CN216767370U - 一种水力压裂监测实验系统 - Google Patents

Abstract

一种水力压裂监测实验系统，包括：实验槽；金属井筒模型构件，其一端设置于实验槽内；至少一个金属裂缝模型构件，每个金属裂缝模型构件皆设置于实验槽内并位于金属井筒模型构件周围；电磁发射机，与金属井筒模型构件的另一端电性连接，金属井筒模型构件的另一端与每个金属裂缝模型构件电性连接；多个电磁检测单元，皆设置于实验槽内，用于采集实验槽中电磁数据；接收机，与多个电磁检测单元电性连接。本实用新型可以模拟井筒在地下的情形，并通过使用不同形态的金属裂缝模型构件模拟不同裂缝，从而获取不同形态裂缝下的电磁场变化情况，从而可以为后续在现场布置监测系统和缝隙裂缝数据提供理论数据支撑。

Description

一种水力压裂监测实验系统

技术领域

本实用新型属于矿物探测领域，具体涉及一种水力压裂监测实验系统。

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，直接在现场布置监测系统，可能因为布置不佳，导致无法很好的根据检测结构分析出裂缝的形态，因此，需要较好的指导数据来辅助进行现场的布置和监测工作，但是，目前市面上缺少相应的可以模拟压裂效果的系统。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种水力压裂监测实验系统，所述水力压裂监测实验系统能够为油层压裂监测提供实验支撑。

根据本实用新型实施例的水力压裂监测实验系统，包括：

实验槽，其内填充有沙状颗粒物；

金属井筒模型构件，其一端设置于所述实验槽内；

至少一个金属裂缝模型构件，每个所述金属裂缝模型构件皆设置于所述实验槽内并位于所述金属井筒模型构件周围；

电磁发射机，与所述金属井筒模型构件的另一端电性连接，所述金属井筒模型构件的所述另一端与每个所述金属裂缝模型构件电性连接，所述电磁发射机用于发射交变电流；

多个电磁检测单元，皆设置于所述实验槽内，用于采集所述实验槽中电磁数据；

接收机，与多个所述电磁检测单元电性连接，用于接收多个所述电磁检测单元采集的电磁数据。

根据本实用新型实施例的水力压裂监测实验系统，至少具有如下技术效果：通过金属井筒模型构件可以模拟井筒在地下的情形，通过金属裂缝模型构件可以模拟裂缝的形态，通过使用不同形态的金属裂缝模型构件，便可以达到模拟不同裂缝的目的，从而获取不同形态裂缝下的电磁场变化情况，从而可以为后续在现场布置监测系统和缝隙裂缝数据提供理论数据支撑。此外，电磁发射机、接收机和多个电磁检测单元构成了完整的监测系统，以辅助完成实验数据获取。

根据本实用新型的一些实施例，所述金属井筒模型构件包括第一金属直型件和第二金属直型件，所述第一金属直型件和所述第二金属直型件构成L型结构，所述第一金属直型件设置于所述实验槽内并水平设置，所述第二金属直型件远离所述第一金属直型件的一端伸出所述实验槽设置并与所述电磁发射机连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述金属井筒模型构件的所述另一端通过开关器件与每个所述金属裂缝模型构件电性连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述电磁检测单元采用磁通门。

根据本实用新型的一些实施例，所述电磁检测单元采用金属电极。

根据本实用新型的一些实施例，所述沙状颗粒物采用沙土。

根据本实用新型的一些实施例，多个所述电磁检测单元构成多个检测面，每个所述检测面皆包括多个二维等间距布置所述电磁检测单元，每个所述检测面皆与所述实验槽底部平行。

根据本实用新型的一些实施例，所述检测面有两个，所述金属井筒模型构件和所述金属裂缝模型构件皆位于两个所述检测面之间。

根据本实用新型的一些实施例，所述金属裂缝模型构件有两个，两个所述金属裂缝模型构件分别位于所述金属井筒模型构件的两侧。

根据本实用新型的一些实施例，所述金属井筒模型构件采用金属棒。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型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是本实用新型实施例的水力压裂监测实验系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的电磁检测单元在实验槽表面布局的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的电磁检测单元采集的电磁信号的波动强度示意图。

附图标记：

实验槽100、

金属井筒模型构件200、第一金属直型件210、

金属裂缝模型构件300、

电磁发射机400、

电磁检测单元500、

接收机600、

开关器件700。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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。

本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

下面参考图1至图3描述根据本实用新型实施例的水力压裂监测实验系统。水力压裂监测实验系统包括：实验槽100、金属井筒模型构件200、电磁发射机400、接收机600、至少一个金属裂缝模型构件300、多个电磁检测单元500。

实验槽100，其内填充有沙状颗粒物；

金属井筒模型构件200，其一端设置于实验槽100内；

至少一个金属裂缝模型构件300，每个金属裂缝模型构件300皆设置于实验槽100内并位于金属井筒模型构件200周围；

电磁发射机400，与金属井筒模型构件200的另一端电性连接，金属井筒模型构件200的另一端与每个金属裂缝模型构件300电性连接，电磁发射机400用于发射交变电流；

多个电磁检测单元500，皆设置于实验槽100内，用于采集实验槽100中电磁数据；

接收机600，与多个电磁检测单元500电性连接，用于接收多个电磁检测单元500采集的电磁数据。

参考图1，图2，实验槽100可以直接采用沙槽，沙槽可设置为长方形。在一些实施例中，长方形沙槽可以设计为长4m，宽2m，高2m的结构。金属井筒模型构件200、金属裂缝模型构件300、多个电磁检测单元500都会设置在沙槽中，并通过沙状颗粒物进行填充，以使得金属井筒模型构件200、金属裂缝模型构件300、多个电磁检测单元500可以固定在沙槽中需要布置的位置。

金属井筒模型构件200用于模拟井筒，井筒的具体形态以及在沙槽中的深度可以根据实际模拟需求进行更改。金属裂缝模型构件300可以模拟裂缝，将金属裂缝模型构件300布置在金属井筒模型构件200四周后，即可模拟出井筒向岩石中加入压裂液后的状态。需要说明的是，为了保证电磁发射机400能够同时向金属井筒模型构件200和金属裂缝模型构件300通入交变电，会将金属井筒模型构件200和金属裂缝模型构件300漏出沙槽的一端电性连接。

电磁发射机400采用交变电流发射机即可，只需要能够发出幅度、频率可控的交变电流即可满足试验的需求。电磁发射机400的发射极(即A极)会与金属井筒模型构件200伸出沙槽的一端电性连接，接地极(即B极)电性连接至远端(即连接大地)，通过发射极向金属井筒模型构件200和金属裂缝模型构件300输入测试交流电。电磁检测单元500都设置在沙槽中或者沙槽表面。接收机600具有多个信号接收端(即M极)，多个信号接收端分别与多个电磁检测单元500电性连接，接收机600的公共端(即N极)连接至远端(即连接大地)。在发电磁发射机400向金属井筒模型构件200发出交流电后，整个金属井筒模型构件200和金属裂缝模型构件300都会同上交流电，从而会产生电磁场，多个电磁检测单元500监测到电磁场后，便会进一步传输到接收机600由接收机600完成存储，或者通过接收机600直接传输至监控端，由监控端进行电磁场数据分析。需要说明的是，电磁检测单元500会将采集的电磁信号会转换为电信号，并传输至接收机600进行集中存储，接收机600需要具备模数转换功能以及存储功能、通讯功能，或者可以采用控制器、模数转换模块、存储器、通讯模块的组合结构。接收机600控制器可以根据实际需求选用单片机或DSP，具体可以选用STM32系列处理器。通讯模块可以选用光纤通讯模块或5G无线通讯模块。

需要说明的是，通过改变金属裂缝模型构件300的形态或者更换不同形态的金属裂缝模型构件300就可以实现对不同类型裂缝的模拟，从而可以便于后续对不同形态下裂缝引起的电磁场信号变化进行分析，进而可以为实际压裂现场提供更多的验证数据。同时，金属井筒模型构件200可以有多个，以模拟不同数量的裂缝，为压裂现场复杂时提供一定的数据参考基础。

根据本实用新型实施例的水力压裂监测实验系统，通过金属井筒模型构件200可以模拟井筒在地下的情形，通过金属裂缝模型构件300可以模拟裂缝的形态，通过使用不同形态的金属裂缝模型构件300，便可以达到模拟不同裂缝的目的，从而获取不同形态裂缝下的电磁场变化情况，从而可以为后续在现场布置监测系统和缝隙裂缝数据提供理论数据支撑。此外，电磁发射机400、接收机600和多个电磁检测单元500构成了完整的监测系统，以辅助完成实验数据获取。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1，金属井筒模型构件200包括第一金属直型件210和第二金属直型件，第一金属直型件210和第二金属直型件构成L型结构，第一金属直型件210设置于实验槽100内并水平设置，第二金属直型件远离第一金属直型件210的一端伸出实验槽100设置并与电磁发射机400连接。第一金属直型件210模拟水平井筒，第二金属直型件模拟垂直井筒。在长方形沙槽可以设计为长4m，宽2m，高2m时，第一金属直型件210和第二金属直型件长度设为2m即可，能够保证第一金属直型件210预埋足够的深度，同时也能够保证第二金属直型件伸出沙槽，便于进行后续的电性连接。第一金属直型件210和第二金属直型件可以采用一体成型结构，也可以进行焊接成型。需要说明的是，金属裂缝模型构件300可以采用金属丝制作，在金属裂缝模型构件300布置完成后，同样需要让金属裂缝模型构件300的一端伸出沙槽设置，以便完成与金属井筒模型构件200伸出沙槽一端的连接。

在本实用新型的一些实施例中，金属井筒模型构件200的另一端通过开关器件700与每个金属裂缝模型构件300电性连接。参考图3(图中横坐标为时间，纵坐标为磁场变化强度)，当开关器件700断开时，各测点(即电磁检测单元500)接收到较为稳定的电磁信号(如图3中最开始一段所示)，当开关器件700闭合时，靠近裂缝的测点(即电磁检测单元500)其接收到的电磁信号出现明显变化(如图3中后端所示)。而且，远离井筒的测点的电磁信号变化相对不明显，从而可以在后续利用这种变化差距来分析裂缝的形态。

在本实用新型的一些实施例中，电磁检测单元500采用磁通门。通过磁通门可以有效的检测出电磁场信号的变化。

在本实用新型的一些实施例中，电磁检测单元500采用金属电极。金属电极具备感应电磁场变化的能力，使用金属电极可以有效的节约监测成本。金属电极可以采用铜片、铜棒或者其他具备较好磁感应能力的金属构件。

在本实用新型的一些实施例中，沙状颗粒物采用沙土。沙土取材方便、布置简单，可以有效的节约成本。

在本实用新型的一些实施例中，多个电磁检测单元500构成多个检测面，每个检测面皆包括多个二维等间距布置电磁检测单元500，每个检测面皆与实验槽100底部平行。如图1所示，检测面都是垂直于沙槽底部平行设置，在并且同一检测面上的多个电磁检测单元500也采用的分布式布置，实现能够实现在不同高度、长度上进行电磁场的检测，同时，多个检测面沿沙槽宽度方向布置，从而实现在宽度上进行电磁场检测。需要说明的是，二维等间距布置可以让采集数据更加便于整理，且多个检测面也可采用等间距分布的方式，且尽量对称分布在金属井筒模型构件200的两侧。

在本实用新型的一些实施例中，检测面有两个，金属井筒模型构件200和金属裂缝模型构件300皆位于两个检测面之间。通过两个检测面即可较好的完成对磁场变化的检测。如图1、图2所示，在金属井筒模型构件200周围预置两个垂直于金属井筒模型构件200的金属丝试件作为金属裂缝模型构件300，并在两个金属裂缝模型构件300的两侧布置了两个检测面。在本实用新型的一些实施例中，如图1、图2所示，每个检测面沿沙槽长度方向布置了8个电磁检测单元500，足以满足试验环境下的需求。

在本实用新型的一些实施例中，金属裂缝模型构件300有两个，两个金属裂缝模型构件300分别位于金属井筒模型构件200的两侧。两个金属裂缝模型构件300构成双缝模型，测试该模型下的电磁场可以便于后续更好的进行数据分析。需要说明的是，两个金属裂缝模型构件300尽量在金属井筒模型构件200的两侧对称布置。

在本实用新型的一些实施例中，金属井筒模型构件200采用金属棒。金属棒具备较好的导电性，且容易获取，可以有效的降低成本。在本实用新型的一些实施例中，金属棒可以选用铜棒、铝棒、铁棒或者其他导电金属材质的棒体。

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实用新型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实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种水力压裂监测实验系统，其特征在于，包括：

实验槽(100)，其内填充有沙状颗粒物；

金属井筒模型构件(200)，其一端设置于所述实验槽(100)内；

至少一个金属裂缝模型构件(300)，每个所述金属裂缝模型构件(300)皆设置于所述实验槽(100)内并位于所述金属井筒模型构件(200)周围；

电磁发射机(400)，与所述金属井筒模型构件(200)的另一端电性连接，所述金属井筒模型构件(200)的所述另一端与每个所述金属裂缝模型构件(300)电性连接，所述电磁发射机(400)用于发射交变电流；

多个电磁检测单元(500)，皆设置于所述实验槽(100)内，用于采集所述实验槽(100)中电磁数据；

接收机(600)，与多个所述电磁检测单元(500)电性连接，用于接收多个所述电磁检测单元(500)采集的电磁数据。

2.根据权利要求1所述的水力压裂监测实验系统，其特征在于，所述金属井筒模型构件(200)包括第一金属直型件(210)和第二金属直型件，所述第一金属直型件(210)和所述第二金属直型件构成L型结构，所述第一金属直型件(210)设置于所述实验槽(100)内并水平设置，所述第二金属直型件远离所述第一金属直型件(210)的一端伸出所述实验槽(100)设置并与所述电磁发射机(400)连接。

3.根据权利要求1所述的水力压裂监测实验系统，其特征在于，所述金属井筒模型构件(200)的所述另一端通过开关器件(700)与每个所述金属裂缝模型构件(300)电性连接。

4.根据权利要求1所述的水力压裂监测实验系统，其特征在于，所述电磁检测单元(500)采用磁通门。

5.根据权利要求1所述的水力压裂监测实验系统，其特征在于，所述电磁检测单元(500)采用金属电极。

6.根据权利要求1所述的水力压裂监测实验系统，其特征在于，所述沙状颗粒物采用沙土。

7.根据权利要求1所述的水力压裂监测实验系统，其特征在于，多个所述电磁检测单元(500)构成多个检测面，每个所述检测面皆包括多个二维等间距布置所述电磁检测单元(500)，每个所述检测面皆与所述实验槽(100)底部平行。

8.根据权利要求7所述的水力压裂监测实验系统，其特征在于，所述检测面有两个，所述金属井筒模型构件(200)和所述金属裂缝模型构件(300)皆位于两个所述检测面之间。

9.根据权利要求8所述的水力压裂监测实验系统，其特征在于，所述金属裂缝模型构件(300)有两个，两个所述金属裂缝模型构件(300)分别位于所述金属井筒模型构件(200)的两侧。

10.根据权利要求1所述的水力压裂监测实验系统，其特征在于，所述金属井筒模型构件(200)采用金属棒。

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