一種穩定電場水平井壓裂裂縫監測方法
【專利摘要】本發明提供了一種穩定電場水平井壓裂裂縫監測方法，包括如下步驟：步驟1，通過充電系統給壓裂施工井中的供電井筒A和壓裂液充入正電荷，給距離供電井筒A在1000m以上的帶有套管的供電井筒B充負電荷；步驟2，通過接收系統接收井筒電位測量電極和地面測量電極系統的點位信息；其中所述井筒電位測量電極是通過信號線和供電井筒A引入的壓裂裂縫前端電位的測量電極。本發明具有以下優勢：能現場實時監測水平井壓裂裂縫發育過程，能利用井地觀測系統測量電位數據，解釋水平井和直井壓裂裂縫發育全過程，能準確判斷裂縫起裂點和起裂時刻，在壓裂過程中，根據監測數據，不斷解釋裂縫方位和長度的變化，顯示裂縫發育全過程。
【專利說明】
一種穩定電場水平井壓裂裂縫監測方法
技術領域
[0001] 本發明屬于油井壓裂裂縫監測方法技術領域，尤其是涉及一種穩定電場水平井壓 裂裂縫監測方法。
【背景技術】
[0002] 油田的生產井基本上壓裂后都需要裂縫方位監測，而且深層氣井現在也需要進行 壓裂裂縫監測，目前國內外直井壓裂裂縫監測主要有電位法、微地震法和傾斜儀法。隨著勘 探開發難度加大，尤其為了提高低滲油田的產能和頁巖氣開發，水平井壓裂和體積壓裂技 術發展迅速，而且幾乎每個水平井都要求進行壓裂施工，同時，需要清楚的知道水平段壓裂 裂縫發育情況，為后續油田生產提供資料依據。
[0003]目前，水平井壓裂裂縫監測技術發展落后，主要由國外發展了微地震法監測方法， 且成本高，現場實施困難，監測數據點比較發散，解釋結果不理想，不能區分單一裂縫和網 狀裂縫。
[0004] 電位法和傾斜儀法能對直井進行監測，但都不能對水平井直接監測，并且現在這 兩種方法和技術都單純利用地面布置測點監測，無法井下和地面同時監測，監測數據不具 有實時性，無法判斷監測起裂點和起裂時間，只能在壓裂裂縫發展到一定規模時才能監測 到數據，并且監測的數據都具有多解性。
【發明內容】
[0005] 有鑒于此，本發明旨在提出一種穩定電場水平井壓裂裂縫監測方法，能現場實時 監測水平井和直井壓裂裂縫發育過程，能監測壓裂裂縫起裂點位置和起裂時間，能在壓裂 每個時刻監測壓裂裂縫方位、長度和寬度。
[0006]為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
[0007] -種穩定電場水平井壓裂裂縫監測方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟1，通過充電系統給壓裂施工井中的供電井筒A和壓裂液充入正電荷，給距離 供電井筒A在1000m以上的帶有套管的供電井筒B充負電荷；
[0009]步驟2,通過接收系統接收井筒電位測量電極和地面測量電極系統的點位信息;其 中所述井筒電位測量電極是通過信號線和供電井筒A引入的壓裂裂縫前端電位的測量電 極，所述地面測量電極系統布設于地表；
[0010] 當待測井是水平井壓裂時，所述地面測量電極系統是指由與待測水平段井筒軌跡 地面投影平行布設的若干測點組成的測試系統；
[0011] 當待測井是直井壓裂時，所述地面測量電極系統是指以直井井筒中心為中心，以 圓環或者數條以井筒中心為起點的射線布設的測點。
[0012] 當待測井是斜井壓裂時，所述地面測量電極系統是指以壓裂射孔點位置在地面投 影為中心，以圓環或者數條以井筒中心為起點的射線布設的測點；
[0013] 步驟3,可以根據步驟2得到的測量值計算每個壓裂時刻的裂縫方位、長度和寬度。
[0014] 進一步的，步驟3中，壓裂長度Lt由每個時刻電位差值計算，計算公式為：
公式中為測試點，Uma指地面某一測點M與供電井筒A之間 的測量電位差，Lt為t時刻裂縫的發育長度，h為測試點距裂縫前端的豎直距離；
[0015] 以地面測點與供電井筒A之間的測量電位差作為縱坐標，以平行于水平井井筒水 平段地面投影的測點點號為橫坐標做出若干測點的測試曲線圖，每個時刻的曲線的峰值連 線就指明了裂縫的發育方向；曲線的峰值寬度也就是網狀裂縫的寬度。
[0016] 進一步的，所述充電系統產生穩定電壓的方波直流電，給供電井筒A和供電井筒B 充電，供電過程中形成穩定的充電電場。
[0017] 進一步的，當待測井是水平井壓裂時，需要布設2條以上測線，布設的測點數根據 壓裂井段長度和射孔簇數來設計;測點間距離一般距離在2-10m間。
[0018]進一步的，當待測井是直井壓裂或斜井壓裂時，一般兩個測點的夾角為7.5°或者 15°，也就是每個圓環上布置48測點或者24個測點。
[0019] 進一步的，所述井筒電位測量電極和地面測量電極系統的測點間距離可以是等 距，也可以是不等距。
[0020] 相對于現有技術，本發明具有以下優勢：
[0021] (1)本發明能現場實時監測水平井壓裂裂縫發育過程，能利用井地觀測系統測量 電位數據，解釋水平井和直井壓裂裂縫發育全過程，能準確判斷裂縫起裂點和起裂時刻，在 壓裂過程中，根據監測數據，不斷解釋裂縫方位和長度的變化，顯示裂縫發育全過程；
[0022] (2)本發明能解釋單裂縫，多裂縫和區域網狀裂縫，解決了全程監測油田水平井和 直井壓裂裂縫發育過程的問題，可以現場協助指導壓裂，現場調整壓裂參數，確保壓裂取得 好的效果，監測結果也可在油田壓后產能預測中得到應用。
【附圖說明】
[0023] 構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
[0024] 圖1是本發明的穩定電場測試原理圖；
[0025]圖2是本發明水平井測線布設圖；
[0026] 圖3是本發明直井和斜井測線布設圖；
[0027] 圖4是本發明一個實施例的水平井第一段實測信號曲線；
[0028] 圖5是本發明一個實施例的水平井第二段實測信號曲線。
[0029] 圖中，A、B分別代表供電井筒A和供電井筒B，
[0030] 圖2中的1、2、3、4、5為水平井分段壓裂的序號。
【具體實施方式】
[0031]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。
[0032]本發明方法的原理為：當對良導地質體進行充電時，若良導地質體的電阻率遠小 于圍巖電阻率時（〈200倍），我們便可近似地把它看作理想導體。當理想導體位于一般導電 介質中時，向其上任意一點供電（或稱"充電"）后，電流便遍及整個理想導體，然后垂直于導 體表面流向周圍介質。電流在理想導體內流過時，不產生電位降，導體內電位處處相等，故 又稱理想導體為等電位體。理想導體的充電電場與充電點的位置無關，只決定于充電電流 的大小，充電導體的形狀、產狀、大小、位置及周圍介質的電性分布情況。
[0033] 當我們進行壓裂作業時，壓裂液這些帶有電解質的溶液相對其周圍巖石而言，電 阻率很低（<10000倍），可看成是理想導體。這樣，如果向這些電解質充電，并觀測充電電場 的分布，便可據此推斷整個地下壓裂流體與其周圍巖石的電性分布情況，從而解釋壓裂裂 縫推進發育情況。因此，本發明利用壓裂過程的良導體形成穩定充電電場，可以監測裂縫前 端與地面的電位變化，從而解釋裂縫發育過程。
[0034] 下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0035] -種穩定電場水平井壓裂裂縫監測方法，包括如下步驟：
[0036]步驟1，通過充電系統給壓裂施工井中的供電井筒A和壓裂液充入正電荷，給距離 供電井筒A在1000m以上的帶有套管的供電井筒B充負電荷；
[0037] 所述充電系統產生穩定電壓的方波直流電，給供電井筒A和供電井筒B充電，供電 過程中形成穩定的充電電場，其中充電井筒A為施工井筒，實際是利用井筒的套管和壓裂 液，把電場直接引入壓裂裂縫前端；
[0038] 步驟2,通過接收系統接收井筒電位測量電極和地面測量電極系統的點位信息，從 而監測裂縫前端與地面的電位變化，解釋裂縫發育過程;其中所述井筒電位測量電極是通 過信號線和供電井筒A引入的壓裂裂縫前端電位的測量電極，所述地面測量電極系統布設 于地表；
[0039] 當待測井是水平井壓裂時，所述地面測量電極系統是指由與待測水平段井筒軌跡 地面投影平行布設的若干測點組成的測試系統，如圖2所示，根據現場測試需要，需要布設2 條以上測線，布設的測點數根據壓裂井段長度和射孔簇數來設計;測點間距離可以根據實 際要求和設計來布設，一般距離在2-10m間；
[0040] 當待測井是直井壓裂時，如圖3所示，所述地面測量電極系統是指以直井井筒中心 為中心，以圓環或者數條以井筒中心為起點的射線布設的測點。
[0041] 當待測井是斜井壓裂時，如圖3所示，所述地面測量電極系統是指以壓裂射孔點位 置在地面投影為中心，以圓環或者數條以井筒中心為起點的射線布設的測點。
[0042] 當待測井是直井壓裂或斜井壓裂時，如圖3所示，一般兩個測點的夾角為7.5°或者 15°，也就是每個圓環上布置48測點或者24個測點，當然，根據實際需要，每個圓環上也可任 意布設測點，兩個測點間的夾角也可以任意調整。
[0043]以上所述井筒電位測量電極和地面測量電極系統的測點的測點間距離可以是等 距，也可以是不等距。
[0044]步驟3,可以根據測量值計算每個壓裂時刻的裂縫方位、長度和寬度，實現了實時 監測，具體的，
[0045] 壓裂長度Lt由每個時刻電位差值計算，計算公式為:_ 公式中：I為供電電流，P為圍巖電阻率，M為測試點，Uma指地面某一測點M與供電井筒A之間的 測量電位差（由于供電井筒A和裂縫的電位一樣，所以也就是地面某一測點與裂縫的電位 差），Lt為t時刻裂縫的發育長度，h為測試點距裂縫前端的豎直距離，r為測點與壓裂起裂點 (也就是射孔點）的距離；
[0046] 以地面測點與供電井筒A之間的測量電位差作為縱坐標，以平行于水平井井筒水 平段地面投影的測點點號為橫坐標做出若干測點的測試曲線圖，本實施例相鄰兩個測點距 離是5米，每個時刻的曲線的峰值連線就指明了裂縫的發育方向；曲線的峰值寬度也就是網 狀裂縫的寬度；
[0047] 因為對于單個裂縫，裂縫寬度很小，為幾毫米，一般不用計算，對于網狀裂縫，網狀 裂縫寬度由實測曲線峰值寬度給出；因為對于地層中發展的網狀裂縫，壓裂液充入其中時， 也相應帶充電電荷進入該網狀區域，則地面相應該區域的多個測點和井筒A間的測量電位 差都增大，在曲線上反應為曲線峰值寬度加大，該曲線峰值寬度也就是該網狀裂縫的寬度 (圖5中的曲線反應的就是網狀裂縫）。
[0048] 所述供電井筒A是利用井筒和壓裂液這兩個良導體，通過地面上的穩定電壓的供 電系統為井中充入方波直流電;在壓裂裂縫開始開裂后，以穩定電壓不停供電，由于壓裂裂 縫不斷延伸，電荷隨壓裂液不斷供入裂縫前端；由于為良導體，井筒電極的電位與裂縫前端 電位值相等，因此，監測數據為裂縫前端電位和地面地位，實現了井地監測。
[0049] 現場測試信號實時的反應了整個壓裂裂縫發育過程，并且能清晰的顯示單一裂縫 和網狀裂縫。
[0050] 本實施例的待測井為水平井，其測試原理如圖1所示，其觀測系統設計及布設如圖 2所示，由于為水平井，平行于水平井井段軌跡布設測線，每邊兩條測線。
[0051 ]本實施例采用的供電系統為專利;為CN201020157269.8，專利名稱為"能加載偽隨 機編碼的可控信號發射儀"；本實施例采用的接收系統為專利號為201010147421.9,專利名 稱為"能加載偽隨機編碼的可控信號接收儀"公開的接收機
[0052]和接收系統，供電系統分別見專利號為CN201020157269.8,專利名稱為"能加載偽 隨機編碼的可控信號發射儀"和專利號為201010147421.9，專利名稱為"能加載偽隨機編碼 的可控信號接收儀"；通過此-接收系統實時動態的接收測量數據，現場共測試5段，連續測 得每個測點的電位信號，每兩分半一個測量數據，監測曲線清晰的顯示了裂縫起裂時間和 起裂位置。
[0053]圖4和圖5分別為測得的第一段和第二段分段壓裂的信號，圖中曲線是各個測點監 測到的電位差值，每一個測點兩分半中監測到一個數據，所以每兩分半繪制一條曲線，該曲 線就是當下時刻的壓裂裂縫監測曲線，峰值表示在該監測點下的地層中發育裂縫，因為只 有裂縫開裂了，流體才會沿裂縫向前流動，響應的充電電荷就集中在該區域，電荷集中就造 成了地面相應測點的電位差增大。每個時刻的峰值連線就代表了該裂縫隨時間的發育過 程，當然，該峰值連線也就指明了裂縫的發育方向。
[0054]信號反應第一段壓裂形成兩條裂縫，數據顯示為單裂縫，第二段壓裂形成3條壓裂 裂縫，數據顯示為網狀壓裂裂縫，并且每個壓裂裂縫的寬度都不一樣，可以根據測量值計算 每個壓裂時刻的裂縫方位、長度和寬度，實現了實時監測。
[0055]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種穩定電場水平井壓裂裂縫監測方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟1，通過充電系統給壓裂施工井中的供電井筒A和壓裂液充入正電荷，給距離供電 井筒A在lOOOmW上的帶有套管的供電井筒B充負電荷； 步驟2,通過接收系統接收井筒電位測量電極和地面測量電極系統的點位信息;其中所 述井筒電位測量電極是通過信號線和供電井筒A引入的壓裂裂縫前端電位的測量電極，所 述地面測量電極系統布設于地表； 當待測井是水平井壓裂時，所述地面測量電極系統是指由與待測水平段井筒軌跡地面 投影平行布設的若干測點組成的測試系統； 當待測井是直井壓裂時，所述地面測量電極系統是指W直井井筒中屯、為中屯、，W圓環 或者數條W井筒中屯、為起點的射線布設的測點。 當待測井是斜井壓裂時，所述地面測量電極系統是指W壓裂射孔點位置在地面投影為 中屯、，W圓環或者數條W井筒中屯、為起點的射線布設的測點； 步驟3,可W根據步驟2得到的測量值獲得每個壓裂時刻的裂縫方位、長度和寬度。2. 根據權利要求1所述的穩定電場水平井壓裂裂縫監測方法，其特征在于： 步驟3中，壓裂長度L油每個時刻電位差值計算，計算公式為:Δ?ΜΛ賊二^的-^如-審'去. , 公式中:Μ為測試點，Uma指地面某一測點Μ與供電井筒A之間的測量電位差，U為t時刻裂縫的 發育長度，h為測試點距裂縫前端的豎直距離； W地面測點與供電井筒A之間的測量電位差作為縱坐標，W平行于水平井井筒水平段 地面投影的測點點號為橫坐標做出若干測點的測試曲線圖，每個時刻的曲線的峰值連線就 指明了裂縫的發育方向；曲線的峰值寬度也就是網狀裂縫的寬度。3. 根據權利要求1所述的穩定電場水平井壓裂裂縫監測方法，其特征在于:所述充電系 統產生穩定電壓的方波直流電，給供電井筒A和供電井筒B充電，供電過程中形成穩定的充 電電場。4. 根據權利要求1所述的穩定電場水平井壓裂裂縫監測方法，其特征在于：當待測井是 水平井壓裂時，需要布設2條W上測線，布設的測點數根據壓裂井段長度和射孔簇數來設 計;測點間距離一般距離在2-lOm間。5. 根據權利要求1所述的穩定電場水平井壓裂裂縫監測方法，其特征在于：當待測井是 直井壓裂或斜井壓裂時，一般兩個測點的夾角為7.5°或者15°，也就是每個圓環上布置48測 點或者24個測點。6. 根據權利要求1所述的穩定電場水平井壓裂裂縫監測方法，其特征在于:所述井筒電 位測量電極和地面測量電極系統的測點間距離可W是等距，也可W是不等距。
【文檔編號】E21B43/26GK105840185SQ201610196964
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】王愛國, 單桂棟, 張勝傳, 余洲, 張金成, 曾曉輝
【申請人】大港油田集團有限責任公司