ITMI20082084A1 - Metodo e sistema di rilevamento della geometria di fratture sotterranee - Google Patents
Metodo e sistema di rilevamento della geometria di fratture sotterraneeInfo
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Description
METODO E SISTEMA DI RILEVAMENTO DELLA GEOMETRIA DI FRATTURE SOTTERRANEE
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La presente invenzione si riferisce ad un metodo e ad un sistema di rilevamento della geometria e delle dimensioni di fratture sotterranee, in particolare in grado di determinare la lunghezza ed altezza di tali fratture.
Nel campo dell'estrazione di idrocarburi, quali petrolio e/o gas naturale, la produzione di un pozzo può essere migliorata provocando la fratturazione idraulica della formazione sotterranea di idrocarburi attraverso l’iniezione di un opportuno liquido a pressione nel pozzo stesso. Nella frattura prodotta viene, successivamente, inserito un materiale di riempimento denominato proppant che ne impedisce la chiusura al venir meno della pressione idraulica applicata.
Il volume riempito dal proppant costituisce la parte idraulicamente conduttiva della frattura indotta. Pertanto, la conoscenza, in tempo reale o a posteriori, della geometria, in particolare altezza e lunghezza, e relative altre dimensioni di tale volume o pacco di proppant à ̈ considerato un elemento chiave per la determinazione della qualità del trattamento con le relative valutazioni sulle eventuali ulteriori azioni da intraprendere e sulla produttività del pozzo. Altri campi di applicazione in cui vengono ad oggi impiegati metodi per la stima o per il rilevamento della geometria di fratture sotterranee sono ad esempio la diagnostica di altre tecniche di stimolazione della produzione di idrocarburi, come la stimolazione di matrice in formazioni calcaree cosiddette wormholes o la stimolazione di tipo acid frac.
Più in generale tali metodi possono essere estesi al rilievo di fratturazioni eseguite per scopi e settori diversi come ad esempio per la ricerca di acqua.
Ad oggi sono già noti diversi metodi per la stima o per il rilevamento della geometria di fratture sotterranee che presentano tuttavia limiti nell'applicabilità e nella affidabilità e accuratezza dei risultati.
Ad esempio, sono noti metodi di stima indiretta la cui bontà à ̈ legata all'affidabilità dei modelli di stima impiegati ed alla accuratezza dei dati impiegati per alimentare i modelli.
Preferibilmente, tali modelli sono basati sui valori di pressione netta utilizzati durante la fratturazione della formazione. In tal caso, l'affidabilità dei risultati à ̈ strettamente legata alla conoscenza della pressione netta impiegata per la fratturazione, la quale non sempre risulta disponibile in termini accurati. In alternativa, à ̈ possibile stimare la geometria di una frattura sotterranea sulla base del suo contributo alla produttività del pozzo.
Al fine di ottenere dati affidabili, à ̈ tuttavia necessario uno storico dati ampio in merito alla produttività anteriormente alla creazione della fratturazione, relativo ad esempio ad un periodo di tempo di diversi mesi o anni, al fine di poter determinare in maniera accurata l'incremento di produttività successivo alla creazione della stessa.
Inoltre, la porzione di frattura che contribuisce effettivamente alla produttività può non corrispondere in termini di dimensioni e geometria all'intera frattura generata durante la fratturazione idraulica. Di conseguenza si ha in genere una sottostima della lunghezza della frattura.
Oltre ai metodi di stima basati su modelli, sono noti metodi di rilevamento della geometria di una frattura sotterranea che si suddividono in più categorie.
Secondo una prima tipologia à ̈ previsto di effettuare misurazioni a distanza attraverso particolari strumentazioni, quali ad esempio tiltmetri atti a rilevare l'inclinazione di una superficie generata dalla frattura oppure ricevitori in grado di rilevare gli eventi microsismici collegati alla creazione della frattura.
La strumentazione di rilevamento viene posta in superficie oppure sottoterra in pozzi di monitoraggio, realizzati appositamente o già esistenti, accanto al pozzo produttivo in cui à ̈ generata la frattura.
Dalla mappatura delle misurazioni derivanti da tali strumentazioni à ̈ possibile individuare la deformazione del sottosuolo causata dalla generazione della frattura e di conseguenza la geometria della frattura stessa.
Tali metodi, pur essendo annoverabili tra i più avanzati, presentano limitazioni di utilizzo e sono di difficile e costosa applicazione in seguito alla necessità di utilizzare strumentazione specifica, alla laboriosità della predisposizione della stessa ed eventualmente alla necessità di realizzare un apposito pozzo di monitoraggio.
Una seconda tipologia di metodi di rilevamento della geometria di una frattura sotterranea prevede che la misurazione sia effettuata direttamente dal pozzo produttivo in cui viene generata la frattura.
Un primo di tali metodi impiega isotopi radioattivi che vengono iniettati insieme al materiale di riempimento e fungono da tracciatori della geometria del pacco di proppant presente nella frattura creata.
Tuttavia, oltre ai rischi connessi all'impiego di materiale radioattivo, il rilievo può essere effettuato solo in un lasso di tempo relativamente ridotto pari al tempo di decadimento degli isotopi. Inoltre, il tracciamento di isotopi radioattivi à ̈ in grado di fornire una misura accurata della geometria solo delle porzioni di pacco di proppant immediatamente prossime al pozzo.
Pertanto, questo metodo, così come altri basati su misure di temperatura o di flusso dei fluidi eseguite nella zona del pozzo prossima alla frattura, non à ̈ in grado di fornire una misura della lunghezza del pacco di proppant e dunque della frattura.
Anche un secondo metodo di rilevamento della geometria di una frattura sotterranea effettuato direttamente dal pozzo produttivo prevede l'impiego di un materiale di riempimento particolare.
In questo caso il materiale di riempimento à ̈ arricchito con particelle in grado di migliorare la trasmissione o la riflessione di un'onda elettromagnetica.
Il rilievo avviene mediante appositi trasmettitori di onde elettromagnetiche e rispettivi ricevitori posti nel pozzo in corrispondenza dell'apertura della frattura.
La geometria della frattura viene rilevata mediante l'analisi del segnale di eco rilevato dai ricevitori.
Seppur questo metodo sia in grado di offrire una misura della lunghezza della frattura, esso presenta diversi svantaggi.
L'impiego, infatti, di un materiale di riempimento addizionato con apposite particelle passive o attive, oltre ad essere correlato a tempi e costi notevoli per l'ottenimento di un materiale con caratteristiche di trasmissione e riflessione d'onda ottimali, può ridurre la capacità produttiva di una frattura.
Infatti le particelle addizionate, in particolare quelle in grado di migliorare la riflessione dell'onda elettromagnetica sulle pareti della frattura, vanno a depositarsi su tali pareti formando un rivestimento interno che può ridurre la permeabilità delle stesse al fluido di formazione.
Ad oggi, Ã ̈ dunque possibile ottenere misure della lunghezza della frattura attraverso misurazioni effettuate direttamente dal pozzo di produzione, solo rinunciando potenzialmente ad una parte dell'ambito incremento di produzione dovuto alla formazione di una frattura sotterranea.
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati ed in particolare quello di realizzare un metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee che sia in grado di offrire una misura affidabile della lunghezza e dell’altezza della frattura pur non riducendo la capacità produttiva della stessa.
Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee che sia applicabile direttamente dal pozzo produttivo senza ricorrere a pozzi addizionali di monitoraggio.
Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee che sia applicabile con i materiali di riempimento generalmente impiegati per la formazione di una frattura sotterranea, senza dunque la necessità di additivi particolari o di introduzione di particelle target passive o attive, da rivelare come indicatori della geometria della frattura.
Altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee che sia in grado di fornire misure affidabili anche in caso di lunghezza della frattura elevata, ossia a notevole distanza dalla sezione del pozzo accessibile.
Non ultimo scopo della presente invenzione à ̈ quello di ideare un sistema per l'implementazione del metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee.
Questi ed altri scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando un metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee come esposto nella rivendicazione 1 ed un sistema di rilevamento della geometria di fratture sotterranee come esposto nella rivendicazione 7.
Ulteriori caratteristiche del metodo e del sistema sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Le caratteristiche ed i vantaggi di un metodo e di un sistema di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:
- la figura 1 à ̈ una rappresentazione schematica di un pozzo produttivo in cui à ̈ stata realizzata una frattura;
- la figura 2 Ã ̈ una vista schematica in sezione lungo la linea II-II di figura 1;
- la figura 3a à ̈ uno schema a blocchi di una prima realizzazione preferita del metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo la presente invenzione;
- la figura 3b à ̈ uno schema a blocchi di una seconda realizzazione preferita del metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo la presente invenzione;
- la figura 4 Ã ̈ uno schema a blocchi di una realizzazione preferita del sistema di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo la presente invenzione.
Con riferimento alle figure, viene mostrato un impianto produttivo complessivamente indicato con 10 comprendente un pozzo produttivo 13 che penetra una formazione 12 di idrocarburi la quale à ̈ stata fratturata idraulicamente al fine di facilitare il flusso degli idrocarburi, come ad esempio gas naturale e/o petrolio, dalla formazione 12 verso il pozzo 13.
Secondo il metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee della presente invenzione, durante la formazione della frattura 11 viene inserito (fase 110) nella stessa del materiale di riempimento o proppant 14 al fine di impedire la chiusura della frattura 11 al venir meno della pressione idraulica applicata. In particolare, il materiale di riempimento 14 impiegato à ̈ del tipo standard, ossia non additivato.
Di seguito, un apposito dispositivo 15 per l'emissione di onde elettromagnetiche e per il rilevamento delle onde elettromagnetiche riflesse viene calato (fase 120) nel pozzo produttivo 13 fino ad essere posizionato in corrispondenza della frattura 11.
In maniera alternativa, il dispositivo 15 per l'emissione di onde elettromagnetiche à ̈ presente nel pozzo durante la fase di fratturazione ed introduzione del proppant 14 in modo da poter monitorare e controllare tali operazioni in tempo reale. In tal caso, la fase 120 di introduzione del dispositivo 15 per l'emissione di onde elettromagnetiche ha luogo anteriormente alla fase 110 di introduzione del proppant 14, come illustrato in figura 3b.
Il pacco di proppant 14 presente nella frattura 11 viene dunque irradiato (fase 140) mediante un campo elettromagnetico e successivamente rilevata (fase 150) la riflessione di tale campo che viene a crearsi sulla superficie di discontinuità delle proprietà elettromagnetiche e geometriche tra il pacco di proppant 14 e le pareti e/o i volumi interni alla frattura 11.
Nel caso più comune in cui nel pozzo sia presente una tubazione metallica o casing 16 di completamento del pozzo stesso, prima dell'irradiazione del campo elettrico, il dispositivo 15 di emissione e ricezione viene preferibilmente posizionato (fase 130) all'interno della frattura 11, esternamente alle pareti metalliche del pozzo 13 dotato di casing 16 al fine di evitare un'attenuazione del campo elettromagnetico trasmesso e ricevuto dovuta all'effetto schermante della parete metallica del pozzo 13 dotato di casing 16 (configurazione non illustrata).
I dati acquisiti vengono preferibilmente trasmessi in tempo reale in superficie o, alternativamente, memorizzati in appositi mezzi di memoria 18. I dati sono successivamente elaborati (fase 160) con opportuni mezzi di elaborazione 20 comprendenti mezzi software per la ricostruzione delle caratteristiche geometriche e dimensionali del pacco di proppant 14.
La Richiedente ha individuato che la propagazione del campo elettromagnetico nel particolare mezzo di propagazione composto da proppant non additivato e liquido di fratturazione, o proppant non additivato ed idrocarburi, Ã ̈ particolarmente favorevole, in particolare se confrontata con quella della formazione circostante, per campi elettromagnetici emessi con una frequenza compresa tra 30 MHz e 250 MHz.
La riflessione del campo elettromagnetico irradiato ad una frequenza compresa in tale intervallo à ̈ in grado di fornire una misura affidabile, ossia un'adeguata risoluzione, della geometria della frattura ed in particolare della lunghezza della stessa.
In particolare, il campo elettromagnetico emesso ad una frequenza compresa in tale intervallo à ̈ sostanzialmente in grado di propagarsi attraverso il particolare mezzo di propagazione e raggiungere la parte terminale del pacco di proppant 14 fornendo così anche una misura della lunghezza della frattura 11.
La propagazione all'interno del pacco di proppant 14 può essere inoltre influenzata positivamente da fenomeni di riflessioni sulle superfici di confine tra il pacco di proppant 14 e la formazione 12, la quale presenta parametri elettromagnetici differenti rispetto al pacco di proppant non additivato 14, realizzando in tal modo in sostanza una guida d'onda dielettrica.
Inoltre, le particolari frequenze impiegate secondo la presente invenzione, fanno sì che la parte finale 11a della frattura 11, dove le due superfici che costituiscono le pareti della stessa si ricongiungono, presenti un comportamento assimilabile ad un corner reflector in grado di fornire un significativo livello di riflessioni dell’onda elettromagnetica.
In maniera preferenziale, il campo elettromagnetico viene emesso con una opportuna polarizzazione al fine di ottenere una sufficiente riflettività della parte terminale 11a della frattura 11 e dunque una misura affidabile della lunghezza della frattura 11. Considerando la parte terminale 11a della frattura 11 un oggetto sostanzialmente lineare, il vettore del campo elettrico à ̈ preferibilmente emesso parallelo allo sviluppo di tale parte terminale 11a della frattura 11.
Per l'implementazione del metodo di rilevamento secondo la presente invenzione, Ã ̈ preferibilmente impiegata una strumentazione di misura comprendente le seguenti apparecchiature:
- un dispositivo 15 ricetrasmettitore per l'irradiazione del campo elettromagnetico nel pacco di proppant 14 e per la ricezione del segnale riflesso.
Tale dispositivo può comprendere una o più antenne trasmittenti e/o riceventi, ad esempio del tipo BoreHole, collocate nel pozzo o nella frattura;
- almeno un mezzo 17 di pre-amplificazione e/o conversione, ad esempio da analogico a digitale, del segnale rilevato. Tale mezzo à ̈ collocato preferibilmente nel pozzo e nelle immediate vicinanze del dispositivo 15 ricetrasmettitore per l'irradiazione del campo elettromagnetico;
- dei mezzi di memorizzazione 18 del segnale rilevato e/o dei mezzi di trasmissione di tale segnale in superficie, ad esempio dispostivi elettro-ottici e relative fibre ottiche;
- dei mezzi di elaborazione 20 del segnale rilevato per la ricostruzione delle caratteristiche del pacco di proppant 14;
- dei mezzi di misurazione 19 dell'azimut della frattura 11, ossia dell'orientazione della frattura rispetto alla direzione del Nord. I mezzi di determinazione dell’azimut 19 possono essere implementati attraverso mezzi elettro-meccanici integrati nel dispositivo ricetrasmettitore 15 a fondo pozzo oppure integrati nei mezzi di elaborazione 20 posti in genere in superficie.
Tali apparecchiature possono essere realizzate come dispositivo separato oppure essere integrate in un borehole logging tool.
Dalla descrizione effettuata sono chiare le caratteristiche del metodo oggetto della presente invenzione, così come sono chiari i relativi vantaggi.
Il metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo la presente invenzione à ̈ infatti applicabile direttamente dal pozzo produttivo ed à ̈ in grado di fornire una misura affidabile della lunghezza della frattura pur non richiedendo l'impiego di particolari materiali di riempimento o proppant additivati.
Inoltre, l'applicazione del metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo la presente invenzione può essere altrettanto vantaggiosamente estesa alla diagnostica di altre tecniche di stimolazione della produzione di idrocarburi, come la stimolazione di matrice in formazioni calcaree cosiddette wormholes o la stimolazione di tipo acid frac, o più in generale può essere estesa al rilievo di fratturazioni eseguite per scopi e settori diversi, come ad esempio per la ricerca di acqua.
È chiaro, infine, che il metodo così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.
Claims (12)
- RIVENDICAZIONI 1) Metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee comprendente le fasi che consistono nel: a) introdurre (110) in una frattura sotterranea (11) un materiale di riempimento (14) a formare un pacco di materiale di riempimento (14); b) trasmettere (140) in detta frattura (11) un campo elettromagnetico; c) rilevare (150) almeno un segnale riflesso di detto campo elettromagnetico trasmesso; ed d) elaborare (160) detto almeno un segnale rilevato per ricostruire le caratteristiche geometriche e dimensionali di detto pacco di materiale di riempimento (14); caratterizzato dal fatto che detto campo elettromagnetico trasmesso in detta frattura (11) ha una frequenza compresa nell'intervallo di 30 megahertz e 250 megahertz e dal fatto che detto materiale di riempimento à ̈ non additivato.
- 2) Metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere in aggiunta la fase che consiste nel calare (120) in un pozzo produttivo (13) un dispositivo (15) per la trasmissione di detto campo elettromagnetico e per il rilevamento di detto segnale riflesso.
- 3) Metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo la rivendicazione 1 o 2 caratterizzato dal fatto di comprendere in aggiunta la fase che consiste nel posizionare (130) detto dispositivo (15) di trasmissione e ricezione esternamente a detto pozzo produttivo (13), internamente a detta frattura (11).
- 4) Metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3 caratterizzato dal fatto che detto campo elettromagnetico viene emesso con una polarizzazione parallela rispetto allo sviluppo lineare della parte terminale (11a) di detta frattura (11).
- 5) Metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere la fase che consiste nel trasmettere detto almeno un segnale riflesso a mezzi di elaborazione disposti in superficie.
- 6) Metodo di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere la fase che consiste nel memorizzare detto almeno un segnale riflesso in mezzi di memoria (18).
- 7) Sistema di rilevamento della geometria di fratture sotterranee comprendente un dispositivo (15) ricetrasmettitore per l'irradiazione di un campo elettromagnetico in un pacco di materiale di riempimento (14) e per la ricezione di un segnale riflesso, detto dispositivo (15) di trasmissione e ricezione essendo collegato mediante mezzi di trasmissione a dei mezzi di elaborazione (20) del segnale rilevato per la ricostruzione delle caratteristiche del pacco di materiale di riempimento (14).
- 8) Sistema di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che detto dispositivo (15) di trasmissione e ricezione comprende almeno un'antenna trasmittente e/o ricevente.
- 9) Sistema di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo la rivendicazione 7 o 8 caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un mezzo (17) di pre-amplificazione e\o conversione del segnale rilevato.
- 10) Sistema di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo una delle rivendicazioni da 7 a 9 caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di memoria (18) per la memorizzazione del rilevato.
- 11) Sistema di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo una delle rivendicazioni da 7 a 10 caratterizzato dal fatto di comprendere dei mezzi (19) di misurazione dell'azimut di detta frattura (11).
- 12) Sistema di rilevamento della geometria di fratture sotterranee secondo una delle rivendicazioni da 7 a 11 caratterizzato dal fatto di essere integrato in un borehole logging tool.
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