专利名称：基于磁性介质的砾石充填监测系统及监测方法
技术领域：
本发明属于石油勘探开发领域，具体地，涉及一种监测砾石充填的系统和方法，特别是一种基于磁性介质的砾石充填监测系统和监测方法。
背景技术：
油气井在开采过程中，由于地质、工程、生产等因素的影响，出砂是不可避免的，大量或者连续出砂严重时会堵塞油管、损害井下和地面设备、缩短油井寿命、降低油气井产能等，对油气田高效开发带来严重的挑战。为了保障油气井生产的正常进行，提高产量，防砂、治砂成为油气井生产过程中的普遍需求。目前的防砂方法主要有机械防砂、化学防砂等方法，其中砾石充填防砂被认为是目前防砂效果最好的方法之一。出砂井采用砾石充填方法进 行防砂，地层性质、充填工艺、砾石性质等因素影响着其防砂效果。目前，人们从砾石充填方法、砾石充填装置、砾石充填工艺参数设计等方面开展了大量研究。砾石充填过程中，监测砾石在充填层段的运移情况可以为工程师提供实时的施工指导；防砂井投产后，检测砾石在充填层段的分布状态可以评估砾石充填效果、预测潜在生产问题，为采取进一步措施提供决策依据。因此，有效地监测砾石充填过程和确定砾石分布是确保砾石充填井高效生产的一种重要手段，但目前有关砾石充填井中监测砾石运移和分布的研究很少。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于磁性介质的砾石充填监测系统及监测方法，不但有效地解决了砾石充填过程中实时监测砾石运移过程的问题，而且还提供了一种防砂井投产后监测砾石分布状态的方法。为实现上述目的，本发明采用下述方案:
一种砾石充填监测系统，包括:磁性颗粒容器、砾石容器、砾石混合器、携砂液容器、混砂车、高压泵组、数据采集与处理中心、地面磁力计、磁性颗粒输送管线、砾石输送管线、均勻混合碌石输送管线、携砂液输送管线、第一混砂液输送管线、第二混砂液输送管线、地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路。其特征在于:磁性颗粒容器中储存磁性颗粒，砾石容器中储存砾石充填所用的砾石，所述的磁性颗粒容器通过磁性颗粒输送管线与砾石混合器相连，砾石容器通过砾石输送管线与砾石混合器相连；磁性颗粒、砾石按预定体积比例进入砾石混合器中进行均匀混合形成混合砾石；所述的砾石混合器通过混合砾石输送管线与混砂车相连，携砂液容器通过携砂液输送管线与混砂车相连；经砾石混合器进行均匀混合后的混合砾石通过混合砾石输送管线进入混砂车；携砂液容器中储存携砂液，携砂液通过携砂液输送管线进入混砂车；砾石和携砂液在混砂车内均匀混合形成混砂液；混砂车通过第一混砂液输送管线与高压泵组相连，高压泵组通过第二混砂液输送管线与防砂井的井筒相连；所述的经混砂车均匀混合后的混砂液通过第一混砂液输送管线进入高压泵组增压，增压后的高压混砂液经第二混砂液输送管线进入防砂井的井筒，最后通过井下充填工具进入防砂层段，在筛管或割缝衬管与防砂地层之间形成砾石充填段；地面磁力计位于以防砂井为中心的地面上，从地面监测磁参数变化；数据采集与处理中心位于防砂井井场地面上，数据采集与处理中心通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路相连，数据采集与处理中心采集、保存地面磁力计的测量信息并计算、显示砾石分布状态。优选地，还在防砂井的防砂层段附近布置一组防砂井磁力计，并将防砂井磁力计通过数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连，从防砂井本井监测磁参数变化，数据采集与处理中心采集、保存防砂井磁力计的测量信息并计算、显示砾石分布状态。优选地，还在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将邻井磁力计通过邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连，从邻井中监测磁参数变化，数据采集与处理中心采集、保存邻井磁力计的测量信息并计算、显示砾石分布状态。优选地，地面磁力计由多个磁力计构成一个磁力计组，地面磁力计按照直线、垂线、米字型或之字形方式布置；防砂井磁力计由多个磁力计构成一个磁力计组，邻井磁力计位于邻井中与防砂井砾石充填层段深度对应的深度处，由多个磁力计构成一个磁力计组。优选地，所述的地面磁力计、防砂井磁力计、邻井磁力计为超导量子干涉仪。优选地，磁性颗粒容器带有磁屏蔽装置；磁性颗粒的大小、强度、密度与砾石充填所用砾石的大小、强度、密度接近。优选地，所述磁性颗粒占混合砾石的体积比例在10%到100%之间。一种砾石充填过程监测方法，采用上述监测系统，采用实时监测方式，在布置好防砂井的监测现场后开始砾石充填全过程监测，具体步骤如下:
步骤1:布置监测现场
在防砂设备和防砂材料进入防砂井现场之前，根据防砂井周围实际环境，以防砂井为中心在地面布置一组 地面磁力计，并将地面磁力计通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连；
优选地，还在防砂井防砂层段附近布置一组防砂井磁力计，并将防砂井磁力计通过数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连。或者，还在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将邻井磁力计通过邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连；
最优地，还在防砂井防砂层段附近布置一组防砂井磁力计、在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将防砂井磁力计、邻井磁力计分别通过防砂井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路、邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连；
步骤2:启动数据采集与处理中心，测量初始背景磁场；
步骤3:防砂设备和防砂材料现场就位；
步骤4:测量防砂设备和防砂材料就位时的背景磁场；
步骤5:将磁性颗粒和砾石在砾石混合器中均匀混合，然后与携砂液在混砂车中均匀混合形成混砂液，并注入防砂井井筒中；步骤6:在携带磁性颗粒和砾石的混砂液进入井筒但未进入砾石充填段之前测量磁性颗粒和砾石进入砾石充填段前的背景磁场；
步骤7:随着携带磁性颗粒和砾石的混砂液不断进入砾石充填段中，测量磁性颗粒和砾石进入砾石充填段的强化磁场；
步骤8:根据步骤7测量的磁性颗粒和砾石进入砾石充填段的强化磁场和步骤6所测量的磁性颗粒和砾石进入砾石充填段前的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示砾石充填过程中砾石的运移状态；
步骤9:防砂井井筒中的磁性颗粒和砾石与携砂液的均匀混砂液被完全替入砾石充填段时，测量磁性颗粒和砾石全部替入砾石充填段后的强化磁场；
步骤10:根据步骤9所测量的磁性颗粒和砾石全部替入砾石充填段后的强化磁场和步骤4所测量的防砂设备与防砂材料就位时的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示磁性颗粒和砾石全部替入砾石充填段后的砾石充填状态。步骤11:完成砾石充填，测量砾石充填完成后的强化磁场，结合步骤4所测量的防砂设备与防砂材料就位时的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示完成砾石充填后的砾石充填状态。一种防砂井投产一段时间后进行重复监测砾石充填状态的工作方法，采用上述监测系统，包括如下步骤:
步骤1:布置监测现场
防砂井投产一段时间后进行重复监测砾石充填状态作业，根据防砂井周围实际环境，以防砂井为中心在地面布置一组地面磁力计，并将地面磁力计通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与处理中心相连；
优选地，还在防砂井防砂层段附近布置一组防砂井磁力计，并将防砂井磁力计通过数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连。或者，还在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将邻井磁力计通过邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连；
最优地，还在防砂井防砂层段附近布置一组防砂井磁力计、在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将防砂井磁力计、邻井磁力计分别通过防砂井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路、邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连；
磁力计的布置数量、布置方式和布置位置与砾石充填过程中磁力计的布置数量、布置方式和布置位置保持一致；
步骤2:启动数据采集与处理中心，测量防砂井投产一段时间后的背景磁场；
步骤3:根据步骤2所测量的防砂井投产一段时间后的背景磁场和该井实施最近一次砾石充填作业时如权利要求1中步骤2所测量的初始背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示防砂井投产一段时间后砾石的分布状态。
一种多层砾石充填实时监测方法的工作方法，采用上述监测系统，包括如下步骤:
步骤1:布置监测现场
在防砂设备和防砂材料进入防砂井现场之前，根据防砂井周围实际环境，以防砂井为中心在地面布置一组地面磁力计，并将地面磁力计通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与处理中心相连；
优选地，还在防砂井防砂层段附近布置一组防砂井磁力计，并将防砂井磁力计通过数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连；或者，还在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将邻井磁力计通过邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连；
最优地，还在防砂井防砂层段附近布置一组防砂井磁力计、在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将防砂井磁力计、邻井磁力计分别通过防砂井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路、邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连；
步骤2:启动数据采集与处理中心，测量初始背景磁场；
步骤3:防砂设备和防砂材料现场就位；
步骤4:测量防砂设备和防砂材料就位时的背景磁场；
步骤5:将磁性颗粒和砾石在砾石混合器中均匀混合，然后与携砂液在混砂车5中均匀混合形成混砂液并注入防砂井井筒中；
步骤6:在携带磁性颗 粒和砾石的混砂液进入井筒但未进入第一层砾石充填段之前测量磁性颗粒和砾石进入第一层砾石充填段前的背景磁场；
步骤7:随着携带磁性颗粒和砾石的混砂液不断进入第一层砾石充填段中，测量磁性颗粒和砾石进入第一层砾石充填段的强化磁场；
步骤8:根据步骤7所测量的磁性颗粒和砾石进入第一层砾石充填段的强化磁场和步骤6所测量的磁性颗粒和砾石进入第一层砾石充填段前的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示第一层砾石充填过程中砾石的运移状态；
步骤9:防砂井井筒中的磁性颗粒和砾石与携砂液的均匀混砂液被完全替入第一层砾石充填段时，测量磁性颗粒和砾石全部替入第一层砾石充填段后的强化磁场；
步骤10:根据步骤9所测量的磁性颗粒和砾石全部替入第一层砾石充填段后的强化磁场和步骤4所测量的防砂设备与防砂材料就位时的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布，最后通过综合对比，显示磁性颗粒和砾石全部替入第一层砾石充填段后的砾石充填状态；
步骤11:完成第一层砾石充填，测量第一层砾石充填完成后的强化磁场；结合步骤4所测量的防砂设备与防砂材料就位时的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示完成第一层砾石充填后第一层砾石的充填状态；
步骤12:定位第二层砾石充填段；向井筒注入磁性颗粒、砾石和携砂液均匀混合的混砂液；在携带磁性颗粒和砾石的混砂液进入井筒但未进入第二层砾石充填段之前测量磁性颗粒和砾石进入第二层砾石充填段前的背景磁场；
步骤13:随着携带磁性颗粒和砾石的混砂液不断进入第二层砾石充填段，测量磁性颗粒和砾石进入第二层砾石充填段的强化磁场；
步骤14:根据步骤13所测量的磁性颗粒和砾石进入第二层砾石充填段的强化磁场和步骤12所测量的磁性颗粒和砾石进入第二层砾石充填段前的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布，最后通过综合对比，显示第二层砾石充填过程中砾石的运移状态；
步骤15:防砂井井筒中的磁性颗粒和砾石与携砂液的均匀混砂液被完全替入第二层砾石充填段时，测量磁性颗粒和砾石全部替入第二层砾石充填段后的强化磁场；
步骤16:根据步骤15所测量的磁性颗粒和砾石全部替入第二层砾石充填段后的强化磁场和步骤11所测量的第一层砾石充填完成后的强化磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示磁性颗粒和砾石全部替入第二层砾石充填段后的砾石充填状态；
步骤17:完成第二层砾石充填，测量第二层砾石充填完成后的强化磁场；结合步骤11所测量的第一层砾石充填完成后的强化磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示完成第二层砾石充填后第二层砾石的充填状态。步骤18:重复上述步骤12 步骤17，进行下一层砾石充填监测工作。相对于现有技术，本发 明的优势在于:
1、本发明能从地面、本井和/或邻井跟踪砾石充填过程中砾石在防砂井段的运移及分布状态。2、本发明可在防砂井投产后实现砾石充填状态重复检测。
图1为砾石充填监测系统的结构示意图。图中，1、磁性颗粒容器；2、砾石容器；3、砾石混合器；4、携砂液容器；5、混砂车；6、高压泵组；7、数据采集与处理中心；8、防砂井；9、邻井；10、地面磁力计；11、防砂井磁力计；12、邻井磁力计；13、地面；14、砾石充填段；15、砾石和磁性颗粒；16、筛管或割缝衬管；17、磁性颗粒输送管线；18、砾石输送管线；19、均匀混合砾石输送管线；20、携砂液输送管线；21、第一混砂液输送管线；22、第二混砂液输送管线；23、地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路；24、防砂井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路；25、邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路；26、防砂地层。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作详细的说明。如图1所示，砾石充填监测系统，包括:磁性颗粒容器1、砾石容器2、砾石混合器
3、携砂液容器4、混砂车5、高压泵组6、数据采集与处理中心7、地面磁力计10、防砂井磁力计11、邻井磁力计12、磁性颗粒输送管线17、砾石输送管线18、均匀混合砾石输送管线19、携砂液输送管线20、第一混砂液输送管线21、第二混砂液输送管线22、地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路23、防砂井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路24、邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路25。磁性颗粒容器I带有磁屏蔽装置,磁性颗粒容器I中储存磁性颗粒,磁性材料由元素周期表中D区元素的金属颗粒或氧化物颗粒组成，其成分包括但不限于钪、钛、钒、铬、猛、铁、钴、镍、错、银、钥、错、钮、乾、铪、钽、鹤、钼或者上述元素的任意组合；磁性颗粒的基料与砾石充填所用砾石的基料相同；磁性颗粒的大小、强度、密度与砾石充填所用砾石的大小、强度、密度接近。砾石容器2中储存砾石充填所用的砾石。所述的磁性颗粒容器I通过磁性颗粒输送管线17与砾石混合器3相连，砾石容器2通过砾石输送管线18与砾石混合器3相连；磁性颗粒、砾石按预定体积比例进入砾石混合器3中进行均匀混合形成混合砾石，所述磁性颗粒占混合砾石的体积比例在10%到100%之间。所述的砾石混合器3通过混合砾石输送管线19与混砂车5相连，携砂液容器4通过携砂液输送管线20与混砂车5相连；经砾石混合器3进行均匀混合后的混合砾石通过混合砾石输送管线19进入混砂车4 ;携砂液容器4中储存携砂液，携砂液通过携砂液输送管线20进入混砂车5 ;砾石和携砂液在混砂车5内均匀混合形成混砂液。混砂车5通过第一混砂液输送管线21与高压泵组6相连，高压泵组6通过第二混砂液输送管线22与防砂井8的井筒相连；所述的经混砂车5均匀混合后的混砂液通过第一混砂液输送管线21进入高压泵组6增压，增压后的高压混砂液经第二混砂液输送管线22进入防砂井8的井筒中，最后通过井下充填工具进入防砂层段，在筛管或割缝衬管16与防砂地层26之间形成砾石充填段14。地面磁力计10位于以防砂井8为中心的地面13上，由多个磁力计构成一个磁力计组，地面磁力计可以按照直线、`垂线、米字型或之字形方式布置，从地面监测磁参数变化；防砂井磁力计11位于防砂井8井筒中的防砂层段附近，由多个磁力计构成一个磁力计组，从防砂井6本井监测磁参数变化；邻井磁力计12位于邻井9中与防砂井砾石充填层段深度对应的深度处，由多个磁力计构成一个磁力计组，从邻井9中监测磁参数变化。数据采集与处理中心7位于防砂井8井场地面13上，数据采集与处理中心7分别通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路23、防砂井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路24、邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路25与地面磁力计10、防砂井磁力计11、邻井磁力计12相连，数据采集与处理中心7采集、保存地面磁力计10、防砂井磁力计11、邻井磁力计12的测量信息并计算、显示砾石分布状态。所述的地面磁力计10、防砂井磁力计11、邻井磁力计12检测砾石充填前的背景磁场和砾石充填后的强化磁场。砾石充填前的背景磁场是指砾石充填层段14引入新的磁性颗粒和砾石的混合物之前测得的磁场；砾石充填后的强化磁场是指砾石充填层段14引入新的磁性颗粒和砾石的混合物之后测得的磁场。所述的地面磁力计10、防砂井磁力计11、邻井磁力计12为超导量子干涉仪。所述的检测的背景磁场和强化磁场信息通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路23、防砂井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路24、邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路25送入数据采集与处理中心7。所述的数据采集与处理中心根据采集的背景磁场和强化磁场信息，通过降噪处理后确定出砾石充填段14中引入磁性颗粒和砾石混合物后产生的磁异常，然后根据磁场三分量、总磁场强度参数、磁性颗粒的磁化率等参数，利用磁异常反演算法得到砾石充填状态；该功能可以根据现有技术中的砾石充填磁异常数据采集与反演解释软件实现。实施例1
砾石充填过程监测方法，采用上述监测系统，采用实时监测方式，在布置好防砂井的监测现场后开始砾石充填全过程监测，具体步骤如下:
步骤1:布置监测现场
在防砂设备和防砂材料进入防砂井现场之前，根据防砂井8周围实际环境，以防砂井8为中心在地面13布置一组地面磁力计10，并将地面磁力计10通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路23与数据采集与处理中心7相连；
优选地，还在防砂井8防砂层段附近布置一组防砂井磁力计11，并将防砂井磁力计11通过数据采集与处理中心通讯线路24与数据采集与处理中心7相连。或者，还在邻井9中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计12，并将邻井磁力计12通过邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路25与数据采集与处理中心7相连。最优地，还在防砂井8防砂层段附近布置一组防砂井磁力计11、在邻井9中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计12，并将防砂井磁力计11、邻井磁力计12分别通过防砂井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路24、邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路25与数据采集与处理中心7相连。步骤2:启动数据采集与处理中心7，测量初始背景磁场；
步骤3:防砂设备和防砂材料现场就位；
步骤4:测量防砂设备和防砂材料就位时的背景磁场；
步骤5:将磁性颗粒和砾石在砾石混合器3中均匀混合，然后与携砂液在混砂车5中均勾混合形成混砂液并注入防砂井8井筒中；
步骤6:在携带磁性颗粒和砾石的混砂液进入井筒但未进入砾石充填段14之前测量磁性颗粒和砾石进入砾石充填段前的背景磁场；
步骤7:随着携带磁性颗粒和砾石的混砂液不断进入砾石充填段中，测量磁性颗粒和砾石进入砾石充填段的强化磁场；
步骤8:根据步骤7测量的磁性颗粒和砾石进入砾石充填段的强化磁场和步骤6所测量的磁性颗粒和砾石进入砾石充填段前的背景磁场，由数据采集与处理中心7进行数据预处理后得到与地面13、防砂井8、邻井9所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示砾石充填过程中砾石的运移状态；
步骤9:防砂井8井筒中的磁性颗粒和砾石与携砂液的均匀混砂液被完全替入砾石充填段14时，测量磁性颗粒和砾石全部替入砾石充填段14后的强化磁场；
步骤10:根据步骤9所测量 的磁性颗粒和砾石全部替入砾石充填段14后的强化磁场和步骤4所测量的防砂设备与防砂材料就位时的背景磁场，由数据采集与处理中心7进行数据预处理后得到与地面13、防砂井8、邻井9所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示磁性颗粒和砾石全部替入砾石充填段后的砾石充填状态。步骤11:完成砾石充填，测量砾石充填完成后的强化磁场，结合步骤4所测量的防砂设备与防砂材料就位时的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示完成砾石充填后的砾石充填状态。实施例2:
防砂井投产一段时间后进行重复监测砾石充填状态的工作方法，采用上述监测系统，包括如下步骤:
步骤1:布置监测现场
防砂井投产一段时间后进行重复监测砾石充填状态作业，根据防砂井8周围实际环境，以防砂井8为中心在地面13布置一组地面磁力计10，并将地面磁力计10通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路23与处理中心7相连；
优选地，还在防砂井8防砂层段附近布置一组防砂井磁力计11，并将防砂井磁力计11通过数据采集与处理中心通讯线路24与数据采集与处理中心7相连。或者，还在邻井9中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计12，并将邻井磁力计12通过邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路25与数据采集与处理中心7相连。最优地，还在防砂井8防砂层段附近布置一组防砂井磁力计11、在邻井9中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计12，并将防砂井磁力计11、邻井磁力计12分别通过防砂井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路24、邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路25与数据采集与处理中心7相连；
磁力计的布置数量、布置方式和布置位置与砾石充填过程中磁力计的布置数量、布置方式和布置位置保持一致；
步骤2:启动数据采集与处理中心7，测量防砂井投产一段时间后的背景磁场；
步骤3:根据步骤2所测量的防砂井投产一段时间后的背景磁场和该井实施最近一次砾石充填作业时如实施案例I中步骤2所测量的初始背景磁场，由数据采集与处理中心7进行数据预处理后得到与地面13、防砂井8、邻井9所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示防砂井投产一段时间后砾石的分布状态。实施例3:
多层砾石充填实时监测方法的工作方法，采用上述监测系统，包括如下步骤:
步骤1:布置监测现场
在防砂设备和防砂材料进入防砂井现场之前，根据防砂井8周围实际环境，以防砂井8为中心在地面13布置一组地面磁力计10，并将地面磁力计10通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路23与处理中心7相连；
优选地，还在防砂井 8防砂层段附近布置一组防砂井磁力计11，并将防砂井磁力计11通过数据采集与处理中心通讯线路24与数据采集与处理中心7相连。或者，还在邻井9中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计12，并将邻井磁力计12通过邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路25与数据采集与处理中心7相连。最优地，还在防砂井8防砂层段附近布置一组防砂井磁力计11、在邻井9中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计12，并将防砂井磁力计11、邻井磁力计12分别通过防砂井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路24、邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路25与数据采集与处理中心7相连。步骤2:启动数据采集与处理中心7，测量初始背景磁场；
步骤3:防砂设备和防砂材料现场就位；
步骤4:测量防砂设备和防砂材料就位时的背景磁场；
步骤5:将磁性颗粒和砾石在砾石混合器3中均匀混合，然后与携砂液在混砂车5中均勾混合形成混砂液并注入防砂井8井筒中；
步骤6:在携带磁性颗粒和砾石的混砂液进入井筒但未进入第一层砾石充填段14之前测量磁性颗粒和砾石进入第一层砾石充填段前的背景磁场；
步骤7:随着携带磁性颗粒和砾石的混砂液不断注入第一层砾石充填段中，测量磁性颗粒和砾石进入第一层砾石充填段的强化磁场；
步骤8:根据步骤7所测量的磁性颗粒和砾石进入第一层砾石充填段的强化磁场和步骤6所测量的磁性颗粒和砾石进入第一层砾石充填段前的背景磁场，由数据采集与处理中心7进行数据预处理后得到与地面13、防砂井8、邻井9所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示第一层砾石充填过程中砾石的运移状态；
步骤9:防砂井8井筒中的磁性 颗粒和砾石与携砂液的均匀混砂液被完全替入第一层砾石充填段14中时，测量磁性颗粒和砾石全部替入第一层砾石充填段14后的强化磁场；步骤10:根据步骤9所测量的磁性颗粒和砾石全部替入第一层砾石充填段14后的强化磁场和步骤4所测量的防砂设备与防砂材料就位时的背景磁场，由数据采集与处理中心
7进行数据预处理后得到与地面13、防砂井8、邻井9所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布，最后通过综合对比，显示磁性颗粒和砾石全部替入第一层砾石充填段后的砾石充填状态；
步骤11:完成第一层砾石充填，测量第一层砾石充填完成后的强化磁场；结合步骤4所测量的防砂设备与防砂材料就位时的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示完成第一层砾石充填后第一层砾石的充填状态；
步骤12:定位第二层砾石充填段；向井筒注入磁性颗粒、砾石和携砂液均匀混合的混砂液；在携带磁性颗粒和砾石的混砂液进入井筒但未进入第二层砾石充填段之前测量磁性颗粒和砾石进入第二层砾石充填段前的背景磁场；
步骤13:随着携带磁性颗粒和砾石的混砂液不断注入第二层砾石充填段中，测量磁性颗粒和砾石进入第二层砾石充填段的强化磁场；
步骤14:根据步骤13所测量的磁性颗粒和砾石进入第二层砾石充填段的强化磁场和步骤12所测量的磁性颗粒和砾石进入第二层砾石充填段前的背景磁场，由数据采集与处理中心7进行数据预处理后得到与地面13、防砂井8、邻井9所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布，最后通过综合对比，显示第二层砾石充填过程中砾石的运移状态；
步骤15:防砂井8井筒中的磁性颗粒和砾石与携砂液的均匀混砂液被完全替入第二层砾石充填段中时，测量磁性颗粒和砾石全部替入第二层砾石充填段后的强化磁场；
步骤16:根据步骤15所测量的磁性颗粒和砾石全部替入第二层砾石充填段后的强化磁场和步骤11所测量的第一层砾石充填完成后的强化磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示磁性颗粒和砾石全部替入第二层砾石充填段后的砾石充填状态；
步骤17:完成第二层砾石充填，测量第二层砾石充填完成后的强化磁场；结合步骤11所测量的第一层砾石充填完成后的强化磁场 ，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示完成第二层砾石充填后第二层砾石的充填状态。 步骤18:重复上述步骤12 步骤17，进行下一层砾石充填监测工作。
权利要求
1.一种砾石充填监测系统，包括:磁性颗粒容器、砾石容器、砾石混合器、携砂液容器、混砂车、高压泵组、数据采集与处理中心、地面磁力计、磁性颗粒输送管线、砾石输送管线、均勻混合碌石输送管线、携砂液输送管线、第一混砂液输送管线、第二混砂液输送管线、地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路、其特征在于:磁性颗粒容器中储存磁性颗粒，砾石容器中储存砾石充填所用的砾石，所述的磁性颗粒容器通过磁性颗粒输送管线与砾石混合器相连，砾石容器通过砾石输送管线与砾石混合器相连；磁性颗粒、砾石按预定体积比例进入砾石混合器中进行均匀混合形成混合砾石；所述的砾石混合器通过混合砾石输送管线与混砂车相连，携砂液容器通过携砂液输送管线与混砂车相连；经砾石混合器进行均匀混合后的混合砾石通过混合砾石输送管线进入混砂车；携砂液容器中储存携砂液，携砂液通过携砂液输送管线进入混砂车；砾石和携砂液在混砂车内均匀混合形成混砂液；混砂车通过第一混砂液输送管线与高压泵组相连，高压泵组通过第二混砂液输送管线与防砂井的井筒相连；所述的经混砂车均匀混合后的混砂液通过第一混砂液输送管线进入高压泵组增压，增压后的高压混砂液经第二混砂液输送管线进入防砂井的井筒中，最后通过井下充填工具进入防砂层段，在筛管或割缝衬管与防砂地层之间形成砾石充填段；地面磁力计位于以防砂井为中心的地面上，从地面监测磁参数变化；数据采集与处理中心位于防砂井井场地面上，数据采集与处理中心通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路相连，数据采集与处理中心采集、保存地面磁力计的测量信息并计算、显示砾石分布状态。
2.根据权利要求1所述的砾石充填监测系统，其特征在于:还在防砂井的防砂层段附近布置一组防砂井磁力计，并将防砂井磁力计通过数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连，从防砂井本井监测磁参数变化，数据采集与处理中心采集、保存防砂井磁力计的测量信息并计算、显示砾石分布状态。
3.根据权利要求1或2所述的砾石充填监测系统，其特征在于:还在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将邻井磁力计通过邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连，从邻井中监测磁参数变化，数据采集与处理中心采集、保存邻井磁力计的测量信息并计算、显示砾石分布状态。
4.根据权利要求1-3所述的砾石充填监测系统，其特征在于:地面磁力计由多个磁力计构成一个磁力计组，地面磁力计按照直线、垂线、米字型或之字形方式布置；防砂井磁力计由多个磁力计构成一个磁力计组，邻井磁力计位于邻井中与防砂井碌石充填层段深度对应的深度处，由多个磁力计构成一个磁力计组。
5.根据权利要求1-4所述的砾石充填监测系统，其特征在于:所述的地面磁力计、防砂井磁力计、邻井磁力计为超导量子干涉仪。
6.根据权利要求1-5所述的砾石充填监测系统，其特征在于:磁性颗粒容器带有磁屏蔽装置；磁性颗粒的大小、强度、密度与砾石充填所用砾石的大小、强度、密度接近。
7.根据权利要求1-6所述的砾石充填监测系统，其特征在于:所述磁性颗粒占混合砾石的体积比例在10%到100%之间。
8.一种砾石充填过程监测方法，采用上述权利要求1-6所述的监测系统，采用实时监测方式，在布置好防砂井的监测现场后开始砾石充填全过程监测，具体步骤如下: 步骤1:布置监测现场在防砂设备和防砂材料进入防砂井现场之前，根据防砂井周围实际环境，以防砂井为中心在地面布置一组地面磁力计，并将地面磁力计通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连； 优选地，还在防砂井防砂层段附近布置一组防砂井磁力计，并将防砂井磁力计通过数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连； 或者，还在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将邻井磁力计通过邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连； 最优地，还在防砂井防砂层段附近布置一组防砂井磁力计、在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将防砂井磁力计、邻井磁力计分别通过防砂井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路、邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连； 步骤2:启动数据采集与处理中心，测量初始背景磁场； 步骤3:防砂设备和防砂材料现场就位； 步骤4:测量防砂设备和防砂材料就位时的背景磁场； 步骤5:将磁性颗粒和砾石在砾石混合器中均匀混合，然后与携砂液在混砂车中均匀混合形成混砂液并注入防砂井井筒中； 步骤6:在携带磁性颗粒和砾石的混砂液进入井筒但未进入砾石充填段之前测量磁性颗粒和砾石进入砾石充填段前的背景磁场； 步骤7:随着携带磁性颗粒和砾石的混砂液不断进入砾石充填段中，测量磁性颗粒和砾石进入砾石充填段的强化磁场； 步骤8:根据步骤7测量的磁性颗粒和砾石进入砾石充填段的强化磁场和步骤6所测量的磁性颗粒和砾石进入砾石充填段前的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、压裂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示砾石充填过程中砾石的运移状态； 步骤9:防砂井井筒中的磁性颗粒和砾石与携砂液的均匀混砂液被完全替入砾石充填段中时，测量磁性颗粒和砾石全部替入砾石充填段后的强化磁场； 步骤10:根据步骤9所测量的磁性颗粒和砾石全部替入砾石充填段后的强化磁场和步骤4所测量的防砂设备与防砂材料就位时的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、压裂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示磁性颗粒和砾石全部替入砾石充填段后的砾石充填状态； 步骤11:完成砾石充填，测量砾石充填完成后的强化磁场，结合步骤4所测量的防砂设备与防砂材料就位时的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对t匕，显示完成砾石充填后的砾石充填状态。
9.一种防砂井投产一段时间后进行重复监测砾石充填状态的工作方法，采用上述监测系统，包括如下步骤: 步骤1:布置监测现场 防砂井投产一段时间后进行重复监测砾石充填状态作业，根据防砂井8周围实际环境，以防砂井为中心在地面布置一组地面磁力计，并将地面磁力计通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与处理中心相连； 优选地，还在防砂井防砂层段附近布置一组防砂井磁力计，并将防砂井磁力计通过数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连； 或者，还在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将邻井磁力计通过邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连； 最优地，还在防砂井防砂层段附近布置一组防砂井磁力计、在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将防砂井磁力计、邻井磁力计分别通过防砂井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路、邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连； 磁力计的布置数量、布置方式和布置位置与砾石充填过程中磁力计的布置数量、布置方式和布置位置保持一致； 步骤2:启动数据采集与处理中心，测量防砂井投产一段时间后的背景磁场； 步骤3:根据步骤2所测量的防砂井投产一段时间后的背景磁场和该井实施最近一次砾石充填作业时如权利要求1中步骤2所测量的初始背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、压裂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示防砂井投产一段时间后砾石的分布状态。
10.一种多层砾石充填实时监测方法的工作方法，采用上述监测系统，包括如下步骤: 步骤1:布置监测现场 在防砂设备和防砂材料进入防砂井现场之前，根据防砂井周围实际环境，以防砂井为中心在地面布置一组地面磁力计，并将地面磁力计通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与处理中心相连；· 优选地，还在防砂井防砂层段附近布置一组防砂井磁力计，并将防砂井磁力计通过数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连；或者，还在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将邻井磁力计通过邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连； 最优地，还在防砂井防砂层段附近布置一组防砂井磁力计、在邻井中对应防砂层段深度处布置一组邻井磁力计，并将防砂井磁力计、邻井磁力计分别通过防砂井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路、邻井磁力计与数据采集与处理中心通讯线路与数据采集与处理中心相连； 步骤2:启动数据采集与处理中心，测量初始背景磁场； 步骤3:防砂设备和防砂材料现场就位； 步骤4:测量防砂设备和防砂材料就位时的背景磁场； 步骤5:将磁性颗粒和砾石在砾石混合器中均匀混合，然后与携砂液在混砂车5中均匀混合形成混砂液并注入防砂井井筒中； 步骤6:在携带磁性颗粒和砾石的混砂液进入井筒但未进入第一层砾石充填段之前测量磁性颗粒和砾石进入第一层砾石充填段前的背景磁场； 步骤7:随着携带磁性颗粒和砾石的混砂液不断进入第一层砾石充填段中，测量磁性颗粒和砾石进入第一层砾石充填段的强化磁场； 步骤8:根据步骤7所测量的磁性颗粒和砾石进入第一层砾石充填段的强化磁场和步骤6所测量的磁性颗粒和砾石进入第一层砾石充填段前的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示第一层砾石充填过程中砾石的运移状态； 步骤9:防砂井井筒中的磁性颗粒和砾石与携砂液的均匀混砂液被完全替入第一层砾石充填段时，测量磁性颗粒和砾石全部替入第一层砾石充填段后的强化磁场； 步骤10:根据步骤9所测量的磁性颗粒和砾石全部替入第一层砾石充填段后的强化磁场和步骤4所测量的防砂设备与防砂材料就位时的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布，最后通过综合对比，显示磁性颗粒和砾石全部替入第一层砾石充填段后的砾石充填状态； 步骤11:完成第一层砾石充填，测量第一层砾石充填完成后的强化磁场；结合步骤4所测量的防砂设备与防砂材料就位时的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示完成第一层砾石充填后第一层砾石的充填状态； 步骤12:定位第二层砾石充填段；向井筒注入磁性颗粒、砾石和携砂液均匀混合的混砂液；在携带磁性颗粒和砾石的混砂液进入井筒但未进入第二层砾石充填段之前测量磁性颗粒和砾石进入第二层砾石充填段前的背景磁场； 步骤13:随着携带磁性颗粒和砾石的混砂液不断进入第二层砾石充填段，测量磁性颗粒和砾石进入第二层砾石充填段的强化磁场； 步骤14:根据步骤13所测量的磁性颗粒和砾石进入第二层砾石充填段的强化磁场和步骤12所测量的磁性颗粒和砾石进入第二层砾石充填段前的背景磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布，最后通过综合对比，显示第二层砾石充填过程中砾石的运移状态； 步骤15:防砂井井筒中的磁性颗粒和砾石与携砂液的均匀混砂液被完全替入第二层砾石充填段时，测量磁性颗粒和砾石全部替入第二层砾石充填段后的强化磁场； 步骤16:根据步骤15所测量的磁性颗粒和砾石全部替入第二层砾石充填段后的强化磁场和步骤11所测量的第一层砾石充填完成后的强化磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示磁性颗粒和砾石全部替入第二层砾石充填段后的砾石充填状态； 步骤17:完成第二层砾石充填，测量第二层砾石充填完成后的强化磁场；结合步骤11所测量的第一层砾石充填完成后的强化磁场，由数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面、防砂井、邻井所对应的三组磁异常数据，然后分别反演出砾石分布情况，最后通过综合对比，显示完成第二层砾石充填后第二层砾石的充填状态； 步骤18:重复上述步骤12 步骤17，进行下一层砾石充填监测工作。
全文摘要
本发明涉及一种监测砾石充填的系统和方法。砾石充填监测系统包括磁性颗粒容器、砾石容器、砾石混合器、携砂液容器、混砂车、高压泵组、数据采集与处理中心、地面磁力计、磁性颗粒输送管线、砾石输送管线、均匀混合砾石输送管线、携砂液输送管线、第一混砂液输送管线、第二混砂液输送管线、地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路，地面磁力计从地面监测磁参数变化；数据采集与处理中心通过地面磁力计与数据采集与处理中心通讯线路相连，数据采集与处理中心采集、保存地面磁力计的测量信息并计算、显示砾石分布状态。本发明能从地面、本井和/或邻井跟踪砾石充填过程中砾石在防砂井段的运移及分布状态，可在防砂井投产后实现砾石分布重复检测。
文档编号E21B43/04GK103244081SQ20131017405
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月13日 优先权日2013年5月13日
发明者刘均荣, 姚军, 孙致学, 于伟强, 卜亚辉 申请人:中国石油大学(华东)