CN105569627A - 一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展过程的实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种通过电磁信号检测水力裂缝扩展过程的实验方法，该方法包括以下步骤：(a)制作圆柱形的人工试件或天然试件，将准备好的试件放置在NaCl溶液中进行饱和处理；(b)待试件饱和处理完后，在试件表面粘贴电磁信号探头；(c)将所述试件置于普通三轴实验架上施加围压，使用清水作为压裂液进行压裂；(d)压裂同时开启电磁信号检测设备。本发明提供的方法，在实验室条件下监测水力裂缝的扩展过程，裂缝尖端处的大量离子溶解于压裂液中形成电流，电流产生了磁场，电磁信号检测器监测记录电磁信号的强弱。本发明能够准确的监测水力裂缝的扩展过程，克服了传统的声发射无法监测拉伸破坏导致的水力裂缝及监测裂缝不准确的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展的实验方法，应用于监测水力压裂裂缝扩展过程中产生的电磁信号，尤其是实时监测裂缝尖端处的电磁信号强度，同时解释了信号产生的机制，以及裂缝扩展过程中电磁场的分布情况。
背景技术
水力压裂过程中，裂缝在储层中扩展延伸时，尤其是含离子溶液高储层，裂缝尖端储层中的离子不断的溶解到压裂液中形成电流，从而产生电磁信号，直至储层和压裂液之间达到电平衡状态，即裂缝形成之后，裂缝壁面储层与压裂液流体之间不再产生离子交换，无电流产生，因此不再产生电磁信号。由于目前现场压裂工况复杂，监测成本高，因此并没有成功应用的实施案例。因此有必要通过实验模拟监测裂缝扩展过程中电磁信号的过程，探究水力裂缝扩展过程中电磁信号产生机制。假设裂缝是均匀扩展，试件为各向同性介质，电磁信号的强度为缝内的流体压力剖面的函数。由于电磁信号与发射源的性质有关，同时其在不同介质中传播的速度不一样，其电磁信号的强度随着距离也发生变化。通过监测记录水力裂缝内电磁信号从而获得水力裂缝的特征信息，为将来通过电磁信号监测现场水力压裂裂缝扩展提供理论支持。
目前现场中主要通过微地震监测裂缝的扩展，通过P波和S波反演裂缝形态，通过倾斜仪监测地表的变形从而得到裂缝的几何形态(长度、高度、倾角)和走向，综合运用微地震、井下测量工具和表面倾斜仪是当今唯一监测现场水力压裂的手段，但是该方法无法监测拉伸破坏形成的水力裂缝，并且通过测量得到的裂缝形态与微地震测量的结果不相符。同时由于滤失区域也存在大量的声发射信号，所测裂缝规模往往要大于实际的裂缝形态规模。而室内实验不能准确的监测三轴压力下的声发射信号，尤其是无法监测拉伸破坏产生的裂缝。本发明提供了一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展过程的实验方法，监测水力裂缝扩展过程中产生的电磁信号，探究电磁信号产生的机制，以此指导现场通过电磁信号监测水力压裂裂缝扩展过程。
发明内容
本发明提供了一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展过程的实验方法，通过电磁信号探头监测裂缝尖端离子放电所产生的电磁信号，从而对水力裂缝的产生及扩展过程进行监测。
为此，本发明所采用的技术方案是：
本发明提供了一种通过电磁信号检测水力裂缝扩展过程的室内实验方法，该方法包括以下步骤：(a)制作圆柱形的人工试件或天然试件，在试件的轴线中间位置预制井筒，将准备好的试件放置在NaCl溶液中进行饱和处理；(b)待试件饱和处理完后，在试件表面粘贴电磁信号探头；(c)将所述试件置于普通三轴实验架上施加围压，使用清水作为压裂液，开启压裂液注入泵将压裂液以恒定的速率注入试件内部；(d)注入压裂液的同时开启电磁信号检测器，记录电磁信号强度，监测裂缝的扩展过程。
进一步地，在步骤(a)中，所述人工试件为水泥试件，制作水泥试件时，在水泥灰中添加NaCl或KCl；
进一步地，在步骤(a)中，所述试件，对于人工试件，在制作水泥试件时将井筒预制进水泥中；对于天然试件，首先在天然试件的中间位置钻孔，然后用植筋胶将井筒固定在钻孔中；
进一步地，在步骤(a)中，所述人工试件或天然试件为均质、各向同性试件；
进一步地，在步骤(a)中，所述圆柱体试件也可以为长方体试件；
进一步地，在步骤(a)中，所述NaCl溶液也可以为KCl溶液；
进一步地，在步骤(a)中，所述饱和试件测量其电导率，直至试件的导电率不变，试件才达到实验要求，不再对其进行饱和处理；
进一步地，在步骤(b)中，所述试件表面套有热缩管，电磁信号探头粘贴在热缩管的外表面上；
进一步地，在步骤(b)中，所述电磁信号探头的个数根据不同类型的试件而不同；
进一步地，在步骤(c)中，所述三轴实验架可以为真三轴实验架；
进一步地，在步骤(c)中，所述清水压裂液中添加红色染剂；
进一步地，在步骤(c)中，所述恒定的注入速率，注入速率值为2mL/min；
进一步地，在步骤(c)中，所述的恒定速率可以为不同数值；
进一步地，在步骤(c)中，所述的开启压裂液注入泵的同时监测记录注入压裂液的压力；
进一步地，在步骤(d)中，所述监测裂缝的扩展过程，结合注入压力曲线判断水力裂缝是否满足实验要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在实验室条件下，假设裂缝处于各向同性的介质中均匀扩展，且电磁信号强度为裂缝内部压裂液的流体压力剖面的函数，解释了水力裂缝扩展过程中电磁信号的产生机制，提出了监测水力裂缝扩展的方法。现场通过微地震监测水力裂缝的扩展，同时结合井下工具和表面倾斜仪测得结果进行综合分析，所测裂缝形态往往要超过实际的裂缝形态，大部分监测结果与实际结果不相符，而室内声发射也无法准确的监测三轴压力条件下的水力裂缝形态，尤其是无法准确监测拉伸破坏产生的水力裂缝。
本发明克服了以前压裂实验中无法通过声发射准确监测水力裂缝的缺点，提供了一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展过程的实验方法，探究水力裂缝扩展过程中的电磁信号产生的机制及电磁场的分布，以此指导现场通过电磁信号监测水力压裂过程。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1为本发明实施例水力裂缝尖端电磁场幅值分布图；
图2为本发明实施例圆柱形试件示意图；
图3为图2所述实施例布设电磁信号探头横截面示意图；
图4为图2所述实施例所测的电磁场幅值分布图。
附图标号说明：
1、井筒2、圆柱形试件3、电磁信号探头
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
实施例1：
图1为本发明实施例水力裂缝尖端电磁场幅值分布图；图2为本发明实施例圆柱形试件示意图；图3为图2所述实施例布设电磁信号探头横截面示意图；图4为图2所述实施例所测的电磁场幅值分布图。
如图1所示，虚线表示试件破裂产生水力裂缝的时刻，此时水力裂缝尖端处的电磁信号幅值最大，水力裂缝尖端前部和后部电磁信号幅值较小；如图2所示，该实施例实验试件为圆柱形试件；如图3所示，圆柱形试件的电磁信号探头分布示意图，8个电磁信号探头处于同一平面内，且等间距分布；如图4所示，图4为图2所实施例监测的电磁信号幅值分布图，3个探头的电磁信号幅值数据曲线，其中包含两个电磁信号幅值较大的EH、EG探头和一个电磁信号幅值最小的Ec探头。
本实施例中，试件为圆柱形水泥试件，电磁信号探头个数为8。
请配合参见图2，图3，图4说明本发明的工作流程。
首先，制作直径为200mm，高度为500mm的圆柱形试件2，预制圆柱形试件的同时将井筒1放置在试件的正中间。圆柱形试件2放置15天左右后，将试件放在NaCl溶液或KCl溶液中进行饱和处理。然后将热缩管套在圆柱形试件外面，圆柱形试件侧面中间位置粘贴8个电磁信号探头3，电磁信号探头缝等间距分布，且处于同一平面上，电磁信号探头粘贴完成后，将电磁信号探头通过信号传输线连接到电磁信号采集设备上。将准备好的圆柱形试件放置在三轴实验机中，将压裂液管线连接在井筒1上，给圆柱形试件2施加围压，待围压达到实验要求时，开启压裂液注入泵开关向井筒内泵注压裂液，同时开启电磁信号监测设备和压裂压力采集系统，记录电磁信号和压裂液注入压力随时间的变化曲线。通过观察压力曲线和电磁信号幅值曲线，判断实验是否停止，当压力曲线达到峰值后保持不变，同时电磁信号幅值较小且不再变化时，停止注入压裂液，实验结束。
实施例2：一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展过程的实验方法，同实施例1，不同之处在于，所述实验试件为天然岩石试件。
实施例3：一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展过程的实验方法，同实施例1，不同之处在于，所述电磁信号探头的个数为6。
实施例4：一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展过程的实验方法，同实施例1，不同之处在于，所述圆柱形试件为长方体试件。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展的实验方法，该方法包括以下步骤：
(a)制作圆柱形的人工试件或天然试件，将准备好的试件放置在NaCl溶液中进行饱和处理；(b)待试件饱和处理完后，在试件表面粘贴电磁信号探头；(c)将所述试件置于普通三轴实验架上施加围压，使用清水作为压裂液进行压裂，开启压裂液注入泵将压裂液以恒定的速率注入试件内部；(d)压裂同时开启电磁信号检测设备。
2.如权利要求1所述的一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展的室内实验方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述试件也可以置于KCl溶液中进行饱和处理。
3.如权利要求2所述的一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展的室内实验方法，其特征在于，所述试件通过监测其导电率，直至试件的导电率不再产生变化，说明试件已达到实验要求。
4.如权利要求1所述的一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展的实验方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述人工试件为水泥试件，在水泥灰中添加NaCl或KCl。
5.如权利要求1所述的一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展的实验方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述圆柱形试件也可以为长方体试件。
6.如权利要求1所述的一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展的实验方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述电磁信号探头的个数根据不同类型的试件而不同。
7.如权利要求1所述的一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展的实验方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述恒定的注入速率，注入速率值可以设为不同值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160511 |