CN102787839A - 声发射定位监测准确绘制油田井下状况的方法 - Google Patents

声发射定位监测准确绘制油田井下状况的方法 Download PDF

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本发明涉及一种声发射定位监测准确绘制油田井下状况的方法,包括在注水井周围的地面上间隔距离、任意方向至少设3个信号接收器,进行该注水井地层裂缝动态信号的采集及时差处理；利用压裂和注水设备向该注水井内压入液体,压入地下岩层的液体使该岩层开裂或闭合及液体流动产生低频声,利用低频声信号接收处理设备,接收并处理该信号;根据该信号查测声源信号,并据该注水井为原点绘制出对应各声源信号点分布的直角座标图,可准确得出该注水井井下状况。本发明能有效利用注水井向储油层中压入液体后形成变化低频音、快速、准确地测绘出注水井井下状况图,可大幅度提高油田经济效益。

Description

声发射定位监测准确绘制油田井下状况的方法
 
技术领域                        
本发明涉及一种声发射定位监测准确绘制油田井下状况的方法。
背景技术
油田的井组按性质分为采油井和注水井两类。采油井的作用是将地下储油层中的石油抽出。注水井的作用是向地下储油层中注水(或其它液态体,或注入气体)将地下储油层中的石油驱向采油井以使采油井能抽出该井周边其余储油层中的石油。油田的井组大概分布是一口采油井周边间隔距离(数拾米至数百米)设数个注水井;理论最佳方案应是各注水井压入的高压液体或气体能将储油层中的石油趋向该采油井使该采油井高产石油。
大型高压注水设备通过注水井向储油层中压入液体、压入的液体超过地屈破裂压力时(或称超过地层闭合压力, 常规量约为1.5～4立方米/min, 压力约1.5～5.0Mpa, 通常为2立方米/min, 压力约3.1Mpa) 使注水井下周边的储油地层被压裂出多条裂缝, 这种张破裂的裂缝可以反映出压入液体在地下储油层中的流向分布。
实践证明：采油井设在注水井注水使储油层被压裂的两条裂缝中间；即设在两条裂缝呈45°夹角的中间时, 注水井趋油效果最好,使该口采油井含水量低、采油量大、采收率高。若采油井设在与裂缝直对,则会造成该口采油井含水量高、采油量小、采收率低,甚至不出油仅出水的淹井现象,造成该口采油井报废。若采油井与裂缝相距较远或与水驱方向相反,则会造成该口采油井供液不足、采油量小、采收率低,甚至不出油的死井现象,也造成该口采油井报废。而报废一口采油井会造成少则数百万的投资损失。
因此, 定位监测提供油田井下状况的分布,或者说提供注水井向储油层中压入液体后其分布状况及裂缝走向是提高油田效益的根本保障。但目前定位监测并提供油田井下状况的准确性极低, 造成采油井报废的现象十分严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种声发射定位监测准确绘制油田井下状况的方法, 该方法能有效利用注水井向储油层中压入液体后形成变化低频音、快速、准确地测绘出注水井井下状况图,可大幅度提高油田经济效益。
为此,本发明的方法由以下步骤构成:
(1) 在注水井周围的地面上间隔距离、任意方向至少设3个信号接收器,进行该注水井地层裂缝动态信号的采集及时差处理；
  (2) 利用压裂和注水设备向该注水井内压入液体,压入地下岩层的液体使该岩层开裂或闭合及液体流动产生低频声, 利用信号接收器和低频声信号接收处理设备,接收并处理该信号; 
(3) 根据该信号查测声源信号,并据该注水井为原点绘制出对应各声源信号点分布的直角座标图,可准确得出该注水井井下状况,分为；
注水井周围的地面上间隔距离、任意方向至少设3个信号接收器；
设距该注水井最近的信号接收器为S0, 坐标为X、Y, 顺时针第2个信号接收器为S1,坐标为X1、Y1, 顺时针第3个信号接收器为S2,坐标为X2、Y2;
岩层开裂或闭合及液体流动产生低频声声源信号点为PC, PC距信号接收器S0的距离为R,  距信号接收器S1的距离R＋δ1, 距信号接收器S2的距离R＋δ2;
其中, δ1是声源信号点的信号到S1与到S0的距离差, δ2是声源信号点的信号到S2与到S0的距离差, δ1=V·T1 , δ2=V·T2 ,  V是信号在储层中的传播速度, T1是声源信号点的信号到S1与到S0的时间差, T2是声源信号点的信号到S2与到S0的时间差；
PC是以S0、S1、S2点为圆心,以R、R＋δ1、R＋δ2为半径画圆的三圆圈的相交线点；
三个圆方程式为, X2＋Y2 = R2
              X1 2＋Y1 2  = ( R＋δ1)2 = ( R＋V·T1)2
              X2 2＋Y2 2  = ( R＋δ2)2 = ( R＋V·T2)2
将求解计算得到的一个时段的一个PC点,绘在以该注水井为原点的直角坐标图的对应位置点上, 与多个时段对应的多个PC点绘在以该注水井为原点的直角坐标图的对应位置点上, 得出该注水井井下状况。
所述的注水井井下状况包括注水井水力压裂产生的多条裂缝方向、裂缝夹角、裂缝长度及水驱方向。所述的布置的信号接收器距被测注水井的距离为S0＜S1＜S2＜Sn。所述的低频声信号接收处理设备采用的为一个微秒极时间段内距被测注水井近距离的三个信号接收器均接收到的一个最大峰值信号为有效信号。所述的信号接收器最佳布置数为3个。所述的信号接收器最佳呈三角形布置在被测注水井周边的任意地面位置上。
上述方法实现了本发明的目的。
本发明能有效利用注水井向储油层中压入液体后形成变化低频音、快速、准确地测绘出注水井井下状况图,可大幅度提高油田经济效益。据推算本发明能提高油田经济效益达3～5倍以上, 提高了油井的采油量、采收率高, 大幅度降低了死井和采油井的报废数量。
附图说明
图1为本发明的PC点定位示意图。
图2用本发明方法的测得的新疆莫121井裂缝成果图。
图3用本发明方法的测得的茂兴油田台105平1井动态分布图。
图4用本发明方法的测得的无名岛20口水井动态分布图。
具体实施方案
如图1至图4所示，一种声发射定位监测准确绘制油田井下状况的方法,该生产方法是由以下步骤构成:
(1) 在注水井周围的地面上间隔距离、任意方向至少设3个信号接收器,进行该注水井地层裂缝动态信号的采集及时差处理；
  (2) 利用压裂和注水设备向该注水井内压入液体,压入地下岩层的液体使该岩层开裂或闭合及液体流动产生低频声, 利用信号接收器和低频声信号接收处理设备,接收并处理该信号; 
(3) 根据该信号查测声源信号,并据该注水井为原点绘制出对应各声源信号点分布的直角座标图,可准确得出该注水井井下状况,分为；
注水井周围的地面上间隔距离、任意方向至少设3个信号接收器；
设距该注水井最近的信号接收器为S0, 坐标为X、Y, 顺时针第2个信号接收器为S1,坐标为X1、Y1, 顺时针第3个信号接收器为S2,坐标为X2、Y2;
岩层开裂或闭合及液体流动产生低频声声源信号点为PC, PC距信号接收器S0的距离为R,  距信号接收器S1的距离R＋δ1, 距信号接收器S2的距离R＋δ2;
其中, δ1是声源信号点的信号到S1与到S0的距离差, δ2是声源信号点的信号到S2与到S0的距离差, δ1=V·T1 , δ2=V·T2 ,  V是信号在储层中的传播速度, T1是声源信号点的信号到S1与到S0的时间差, T2是声源信号点的信号到S2与到S0的时间差；
PC是以S0、S1、S2点为圆心,以R、R＋δ1、R＋δ2为半径画圆的三圆圈的相交线点；
三个圆方程式为, X2＋Y2 = R2
              X1 2＋Y1 2  = ( R＋δ1)2 = ( R＋V·T1)2
              X2 2＋Y2 2  = ( R＋δ2)2 = ( R＋V·T2)2
将求解计算得到的一个时段的一个PC点,绘在以该注水井为原点的直角坐标图的对应位置点上, 与多个时段对应的多个PC点绘在以该注水井为原点的直角坐标图的对应位置点上, 得出该注水井井下状况。
所述的注水井井下状况包括注水井水力压裂产生的多条裂缝方向、裂缝夹角、裂缝长度及水驱方向。
所述的布置的信号接收器距被测注水井的距离为S0＜S1＜S2＜Sn。
所述的低频声信号接收处理设备采用的为一个微秒极时间段内距被测注水井近距离的三个信号接收器均接收到的一个最大峰值信号为有效信号。这个最大峰值信号是超过门槛控制的信号,这个信号可以为受门槛电压控制的电压信号,或其它形式表示的信号。设置一个门槛电压控制干扰信号, 因为其它干扰信号比储油层注水被压裂转化产生的电压信号幅度低, 采用门槛电压控制干扰信号可有效去除干扰信号。实现这个实施方案的设备, 技术人员可做到,故不再累述。
所述的信号接收器最佳布置数为3个。当然, 信号接收器布置超过3个时,可增加准确性,但使成本大幅增加。所述的信号接收器最佳呈三角形布置在被测注水井周边的任意地面位置上。
本发明的信号接收器、低频声信号接收处理设备等均为传统设备,故不再累述。
低频声信号接收处理设备包括:
数个信号接收器,每个信号接收器的探头均位于被测注水井周边的地表面下（约深10～50cm）, 用以接收由该注水井地层裂缝动态信号,并将其传输至计算机控制测算系统。布置的信号接收器距被测注水井的距离为S0＜S1＜S2＜Sn。信号接收器最佳布置数为3个。信号接收器最佳呈三角形布置在被测注水井周边的任意地面位置上。
发射机,用于将信号接收器读取的该注水井地层裂缝动态的信号发射至计算机控制测算系统。
接收机, 用于接收发射机的信号并传至计算机控制测算系统。
计算机控制测算系统,由一台含有本发明三圆方程计算公式及处理、测算软件的计算机和打印处理结果的打印设备所构成。计算机控制测算系统用于将接收机接收的注水井地层裂缝动态的信号进行测算处理并打印结果,最终形成各注水井水力压裂产生的多条裂缝方向、裂缝夹角、裂缝长度及水驱方向的分布图。
显然,地面上或地面下各声源信号来源繁杂,由各信号接收器均能接收到各繁杂的声源信号，因此处理、测算软件的计算机应含有信号智能识别系统软件,该系统软件应依照采用的有效信号为一个微秒级时间段内距被测注水井近距离的三个信号接收器均接收到的一个最大峰值信号, 然后由此计算出该声源信号并将其标出；否则为弃用信号。微秒级时间段的设定应依据该被测注水井的深度、注水点至地面距离及信号在储层中的传播速度设定。
如图1所示, 为本发明的PC点定位示意图。在注水井周围的地面上间隔距离、任意方向设3个信号接收器, 每个信号接收器到该注水井的距离不相同。设距该注水井最近的信号接收器为S0,坐标为X、Y；顺时针第2个信号接收器为S1,坐标为X1、Y1；顺时针第3个信号接收器为S2, 坐标为X2、Y2。利用压裂和注水设备向该注水井内压入水, 大型高压注水设备通过该注水井向储油层中压入超过地层闭合压力的注水, 注水量2立方米/min, 压力约3.5Mpa。压入地下岩层的水使该岩层(或称储油地层)开裂或闭合及液体流动时产生低频声。地层开裂或闭合及液体流动时产生的低频声声源信号点为PC。PC距信号接收器S0的距离为R, 距信号接收器S1的距离R＋δ1, 距信号接收器S2的距离R＋δ2。3个信号接收器的探头接收由该注水井地层裂缝动态信号后由各自的发射机将信号发射、经接收机至计算机控制测算系统。计算机控制测算系统将接收的该注水井地层裂缝动态的信号进行测算处理,找出PC, 绘在以该注水井为原点的直角坐标图的对应位置点上, 这样与多个时段对应的多个PC点绘在以该注水井为原点的直角坐标图的对应位置点上, 并打印结果, 最终形成各注水井水力压裂产生的多条裂缝方向、裂缝夹角、裂缝长度及水驱方向的分布图。
如图2所示, 用本发明方法的测得的新疆莫121井裂缝成果图。大型高压注水设备通过该注水井向储油层中以2.5立方米/min压入水、压力约3.1Mpa,使注水井下周边的储油地层被压裂出多条裂缝, 用本发明方法将求解计算得到的一个时段(微秒级)的一个PC点,绘在以该注水井为原点的直角坐标图的对应位置点上；经压裂注水45分钟得出该注水井井下状况裂缝成果图。裂缝成果图正确、清楚地反映了该注水井水力压裂产生的多条裂缝方向、裂缝夹角、裂缝长度及水驱方向。
如图3所示, 用本发明方法的测得的茂兴油田台105平1井动态分布图。该井动态分布图显示靠近断层2段个, 压开1条裂缝,中间三条裂缝,最南边压开2条裂缝。油层2米，渗透率15mD,依本发明方法的测得的分布图设油井,初产42T/日。
如图4所示, 用本发明方法的测得的无名岛20口水井动态分布图。依该图将采油井设在注水井两条裂缝中间；即设在注水井两条裂缝呈45°夹角的中间, 各注水井趋油效果最好,使各口采油井含水量低、采油量大、采收率高。
总之，本发明能有效利用注水井向储油层中压入液体后形成变化低频音、快速、准确地测绘出注水井井下状况图,可大幅度提高油田经济效益。

Claims (6)

1.一种声发射定位监测准确绘制油田井下状况的方法, 其特征在于该生产方法是由以下步骤构成:
(1) 在注水井周围的地面上间隔距离、任意方向至少设3个信号接收器,进行该注水井地层裂缝动态信号的采集及时差处理；
  (2) 利用压裂和注水设备向该注水井内压入液体,压入地下岩层的液体使该岩层开裂或闭合及液体流动产生低频声, 利用信号接收器和低频声信号接收处理设备,接收并处理该信号; 
(3) 根据该信号查测声源信号,并据该注水井为原点绘制出对应各声源信号点分布的直角座标图,可准确得出该注水井井下状况,分为；
注水井周围的地面上间隔距离、任意方向至少设3个信号接收器；
设距该注水井最近的信号接收器为S0, 坐标为X、Y, 顺时针第2个信号接收器为S1,坐标为X1、Y1, 顺时针第3个信号接收器为S2,坐标为X2、Y2;
岩层开裂或闭合及液体流动产生低频声声源信号点为PC, PC距信号接收器S0的距离为R,  距信号接收器S1的距离R＋δ1, 距信号接收器S2的距离R＋δ2;
其中, δ1是声源信号点的信号到S1与到S0的距离差, δ2是声源信号点的信号到S2与到S0的距离差, δ1=V·T1 , δ2=V·T2 ,  V是信号在储层中的传播速度, T1是声源信号点的信号到S1与到S0的时间差, T2是声源信号点的信号到S2与到S0的时间差；
PC是以S0、S1、S2点为圆心,以R、R＋δ1、R＋δ2为半径画圆的三圆圈的相交线点；
三个圆方程式为, X2＋Y2 = R2
              X1 2＋Y1 2  = ( R＋δ1)2 = ( R＋V·T1)2
              X2 2＋Y2 2  = ( R＋δ2)2 = ( R＋V·T2)2
将求解计算得到的一个时段的一个PC点,绘在以该注水井为原点的直角坐标图的对应位置点上, 与多个时段对应的多个PC点绘在以该注水井为原点的直角坐标图的对应位置点上, 得出该注水井井下状况。
2. 按权利要求1所述的声发射定位监测准确绘制油田井下状况的方法，其特征在于：所述的注水井井下状况包括注水井水力压裂产生的多条裂缝方向、裂缝夹角、裂缝长度及水驱方向。
3.按权利要求1所述的声发射定位监测准确绘制油田井下状况的方法，其特征在于：所述的布置的信号接收器距被测注水井的距离为S0＜S1＜S2＜Sn。
4.按权利要求1所述的声发射定位监测准确绘制油田井下状况的方法，其特征在于：所述的低频声信号接收处理设备采用的为一个微秒极时间段内距被测注水井近距离的三个信号接收器均接收到的一个最大峰值信号为有效信号。
5.按权利要求1所述的声发射定位监测准确绘制油田井下状况的方法，其特征在于：所述的信号接收器最佳布置数为3个。
6.按权利要求1或5所述的声发射定位监测准确绘制油田井下状况的方法，其特征在于：所述的信号接收器最佳呈三角形布置在被测注水井周边的任意地面位置上。
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