RU2757386C1 - Method for conducting electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing - Google Patents
Method for conducting electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757386C1 RU2757386C1 RU2020137664A RU2020137664A RU2757386C1 RU 2757386 C1 RU2757386 C1 RU 2757386C1 RU 2020137664 A RU2020137664 A RU 2020137664A RU 2020137664 A RU2020137664 A RU 2020137664A RU 2757386 C1 RU2757386 C1 RU 2757386C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electromagnetic
- hydraulic fracturing
- monitoring
- proppant
- parameters
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 109
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 93
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 10
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
- E21B43/267—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
-
- G01V20/00—
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
- G01V3/26—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06G—ANALOGUE COMPUTERS
- G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
- G06G7/48—Analogue computers for specific processes, systems or devices, e.g. simulators
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтегазовой области, операциям гидроразрыва пласта (ГРП), в частности к способам проведения электромагнитного мониторинга ГРП. Изобретение может быть использовано при определении положения объема и трещин ГРП, закрепленных проппантом.The invention relates to the oil and gas field, hydraulic fracturing (hydraulic fracturing) operations, in particular to methods of electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing. The invention can be used to determine the position of the volume and hydraulic fractures fixed with proppant.
ГРП представляет собой процесс, при котором повышается эффективность добычи углеводородов за счет образования и/или удлинения трещин, которые образуются путем закачивания в пласт жидкости (пропанта) при высоком давлении.Hydraulic fracturing is a process in which the efficiency of hydrocarbon production is increased due to the formation and / or lengthening of fractures, which are formed by injecting a liquid (proppant) into the formation at high pressure.
При проведении ГРП одной из важных задач является определение положения и объема трещин, закрепленных пропантом.When performing hydraulic fracturing, one of the important tasks is to determine the position and volume of fractures fixed with proppant.
Известен способ определения параметров призабойной зоны части трещины ГРП по патенту РФ №2668602 (дата публикации: 02.10.2018, МПК: Е21В 43/267), при котором осуществляют электромагнитный каротаж до проведения ГРП в пределах заданной зоны продуктивного пласта для записи отклика среды без трещины, определяют спрогнозированные размеры трещины ГРП и объему текучей среды и расклинивающего агента для закачки, закачивают в скважину текучую среду (как и с неэлектропроводящим расклинивающим агентом, так и с электропроводящим расклинивающим агентом) с образованием трещины в пласте. Далее обеспечивают обратный ток текучей среды ГРП и очистку трещины, осуществляют электромагнитный каротаж в пределах зоны ГРП для записи измеренных откликов от призабойной части трещины ГРП, содержащей расклинивающий агент. Затем определяют параметры призабойной части трещины ГРП. Общими признаками известного и заявленного способов является закачивание жидкости в скважину при проведении ГРП, определение параметров трещины ГРП.There is a known method for determining the parameters of the bottomhole zone of a part of a hydraulic fracture according to RF patent No. 2668602 (publication date: 02.10.2018, IPC: Е21В 43/267), in which electromagnetic logging is carried out before hydraulic fracturing is carried out within a given zone of the productive formation to record the response of the medium without a crack , determine the predicted fracture dimensions and the volume of fluid and proppant for injection, inject fluid into the well (both with a non-conductive proppant and an electrically conductive proppant) to form a fracture in the formation. Further, the reverse flow of the hydraulic fracturing fluid and cleaning the fracture are provided, electromagnetic logging is carried out within the fracturing zone to record the measured responses from the near-wellbore part of the hydraulic fracture containing the proppant. Then the parameters of the bottom-hole part of the hydraulic fracture are determined. Common features of the known and claimed methods are fluid injection into the well during hydraulic fracturing, determination of hydraulic fracture parameters.
Однако известный способ определяет параметры призабойной части трещины ГРП, т.е. способ не позволяет определить положение и объем всех трещин, закрепленных проппантом.However, the known method determines the parameters of the bottomhole part of the hydraulic fracture, i.e. the method does not allow determining the position and volume of all fractures fixed by the proppant.
Известен способ применения пропанта-маркера с биметаллическим покрытием по публикации WO 2016182469 (дата публикации: 17.11.2016, МПК: Е21В 43/26, С09K 8/62), при котором приготавливают суспензии проппанта-маркера в жидкости-носителе и закачивают данную суспензию в скважину при проведении ГРП. Также дополнительно осуществляют электромагнитный каротаж скважины до и после размещения проппанта-маркера в скважине, и проводят измерение электрической проводимости и магнитной проницаемости породы. Общими признаками известного и заявленного способов является закачивание жидкости в скважину при проведении ГРП, измерение электрических и магнитных компонент.There is a known method of using a proppant marker with a bimetallic coating according to publication WO 2016182469 (publication date: 11/17/2016, IPC: E21B 43/26, С09K 8/62), in which a suspension of a proppant marker is prepared in a carrier fluid and this suspension is pumped into well during hydraulic fracturing. In addition, electromagnetic logging of the well is carried out before and after the placement of the proppant marker in the well, and the electrical conductivity and magnetic permeability of the rock are measured. Common features of the known and claimed methods are fluid injection into the well during hydraulic fracturing, measurement of electrical and magnetic components.
Недостатком известного способа является низкая точность определения положения и объема трещин, закрепленных проппантом.The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the position and volume of cracks fixed with proppant.
Известен способ определения местоположения расклинивающего агента, используемого для гидроразрыва подземного пласта, по публикации ЕА 035019 (дата публикации: 17.04.2020, МПК: Е21В 43/267), при котором осуществляют электрическое возбуждение обсадной колонны ствола скважины, которая проходит от поверхности земной толщи в подземный пласт, имеющий гидроразрыв, который, по меньшей мере частично, заполнен электропроводящим расклинивающим агентом. Затем осуществляют измерение трехмерных составляющих (х, у и z) откликов электромагнитного поля на поверхности земли или в соседнем стволе скважины; и определение местоположения электропроводящего расклинивающего агента путем сравнения откликов с результатами численного моделирования и/или инверсии откликов с целью определения источника откликов. Общими признаками известного и заявленного способов является измерение характеристик электромагнитного поля после ГРП на поверхности земли, определение местоположения электропроводящего расклинивающего агента (проппанта).There is a known method for determining the location of the proppant used for hydraulic fracturing of an underground formation, according to publication EA 035019 (publication date: 04/17/2020, IPC: E21B 43/267), in which electrical excitation of the casing of the wellbore is carried out, which passes from the surface of the earth to a fractured subterranean formation that is at least partially filled with an electrically conductive proppant. Then carry out the measurement of three-dimensional components (x, y and z) of the responses of the electromagnetic field on the surface of the earth or in an adjacent borehole; and determining the location of the electrically conductive proppant by comparing the responses with numerical simulations and / or inverting the responses to determine the source of the responses. The common features of the known and claimed methods are measuring the characteristics of the electromagnetic field after hydraulic fracturing on the earth's surface, determining the location of the electrically conductive proppant (proppant).
Однако в известном способе не учитывают электропроводность породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объем пород ГРП), что влияет на повышение точности определения положения и объема трещин, закрепленных проппантом.However, the known method does not take into account the electrical conductivity of the rock and the distance to the target interval of hydraulic fracturing (the volume of fractured rocks), which affects the increase in the accuracy of determining the position and volume of fractures fixed by the proppant.
Технический результат - обеспечение возможности более точного определения проппанта в трещинах ГРП, а также совершенствование способа проведения электромагнитного мониторинга за счет выбора положения источника электромагнитного поля, при котором происходит максимальный электромагнитный отклик от проппанта.EFFECT: provision of the possibility of more accurate determination of proppant in hydraulic fractures, as well as improvement of the method of conducting electromagnetic monitoring by choosing the position of the source of the electromagnetic field, at which the maximum electromagnetic response from the proppant occurs.
Технический результат достигается за счет того, что способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП включает:The technical result is achieved due to the fact that the method for conducting electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing includes:
- получение фонового слоистого геоэлектрического разреза на основе геофизических исследований скважин;- obtaining a background layered geoelectric section based on geophysical surveys of wells;
- построение модели прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учетом естественной трещиноватости и прогнозных трещин;- building a model of predicted proppant distribution based on hydraulic fracturing modeling, taking into account natural fracturing and predicted fractures;
- построение карт удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта;- construction of maps of specific electrical resistances of the predicted proppant distribution;
- определения параметров электромагнитного мониторинга на основе моделирования электромагнитных полей с использованием карты удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта и фонового слоистого геоэлектрического разреза, при этом определение параметров осуществляется по критерию максимального электромагнитного отклика и включает, по крайней мере:- determination of parameters of electromagnetic monitoring based on modeling of electromagnetic fields using a map of specific electrical resistances of the predicted distribution of proppant and a background layered geoelectric section, while the determination of the parameters is carried out according to the criterion of the maximum electromagnetic response and includes at least:
- величину дипольного момента (длину проводника, сила тока) источника электромагнитного поля, его положение относительно зоны ГРП с учётом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объём пород ГРП),- the magnitude of the dipole moment (length of the conductor, current strength) of the source of the electromagnetic field, its position relative to the fracturing zone, taking into account the electrical conductivity of the rock and the distance to the target fracturing interval (volume of fractured rocks),
- узкий диапазон частот работы генератора из широкого диапазона 0,01-10 Гц,- narrow frequency range of generator operation from a wide range of 0.01-10 Hz,
- расположение пунктов наблюдения (шаг, длина профиля),- location of observation points (step, profile length),
- удаление контрольного приемника;- removal of the control receiver;
- проведение электромагнитного мониторинга на основе определённых параметров, включая:- carrying out electromagnetic monitoring based on certain parameters, including:
расположение пунктов наблюдения на земной поверхности с установкой контрольного приемника,location of observation points on the earth's surface with the installation of a control receiver,
- расположение источника электромагнитного поля в скважине,- location of the source of the electromagnetic field in the well,
- возбуждение электромагнитного поля в источнике,- excitation of the electromagnetic field in the source,
- регистрацию компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Нz);- registration of the components of the electromagnetic field (E x , E y , H x , H y and H z );
- построение априорной геологогеофизической модели на основе проведённого мониторинга;- construction of an a priori geological and geophysical model based on the conducted monitoring;
- проведение ГРП с закачкой электропроводящего проппанта;- carrying out hydraulic fracturing with the injection of electrically conductive proppant;
- повторное проведение электромагнитного мониторинга на основе определённых параметров, включая:- re-conducting electromagnetic monitoring based on certain parameters, including:
- возбуждение электромагнитного поля в источнике,- excitation of the electromagnetic field in the source,
- регистрацию компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Нz);- registration of the components of the electromagnetic field (E x , E y , H x , H y and H z );
- построение апостериорной геологогеофизической модели среды на основе проведённого после ГРП мониторинга;- construction of an a posteriori geological and geophysical model of the environment based on monitoring carried out after hydraulic fracturing;
- построение модели положения проппанта на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.- construction of a proppant position model based on a difference model of the medium, reflecting the change in the electrical conductivity of the medium as a result of hydraulic fracturing and the appearance of an electrically conductive proppant.
Также технический результат достигается за счет того, что система для проведения электромагнитного мониторинга ГРП, включающая по крайней мере один процессор, оперативную память и машиночитаемые инструкции, выполняет следующие операции:Also, the technical result is achieved due to the fact that the system for electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing, including at least one processor, random access memory and machine-readable instructions, performs the following operations:
- получение фонового слоистого геоэлектрического разреза на основе геофизических исследований скважин;- obtaining a background layered geoelectric section based on geophysical surveys of wells;
- построение модели прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учётом естественной трещиноватости и прогнозных трещин;- building a model of predicted proppant distribution based on hydraulic fracturing modeling, taking into account natural fracturing and predicted fractures;
- построение карт удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта;- construction of maps of specific electrical resistances of the predicted proppant distribution;
- определения параметров электромагнитного мониторинга на основе моделирования электромагнитных полей с использованием карты удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта и фонового слоистого геоэлектрического разреза, при этом определение параметров осуществляется по критерию максимального электромагнитного отклика и включает, по крайней мере:- determination of parameters of electromagnetic monitoring based on modeling of electromagnetic fields using a map of specific electrical resistances of the predicted distribution of proppant and a background layered geoelectric section, while the determination of the parameters is carried out according to the criterion of the maximum electromagnetic response and includes at least:
- величину дипольного момента (длину проводника, сила тока) источника электромагнитного поля, его положение относительно зоны ГРП с учётом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объём пород ГРП),- the magnitude of the dipole moment (length of the conductor, current strength) of the source of the electromagnetic field, its position relative to the fracturing zone, taking into account the electrical conductivity of the rock and the distance to the target fracturing interval (volume of fractured rocks),
- узкий диапазон частот работы генератора из широкого диапазона 0,01-10 Гц,- narrow frequency range of generator operation from a wide range of 0.01-10 Hz,
- расположение пунктов наблюдения (шаг, длина профиля),- location of observation points (step, profile length),
- удаление контрольного приемника;- removal of the control receiver;
- получение данных электромагнитного мониторинга, проведённого на основе определенных параметров;- obtaining data from electromagnetic monitoring carried out on the basis of certain parameters;
- построение априорной геологогеофизической модели на основе проведённого мониторинга;- construction of an a priori geological and geophysical model based on the conducted monitoring;
- получение данных электромагнитного мониторинга после проведения ГРП;- obtaining electromagnetic monitoring data after hydraulic fracturing;
- построение апостериорной геологогеофизической модели среды на основе проведённого после ГРП мониторинга;- construction of an a posteriori geological and geophysical model of the environment based on monitoring carried out after hydraulic fracturing;
- построение модели положения проппанта на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.- construction of a proppant position model based on a difference model of the medium, reflecting the change in the electrical conductivity of the medium as a result of hydraulic fracturing and the appearance of an electrically conductive proppant.
Также технический результат достигается за счет того, что машиночитаемый носитель для использования в системе для проведения электромагнитного мониторинга ГРП, содержащий компьютерную программу, при исполнении которой на компьютере процессор выполняет следующие операции:Also, the technical result is achieved due to the fact that a computer-readable medium for use in a system for conducting electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing, containing a computer program, when executed on a computer, the processor performs the following operations:
- получение фонового слоистого геоэлектрического разреза на основе геофизических исследований скважин;- obtaining a background layered geoelectric section based on geophysical surveys of wells;
- построение модели прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учётом естественной трещиноватости и прогнозных трещин;- построение карт удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта;- building a model of predicted proppant distribution based on hydraulic fracturing modeling, taking into account natural fracturing and predicted fractures; - building maps of electrical resistivity of the predicted proppant distribution;
- определения параметров электромагнитного мониторинга на основе моделирования электромагнитных полей с использованием карты удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта и фонового слоистого геоэлектрического разреза, при этом определение параметров осуществляется по критерию максимального электромагнитного отклика и включает, по крайней мере:- determination of parameters of electromagnetic monitoring based on modeling of electromagnetic fields using a map of specific electrical resistances of the predicted distribution of proppant and a background layered geoelectric section, while the determination of the parameters is carried out according to the criterion of the maximum electromagnetic response and includes at least:
- величину дипольного момента (длину проводника, сила тока) источника электромагнитного поля, его положение относительно зоны ГРП с учётом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объём пород ГРП),- the magnitude of the dipole moment (length of the conductor, current strength) of the source of the electromagnetic field, its position relative to the fracturing zone, taking into account the electrical conductivity of the rock and the distance to the target fracturing interval (volume of fractured rocks),
- узкий диапазон частот работы генератора из широкого диапазона 0,01-10 Гц,- narrow frequency range of generator operation from a wide range of 0.01-10 Hz,
- расположение пунктов наблюдения (шаг, длина профиля),- location of observation points (step, profile length),
- удаление контрольного приемника;- removal of the control receiver;
- получение данных электромагнитного мониторинга, проведённого на основе определенных параметров;- obtaining data from electromagnetic monitoring carried out on the basis of certain parameters;
- построение априорной геологогеофизической модели на основе проведённого мониторинга;- construction of an a priori geological and geophysical model based on the conducted monitoring;
- получение данных электромагнитного мониторинга после проведения ГРП;- obtaining electromagnetic monitoring data after hydraulic fracturing;
- построение апостериорной геологогеофизической модели среды на основе проведённого после ГРП мониторинга;- construction of an a posteriori geological and geophysical model of the environment based on monitoring carried out after hydraulic fracturing;
- построение модели положения проппанта на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.- construction of a proppant position model based on a difference model of the medium, reflecting the change in the electrical conductivity of the medium as a result of hydraulic fracturing and the appearance of an electrically conductive proppant.
Таким образом, при проведении электромагнитного мониторинга ГРП получают модель изменения положения проппанта, которая имеет высокую точность. Использование геологогеофизических моделей среды позволяет более точно оценить явное различие в распределении и поведении на поверхности компонент электромагнитного поля до (априорная модель) и после (апостериорная модель) проведения ГРП, что позволяет выявить аномалии электромагнитного поля, которые вызваны наличием структуры трещин ГРП, заполненных электропроводящим проппантом. Расположение источника электромагнитного поля, при котором происходит максимальный электромагнитный отклик от проппанта, определяют с учетом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объем пород ГРП), которые определяются на основе проведенного априорного моделирования с учетом построенной геоэлектрической модели.Также точность повышается за счет того, что измеряют пять компонент электромагнитного поля. То есть рассматривают три вида поляризации: поперченные, продольные и вертикальные, что позволяет увидеть все полученные трещины ГРП и их высоту, тем самым обеспечивая возможность более точного определения проппанта в трещинах ГРП.Thus, when carrying out electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing, a model of the change in the position of the proppant is obtained, which has a high accuracy. The use of geological and geophysical models of the environment makes it possible to more accurately assess the apparent difference in the distribution and behavior of the electromagnetic field components on the surface before (a priori model) and after (a posteriori model) hydraulic fracturing, which makes it possible to identify electromagnetic field anomalies that are caused by the presence of the structure of hydraulic fractures filled with electrically conductive proppant. ... The location of the source of the electromagnetic field, at which the maximum electromagnetic response from the proppant occurs, is determined taking into account the electrical conductivity of the rock and the distance to the target interval of hydraulic fracturing (the volume of fracturing rocks), which are determined on the basis of a priori modeling, taking into account the constructed geoelectric model. that are measured by the five components of the electromagnetic field. That is, three types of polarization are considered: transverse, longitudinal and vertical, which allows you to see all the resulting hydraulic fractures and their height, thereby providing the possibility of more accurate determination of proppant in hydraulic fractures.
В данном способе используется возбуждение электромагнитного поля. Под возбуждением электромагнитного поля в источнике понимают расположение источника в скважине, подключение источника (на поверхности) к генератору переменного электромагнитного поля, генерация электромагнитного поля. Тем самым используется питающая линия, которая составлена из разных источников: два электрода, один из которых на поверхности (или на глубине, в зависимости от длины диполя), второй на глубине скважины (два точечных заземления, то есть гальванические источники) и сам источник (токовый отрезок (проводник), то есть индуктивный источник). Тем самым два электрода источника образуют электрическую составляющую поля, а токовый отрезок образует магнитную составляющую поля за счет образования конденсаторов, так как токовый отрезок расположен в скважине.This method uses the excitation of an electromagnetic field. Excitation of the electromagnetic field in the source means the location of the source in the well, the connection of the source (on the surface) to the alternating electromagnetic field generator, and the generation of the electromagnetic field. Thus, a supply line is used, which is composed of different sources: two electrodes, one of which is on the surface (or at depth, depending on the dipole length), the second at the depth of the well (two point grounding, that is, galvanic sources) and the source itself ( current segment (conductor), that is, an inductive source). Thus, the two source electrodes form the electric component of the field, and the current segment forms the magnetic component of the field due to the formation of capacitors, since the current segment is located in the borehole.
Вследствие слабых аномалий электромагнитного поля от зоны ГРП и значительной интенсивности техногенных электромагнитных помех целесообразно использовать электромагнитное поле контролируемого источника. Под электромагнитным мониторингом понимаются повторные измерения низкочастотного поля источника (вертикального электрического диполя), размещенного в скважине и приемников (пункты наблюдения) на земной поверхности.Due to weak anomalies of the electromagnetic field from the hydraulic fracturing zone and the significant intensity of man-made electromagnetic interference, it is advisable to use the electromagnetic field of the controlled source. Electromagnetic monitoring refers to repeated measurements of the low-frequency field of a source (vertical electric dipole) located in the borehole and receivers (observation points) on the earth's surface.
В основе использования электромагнитного поля лежит его зависимость от величины и структуры электропроводящей области, образуемой заполняющим проппантом при проведении ГРП. Ввиду слабой интенсивности естественного поля на уровне большой интенсивности техногенных электромагнитных помех, которые обычно присутствуют на разрабатываемых месторождениях, предпочтительнее использовать электромагнитное поле контролируемого источника. При проведении электромагнитного мониторинга ГРП в качестве источника электромагнитного поля может быть использован вертикальный электрический диполь. В зависимости от длины диполя один электрод (полюс) располагают в устье скважины или на глубине, а второй - в исследуемом пласте (в создаваемом коллекторе, обычно до 2500 м.). Также источник может быть расположен в наблюдательной скважине.The use of an electromagnetic field is based on its dependence on the size and structure of the electrically conductive region formed by the filling proppant during hydraulic fracturing. In view of the weak intensity of the natural field at the level of high intensity of man-made electromagnetic interference, which are usually present in the developed fields, it is preferable to use the electromagnetic field of the controlled source. When conducting electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing, a vertical electric dipole can be used as a source of the electromagnetic field. Depending on the length of the dipole, one electrode (pole) is placed at the wellhead or at a depth, and the other in the studied formation (in the reservoir being created, usually up to 2500 m). Also, the source can be located in the observation well.
Длина проводника (токового отрезка, который образует электрическую составляющую поля) и его положение может быть определено моделированием для каждого месторождения отдельно. При этом учитываются электропроводность породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объем пород ГРП), то есть учитывают максимальный электромагнитный отклик от проппанта.The length of the conductor (the current segment that forms the electric component of the field) and its position can be determined by modeling for each field separately. This takes into account the electrical conductivity of the rock and the distance to the target interval of hydraulic fracturing (the volume of fractured rocks), that is, the maximum electromagnetic response from the proppant is taken into account.
В одном из вариантов осуществления способа при определении параметров электромагнитного мониторинга пункты наблюдения могут располагать по площади исследования.In one of the embodiments of the method, when determining the parameters of electromagnetic monitoring, observation points can be located over the research area.
При осуществлении изобретения, а именно при определении параметров электромагнитного мониторинга ГРП пункты наблюдения могут располагать с шагом 25-500 м.When implementing the invention, namely when determining the parameters of electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing, observation points can be located with a step of 25-500 m.
При осуществлении способа в каждом пункте наблюдения располагают по два приемника горизонтальных электрических компонент поля (Ех и Еу) и по три приемника магнитных компонент поля (Нх, Ну и Hz).In the process in each point of observation on a two receivers horizontal electric field components (E x and E y) and three receivers magnetic field components (H x, H y and H z).
Способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП, при котором для проведения ГРП могут использовать электропроводящий проппант электропроводимостью более 1000 См/м.A method for conducting electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing, in which an electrically conductive proppant with an electrical conductivity of more than 1000 S / m can be used for hydraulic fracturing.
При осуществлении изобретения, а именно при определении параметров электромагнитного мониторинга ГРП каждая последующая частота работы генератора в узком диапазоне может отличаться от предыдущей в 1,5-4 раза. То есть точность мониторинга повышается, если исследования проводятся на разных частотах, которым отвечают разные величины затухания поля в массиве горных пород. При этом на высоких частотах поле начинает приобретать волновую структуру и практически полностью затухает и измерения становятся неинформативными. Таким образом, точность результата обеспечивают низкочастотные скважинно-наземные исследования - 0.01-10 Гц, на которых поле имеет квазистационарную структуру.When implementing the invention, namely when determining the parameters of electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing, each subsequent frequency of the generator in a narrow range may differ from the previous one by 1.5-4 times. That is, the monitoring accuracy increases if the studies are carried out at different frequencies, which correspond to different values of the field attenuation in the rock mass. In this case, at high frequencies, the field begins to acquire a wave structure and is almost completely damped, and measurements become uninformative. Thus, the accuracy of the result is provided by low-frequency borehole-surface surveys - 0.01-10 Hz, at which the field has a quasi-stationary structure.
При определении параметров электромагнитного мониторинга ГРП сила тока в источнике электромагнитного поля может иметь значение не меньше 70 А.When determining the parameters of electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing, the current strength in the source of the electromagnetic field can be at least 70 A.
Способ проведения электромагнитного мониторинга ГРП, при котором при определении параметров электромагнитного мониторинга ГРП в качестве контрольного приемника могут выбрать приемник с минимальным значением поля.A method for conducting electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing, in which, when determining the parameters of electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing, a receiver with a minimum field value can be selected as a control receiver.
Признаки могут быть скомбинированы в одном из вариантов осуществления изобретения, при котором в качестве источника электромагнитного поля могут использовать вертикальный электрический диполь,The features can be combined in one of the embodiments of the invention, in which a vertical electric dipole can be used as the source of the electromagnetic field,
при определении параметров электромагнитного мониторинга пункты наблюдения на земной поверхности могут располагать по площади исследования с равномерным шагом 25-500 м., в каждом пункте наблюдения могут располагать по два приемника горизонтальных электрических компонент поля (Ех и Еу) и по три приемника магнитных компонент поля (Нх, Ну и Hz), каждая последующая частота работы генератора в узком диапазоне может отличаться от предыдущей в 1,5-4 раза, сила тока в источнике электромагнитного поля может иметь значение не меньше 70 А, в качестве контрольного приемника могут выбрать приемник с минимальным значением поля, для проведения ГРП могут использовать электропроводящий проппант электропроводимостью более 1000 См/м,determining an electromagnetic monitoring parameters observation points on the Earth's surface can be placed on the study area with uniform pitch 25-500 m., at each point of observation may possess two receiver horizontal electric field components (E x and E y) and three magnetic components receiver fields (H x , H y and H z ), each subsequent frequency of the generator in a narrow range may differ from the previous one by 1.5-4 times, the current in the source of the electromagnetic field can have a value of at least 70 A, as a control receiver can choose a receiver with a minimum field value; for hydraulic fracturing, they can use an electrically conductive proppant with an electrical conductivity of more than 1000 S / m,
дополнительно могут проводить при проведении ГРП микросейсмический мониторинг ГРП и могут осуществлять наложение результатов микросейсмического мониторинга ГРП на модель положения проппанта, полученную на основе разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта.additionally, during hydraulic fracturing, they can carry out microseismic monitoring of hydraulic fracturing and can superimpose the results of microseismic monitoring of hydraulic fracturing on the proppant position model obtained on the basis of a difference model of the medium, reflecting the change in the electrical conductivity of the medium as a result of hydraulic fracturing and the appearance of an electrically conductive proppant.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими фигурами:The essence of the invention is illustrated by the following figures:
Фиг. 1 - схема проведения электромагнитного мониторинга ГРП;FIG. 1 - schematic diagram of electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing;
Фиг. 2 - схема возникновения электромагнитного поля;FIG. 2 - diagram of the occurrence of an electromagnetic field;
Фиг. 3 - результаты электрокаротажа скважины и слои фонового разреза;FIG. 3 - the results of the electric logging of the well and the layers of the background section;
Фиг. 4 - модель прогнозного распределения трещин равномерно заполненных проппантом;FIG. 4 - model of predicted fracture distribution evenly filled with proppant;
Фиг. 5 - модель прогнозного распределения трещин равномерно заполненных проппантом и проекции трещин ГРП на дневной поверхности;FIG. 5 - model of predicted distribution of fractures uniformly filled with proppant and projection of hydraulic fractures on the day surface;
Фиг. 6 - карта распределения сопротивления в слое при размере блока 100×100 м;FIG. 6 - map of the distribution of resistance in the layer with a block size of 100 × 100 m;
Фиг. 7 - модель среды: зона ГРП, различные конфигурации диполя по координате X;FIG. 7 - model of the environment: hydraulic fracturing zone, various configurations of the dipole along the X coordinate;
Фиг. 8 - модель среды: зона ГРП, различные конфигурации диполя по координате Z;FIG. 8 - model of the environment: hydraulic fracturing zone, various configurations of the dipole along the Z coordinate;
Фиг. 9 - модель среды: зона ГРП, диполь;FIG. 9 - medium model: hydraulic fracturing zone, dipole;
Фиг. 10 - график зависимости амплитуд сигнала электрического поля от частоты;FIG. 10 is a graph of the dependence of the amplitudes of the electric field signal on the frequency;
Фиг. 11 - график зависимости амплитуд магнитного поля от частоты;FIG. 11 is a graph of the dependence of the amplitudes of the magnetic field on the frequency;
Фиг. 12 - график зависимости амплитуд электрического поля от стадии ГРП, частота сигнала 3,93 Гц;FIG. 12 is a graph of the dependence of the amplitudes of the electric field on the stage of hydraulic fracturing, the signal frequency is 3.93 Hz;
Фиг. 13 - график зависимости амплитуд магнитного поля от стадии ГРП, частота сигнала 0,06 Гц;FIG. 13 is a graph of the dependence of the amplitudes of the magnetic field on the stage of hydraulic fracturing, the signal frequency is 0.06 Hz;
Фиг. 14 - карты аномалии электрического поля, 6 стадия ГРП;FIG. 14 - maps of electric field anomaly, 6 stage of hydraulic fracturing;
Фиг. 15 - карты аномалии магнитного поля, 6 стадия ГРП;FIG. 15 - maps of magnetic field anomaly, 6 stage of hydraulic fracturing;
Фиг. 16 - модель положения проппанта в трещинах ГРП. На фиг. приняты следующие обозначения:FIG. 16 - model of proppant position in hydraulic fractures. FIG. the following designations are adopted:
1 - пункты наблюдения, в котором расположены датчики электромагнитного поля,1 - observation points where the electromagnetic field sensors are located,
2 - скважина,2 - well,
3 - источник электромагнитного поля,3 - source of the electromagnetic field,
4, 5 - электроды (полюсы),4, 5 - electrodes (poles),
6 - генератор электромагнитного поля,6 - generator of the electromagnetic field,
7 - электрическая составляющая поля,7 - electric component of the field,
8 - магнитная составляющая поля,8 - magnetic component of the field,
9 - естественные трещины,9 - natural cracks,
10 - искусственные (прогнозные) трещины,10 - artificial (predictive) cracks,
11 - проекция источника на дневной поверхности,11 - projection of the source on the day surface,
12 - дневная поверхность (проекция зоны ГРП на дневной поверхности),12 - day surface (projection of the hydraulic fracturing zone on the day surface),
13 - зона ГРП.13 - hydraulic fracturing zone.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Получают фоновый слоистый геоэлектрический разрез на основе геофизических исследований скважин, а также строят модель прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учетом естественной трещиноватости и прогнозных трещин. Затем осуществляют построение карт удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта. Затем определяют параметры электромагнитного мониторинга, включая, по крайней мере, величину дипольного момента (длину проводника, сила тока) источника электромагнитного поля, его положение в скважине с учетом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объем пород ГРП), узкий диапазон частот работы генератора из диапазона 0,01-10 Гц, расположение пунктов наблюдения (шаг, длина профиля), а также удаление контрольного приемника на основе моделирования электромагнитный полей с использованием карты удельных электрических сопротивлений прогнозного распределения проппанта и фонового слоистого геоэлектрического разреза по критерию максимального электромагнитного отклика.A background layered geoelectric section is obtained based on geophysical studies of wells, and a model of predicted proppant distribution is built based on hydraulic fracturing modeling, taking into account natural fracturing and predicted fractures. Then carry out the construction of maps of specific electrical resistances of the predicted proppant distribution. Then the parameters of electromagnetic monitoring are determined, including at least the value of the dipole moment (length of the conductor, current strength) of the source of the electromagnetic field, its position in the well, taking into account the electrical conductivity of the rock and the distance to the target interval of hydraulic fracturing (volume of fracturing rocks), a narrow range of operating frequencies generator from the range of 0.01-10 Hz, the location of observation points (step, profile length), as well as the removal of the control receiver based on modeling electromagnetic fields using the map of specific electrical resistances of the predicted proppant distribution and the background layered geoelectric section according to the criterion of maximum electromagnetic response.
Оптимальные параметры электромагнитного мониторинга выбирают на основе априорных предположений об оптимальной проведении способа электромагнитного мониторинга ГРП с учетом проводимости разреза. Таким образом параметры электромагнитного мониторинга определяются моделированием для каждого месторождения отдельно.The optimal parameters of electromagnetic monitoring are selected on the basis of a priori assumptions about the optimal implementation of the method of electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing, taking into account the conductivity of the section. Thus, the parameters of electromagnetic monitoring are determined by modeling for each field separately.
Величину дипольного момента могут определить по формулеThe magnitude of the dipole moment can be determined by the formula
где I - сила тока контролируемого источника, l - длина проводника (источника).where I is the current strength of the controlled source, l is the length of the conductor (source).
Сила тока должна быть не менее 70 А. Длина проводника (источника) и его положение в скважине определяют также моделированием для каждого месторождения отдельно с учетом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объем пород ГРП).The current strength must be at least 70 A. The length of the conductor (source) and its position in the well are also determined by modeling for each field separately, taking into account the electrical conductivity of the rock and the distance to the target interval of hydraulic fracturing (volume of fractured rocks).
Затем осуществляют проведение электромагнитного мониторинга на основе определенных параметров (фиг. 1). Располагают пункты наблюдения 1 на земной поверхности с установкой контрольного приемника (на фиг. не показан). Пункты наблюдения 1 могут быть расположены на земной поверхности по площади исследования с равномерным шагом 25-500 м. Затем располагают источник 3 с электродами 4, 5 электромагнитного поля в скважине 2. Также источник может быть расположен в наблюдательной скважине (на фиг. не показан). Затем возбуждают электромагнитное поле в источнике, то есть генератор 6 возбуждает электромагнитное поле в источнике 3. Регистрируют компоненты электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Hz) на поверхности. Строят априорную геолого-геофизическую модель среды до проведения ГРП. Проводят ГРП с закачкой электропроводящего проппанта, электропроводность которого 1000 См/м и более. Затем повторно проводят электромагнитный мониторинг на основе ранее определенных параметров. То есть возбуждают электромагнитное поле в источнике генератором 6. Регистрируют компоненты электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Hz). Затем строят апостериорную геолого-геофизическую модель среды на основе проведенного после ГРП мониторинга. Осуществляют построение разностной модели среды, отражающей изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта. На основе разностной модели среды, строят модель положения проппанта, то есть определяют объемный контур (отсечка по трем координатам) зоны закрепленного проппанта в рамках модели трещин ГРП.Then carry out the carrying out of electromagnetic monitoring based on certain parameters (Fig. 1). The observation points 1 are located on the earth's surface with the installation of a control receiver (not shown in the figure). Observation points 1 can be located on the earth's surface over the study area with a uniform step of 25-500 m. Then
Способ также может применяться и на последующих стадиях ГРП.The method can also be used in subsequent stages of hydraulic fracturing.
На фиг. 2 показана схема возникновения электромагнитного поля. Под возбуждением электромагнитного поля в источнике понимают расположение источника 3 в скважине 2 (на данной схеме, один электрод 5 - в скважине на глубине, второй 4 - на поверхности), подключение источника (на поверхности) к генератору 6 переменного электромагнитного поля, генерация электромагнитного поля. Тем самым используется питающая линия, которая состоит из двух электродов 4, 5 источника, один из которых на поверхности и второй на глубине скважины (два точечных заземления, то есть гальванические источники) и самого источника (токовый отрезок (проводник), то есть индуктивный источник). Тем самым два электрода образуют электрическую составляющую поля 7, а токовый отрезок образует магнитную составляющую поля 8 за счет образования конденсаторов, так как токовый отрезок расположен в скважине.FIG. 2 shows a diagram of the occurrence of an electromagnetic field. Excitation of the electromagnetic field in the source means the location of the
Рассмотрим пример осуществления способа.Let's consider an example of implementation of the method.
Получают фоновый слоистый геоэлектрический разрез на основе геофизических исследований скважин. Фоновый слоистый геоэлектрический разрез получен на основе электрокаротажа. Пример как может выглядеть геоэлектрический разрез представлен на фиг. 3.A background layered geoelectric section is obtained on the basis of geophysical surveys of wells. The background layered geoelectric section was obtained on the basis of electric logging. An example of what a geoelectric section might look like is shown in FIG. 3.
Пласт, который является объектом ГРП залегает в диапазоне глубин от 2000 до 2100 м.The reservoir, which is the object of hydraulic fracturing, lies in the depth range from 2000 to 2100 m.
Затем строят модель прогнозного распределения проппанта на основе моделирования ГРП с учетом естественной трещиноватости и прогнозных трещин и карту удельных электрических сопротивлений. На фиг. 4 представлена модель прогнозного распределения трещин равномерно заполненных проппантом в массиве горных пород, образовавшихся в результате ГРП. То есть показаны естественные трещины 9 и прогнозные (искусственные) трещины 10. Дополнительно представлена текстовая информация о 308 трещинах (но часть из них - с нулевой раскрытостью), при этом для каждой трещины представлена информация о первом и втором вертикальных ребрах ячейки, то есть х-координаты, у-координаты, глубины до верха, глубины до низа, раскрытость в м, проницаемость в мД (не учитывалась). Трещины насыщены проппантом с высокой электропроводностью σП=1000 См/м (расчеты были также повторены для моделей с электропроводностью проппанта σП=10000, 100000 и 1000000 См/м).Then, a model of predicted proppant distribution is built based on hydraulic fracturing modeling, taking into account natural fracturing and predicted fractures, and a map of electrical resistivity. FIG. 4 shows a model of the predicted distribution of fractures uniformly filled with proppant in the rock mass formed as a result of hydraulic fracturing. That is,
На фиг. 5 представлена также модель прогнозного распределения трещин равномерно заполненных проппантом и проекции трещин на дневной поверхности 12. Так как, в данном случае раскрытость трещин составляет порядка 1 см и меньше, а горизонтальный размер трещиноватой зоны составляет свыше 1 км при глубине залегания свыше 2 км, для моделирования рассмотренную модель преобразуют в эквивалентную, состоящую из достаточно крупных блоков. Для этого было решено в диапазоне глубин 2000-2100 м вставить в центральную часть модели квадратные блоки, удельные электрические сопротивления которых были выбраны специальным образом (см. ниже), чтобы давать осредненное значение в соответствующем объеме модели с трещинами.FIG. 5 also shows a model of the predicted distribution of fractures uniformly filled with proppant and the projection of fractures on the
Чтобы определить УЭС каждого блока оценивают, какую часть его объема занимают насыщенные проппантом трещины. Для этого для каждой из трещин определялось, попадает ли она в рассматриваемый блок, и если да, то какой своей частью. Просуммировав объемы всех попавших в блок частей трещин, получаем объем части блока, насыщенной проппантом. УЭС блока (ρ) оценивалось по упрощенной формуле Дахнова:To determine the resistivity of each block, it is estimated what part of its volume is occupied by fractures saturated with proppant. To do this, for each of the cracks, it was determined whether it falls into the block under consideration, and if so, by which part of it. Summing up the volumes of all fracture parts in the block, we obtain the volume of the part of the block saturated with proppant. The unit resistivity (ρ) was estimated using the simplified Dakhnov formula:
где Р - пористостьwhere P is the porosity
σП - электропроводность проппанта.σ P is the electrical conductivity of the proppant.
Если взять модель, в которой кубические зерна разделены сплошными проводящими пленками, то пористость можно определить по формуле:If we take a model in which cubic grains are separated by continuous conductive films, then the porosity can be determined by the formula:
где кП - коэффициент пористости.where k P is the coefficient of porosity.
Тогда формула (2) имеет видThen formula (2) has the form
Тогда для электропроводности, равной σП=1000 См/м, ρП=0.001 Ом⋅м.Then for electrical conductivity equal to σ P = 1000 S / m, ρ P = 0.001 Ohm⋅m.
На фиг. 6 приведена карта распределения удельных электрических сопротивлений в слое, построенная при размере однородных блоков 100×100 м. При моделировании использовался блок размером 100×100 м, что отвечает возможностям используемой программы «ТЕНЗОР» (свидетельство о гос.регистрации программы для ЭВМ №2020614865 от 29.04.2020 г.) моделирования. Однако размер блоков не существенно влияет на полученные оценки, поскольку вследствие интегрального эффекта на удалении свыше 2 км (на земной поверхности) поле не чувствительно к мелким деталям распределения проводимости слоя.FIG. 6 shows a map of the distribution of electrical resistivity in the layer, built with a size of homogeneous blocks of 100 × 100 m. When modeling, a block of 100 × 100 m was used, which corresponds to the capabilities of the TENSOR program used (certificate of state registration of the computer program No. 2020614865 dated 04/29/2020) simulation. However, the size of the blocks does not significantly affect the estimates obtained, since due to the integral effect at a distance of more than 2 km (on the earth's surface), the field is not sensitive to fine details of the distribution of the layer conductivity.
Определяют параметры электромагнитного мониторинга:Determine the parameters of electromagnetic monitoring:
- величину дипольного момента (длину проводника, сила тока) источника электромагнитного поля, его положение с учетом электропроводности породы и дистанции до целевого интервала ГРП (объем пород ГРП),- the value of the dipole moment (length of the conductor, current strength) of the source of the electromagnetic field, its position, taking into account the electrical conductivity of the rock and the distance to the target interval of hydraulic fracturing (volume of fracturing rocks),
- узкий диапазон частот работы генератора из широкого диапазона 0,01-10 Гц,- narrow frequency range of generator operation from a wide range of 0.01-10 Hz,
- расположение пунктов наблюдения (шаг, длина приемной линии),- location of observation points (step, length of the receiving line),
- удаление контрольного датчика;- removal of the control sensor;
Параметры электромагнитного мониторинга определяются моделированием для каждого месторождения отдельно. Оптимальные параметры электромагнитного мониторинга выбираются на основе априорных предположений об оптимальной методике мониторинга с учетом проводимости разреза.The parameters of electromagnetic monitoring are determined by modeling for each field separately. The optimal parameters of electromagnetic monitoring are selected on the basis of a priori assumptions about the optimal monitoring technique, taking into account the conductivity of the section.
Для определения величины дипольного момента необходимо определить длину проводника (источника) и силу тока. В примере осуществления была выбрана сила тока 100 А исходя из имеющегося контролируемого источника тока. Для определения длины проводника и его положения осуществлялось итерационное моделирование с решением системы уравнений Максвелла, например, методом конечных разностей, для определения:To determine the magnitude of the dipole moment, it is necessary to determine the length of the conductor (source) and the current strength. In an exemplary embodiment, a current of 100 A was selected based on the available monitored current source. To determine the length of the conductor and its position, iterative modeling was carried out with the solution of the Maxwell system of equations, for example, by the finite difference method, to determine:
- амплитуд аномалий при разных координатах X диполя (фиг. 7);- the amplitudes of the anomalies at different coordinates X of the dipole (Fig. 7);
- амплитуды аномалии при разных координатах Z диполя (глубина) (фиг. 8);- the amplitude of the anomaly at different coordinates Z of the dipole (depth) (Fig. 8);
- амплитуд аномалий при разных длинах проводника (фиг. 9).- the amplitudes of the anomalies at different lengths of the conductor (Fig. 9).
Таким образом было определено, что расположение диполя со смещением 0,7 км в интервале глубин 2.0-2.1 км, с длиной 100 м будет иметь максимальный электромагнитный отклик.Thus, it was determined that the location of a dipole with a displacement of 0.7 km in the depth interval 2.0-2.1 km, with a length of 100 m will have the maximum electromagnetic response.
Тогда величина дипольного момента составит 10000 А⋅м.Then the magnitude of the dipole moment will be 10,000 A⋅m.
Узкий диапазон частот работы генератора определяется из диапазона 0,01-10 Гц. Также осуществлялось итерационное моделирование с решением системы уравнений Максвелла. В данном случае был выбран 0,06-3.93 Гц. Был выбран шаг частоты работы генератора - 2. В данном диапазоне частот наблюдается максимальный эффект аномального электромагнитного поля (на фиг. 10 и 11 приведены данные, полученные при моделировании данного диапазона: фиг. 10 - электрическое, фиг. 11 - магнитное). Анализ частот сигнала электрического и магнитного полей показал, что наибольшими амплитудами обладают сигналы с частотой 3.93 Гц и 0.06 Гц, соответственно.The narrow frequency range of the generator is determined from the range of 0.01-10 Hz. Also, iterative modeling was carried out with the solution of the Maxwell system of equations. In this case, 0.06-3.93 Hz was chosen. The frequency step of the generator was chosen - 2. In this frequency range, the maximum effect of the anomalous electromagnetic field is observed (Figs. 10 and 11 show the data obtained when modeling this range: Fig. 10 - electrical, Fig. 11 - magnetic). The analysis of the signal frequencies of the electric and magnetic fields showed that the signals with the frequency of 3.93 Hz and 0.06 Hz, respectively, have the highest amplitudes.
Все параметры электромагнитного мониторинга могут выбираться индивидуально для каждой стадии ГРП. Анализ амплитуд сигнала электрического поля на разных стадиях ГРП (1-11 стадия) показал (фиг. 12), что первая стадия не дала «положительного эффекта», максимальный вклад в аномалию внесли 2, 3, 4, 5 стадии. После 5-ой стадии каждая последующая стадия вкладывала меньший эффект, чем предыдущая, а наименьший вклад в аномалию внесли 10 и 11 стадии. Что касается данных по магнитному полю, то они частично коррелируются с данными об электрическом поле. Следует отметить, что на первых 4 стадиях магнитное поле не предоставило качественной информации и лишь только с 5 стадии данные о магнитном поле стали пригодны для их интерпретации. Наблюдая за графиком (фиг. 13), можно сказать, что 5 и 6 стадия внесли наибольший вклад в увеличение амплитуды магнитной аномалии, но по мере появления новых стадий вклад в изменение данной аномалии становился все меньше и меньше. Как и в электрическом поле, наименьший вклад в магнитную аномалию внесли 10 и 11 стадия.All parameters of electromagnetic monitoring can be selected individually for each stage of hydraulic fracturing. Analysis of the amplitudes of the electric field signal at different stages of hydraulic fracturing (stages 1-11) showed (Fig. 12) that the first stage did not give a "positive effect", the maximum contribution to the anomaly was made by
Для определения расположения пунктов наблюдения была принята площадная конфигурация с 9 профилями по 3200 м, расстоянием между профилями 325 м.To determine the location of observation points, an areal configuration was adopted with 9 profiles of 3200 m each, the distance between the profiles is 325 m.
Расположение относительно скважины 2 выбрано как показано пунктиром на дневной поверхности 12 на фиг. 5.The location relative to the
Также на основе итерационного моделирования по критерию максимального электромагнитного отклика определили:Also, on the basis of iterative modeling according to the criterion of the maximum electromagnetic response, the following was determined:
- расстояние между пунктами наблюдения из диапазона 25-500 м, в данном случае было определено расстояние между пунктами наблюдения - 100 м;- the distance between observation points from the range of 25-500 m, in this case the distance between observation points was determined - 100 m;
- выбрано удаление контрольного приемника, в данном случае было выбрано удаление соответствующее максимальному расстоянию пункта наблюдения от проекции источника дневную поверхность - 3454 м. Максимальное расстояние было определено по проекции дневной поверхности, который имеет размер 3200 м × 2600 м. Используя геометрические формулы, определили максимальное расстояние от проекции источника дневной поверхности. Выбор контрольного приемника во многом определяет точность получаемого результата.- the distance of the control receiver was selected, in this case, the distance was chosen corresponding to the maximum distance of the observation point from the projection of the source, the day surface - 3454 m. The maximum distance was determined from the projection of the day surface, which has a size of 3200 m × 2600 m. distance from the projection of the source of the day surface. The choice of the control receiver largely determines the accuracy of the result obtained.
Затем проводят исследования на основе определенных параметров (фиг. 1). Располагают пункты наблюдения 1 на земной поверхности с установкой контрольного приемника (на фиг. не показан). Располагают источник 3 электромагнитного поля в скважине 2. Возбуждают электромагнитное поле в источнике генератором 6. Затем регистрируют компоненты электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Нy и Hz) на земной поверхности.Then research is carried out based on certain parameters (Fig. 1). The observation points 1 are located on the earth's surface with the installation of a control receiver (not shown in the figure). 3, a source of an electromagnetic field in the
Строят априорную геолого-геофизическую модель среды до проведения ГРП на основе проведенного мониторинга. Априорная геолого-геофизическая модель среды до проведения ГРП в данном примере осуществления представляет собой набор данных, которые отражают электромагнитные поля, полученные до ГРП (значения компонент электромагнитного поля).An a priori geological-geophysical model of the environment is built prior to hydraulic fracturing based on the monitoring performed. A priori geological-geophysical model of the environment before hydraulic fracturing in this embodiment is a set of data that reflect the electromagnetic fields obtained before hydraulic fracturing (values of the components of the electromagnetic field).
Затем проводят ГРП с закачкой электропроводящего проппанта, электропроводность которого, в данном случае, составляет 1000 См/м.Then, hydraulic fracturing is carried out with the injection of an electrically conductive proppant, the electrical conductivity of which, in this case, is 1000 S / m.
Проводят повторные исследования на основе ранее определенных параметров, включая возбуждение электромагнитного поля в источнике и регистрацию компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Hz).By repeated measurements on the basis of the previously defined parameters including an electromagnetic field source in excitation and registration of the electromagnetic field components (E x, E y, H x, H y and H z).
Строят апостериорную геолого-геофизическую модель среды на основе проведенного после ГРП мониторинга. Апостериорная геолого-геофизическая модель среды на основе проведенного после ГРП мониторинга в данном примере осуществления представляет собой набор данных, которые отражают электромагнитные поля, полученные после проведения ГРП (значения компонент электромагнитного поля).A posteriori geological-geophysical model of the environment is built on the basis of monitoring carried out after hydraulic fracturing. A posteriori geological-geophysical model of the environment based on the monitoring carried out after hydraulic fracturing in this embodiment is a set of data that reflect the electromagnetic fields obtained after hydraulic fracturing (values of the components of the electromagnetic field).
Результатом проведения электромагнитного мониторинга ГРП являются карты аномального эффекта электрических и магнитных компонент относительно фонового уровня, полученного в результате измерения электромагнитного поля до проведения ГРП, т.е. разностные модели среды, отражающие изменение электропроводности среды в результате проведения ГРП и появления электропроводящего проппанта. Разностные модели могут быть представлены как набор диаграмм, аналогичных смоделированным картам аномалий электромагнитных полей (фиг. 14 и 15), но уже основанных не на модельных данных, а на результатах измерения до и после ГРП. Для определения положений проппанта выполняется решение обратной задачи. Основным способом решения обратной задачи является метод итерационного решения прямой задачи системы уравнений Максвелла, например, методом конечных разностей, с изменением общего объема пород, задействованного в ГРП. Результатом решения обратной задачи для компонент электромагнитного поля является «облако» распространения зон закрепленного проппанта.The result of electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing are maps of the anomalous effect of electrical and magnetic components relative to the background level obtained as a result of measuring the electromagnetic field before hydraulic fracturing, i.e. difference models of the medium, reflecting the change in the electrical conductivity of the medium as a result of hydraulic fracturing and the appearance of an electrically conductive proppant. Difference models can be represented as a set of diagrams similar to simulated maps of electromagnetic field anomalies (Figs. 14 and 15), but already based not on model data, but on the measurement results before and after hydraulic fracturing. To determine the positions of the proppant, the inverse problem is solved. The main method for solving the inverse problem is the method of iterative solution of the direct problem of the Maxwell system of equations, for example, by the finite difference method, with a change in the total volume of rocks involved in hydraulic fracturing. The result of solving the inverse problem for the components of the electromagnetic field is a "cloud" of propagation of the fixed proppant zones.
Итоговое «облако» накладывается на результаты микросейсмического мониторинга ГРП. Следующим этапом в процессе восстановления геометрии и параметров объема закрепленного проппанта является решение прямой задачи для компонент электромагнитного поля с учетом геометрии трещин, полученной в результате микросейсмического мониторинга. Итоговым результатом является согласованная модель геометрии трещин ГРП, полученная на основе данных электромагнитного и микросейсмического мониторинга (фиг. 16).The resulting "cloud" is superimposed on the results of microseismic monitoring of hydraulic fracturing. The next stage in the process of restoring the geometry and volume parameters of the fixed proppant is to solve the direct problem for the electromagnetic field components, taking into account the fracture geometry obtained as a result of microseismic monitoring. The final result is a consistent model of the geometry of hydraulic fractures, obtained on the basis of data from electromagnetic and microseismic monitoring (Fig. 16).
Реализация системы и машиночитаемого носителя осуществляется аналогично способу, описанному выше. Фоновый слоистый геоэлектрический разрез на основе геофизических исследований скважины может быть получен как ввод входной информации (например, в виде модели и таблиц) или вывод информации из базы данных. После проведения электромагнитного мониторинга до ГРП (расположение пунктов наблюдения на земной поверхности с установкой контрольного приемника, расположение источника электромагнитного поля в скважине, возбуждение электромагнитного поля в источнике, регистрация компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Hz)) получают необходимые данные. Также эти данные могут быть получены из базы данных. После проведения ГРП и электромагнитного мониторинга после ГРП (проведение ГРП с закачкой электропроводящего проппанта, возбуждение электромагнитного поля в источнике, регистрация компонент электромагнитного поля (Ех, Еу, Нх, Ну и Hz)) получают необходимые данные. Также эти данные могут быть получены из базы данных.The implementation of the system and computer-readable medium is similar to the method described above. Background layered geoelectric section based on well logging can be obtained as input of input information (for example, in the form of a model and tables) or output of information from a database. After conducting electromagnetic monitoring prior to hydraulic fracturing (location of observation points on the earth's surface with the installation of a control receiver, location of the electromagnetic field source in the borehole, excitation of the electromagnetic field in the source, registration of the electromagnetic field components (Е х , Е у , Н х , Н у and H z )) get the necessary data. Also, this data can be obtained from the database. After fracturing and electromagnetic monitoring after fracturing (fracturing with proppant injection conductive, excitation of the electromagnetic field in the source register electromagnetic field components (E x, E y, H x, H y and H z)) obtained the necessary data. Also, this data can be obtained from the database.
Таким образом, с помощью применения заявленного изобретения достигается обеспечение возможности более точного определения проппанта в трещинах ГРП, а также совершенствование способа проведения электромагнитного мониторинга за счет выбора положения источника электромагнитного поля, при котором происходит максимальный электромагнитный отклик от проппанта.Thus, using the claimed invention, it is possible to more accurately determine the proppant in hydraulic fractures, as well as to improve the method of conducting electromagnetic monitoring by choosing the position of the electromagnetic field source at which the maximum electromagnetic response from the proppant occurs.
Claims (70)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020137664A RU2757386C1 (en) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | Method for conducting electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020137664A RU2757386C1 (en) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | Method for conducting electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2757386C1 true RU2757386C1 (en) | 2021-10-14 |
Family
ID=78286309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020137664A RU2757386C1 (en) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | Method for conducting electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2757386C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115436263A (en) * | 2022-11-07 | 2022-12-06 | 中国石油大学(华东) | Crack monitoring laboratory verification method and system based on low-frequency electromagnetic induction |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2007104596A (en) * | 2007-02-07 | 2008-08-20 | Институт проблем механики Российской Академии наук (ИПМех РАН) (RU) | METHOD FOR DETERMINING PARAMETERS OF CRACK HYDRAULIC FRACTURE (OPTIONS) |
| EA011447B1 (en) * | 2006-12-20 | 2009-02-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Бв | Method of automated heterogeneous proppant placement in subterranean formation |
| WO2009142779A1 (en) * | 2008-05-19 | 2009-11-26 | William Marsh Rice University | Methods for magnetic imaging of geological structures |
| US20140190686A1 (en) * | 2013-01-04 | 2014-07-10 | Sandia Corporation | Electrically Conductive Proppant and Methods for Detecting, Locating and Characterizing the Electrically Conductive Proppant |
| US20170235019A1 (en) * | 2014-08-15 | 2017-08-17 | Carbo Ceramics Inc. | Systems and methods for removal of electromagnetic dispersion and attenuation for imaging of proppant in an induced fracture |
| US20180136359A1 (en) * | 2015-05-11 | 2018-05-17 | Groundmetrics, Inc. | Electromagnetic Data Acquisition System for Removing Near Surface Effects from Borehole to Surface Electromagnetic Data |
| RU2668602C1 (en) * | 2015-03-30 | 2018-10-02 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Determination of parameters of bottomhole fracture part of fracture with use of electromagnetic welding of bottomhole fracture part of fracture filled with conductive proppant |
| RU2695411C1 (en) * | 2018-08-24 | 2019-07-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпромнефть Научно-Технический Центр" (ООО "Газпромнефть НТЦ") | Method for determining geometry of fractures during formation hydraulic fracturing (hff) |
-
2020
- 2020-11-16 RU RU2020137664A patent/RU2757386C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA011447B1 (en) * | 2006-12-20 | 2009-02-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Бв | Method of automated heterogeneous proppant placement in subterranean formation |
| RU2007104596A (en) * | 2007-02-07 | 2008-08-20 | Институт проблем механики Российской Академии наук (ИПМех РАН) (RU) | METHOD FOR DETERMINING PARAMETERS OF CRACK HYDRAULIC FRACTURE (OPTIONS) |
| WO2009142779A1 (en) * | 2008-05-19 | 2009-11-26 | William Marsh Rice University | Methods for magnetic imaging of geological structures |
| US20140190686A1 (en) * | 2013-01-04 | 2014-07-10 | Sandia Corporation | Electrically Conductive Proppant and Methods for Detecting, Locating and Characterizing the Electrically Conductive Proppant |
| US20170235019A1 (en) * | 2014-08-15 | 2017-08-17 | Carbo Ceramics Inc. | Systems and methods for removal of electromagnetic dispersion and attenuation for imaging of proppant in an induced fracture |
| RU2668602C1 (en) * | 2015-03-30 | 2018-10-02 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Determination of parameters of bottomhole fracture part of fracture with use of electromagnetic welding of bottomhole fracture part of fracture filled with conductive proppant |
| US20180136359A1 (en) * | 2015-05-11 | 2018-05-17 | Groundmetrics, Inc. | Electromagnetic Data Acquisition System for Removing Near Surface Effects from Borehole to Surface Electromagnetic Data |
| RU2695411C1 (en) * | 2018-08-24 | 2019-07-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпромнефть Научно-Технический Центр" (ООО "Газпромнефть НТЦ") | Method for determining geometry of fractures during formation hydraulic fracturing (hff) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115436263A (en) * | 2022-11-07 | 2022-12-06 | 中国石油大学(华东) | Crack monitoring laboratory verification method and system based on low-frequency electromagnetic induction |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10983241B2 (en) | Systems and methods for locating and imaging proppant in an induced fracture | |
| Xue et al. | Modeling hydraulically fractured shale wells using the fast-marching method with local grid refinements and an embedded discrete fracture model | |
| CN105492723A (en) | Electroseismic surveying in exploration and production environments | |
| RU2668602C1 (en) | Determination of parameters of bottomhole fracture part of fracture with use of electromagnetic welding of bottomhole fracture part of fracture filled with conductive proppant | |
| CN104863574B (en) | A kind of Fluid Identification Method suitable for tight sandstone reservoir | |
| US9938818B2 (en) | Hydraulic fracture permeability characterization from electromagnetic measurements | |
| CN104898161A (en) | Effective sandstone predicting method based on logging response simulator | |
| WO2017069650A1 (en) | Reservoir monitoring using galvanically excited transient electromagnetic fields | |
| Heagy et al. | Where does the proppant go? Examining the application of electromagnetic methods for hydraulic fracture characterization | |
| RU2757386C1 (en) | Method for conducting electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing | |
| Zhang et al. | 3D modeling and inversion of the electrical resistivity tomography using steel cased boreholes as long electrodes | |
| Zhou et al. | Imaging three-dimensional hydraulic fractures in horizontal wells using functionally-graded electromagnetic contrasting proppants | |
| US10767465B1 (en) | Simulating current flow through a well casing and an induced fracture | |
| Hoversten et al. | Monitoring hydraulic-fracture volume using surface-to-borehole EM and conductive proppant | |
| CN107939385B (en) | Method for quantitatively calculating polarization value and application | |
| AU2013356645B2 (en) | Method and system of using a data weighted electromagnetic source for time-lapse monitoring of a reservoir production or hydraulic fracturing | |
| RU2736446C2 (en) | Method for electrical monitoring of reservoir-collector characteristics during development of oil deposits using steam pumping | |
| CN107945271A (en) | Three-dimensional pressure field modeling method based on geological mass tracking | |
| Hoversten et al. | Hydro-frac monitoring using ground time-domain EM | |
| CN113447991A (en) | Method and device for rebuilding underground electrical anomaly | |
| CA2940100C (en) | Method for mapping the propagation of earth fractures | |
| RU2206909C2 (en) | Process of search, prospecting, examination, evaluation and planning of development of deposits of mineral wealth | |
| US20220180028A1 (en) | Downhole electrode placement optimization | |
| Yang et al. | Borehole-to-Surface Electrical Imaging Technology for Dynamic Monitoring of Underground Gas Storage and Case Study | |
| Sun et al. | A feasibility study on time-lapse controlled-source electromagnetic method for hydraulic fracturing monitoring of Well Eyangye-2HF in Yichang, Hubei Province, China |