CN109239801A - 微压裂模拟系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微压裂模拟系统和方法，该微压裂模拟系统包括：三轴围压装置，包括分别垂直于x轴、y轴、z轴设置的第一对围压板、第二对围压板和第三对围压板，每对围压板能够被驱动从而沿着其所垂直的轴移动；模拟液体压裂装置，用于向待压裂模型内部注入液体；微压裂信号传感器，设于围压板表面，用于检测来自于待压裂模型的微压裂地震信号。本发明能够实现三轴围压条件下的液体压裂和微压裂监测，从而连续动态监测微压裂条件下弹性波参数特征的变化，达到模拟实际微地震勘探开发的效果。

Description

微压裂模拟系统及方法

技术领域

本发明涉及石油勘探和石油工程设备领域，更具体地，涉及一种微压裂模拟系统及方法。

背景技术

油气开采初期，由于油藏中微裂缝处于张开状态，使得油藏的渗透率高于常规油藏.从而其日产油量比常规油藏高。随着开采过程的进行，在无注水补充能量的情况下油藏压力下降，油藏微裂缝闭合，渗透率下降，从而使其日产油量低于常规油藏。我国多数大型油气田已进入开采后期，低渗油气田的油气资源有望成为未来能源和经济发展的动力，而这些致密储层中的油气需要通过压裂才能够实现经济开采。合理、高效、经济地开发这类油藏是当前进行低渗透油田开发过程中面临的一个重要课题和难题。

我国在五十年代起已开始进行压裂技术的研究，迄今为止已取得了很大的技术成就与较高的经济效益。我国石油行业从1973年开始采用压裂作为油田增产增注的一项重要技术措施，至今已有30年的历史。随着油田的开发进程，针对不同时期不同对象及其对于改造技术的不同要求，压裂工艺技术不断发展、完善和提高。微压裂模拟技术用于实验模拟实际生产压裂的效果，用于对微压裂理论进行验证和研究，研究结果对于油气田开发和非常规气(页岩气、煤层气)开发具有指导作用。而目前并没有一套完备的微压裂模拟系统。

发明内容

本发明的目的是提出一种微压裂模拟系统和方法，其能够模拟和动态检测储层在微压裂条件下的地震信号，从而达到模拟实际生产压裂的效果。

本发明提出了一种微压裂模拟系统，包括：

三轴围压装置，所述三轴围压装置包括分别垂直于x轴、y轴、z轴设置的第一对围压板、第二对围压板和第三对围压板，每对围压板能够被驱动从而沿着其所垂直的轴移动；

模拟液体压裂装置，所述模拟液体压裂装置用于向待压裂模型内部注入液体；

微压裂信号传感器，所述微压裂信号传感器设于所述围压板表面，用于检测来自于所述待压裂模型的微压裂地震信号。

优选地，所述微压裂信号传感器包括声发射传感器、振动传感器的至少其中之一。

优选地，所述振动传感器是加速度振动传感器。

优选地，所述微压裂地震信号包括声发射信号和振动信号。

优选地，所述微压裂模拟系统，还包括：

放大器，所述放大器用于对所述微压裂信号传感器检测到的微压裂地震信号进行放大；

模数转换器，所述模数转换器用于对放大的微压裂地震信号进行模数转换。

优选地，所述微压裂模拟系统，还包括：

处理器，所述处理器用于接收所述微压裂信号传感器检测到的微压裂地震信号，并根据所述微压裂地震信号对所述待压裂模型内部产生的微裂缝进行定位，根据不同时间产生的微裂缝确定微裂缝的延展方向。

优选地，所述处理器还用于接收所述模拟液体压裂装置的泵注压力数据，并将所述泵注压力数据与所述微压裂地震信号进行比较。

优选地，所述待压裂模型的侧面设有孔，孔内设有套筒，所述模拟液体压裂装置通过所述套筒向待压裂模型内部注入液体。

本发明的另一方面提供一种微压裂模拟方法，利用所述的微压裂模拟系统，所述方法包括：

将待压裂模型设置于所述第一对围压板、第二对围压板和第三对围压板之间；

通过所述三轴围压装置沿x轴、y轴、z轴向所述待压裂模型加压，直到加压压力达到第一预定值；

将所述加压压力保持在所述第一预定值，同时向所述待压裂模型内部注入液体，在此过程中采集微压裂地震信号。

优选地，所述微压裂模拟方法，还包括：

根据所述微压裂地震信号对所述待压裂模型内部产生的微裂缝进行定位，根据不同时间产生的微裂缝确定微裂缝的延展方向。

本发明的有益效果在于：能够模拟三轴围压条件下的液体压裂，从而连续动态监测微压裂条件下微裂缝的产生位置、延展情况等，达到模拟实际微地震勘探开发的效果。

本发明的方法和系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明实施例的微压裂模拟系统的示意图；

图2示出了根据本发明实施例的微压裂模拟系统的三轴围压装置的施压示意图；

图3示出了根据本发明实施例的微压裂模拟系统的三轴围压装置的结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例的微压裂模拟方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明实施例的微压裂模拟系统包括：

三轴围压装置，三轴围压装置包括分别垂直于x轴、y轴、z轴设置的第一对围压板、第二对围压板和第三对围压板，每对围压板能够被驱动从而沿着其所垂直的轴移动；

模拟液体压裂装置，用于向待压裂模型内部注入液体；

微压裂信号传感器，微压裂信号传感器设于围压板表面，用于检测来自于待压裂模型的微压裂地震信号。

待压裂模型为长方体，每一对围压板包括平行设置的第一围压板和第二围压板，第一围压板和第二围压板能够被驱动从而相对运动，进而对待压裂模型的两个相对表面加压。模拟液体压裂装置用于向待压裂模型内部注入液体，从而引起模型内部产生微裂缝，通过微压裂信号传感器检测裂缝产生过程中的微压裂地震信号，从而可以进行后续分析。本发明实施例采用的液体压裂装置为目前现有的高精度恒速恒压泵，该泵采用伺服电机配合可编程控制器和智能显示屏对泵的进、退、调速、调压等进行精确控制，利用动画演示指示泵的运行状态和故障，曲线显示液体流速、流量以及压力实时变化，具有操作简单、方便的人机接口界面，双缸恒压恒速泵既可以单缸独立工作，也可以双缸联动不断流工作。

本发明实施例的微压裂模拟系统能够能够模拟三轴围压条件下的液体压裂，从而连续动态监测微压裂条件下微裂缝的产生位置、延展情况等，达到模拟实际微地震勘探开发的效果。

在一个示例中，微压裂信号传感器包括声发射传感器、振动传感器的至少其中之一。声发射传感器能够检测声发射信号，并将其转换成电信号，声发射信号的主频在160kHz左右；振动传感器例如是加速度振动传感器，其能够检测振动信号，振动信号的主频在20kHz左右。通过设置声发射传感器和振动传感器，可以检测模型发生微压裂时不同频段的信号，即同时覆盖低频段和高频段的信号，避免遗漏模型内部所产生的微压裂。在一个示例中，微压裂信号传感器设置于围压板朝向待压裂模型的一侧。优选地，在围压板朝向待压裂模型的一侧设有凹槽，微压裂信号传感器通过弹簧连接于凹槽底部，当围压板压紧在待压裂模型表面时，微压裂信号传感器被弹簧稳定地压紧在待压裂模型表面，从而可以提高检测精度。

在一个示例中，微压裂模拟系统还包括：

放大器，放大器用于对微压裂信号传感器检测到的微压裂地震信号进行放大；

模数转换器，模数转换器用于对放大的微压裂地震信号进行模数转换。

微压裂地震信号经过放大和模数转换之后变为数字信号，可以用于后续分析处理。

在一个示例中，微压裂模拟系统还包括：

处理器，处理器用于接收和处理微压裂信号传感器检测到的微压裂地震信号。例如，处理器可根据微压裂地震信号确定裂缝的方位、长度、高度、形状及其他参数。模型被压裂时，可能产生成百上千个声发射信号和振动信号，事前安装的微压裂信号传感器的位置是已知的，因此就可以根据这些信号对模型内部产生的裂缝进行定位，然后根据不同时间的裂缝数据确定裂缝的延展方向。

在一个示例中，处理器还用于接收模拟液体压裂装置的泵注压力数据，，并将泵注压力数据与微压裂地震信号进行比较。在向待压裂模型内部注入液体的过程中，最初模型内部产生的声波平静，直到模拟液体压裂装置的泵注压力接近模型的破裂压力时，可以检测到较强的声波信号，而在产生微裂缝时，泵注压力会下降。通过分析泵注压力与声波信号、振动信号之间的关系，可以剔除噪音，从而有利于有效微压裂地震信号的检出。此外，泵注压力数据还可用于控制液体加压进程是否继续进行。

在一个示例中，待压裂模型的侧面设有孔，孔内设有套筒，模拟液体压裂装置通过套筒向待压裂模型内部注入液体。

在一个示例中，通过液压机驱动所述围压板，每一块围压板通过一台液压机单独进行驱动，且每台液压机的加压压力可调。

图4示出了根据本发明实施例的微压裂模拟方法的流程图，该微压裂模拟方法利用上述微压裂模拟系统，该方法包括以下步骤：

步骤1：将待压裂模型设置于第一对围压板、第二对围压板和第三对围压板之间；

步骤2：通过三轴围压装置沿x轴、y轴、z轴向待压裂模型加压，直到加压压力达到第一预定值；

步骤3：将加压压力保持在第一预定值，同时向待压裂模型内部注入液体，在此过程中采集微压裂地震信号。

在一个示例中，微压裂模拟方法还包括以下步骤：

根据微压裂地震信号对待压裂模型内部产生的微裂缝进行定位，根据不同时间产生的微裂缝确定微裂缝的延展方向。

在一个示例中，微压裂模拟方法还包括以下步骤：

在待压裂模型的侧面设孔，在孔内设置套筒。

这样，模拟液体压裂装置可通过套筒向待压裂模型内部注入液体。

在一个示例中，微压裂模拟方法还包括以下步骤：

对微压裂信号传感器进行坐标校正和断铅检测。坐标校正是指在微压裂模拟系统中首次放入待压裂模型后，标注每个微压裂信号传感器在待压裂模型上的坐标位置，以方便后期进行裂缝定位。断铅实验是指用铅笔(例如0.5mm的自动铅笔)，在待压裂模型的一个已知坐标点进行摁断，这样的声波信号可以有效地模拟岩石的破裂信号，借助这个对应于已知坐标点的声波信号波形可以检测各微压裂信号传感器的接收灵敏度以及定位是否准确。

在一个示例中，在执行步骤1之前，首先测量待压裂模型的弹性波参数。弹性波参数是在弹性介质中传播的地震波所对应的参数，弹性波参数是地震勘探的物理基础。在进行地震勘探的时候，以下几个弹性波参数具有重要的意义：拉梅常数μ、λ、杨氏模量E、体变模量k、泊松比σ等。通过测量待压裂模型的弹性波参数，有助于事先了解待压裂模型的物理性质，并结合物理性质分析所确定的微裂缝的定位和延展方向是否合理。

应用示例

图1示出了根据本发明实施例的微压裂模拟系统的示意图，图2示出了根据本发明实施例的微压裂模拟系统的三轴围压装置的施压示意图，图3示出了根据本发明实施例的微压裂模拟系统的三轴围压装置的结构示意图。

如图1-3所示，根据本发明实施例的微压裂模拟系统包括：

三轴围压装置，三轴围压装置包括分别垂直于x轴、y轴、z轴设置的第一对围压板1、第二对围压板2和第三对围压板3，每对围压板能够被驱动从而沿着其所垂直的轴移动；

模拟液体压裂装置，用于向待压裂模型4内部注入液体；

微压裂信号传感器，微压裂信号传感器设于围压板表面，包括声发射传感器5和加速度振动传感器6，用于检测来自于待压裂模型的多路微压裂地震信号；

多路放大器，用于对微压裂信号传感器检测到的多路微压裂地震信号进行放大；

多路模数转换器，用于对放大的多路微压裂地震信号进行模数转换；

处理器，处理器用于接收和处理经过模数转换后的多路微压裂地震信号；

液压机，用于驱动第一对围压板1、第二对围压板2和第三对围压板3。

其中，在每个围压板的背对待压裂模型的一侧分别设置垫块7，液压机驱动垫块，进而驱动围压板。

其中，通过处理器控制液压机的加压压力。

利用上述微压裂模拟系统的微压裂模拟方法包括以下步骤：

在待压裂模型的侧面设孔，在孔内设置套筒；

将待压裂模型设置于第一对围压板、第二对围压板和第三对围压板之间；

通过三轴围压装置沿x轴、y轴、z轴向待压裂模型加压，直到加压压力达到第一预定值；

将加压压力保持在第一预定值，同时向待压裂模型内部注入液体，在此过程中采集微压裂地震信号。

采集的微压裂地震信号经过放大以及模数转换之后，由处理器进行分析处理。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种微压裂模拟系统，包括：

三轴围压装置，所述三轴围压装置包括分别垂直于x轴、y轴、z轴设置的第一对围压板、第二对围压板和第三对围压板，每对围压板能够被驱动从而沿着其所垂直的轴移动；

模拟液体压裂装置，所述模拟液体压裂装置用于向待压裂模型内部注入液体；

微压裂信号传感器，所述微压裂信号传感器设于所述围压板表面，用于检测来自于所述待压裂模型的微压裂地震信号。

2.根据权利要求1所述的微压裂模拟系统，其中，所述微压裂信号传感器包括声发射传感器、振动传感器的至少其中之一。

3.根据权利要求2所述的微压裂模拟系统，其中，所述振动传感器是加速度振动传感器。

4.根据权利要求1所述的微压裂模拟系统，其中，所述微压裂地震信号包括声发射信号和振动信号。

5.根据权利要求1所述的微压裂模拟系统，还包括：

放大器，所述放大器用于对所述微压裂信号传感器检测到的微压裂地震信号进行放大；

模数转换器，所述模数转换器用于对放大的微压裂地震信号进行模数转换。

6.根据权利要求1所述的微压裂模拟系统，还包括：

处理器，所述处理器用于接收所述微压裂信号传感器检测到的微压裂地震信号，并根据所述微压裂地震信号对所述待压裂模型内部产生的微裂缝进行定位，根据不同时间产生的微裂缝确定微裂缝的延展方向。

7.根据权利要求6所述的微压裂模拟系统，其中，所述处理器还用于接收所述模拟液体压裂装置的泵注压力数据，并将所述泵注压力数据与所述微压裂地震信号进行比较。

8.根据权利要求1所述的微压裂模拟系统，其中，所述待压裂模型的侧面设有孔，孔内设有套筒，所述模拟液体压裂装置通过所述套筒向待压裂模型内部注入液体。

9.一种微压裂模拟方法，利用根据权利要求1-8中任一项所述的微压裂模拟系统，所述方法包括：

将待压裂模型设置于所述第一对围压板、第二对围压板和第三对围压板之间；

通过所述三轴围压装置沿x轴、y轴、z轴向所述待压裂模型加压，直到加压压力达到第一预定值；

将所述加压压力保持在所述第一预定值，同时向所述待压裂模型内部注入液体，在此过程中采集微压裂地震信号。

10.根据权利要求9所述的微压裂模拟方法，还包括：

根据所述微压裂地震信号对所述待压裂模型内部产生的微裂缝进行定位，根据不同时间产生的微裂缝确定微裂缝的延展方向。