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1/8

United S t a t e s Patent [ 1 9 1White

4 , 7 4 4 , 2 4 5May 1 7 , 1 9 8 8

P a t e n t Number:Date o f P a t e n t :

[ 1 1 ][ 4 5 1

[ 5 4 ]

[ 7 5 ][ 7 3 ][ 2 1 ][ 2 2 ][ 5 1 ][ 5 2 ][ 5 3 ][ 5 6 ]

ACOUSTIC MEASUREMENTS IN ROCKFORMATIONS FOR DETERMININGFRACTURE ORIENTATIONI n v e n t o r : G a r y L . W h i t e , D a l l a s , T e x .A s s i g n e e : A t l a n t i c R i c h f i e l d C o m p a n y , LosA n g e l e s , C a l i f .A p p 1 . N o . : 8 9 5 , 7 5 3F i l e d : A u g . 1 2 , 1 9 8 6I n t . C l . 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E21B 47/00US. l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73/151; 73/801;

1 6 6 / 2 5 0F i e l d o f Search . . . . . . . . . . . . . . . . . 73/151, 1 5 4 , 5 8 7 , 5 9 4 ,

7 3 / 8 0 1 ; 3 6 7 / 2 5 , 4 7 , 4 8 ; 3 7 4 / 5 7 ; 1 6 6 / 2 5 0 , 2 5 1R e f e r e n c e s C i t e d

U . S . PATENT DOCUMENTS4 , 0 0 5 , 7 5 04 , 0 3 0 , 3 4 54 , 0 5 7 , 7 8 04 , 0 8 3 , 6 0 44 , 1 0 7 , 9 8 14 , 1 0 9 , 7 1 74 , 4 7 9 , 2 0 44 , 5 0 8 , 1 6 84 , 5 2 4 , 4 3 4

2 / 1 9 7 76 / 1 9 7 7

1 1 / 1 9 7 74 / 1 9 7 88 / 1 9 7 88 / 1 9 7 8

1 0 / 1 9 8 44 / 1 9 8 56 / 1 9 8 5

Shuck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166/250 Xdmond t a 1 . . . . . . . . . . 73/801

Shuck . . . . . . . . . . . . 367/56 XBohn et a 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 166/251 XKanagawa et a 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73/801Cooke, r . . . . . . . . . . 73/154 XSilverman . . 73/589 XHeeren . . . .. 166/248Silverman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367/37

n 1 5 1 1 1 1 1 2

OTHER PUBLICATIONSD . M. Ro m r e ll e t a l . , Mo n i t o r i ng By Ac o u s t i c Emiss i o n , M a t e r i a l s E v a l u a t i o n , v o l . 2 8 , D e c . 1 9 7 8 .B . R. D e n n i s e t a l . , D e v e l op m e n t Fractures i n DryHot R o c k , P r o c . 2 2 n d I n t e r n a t i o n a l I n s t r u m e n t a t i o nS y m p o s i u m , May 2 5 - 2 7 , 1 9 7 6 .P r i m a r y E x a m z n e r - S t e w a r t J . L e v yA s s i s t a n t ExaminerKevin D. OSheaA t t o r n e y , A g e n t , o r Fz rmMichael E . M a r t i n[ 5 7 ] ABSTRACTA m e t h o d a n d s y s t e m f o r d e t e r m i n i n g t h e p r o b a b l ed i r e c t i o n o f e x t e n s i o n o f a h y d r a u l i c a l l y i n d u c e d f r a ct u r e i n a h y d r o c a r b o n b e a r i n g f o r m a t i o n w h e r e i n p r i o rt o i n d u c i n g t h e f r a c t u r e , t h e f o r m a t i o n r e g i o n t o b ef r a c t u r e d i s h e a t e d a n d t h e r m a l l y i n d u c e d a c o u s t i ce m i s s i o n s fro m t h e formation a r e s e n s e d t o determinet h e o r i e n t a t i o n o f t h e m a x i m u m a n d m i n i m u m h o r i z o nt a l l y d i r e c t e d i n s i t u c o m p r e s s i v e s t r e s s e s b a s e d on t h ea c o u s t i c e m i s s i o n r a t e a n d / o r i n t e n s i t y . A e v i c e i nc l u d i n g a m i c r ow a v e energy g e n e r a t o r an d an a r r a y o fa c o u s t i c t r a n s d u c e r s i s lowered i n t o a wellbore t o gene r a t e and measure t h e t h e r m a l l y i n d u c e d a c o u s t i c e m i ssions.

1 8 C l a i m s , 2 D r a w i n g S h e e t s

2 4

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US. P a t e n t May 1 7 , 1 9 8 8 S h e e t 1 0 1 2

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US. P a t e n t M a y 1 7 , 1 9 8 8 S h e e t 2 0 1 2 4 , 7 4 4 , 2 4 5

TEMPERATURE

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4 , 7 4 4 , 2 4 5ACOUSTIC MEASUREMENTS IN ROCK

FORMATIONS FOR DETERMINING FRACTUREORIENTATION

BACKGROUND OF THE INVENTION1 . F i e l d o f t h e I n v e n t i o nT h i s i n v e n t i o n p e r t a i n s t o a method f o r d e t e r m i n i n gt h e s t r e s s ? e l d i n a s u b t e r r a n e a n rock f o r m a t i o n f o r

p r e d i c t i n g t h e d i r e c t i o n o f e x t e n s i o n o f h y d r a u l i c f r a ct u r e s i n t h e f o r m a t i o n , which i n f o r m a t i o n i s u s e f u l i n t h ed e v e l o p m e n t a n d p r o d u c t i o n o f h y d r o c a r b o n s a n do t h e r m i n e r a l v a l u e s .2 . B a c k g r o u n dThe t i m u l a t i o n o f s u b t er r a n e a n h y d r o c a r b o n b e a r i n gf o r m a t i o n s b y h y d r a u l i c f r a c t u r i n g a n d s i m i l a r f r a c t u ri n g t e c h n i q u e s i s a w e l l - k n o w n p r o c e s s f o r e n h a n c ement o f t h e r e c o v e r y r a t e o f hydrocarbon f l u i d s ands i m i l a r m i n e r a l v a l u e s . One i m p o r t a n t a s p e c t o f f r a c t u ri n g p r o c e s s e s p e r t a i n s t o t h e r e q u i r e m e n t o r d e s i r a b i l i t yo f k n o w i n g t h e d i r e c t i o n i n w h i c h t h e p r i n c i p a l f r a c t u r ew i l l e x t e n d . S u b t e r r a n e a n f o r m a t i o n s o f a t l e a s t m e d i u md e p t h a r e t y pi c a l l y i n a s t a t e o f t r i a x i a l c o m p r e s s i o nw i t h t h e l a r g e s t p r i n c i p a l s t r e s s o r i e n t e d v e r t i c a l l y .T h e r e a r e , t h u s , m ax i m u m a n d minimum p r i n c i p a ls t r e s s e s whose m a g n i t u d e s a r e l e s s t h a n t h e v e r t i c a lp r i n c i p a l s t r e s s .

Under h i s s t r e s s c o n d i t i o n , f o r h y d r a u l i c f r a c t u r e s t oo c c u r , t h e p r e s s u r e o f t h e ? u i d t o b e i n j e c t e d i n t o t h ef o r m a t i o n m u s t overcome t h e pore p r e s s u r e an d t h eminimum i n s i t u c o m p r e s s i v e s t r e s s which i s g e n e r a l l yi n t h e h o r i z o n t a l d i r e c t i o n . T y p i c a l l y , a v e r t i c a l twowinged f r a c t u r e o c c u r s i n t h e f o r m a t i o n s u b j e c t t o t h eabove s t r e s s ?eld an d e x t e n d s i n t h e s a m e d i r e c t i o n a st h e m a x i m u m p r i n c i p a l h o r i z o n t a l s t r e s s o r , i n o t h e rw o r d s , i n a d i r e c t i o n p e r p e n d i c u l a r t o t h e m i n i m u m i ns i t u h o r i z o n t a l s t r e s s .The d i r e c t i o n o f f r a c t u r e e x t e n s i o n i s i m p o r t a n t t o t h ep l a c e m e n t o f p r o d u c t i o n w e l l s w h i c h w i l l p r o d u c e t h e? u i d s whose r e c o v e r y s e n h a n c e d b y t h e f r a c t u r i n g a n ds u b s e q u e n t s t i m u l a t i o n p r o c e s s e s . A c c o r d i n g l y , t h e e xp e c t e d d i r e c t i o n o f f o r m a t i o n f r a c t u r e s i s v e r y i m p o rt a n t t o t h e e f ? c i e n t r e c o v e r y o f h y d r o c a r b o n f l u i d s a n do t h e r m i n e r a l v a l u e s .

S e v e r a l m e t h o d s h a v e b e e n p r o p o s e d f o r d e t e r m i n i n gt h e d i r e c t i o n o f t h e e x p e c t e d e x t e n s i o n o f a h y d r a u l i cf r a c t u r e i n c l u d i n g m e a s u r e m e n t o f s h i f t i n g o r t i l t i n g o ft h e e a r t h s s u r f a c e i n t h e v i c i n i t y o f t h e f r a c t u r e u t i l i z i n gd e v i c e s kn own a s t i l t m e t e r s and d e v i c e s f o r r e c o r d i n gs e i s m i c e v e n t s r e s u l t i n g from t h e f r a c t u r e e x t e n s i o n . Ap r e s e n t a t i o n e n t i t l e d C o m p a r i s o n o f H y d r a u l i c F r a ct u r e O r i e n t a t i o n T e c h n i q u e s b y L . L . Lacy ( S o c i e t y o fP e t r o l e u m E n g i n e e r s , P a p e r N o . SPE 1 3 2 2 5 ) d i s c u s s e ss o m e a s p e c t s o f t h e abovementioned m e t h o d s .

M o r e o v e r , i t i s i n d i c a t e d t h a t h e a t i n g o f s u b t e r r a n e a nr o c k f o r m a t i o n s g e n e r a t e s a c o u s t i c e m i s s i o n s which a r ed e p e n d e n t on t h e t e m p e r a t u r e o f t h e f o r m a t i o n a n d t h ei n s i t u s t r e s s . A r e s e n t i o n b y B . J o h n s o n , A . F . G a n g ia n d J . H a n d i n e n t i t l e d T h e r m o c r a c k i n g o f Rocks Subj e c t e d t o S l o w , U n i f o r m T e m p e r a t u r e C h a n g e s ( p r oc e e d i n g s o f t h e n i n e t e e n t h U . S . Symposium on RockM e c h a n i c s , M a c k a y S c h o o l o f M i n e s , U n i v e r s i t y o fN e v a d a , R e n o , N e v . , 1 9 7 8 ) d i s c u s s e s t h e r e l a t i o n s h i pbetween a s u b t e r r a n e a n f o r m a t i o n u n d e r c o m p r e s s i v es t r e s s when s u b j e c t e d t o h e a t i n g a n d t h e a c o u s t i c e m i ss i o n s g e n e r a t e d b y s u c h a c t i v i t y .

I n a c c o r d a n c e w i t h t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , t h e a c o u st i c p h e n o m e n a r e s u l t i n g f r o m i n c r e a s i n g t h e t e m p e r a

2 0

3 0

3 5

4 0

4 5

5 5

6 5

2t u r e g e n e r a l l y u n i f o r m l y i n a rock f o r m a t i o n from ap a r t i c u l a r l o c a t i o n s u c h a s a w e l l b o r e i s mea sured t od e t e r m i n e t h e d i r e c t i o n o f m a x i m u m a n d m i n i m u m h o r iz o n t a l s t r e s s a n d t h u s t h e p r o b a b l e d i r e c t i o n o f h y d r a ul i c f r a c t u r e e x t en s i o n . C l e a r l y , t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h ed i r e c t i o n of h y d r a u l i c o r o t h e r m a n m a d e f r a c t u r e e x ~t e n s i o n i n a p a r t i c u l a r s u b t e r r a n e a n f o r m a t i o n w i l l p r ov i d e f o r more p r e c i s e p l a c e m e n t o f w e l l s o r t h e conduct i o n o f o t h e r o p e r a ti o n s which m i g h t b e more f f i c i e n t l yo r e f f e c t i v e l y c a r r i e d o u t w i t h t h e knowledge o f t h ed i r e c t i o n which s u c h f r a c t u r e s w i l l t a k e o r w i l l l i k e l yt a k e a s a r e s u l t o f t h e o r i e n t a t i o n o f t h e p r i n c i p a l s t r e s s e sa c t i n g on t h e f o r m a t i o n .

SUMMARY OF THE INVENTIONThe p r e s e n t i n v e n t i o n p r o v i d e s a method o f d e t e r

m i n i n g t h e i n s i t u h o r i z o n t a l s t r e s s ? e l d u t i l i z i n g m e as u r e m e n t s t a k e n o f t h e r m a l l y i n d u c e d a c o u s t i c e m i ss i o n s r e s u l t i n g f r o m s u b s t a n t i a l l y u n i f o r m o r p r e s e l e c t e dd i r e c t i o n a l h e a t i n g o f a s u b t e r r a n e a n f o r m a t i o n .

I n accordance w i t h one a s p e c t o f t h e p r e s e n t i n v e nt i o n , a s u b t e r r a n e a n f o r m a t i o n i s h e a t e d u n i f o r m l y o r i na p r e d e t e r m i n e d d i r e c t i o n w i t h r e s p e c t t o a r e f e r e n c ep o i n t and m e a s u r e m e n t s o f t h e a c o u s t i c e m i s s i o n s fromt h e l o c a l l y h e a t e d rock o r e a r t h m a t e r i a l a r e recorded t od e t e r m i n e t h e e m i s s i o n r a t e a n d / o r e m i s s i o n i n t e n s i t y .The a c o u s t i c e m i s s i o n s a r e u s e d i n mapping t h e i n s i t uh o r i z o n t a l s t r e s s ? e l d f o r p r e d i c t i o n o f t h e d i r e c t i o nwhich h y d r a u l i c o r o t h e r a r t i ? c i a l l y i n d u c e d f r a c t u r e sw i l l p r o p a g a t e .

I n a c c o r d a n c e w i t h a n o t h e r a s p e c t o f t h e p r e s e n ti n v e n t i o n t h e r e i s p r o v i d e d a s y s t e m f o r t h e r m a l l y h e a ti n g a s u b t e r r a n e a n r o c k f o r m a t i o n a n d f o r m e a s u r i n gt h e a c o u s t i c e m i s s i o n s o f t h e rock f o r m a t i o n a s a r e s u l to f t h e h e a t i n g p r o c e s s b y a n a r r a y o f a c o u s t i c s i g n a lt r a n s d u c e r s whereby t h e a c o u s t i c s i g n a l ? e l d m ay b er e c o r d e d a nd c o r r e l a t e d w i t h t h e i n s i t u h o r i z o n t a ls t r e s s ? e l d .

The a b o v e m e n t i o n e d a s p e c t s a n d s u p e r i o r f e a t u r e s o ft h e i n v e n t i o n a s w e l l a s a d d i t i o n a l advantages t h e r e o fw i l l b e f u r t h e r a p p r e c i a t e d by t h o s e s k i l l e d i n t h e a r tu p o n r e a d i n g t h e d e ta i l e d d e s c r i p t i o n w h i c h f o l l o w s i nc o n j u n c t i o n w i t h t h e d r a w i n g .BRIEFDESCRIPTION OF THE DRAWINGFIG. 1 i s a view o f a s y s t e m f o r d e t e r m i n i n g t h e

g e n e r a l l y h o r i z o n t a l i n s i t u s t r e s s ? e l d i n a s u b t e r r a n e a nf o r m a t i o n by a c o u s t i c m e a s u r e m e n t s i n a c c o r d a n c ew i t h t h e p r e s e n t i n v e n t i o n ;FIG. 2 i s a s e c t i o n view and s c h e m a t i c d i a g r a m , i nc o m b i n a t i o n , o f a p o r t i o n o f t h e s y s t e m i l l u s t r a t e d i nF I G . 1 ;

FIG. 3 i s a diagram o f temperature v e r s e s a c o u s t i c .e m i s s i o n s f o r a p a r t i c u l a r r o c k f o r m a t i o n showing t h ev a r i a t i o n i n a c o u s t i c e m i s s i o n r a t e f o r d i f f e r e n t s t r e s sl e v e l s a n d t e m pe r a t u r e s o f t h e f o r m a t i o n ; a n dFIG. 4 i s a p o l a r p l o t o f a c o u s t i c e m i s s i o n s from ap a r t i c u l a r f o r m a t i o n a s d e t e r m i n e d i n a c c o r d a n c e w i t ht h e p r e s e n t i n v e n t i o n .DESCRIPTION OFPREFERRED EMODIMENTS

I n t h e d e s c r i p t i o n which f o l l o w s , l i k e p a r t s a r em a r k e d t h r o u g h o u t t h e s p e c i ? c a t i o n a n d d r a w i n g w i t ht h e s a m e r e f e r e n c e n u m e r a l s , r e s p e c t i v e l y . The d r a w i n g? g u r e s a r e n o t n e c e s s a r i l y t o s c a l e a nd most o f t h e f e at u r e s o f t h e i n v e n t i o n a r e s h o w n i n s o m ew h at s c h e m a t i cf o r m i n t h e i n t e r e s t o f c l a r i t y a n d c o n c i s e n e s s .

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4 , 7 4 4 , 2 4 53R e f e r r i n g b r i e ? y t o F I G . 3 , t h e r e i s i l l u s t r a t e d a p l o t

o f a c o u s t i c e m i s s i o n s , which m a y be c h a r a c t e r i z e d a s ane m i s s i o n r a t e o f a c o u s t i c e v e n t s p e r u n i t t i m e o r p e rd e g r e e o f t e m p e r a t u r e . The a c o u s t i c e m i s s i o n s a r e i n d ic a t e d i n i n c r e a s i n g v a l u e s i n t h e o r d i n a t e o f t h e d i a g r a mo f F I G . 3 a n d t h e a b s c i s s a r e p r e s e n t s i n c r e a s i n g t e m p e ra t u r e . The c h a r a c t e r i s t i c s o f s u b t e r r a n e a n r o c k format i o n s w i t h r e s p e c t t o t h e e m i s s i o n o f a c o u s t i c s i g n a l s i nt h e f o r m o f i n t e n s e p u l s e s , w h i c h may b e g e n e r a t e d b ym i c r o c r a c k f o r m a t i o n a s t h e t e m p e r a t u r e o f t h e r o c k i si n c r e a s e d , i s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e and s b e l i e v e d t oa l s o b e a f u n c t i o n o f t h e i n s i t u s t r e s s a t t h e p o i n t o fm e a s u r e m e n t . The c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e a c o u s t i c e m i ss i o n r a t e i n t h e d i a g r a m o f F I G . 3 , b y way o f e x a m p l e ,a r e t y pi c a l f o r a r o c k f o r m a t i o n d u r i n g t h e s l o w h e a t i n go f W e s t e r l y G r a n i t e , f o r e x a m p l e . T h e p l o t d e s i g n a t e db y t h e n u m e r a l 1 0 , f o r e x a m p l e , i l l u s t r a t e s a n e m i s s i o nr a t e measured a t a p a r t i c u l a r d e p t h and a t a p a r t i c u l a r i ns i t u s t r e s s c o n d i t i o n w h i l e t h e p l o t s r e p r e s e n t e d b y t h ecurves 12 a n d 14 i n d i c a t e t h e emission r a t e a s a f u n c t i o no f t e m p e r a t u r e f o r p r o g r e s s i v e l y g r e a te r i n s i t u s t r e s sc o n d i t i o n s a t t h e g e n e r a l d e p t h o r l e v e l o f m e a s u r e m e n t .A c c o r d i n g l y , t h e f r e q u e n c y o f a c o u s t i c e v e n t s a n d , i t i sb e l i e v e d , t h e l e v e l o f a c o u s t i c i n t e n s i t y i s p r o p o r t i o n a lt o t h e t o t a l c o m p r e s s i v e s t r e s s i n t h e f o r m a t i o n a n d i sa l s o a f u n c t i o n o f t h e t e m p e r a t u r e a s i n d i c a t e d by t h ed i a g r a m .

I t i s a l s o kn own t h a t t h e t o t a l c o m p r e s s i v e s t r e s s i n asubterranean formation may b e resolved i n t o v e r t i c a l

f a n d h o r i z o n t a l c o m p o n e n t s a n d t h a t t h e d i r e c t i o n o f t h em i n i m u m h o r i z o n t a l s t r e s s , s e e FIG. 4 , a s i n d i c a t e d b yt h e v e c t o r s i n d i c a t i n g t h e s t r e s s 5 1 1 m m r e d i s p o s e d i n ad i r e c t i o n normal t o t h e m a x i m u m h o r i z o n t a l s t r e s s a si n d i c a t e d b y t h e v e c t o r s S H m a x . F r om p r e v i o u s d e v e lopment w o r k , i t i s i n d i c a t e d t h a t a h y d r a u l i c f r a c t u r ew i l l e x t e n d i n t h e d i r e c t i o n o f t h e m ax i m u m h o r i z o n t a ls t r e s s ( 8 1 1 m m , ) and t h u s i n a d i r e c t i o n normal t o t h e

H A minimum horiz ontal stress (811mm).FIG. 4 i s a p o l a r d i a g r a m h a v i n g a s i t s c e n t r a l a x i s t h e_ . . . . . _ a x i s 1 6 o f a w e l l b o r e , a l s o i n d i c a t e d i n FIG. 1 . The, ' _ . c o n c e n t r i c c i r c l e s o f t h e d i a g r a m o f F I G . 4 r e p r e s e n t

v a l u e s of a c o u s t i c emission r a t e or i n t e n s i t y a n d t h er a d i a l l i n e s from t h e a x i s 1 6 a r e d i r e c t i o n a l l i n e s . Ac h a r a c t e r i s t i c t w o - w i n g e d v e r t i c a l l y e x t e n d i n g f r a c t u r ei s i n d i c a t e d by t h e n u m e r a l 1 8 i n FIG. 4 a s e x t e n d i n gg e n e r a l l y i n t h e d i r e c t i o n o f t h e m a x i m u m h o r i z o n t a ls t r e s s ( 8 1 1 m m , ) . A c c o r d i n g l y , k n o w l e d g e o f t h e d i r e c t i o no f t h e e x t e n s i o n of f r a c t u r e such a s t h e f r a c t u r e 1 8 i s o fc o n s i d e r a b l e i m p o r t a n c e i n d e v e l o p i n g r e s e r v o i r s o fh y d r o c a r b o n ? u i d s , f o r e x a m p l e . S i n c e t h e r a t e o fa c o u s t i c e m i s s i o n s , a n d q u i t e p o s s i b l y t h e a c o u s t i c s i gn a l i n t e n s i t y , c a n b e c o r r e l a t e d w i t h t h e l e v e l o f s t r e s s i na f o r m a t i o n which h a s been u n i f o r m l y h e a t e d i n a p r ed e t e r m i n e d d i r e c t i o n , t h e measurement o f a n a c o u s t i ce v e n t r a t e and/or i t s i n t e n s i t y m a y b e p l o t t e d on a d i agram a s s h o wn n FIG. 4 t o p r o v i d e t h e c u r v e 2 0 whichi n d i c a t e s a s i g n a l r a t e o r i n t e n s i t y which i s a t m a x i m u ma t t h e p o i n t o f m a x i m u m h o r i z o n t a l c o m p r e s s i v e s t r e s sand which i s a t a m i n i m u m a t t h e p o i n t o f m i n i m u mh o r i z o n t a l c o m p r e s s i v e s t r e s s . I n t h i s w a y , p o l a r p l o t s o fp a r t i c u l a r r o c k f o r m a t i o n s b e l i e v e d t o be c a p a b l e o fy i e l d i n g h y d r o c a r b o n f l u i d s , f o r e x a m p l e , w h e n h y d r a ul i c a l l y f r a c t u r e d a r e o f p a r t i c u l a r s i g n i ? c a n c e f o r d e t e rm i n i n g t h e d i r e c t i o n o f t h e f r a c t u r e e x t e n s i o n a n d t h ep l o t t i n g o f w e l l s o r o t h e r o p e r a t i o n s which can b e c a rr i e d o u t t o produce f l u i d s from a r e s e r v o i r i n t h e format i o n .

4R e f e r r i n g n o w t o FIG. 1 , t h e p r e s e n t i n v e n t i o n con

t e m p l a t e s t h e pr o v i s i o n o f a s y s t e m f o r u n i f o r m l y h e a ti n g a s u b t e r r a n e a n r o c k f o r m a t i o n a n d f o r s e l e c t i v e l ym e a s u r i n g a c o u s t i c s i g n a l s i n a p a r t i c u l a r r a n g e w i t hr e s p e c t t o t h e a x i s 1 6 t o d e t e r m i n e t h e d i r e c t i o n o f m a x imum nd m i n i m u m h o r i z o n t a l s t r e s s e s and t h e p r o b a b l ed i r e c t i o n o f e x t e n s i o n o f a h y d r a u l i c f r a c t u r e i n d u c e d i nt h e f o r m a t i o n . FIG. 1 shows i n somewhat s c h e m a t i cf o r m , a s u b t e r r a n e a n f o r m a t i o n 24 i n c l u d i n g a zone o fi n t e r e s t 2 5 i n t o which a w e l l b o r e 26 h a s been d r i l l e d andh a s b e e n l e f t a t l e a s t p a r t i a l l y i n t h e open h o l e c o n d it i o n . T y p i c a l l y , t h e u p p e r p o r t i o n o f t h e w e l l b o r e 2 6m ay b e p r o v i d e d w i t h a c a s i n g 2 8 a n d a w e l l h e a d 3 0 ,i n c l u d i n g s u i t a b l e c o n v e n t i o n a l d e v i c e s s u c h a s a w i r el i n e l u b r i c a t o r 3 2 and a s t u f ? n g box 3 4 .

I n a c c o r d a n c e w i t h t h i s i n v e n t i o n , i t i s c o n t e m p l a t e dt h a t a d e v i c e , g e n e r a l l y d e s i g n a t e d b y t h e n u m e r a l 3 6 ,b e l o w e r e d i n t o t h e w e l l b o r e 2 6 i n t h e r e g i o n o f t h ef o r m a t i o n 24 t o be measured wherein t h e d e v i c e i nc l u d e s means f o r h e a t i n g t h e f o r m a t i o n g e n e r a l l y u n iformly a b o u t t h e a x i s 1 6 o r i n a s e l e c t e d c i r c u l a r s e c t o rr a n g e w i t h r e s p e c t t o t h e a x i s 1 6 . c o n c o m i t a n t l y w i t hh e a t i n g t h e f o r m a t i o n 2 4 o r a f t e r h e a t i n g i s c e a s e da c o u s t i c e m i s s i o n s from t h e f o r m a t i o n a r e s e n s e d i n ar a n g e a l s o a b o u t t h e a x i s 1 6 , a n d s i g n a l s g e n e r a t e d b ya c o u s t i c s e n s o r s a r e r e c o r d e d , t h u s p r o v i d i n g t h e i n f o rm a t i o n n e c e s s a r y t o d e v e l o p t h e c u r v e 2 0 i n p o l a r p l o ti l l u s t r a t e d i n FIG. 4 . P r e f e r a b l y , t h e h e a t i n g m e a n s

4 5

6 0

6 5

p r o v i d e d i n t h e d e v i c e 3 6 m i g h t c o m p r i s e a m i c r o w a v eg e n e r a t o r , g e n e r a l l y d e s i g n a t e d b y t h e n u m e r a l 3 8 , f o rg e n e r a t i n g r a d i o f r e q u e n c y e n e r g y t o h e a t t h e f o r m at i o n 2 4 . The r a d i o f r e q u e n c y e n e r g y o r microwaveg e n e r a t o r 3 8 m a y be o f a t y p e k n o w n i n t h e a r t . Suchmicrowave g e n e r a t i n g a n d t r a n s m i t t i n g s y s t e m s a r ed e s c r i b e d i n US. P a t . N o s . 4 , 5 0 8 , 1 6 8 t o V . L . Heerena n d 4 , 3 0 1 , 8 6 5 t o R . S . K a s e v i c h , e t a l . f o r e x a m p l e . Ac o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e t y p e o f r a d i o f r e q u e n c y o r m icrowave h e a t i n g s y s t e m f o r h e a t i n g a s u b t e r r a n e a nf o r m a t i o n h a s b e e n t e s t e d by R . F . O i l I n d u s t r i e s L i mi t e d , T o r o n t o , C a n a d a . I n t h e d e v i c e 3 6 , a s o u r c e o fr a d i o f r e q u e n c y r a n g e e l e c t r o m a g n e t i c en e r g y , s u c h a st h e g e n e r a t o r o r t r a n s m i t t e r 3 8 , i s d i s p o s e d i n a d o w nh o l e c a n i s t e r 4 0 . A l t e r n a t i v e l y , t h e s o u r c e o f r a d i o f r equency r a n g e e n e r g y m ay b e d i s p o s e d a t t h e s u r f a c efrom a combination c o n t r o l u n i t a nd energy s o u r c e ,g e n e r a l l y d e s i g n a t e d b y t h e n u m e r a l 4 2 i n F I G . 1 f o rt r a n s m i s s i o n t o a downhole a n t e n n a d i s p o s e d i n t h ec a n i s t e r 4 0 .S t i l l f u r t h e r i n a c c o r d a n c e w i t h t h e p r e s e n t i n v e n t i o n ,t h e downhole d e v i c e 36 i n c l u d e s a n a r r a y 4 5 o f a c o u s t i cs i g n a l s e n s o r s o r t r a n s d u c e r s , e a c h d e s i g n a t e d by t h en u m e r a l 4 6 . The t r a n s d u c e r s 4 6 m ay b e o f a pi e z o e l e ct r i c t y p e o r a n o t h e r s u i t a b l e t y p e a d a p t e d t o o p e r a t e i na s u b t e r r a n e a n w e l l b o r e a nd i n t h e p r e s e n c e o f r e l at i v e l y h i g h t e m p e r a t u r e s . FIG. 2 i l l u s t r a t e s a n a r r a y o ft r a n s d u c e r s 4 6 c i r c u m f e r e n t i a l l y s p a c e d a p a r t w i t h r es p e c t t o a c e n t r a l a x i s 4 8 o f t h e d e v i c e 3 6 , which a x i s i sn o r m a l l y c o i n c i d e n t w i t h t h e w e l l b o r e a x i s 1 6 o r s u bs t a n t i a l l y s o when t h e d e v i c e 3 6 i s p l a c e d i n s e r v i c e i na c c o r d a n c e w i t h a method o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n . Thet r a n s d u c e r s 46 a r e each t y p i c a l l y adapted t o be i n c i r -c u i t w i t h s u i t a b l e a m p l i ? e r s 5 0 w h i c h p r o d u c e a m p l i ? e ds i g n a l s t o a s u i t a b l e m u l t i p l e x i n g c i r c u i t 5 2 f o r t r a n s m i ss i o n v i a c o n d u c t o r 5 4 t o t h e c o n t r o l u n i t 4 2 , FIG. 1 . As e c o n d a r r a y 5 6 , FIG. 2 , o f a c o u s t i c t r a n s d u c e r s 4 6 m ayb e d i s p o s e d below t h e ? r s t a r r a y and a r r a n g e d s o t h a t ap l u r a l i t y o f t r a n s d u c e r s a r e d i s p o s e d i n a p r e d e t e r m i n e da n g u l a r r e l a t i o n s h i p r e l a t i v e t o t h e t r a n s d u c e r s 4 6 o f t h e

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4 , 7 4 4 , 2 4 55? r s t a r r a y 4 5 . The t r a n s d u c e r s 4 6 o f b o t h a r r a y s 4 5 a nd5 6 a r e , o f c o u r s e , d i s p o s e d i n a p r e d e t e r m i n e d kn owna n g u l a r r e l a t i o n s h i p r e l a t i v e t o t h e c a s i n g 4 0 o f t h ed e v i c e 3 6 . The t r a n s d u c e r a r r a y 56 m ay a l s o b e conn e c t e d i n a c i r c u i t s i m i l a r t o t h a t d e s c r i b e d i n FIG. 2w i t h a s i g n a l c o n d u c t i n g c a b l e e x t e n d i n g t o t h e c o n t r o lu n i t 4 2 .

One p r e f e r r e d way o f p l a c i n g t h e d e v i c e 3 6 i n t h eb o r e h o l e 26 s i l l u s t r a t e d i n FIG. 1 wherein t h e housing40 i s connected t o t h e lower d i s t a l end 60 of an e l o ng a t e d t u b e 6 2 w h i c h e x t e n d s t h r o u g h t h e w e l l h e a d 3 0from a n a p p a r a t u s co m m o nly k n o w n a s a c o i l e d t u b i n gu n i t , g e n er a l l y d e s i g n a t e d b y t h e n u m e r a l 6 4 . The c o i l e dt u b i n g u n i t 6 4 i s o f a t y p e c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e andi n c l u d e s a r o t a t a b l e s t o r a g e r e e l 6 6 f o r s t o r i n g a l e n g t ho f t u b i n g t h e r e o n . The t u b i n g 6 2 i s t r a i n e d o v e r a d r i v ew h e e l a r r a n g e m e n t 6 8 f o r s t r a i g h t e n i n g , a n d l o w e r i n ga n d r a i s i n g t h e t u b i n g w i t h r e s p e c t t o t h e w e l l b o r e .C o n d u c t o r c a b l e s 5 4 , 5 5 a n d 5 7 f o r c o n d u c t i n g s i g n a l st o and from t h e t r a n s d u c e r a r r a y s 4 5 and 56 and t h emicrowave g e n e r a t o r 3 8 m ay b e d i s p o s e d w i t h i n t h et u b i n g 6 2 and e x t e n d from a t a k e - o f f d e v i c e 70 a t t h e

5

2 0

upper e nd 72 of h e tubing 6 2 . S u i t a b l e co n d u ct o r m e a n s 7 4 l e a d i n g f r o m t h e c o n t r o l u n i t 4 2 may b e i n co m m u n ic a t i o n w i t h t h e u p p e r e n d o f t h e c o n d u c t o r s 5 4 , 5 5 and5 7 t h r o u g h a s l i p r i n g a s s e m b l y 7 6 f o r m i n g p a r t o f t h ec o i l e d t u b i n g u n i t 6 4 .By c o n n e c t i n g t h e d e v i c e 3 6 t o a somewhat r i g i dmeans f o r l o w e r i n g t h e d e v i c e i n t o t h e w e l l b o r e 2 6 , t h ea n g u l a r o r i e n t a t i o n o f t h e t r a n s d u c e r a r r a y s 4 5 a n d 5 6may b e p r e d e t e r m i n e d s o t h a t t h e s i g n a l s g e n e r a t e d b yt h e t r a n s d u c e r s m a y b e p l o t t e d w i t h r e s p e c t t o a k n o w nd i r e c t i o n o f t h e r e s p e c t i v e t r a n s d u c e r s i n e a c h a r r a y .A l t e r n a t i v e l y , t h e d e v i c e 3 6 c o u l d b e l o w e r e d on t h eend of a conventional d r i l l s t r i n g or o n a w i r e l i n e c a b l e .I f a d e v i c e 3 6 i s p l a c e d i n t h e w e l l b o r e by s o m e meansw h e r e i n a p r e d e t e r m i n e d a n g u l a r o r i e n t a t i o n o f t h ed e v i c e with r e s p e c t t o t h e a x i s 1 6 i s n o t k n o w n o r needst o be co n ? r m e d , an a c o u s t i c s o u r c e m a y be p l a c e d i n ak n o w n p o s i t i o n r e l a t i v e t o t h e w e l l b o r e 2 6 t o g e n e r a t e as i g n a l t o b e r e c o r d e d by t h e t r a n s d u c e r a r r a y s 4 5 and/ r56 s o t h a t a b e a r i n g o r azimuth m a y be determined f o rt h e t r a n s d u c e r a r r a y s . FIG. 1 i l l u s t r a t e s such a m e a n sw h e r e i n a s e c o n d r e l a t i v e l y s h a l l o w w e l l b o r e 8 2 i s p r ov i d e d a t a p r e d e t e r m i n e d d i s t a n c e a nd d i r e c t i o n withr e s p e c t t o t h e w e l l b o r e 2 6 . An e x p l o s i v e c h a r g e 8 4 i sp l a c e d i n t h e w e l l b o r e 8 2 a n d , a t a p r e d e t e r m i n e d t i m ei s d e t o n a t e d t o g e n e r a t e d a c o u s t i c s i g n a l s i n t h e e a r t hf o r m a t i o n 2 4 . I n t h i s w a y , t h e a n g u l a r o r i e n t a t i o n w i t hr e s p e c t t o t h e a x i s 1 6 o f e a c h o f t h e t r a n s d u c e r s 4 6 m ayb e determined i n accordance w i t h which one o f t h et r a n s d u c e r s r e c e i v e s t h e a c o u s t i c s i g n a l o f m ax i m u mi n t e n s i t y a s a r e s u l t o f d e t o n a t i o n o f t h e c h a r g e 8 4 . Theg e n e r a t i o n o f a n a c o u s t i c s i g n a l a s d e s c r i b e d above m a yb e u s e d t o c on?rm t h e a n g u l a r o r i e n t a t i o n o f t h e d e v i c e3 6 w i t h r e s p e c t t o t h e a x i s 1 6 even i f t h e d e v i c e i s p o s it i o n e d o n t h e e n d of a nonrotatable d r i l l s t e m or t h ec o i l e d t u b e 6 2 a n d t h e a n g u l a r o r i e n t a t i o n o f t h e t u b e o rd r i l l s t e m i s k nown t t h e s u r f a c e , s i n c e i t i s p o s s i b l e t h a tsome a n g u l a r t w i s t may b e i m p a r t e d t h r o u g h t h e d r i l ls t e m i f d i s p o s e d i n a d e v i a t e d w e l l b o r e , f o r e x a m p l e .

I n c a r r y i n g o u t t h e u n i q u e method o f t h e p r e s e n ti n v e n t i o n , a p a r t i c u l a r f o r m a t i o n t o b e f r a c t u r e d , s u c ha s t h e f o r m a t i o n 2 4 , i s p e n e t r a t e d by o n e o r m o r e w e l lb o r e s a t s e l e c t e d l o c a t i o n s t o f o r m , f o r e x a m p l e , t h ew e l l b o r e 2 6 . The d e v i c e 3 6 i s l o w e r e d i n t o t h e w e l l b o r ei n t h e f o r m a t i o n r e g i o n t o b e a n a l y z e d a n d t h e a n g u l a ro r i e n t a t i o n o f t h e t r a n s d u c e r a r r a y s 4 5 and 5 6 w i t h

2 5

3 0

3 5

4 5

5 5

6 5

6r e s p e c t t o t h e w e l l b o r e a x i s i s d e t e r m i n e d e i t h e r byn o t i n g t h e r o t a t i o n a l p o s i t i o n o f t h e d r i l l s t e m o r c o i l e dt u b i n g 6 2 o r b y g e n e r a t i n g a n a c o u s t i c s i g n a l s u c h a s b yd e t o n a t i n g a n e x p l o s i v e c h a r g e i n a s e c o n d w e l l b o r e ,s u c h a s t h e w e l l b o r e 8 2 , which i s a t a k n o w n p o s i t i o nr e l a t i v e t o t h e w e l l b o r e 2 6 .W h e n t h e a n g u l a r o r i e n t a t i o n o f t h e t r a n s d u c e r s 4 6 i sk n o w n , r a d i o f r e q u e n c y r a n g e e n e r g y i s i m p a r t e d t o t h ef o r m a t i o n 2 4 t h r o u g h t h e d e v i c e 3 6 u n t i l s u b s t a n t i a l l yu n i f o r m h e a t i n g o f t h e f o r m a t i o n w i t h i n t h e v i c i n i t y o ft h e w e l l b o r e 2 6 i s a c h i e v e d i n a p r e d e t e r m i n e d r a n g ea b o u t t h e a x i s 1 6 . A f t e r a p r e d e t e r m i n e d p e r i o d o f t i m e ,t h e h e a t i n g o p e r a t i o n may b e t e r m i n a t e d a n d d u r i n gh e a t i n g of t h e formation a s w e l l a s during a cooldownp e r i o d , a c o u s t i c e m i s s i o n s from t h e f o r m a t i o n a r es e n s e d by t h e t r a n s d u c e r s 4 6 a n d s i g n a l s r e l a t e d t o t h ee m i s s i o n s s e n s e d b y t h e t r a n s d u c e r s a r e r e c o r d e d by t h ec o n t r o l u n i t 4 2 s o t h a t a p o l a r p l o t o f t h e r a t e and/ori n t e n s i t y o f t h e e m i s s i o n s , s u c h a s t h e p l o t 2 0 , may b eo b t a i n e d . I n t h i s way, t h e d i r e c t i o n o f t h e m a x i m u mp r i n c i p a l h o r i z o n t a l s t r e s s a n d t h e d i r e c t i o n o f t h e m i n imum h o r i z o n t a l s t r e s s m a y be p r e d e t e r m i n e d . M o r eo v e r , s i n c e i t i s i n d i c a t e d t h a t t h e r a t e and/or i n t e n s i t yo f t h e r m a l l y i n d u c e d a c o u s t i c e m i s s i o n s i n r o c k f o r m at i o n s a r e r e l a t e d t o t h e magnitude o f t h e i n s i t u s t r e s s e s ,t h e a c t u a l s t r e s s m a g n i t u d e may a l s o b e d e t e r m i n e d .T h i s i n f o r m a t i o n i s u s e f u l i n d e t e r m i n i n g t h e o p e r a t i n gp a r a m e t e r s i n c a r r y i n g o u t a h y d r a u l i c f r a c t u r e o p e r at i o n .

As shown i n FIG. 1 , t h e d e v i c e 3 6 m ay a l s o i n c l u d epyrometer means 9 0 h a v i n g a p l u r a l i t y o f c i r c u m f e r e nt i a l l y s p a c e d a p a r t s e n s o r s 9 2 f o r m e a s u r i n g t h e t e m p e ra t u r e d i s t r i b u t i o n over t h e r a n g e of t h e f o r m a t i o n 24a b o u t t h e a x i s 1 6 . The r a t e a n d / o r i n t e n s i t y o f a c o u s t i ce m i s s i o n s m ay b e compared w i t h t h e t e m p e r a t u r e o f t h ef o r m a t i o n 2 4 a s a means o f measuring t h e c o m p r e s s i v es t r e s s e s i n t h e f o r m a t i o n . T h i s i n f o r m a t i o n c a n , o fc o u r s e , b e u s e f u l i n d e t e r m i n i n g i n s i t u s t r e s s d i s t r i b ut i o n a n d s t r e s s l e v e l f o r p r e p a r i n g a h y d r a u l i c f r a c t u r i n go p e r a t i o n .

Although p r e f e r r e d embodiments o f a m e t h o d and as y s t e m f o r c a r r y i n g o u t t h e method i n a c c o r d a n c e w i t ht h e p r e s e n t i n v e n t i o n h a v e b e e n d e s c r i b e d h e r e i n , t h o s es k i l l e d i n t h e a r t w i l l r e c o g n i z e t h a t v a r i o u s s u b s t i t ut i o n s and m o d i ? c a t i o n s m ay b e m a d e t o t h e s p e c i ? ce m b o d i m e n t s d e s c r i b e d w i t h o u t d e p a r t i n g f r o m t h es c o p e a nd s p i r i t o f t h e i n v e n t i o n a s r e c i t e d i n t h e a pp e n d e d c l a i m s .W h a t I c l a i m i s :

1 . A e t h o d f o r d e t e r m i n i n g t h e p r o b a b l e o r i e n t a t i o no f a h y d r a u l i c a l l y i n d u c e d f r a c t u r e i n a p r e d e t e r m i n e dr e g i o n o f a s u b t e r r a n e a n e a r t h f o r m a t i o n c o m p r i s i n g t h es t e p s o f :

p e n e t r a t i n g i n t o s a i d r e g i o n w i t h b o r e h o l e m e a ns ;h e a t i n g s a i d r e g i o n t o a n e l e v a t e d t e m pe r a t u r e ;m e a s u r i n g t h e r m a l l y i n d u c e d a c o u s t i c e m i s s i o n s o f

s a i d f o r m a t i o n a t s a i d r e g i o n a nd over a n a n g u l a rr a n g e w i t h r e s p e c t t o a g e n e r a l l y v e r t i c a l r e f e r e n c ea x i s o f s a i d b o r e h o l e m e a n s ; and

comparing t h e a c o u s t i c e m i s s i o n s over s a i d r a n g e t odetermine t h e d i r e c t i o n a l o r i e n t a t i o n o f a t l e a s t o n eo f t h e m a x i m u m and m i n i m u m h o r i z o n t a l i n s i t uc o m p r e s s i v e s t r e s s e s i n s a i d r e g i o n .

2 . The method s e t f o r t h i n c l a i m 1 i n c l u d i n g t h e s t e pO f :a r t i ? c i a l l y h e a t i n g s a i d f o r m a t i o n t o a n e l e v a t e d tem

p e r a t u r e p r i o r t o m e a s u r i n g t h e a c o u s t i c e m i s s i o n s .3 . The m e t h o d s e t f o r t h i n c l a i m 2 w h e r e i n :

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7/8

4 , 7 4 4 , 2 4 57s a i d s t e p o f h e a t i n g s a i d f o r m a t i o n i s c a r r i e d o u t b yd i s p e r s i n g r a d i o f r e q u e n c y r a n g e e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o n i n t o sa i d f o r m a t i o n t o h e a t s a i d f o r m a t i o nt o a p r e d e t e r m i n e d t e m p e r a t u r e .

4 . The m e t h o d s e t f o r t h i n c l a i m 3 w h e r e i n :s a i d s t e p o f h e a t i n g s a i d f o r m a t i o n i n c l u d e s f o r m i n g aw e l l b o r e p e n e t r a t i n g s a i d f o r m a t i o n ;

p r o v i d i n g a d e v i c e t o b e i n s e r t e d i n t o s a i d w e l l b o r ef o r t r a n s m i t t i n g r a d i o f r e q u e n c y r a n g e r a d i a t i o ni n t o s a i d f o r m a t i o n from s a i d w e l l b o r e , a n d g e n e ra t i n g r a d i a t i o n t o b e d i s p e r s e d i n t o s a i d f o r m a t i o no v e r a p r e d e t e r m i n e d a n g u l a r r a n g e w i t h r e s p e c t t ot h e l o n g i t u d i n a l a x i s o f s a i d w e l l b o r e .

5 . The method s e t f o r t h i n c l a i m 4 w h e r e i n :s a i d d e v i c e i n c l u d e s a c o u s t i c t r a n s d u c e r means f o r

s e n s i n g a c o u s t i c e m i s s i o n s f r o m s a i d f o r m a t i o no v e r a p r e d e t e r m i n e d a n g u l a r r a n g e w i t h r e s p e c t t os a i d a x i s ; a n d

s a i d method i n c l u d e s t h e s t e p o f s e n s i n g a c o u s t i ce m i s s i o n s f r o m s a i d f o r m a t i o n w i t h s a i d t r a n s d u c e rmeans f o r d e t e r m i n i n g t h e o r i e n t a t i o n o f t l e a s t t h eg e n e r a l l y h o r i z o n t a l i n s i t u s t r e s s e s i n s a i d format i o n a s a f u n c t i o n o f t h e a c o u s t i c e m i s s i o n s genera t e d over s a i d r a n g e .6 . The method s e t f o r t h i n c l a i m 5 i n c l u d i n g t h e s t e p

o f :p o s i t i o n i n g s a i d d e v i c e i n s a i d w e l l b o r e i n a p r e d e t e rm i n e d a n g u l a r o r i e n t a t i o n w i t h r e s p e c t t o s a i d a x i s

s o t h a t t h e a z i m u t h a l p o s i t i o n o f s a i d t r a n s d u c e rmeans s k nown p r i o r t o s e n s i n g s a i d a c o u s t i c e m i ss i o n s .7 . The method s e t f o r t h i n c l a i m 5 i n c l u d i n g t h e s t e p

o f :p r o v i d i n g an a c o u s t i c s o u r c e l o c a t e d a t a p r e d e t e r

m i n e d a z i m u t h w i t h r e s p e c t t o s a i d a x i s ;g e n e r a t i n g a c o u s t i c e m i s s i o n s f r o m s a i d a c o u s t i c

s o u r c e a n d s e n s i n g s a i d a c o u s t i c e m i s s i o n s w i t hs a i d t r a n s d u c e r means t o d e t e r m i n e t h e a n g u l a ro r i e n t a t i o n o f s a i d t r a n s d u c e r m e an s i n s a i d w e l lb o r e .8 . A e t h o d f o r d e t e r m i n i n g t h e p r o b a b l e o r i e n t a t i o n

o f a h y d r a u l i c a l l y i n d u c e d f r a c t u r e i n a p r e d e t e r m i n e dr e g i o n o f a s u b t e r r a n e a n e a r t h f o r m a t i o n c o m p r i s i n g t h es t e p s o f :

p e n e t r a t i n g s a i d r e g i o n w i t h b o r e h o l e me a n s ;a r t i ? c i a l l y h e a t i n g s a i d r e g i o n t o a n e l e v a t e d t e m p e r at u r e ;t h e n m e a s u r i n g t h e r m a l l y i n d u c e d a c o u s t i c e m i s s i o n so f s a i d r e g i o n an d over a range with r e s p e c t t o ag e n e r a l l y v e r t i c a l r e f e r e n c e a x i s o f s a i d b o r e h o l emeans;comparing t h e a c o u s t i c e m i s s i o n s o v e r s a i d r a n g e t od e t e r m i n e t h e o r i e n t a t i o n o f t h e h o r i z o n t a l i n s i t uc o m p r e s s i v e s t r e s s e s i n s a i d r e g i o n ;

m e a s u r i n g t h e t e m p e r a t u r e o f s a i d f o r m a t i o n a t s a i dr e g i o n ; a n dc o m p a r i n g t h e a c o u s t i c e m i s s i o n s f r o m s a i d r e g i o n a ts a i d m e a s u r e d t e m p e r a t u r e w i t h k nown v a l u e s o fa c o u s t i c e m i s s i o n s a t s a i d measured t e m p e r a t u r ea n d a t s e l e c t e d v a l u e s o f i n s i t u s t r e s s e s i n s a m p l e so f s a i d f o r m a t i o n t o d e t e r m i n e t h e i n s i t u s t r e s s e s i nf o r m a t i o n a t s a i d r e g i o n .9 . A e t h o d f o r d e t e r m i n i n g t h e p r o b a b l e o r i e n t a t i o n

o f a h y d r a u l i c a l l y i n d u c e d f r a c t u r e i n a p r e d e t e r m i n e dr e g i o n o f a s u b t e r r a n e a n e a r t h f o r m a t i o n c o m p r i s i n g t h es t e p s o f :

p e n e t r a t i n g i n t o s a i d r e g i o n w i t h b o r e h o l e m e a n s ;

5

1 0

2 5

3 5

4 5

5 5

8m e a s u r i n g t h e r m a l l y i n d u c e d a c o u s t i c e m i s s i o n s o f

s a i d f o r m a t i o n a t s a i d r e g i o n and o v e r a n a n g u l a rr a n g e w i t h r e s p e c t t o a v e r t i c a l r e f e r e n c e a x i s o fs a i d b o r e h o l e m e a n s ; a n dcomparing t h e a c o u s t i c e m i s s i o n s o v e r s a i d r a n g e t od e t e r m i n e t h e o r i e n t a t i o n o f t h e h o r i z o n t a l i n s i t uc o m p r e s s i v e s t r e s s e s i n s a i d r e g i o n .1 0 . A ethod f o r d e t e r m i n i n g t h e o r i e n t a t i o n o f t h e

h o r i z o n t a l i n s i t u c o m p r e s s i v e s t r e s s e s i n a s u b t e r r a n e a ne a r t h f o r m a t i o n w i t h r e s p e c t t o a w e l l b o r e p e n e t r a t i n gw i t h i n s a i d f o r m a t i o n c o m p r i s i n g t h e s t e p s o f :

h e a t i n g s a i d f o r m a t i o n t o i n c r e a s e t h e t e m p e r a t u r e o fs a i d f o r m a t i o n i n a p r e d e t e r m i n e d zone i n s a i df o r m a t i o n ;m e a s u r i n g t h e r m a l l y i n d u c e d a c o u s t i c e m i s s i o n s o fs a i d f o r m a t i o n i n s a i d zone an d over a p r e d e t e rm i n e d a n g u l a r r a n g e w i t h r e s p e c t t o a l o n g i t u d i n alr e f e r e n c e a x i s o f s a i d w e l l b o r e ;c o m p a r i n g t h e a c o u s t i c e m i s s i o n s o v e r s a i d a n g u l a rr a n g e t o d e t e r m i n e t h e o r i e n t a t i o n o f t h e h o r i z o n t a li n s i t u c o m p r e s s i v e s t r e s s e s i n s a i d f o r m a t i o n i n s a i dzone;m e a s u r i n g t h e t e m p e r a t u r e o f s a i d f o r m a t i o n i n s a i dz o n e ; a ndc o m p a r i n g t h e a c o u s t i c e m i s s i o n s f r o m s a i d f o r m a t i o na t s a i d measured t e m p e r a t u r e w i t h k n o w n v a l u e s o fa c o u s t i c e m i s s i o n s a t s a i d m e a s u r e d t e m p e r a t u r eand a t s e l e c t e d v a l u e s o f i n s i t u s t r e s s e s i n s a m p l e so f s a i d f o r m a t i o n t o d e t e r m i n e t h e i n s i t u s t r e s s e s i ns a i d f o r m a t i o n i n s a i d z o n e .1 1 . A ethod f o r d e t e r m i n i n g t h e o r i e n t a t i o n o f t h e

h o r i z o n t a l i n s i t u c o m p r e s s i v e s t r e s s e s i n a s u b t e r r a n e a ne a r t h f o r m a t i o n w i t h r e s p e c t t o a w e l l b o r e p e n e t r a t i n gw i t h i n s a i d f o r m a t i o n c o m p r i s i n g t h e s t e p s o f :

f o r m i n g a w e l l b o r e p e n e t r a t i n g w i t h i n s a i d f o r m a t i o n ;i n s e r t i n g a d e v i c e i n t o s a i d w e l l b o r e f o r t r a n s m i t t i n g

r a d i a t i o n i n t o s a i d f o r m a t i o n f r o m s a i d w e l l b o r e ,a n d g e n e r a t i n g r a d i a t i o n t o b e d i s p e r s e d i n t o s a i df o r m a t i o n o v e r a p r e d e t e r m i n e d a n g u l a r r a n g ew i t h r e s p e c t t o a l o n g i t u d i n a l r e f e r e n c e a x i s o f s a i dw e l l b o r e f o r h e a t i n g s a i d f o r m a t i o n t o i n c r e a s e t h et e m p e r a t u r e o f s a i d f o r m a t i o n i n a p r e d e t e r m i n e dzone i n s a i d f o r m a t i o n ;m e a s u r i n g t h e r m a l l y i n d u c e d a c o u s t i c e m i s s i o n s o fs a i d formation i n s a i d zone and over a p r e d e t e rm i n e d a n g u l a r r a n g e w i t h r e s p e c t t o s a i d l o n g i t u d in a l r e f e r e n c e a x i s o f s a i d w e l l b o r e ; a n dcomparing t h e a c o u s t i c e m i s s i o n s o v e r s a i d r a n g e t od e t e r m i n e t h e o r i e n t a t i o n o f t h e h o r i z o n t a l i n s i t uc o m p r e s s i v e s t r e s s e s i n s a i d f o r m a t i o n i n s a i d z o n e .1 2 . The m e t h o d s e t f o r t h i n c l a i m 1 1 w h e r e i n :

s a i d d e v i c e i n c l u d e s a c o u s t i c t r a n s d u c e r means f o rs e n s i n g a c o u s t i c e m i s s i o n s f r o m s a i d f o r m a t i o no v e r a p r e d e t e r m i n e d a n g u l a r r a n g e w i t h r e s p e c t t os a i d a x i s ; a n ds a i d method i n c l u d e s t h e s t e p o f s e n s i n g a c o u s t i ce m i s s i o n s f r o m s a i d f o r m a t i o n w i t h s a i d t r a n s d u c e rm e an s f o r d e t e r m i n i n g t h e o r i e n t a t i o n o f a t l e a s t t h eg e n e r a l l y h o r i z o n t a l i n s i t u s t r e s s e s i n s a i d f o r m at i o n a s a f u n c t i o n o f t h e a c o u s t i c e m i s s i o n s genera t e d over s a i d r a n g e .1 3 . The method s e t f o r t h i n c l a i m 1 2 i n c l u d i n g t h e

s t e p o f :p o s i t i o n i n g s a i d d e v i c e i n s a i d w e l l b o r e i n a p r e d e t e rm i n e d a n g u l a r o r i e n t a t i o n w i t h r e s p e c t t o s a i d a x i s

s o t h a t t h e a z i m u t h a l p o s i t i o n o f s a i d t r a n s d u c e rmeans s k nown p r i o r t o s e n s i n g s a i d a c o u s t i c e m i sslons.

8/14/2019 US4744245.pdf

8/8

4 , 7 4 4 , 2 4 51 4 . The method s e t f o r t h i n c l a i m 1 2 i n c l u d i n g t h e

s t e p o f :providing an a c o u s t i c s o u r c e l o c a t e d a t a p r e d e t e r

mined a z i m u t h w i t h r e s p e c t t o s a i d a x i s ;g e n e r a t i n g a c o u s t i c e m i s s i o n s f r o m s a i d a c o u s t i c

s o u r c e and s e n s i n g s a i d a c o u s t i c e m i s s i o n s w i t hs a i d t r a n s d u c e r m e a n s t o d e t e r m i n e t h e a n g u l a ro r i e n t a t i o n o f s a i d t r a n s d u c e r means i n s a i d w e l lb o r e .

1 5 . A y s t e m f o r d e t e r m i n i n g t h e o r i e n t a t i o n o f a tl e a s t t h e g e n e r a l l y h o r i z o n t a l i n s i t u s t r e s s e s i n a s u b t e rr a n e a n f o r m a t i o n c o m p r i s i n g :

a device adapted t o be i n s e r t e d i n t o a wellbore e xt e n d i n g w i t h i n s a i d f o r m a t i o n , s a i d d e v i c e i n c l u di n g m e a n s f o r t r a n s m i t t i n g r a d i o f r e q u e n c y r a n g er a d i a t i o n i n t o s a i d f o r m a t i o n from s a i d w e l l b o r eo v e r a p r e d e t e r m i n e d a n g u l a r r a n g e w i t h r e s p e c t t ot h e l o n g i t u d i n a l c e n t r a l a x i s o f s a i d w e l l b o r e a n da c o u s t i c t r a n s d u c e r means f o r s e n s i n g a c o u s t i ce m i s s i o n s from s a i d f o r m a t i o n over a p r e d e t e rm i n e d a n g u l a r r a n g e w i t h r e s p e c t t o s a i d a x i s a n d

1 0

1 5

2 0

2 5

3 5

4 5

5 5

6 5

1 0g e n e r a t i n g s i g n a l s r e l a t e d t o s a i d a c o u s t i c e m i ss i o n s ; a n d

means f o r r e c e i v i n g s a i d s i g n a l s s o t h a t s a i d s i g n a l sc a n b e r e c o r d e d f o r d e t e r m i n i n g t h e o r i e n t a t i o n o fa t l e a s t t h e g e n e r a l l y h o r i z o n t a l i n s i t u s t r e s s e s i ns a i d f o r m a t i o n w i t h r e s p e c t t o s a i d a x i s .

1 6 . The s y s t e m s e t f o r t h i n c l a i m 1 5 i n c l u d i n g :means a s s o c i a t e d w i t h s a i d d e v i c e f o r m e a s u r i n g t h etemperature o f s a i d f o r m a t i o n i n a zone o f i n t e r e s t

an d over a predetermined angular range with r es p e c t t o s a i d a x i s .

1 7 . The s y s t e m s e t f o r t h i n c l a i m 1 5 i n c l u d i n g :m e a n s f o r lowering s a i d d e v i c e i n t o s a i d w e l l b o r e a t a

p r e d e t e r m i n e d a n g u l a r p o s i t i o n a b o u t s a i d a x i s .1 8 . The s y s t e m s e t f o r t h i n c l a i m 1 5 w h e r e i n :s a i d t r a n s d u c e r means c o m p r i s e s a n a r r a y o f p l u r a l

t r a n s d u c e r s mounted i n a h o u s i n g o f s a i d d e v i c ea n d c i r c u m f e r e n t i a l l y s p a c e d a p a r t a b o u t a n a x i s o fs a i d housing.

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