使用处理井的导向孔作为监测井实时监测和发送水力压裂地震事件至表面的系统

摘要

提供了用于确定储层(23)中的目标区域(21)的水力压裂裂缝几何形状和/或展布范围的系统(30)，示例性的系统(30)包括：与第一井筒(78)的下部(81)中的压裂操作隔离的井下声学接收器设备(63)以及位于与第一井筒(78)连接的第二井筒(109)中的压裂设备。井下声学接收器设备(63)中的地面设备(31、38)之间的通信是通过通信管道旁路(101、133；103；102、93)提供的，通信管道旁路容许第二井筒(109)中的井操作而不妨碍地面设备(31、38)与井下声学接收器设备(63)之间的通信。

说明书

技术领域

本发明一般地涉及水力压裂、监测和储层中的目标区域的微震信息的数据传输的领域，并且更具体地涉及用于在压裂操作期间探测微震事件的压裂处理井中的电气和物理隔离的井下声学监测设备的使用和采用。

背景技术

为提高油气层（hydrocarbon bearing formation）的生产率，水力压裂法已经在超过一百万个井（特别是那些钻在低渗透储层中的井）中使用超过60年。为了经济地生产天然气，据估计仅在美国就有90%的天然气井使用水力压裂法。成功的水力压裂法通常被认为对于从页岩层和其它致密气藏经济地生产天然气而言至关重要。

通常在竖直井、倾斜井和水平井中采用压裂处理操作。在典型的井开发作业中，处理井的井筒钻穿进行压裂处理的期望地层。

水力压裂裂缝通过以足以将井下压力增大至如下值的速度将流体泵抽到井筒中来形成：该值超过目标区域中的地层岩石的破裂梯度。压力引起地层开裂，从而允许压裂流体进入并且使裂缝进一步延伸到地层中。注射过程停止后保持该裂缝张开的一种方法是向压裂流体添加固体支撑剂。将支撑剂（其通常为过筛圆粒砂或其它无孔材料）输送到裂缝中。这种砂被选择为具有比周围地层的渗透性更高的渗透性，于是被支撑的水力压裂裂缝变为具有高渗透性的通道，地层流体可以通过该通道流到井中。

确定完成的水力压裂裂缝的尺寸和方向是相当困难和昂贵的，而较便宜的方案又非常不准确。众所周知，水力压裂会产生一系列小“地震”，而这一系列小“地震”可以映射以示出压裂事件的位置。目前使用的技术在单独的监测井中部署通常为地震检波器形式的一系列微震探测器，以在泵送水力压裂处理液时测量压裂事件。也可以在地面上部署地震检波器或倾斜仪，但随着在井中进入得更深，分辨率明显变小。

部署在地面上或附近监测井中的倾斜仪阵列测量竖直位移的水平梯度。部署在与目标区域邻近的附近监测井中或地面上的微震探测器阵列如果目标区域不太深和/或环境噪声不太大，则可以探测与不连续的裂缝开口事件相关联的单独微震事件。利用基于比较声波到达接收器阵列的各种传感器处的到达时间进行的三角测量方法，可以以三维的方式定位微震事件。通过映射与压裂过程中的不断增长的水力压裂裂缝相关联的小地震事件的位置，可以推断出裂缝的大致几何形状。

尽管使用与处理井分开设置的监测井通常是优选的（因为这种方案提高了精度，特别是在具有较高环境噪音和/或相对较难触及的地面条件的区域），但钻一个监测井的成本通常需要大约1000万美元并且需要30-50天的钻井时间。此外，地面不动产或其它因素的可使用性可能使监测井不能被钻在离目标区域足够靠近的位置，从而会导致性能的下降。

为了尽量减少投资成本和部署时间，一些革新的操作者试图通过将声学传感器设置在处理井的环面中来建立监测井和处理井的组合，然而他们几乎没有什么成功。而其它一些操作者选择将声学传感器直接部署在处理流动路径中。

然而，本发明的发明人认识到，由于压裂流体的泵送，沿处理井的环面设置或在流动路径中设置的此类声学传感器在水力压裂事件期间会遇到大量的噪声，这进而导致了所收集的声学数据具有过低的信噪比。相应地，发明人还认识到，这种类型的监测可能通常仅在裂缝闭合时才提供可用的数据，从而使操作者错过了在泵送压裂浆液时发生的压裂事件。

本发明的发明人进一步认识到，由于电气参数/电力管道（例如，布设有声学传感器，以将数据发送到地面）的暴露限制，操作者被限制为某种浆液浓度，并且由于电线的线缆接头的压力限制，因此还受到压裂时能够施加的总压力量的限制。此外，本发明的发明人还认识到，在现有或将来可能的侧钻操作时在处理液流体内或环面附近部署声学传感器可能会妨碍此类操作。

因此，本发明的发明人认识到，需要只需单个处理井以减少投资成本和部署时间的系统和方法，该系统和方法包括隔离声学传感器的设置，以在向井下泵送压裂浆液的过程中收集具有可接受信噪比的声学数据。本发明的发明人还认识到，需要这样的系统和方法：其允许较高的浆液浓度，并且允许最佳压裂所需的总压力而无需考虑声学传感器的通信通路中的电线管道/线缆接头的压力限制，和/或不会妨碍现有或将来可能的侧钻操作。

发明内容

考虑到上述情况，本发明的各种实施例优选地提供了用于确定目标区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统和方法/过程，该系统和方法仅需要使用单个处理井的一部分便可减少投资成本和部署时间，该系统和方法包括提供对声学监测传感器的隔离，以在泵送压裂浆液期间实时收集具有可接受的性噪比的声学数据，该系统和方法允许使用较高浓度的浆液，在无需考虑电缆接头的压力限制的情况下允许最佳压裂所需的总压力，和/或不妨碍当前或将来的侧钻操作，以及可以在所有类型的水力压裂操作（包括压裂非常规的储层或页岩气储层）中进行监测地震。

更具体地，通过将第一地下井和第二地下井的功能组合到单个井中来确定储层中的目标区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统的实施例的实例可以包括：主套管柱，其在第一井筒的第一部分内延伸；生产尾管，其与所述主套管柱的一部分的内表面连接并且延伸到所述第一井筒的第二部分中，所述生产尾管包括与通往侧向分支井筒的开口相邻的侧向孔。该系统还可以包括造斜工具或其它偏斜工具，其在所述侧向孔的主要部分下方的位置处定位在所述生产尾管内，以有利于与侧向分支井筒相关联的钻井操作的执行以及将定位在所述生产尾管内、所述造斜工具下方且与目标区域相邻的声学组件与压裂操作隔离。声学组件可以包括声学接收器控制器以及捕捉所述目标区域的下方、上方和内部的压裂事件的一组一个或多个声学传感器。

该系统还可以包括封隔器，所述封隔器定位在所述生产尾管的孔内、所述造斜工具的主要部分下方且在所述一组一个或多个声学传感器上方的位置处以将所述一组一个或多个声学传感器隔离于与压裂流体的输送相关联的声学干扰，和/或可以包括如下的封隔器：该封隔器定位在生产尾管的孔内的所述一组声学传感器下方的位置处以液体隔离所述生产尾管的孔内的声学传感器和/或降低来自系统的压裂部件的声学干扰。

该系统还包括：管柱，其延伸贯通第一井筒的第一部分、第一井筒的第二部分的上部、侧向孔以及侧向分支井筒的一部分以输送压裂流体；以及电感通信组件，其定位成接收来自声学接收器控制器的数据信号和/或向声学接收器控制器提供电力，并且定位成提供下部完井设备与上部完井设备之间的电气隔离。根据优选的构造，电感通信组件包括通信管道旁路，通信管道旁路定位在第一井筒内并且从侧向孔上方的位置延伸到侧向孔下方的位置以防止与压裂设备或其部署相干扰。有益地，电感通信组件包括两组电感耦合器，这两组电感耦合器将井上通信部件与邻近侧向分支井筒的通信部件隔离以及将这些通信部件与位于造斜工具下方的声学组件部件隔离。显然，通过使用这些电感耦合技术将地面设备与井下声学监测设备连接来实现期望的电气隔离和物理隔离。

根据本发明的另一实施例的系统可以包括第一井筒，第一井筒包括收容流体输送管道的第一部分以及收容与储层内的目标区域相邻地定位的声学组件的第二部分。声学组件可以包括声学接收器控制器以及一组一个或多个声学传感器，一组一个或多个声学传感器与声学接收器控制器通信以捕捉目标区域下方、上方或内部的压裂事件。该系统还包括第二井筒，所述第二井筒在所述第一井筒中位于声学组件上方的侧向孔处与第一井筒连接并且收容压裂处理系统，由此第二井筒和压裂处理系统与第一井筒的收容声学组件的第二部分液体隔离。该系统还可以包括电感耦合通信管道旁路，电感耦合通信管道旁路定位在第一井筒的第一部分和第二部分内并且从侧向孔上方的位置延伸到侧向孔下方的位置以提供第二井筒中的井操作，而无需任何声学监测设备和关联的干涉通信管道。

根据本发明的另一实施例的系统可以包括：下部完井，其包括定位在管内的井筒传感器（例如，声学传感器等）；下部脐带缆，其从管外侧的位置延伸到与第一接头的可操作位置邻近的位置；侧向井筒，其定位成避免与下部脐带缆交叉并且至少部分地横过管的定向；以及上部完井，其布设有与第一接头相连的上部脐带缆。根据示例性构造，下部脐带缆和收容井筒传感器的管被构造为布设在一起。根据示例性构造，第一接头与上部脐带缆连接。管的孔内的第二接头与井筒传感器连接。通向侧向井筒的入口定位在第二接头上方以及第一接头下方的位置处。根据示例性构造，第一接头和第二接头构造为与下部脐带缆电感耦合。

根据示例性构造，封隔器定位在通向侧向井筒的入口下方以及多个声学传感器的上方，以使通过侧向完井的压裂流体的运动相关联的且被多个声学传感器遇到的噪声最小化并且隔离声学传感器所遇到的压力。根据另一示例性构造，多个声学传感器胶结在适当位置以使多个声学传感器所遇到的噪声最小化且隔离压力。

根据本发明的另一实施例的系统可以包括：下部完井，其包括定位在管内且定位在目标地层内的井筒传感器（例如，声学传感器等）；下部脐带缆，其从所述管的收容井传感器的部分外侧的位置延伸到与接头的可操作位置邻近的位置；侧向井筒，其定向为至少部分地横过管的定向并且至少基本定位在目标地层内，从而提供目标地层内的压裂。上部完井布设有与接头相连的上部脐带缆，由此接头与下部脐带缆可操作地耦合。根据示例性构造，接头是与上部脐带缆连接的第一接头，并且井筒传感器与至少一部分定位在管的孔内的第二接头的至少一部分连接。根据示例性构造，通向侧向井筒的入口定位在第二接头上方以及第一接头下方的位置处。

根据示例性构造，侧向完井至少基本水平地对准在目标地层的上边界和下边界之间以提供目标地层内的压裂。根据该构造，管的收容声学传感器的部分定位在目标地层的上边界和下边界之间。根据示例性构造，目标地层的一部分在侧向完井的上方和下方被压裂。根据该示例性构造，声学传感器定位成接收目标地层的位于侧向完井上方的部分的压裂数据并且接收目标地层的位于侧向完井下方的部分的压裂数据。

根据本发明的实施例的实例，确定储层中的目标区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的方法可以包括如下各种步骤：建立井并且部署声学和通信设备。根据示例性实施例，穿过目标区域钻造井，并且该井为套管井和胶结井或处于裸眼井环境。然后将地震检波器或其它声学接收器以预定间隔悬挂在造斜工具或其它偏斜型工具的下方的方式部署造斜工具或其它偏斜型工具，以捕捉目标区域下方、上方和目标区域中的压裂事件。地震检波器或其它声学接收器连接在套管井段或裸眼井段上。通过将地震检波器或其它声学接收器胶结在适当位置或使用定中心器将地震检波器或其它声学接收器悬挂在套管井或裸眼井中，可以实现地震检波器或其它声学接收器的连接。还可以使用封隔器将压力与压裂操作隔离开并且隔离地震检波器。如果未被胶结，则在日后可以回收部署的造斜工具/偏斜工具和地震检波器或其它声学接收器。

在压裂操作期间，使用例如井下电耦合器将数据发送到井上，以在试井操作中实现井下的电连接。优选地，连接装置的使用可以消除电连接部与井筒流体之间的任何物理接触。根据示例性构造，经由生成传输到凹入式耦合器的电磁（EM）场的交流电流利用耦合器发送电力和/或通信信号。因此，该系统的优点在于在整个连接装置上提供了有效电力和通信。

根据方法的另一实施例，该方法可以包括以下多个步骤：将声学组件定位在第一井筒中，第一井筒邻接储层中的目标区域并且钻造在储层的一部分内，以接受限定目标区域的水力压裂处理。声学组件可以包括声学接收器控制器（例如，地震计算装置）和一组一个或多个声学传感器（例如，地震检波器、倾斜仪等），以捕捉目标区域内的压裂事件。上述多个步骤还包括以下步骤：当在目标区域中进行储层的水力压裂时，使一组一个或多个声学传感器与延伸穿过第一井筒的一部分并且进入到第二井筒中的管柱所输送的压裂流体相关联的声学干扰隔离。这种隔离可以优选地用于使一组一个或多个声学传感器所遇到的并且与压裂流体的运动相关联的噪声最小。

上述多个步骤还包括以下步骤：将钻井造斜器插入到第一井筒中，钻造第二井筒，以接收压裂流体，以及如果未进行预钻井，则通常在钻造第二井筒之前，将通信管道旁路定位在第一井筒中，而从与第二井筒的边界上方的第一位置延伸到与第二井筒的边界下方的第二位置。上述多个步骤还包括以下步骤：通过采用一组声学传感器来探测与水力压裂的执行相关联的微震事件，当通过第二井筒在目标区域中进行储层的水力压裂时，将描述声学组件所探测到的微震事件的实时微震事件数据发送到地面单元。为了提供这种通信，上述多个步骤还包括以下步骤：将声学接收器控制器耦合至与通信管道旁路的第一端部相连的第一耦合器，第一耦合器定位为邻接位于侧向孔下方的第二位置，将地面设备耦合至与通信管道旁路的第二相反端相连的第二电感耦合器，第二电感耦合器定位为邻接位于例如所述侧向孔上方的第一位置。

根据方法的另一实施例，该方法可以包括以下步骤：将造斜工具定位于钻造在储层的一部分内的第一井筒中的生产尾管内，以接受限定目标区域的水力压裂处理，以及将声学组件定位在第一井筒中的生产尾管内，使声学组件位于造斜工具的主要部分的下方并且邻接储层中的目标区域。声学组件可以包括声学接收器控制器和一组一个或多个声学传感器，以捕捉目标区域下方、上方和目标区域内的压裂事件。上述多个步骤还包括以下步骤：当在目标区域中进行储层的水力压裂时，使一组一个或多个声学传感器与延伸穿过第一井筒的一部分并且进入到第二井筒中的管柱所输送的压裂流体相关联的声学干扰隔离，从而使一组一个或多个声学传感器所遇到的并且与压裂流体的运动相关联的噪声最小。上述多个步骤还可以包括以下步骤：在生产尾管中开设侧向孔，以形成通向第二井筒的入口，从而接收压裂流体，以及将通信管道旁路定位在第一井筒中，而从位于侧向孔上方的第一位置延伸到侧向孔下方的第二位置。通信管道旁路的定位通常在生产尾管的部署和声学组件的部署期间实现，并且随后在管柱部署后完成。

上述多个步骤还可以包括以下步骤：通过采用一组声学传感器来探测与水力压裂的执行相关联的微震事件，以及在目标区域中进行储层的水力压裂时，将描述声学组件所探测到的微震事件的实时微震事件数据发送到地面单元。可以通过将声学接收器控制器电感耦合至与通信管道旁路的第一端部相连的第一耦合器并将地面设备电感耦合至与通信管道旁路的第二相反端相连的第二电感耦合器来实现通信，第一耦合器定位为邻接位于侧向孔下方的第二位置，第二电感耦合器定位为邻接位于所述侧向孔上方的第一位置。

根据方法的另一实施例，该方法可以包括以下步骤：布设下部完井，下部完井包括与管内第一接头相连的井筒传感器；布设通信管道（下部脐带缆），该通信管道从邻接第一接头的管的外侧的位置延伸到与第二接头的可操作位置相邻的位置；钻造侧向井筒，该侧向井筒定向为至少部分地横过管的定向，并且定位在第一接头上方和第二接头下方的位置，同时避免与下部脐带缆相交；以及布设上部完井，该上部完井具有与第二接头相连的通信管道（上部脐带缆）。该方法还包括以下步骤：布设连接在上部完井下方的侧向完井；和/或在侧向完井中设置一个或多个储层监测传感器，并且将从传感器延伸的侧向脐带缆与上部脐带缆的三通连接部相连。侧向完井还可以保持有多个流量管理部件，流量管理部件包括流入控制阀、流入控制装置和/或隔离封隔器。

根据方法的实施例，上述多个步骤可以包括以下步骤：感测由生产井的相邻地层产生并且与通过侧向完井进行的压裂操作相关联的水力压裂的声学事件。井筒传感器（例如，声学传感器的形式）定位为在不同时间探测声学事件，以便于定位声学事件。上述多个步骤可以另外地或替代地包括：多个声学传感器感测由与相邻井的侧向完井相关联的水力压裂产生的声学事件。上述多个步骤还可以或可选地包括：将封隔器定位在侧向井筒的下方和多个声学传感器的上方，以使与通过侧向完井的压裂流体的运动相关联的并且被多个声学传感器遇到的噪声最小，以提高数据质量。

根据方法的另一实施例，该方法可以包括以下步骤：提供多个生产井，每个生产井均包括上部完井、下部完井和延伸到侧向井筒中的侧向完井；对于每个生产井而言，将地下观测井和地下生产井的功能组合到多个生产井中的每个单独的井中；以及感测由与多个井之一的侧向完井相关联的水力压裂产生的声学事件。例如通过将多个声学传感器定位在下部完井中并且将多个声学传感器与流过上部完井和侧向完井的压裂流体液体隔离开来进行功能的组合。利用定位在侧向井筒下方和多个声学传感器上方的诸如封隔器等隔离装置提供隔离，以使与流过侧向完井的压裂流体的运动相关联的并且被多个声学传感器遇到的噪声最小。另外，优选地，利用多个生产井中的至少两个中的多个声学传感器中的一个或多个声学传感器进行该感测，以提高数据的准确性。

有利地，本发明的各种实施例在泵送水力压裂处理液的同时允许处理井的地震事件数据的实时数据发送。常规的做法是钻造观测井/监测井和部署地震检波器，以在压裂处理期间监测压裂地震事件，或将地震检波器部署在地面。通常观测井/监测井或地面离压裂处理处比较远，使得不能收集到较好质量的监测数据，并且与建立观测井/监测井相关的成本较大。因此，为了解决此类问题，有利地，本发明的各种实施例提供了使用单个处理井进行压裂地震映射，而无需单独的监测井或地面设备的部署。通过将井下声学传感器部署在处理井的一部分中和用于输送压裂流体的侧钻井的下方可以实现上述目的。处理井的这个部分例如可以是处理井的导向孔的延伸超过侧钻井期望入口位置的部分。有利地，通过减少单独的监测井的钻井和完井（这通常需要花费1000万美元和30-50天的钻井时间），例如侧钻中的初始导向孔的使用显著降低了裂缝包裹的成本。

有利地，本发明的各种实施例还提供了对声学传感器的隔离，以便在泵送期间实时收集具有可接受的信噪比的声学数据，和/或通过如下方式使用例如4PPA的高浆液浓度：将传感器布设在造斜工具的下方和/或将封隔器安装在造斜工具的下方，以将声学传感器包含在处理井的主要部分的延伸段（例如，导向孔）中，从而将声学传感器与保持部件的浆液分开，使得它们不接触或彼此以其它方式连通。有利地，通过将地震检波器设置在造斜工具的下方，在使用简单的过滤技术的情况下降低或消除噪声问题。另外，消除了浆液限制，处理压力并不限于所部属的工具，并且地震检波器可以在整个目标区域上预定位在处理层段的正上方和正下方。

此外，本发明的各种实施例利用电感耦合器技术将实时测量的数据发送到地面，该电感耦合器技术允许声学传感器和声学接收器控制器（例如，地震计算装置）不仅保持物理/液压隔离还保持电气隔离，即，没有需要延伸穿过造斜工具或封隔器的电气通道或管道提供声学接收器控制器（例如，地震计算装置）与地面计算机之间的通信。电感耦合器省去了电连接部与井筒流体之间的任何物理接触。经由生成传播到凹入式耦合器的电磁（EM）场的交流电流，通过耦合器传送电力。该系统的额外优点在于在整个连接装置上提供了有效的电力和通信。

有利地，本发明的各种实施例还允许使用最佳压裂所需的总压力而无需考虑提供声学组件与地面单元之间的通信的电缆接头的压力限制，和/或还允许在处理井内采用不会妨碍当前或将来的侧钻操作的监测系统。通过采用电感耦合技术，电遥测数据通过第一电感耦合在生产尾管中的预期孔或现有孔上方的位置处从井的内部发送到生产尾管的外部，并且通过第二电感耦合在造斜工具的预期位置或现有位置下方的位置处返回到井的内部，这两个耦合之间的布线远离生产尾管中的预期孔或现有孔的位置而铺设到生产尾管外。

附图说明

从而，可以更详细地理解本发明的上述特征和优点及其它内容将变得显而易见的方式，并且可以参照在构成本说明书一部分的附图中示出的本发明的实施例来对本发明的以上简要概括内容进行更具体的描述。然而，应注意的是：附图仅示出本发明的各种实施例，因此不应被视为对本发明的范围的限制，这是因为本发明还可能包括其它的有效实施例。

图1是根据本发明的实施例的用于确定储层内的目标地区/区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统的总体系统结构的示意图；

图2是根据本发明的实施例的用于确定储层内的目标地区/区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统的井下部分的示意图；

图3至图11提供示出了根据本发明的实施例的用于确定储层内的目标地区/区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统的主井筒的开发、用于进行压裂操作的井筒以及井下部分的部署的一系列示意图；

图12是示出根据本发明的实施例的用于确定储层内的目标地区/区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统的井下部分的操作使用的示意图；

图13是根据本发明的实施例的电感电路的示意图；

图14是示出根据本发明的实施例的用于确定在一对相邻的生产井中采用的目标地区/区域的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统的成对部分（通常彼此接收、处理和提供互补数据）的示意图；

图15是示出根据本发明的实施例的主脐带管线中的多个抽头的示意图，示出使用脐带管线作为井下声学传感器与储层监测传感器之间的主通信链路；

图16是示出根据本发明的实施例的多个控流装置的应用的示意图；以及

图17是示出根据本发明的实施例的地面部件与井下声学传感

器之间的通信线路连接构造的示意图。

具体实施方式

下文将参照示出本发明各实施例的附图对本发明进行更全面的描述。然而，本发明可以实现为许多不同的形式，并且不应被理解为限于本文阐述的所示实施例。更确切地说，提供这些实施例是为了使本公开内容彻底和完整且充分地向本领域技术人员传达本发明的范围。在全文中，相同的附图标记表示相同的元件。如果使用撇号的话，则撇号表示可选实施例中的类似元件。

本发明的各种实施例优选地提供了使用处理井的导向孔来实时监测水力压裂裂缝的系统和方法。根据本发明的示例性实施例，穿过压裂处理将发生的期望地层进行钻井。然后，将造斜工具（kickovertool）或其它偏斜工具下降到井筒中，并且定向在优选的压裂方向上。位于造斜工具下方的是声学传感器。造斜工具下方布设有至少一个传感器，但优选地为一系列传感器。造斜工具就位后，将侧钻孔钻为竖直井筒或水平井筒。优选地，必要时，通过堆叠造斜工具可以设置多个侧钻孔。通过在造斜工具下方设置封隔器，将能进一步降低泵送压裂流体时产生的噪音。在下文中提供了根据本发明的示例性实施例的额外细节。

如图1所示，用于确定储层23的目标区域21的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的系统30可以包括裂缝映射计算机31以及用户界面37，裂缝映射计算机31具有处理器33和与处理器33相连以存储软件和数据库记录的存储器35，用户界面37可以包括用于显示图形图像的图形显示器39和本领域技术人员已知的用户输入设备41以使得用户访问操作软件和数据库记录。应注意的是，计算机31可以是个人计算机的形式，或者服务器或服务于多个用户界面37的服务器场或本领域技术人员已知的其它构造的形式。因此，用户界面37可以直接与计算机31相连或通过本领域技术人员已知的网络38与计算机31相连。

系统30还可以包括数据库（未示出），该数据库存储在裂缝映射计算机31的（内部或外部）存储器35中并且具有表示探测到的地震事件的位置点的数据，系统30还可以包括存储在裂缝映射计算机31的存储器35中并且适于接收来自声学接收器控制器61的信号的裂缝映射程序体51。应注意的是，裂缝映射程序体51可以是本领域技术人员已知和理解的为命令操作组（其控制硬件的功能并且指导硬件的操作）提供的特定组的微码、程序、例程和符号语言。还应注意的是，根据本发明的实施例的裂缝映射程序体51无需全部存在于易失性存储器中，而是可以按需要根据本领域技术人员已知和理解的各种方法有选择地加载。此外，裂缝映射程序体51的至少一部分可以存储在声学接收器控制器61的存储器中和/或由声学接收器控制器61执行。

如图1和图2所示，系统30还包括声学组件63，声学组件63包括声学接收器控制器（例如，地震计算装置）61和一组（至少为一个，但更通常为多个）声学传感器（例如，地震检波器、水听器（hydrophone）等）65，声学传感器65悬挂于定位在生产尾管或其它尾管73中的造斜工具或其它钻井偏斜型工具71的下方，尾管73本身悬挂在套管75中，而套管75本身定位在通常竖直的井筒78的主要部分77内。在套管井的构造中，尾管73使用套管挂74或本领域普通技术人员理解的其它装置悬挂在套管75中。

根据系统30的图示实施例，声学传感器组65包括以预定的一个或多个距离隔开的多个间隔开的传感器，用于在不同的传播时间捕捉同一组压裂事件，从而允许对所接收的自每个单独压裂事件发出的声学信号进行三角测量。应注意的是，如图2所示，可以在安装造斜工具71之前，将本领域普通技术人员已知和理解的一个或多个封隔器79、84可选地安装在生产尾管73的孔76中。根据一个实施例，封隔器79定位在造斜工具71下方和声学组件63的上方的位置处，以使传感器65与声学干扰隔离。在这个实施例中，可以使用定中心器（未示出）或其它连接装置在尾管73的孔76中稳固传感器65。根据可选的实施例，封隔器84安装在声学组件63的下方，以使尾管73内的收容声学组件63的腔室80液体密封，并且封隔器84与造斜工具71（或其它造斜器型工具）和/或与该造斜工具相邻的另一封隔器79一起使用，从而防止液压侵入。

根据系统30的图示实施例，井筒78包括主要部分或“上地层”部分77和主要包括导向孔82的“下地层”部分81，导向孔82被钻来用于引导井筒78的主要部分77的钻造。如图所示，根据这种构造，声学组件63和造斜工具71的至少一部分着落在井筒78的下部分81（例如，在腔室80中）中，和/或以物理连接的方式悬挂在造斜工具71上。

可以使用包括凹陷-突起组合体的定位键83来正确地定向造斜工具71和/或声学传感器组65，凹陷-突起组合体示出为尾管73中的凹部85和环状突起部87或一组从造斜工具71的下部径向延伸的一个或多个单独的突起部。然而，应注意的是，包括突起-凹陷组合体或使用定中心器（未示出）支撑或使声学传感器组65和/或造斜工具71着落在内的其它手段或本领域普通技术人员已知的其它手段落入本发明的范围内。

根据系统30的图示实施例，造斜工具71包括凹部89，凹部89收容声学接收器控制器61的至少一部分或本领域普通技术人员理解的相关联的连接硬件（未示出）。造斜工具71还包括环形凹部91，环形凹部91容纳有与电缆95相连的插入式电感耦合器93（单件式或组件），电缆95与声学接收器控制器61相连或与声学接收器控制器61进行通信。应注意的是，定位键83提供了造斜工具71的定位和插入式电感耦合器93的定位。还应注意的是，所述电缆、管道91可以为包括光学、射频或这两者的组合的其它形式。

此外，根据系统30的图示实施例，尾管73使用本领域普通技术人员已知和理解的装置着落在套管75的下端中，优选地，井筒78的部分97内的至少一部分例如借助“波形”的扩孔钻头（未示出）向外延伸。根据优选的构造，尾管73的外表面99带有经由通信管道（例如，沿着尾管73的外表面99铺设的电缆103）相连的分别位于径向孔105上方和下方的一组凹入式电感耦合器101、102。径向孔105是在尾管73放入之前预成形的或者之后切穿尾管73的外壁99，以向带有各种压裂设备111的钻为水平井筒或竖直井筒（例如侧向井筒109）的“侧钻孔”提供通道。因此，有益地，凹入式电感耦合器101、102和电缆103不会妨碍压裂操作或侧向井筒109的形成。

系统30还包括从地面123（图1）延伸穿过井筒78的主要部分77和套管75、穿过孔105上方的尾管73的孔、穿过孔105并且进入到井筒109中的管柱121。管柱121的包含在井筒109中的部分125可以包括各种压裂设备111，压裂设备111包括将压裂流体输入到储层23中的多组穿孔127，并且压裂设备111可以包括控制流体（例如，浆液）在各组穿孔127中的输送的多个压裂阀129，从而提供多级压裂。

管柱121的位于孔105上方的部分131的外表面99上可以容纳或保持插入式电感耦合器133。插入式电感耦合器133的尺寸设计为使其可以部署在尾管73的内径137中。当管柱121的部分131正确部署时，插入式电感耦合器133定位为相对于与尾管73的外表面99相连的凹入式电感耦合器101互补。相应地，部分131可以包括尺寸设计为延伸穿过套管75并且着落在用于悬挂尾管73（限定着落点或表面143）的套管挂74的上部143上的管定位器141。插入式电感耦合器133以预定的纵向距离与管定位器141隔开，使得当管定位器141着落在着落点/表面143上时，插入式电感耦合器133位于与凹入式电感耦合器101适当并置的位置。上述定位键83将插入式电感耦合器93定位为与凹入式电感耦合器102适当并置，从而形成正确匹配的电感电路145（例如参见图13）。

通信管道（例如，电缆147）与管柱121的外表面135的外表面部分物理地相连，并且例如经由湿接头与插入式电感耦合器133电相连，以向计算机31提供数据。有益地，通过使用电感耦合器对101、133和102、93将地面设备（例如，计算机31）与井下声学监测组件63相连，可以实现电气和物理隔离。应注意的是，尽管被描述为电导体，但应理解的是，管道/电缆103、147可以为包括电学、光学、电-光、无线、液压或它们的组合的各种形式，并且管道/电缆103、147通常统称为脐带缆。还应注意的是，如图17所示，尽管以电感耦合的形式示出，但管道/电缆103可以经由带有/穿过造斜工具71'的连接部来硬线连接至声学组件63，并且可以经由示出为位于着落点143附近的接头133'与管道/电缆147相连。

图1和图2示出了井筒78、109的“套管井”构造。然而，本领域普通技术人员将认识到，本发明的一个或多个实施例落在采用非套管井的系统30的范围内。另外，在示例性说明中，套管75为9又5/8英寸的套管，管子尾管为7英寸的尾管，管柱121为4又1/2英寸的管子，以及侧向井筒109为6又1/8英寸的井筒。然而，本领域普通技术人员已知的各种其它尺寸均落在本发明的范围内。

图3至图12示出通过将地下观测井和地下生产井的功能组合到单个生产井53中来确定储层23中的目标地区/区域21的水力压裂裂缝的几何形状和展布范围的方法的实施例的实例。参考图3，根据方法的实施例的实例，井筒78钻穿目标地区/区域21，并且井筒78为套管井和胶结井或处于裸眼井的状态。根据所示的方法，首先钻出导向孔82，然后钻出主要部分77。

如图3所示，可以使用波形的扩孔钻头（未示出）来拓宽井筒78的将钻出侧钻孔（例如，图2的井筒109）的位置的部分。如图4所示，在所示的套管井构造中，套管75布设在井筒78的位于波形部97上方的上部77内。

如图5所示，使用壳体挂74或本领域普通技术人员理解的其它装置将尾管73悬挂在套管75内。根据所示的构造，尾管73从波形部97的上方开始延伸、穿过波形部97、以及穿过优选地具有与尾管73的内径类似的内径的导向孔82的大部分。进一步如图5所示，尾管73包括与外侧/外表面99相连或嵌入在外侧/外表面99中的凹入式电感耦合器101、102。

如图6和图7所示，为了声学隔离声学传感器组65，可以将封隔器79定位在造斜工具或其它偏斜型工具71的下方但至少在声学传感器65上方的位置。为了声学隔离并进一步液体隔离声学组件63，另外地或替代地将封隔器84插入到尾管73的孔76中的位于声学组件63的最低（最井下）期望点下方的位置。

如图7所示，不管是否布设封隔器79，本发明的方法都包括布设造斜工具或其它偏斜型工具71，以将声学组件63与压裂操作隔离开，这将在下文中描述。根据示例性构造，造斜工具71部署有悬挂在下方且以预定间隔隔开的地震检波器或其它声学接收器65，以捕捉目标地区/区域21下方、上方和目标地区/区域21中的压裂事件。地震检波器或声学接收器65可以与管子尾管73的内表面相连，或者可选地直接与导向孔82的裸眼井部分相连。地震检波器或其它声学接收器65的连接可以通过将声学接收器65胶结在裸眼井或套管井中的适当位置或使用定中心器（未示出）将地震检波器或其它声学接收器65悬挂在套管井或裸眼井中来实现。应注意的是，如果未被胶结，则在日后可以回收造斜工具71和声学接收器65。

如图8所示，根据另一构造，可以一起布设套管75、尾管73、造斜工具71'、封隔器79、声学组件63、上通信管道103、下通信管道147和上电感耦合器101。尽管也可以布设电感耦合器对102、93，但根据这种构造，如图所示，取而代之的是，管道103可以通过通道72硬连线至声学控制器61。图9示出了这样的实施例：取而代之地胶结声学组件63的声学传感器65，以降低噪声和/或隔离声学传感器65可能会遇到的压力。

不管布设方法如何，如图10所示，通过将造斜工具71定位在尾管73中（或者，如果未使用尾管73，则将造斜工具71直接定位在导向孔82中），以所需的长度、距离和深度穿过孔105钻出井筒109。

如图11所示，管柱121从地面123（图1）延伸穿过套管75、穿过尾管73的位于孔105上方的孔、穿过孔105并且进入到井筒109中。管柱121的包含在井筒109中的部分125可以包括各种压裂设备111，压裂设备111包括将压裂流体输入到储层23中的多组穿孔127和控制流体（例如，浆液）在各组穿孔127中的输送的多个压裂阀129。管柱121的位于孔105上方的部分131的外表面135上可以容纳或保持插入式电感耦合器133。为了将插入式电感耦合器133设置在与凹入式电感耦合器101适当并置的位置中，管柱121的部署包括使管定位器141着落为与着落点/表面143接触。

如图12所示，在泵送操作期间，微裂缝开始产生声学信号，声学信号由分开的声学接收器65在不同时间接收到。如图13所示，在所示的实施例中，利用电感耦合在地面123（例如计算机31）与声学传感器65之间建立通信，如图所示形成电感电路，该电感电路可以提供可靠的手段在试井操作中实现井下的电连接。声学控制器61所处理的处理声学数据借助所示的电路经由所示一系列导体连接部和电感耦合传送到井上。

有益地，电感耦合的使用（特别是与不跨越边界的分开的电连接部的建立结合）可以起到消除电连接部与井筒流体之间的任何物理接触的功能。该系统/方法的优点在于在整个连接装置上提供了有效通信。电感耦合的作用是使声学控制器61发出的通信信号借助插入式耦合器93生成的交流电流来发送，交流电流生成发送到凹入式耦合器102的电磁（EM）场。

类似地，图14示出了接收来自微裂缝源的声学信号的声学传感器65，微裂缝源产生于分开的侧向井筒109、109'附近的压裂操作。然而，在该实施例中，另一侧向井筒109'与相邻的生产井53'相关联。此外，来自与各个相应生产井53、53'相关联的相应声学控制器61的数据可以经由网络38由计算机31进行收集和比较。作为选择，每个生产井53、53'均可以具有相关联的单独的计算机31，计算机31之间通过网络38和/或本领域普通技术人员已知的另一网络彼此进行通信。

根据本发明的另一实施例，系统/方法还包括这样的优点：可以在整个连接装置上输送电力，以将电力提供至声学组件63。在本发明的另一实施例中，可以使用电感耦合器133、电感耦合器101和/或线缆147中的三通式连接部151或其它形式的抽头或一系列抽头（图15）现实额外的连接，以从地面123向压裂设备111提供电力和/或通信和/或给诸如压力传感器、温度传感器、流量传感器、DTS传感器等储层监测传感器128提供支撑。根据实施例，多个储层监测传感器128可以提供各种储层状态的感测功能，包括提供用于确定水前缘传导观察的功能，以及提供本领域普通技术人员已知的其它功能。

图16示出本发明的另一实施例，在该实施例中，通过应用一个或多个诸如流入控制阀、流入控制装置和/或隔离封隔器等流量管理部件153实现改善的生产控制。

本发明要求2011年10月9日提交的名称为“System ForReal-Time Monitoring and Transmitting Hydraulic Fracture SeismicEvents To Surface Using The Pilot Hole Of The Treatment Well As theMonitoring Well（使用处理井的导向孔作为监测井来实时监测和发送水力压裂地震事件至地面的系统）”的美国非临时专利申请No.13/269,599的优先权，该申请的全部内容通过引用的方式并入本文。本发明与2011年10月9日提交的名称为“Method for Real-TimeMonitoring and Transmitting Hydraulic Fracture Seismic Events toSurface using the Pilot Hole of the Treatment Well as the MonitoringWell（使用处理井的导向孔作为监测井来实时监测和发送水力压裂地震事件至地面的方法）”的美国非临时专利申请No.13/269,596相关，该申请的全部内容通过引用的方式并入本文。

在附图和说明书中已经公开了本发明的典型优选实施例，尽管采用了具体术语，但这些术语仅用于描述性的目的，而非用于限制本发明。已经具体参考这些示出的实施例对本发明作了相当详细的描述。然而，显而易见的是，在上述说明书中描述的本发明的精神和范围内，可以对本发明作出各种修改和改变。例如，代替电感耦合电路145的电感耦合部分，可以采用诸如湿配合接头等接头作为电感耦合组的替代，尽管与采用电感耦合的特征系统的上述实施例相比，优势会有所下降。