CN114459912B - 一种油气压裂裂缝体积确定方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种油气压裂裂缝体积确定方法及系统，油气压裂裂缝体积确定方法包括：在压裂液波及体上方地面布设井字形监测结构；向井筒输出测试电信号，并分别根据第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线采集的多个电位差数据，生成第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线；根据第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线确定压裂液波及体的长、宽、高。本发明通过向压裂液波及体施加测试电压，并通过监测施加监测电压之后的压裂液波及体在地表形成的电场数据，从而完成对裂缝大小的确定。
Description
技术领域
本发明属于岩层压裂监测领域，具体涉及一种油气压裂裂缝体积确定方法及系统。
背景技术
在石油领域，压裂是指采油或采气过程中，利用水力作用，使油气层形成裂缝的一种方法，又称水力压裂。水力压裂的原理就是利用地面高压泵，通过井筒向油层挤注具有较高粘度的压裂液。当注入压裂液的速度超过油层的吸收能力时，则在井底油层上形成很高的压力，当这种压力超过井底附近油层岩石的破裂应力时，油层将被压开并产生裂缝。这时，继续不停地向油层挤注压裂液，裂缝就会继续向油层内部扩张。为了保持压开的裂缝处于张开状态，接着向油层挤入带有支撑剂(通常石英砂)的携砂液，携砂液进入裂缝之后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的裂缝，使其不至于闭合。再接着注入顶替液，将井筒的携砂液全部顶替进入裂缝，用石英砂将裂缝支撑起来。最后，注入的高粘度压裂液会自动降解排出井筒之外，在油层中留下一条或多条长、宽、高不等的裂缝，使油层与井筒之间建立起一条新的流体通道。压裂之后，油气井的产量一般会大幅度增长。
油气井实施压裂改造措施后，需要有效的监测方法来确定压裂作业效果，获取压裂诱导裂缝导流能力、几何形态、复杂性及其方位等诸多信息，以改善页岩气藏压裂增产作业效果以及气井产能，并提高页岩气采收率。但是，传统的震动监测方法很难得到准确的监测数据，从而无法准确的裂缝大小。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种油气压裂裂缝体积确定方法，所述油气压裂裂缝体积确定方法解决了传统方法无法有效、准确的确定裂缝体积的问题。本发明还提出了一种油气压裂裂缝体积确定系统。
根据本发明第一方面实施例的油气压裂裂缝体积确定方法，包括以下步骤：
在压裂液波及体上方地面布设井字形监测结构，所述井字形监测结构至少包括互相平行设置的第一平行测线、第二平行测线，以及皆与所述第一平行测线垂直的第一垂直测线、第二垂直测线，所述第一平行测线和所述第二平行测线皆延井筒的水平井段平行布置；其中，所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线皆包括多个等间距布置的监测点，每个所述监测点皆用于采集所述井筒与所述监测点之间的电位差数据；所述压裂液波及体由向所述井筒中输入的压裂液压裂形成；
向所述井筒输出测试电信号，并分别根据所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线采集的多个电位差数据，生成第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线；
根据所述第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线确定所述压裂液波及体的长、宽、高。
根据本发明实施例的油气压裂裂缝体积确定方法，至少具有如下技术效果：通过布置井字形监测结构，可以对压裂液波及体形成的电场数据完成监测，从而可以利用形成的第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线来确定压裂液波及体的长、宽、高，从而确定裂缝的实际大小。本发明实施例的油气压裂裂缝体积确定方法通过向压裂液波及体施加测试电压，并通过监测施加监测电压之后的压裂液波及体在地表形成的电场数据，从而完成对裂缝大小的确定，相加于传统的裂缝确定方式而言，监测成本低，整体工程难度小，且可以完成实时监测，适合进行产业化推广。
根据本发明的一些实施例，所述分别根据所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线采集的多个电位差数据，生成第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线，包括以下步骤：
对所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线采集的多个电位差数据皆进行预处理，以得到第一异常平行电位原始数据、第二异常平行电位原始数据、第一异常垂直电位原始数据、第二异常垂直电位原始数据，所述预处理至少包括消除背景场、去除异常电压点；
对进行所述第一异常平行电位原始数据、第二异常平行电位原始数据、第一异常垂直电位原始数据、第二异常垂直电位原始数据进行拟合，以得到所述第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线确定所述压裂液波及体的长、宽、高，包括以下步骤：
确定所述第一异常平行电位分布曲线的第一半幅宽度和第一尖峰高度，确定所述第二异常平行电位分布曲线的第二半幅宽度和第二尖峰高度，确定所述第一异常垂直电位分布曲线的第三半幅宽度和第三尖峰高度，确定所述第二异常垂直电位分布曲线的第四半幅宽度和第四尖峰高度；
根据所述第一半幅宽度和所述第二半幅宽度确定综合平行半幅宽度，根据所述第三半幅宽度和所述第四半幅宽度确定综合垂直半幅宽度，根据所述第一尖峰高度、第二尖峰高度、第三尖峰高度、第四尖峰高度确定综合尖峰高度；
根据所述综合平行半幅宽度、所述综合垂直半幅宽度、所述综合尖峰高度确定所述压裂液波及体的长、宽、高。
根据本发明的一些实施例，所述综合平行半幅宽度为所述第一半幅宽度和所述第二半幅宽度的均值。
根据本发明的一些实施例，所述综合垂直半幅宽度为所述第三半幅宽度和所述第四半幅宽度的均值。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述第一尖峰高度、第二尖峰高度、第三尖峰高度、第四尖峰高度确定综合尖峰高度，包括以下步骤：
计算所述第一尖峰高度、第二尖峰高度的均值，并记作平行尖峰高度；
计算所述第三尖峰高度、第四尖峰高度的均值，并记作垂直尖峰高度；
计算所述平行尖峰高度和所述垂直尖峰高度的均值，并记作所述综合尖峰高度。
根据本发明的一些实施例，所述根据所述综合平行半幅宽度、所述综合垂直半幅宽度、所述综合尖峰高度确定所述压裂液波及体的长、宽、高，由以下关系数学模型进行约束：
a＝k1*d5+(k4*d6+k5*(h5+h6)+k6*h)+p1；
b＝k2*d6+(k7*d5+k5*(h5+h6)+k6*h)+p2；
c＝k3*h7+(k8*(d5+d6)+k6*h)+p3；
上式中，d5为综合平行半幅宽度、d6为所述综合垂直半幅宽度、h5为平行尖峰高度、h6为垂直尖峰高度、h7为综合尖峰高度，h为所述井筒与地面之间的距离，a、b、c分别为所述压裂液波及体的长、宽、高，k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8、p1、p2、p3均为预设的常数。
根据本发明的一些实施例，所述消除背景场，包括以下步骤：
将所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线采集的每个电位差数据，一一对应减去原始背景场数据，所述原始背景场数据由所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线在所述井筒未压裂出所述压裂液波及体时测得。
根据本发明第二方面实施例的油气压裂裂缝体积确定系统，包括：
井字形监测结构，布置在压裂液波及体上方地面，所述井字形监测结构至少包括互相平行设置的第一平行测线、第二平行测线，以及皆与所述第一平行测线垂直的第一垂直测线、第二垂直测线，所述第一平行测线和所述第二平行测线皆延井筒的水平井段平行布置；其中，所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线皆包括多个等间距布置的监测点，每个所述监测点皆用于采集所述井筒与所述监测点之间的电位差数据；所述压裂液波及体由向所述井筒中输入的压裂液压裂形成；
信号发射系统，用于向所述井筒输出测试电信号；
信号接收系统，用于接收所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线采集的多个电位差数据；
终端服务设备，用于分别根据所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线采集的多个电位差数据，生成第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线，以及根据所述第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线确定所述压裂液波及体的长、宽、高。
根据本发明实施例的油气压裂裂缝体积确定系统，至少具有如下技术效果：通过布置井字形监测结构，可以对压裂液波及体形成的电场数据完成监测，从而可以利用形成的第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线来确定压裂液波及体的长、宽、高，从而确定裂缝的实际大小。本发明实施例的油气压裂裂缝体积确定系统通过向压裂液波及体施加测试电压，并通过监测施加监测电压之后的压裂液波及体在地表形成的电场数据，从而完成对裂缝大小的确定，相加于传统的裂缝确定方式而言，监测成本低，整体工程难度小，且可以完成实时监测，适合进行产业化推广。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是电法监测压裂液波及体大小的基本原理示意图；
图2是本发明实施例的压裂液波及体在地面形成的第一异常平行电位分布曲线的示意图；
图3是本发明实施例的油气压裂裂缝体积确定方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
为了更好的解释本发明实施例的油气压裂裂缝体积确定方法，这里对为什么可以通过监测地表电压确定裂缝的大小的基本原理进行一个简单叙述。这里需要说明的是，在压裂液压裂形成压裂液波及体后，裂缝的形态可以近似为一个椭球(如图1所示)，从而可以通过确定椭球的长、宽、高来确定裂缝的大小，即通过确定压裂液波及体的大小来确定裂缝的大小。
导电椭球体空间外任意点M处的电位表达式为：
式中t0为M点处的椭球坐标，I为发射电流，ρ为地下介质的电阻率，a、b、c分布为椭球体的长、宽、高。UM点的直角坐标为(x,y,z)，则t0为下述方程的最大实根：
因此，可以看出每一个监测点的电压大小在发射电流I和地下介质的电阻率ρ确定后，都可以建立与椭球的长、宽、高的一组对应关系，因此通过对多个监测点的监测便可以完成对椭球的长、宽、高的确定。基于上述基本原则，提出了本发明的油气压裂裂缝体积确定方法。
根据图1至图3描述本发明第一方面实施例的油气压裂裂缝体积确定方法。油气压裂裂缝体积确定方法包括以下步骤：
在压裂液波及体上方地面布设井字形监测结构，井字形监测结构至少包括互相平行设置的第一平行测线、第二平行测线，以及皆与第一平行测线垂直的第一垂直测线、第二垂直测线，第一平行测线和第二平行测线皆延井筒的水平井段平行布置；其中，第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线皆包括多个等间距布置的监测点，每个监测点皆用于采集井筒与监测点之间的电位差数据；压裂液波及体由向井筒中输入的压裂液压裂形成；
向井筒输出测试电信号，并分别根据第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线采集的多个电位差数据，生成第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线；
根据第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线确定压裂液波及体的长、宽、高。
第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线构成了“井字形”布局，且第一平行测线和第二平行测线之间的间距、以及第一垂直测线和第二垂直测线之间的间距都需要保持足够的距离，且第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线皆需要保持足够的长度，以保证能够更好的监测整个压裂液波及体的电场变化。如图2所示，设置于地面下方并与地面平行的线段为井筒的水平井段，水平井段通过一段管道可以连接到地面，从而可以让地面完成压裂液灌注，图2中所示椭圆为压裂液波及体示意图(即裂缝)，虚线为电势等位线分布示意，地面上方曲线为布置在地面上的第一平行测线测得并经处理得到的第一异常平行电位分布曲线。垂直测线产生的电场情况可以参考图2得到。
第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线中每个监测点都可以采集到井筒与地表之间的电位差数据，在没有形成压裂液波及体时，此时监测到电位差信号并不会有太多的变化，因此可以作为背景电场数据使用，在进行压裂后，因为井筒周围形成的压裂波波及体的存在，从而会导致部分监测点监测到的电位差数据发生变化，此时，可以利用第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线监测到的电位差数据来分别绘制第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线，且压裂液波及体本身为椭球结构，根据导电椭球体的电场分布理论，在地表对应生成的每条分布曲线都会呈现两端平缓中间突起的形态(如图2所示)，并且分布曲线的尖峰高度一定程度上可以反应椭球的高，平行电位分布曲线中的突起部分的宽度可以反应椭球的长，垂直电位分布曲线中的突起部分的宽度可以反应椭球的宽。从而可以基于上述原则通过第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线完成对压裂液波及体的长、宽、高的确定，从而确定了裂缝的大小。基于这一原则，只要沿井筒方向形成的每一个椭球体完成长、宽、高的确定，即可知晓整个井筒形成的整体裂缝的形态。
根据本发明实施例的油气压裂裂缝体积确定方法，通过布置井字形监测结构，可以对压裂液波及体形成的电场数据完成监测，从而可以利用形成的第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线来确定压裂液波及体的长、宽、高，从而确定裂缝的实际大小。本发明实施例的油气压裂裂缝体积确定方法通过向压裂液波及体施加测试电压，并通过监测施加监测电压之后的压裂液波及体在地表形成的电场数据，从而完成对裂缝大小的确定，相加于传统的裂缝确定方式而言，监测成本低，整体工程难度小，且可以完成实时监测，适合进行产业化推广。
在本发明的一些实施例中，分别根据第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线采集的多个电位差数据，生成第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线，包括以下步骤：
对第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线采集的多个电位差数据皆进行预处理，以得到第一异常平行电位原始数据、第二异常平行电位原始数据、第一异常垂直电位原始数据、第二异常垂直电位原始数据，预处理至少包括消除背景场、去除异常电压点；
对进行第一异常平行电位原始数据、第二异常平行电位原始数据、第一异常垂直电位原始数据、第二异常垂直电位原始数据进行拟合，以得到第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线。
第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线直接采集的为点状数据，且每个监测点采集的电位差数据中都会包含背景场中的数据，背景场是在井筒中灌注压裂液但是还未形成压裂液波及体时第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线采集的电位差数据，并且根据每一条测线形成一组点状数据。在形成压裂液波及体后，即可消除背景场数据得到压裂液波及体产生的电场数据，之后再去除这些数据中异常点，并进行拟合，便可以得到第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线。
在本发明的一些实施例中，根据第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线确定压裂液波及体的长、宽、高，包括以下步骤：
确定第一异常平行电位分布曲线的第一半幅宽度和第一尖峰高度，确定第二异常平行电位分布曲线的第二半幅宽度和第二尖峰高度，确定第一异常垂直电位分布曲线的第三半幅宽度和第三尖峰高度，确定第二异常垂直电位分布曲线的第四半幅宽度和第四尖峰高度；
根据第一半幅宽度和第二半幅宽度确定综合平行半幅宽度，根据第三半幅宽度和第四半幅宽度确定综合垂直半幅宽度，根据第一尖峰高度、第二尖峰高度、第三尖峰高度、第四尖峰高度确定综合尖峰高度；
根据综合平行半幅宽度、综合垂直半幅宽度、综合尖峰高度确定压裂液波及体的长、宽、高。
如图2所示，可以看出形成的异常曲线都是两端平缓中间凸起的形态，且在凸起部位中间位置时变化较大，即半幅点位置，因此，可以通过确定两个半幅点的位置，并确定半幅点宽度，利用半幅点宽度来确定裂缝的变化，这样相较于取端点而言可以保证计算的准确性。而尖峰高度则可以直接曲线的峰值即可。因此，可以根据第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线得到第一半幅宽度、第一尖峰高度、第二半幅宽度、第二尖峰高度、第三半幅宽度、第三尖峰高度、第四半幅宽度、第四尖峰高度。之后，再利用第一半幅宽度、第一尖峰高度、第二半幅宽度、第二尖峰高度、第三半幅宽度、第三尖峰高度、第四半幅宽度、第四尖峰高度得到综合平行半幅宽度、综合垂直半幅宽度、综合尖峰高度即可。这样可以保证最后得到压裂液波及体的长、宽、高可以偏差更小。
在本发明的一些实施例中，综合平行半幅宽度为第一半幅宽度和第二半幅宽度的均值。综合垂直半幅宽度为第三半幅宽度和第四半幅宽度的均值。均值相较于直接利用单个半幅宽度而言，可以更准确的对应压裂液波波及体的长和宽。需要说明的是，在理论上而言，可以布置更多平行于第一水平测线的测线、以及平行于第一垂直测线的测线，从而可以求取更具有代表性的综合平行半幅宽度和综合垂直半幅宽度，但是会增加更大的计算量。
在本发明的一些实施例中，根据第一尖峰高度、第二尖峰高度、第三尖峰高度、第四尖峰高度确定综合尖峰高度，包括以下步骤：
计算第一尖峰高度、第二尖峰高度的均值，并记作平行尖峰高度；
计算第三尖峰高度、第四尖峰高度的均值，并记作垂直尖峰高度；
计算平行尖峰高度和垂直尖峰高度的均值，并记作综合尖峰高度。
通过求取均值，可以得到综合尖峰高度，相较于单条测线求取的尖峰高度而言，可以更好的对应更准确的对应压裂液波波及体的高度。
在本发明的一些实施例中，根据综合平行半幅宽度、综合垂直半幅宽度、综合尖峰高度确定压裂液波及体的长、宽、高，由以下关系数学模型进行约束：
a＝k1*d5+(k4*d6+k5*(h5+h6)+k6*h)+p1；
b＝k2*d6+(k7*d5+k5*(h5+h6)+k6*h)+p2；
c＝k3*h7+(k8*(d5+d6)+k6*h)+p3；
上式中，d5为综合平行半幅宽度、d6为综合垂直半幅宽度、h5为平行尖峰高度、h6为垂直尖峰高度、h7为综合尖峰高度，h为井筒与地面之间的距离，a、b、c分别为压裂液波及体的长、宽、高，k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8、p1、p2、p3均为预设的常数。
结合第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线与压裂液波及体的相对位置关系，可以知晓压裂液波及体的长、宽、高分别主要由综合平行半幅宽度d5、综合垂直半幅宽度d6、综合尖峰高度h7的影响，从而可以确定关系数学模型。利用上述数学模型，在确定一组综合平行半幅宽度d5、综合垂直半幅宽度d6、综合尖峰高度h7后便可以确定压裂液波及体的长、宽、高，从而完成对裂缝体积的确认。这里需要说明的是，k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8、p1、p2、p3等参数的设定，并非是任意值，而是利用室外沙槽模型得到的，这里对获取过程进行一个简述，设置一个沙槽，在沙槽中用导电材料模拟井筒和裂缝的形状，并用沙土覆盖，沙土表面即大地，即构建1:1000或者其它比例的模型。模型构建好之后，在沙土表面布置监测点，然后向井筒裂缝模型通入测试电信号(与实际检测时信号变化规律一致，优先选用交流电信号)，之后再通过监测点完成监测点与井筒之间的电位差信号的采集，最后对这些数据进行分析，从而确定k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8、p1、p2、p3等常数，需要说明的是，在实际确认这些常数时需要经过多次测试，以避免单次测试的误差。
在本发明的一些实施例中，消除背景场，包括以下步骤：
将第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线采集的每个电位差数据，一一对应减去原始背景场数据，原始背景场数据由第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线在井筒未压裂出压裂液波及体时测得。
背景场数据的获取可以在向井筒中注入压裂液但是还并未形成压裂液波及体时进行测量，后续通过消除背景场数据的影响便可以尽可能的排出非压裂液本身带来的检测误差，同时也便于提取出压裂液波及体产生的电场。
根据本发明第二方面实施例的油气压裂裂缝体积确定系统，包括：
井字形监测结构，布置在压裂液波及体上方地面，井字形监测结构至少包括互相平行设置的第一平行测线、第二平行测线，以及皆与第一平行测线垂直的第一垂直测线、第二垂直测线，第一平行测线和第二平行测线皆延井筒的水平井段平行布置；其中，第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线皆包括多个等间距布置的监测点，每个监测点皆用于采集井筒与监测点之间的电位差数据；压裂液波及体由向井筒中输入的压裂液压裂形成；
信号发射系统，用于向井筒输出测试电信号；
信号接收系统，用于接收第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线采集的多个电位差数据；
终端服务设备，用于分别根据第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线采集的多个电位差数据，生成第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线，以及根据第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线确定压裂液波及体的长、宽、高。
第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线构成了“井字形”布局，且第一平行测线和第二平行测线之间的间距、以及第一垂直测线和第二垂直测线之间的间距都需要保持足够的距离，且第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线皆需要保持足够的长度，以保证能够更好的监测整个压裂液波及体的电场变化。如图2所示，设置于地面下方并与地面平行的线段为井筒的水平井段，水平井段通过一段管道可以连接到地面，从而可以让地面完成压裂液灌注，图2中所示椭圆为压裂液波及体示意图(即裂缝)，虚线为电势等位线分布示意，地面上方曲线为布置在地面上的第一平行测线测得并经处理得到的第一异常平行电位分布曲线。垂直测线产生的电场情况可以参考图2得到。
第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线中每个监测点都可以采集到井筒与地表之间的电位差数据，在没有形成压裂液波及体时，此时监测到电位差信号并不会有太多的变化，因此可以作为背景电场数据使用，在进行压裂后，因为井筒周围形成的压裂波波及体的存在，从而会导致部分监测点监测到的电位差数据发生变化，此时，可以利用第一平行测线、第二平行测线、第一垂直测线、第二垂直测线监测到的电位差数据来分别绘制第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线，且压裂液波及体本身为椭球结构，根据导电椭球体的电场分布理论，在地表对应生成的每条分布曲线都会呈现两端平缓中间突起的形态(如图所示)。并且分布曲线的尖峰高度一定程度上可以反应椭球的高，平行电位分布曲线中的突起部分的宽度可以反应椭球的长，垂直电位分布曲线中的突起部分的宽度可以反应椭球的宽。从而可以基于上述原则通过第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线完成对压裂液波及体的长、宽、高的确定，从而确定了裂缝的大小。基于这一原则，只要沿井筒方向形成的每一个椭球体完成长、宽、高的确定，即可知晓整个井筒形成的整体裂缝的形态。
根据本发明实施例的油气压裂裂缝体积确定系统，通过布置井字形监测结构，可以对压裂液波及体形成的电场数据完成监测，从而可以利用形成的第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线来确定压裂液波及体的长、宽、高，从而确定裂缝的实际大小。本发明实施例的油气压裂裂缝体积确定系统通过向压裂液波及体施加测试电压，并通过监测施加监测电压之后的压裂液波及体在地表形成的电场数据，从而完成对裂缝大小的确定，相加于传统的裂缝确定方式而言，监测成本低，整体工程难度小，且可以完成实时监测，适合进行产业化推广。
需要说明的是，监测点可以直接采用金属电极，例如金属铜棒、铁棒等等。信号发射系统采用交流电发射机等能够发送出交流电信号设备即可。信号接收系统需要包括多个模数转换通道，以将多个监测点采集的电位差数据转换为数字信号，从而便于后续终端服务设备进行分析。终端服务设备可以直接采用服务器即可，以提供足够的算力。还需要说明的是，信号接收系统具有接地端，接地端会与井筒完成电性连接，在多个监测点连接到信号接收系统之后，便于完成对多个监测点采集数据的统一，即每个监测点完成了井筒与自身之间的电位差数据测量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上述结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种油气压裂裂缝体积确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
在压裂液波及体上方地面布设井字形监测结构，所述井字形监测结构至少包括互相平行设置的第一平行测线、第二平行测线，以及皆与所述第一平行测线垂直的第一垂直测线、第二垂直测线，所述第一平行测线和所述第二平行测线皆延井筒的水平井段平行布置；其中，所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线皆包括多个等间距布置的监测点，每个所述监测点皆用于采集所述井筒与所述监测点之间的电位差数据；所述压裂液波及体由向所述井筒中输入的压裂液压裂形成；
向所述井筒输出测试电信号，并分别根据所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线采集的多个电位差数据，生成第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线；
根据所述第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线确定所述压裂液波及体的长、宽、高；
所述根据所述第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线确定所述压裂液波及体的长、宽、高，包括以下步骤：
确定所述第一异常平行电位分布曲线的第一半幅宽度和第一尖峰高度，确定所述第二异常平行电位分布曲线的第二半幅宽度和第二尖峰高度，确定所述第一异常垂直电位分布曲线的第三半幅宽度和第三尖峰高度，确定所述第二异常垂直电位分布曲线的第四半幅宽度和第四尖峰高度；
根据所述第一半幅宽度和所述第二半幅宽度确定综合平行半幅宽度，根据所述第三半幅宽度和所述第四半幅宽度确定综合垂直半幅宽度，根据所述第一尖峰高度、第二尖峰高度、第三尖峰高度、第四尖峰高度确定综合尖峰高度；
根据所述综合平行半幅宽度、所述综合垂直半幅宽度、所述综合尖峰高度确定所述压裂液波及体的长、宽、高。
2.根据权利要求1所述的油气压裂裂缝体积确定方法，其特征在于，所述分别根据所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线采集的多个电位差数据，生成第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线，包括以下步骤：
对所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线采集的多个电位差数据皆进行预处理，以得到第一异常平行电位原始数据、第二异常平行电位原始数据、第一异常垂直电位原始数据、第二异常垂直电位原始数据，所述预处理至少包括消除背景场、去除异常电压点；
对进行所述第一异常平行电位原始数据、第二异常平行电位原始数据、第一异常垂直电位原始数据、第二异常垂直电位原始数据进行拟合，以得到所述第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线。
3.根据权利要求1所述的油气压裂裂缝体积确定方法，其特征在于，所述综合平行半幅宽度为所述第一半幅宽度和所述第二半幅宽度的均值。
4.根据权利要求1所述的油气压裂裂缝体积确定方法，其特征在于，所述综合垂直半幅宽度为所述第三半幅宽度和所述第四半幅宽度的均值。
5.根据权利要求1所述的油气压裂裂缝体积确定方法，其特征在于，所述根据所述第一尖峰高度、第二尖峰高度、第三尖峰高度、第四尖峰高度确定综合尖峰高度，包括以下步骤：
计算所述第一尖峰高度、第二尖峰高度的均值，并记作平行尖峰高度；
计算所述第三尖峰高度、第四尖峰高度的均值，并记作垂直尖峰高度；
计算所述平行尖峰高度和所述垂直尖峰高度的均值，并记作所述综合尖峰高度。
6.根据权利要求5所述的油气压裂裂缝体积确定方法，其特征在于，所述根据所述综合平行半幅宽度、所述综合垂直半幅宽度、所述综合尖峰高度确定所述压裂液波及体的长、宽、高，由以下关系数学模型进行约束：
a= k 1 *d 5 + ( k 4 *d 6 +k 5 *(h 5 +h 6 )+k 6 *h ) +p 1；
b= k 2 *d 6 + ( k 7 *d 5 +k 5 *(h 5 +h 6 )+k 6 *h ) +p 2；
c= k 3 *h 7 + ( k 8 *(d 5 +d 6 )+k 6 *h ) +p 3；
上式中，d 5为综合平行半幅宽度、d 6为所述综合垂直半幅宽度、h 5为平行尖峰高度、h 6为垂直尖峰高度、h 7为综合尖峰高度，h为所述井筒与地面之间的距离，a、b、c分别为所述压裂液波及体的长、宽、高，k 1 、k 2 、k 3 、k 4 、k 5 、k 6 、k 7 、k 8 、p 1 、p 2 、p 3均为预设的常数。
7.根据权利要求2所述的油气压裂裂缝体积确定方法，其特征在于，所述消除背景场，包括以下步骤：
将所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线采集的每个电位差数据，一一对应减去原始背景场数据，所述原始背景场数据由所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线在所述井筒未压裂出所述压裂液波及体时测得。
8.一种油气压裂裂缝体积确定系统，其特征在于，包括：
井字形监测结构，布置在压裂液波及体上方地面，所述井字形监测结构至少包括互相平行设置的第一平行测线、第二平行测线，以及皆与所述第一平行测线垂直的第一垂直测线、第二垂直测线，所述第一平行测线和所述第二平行测线皆延井筒的水平井段平行布置；其中，所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线皆包括多个等间距布置的监测点，每个所述监测点皆用于采集所述井筒与所述监测点之间的电位差数据；所述压裂液波及体由向所述井筒中输入的压裂液压裂形成；
信号发射系统，用于向所述井筒输出测试电信号；
信号接收系统，用于接收所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线采集的多个电位差数据；
终端服务设备，用于分别根据所述第一平行测线、所述第二平行测线、所述第一垂直测线、所述第二垂直测线采集的多个电位差数据，生成第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线，以及根据所述第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线确定所述压裂液波及体的长、宽、高；
所述根据所述第一异常平行电位分布曲线、第二异常平行电位分布曲线、第一异常垂直电位分布曲线、第二异常垂直电位分布曲线确定所述压裂液波及体的长、宽、高，包括以下步骤：
确定所述第一异常平行电位分布曲线的第一半幅宽度和第一尖峰高度，确定所述第二异常平行电位分布曲线的第二半幅宽度和第二尖峰高度，确定所述第一异常垂直电位分布曲线的第三半幅宽度和第三尖峰高度，确定所述第二异常垂直电位分布曲线的第四半幅宽度和第四尖峰高度；
根据所述第一半幅宽度和所述第二半幅宽度确定综合平行半幅宽度，根据所述第三半幅宽度和所述第四半幅宽度确定综合垂直半幅宽度，根据所述第一尖峰高度、第二尖峰高度、第三尖峰高度、第四尖峰高度确定综合尖峰高度；
根据所述综合平行半幅宽度、所述综合垂直半幅宽度、所述综合尖峰高度确定所述压裂液波及体的长、宽、高。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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