一種通過電磁信號監測水力裂縫擴展過程的實驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種通過電磁信號監測水力裂縫擴展的實驗方法，應用于監測水力壓裂裂縫擴展過程中產生的電磁信號，尤其是實時監測裂縫尖端處的電磁信號強度，同時解釋了信號產生的機制，以及裂縫擴展過程中電磁場的分布情況。
【背景技術】
[0002]水力壓裂過程中，裂縫在儲層中擴展延伸時，尤其是含離子溶液高儲層，裂縫尖端儲層中的離子不斷的溶解到壓裂液中形成電流，從而產生電磁信號，直至儲層和壓裂液之間達到電平衡狀態，即裂縫形成之后，裂縫壁面儲層與壓裂液流體之間不再產生離子交換，無電流產生，因此不再產生電磁信號。由于目前現場壓裂工況復雜，監測成本高，因此并沒有成功應用的實施案例。因此有必要通過實驗模擬監測裂縫擴展過程中電磁信號的過程，探究水力裂縫擴展過程中電磁信號產生機制。假設裂縫是均勻擴展，試件為各向同性介質，電磁信號的強度為縫內的流體壓力剖面的函數。由于電磁信號與發射源的性質有關，同時其在不同介質中傳播的速度不一樣，其電磁信號的強度隨著距離也發生變化。通過監測記錄水力裂縫內電磁信號從而獲得水力裂縫的特征信息，為將來通過電磁信號監測現場水力壓裂裂縫擴展提供理論支持。
[0003]目前現場中主要通過微地震監測裂縫的擴展，通過P波和S波反演裂縫形態，通過傾斜儀監測地表的變形從而得到裂縫的幾何形態(長度、高度、傾角)和走向，綜合運用微地震、井下測量工具和表面傾斜儀是當今唯一監測現場水力壓裂的手段，但是該方法無法監測拉伸破壞形成的水力裂縫，并且通過測量得到的裂縫形態與微地震測量的結果不相符。同時由于濾失區域也存在大量的聲發射信號，所測裂縫規模往往要大于實際的裂縫形態規模。而室內實驗不能準確的監測三軸壓力下的聲發射信號，尤其是無法監測拉伸破壞產生的裂縫。本發明提供了一種通過電磁信號監測水力裂縫擴展過程的實驗方法，監測水力裂縫擴展過程中產生的電磁信號，探究電磁信號產生的機制，以此指導現場通過電磁信號監測水力壓裂裂縫擴展過程。
【發明內容】
[0004]本發明提供了一種通過電磁信號監測水力裂縫擴展過程的實驗方法，通過電磁信號探頭監測裂縫尖端離子放電所產生的電磁信號，從而對水力裂縫的產生及擴展過程進行監測。
[0005]為此，本發明所采用的技術方案是:
[0006]本發明提供了一種通過電磁信號檢測水力裂縫擴展過程的室內實驗方法，該方法包括以下步驟:(a)制作圓柱形的人工試件或天然試件，在試件的軸線中間位置預制井筒，將準備好的試件放置在Nacl溶液中進行飽和處理；(b)待試件飽和處理完后，在試件表面粘貼電磁信號監測探頭；(C)將所述試件置于普通三軸實驗架上施加圍壓，使用清水作為壓裂液，開啟壓裂液注入栗將壓裂液以恒定的速率注入試件內部；(d)注入壓裂液的同時開啟電磁信號檢測器，記錄電磁信號強度，監測裂縫的擴展過程。
[0007]進一步地，在步驟(a)中，所述人工試件為水泥試件，制作水泥試件時，在水泥灰中添加Nacl或Kcl
[0008]進一步地，在步驟(a)中，所述試件，對于人工試件，在制作水泥試件時將井筒預制進水泥中；對于天然試件，首先在天然試件的中間位置鉆孔，然后用植筋膠將井筒固定在鉆孔中；
[0009]進一步地，在步驟(a)中，所述人工試件或天然試件為均質、各向同性試件；
[0010]進一步地，在步驟(a)中，所述圓柱體試件也可以為長方體試件；
[0011 ] 進一步地，在步驟(a)中，所述Nacl溶液也可以為Kcl溶液；
[0012]進一步地，在步驟(a)中，所述飽和試件測量其電導率，直至試件的導電率不變，試件才達到實驗要求，不再對其進行飽和處理；
[0013]進一步地，在步驟(b)中，所述試件表面套有熱縮管，電磁信號探頭粘貼在熱縮管的外表面上；
[0014]進一步地，在步驟(b)中，所述電磁信號探頭的個數根據不同類型的試件而不同；
[0015]進一步地，在步驟(C)中，所述三軸實驗架可以為真三軸實驗架；
[0016]進一步地，在步驟(C)中，所述清水壓裂液中添加紅色染劑；
[0017]進一步地，在步驟(C)中，所述恒定的注入速率，注入速率值為2mL/min;
[0018]進一步地，在步驟(c)中，所述的恒定速率可以為不同數值；
[0019]進一步地，在步驟(c)中，所述的開啟壓裂液注入栗的同時監測記錄注入壓裂液的壓力；
[0020]進一步地，在步驟(d)中，所述監測裂縫的擴展過程，結合注入壓力曲線判斷水力裂縫是否滿足實驗要求；
[0021]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0022]本發明在實驗室條件下，假設裂縫處于各向同性的介質中均勻擴展，且電磁信號強度為裂縫內部壓裂液的流體壓力剖面的函數，解釋了水力裂縫擴展過程中電磁信號的產生機制，提出了監測水力裂縫擴展的方法。現場通過微地震監測水力裂縫的擴展，同時結合井下工具和表面傾斜儀測得結果進行綜合分析，所測裂縫形態往往要超過實際的裂縫形態，大部分監測結果與實際結果不相符，而室內聲發射也無法準確的監測三軸壓力條件下的水力裂縫形態，尤其是無法準確監測拉伸破壞產生的水力裂縫。
[0023]本發明克服了以前壓裂實驗中無法通過聲發射準確監測水力裂裂縫的缺點，提供了一種通過電磁信號監測水力裂縫擴展過程的實驗方法，探究水力裂縫擴展過程中的電磁信號產生的機制及電磁場的分布，以此指導現場通過電磁信號監測水力壓裂過程。
【附圖說明】
[0024]以下附圖僅旨在于對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。其中，
[0025]圖1為本發明實施例水力裂縫尖端電磁場幅值分