических данных для оценивания по меньшей мере одного модуля сжатия и двух модулей сдвига и направления дипольной быстрой поперечной волны; схемы, функционирующие для использования данных в виде изображения для идентификации типа и ориентации трещин; схемы, функционирующие для вычисления азимута быстрой поперечной волны и разности медленностей между быстрой и медленной поперечными волнами, обусловленной геологическими трещинами; и схемы, функционирующие для идентификации глубинных зон с упругой средой, находящейся под воздействием по меньшей мере одного из присутствия раскрытых природных трещин, сомкнутых природных трещин и эффектов неравных главных напряжений. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ различения наведенной природными трещинами и напряжениями акустической анизотропии, содержащий этапы, на которых:
регистрируют данные в виде изображения и акустические данные, связанные со стволом скважины;
используют акустические данные для оценивания по меньшей мере одного модуля сжатия и двух модулей сдвига и направления дипольной быстрой поперечной волны;
используют данные в виде изображения для идентификации типа и ориентации трещин;
вычисляют азимут быстрой поперечной волны и разность медленностей между быстрой и медленной поперечными волнами, обусловленную геологическими трещинами; и
идентифицируют глубинные зоны, находящиеся под воздействием по меньшей мере одного из раскрытых природных трещин, сомкнутых природных трещин и наведенных напряжениями трещин.

2. Способ по п.1, включающий в себя дополнительный этап, на котором вычисляют азимут быстрой поперечной волны и разность медленностей между быстрой и медленной поперечными волнами, обусловленную геологическими трещинами, при использовании прямой количественной модели наведенной природными трещинами и напряжениями акустической анизотропии, основанной на знании характеристик трещин, интерпретированных по данным в виде изображения.

3. Способ по п.2, в котором прямая модель основана на механической модели.

4. Способ по п.3, включающий в себя дополнительный этап, на котором вычисляют несоответствие между прогнозируемыми и наблюдаемыми акустическими измерениями, то есть азимутом быстрой поперечной волны и медленностями.

5. Способ по п.1, включающий в себя дополнительный этап, на котором используют монопольные продольные волны для оценивания медленности продольной волны и связанных с ней модулей упругости.

6. Способ по п.5, включающий в себя дополнительный этап, на котором используют монопольные поперечные волны для оценивания медленности поперечной волны и связанных с ней модулей упругости.

7. Способ по п.6, включающий в себя дополнительный этап, на котором используют акустические данные поперечных волн со скрещенных диполей для оценивания двух медленностей поперечных волн и связанных с ними модулей упругости и направления быстрой поперечной волны.

8. Способ по п.7, включающий в себя дополнительный этап, на котором используют монопольную волну Стоунли для оценивания медленности поперечной волны и связанных с ней модулей.

9. Способ по п.1, включающий в себя дополнительный этап, на котором используют данные в виде изображения для идентификации характеристик трещин с помощью геологического и геомеханического анализа, приводящего к априорному различению раскрытых природных трещин, сомкнутых природных трещин и наведенных напряжениями эффектов.

10. Устройство для различения наведенной трещинами и напряжениями акустической анизотропии, содержащее:
запоминающее устройство, функционирующее для сохранения данных в виде изображения и акустических данных, связанных со стволом скважины;
схемы, функционирующие для использования акустических данных для оценивания по меньшей мере одного модуля сжатия и двух модулей сдвига, и направления дипольной быстрой поперечной волны;
схемы, функционирующие для использования данных в виде изображения для идентификации типа и ориентации трещин;
схемы, функционирующие для вычисления азимута быстрой поперечной волны и разности медленностей между быстрой и медленной поперечными волнами, обусловленной геологическими трещинами; и
схемы, функционирующие для идентификации глубинных зон, находящихся под воздействием по меньшей мере одного из раскрытых природных трещин, сомкнутых природных трещин и наведенных напряжениями эффектов.

11. Устройство по п.10, дополнительно включающее в себя схемы, функционирующие для вычисления азимута быстрой поперечной волны и разности медленностей между быстрой и медленной поперечными волнами, обусловленной геологическими трещинами, при использовании прямой количественной модели наведенной природными трещинами и напряжениями акустической анизотропии, основанной на знании характеристик трещин, интерпретированных по данным в виде изображения.

12. Устройство по п.11, в котором прямая модель основана на механической модели.

13. Устройство по п.12, дополнительно включающее в себя схемы, функционирующие для вычисления несоответствия между прогнозируемыми и наблюдаемыми акустическими измерениями, то есть азимутом быстрой поперечной волны и медленностями.

14. Устройство по п.10, дополнительно включающее в себя схемы, функционирующие для использования монопольных продольных волн для оценивания медленности продольной волны и связанных с ней модулей упругости.

15. Устройство по п.14, дополнительно включающее в себя схемы, функционирующие для использования монопольных поперечных волн для оценивания медленности поперечной волны и связанных с ней модулей упругости.

16. Устройство по п.15, дополнительно включающее в себя схемы, функционирующие для использования акустических данных поперечных волн со скрещенных диполей для оценивания двух медленностей поперечных волн и связанных с ними модулей упругости и направления быстрой поперечной волны.

17. Устройство по п.16, дополнительно включающее в себя схемы, функционирующие для использования монопольной волны Стоунли для оценивания медленности поперечной волны и связанных с ней модулей.

18. Устройство по п.10, дополнительно включающее в себя схемы, функционирующие для использования данных в виде изображения для идентификации характеристик трещин с помощью геологического и геомеханического анализа, приводящего к априорному различению раскрытых природных трещин, сомкнутых природных трещин и наведенных напряжениями эффектов.