CN114718540A - 一种强化页岩气高效开发的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种强化页岩气高效开发的系统及方法，属于页岩气开发领域。该系统包括：地面压裂系统、微波发生与控制系统、温压信号接收与调控系统、裂缝反演与产能优化系统；所述地面压裂系统用于向井下注入混砂液；所述微波发生与控制系统用于向井下发射微波；所述裂缝反演与产能优化系统用于进行裂缝反演和产能优化获得开发策略；所述温压信号接收与调控系统用于接收井下的温度信号、压力信号，并根据温度信号、压力信号以及裂缝反演与产能优化系统得到的开发策略调整微波发生与控制系统。利用本发明在页岩气开发过程中能够不断更新优化页岩气产能预测模型和强化吸附气解吸，最大程度提高了页岩气的采收率和经济性。
Description
技术领域
本发明属于页岩气开发领域，具体涉及一种强化页岩气高效开发的系统及方法。
背景技术
页岩气是指赋存于富有机质黑色页岩及其夹层中的天然气，具有岩性致密、单井产量低、产量递减快、投资回收期长等开发特点。我国页岩气可采资源量超过20万亿立方米，但目前全国累计探明页岩气地质储量不到1万亿立方米，开发潜力巨大。因此，大力推动页岩气的高效勘探开发对于优化能源消费结构、保障能源安全具有重要意义。
钻完水平井后页岩气不能自行产出，一般需要借助水力压裂将页岩产能段压开形成体积裂缝才能有效生产。水力压裂形成的人工裂缝与页岩储层天然裂缝一起组成了复杂的裂缝网络系统，而该裂缝网络系统直接影响了页岩气的产能和最终采收率。页岩气藏裂缝系统模拟的准确性直接影响了页岩气藏的描述精度。
中国专利公开文献CN111058841A公开了基于磁性支撑剂的水力压裂裂缝参数反演系统及方法，其主要采用近井监测，其包括：电磁信号激发器、信号采集处理器、运砂车、储液罐、混砂车、压裂车、井下一体化发射接收装置；运砂车通过第一管线、储液罐通过第二管线与混砂车分别相连；混砂车通过第三管线与压裂车相连，压裂车通过第四管线与竖直井井筒的井口相连；井下一体化发射接收仪一端为电磁发射器，另一端为电磁接收器，电磁接收器共有三个接收点，每个接收点设置两个分接收器，电磁发射器通过激发器电缆与设置于地面的低频电磁激发仪相连，电磁接收器通过接收电缆与设置于地面的数据采集处理系统相连。
中国专利公开文献CN103233720B公开了基于磁性支撑剂的水力裂缝监测系统及监测方法，其用于压后裂缝参数的监测，其监测系统包括磁性支撑剂容器、非磁性支撑剂容器、磁力计、计算机数据处理中心；磁性支撑剂和非磁性支撑剂在支撑剂混合器中混合后通过混合支撑剂输送管线进入混砂车，储存在压裂液容器中的压裂液通过压裂液输送管线进入混砂车；混砂液通过输送管线进入压裂井，然后进入水力裂缝中；位于地面、本井和/或邻井的磁力计通过通讯线路与计算机数据处理中心相连，计算机数据处理中心采集、保存磁力计的测量信息并计算、显示支撑剂分布状态和水力裂缝参数。
中国专利公开文献CN104459775A公开了基于微地震监测数据的页岩气藏裂缝建模方法，其方法包括：以微地震监测数据中微地震事件点的时间属性为主，结合页岩气藏原生天然裂缝信息，采用确定性建模方法对水力压裂后页岩气藏的主裂缝进行建模得主裂缝模型；在主裂缝模型的基础上并在水力压裂有效改造的体积范围内，以微地震监测数据中微地震事件点分布的密度属性为主，结合微地震事件点的方位属性、能量大小和开度中的至少一个，确定水力压裂过程中伴生裂缝模拟的空间及几何参数的约束条件，采用随机建模方法对水力压裂后页岩气藏的伴生裂缝进行建模，得到页岩气藏裂缝基础模型。
中国专利公开文献CN110159241A公开了一种微波辐照与水力压裂协同开采页岩气的装置，其由给水罐、压力泵、控制阀、加料口、液体输送管、井筒、射孔、微波发生器、波导管、微波天线、微波护管、抽气泵、气体加热器、页岩气收集罐组成，通过压力泵及液体输送管将水及支撑剂送入水平井筒，水平井筒两侧设有对称的射孔，压裂液通过射孔对页岩层进行压裂；将波导管及微波天线放入微波护管中，微波发生器连接波导管，将微波传至微波天线，从而对页岩进行微波辐照，提高页岩气产量；通过抽气泵抽取压裂过程中产生的页岩气，将页岩气收集汇入页岩气收集罐。
中国专利公开文献CN105673067A公开了一种水力压裂与微波辐射联合强化抽采煤层瓦斯的装置及方法，其在钻井固井段内有套管，套管的下端有高强度非金属筛管，套管的上部有水力压裂口、瓦斯抽采口和微波辐射监控口；水泵通过水箱和管道与水力压裂口连接，在水力压裂口上设置水力压裂口阀门；在瓦斯抽采口上有瓦斯抽采口阀门；微波辐射监控口上有信号传输线、波导管和微波辐射监控口阀门，信号传输线的一端与监控设备连接，另一端与传感器连接；波导管的一端通过波导管阀门与微波辐射器连接，另一端连接微波辐射天线和微波辐射窗口。水力压裂与微波辐射的联合作用，既实现了煤层增透，又提高了煤层瓦斯的解吸效率，促进了煤层瓦斯的高效抽采。
中国专利公开文献CN110159242A公开了一种适合页岩油/气储层的增产方法，其包括：步骤1，设置开采水平井以及与所述开采水平井同向延伸的微波辐射水平井；步骤2，对开采水平井进行分段压裂，进而对页岩油/气储层进行体积改造，并在压裂液中使用具备微波吸收能力的压裂支撑剂；步骤3，在微波辐射水平井中间隔安装有用于向储层压裂改造区域辐射微波的微波发射器；步骤4，开采，同时启动微波发生器。本发明利用微波辐射，对页岩油/气储层进行原位加热，一定程度上使页岩储层中有机质发生热解，生成烃类物质，也将促进页岩中天然气的解吸和原油脱离固体表面，降低气体和原油的黏度，增加其流速，进一步增加储层的渗透率。
上述现有技术中，页岩储层经过体积压裂后即开始生产，初期产量递减迅速，吸附态页岩气采出程度低，导致页岩气开发效率和采收率偏低。此外，现有的微地震、放射性示踪剂测井等裂缝监测技术都不能准确描述水力裂缝的展布状态，无法实现页岩气动态开发过程中的有效支撑裂缝监测，导致产能预测模拟结果精确度不高，不利于页岩气开发方案的优化。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种强化页岩气高效开发的系统及方法，准确描述水力裂缝的展布状态，强化吸附态页岩气的解吸，在页岩气动态开发过程中监测有效支撑裂缝的闭合程度，提高页岩气产能预测的准确性，能够动态指导和优化后续开发方案的设计。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一个方面，提供了一种强化页岩气高效开发的系统，所述系统包括：地面压裂系统、微波发生与控制系统、温压信号接收与调控系统、裂缝反演与产能优化系统；
所述地面压裂系统用于向井下注入混砂液；
所述微波发生与控制系统用于向井下发射微波；
所述裂缝反演与产能优化系统用于进行裂缝反演和产能优化获得开发策略；
所述温压信号接收与调控系统用于接收井下的温度信号、压力信号，并根据温度信号、压力信号以及裂缝反演与产能优化系统得到的开发策略调整微波发生与控制系统。
本发明的进一步改进在于，所述地面压裂系统包括：压裂车、混砂车、支撑剂储罐、储液罐；
所述支撑剂储罐、储液罐分别与混砂车连接，混砂车再与压裂车连接；
在所述支撑剂储罐中储存有磁性纳米材料改性支撑剂。
本发明的进一步改进在于，所述微波发生与控制系统包括：微波发生器、微波控制器、内嵌光纤波导管、微波天线；
所述微波发生器的一端与微波控制器连接，另一端通过内嵌光纤波导管与微波天线连接。
本发明的进一步改进在于，在每个压裂段设置有一个或多个微波天线。
本发明的进一步改进在于，所述温压信号接收与调控系统包括：温压信号接收器、自动温控系统、光纤温度传感器、光纤压力传感器；
所述温压信号接收器一端与自动温控系统连接，另一端与内嵌光纤波导管上的光纤的一端连接，光纤的另一端串联有多个光纤温度传感器和光纤压力传感器；
所述自动温控系统还分别与微波控制器、裂缝反演与产能优化系统连接。
本发明的进一步改进在于，所述裂缝反演与产能优化系统包括依次连接的电磁场传感器、裂缝反演系统、产能优化系统；
在地面上设置有一个或多个电磁场传感器，每个电磁场传感器能够与裂缝反演系统进行无线通信；
所述裂缝反演系统根据电磁场传感器实时采集到的电磁场信号进行反演获得裂缝参数，并将裂缝参数发送给产能优化系统；
所述产能优化系统根据裂缝反演系统发送来的裂缝参数获得开发策略。
本发明的进一步改进在于，所述系统进一步包括供电装置，所述供电装置为微波发生器供电。
本发明的第二个方面，提供了一种强化页岩气高效开发的方法，所述方法包括：
(1)地面监测现场准备：在地面布置电磁场传感器，连接好上述强化页岩气高效开发的系统；
(2)实施压裂：向井筒中注入前置液，在设计的压裂层段形成水力裂缝；将磁性纳米材料改性支撑剂与压裂液在混砂车混合均匀形成混砂液，由压裂车将混砂液注入井筒，形成改性支撑剂有效支撑的裂缝；
(3)压裂裂缝方位、形态反演：井筒中下入内嵌光纤波导管，打开微波发生器，将微波频率调至低频，形成初始电磁场；磁性纳米材料改性支撑剂表面的磁性纳米材料受到电磁场激发，形成二次电磁场；电磁场传感器接收初始电磁场信号和二次电磁场信号，并将这些信号发送给裂缝反演系统，裂缝反演系统反演出裂缝参数，并将裂缝参数发送给产能优化系统，产能优化系统根据裂缝参数获得开发策略；
(4)微波强化页岩气开发：利用微波控制器将微波频率调至高频，磁性纳米材料改性支撑剂表面的磁性纳米材料快速升温，带动储层的温度升高，吸附态页岩气快速解吸。
本发明的进一步改进在于，所述步骤(4)的操作包括：
自动温控系统根据温压信号接收器传输的温度信号、压力信号以及产能优化系统获得的开发策略，自动控制微波控制器，再由微波控制器控制微波发生器的开启与关闭；
当储层温度达到设定的最高温度时，关闭微波发生器，当储层温度下降到最低温度时，重新开启微波发生器。
本发明的进一步改进在于，所述步骤(4)进一步包括：
每隔一段时间，重复一次步骤(3)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)低频微波激发磁性纳米材料形成的二次电磁场与周围地层相比电磁特性突出，地面电磁场传感器获得的信号强烈、清晰，反演得到的裂缝方位、长度、高度、开度以及裂缝形态准确度高；
(2)磁性纳米材料改性支撑剂具有远强于水的吸收微波能力，利用高频微波辐射页岩过程中，改性支撑剂表面迅速升温，带动页岩储层升温从而强化吸附气解吸，岩石表面产生局部温差诱导岩石开裂，裂缝内地层残留液汽化可减弱水锁效应；
(3)页岩气开发过程中通过监测水力裂缝的闭合程度，不断更新优化页岩气产能预测模型，从而更准确的动态预测页岩气的产能和提出开发策略，结合井下温度、压力信号，可自动控制微波发生器的开启与关闭，最大程度提高页岩气的采收率和经济性。
附图说明
图1本发明强化页岩气高效开发系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，本发明所述的强化页岩气高效开发的系统包括：地面压裂系统、微波发生与控制系统、温压信号接收与调控系统、裂缝反演与产能优化系统。所述地面压裂系统用于向井下注入混砂液，所述微波发生与控制系统用于向井下发射微波，所述裂缝反演与产能优化系统用于进行裂缝反演和产能优化获得开发策略；所述温压信号接收与调控系统用于接收井下的温度信号、压力信号，并根据温度信号、压力信号以及裂缝反演与产能优化系统得到的开发策略调整微波发生与控制系统。
本发明系统的实施例如下：
【实施例一】
所述地面压裂系统包括：压裂车3、混砂车4、支撑剂储罐5、储液罐6。具体的，支撑剂储罐5、储液罐6分别与混砂车4连接，混砂车4再与压裂车3连接。
在所述支撑剂储罐5中储存有磁性纳米材料改性支撑剂(下面简称为“改性支撑剂”)。压裂过程中，储液罐6中的压裂液和支撑剂储罐5中的改性支撑剂进入混砂车4，压裂液和改性支撑剂在混砂车4内混合均匀形成混砂液，混砂液再通过压裂车3的泵组高压泵入水力裂缝中，形成改性支撑剂有效支撑的裂缝网络。
本发明中的改性支撑剂采用的是现有的改性支撑剂，在此简介如下：其由骨架粒子和附着于骨架粒子表面的磁性纳米材料组成。骨架粒子包括但不限于石英砂、陶瓷、矿物、坚果壳、硅藻土、煤灰等，粒径范围为10目～150目。磁性纳米材料重量为改性支撑剂总重量的5％-20％，厚度为5-500nm。所述的磁性纳米材料是指晶体的三维尺寸中至少有一维为纳米级的超细磁性材料。该磁性纳米材料可以是Fe、Ni、Co、W、Mn、Zn等金属单质及其合金，也可以是这些磁性原子的氧化物。
利用低频(频率300MHz～3GHz)微波辐射储层可引发电流形成初始电磁场，在初始外界电磁场激发下，改性支撑剂表面的磁性纳米材料发生磁化形成二次电磁场。此外，磁性纳米材料的介电常数大于水，具有强吸波能力，利用高频微波(频率200GHz～300GHz)辐射改性支撑剂时，改性支撑剂表面的磁性纳米材料迅速升温，热量传递到页岩储层，带动页岩储层升温，促使吸附气解吸，岩石表面产生局部温差诱导岩石开裂，地层水汽化减弱了水锁效应，进而强化了页岩气的开发。
【实施例二】
所述微波发生与控制系统包括：微波发生器2、微波控制器10、内嵌光纤波导管13、微波天线16。具体的，微波发生器2与微波控制器10连接。微波发生器2通过内嵌光纤波导管13与微波天线16连接。
所述内嵌光纤波导管13利用现有的内嵌光纤波导管即可，其是在波导管表面开槽嵌入光纤得到的。微波发生器2与波导管13之间的连接采用常规连接方式，即波导管上的圆台形引导部分与微波发生器相连接，波导管的主干部分设置至少一个微波天线，微波天线采用现有产品，在此简介如下：微波天线是指从波导管表面伸出的至少一个辐射元件，该元件包括近端、远端以及从近端延伸到远端的侧壁三个部分，从近端向远端延伸形成具有开口的管。辐射元件可以呈现多边形横截面、正方形横截面、矩形横截面、梯形横截面以及其他形状的横截面，辐射元件可以为圆柱形、圆锥形、管形等。
内嵌光纤波导管13将微波发生器2产生的微波传导给微波天线16，微波天线16辐射可引发电流，形成电磁场。每个压裂段设置有一个或多个微波天线16，以保障足够的微波辐射能力。
压裂车3将压裂液和支撑剂通过内嵌光纤波导管13与井筒之间的环空泵入储层裂缝。
微波辐射过程中，页岩气储层的温度不宜超过500℃。页岩储层温度过高时，岩石内部的矿物会发生物理化学作用，岩石骨架支撑减弱，造成岩石孔隙和微裂缝闭合，导致页岩渗透率降低；页岩储层温度下降到一定程度时(200℃以下)，不利于吸附气的解吸，需要重新开启微波发生器2。
【实施例三】
所述温压信号接收与调控系统包括：温压信号接收器8、自动温控系统9、光纤温度传感器14、光纤压力传感器15。所述温压信号接收器8一端与自动温控系统9连接，另一端与内嵌光纤波导管13上的光纤的一端连接，光纤的另一端串联有多个光纤温度传感器14和光纤压力传感器15。通过观测地层压力变化，可以了解页岩气的动态开发情况，优化页岩气的开采策略，判断进行重复压裂的时机。
具体的，内嵌光纤波导管13表面内嵌有光纤，多个光纤温度传感器14和光纤压力传感器15通过光纤串联连接。光纤温度传感器14和光纤压力传感器15用于监测页岩气生产过程中储层的温度和压力变化。内嵌光纤波导管13中的光纤能够将光纤温度传感器14和光纤压力传感器15测得的数据传输至温压信号接收器8。
温压信号接收器8能够接收井下光纤温度传感器14和光纤压力传感器15采集到的温度、压力信号，并将温压信号传输至自动控温系统9。温压信号接收器8、自动控温系统9、光纤温度传感器14和光纤压力传感器15都是采用现有产品即可，在此不再赘述。
自动温控系统9分别与温压信号接收器8、微波控制器10、裂缝反演与产能优化系统连接。自动温控系统9可以根据温压信号接收器8传输来的储层温度、压力信号以及裂缝反演与产能优化系统中提出的开发策略(开发策略是指对定压、定产等生产制度的制定、开发井的部署、重复压裂的时机等，采用现有方法实现即可，在此不再赘述。)，实时自动控制微波控制器10，再由微波控制器10控制微波发生器2的开启与关闭，目的是最大限度提高页岩气的采收率和经济效益。
【实施例四】
所述裂缝反演与产能优化系统包括依次连接的电磁场传感器7、裂缝反演系统12、产能优化系统11，产能优化系统11还与温压信号接收与调控系统中的自动温控系统9连接。
具体的，在地面上设置有一个或多个电磁场传感器7，其能够接收到初始电磁场和二次电磁场信号，感测电磁场的x、y、z分量响应，并采用无线方式将信号传输至裂缝反演系统12。实际使用时，电磁场传感器7的布置形式多样，根据实际情况设置即可，例如可以在与井口同圆心的多个同心圆上布置传感器，也可以在以井口为中心的正方形的顶点处布置传感器。本发明中的电磁场传感器7采用现有电磁场传感器即可，在此不再赘述。
所述裂缝反演系统12利用差分进化算法反演得到裂缝参数，所述裂缝参数包括：裂缝方位角的大小、缝长、缝高以及裂缝开度等等，然后裂缝反演系统12将获得的裂缝参数发送给产能优化系统11。本发明中的裂缝反演系统12采用现有的裂缝反演系统，在此不再赘述。
目前的产能优化系统一般是基于压裂后的裂缝形态和位置，采用数值模拟的方法进行预测，预测的过程未考虑裂缝的变化或根据数值模拟方法预测裂缝的变化情况进而进行产能优化。而本发明中的产能优化系统11是在页岩气动态开发过程中，根据裂缝反演系统12发送来的裂缝参数制定开发策略，而裂缝反演系统12是根据电磁场传感器7实时采集到的电磁场信号进行反演的，因此，通过监测电磁场变化动态确定水力裂缝的闭合程度、裂缝形态等参数，进而得到页岩气的产能变化情况，可以更准确的预测和优化页岩气的产能。
本发明中裂缝反演系统12得到的裂缝参数被发送给产能优化系统11，因为页岩气储层中裂缝的变化对产能影响较大，所以本发明系统通过监测电磁场的变化，利用裂缝反演系统12得到裂缝的参数，并将裂缝的参数输送给产能优化系统11，产能优化系统11根据裂缝的参数建立页岩气产能预测模型，并制定开发策略，这样可以更好的根据裂缝参数的变化来明确开发策略。所述产能预测模型是现有的技术，只是其中用到的裂缝参数是利用电磁场传感器实时接收到的动态参数。
随着页岩气开发的进行，储层压力逐渐下降，支撑裂缝逐渐被压缩甚至闭合。裂缝的压缩会导致改性支撑剂表面载荷逐渐增加，导电率也随之增加，产生的二次电磁场强度也随之增加。因此，在页岩气动态开发过程中，本发明通过监测电磁场变化来确定水力裂缝的闭合程度，从而更准确的动态预测页岩气的产能，提出更加合理的开发策略，进而能够判断最佳重复压裂时机。
【实施例五】
因为微波发生器需要电力供电，所以本发明系统进一步包括供电装置1，所述供电装置1为微波发生器2供电，其它装置采用相应的供电设备即可。
本发明还提供了一种强化页岩气高效开发的方法，所述方法的实施例如下：
【实施例六】
所述方法包括以下步骤：
(1)地面监测现场准备：根据压裂井地面环境，以压裂井为中心在地面布置一个或多个电磁场传感器7，连接地面压裂系统、微波发生与控制系统、温压信号接收与调控系统、裂缝反演与产能优化系统；
(2)实施压裂：向井筒中注入前置液，在设计的压裂层段形成水力裂缝17。将改性支撑剂与压裂液在混砂车混合均匀形成混砂液，由压裂车泵组高压将混砂液注入井筒，形成改性支撑剂有效支撑的裂缝；
(3)压裂裂缝方位、形态反演：井筒中下入内嵌光纤波导管，地面打开微波发生器，利用微波控制器将频率调至低频，形成初始外界电磁场。改性支撑剂表面磁性纳米材料受到电磁场激发，形成二次电磁场。电磁场传感器接收初始电磁场和二次电磁场信号，并将信号传递至裂缝反演系统，裂缝反演系统反演出裂缝参数，包括压裂裂缝的方位、长度、高度、开度以及裂缝形态等，并发送给产能优化系统，产能优化系统获得开发策略；
(4)微波强化页岩气开发：自动温控系统根据温压信号接收器传输的温度、压力信号以及产能优化系统中提出的开发策略，自动控制微波控制器，再由微波控制器控制微波发生器的开启与关闭。具体的，利用微波控制器将微波频率调至高频，改性支撑剂表面磁性纳米材料吸波快速升温，热传递至页岩储层，带动整个储层升温。吸附态页岩气快速解吸，岩石表面产生局部温差诱导岩石开裂，地层水汽化减弱了水锁效应，进而强化页岩气的开发。开发过程中，光纤温度传感器和光纤压力传感器将温度、压力信号传递至温压信号接收器。页岩气动态生产过程中，当储层的温度达到设定的最高温度时(即加热到一定程度)后，关闭微波发生器。当储层温度下降到设定的最低温度时(即下降一定程度时)，重新开启微波发生器。
每隔一段时间，微波控制器控制将微波频率调至低频，采用地面电磁场传感器监测裂缝电磁场的变化，利用裂缝反演系统确定水力裂缝的闭合程度，并在产能优化系统中更新页岩气产能预测模型，从而更准确的动态预测页岩气的产能，并提出更加合理的开发策略。自动温控系统根据温压信号接收器传输的温度、压力信号以及产能优化系统中提出的开发策略，自动控制微波控制器，再由微波控制器控制微波发生器的开启与关闭。也就是说，每隔一段时间重复一次步骤(3)，然后继续步骤(4)的操作。
本发明方法的应用实施例如下：
【实施例七】
以一口页岩气储层内的水平井为例，结合示意图说明该强化页岩气高效开发系统及方法：
(1)地面监测现场准备：根据压裂井地面环境，以压裂井为中心在地面布置一个或多个电磁场传感器7。连接地面压裂系统，微波发生与控制系统、温压信号接收与调控系统以及裂缝反演与产能优化系统；
(2)实施压裂：向井筒中注入前置液，在设计的压裂层段形成水力裂缝。将改性支撑剂与压裂液在混砂车4混合均匀后，由压裂车3泵组高压注入井筒，形成改性支撑剂有效支撑的裂缝17；
(3)压裂裂缝方位、形态反演：井筒中下入内嵌光纤波导管13，地面打开微波发生器2，利用微波控制器10将频率调至500MHz，形成初始外界电磁场。改性支撑剂表面磁性纳米材料受到电磁场激发，形成二次电磁场。地面电磁场传感器7接收初始电磁场和二次电磁场信号，并将信号传递至裂缝反演系统12，反演出压裂裂缝的方位、长度、高度、开度以及裂缝形态，产能优化系统11利用这些参数建立页岩气产能预测模型，获得开发策略；
(4)微波强化页岩气开发：利用微波控制器10将微波频率调至260GHz，改性支撑剂表面磁性纳米材料吸波快速升温，热传递至页岩储层，带动整个储层升温。吸附态页岩气快速解吸，岩石表面产生局部温差诱导岩石开裂，地层水汽化减弱了水锁效应，进而强化页岩气的开发。开发过程中，光纤温度传感器14和光纤压力传感器15将温度、压力信号传递至温压信号接收器8。页岩气动态生产过程中，储层加热到450℃后，微波控制器10控制关闭微波发生器2。储层温度下降到260℃以下时，微波控制器10控制重新开启微波发生器2。
每隔15天时间，将微波频率调至500MHz，采用地面电磁场传感器7监测裂缝电磁场的变化，利用裂缝反演系统12确定水力裂缝17的闭合程度，并在产能优化系统11中更新页岩气产能预测模型，从而更准确的动态预测页岩气的产能，并提出更加合理的开发策略。自动温控系统9根据温压信号接收器8传输的温度、压力信号以及产能优化系统中提出的开发策略，自动控制微波控制器10，再由微波控制器10控制微波发生器2的开启与关闭。
本发明在水力压裂过程中向地层中注入磁性纳米材料改性支撑剂，利用低频微波产生电磁场精确反演获得压后裂缝的方位和展布信息；利用高频微波加热改性支撑剂使其表面迅速升温，带动页岩储层升温从而强化吸附气解吸，岩石表面产生局部温差诱导岩石开裂，进一步增加了孔隙连通性。此外，地层残留液吸波后升温汽化，减弱了水锁效应；页岩气开发过程中动态监测储层温度、压力以及有效支撑裂缝的开度变化，更加准确地预测页岩气产能，动态指导和优化后续开发方案的设计。
本发明除了可以反演压裂裂缝参数之外，还可以有效强化吸附态页岩气的解吸，在页岩气动态开发过程中还可以监测有效支撑裂缝的闭合程度，对于提高页岩气产能预测的准确性具有重要意义。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (10)
1.一种强化页岩气高效开发的系统，其特征在于：所述系统包括：地面压裂系统、微波发生与控制系统、温压信号接收与调控系统、裂缝反演与产能优化系统；
所述地面压裂系统用于向井下注入混砂液；
所述微波发生与控制系统用于向井下发射微波；
所述裂缝反演与产能优化系统用于进行裂缝反演和产能优化获得开发策略；
所述温压信号接收与调控系统用于接收井下的温度信号、压力信号，并根据温度信号、压力信号以及裂缝反演与产能优化系统得到的开发策略调整微波发生与控制系统。
2.根据权利要求1所述的强化页岩气高效开发的系统，其特征在于：所述地面压裂系统包括：压裂车、混砂车、支撑剂储罐、储液罐；
所述支撑剂储罐、储液罐分别与混砂车连接，混砂车再与压裂车连接；
在所述支撑剂储罐中储存有磁性纳米材料改性支撑剂。
3.根据权利要求1所述的强化页岩气高效开发的系统，其特征在于：所述微波发生与控制系统包括：微波发生器、微波控制器、内嵌光纤波导管、微波天线；
所述微波发生器的一端与微波控制器连接，另一端通过内嵌光纤波导管与微波天线连接。
4.根据权利要求3所述的强化页岩气高效开发的系统，其特征在于：在每个压裂段设置有一个或多个微波天线。
5.根据权利要求4所述的强化页岩气高效开发的系统，其特征在于：所述温压信号接收与调控系统包括：温压信号接收器、自动温控系统、光纤温度传感器、光纤压力传感器；
所述温压信号接收器一端与自动温控系统连接，另一端与内嵌光纤波导管上的光纤的一端连接，光纤的另一端串联有多个光纤温度传感器和光纤压力传感器；
所述自动温控系统还分别与微波控制器、裂缝反演与产能优化系统连接。
6.根据权利要求5所述的强化页岩气高效开发的系统，其特征在于：所述裂缝反演与产能优化系统包括依次连接的电磁场传感器、裂缝反演系统、产能优化系统；
在地面上设置有一个或多个电磁场传感器，每个电磁场传感器能够与裂缝反演系统进行无线通信；
所述裂缝反演系统根据电磁场传感器实时采集到的电磁场信号进行反演获得裂缝参数，并将裂缝参数发送给产能优化系统；
所述产能优化系统根据裂缝反演系统发送来的裂缝参数获得开发策略。
7.根据权利要求6所述的强化页岩气高效开发的系统，其特征在于：所述系统进一步包括供电装置，所述供电装置为微波发生器供电。
8.一种强化页岩气高效开发的方法，其特征在于：所述方法包括：
(1)地面监测现场准备：在地面布置电磁场传感器，连接好如权利要求1-7任一项所述的强化页岩气高效开发的系统；
(2)实施压裂：向井筒中注入前置液，在设计的压裂层段形成水力裂缝；将磁性纳米材料改性支撑剂与压裂液在混砂车混合均匀形成混砂液，由压裂车将混砂液注入井筒，形成改性支撑剂有效支撑的裂缝；
(3)压裂裂缝方位、形态反演：井筒中下入内嵌光纤波导管，打开微波发生器，将微波频率调至低频，形成初始电磁场；磁性纳米材料改性支撑剂表面的磁性纳米材料受到电磁场激发，形成二次电磁场；电磁场传感器接收初始电磁场信号和二次电磁场信号，并将这些信号发送给裂缝反演系统，裂缝反演系统反演出裂缝参数，并将裂缝参数发送给产能优化系统，产能优化系统根据裂缝参数获得开发策略；
(4)微波强化页岩气开发：利用微波控制器将微波频率调至高频，磁性纳米材料改性支撑剂表面的磁性纳米材料快速升温，带动储层的温度升高，吸附态页岩气快速解吸。
9.根据权利要求8所述的强化页岩气高效开发的方法，其特征在于：所述步骤(4)的操作包括：
自动温控系统根据温压信号接收器传输的温度信号、压力信号以及产能优化系统获得的开发策略，自动控制微波控制器，再由微波控制器控制微波发生器的开启与关闭；
当储层温度达到设定的最高温度时，关闭微波发生器，当储层温度下降到最低温度时，重新开启微波发生器。
10.根据权利要求9所述的强化页岩气高效开发的方法，其特征在于：所述步骤(4)的操作进一步包括：
每隔一段时间，重复一次步骤(3)。
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