CN106032748A - 基于钻孔瞬变电磁技术的水力压裂裂隙扩展规律的探测方法 - Google Patents

基于钻孔瞬变电磁技术的水力压裂裂隙扩展规律的探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于钻孔瞬变电磁技术的水力压裂裂隙扩展规律的探测方法，以水力压裂技术为基础，在压裂前根据测点间距，将得到的所有视电阻率进行均值或单个处理，得出背景场条件下的钻孔周边视电阻率值并插值成图；水力压裂后，将钻孔瞬变电磁装置再次放入钻孔，根据压裂前相同的测量方法，得出此状态下的视电阻率值并成图；对后者计算的值减去前者计算的值得到的新值进行视电阻率成图显示，此图一定程度上能反映出含水构造的相应位置、大小及主要延伸方向，并最终为瓦斯有效抽采提供数据及理论依据。本发明为瓦斯通道—裂隙的有效判断提供了一条新的途径。

Description

基于钻孔瞬变电磁技术的水力压裂裂隙扩展规律的探测方法
技术领域
本发明涉及地球物理勘探方法领域，特别是一种基于钻孔瞬变电磁技术的水力压裂裂隙扩展规律的探测方法。
背景技术
目前，为了提高井下本煤层瓦斯抽采效果，井下本煤层（水力压裂钻孔与被压裂煤层在同一煤层）水力压裂技术得到广泛应用。水力压裂技术核心是将大量含砂的高压水(或其他液体)注入煤层，迫使煤层破裂，产生裂隙后把砂子作为支撑剂停留在缝隙内，阻止它们的重新闭合，从而提高煤层的透气性，为抽采瓦斯提供条件。但水力压裂技术的应用也存在一定的问题：如受煤层地应力分布复杂影响，通过钻孔实施压裂时裂缝的起裂位置及延伸方向不明确；水力压裂后，相邻两钻孔周边裂隙是否连通判断不准确；准确评价水力压裂施工的效果较困难。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种在水力压裂技术基础上，用钻孔内瞬变电磁装置对压裂前后裂隙情况及压裂施工效果进行有效评价的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：通过以下步骤实现：
（1）在水力压裂装置对被测煤层注水前，此时的状态视为原始背景场。将钻孔瞬变电磁装置放入钻孔（干孔）中，测点间距视该钻孔深度而定，将得到的所有视电阻率进行均值或单个处理，得出背景场条件下的钻孔周边视电阻率值并插值成图；
（2）水力压裂装置注水后，将钻孔瞬变电磁装置再次放入钻孔，测量方法同上述干孔测量，得出此状态下的视电阻率值并成图；
（3）对（2）步骤计算的均值或单个值减去（1）步骤计算的相应值得到的新值进行视电阻率成图；
（4）由（3）步骤得到的均值剖面图或n个单个剖面图在一定程度上能反映出含水构造的相应位置、大小及主要延伸方向，并最终为瓦斯有效抽采提供数据及理论依据。
进一步，在被测煤层中布置三个钻孔，位于两侧的钻孔为水力压裂钻孔，位于两个水力压裂钻孔之间的钻孔用于放入钻孔瞬变电磁装置进行观测。探测方法按上述步骤实现。
由上述技术方案可知：
成煤过程中，在自然界各种应力作用下煤层内部富含原生裂隙和构造裂隙，在水力压裂前，将钻孔瞬变电磁接收装置放入钻孔，测量并计算出当前状态下被测煤层的视电阻率值，并将其作为背景值。水力压裂装置注水后，煤层裂隙增多、增大，且部分含水，将钻孔瞬变电磁装置再次放入钻孔，测量并计算出此状态下的视电阻率值。对后者计算的值减去前者计算的值得到的新值进行视电阻率成图显示，此图一定程度上能反映出含水构造的相应位置、大小及主要延伸方向，并最终为瓦斯有效抽采提供数据及理论依据。这是在单一钻孔内通过瞬变电磁装置反映此钻孔周围含水构造（或主要裂隙）的发育情况。若在相邻的两个水力压裂钻孔中间位置打观测钻孔，并放入瞬变电磁装置采集两个水力压裂钻孔注水前后数据，得到视电阻率图能对水力压裂后裂隙间是否连通进行有效评价。
瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间隙期间，利用线圈或接地电极采集二次电磁场数据的方法。钻孔瞬变电磁装置（CN102353996B）通过加大发射线圈的匝数、边长提高发射磁矩，由于发射线圈与接收线圈法线方向相互垂直，因此互感系数几乎为零。多分量接收线圈可以大大提高判别异常体方向的精度；其线圈形式多样，如采用PCB接收线圈，可增大有效接收面积，提高探测半径，从而能有效获得钻孔周围一定范围内的地质体信息，大大提高异常体判别的精度，并能准确判断出异常体相对于钻孔的方位。因此，以水力压裂技术为基础，用钻孔内瞬变电磁装置对压裂前裂隙发育情况，压裂后相邻钻孔周边裂隙连通情况及压裂施工效果进行评价是一个值得研究的问题。这也为煤矿安全生产，不可再生资源的利用提供了有力保障。
本发明的有益效果：第一，以水力压裂技术为基础，运用钻孔瞬变电磁装置进行瓦斯通道—裂隙的有效判断，本身就是一个新的理论研究方法；第二，将注水前后测量的视电阻率值进行差值并成图，能反映出钻孔周边含水构造的相应位置、大小及主要延伸方向；第三，将瞬变电磁测量钻孔位置布置于间隔一定距离水力压裂钻孔中进行测量时，可进行水力压裂后，裂隙间是否连通进行有效评价；第四，基于钻孔瞬变电磁技术的观测孔可节省常规观测孔数量，提高效率，节省成本。
附图说明
图1是本发明原理框图；
图2是本发明实施例一单孔探测及裂隙发育结构示意图。
图3是本发明实施例二三孔探测及裂隙发育结构示意图。
图中，1.煤层，2.裂隙，3.钻孔，4.钻孔瞬变电磁装置，5.导通裂隙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例一：
如图1、2所示，本发明以水力压裂技术为基础，在水力压裂前，此时的状态视为原始背景场，将钻孔瞬变电磁装置4放入钻孔3中，测点间距视该钻孔深度而定，将得到的所有视电阻率进行均值或单个处理，如8米深钻孔，以测点间距为1米进行8次测量，得出背景场条件下的钻孔周边视电阻率值Ai并差值成图。
水力压裂装置注水后，煤层裂隙增多、增大，且部分含水，将钻孔瞬变电磁装置4再次放入钻孔3，测量方法同上述干孔测量，得出此状态下的视电阻率值Bi并成图。对后者计算的均值或单个值减去前者计算的相应值(即Bi-Ai)得到的新值进行视电阻率成图显示，此均值剖面图或n个单个剖面图在一定程度上能反映出含水构造的相应位置、大小及主要延伸方向，并最终为瓦斯有效抽采提供数据及理论依据。
实施二：
如图3所示，与实施例一不同之处在于，实施例一是在同一个钻孔3内进行测量，通过钻孔瞬变电磁装置4反映含水构造（或主要裂隙）的相应发育情况。若在间隔一定范围内在被测煤层布置三个钻孔3，位于两侧的钻孔为水力压裂钻孔，位于两个水力压裂钻孔之间的钻孔用于放入钻孔瞬变电磁装置，探测方法可通过实施例一步骤实现。
（1）在水力压裂装置对被测煤层注水前，此时的状态视为原始背景场。将钻孔瞬变电磁装置放入钻孔（干孔）中，测点间距视该钻孔深度而定，将得到的所有视电阻率进行均值或单个处理，得出背景场条件下的钻孔周边视电阻率值并插值成图；
（2）水力压裂装置注水后，将钻孔瞬变电磁装置再次放入钻孔，测量方法同上述干孔测量，得出此状态下的视电阻率值并成图；
（3）对（2）步骤计算的均值或单个值减去（1）步骤计算的相应值得到的新值进行视电阻率成图；
（4）由（3）步骤得到的均值剖面图或n个单个剖面图在一定程度上能反映出含水构造的相应位置、大小及主要延伸方向，并最终为瓦斯有效抽采提供数据及理论依据。
本例中的视电阻率图能对水力压裂后裂隙间是否连通，即导通裂隙5进行有效评价。
上述仅为本发明的实施例而已，对本领域的技术人员来说，本发明有多种更改和变化。凡在本发明的发明思想和原则之内，作出任何修改，等同替换，改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于钻孔瞬变电磁技术的水力压裂裂隙扩展规律的探测方法，其特征在于：通过以下步骤实现：
（1）在水力压裂装置对被测煤层注水前，此时的状态视为原始背景场；将钻孔瞬变电磁装置放入钻孔，即干孔中，测点间距视该钻孔深度而定，将得到的所有视电阻率进行均值或单个处理，得出背景场条件下的钻孔周边视电阻率值并插值成图；
（2）水力压裂装置注水后，将钻孔瞬变电磁装置再次放入钻孔，测量方法同步骤（1）干孔测量相同，得出此状态下的视电阻率值并成图；
（3）对步骤（2）计算的均值或单个值减去步骤（1）计算的相应值得到的新值进行视电阻率成图；
（4）由步骤（3）得到的均值剖面图或n个单个剖面图反映出含水构造的相应位置、大小及主要延伸方向，并最终为瓦斯有效抽采提供数据及理论依据。
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