一種穩(wěn)定電場水平井壓裂裂縫監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種穩(wěn)定電場水平井壓裂裂縫監(jiān)測方法，包括如下步驟：步驟1，通過充電系統(tǒng)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(fù)電荷；步驟2，通過接收系統(tǒng)接收井筒電位測量電極和地面測量電極系統(tǒng)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(fā)明具有以下優(yōu)勢：能現(xiàn)場實時監(jiān)測水平井壓裂裂縫發(fā)育過程，能利用井地觀測系統(tǒng)測量電位數(shù)據(jù)，解釋水平井和直井壓裂裂縫發(fā)育全過程，能準(zhǔn)確判斷裂縫起裂點和起裂時刻，在壓裂過程中，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，不斷解釋裂縫方位和長度的變化，顯示裂縫發(fā)育全過程。
【專利說明】
一種穩(wěn)定電場水平井壓裂裂縫監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于油井壓裂裂縫監(jiān)測方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種穩(wěn)定電場水平井壓 裂裂縫監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 油田的生產(chǎn)井基本上壓裂后都需要裂縫方位監(jiān)測，而且深層氣井現(xiàn)在也需要進(jìn)行 壓裂裂縫監(jiān)測，目前國內(nèi)外直井壓裂裂縫監(jiān)測主要有電位法、微地震法和傾斜儀法。隨著勘 探開發(fā)難度加大，尤其為了提高低滲油田的產(chǎn)能和頁巖氣開發(fā)，水平井壓裂和體積壓裂技 術(shù)發(fā)展迅速，而且?guī)缀趺總€水平井都要求進(jìn)行壓裂施工，同時，需要清楚的知道水平段壓裂 裂縫發(fā)育情況，為后續(xù)油田生產(chǎn)提供資料依據(jù)。
[0003]目前，水平井壓裂裂縫監(jiān)測技術(shù)發(fā)展落后，主要由國外發(fā)展了微地震法監(jiān)測方法， 且成本高，現(xiàn)場實施困難，監(jiān)測數(shù)據(jù)點比較發(fā)散，解釋結(jié)果不理想，不能區(qū)分單一裂縫和網(wǎng) 狀裂縫。
[0004] 電位法和傾斜儀法能對直井進(jìn)行監(jiān)測，但都不能對水平井直接監(jiān)測，并且現(xiàn)在這 兩種方法和技術(shù)都單純利用地面布置測點監(jiān)測，無法井下和地面同時監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)不具 有實時性，無法判斷監(jiān)測起裂點和起裂時間，只能在壓裂裂縫發(fā)展到一定規(guī)模時才能監(jiān)測 到數(shù)據(jù)，并且監(jiān)測的數(shù)據(jù)都具有多解性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種穩(wěn)定電場水平井壓裂裂縫監(jiān)測方法，能現(xiàn)場實時 監(jiān)測水平井和直井壓裂裂縫發(fā)育過程，能監(jiān)測壓裂裂縫起裂點位置和起裂時間，能在壓裂 每個時刻監(jiān)測壓裂裂縫方位、長度和寬度。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0007] -種穩(wěn)定電場水平井壓裂裂縫監(jiān)測方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟1，通過充電系統(tǒng)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(fù)電荷；
[0009]步驟2,通過接收系統(tǒng)接收井筒電位測量電極和地面測量電極系統(tǒng)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(tǒng)布設(shè)于地表；
[0010] 當(dāng)待測井是水平井壓裂時，所述地面測量電極系統(tǒng)是指由與待測水平段井筒軌跡 地面投影平行布設(shè)的若干測點組成的測試系統(tǒng)；
[0011] 當(dāng)待測井是直井壓裂時，所述地面測量電極系統(tǒng)是指以直井井筒中心為中心，以 圓環(huán)或者數(shù)條以井筒中心為起點的射線布設(shè)的測點。
[0012] 當(dāng)待測井是斜井壓裂時，所述地面測量電極系統(tǒng)是指以壓裂射孔點位置在地面投 影為中心，以圓環(huán)或者數(shù)條以井筒中心為起點的射線布設(shè)的測點；
[0013] 步驟3,可以根據(jù)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(jìn)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(fā)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(biāo)，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(biāo)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(fā)育方向；曲線的峰值寬度也就是網(wǎng)狀裂縫的寬度。
[0016] 進(jìn)一步的，所述充電系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)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(wěn)定的充電電場。
[0017] 進(jìn)一步的，當(dāng)待測井是水平井壓裂時，需要布設(shè)2條以上測線，布設(shè)的測點數(shù)根據(jù) 壓裂井段長度和射孔簇數(shù)來設(shè)計;測點間距離一般距離在2-10m間。
[0018]進(jìn)一步的，當(dāng)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(huán)上布置48測點或者24個測點。
[0019] 進(jìn)一步的，所述井筒電位測量電極和地面測量電極系統(tǒng)的測點間距離可以是等 距，也可以是不等距。
[0020] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：
[0021] (1)本發(fā)明能現(xiàn)場實時監(jiān)測水平井壓裂裂縫發(fā)育過程，能利用井地觀測系統(tǒng)測量 電位數(shù)據(jù)，解釋水平井和直井壓裂裂縫發(fā)育全過程，能準(zhǔn)確判斷裂縫起裂點和起裂時刻，在 壓裂過程中，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，不斷解釋裂縫方位和長度的變化，顯示裂縫發(fā)育全過程；
[0022] (2)本發(fā)明能解釋單裂縫，多裂縫和區(qū)域網(wǎng)狀裂縫，解決了全程監(jiān)測油田水平井和 直井壓裂裂縫發(fā)育過程的問題，可以現(xiàn)場協(xié)助指導(dǎo)壓裂，現(xiàn)場調(diào)整壓裂參數(shù)，確保壓裂取得 好的效果，監(jiān)測結(jié)果也可在油田壓后產(chǎn)能預(yù)測中得到應(yīng)用。
【附圖說明】
[0023] 構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0024] 圖1是本發(fā)明的穩(wěn)定電場測試原理圖；
[0025]圖2是本發(fā)明水平井測線布設(shè)圖；
[0026] 圖3是本發(fā)明直井和斜井測線布設(shè)圖；
[0027] 圖4是本發(fā)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(fā)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(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。
[0032]本發(fā)明方法的原理為：當(dāng)對良導(dǎo)地質(zhì)體進(jìn)行充電時，若良導(dǎo)地質(zhì)體的電阻率遠(yuǎn)小 于圍巖電阻率時（〈200倍），我們便可近似地把它看作理想導(dǎo)體。當(dāng)理想導(dǎo)體位于一般導(dǎo)電 介質(zhì)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(dǎo)體，然后垂直于導(dǎo) 體表面流向周圍介質(zhì)。電流在理想導(dǎo)體內(nèi)流過時，不產(chǎn)生電位降，導(dǎo)體內(nèi)電位處處相等，故 又稱理想導(dǎo)體為等電位體。理想導(dǎo)體的充電電場與充電點的位置無關(guān)，只決定于充電電流 的大小，充電導(dǎo)體的形狀、產(chǎn)狀、大小、位置及周圍介質(zhì)的電性分布情況。
[0033] 當(dāng)我們進(jìn)行壓裂作業(yè)時，壓裂液這些帶有電解質(zhì)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(dǎo)體。這樣，如果向這些電解質(zhì)充電，并觀測充電電場 的分布，便可據(jù)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(jìn)發(fā)育情況。因此，本發(fā)明利用壓裂過程的良導(dǎo)體形成穩(wěn)定充電電場，可以監(jiān)測裂縫前 端與地面的電位變化，從而解釋裂縫發(fā)育過程。
[0034] 下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0035] -種穩(wěn)定電場水平井壓裂裂縫監(jiān)測方法，包括如下步驟：
[0036]步驟1，通過充電系統(tǒng)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(fù)電荷；
[0037] 所述充電系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)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(wěn)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(tǒng)接收井筒電位測量電極和地面測量電極系統(tǒng)的點位信息，從 而監(jiān)測裂縫前端與地面的電位變化，解釋裂縫發(fā)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(tǒng)布設(shè) 于地表；
[0039] 當(dāng)待測井是水平井壓裂時，所述地面測量電極系統(tǒng)是指由與待測水平段井筒軌跡 地面投影平行布設(shè)的若干測點組成的測試系統(tǒng)，如圖2所示，根據(jù)現(xiàn)場測試需要，需要布設(shè)2 條以上測線，布設(shè)的測點數(shù)根據(jù)壓裂井段長度和射孔簇數(shù)來設(shè)計;測點間距離可以根據(jù)實 際要求和設(shè)計來布設(shè)，一般距離在2-10m間；
[0040] 當(dāng)待測井是直井壓裂時，如圖3所示，所述地面測量電極系統(tǒng)是指以直井井筒中心 為中心，以圓環(huán)或者數(shù)條以井筒中心為起點的射線布設(shè)的測點。
[0041] 當(dāng)待測井是斜井壓裂時，如圖3所示，所述地面測量電極系統(tǒng)是指以壓裂射孔點位 置在地面投影為中心，以圓環(huán)或者數(shù)條以井筒中心為起點的射線布設(shè)的測點。
[0042] 當(dāng)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(huán)上布置48測點或者24個測點，當(dāng)然，根據(jù)實際需要，每個圓環(huán)上也可任 意布設(shè)測點，兩個測點間的夾角也可以任意調(diào)整。
[0043]以上所述井筒電位測量電極和地面測量電極系統(tǒng)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(jù)測量值計算每個壓裂時刻的裂縫方位、長度和寬度，實現(xiàn)了實時 監(jiān)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(fā)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(biāo)，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(biāo)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(fā)育方向；曲線的峰值寬度也就是網(wǎng) 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(wǎng)狀裂縫，網(wǎng)狀 裂縫寬度由實測曲線峰值寬度給出；因為對于地層中發(fā)展的網(wǎng)狀裂縫，壓裂液充入其中時， 也相應(yīng)帶充電電荷進(jìn)入該網(wǎng)狀區(qū)域，則地面相應(yīng)該區(qū)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(yīng)為曲線峰值寬度加大，該曲線峰值寬度也就是該網(wǎng)狀裂縫的寬度 (圖5中的曲線反應(yīng)的就是網(wǎng)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(dǎo)體，通過地面上的穩(wěn)定電壓的供 電系統(tǒng)為井中充入方波直流電;在壓裂裂縫開始開裂后，以穩(wěn)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(dǎo)體，井筒電極的電位與裂縫前端 電位值相等，因此，監(jiān)測數(shù)據(jù)為裂縫前端電位和地面地位，實現(xiàn)了井地監(jiān)測。
[0049] 現(xiàn)場測試信號實時的反應(yīng)了整個壓裂裂縫發(fā)育過程，并且能清晰的顯示單一裂縫 和網(wǎng)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(tǒng)設(shè)計及布設(shè)如圖 2所示，由于為水平井，平行于水平井井段軌跡布設(shè)測線，每邊兩條測線。
[0051 ]本實施例采用的供電系統(tǒng)為專利;為CN201020157269.8，專利名稱為"能加載偽隨 機(jī)編碼的可控信號發(fā)射儀"；本實施例采用的接收系統(tǒng)為專利號為201010147421.9,專利名 稱為"能加載偽隨機(jī)編碼的可控信號接收儀"公開的接收機(jī)
[0052]和接收系統(tǒng)，供電系統(tǒng)分別見專利號為CN201020157269.8,專利名稱為"能加載偽 隨機(jī)編碼的可控信號發(fā)射儀"和專利號為201010147421.9，專利名稱為"能加載偽隨機(jī)編碼 的可控信號接收儀"；通過此-接收系統(tǒng)實時動態(tài)的接收測量數(shù)據(jù)，現(xiàn)場共測試5段，連續(xù)測 得每個測點的電位信號，每兩分半一個測量數(shù)據(jù)，監(jiān)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(jiān) 測到的電位差值，每一個測點兩分半中監(jiān)測到一個數(shù)據(jù)，所以每兩分半繪制一條曲線，該曲 線就是當(dāng)下時刻的壓裂裂縫監(jiān)測曲線，峰值表示在該監(jiān)測點下的地層中發(fā)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(yīng)的充電電荷就集中在該區(qū)域，電荷集中就造 成了地面相應(yīng)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(fā)育過 程，當(dāng)然，該峰值連線也就指明了裂縫的發(fā)育方向。
[0054]信號反應(yīng)第一段壓裂形成兩條裂縫，數(shù)據(jù)顯示為單裂縫，第二段壓裂形成3條壓裂 裂縫，數(shù)據(jù)顯示為網(wǎng)狀壓裂裂縫，并且每個壓裂裂縫的寬度都不一樣，可以根據(jù)測量值計算 每個壓裂時刻的裂縫方位、長度和寬度，實現(xiàn)了實時監(jiān)測。
[0055]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種穩(wěn)定電場水平井壓裂裂縫監(jiān)測方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟1，通過充電系統(tǒng)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(fù)電荷； 步驟2,通過接收系統(tǒng)接收井筒電位測量電極和地面測量電極系統(tǒng)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(tǒng)布設(shè)于地表； 當(dāng)待測井是水平井壓裂時，所述地面測量電極系統(tǒng)是指由與待測水平段井筒軌跡地面 投影平行布設(shè)的若干測點組成的測試系統(tǒng)； 當(dāng)待測井是直井壓裂時，所述地面測量電極系統(tǒng)是指W直井井筒中屯、為中屯、，W圓環(huán) 或者數(shù)條W井筒中屯、為起點的射線布設(shè)的測點。 當(dāng)待測井是斜井壓裂時，所述地面測量電極系統(tǒng)是指W壓裂射孔點位置在地面投影為 中屯、，W圓環(huán)或者數(shù)條W井筒中屯、為起點的射線布設(shè)的測點； 步驟3,可W根據(jù)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(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定電場水平井壓裂裂縫監(jiān)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(fā)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(biāo)，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(biāo)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(fā)育方向；曲線的峰值寬度也就是網(wǎng)狀裂縫的寬度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定電場水平井壓裂裂縫監(jiān)測方法，其特征在于:所述充電系 統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)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(wěn)定的充 電電場。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定電場水平井壓裂裂縫監(jiān)測方法，其特征在于：當(dāng)待測井是 水平井壓裂時，需要布設(shè)2條W上測線，布設(shè)的測點數(shù)根據(jù)壓裂井段長度和射孔簇數(shù)來設(shè) 計;測點間距離一般距離在2-lOm間。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定電場水平井壓裂裂縫監(jiān)測方法，其特征在于：當(dāng)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(huán)上布置48測 點或者24個測點。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定電場水平井壓裂裂縫監(jiān)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(tǒng)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(fā)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(tuán)有限責(zé)任公司