专利名称：一种新的页岩气井压裂裂缝监测方法
技术领域：
本发明涉及一种监测页岩气井压裂裂缝的方法，应用磁致伸缩换能器方法监测页岩气井压裂裂缝。
背景技术：
页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，近几年，美国页岩气勘探开发技术突破，产量快速增长，实现其“天然气革命”，对国际天燃气市场及世界能源格局产生重大影响，世界主要资源国都加入了对页岩气的勘探开发力度。我国富有机质页岩分布广泛，南方地区、华北地区和新疆塔里木盆地等发育海相页岩，华北地区、准噶尔盆地、吐哈盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地和松辽盆地等广泛发育 陆相页岩，具备页岩气成藏条件，资源潜力较大。相关部门预测，页岩气可采资源量为25万亿立方米，超过常规天然气资源。由于页岩气储层具有低孔、低渗透率的物性特征，只有少数天然裂缝特别发育的页岩气井可以直接投入生产，但多数页岩气井需要进行压裂改造才能得到理想的产量。页岩气井经过压裂改造后，利用裂缝监测技术可以有效地评价压裂效果。通过裂缝监测
1、可以了解压裂施工，获得裂缝大致尺寸，判断压裂是否产生了多裂缝；
2、可以了解压裂后产量情况，判断裂缝是否覆盖了目的层，分析裂缝和天然裂缝是否交叉；
3、进行压裂优化和产量经济评价，随施工规模的增加可以获得多少的裂缝长度和高度增长，获得最优的压裂设计。目前主要的压裂裂缝监测方法有直接近井筒裂缝检测、井下微地震监测方法、测斜仪检测和分布式声传感检测等。铁磁材料和亚铁磁材料磁化状态的改变导致其长度发生微小的变化，这一现象被称为磁致伸缩效应；也存在磁致伸缩逆效应，即当材料受到压力或张力作用而使材料长度发生变化时，材料内部的磁化状态也随之改变。磁致伸缩换能器能够把大功率的电能转化为很强的次声波振动，因而可利用所产生的高强度次声波；磁致伸缩传感器则用来检测微弱的机械振动并将其转化为电信号。整个装置分为地上部分和井下部分，地上部分主要包括电源系统，主控制单元，显示部分；井下部分，主要由磁致伸缩换能器、磁致伸缩传感器、换能器控制器组成。利用磁致伸缩换能器发射大功率的次声波，磁致伸缩传感器则用来检测微弱的机械振动并将其转化为电信号。通常，磁致伸缩传感器所检测的信号正是磁致伸缩换能器发出的反射信号。所以，磁致伸缩换能器和磁致伸缩传感器是同一器件，按照时间分割原理工作。井下部分换能器所用的电源由地面提供，由于井下共装设3组磁致伸缩换能器装置，每组由多个换能器组成，构成环形结构，磁致伸缩换能器和磁致伸缩传感器是同一器件。工作时，按照从上到下的顺序，先由一组换能器发出超声波，然后3组磁致伸缩传感器同时对反射波进行检测，依次按从上到下的顺序按这种方式进行工作。所以共有3组电源下到井下，井下控制器将传感器的信号采集后，通过高速的总线传送到地面的主控制单元，在对信号进行分析处理，得到井下裂缝的位置、长度和宽度等信息，并进行显示。发明原理
磁致伸缩原理
磁体在磁化状态下，其体积和形状发生的变化。体伸缩指体积的相对变化AV/V，线伸缩指长度的相对变化AIVL15强磁体自发磁化时，由于磁性原子间的相互作用，点阵发生自发畸变，磁畴发生自发形变，称为自发磁致伸缩，包括自发的体磁致伸缩及线伸缩。前者主要来源于交换作用，后者与磁晶各向异性密切相关。强磁体受到外磁场磁化时，由于磁畴结构的变化和相应的磁畴自发形变的变化，出现了整个物体的线磁致伸缩(简称磁致伸缩)。由强磁体交变磁化状态引起交变磁致伸缩或其逆效应导致磁声效应，已用于超声换能器等技术中。磁致伸缩与技术磁化性能有密切关系。在单晶体中磁致伸缩是各向异性的。
图I为本发明的总体结构具体实施例方式将3组磁致伸缩换能器(传感器)按照上中下的顺序装设，每组由多个换能器(传感器)组成，每组的电源由地面的电源系统提供，每组磁致伸缩换能器(传感器)的控制器由运算速度快的DSP构成，通过高速总线与地面的主控制器进行通信和指令的传输，主控制器也采用的是DSP，运算后的结果由液晶显示装置显示，并可以传送到上位机。
权利要求
1.整个装置分为地上部分和井下部分，地上部分主要包括电源系统，主控制单元，显示部分；井下部分，主要由磁致伸缩换能器、磁致伸缩传感器、换能器控制器组成。
2.利用磁致伸缩换能器发射大功率的次声波，磁致伸缩传感器则用来检测微弱的机械振动并将其转化为电信号，磁致伸缩传感器所检测的信号正是磁致伸缩换能器发出的反射信号。
3.磁致伸缩换能器和磁致伸缩传感器是同一器件，按照时间分割原理工作。
4.井下部分换能器所用的电源由地面提供，井下共装设3组磁致伸缩换能器装置。
5.每组由多个换能器组成，构成环形结构，磁致伸缩换能器和磁致伸缩传感器是同一器件。
6.工作时，按照从上到下的顺序，先由一组换能器发出次声波，然后3组磁致伸缩传感器同时对反射波进行检测，依次按从上到下的顺序的方式进行工作。
7.共有3组电源下到井下，井下控制器将传感器的信号采集后，通过高速的总线传送到地面的主控制单元，在对信号进行反演分析处理，得到井下裂缝的位置、长度和宽度等信息，并进行显示。
全文摘要
本发明公开了一种新的监测页岩气井压裂裂缝的方法，本发明利用磁致伸缩材料的特性，利用磁致伸缩换能器在井下产生次声波，后利用磁致伸缩传感器检测反射的次声波，这样便将声音信号转换成电信号，通过对装设在井管上的不同位置的磁致伸缩传感器接收到的反射声波的不同，计算出裂缝的位置、长度以及宽度，实现对页岩气井压裂裂缝的监测。
文档编号E21B47/00GK102900425SQ20121041992
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者康忠健, 龚大健, 史永宏 申请人:中国石油大学(华东)