一种稳定电场水平井压裂裂缝监测方法
【专利摘要】本发明提供了一种稳定电场水平井压裂裂缝监测方法，包括如下步骤：步骤1，通过充电系统给压裂施工井中的供电井筒A和压裂液充入正电荷，给距离供电井筒A在1000m以上的带有套管的供电井筒B充负电荷；步骤2，通过接收系统接收井筒电位测量电极和地面测量电极系统的点位信息；其中所述井筒电位测量电极是通过信号线和供电井筒A引入的压裂裂缝前端电位的测量电极。本发明具有以下优势：能现场实时监测水平井压裂裂缝发育过程，能利用井地观测系统测量电位数据，解释水平井和直井压裂裂缝发育全过程，能准确判断裂缝起裂点和起裂时刻，在压裂过程中，根据监测数据，不断解释裂缝方位和长度的变化，显示裂缝发育全过程。
【专利说明】
一种稳定电场水平井压裂裂缝监测方法
技术领域
[0001] 本发明属于油井压裂裂缝监测方法技术领域，尤其是涉及一种稳定电场水平井压 裂裂缝监测方法。
【背景技术】
[0002] 油田的生产井基本上压裂后都需要裂缝方位监测，而且深层气井现在也需要进行 压裂裂缝监测，目前国内外直井压裂裂缝监测主要有电位法、微地震法和倾斜仪法。随着勘 探开发难度加大，尤其为了提高低渗油田的产能和页岩气开发，水平井压裂和体积压裂技 术发展迅速，而且几乎每个水平井都要求进行压裂施工，同时，需要清楚的知道水平段压裂 裂缝发育情况，为后续油田生产提供资料依据。
[0003]目前，水平井压裂裂缝监测技术发展落后，主要由国外发展了微地震法监测方法， 且成本高，现场实施困难，监测数据点比较发散，解释结果不理想，不能区分单一裂缝和网 状裂缝。
[0004] 电位法和倾斜仪法能对直井进行监测，但都不能对水平井直接监测，并且现在这 两种方法和技术都单纯利用地面布置测点监测，无法井下和地面同时监测，监测数据不具 有实时性，无法判断监测起裂点和起裂时间，只能在压裂裂缝发展到一定规模时才能监测 到数据，并且监测的数据都具有多解性。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明旨在提出一种稳定电场水平井压裂裂缝监测方法，能现场实时 监测水平井和直井压裂裂缝发育过程，能监测压裂裂缝起裂点位置和起裂时间，能在压裂 每个时刻监测压裂裂缝方位、长度和宽度。
[0006]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0007] -种稳定电场水平井压裂裂缝监测方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤1，通过充电系统给压裂施工井中的供电井筒A和压裂液充入正电荷，给距离 供电井筒A在1000m以上的带有套管的供电井筒B充负电荷；
[0009]步骤2,通过接收系统接收井筒电位测量电极和地面测量电极系统的点位信息;其 中所述井筒电位测量电极是通过信号线和供电井筒A引入的压裂裂缝前端电位的测量电 极，所述地面测量电极系统布设于地表；
[0010] 当待测井是水平井压裂时，所述地面测量电极系统是指由与待测水平段井筒轨迹 地面投影平行布设的若干测点组成的测试系统；
[0011] 当待测井是直井压裂时，所述地面测量电极系统是指以直井井筒中心为中心，以 圆环或者数条以井筒中心为起点的射线布设的测点。
[0012] 当待测井是斜井压裂时，所述地面测量电极系统是指以压裂射孔点位置在地面投 影为中心，以圆环或者数条以井筒中心为起点的射线布设的测点；
[0013] 步骤3,可以根据步骤2得到的测量值计算每个压裂时刻的裂缝方位、长度和宽度。
[0014] 进一步的，步骤3中，压裂长度Lt由每个时刻电位差值计算，计算公式为：
公式中为测试点，Uma指地面某一测点M与供电井筒A之间 的测量电位差，Lt为t时刻裂缝的发育长度，h为测试点距裂缝前端的竖直距离；
[0015] 以地面测点与供电井筒A之间的测量电位差作为纵坐标，以平行于水平井井筒水 平段地面投影的测点点号为横坐标做出若干测点的测试曲线图，每个时刻的曲线的峰值连 线就指明了裂缝的发育方向；曲线的峰值宽度也就是网状裂缝的宽度。
[0016] 进一步的，所述充电系统产生稳定电压的方波直流电，给供电井筒A和供电井筒B 充电，供电过程中形成稳定的充电电场。
[0017] 进一步的，当待测井是水平井压裂时，需要布设2条以上测线，布设的测点数根据 压裂井段长度和射孔簇数来设计;测点间距离一般距离在2-10m间。
[0018]进一步的，当待测井是直井压裂或斜井压裂时，一般两个测点的夹角为7.5°或者 15°，也就是每个圆环上布置48测点或者24个测点。
[0019] 进一步的，所述井筒电位测量电极和地面测量电极系统的测点间距离可以是等 距，也可以是不等距。
[0020] 相对于现有技术，本发明具有以下优势：
[0021] (1)本发明能现场实时监测水平井压裂裂缝发育过程，能利用井地观测系统测量 电位数据，解释水平井和直井压裂裂缝发育全过程，能准确判断裂缝起裂点和起裂时刻，在 压裂过程中，根据监测数据，不断解释裂缝方位和长度的变化，显示裂缝发育全过程；
[0022] (2)本发明能解释单裂缝，多裂缝和区域网状裂缝，解决了全程监测油田水平井和 直井压裂裂缝发育过程的问题，可以现场协助指导压裂，现场调整压裂参数，确保压裂取得 好的效果，监测结果也可在油田压后产能预测中得到应用。
【附图说明】
[0023] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0024] 图1是本发明的稳定电场测试原理图；
[0025]图2是本发明水平井测线布设图；
[0026] 图3是本发明直井和斜井测线布设图；
[0027] 图4是本发明一个实施例的水平井第一段实测信号曲线；
[0028] 图5是本发明一个实施例的水平井第二段实测信号曲线。
[0029] 图中，A、B分别代表供电井筒A和供电井筒B，
[0030] 图2中的1、2、3、4、5为水平井分段压裂的序号。
【具体实施方式】
[0031]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。
[0032]本发明方法的原理为：当对良导地质体进行充电时，若良导地质体的电阻率远小 于围岩电阻率时（〈200倍），我们便可近似地把它看作理想导体。当理想导体位于一般导电 介质中时，向其上任意一点供电（或称"充电"）后，电流便遍及整个理想导体，然后垂直于导 体表面流向周围介质。电流在理想导体内流过时，不产生电位降，导体内电位处处相等，故 又称理想导体为等电位体。理想导体的充电电场与充电点的位置无关，只决定于充电电流 的大小，充电导体的形状、产状、大小、位置及周围介质的电性分布情况。
[0033] 当我们进行压裂作业时，压裂液这些带有电解质的溶液相对其周围岩石而言，电 阻率很低（<10000倍），可看成是理想导体。这样，如果向这些电解质充电，并观测充电电场 的分布，便可据此推断整个地下压裂流体与其周围岩石的电性分布情况，从而解释压裂裂 缝推进发育情况。因此，本发明利用压裂过程的良导体形成稳定充电电场，可以监测裂缝前 端与地面的电位变化，从而解释裂缝发育过程。
[0034] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0035] -种稳定电场水平井压裂裂缝监测方法，包括如下步骤：
[0036]步骤1，通过充电系统给压裂施工井中的供电井筒A和压裂液充入正电荷，给距离 供电井筒A在1000m以上的带有套管的供电井筒B充负电荷；
[0037] 所述充电系统产生稳定电压的方波直流电，给供电井筒A和供电井筒B充电，供电 过程中形成稳定的充电电场，其中充电井筒A为施工井筒，实际是利用井筒的套管和压裂 液，把电场直接引入压裂裂缝前端；
[0038] 步骤2,通过接收系统接收井筒电位测量电极和地面测量电极系统的点位信息，从 而监测裂缝前端与地面的电位变化，解释裂缝发育过程;其中所述井筒电位测量电极是通 过信号线和供电井筒A引入的压裂裂缝前端电位的测量电极，所述地面测量电极系统布设 于地表；
[0039] 当待测井是水平井压裂时，所述地面测量电极系统是指由与待测水平段井筒轨迹 地面投影平行布设的若干测点组成的测试系统，如图2所示，根据现场测试需要，需要布设2 条以上测线，布设的测点数根据压裂井段长度和射孔簇数来设计;测点间距离可以根据实 际要求和设计来布设，一般距离在2-10m间；
[0040] 当待测井是直井压裂时，如图3所示，所述地面测量电极系统是指以直井井筒中心 为中心，以圆环或者数条以井筒中心为起点的射线布设的测点。
[0041] 当待测井是斜井压裂时，如图3所示，所述地面测量电极系统是指以压裂射孔点位 置在地面投影为中心，以圆环或者数条以井筒中心为起点的射线布设的测点。
[0042] 当待测井是直井压裂或斜井压裂时，如图3所示，一般两个测点的夹角为7.5°或者 15°，也就是每个圆环上布置48测点或者24个测点，当然，根据实际需要，每个圆环上也可任 意布设测点，两个测点间的夹角也可以任意调整。
[0043]以上所述井筒电位测量电极和地面测量电极系统的测点的测点间距离可以是等 距，也可以是不等距。
[0044]步骤3,可以根据测量值计算每个压裂时刻的裂缝方位、长度和宽度，实现了实时 监测，具体的，
[0045] 压裂长度Lt由每个时刻电位差值计算，计算公式为:_ 公式中：I为供电电流，P为围岩电阻率，M为测试点，Uma指地面某一测点M与供电井筒A之间的 测量电位差（由于供电井筒A和裂缝的电位一样，所以也就是地面某一测点与裂缝的电位 差），Lt为t时刻裂缝的发育长度，h为测试点距裂缝前端的竖直距离，r为测点与压裂起裂点 (也就是射孔点）的距离；
[0046] 以地面测点与供电井筒A之间的测量电位差作为纵坐标，以平行于水平井井筒水 平段地面投影的测点点号为横坐标做出若干测点的测试曲线图，本实施例相邻两个测点距 离是5米，每个时刻的曲线的峰值连线就指明了裂缝的发育方向；曲线的峰值宽度也就是网 状裂缝的宽度；
[0047] 因为对于单个裂缝，裂缝宽度很小，为几毫米，一般不用计算，对于网状裂缝，网状 裂缝宽度由实测曲线峰值宽度给出；因为对于地层中发展的网状裂缝，压裂液充入其中时， 也相应带充电电荷进入该网状区域，则地面相应该区域的多个测点和井筒A间的测量电位 差都增大，在曲线上反应为曲线峰值宽度加大，该曲线峰值宽度也就是该网状裂缝的宽度 (图5中的曲线反应的就是网状裂缝）。
[0048] 所述供电井筒A是利用井筒和压裂液这两个良导体，通过地面上的稳定电压的供 电系统为井中充入方波直流电;在压裂裂缝开始开裂后，以稳定电压不停供电，由于压裂裂 缝不断延伸，电荷随压裂液不断供入裂缝前端；由于为良导体，井筒电极的电位与裂缝前端 电位值相等，因此，监测数据为裂缝前端电位和地面地位，实现了井地监测。
[0049] 现场测试信号实时的反应了整个压裂裂缝发育过程，并且能清晰的显示单一裂缝 和网状裂缝。
[0050] 本实施例的待测井为水平井，其测试原理如图1所示，其观测系统设计及布设如图 2所示，由于为水平井，平行于水平井井段轨迹布设测线，每边两条测线。
[0051 ]本实施例采用的供电系统为专利;为CN201020157269.8，专利名称为"能加载伪随 机编码的可控信号发射仪"；本实施例采用的接收系统为专利号为201010147421.9,专利名 称为"能加载伪随机编码的可控信号接收仪"公开的接收机
[0052]和接收系统，供电系统分别见专利号为CN201020157269.8,专利名称为"能加载伪 随机编码的可控信号发射仪"和专利号为201010147421.9，专利名称为"能加载伪随机编码 的可控信号接收仪"；通过此-接收系统实时动态的接收测量数据，现场共测试5段，连续测 得每个测点的电位信号，每两分半一个测量数据，监测曲线清晰的显示了裂缝起裂时间和 起裂位置。
[0053]图4和图5分别为测得的第一段和第二段分段压裂的信号，图中曲线是各个测点监 测到的电位差值，每一个测点两分半中监测到一个数据，所以每两分半绘制一条曲线，该曲 线就是当下时刻的压裂裂缝监测曲线，峰值表示在该监测点下的地层中发育裂缝，因为只 有裂缝开裂了，流体才会沿裂缝向前流动，响应的充电电荷就集中在该区域，电荷集中就造 成了地面相应测点的电位差增大。每个时刻的峰值连线就代表了该裂缝随时间的发育过 程，当然，该峰值连线也就指明了裂缝的发育方向。
[0054]信号反应第一段压裂形成两条裂缝，数据显示为单裂缝，第二段压裂形成3条压裂 裂缝，数据显示为网状压裂裂缝，并且每个压裂裂缝的宽度都不一样，可以根据测量值计算 每个压裂时刻的裂缝方位、长度和宽度，实现了实时监测。
[0055]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种稳定电场水平井压裂裂缝监测方法，其特征在于包括如下步骤： 步骤1，通过充电系统给压裂施工井中的供电井筒A和压裂液充入正电荷，给距离供电 井筒A在lOOOmW上的带有套管的供电井筒B充负电荷； 步骤2,通过接收系统接收井筒电位测量电极和地面测量电极系统的点位信息;其中所 述井筒电位测量电极是通过信号线和供电井筒A引入的压裂裂缝前端电位的测量电极，所 述地面测量电极系统布设于地表； 当待测井是水平井压裂时，所述地面测量电极系统是指由与待测水平段井筒轨迹地面 投影平行布设的若干测点组成的测试系统； 当待测井是直井压裂时，所述地面测量电极系统是指W直井井筒中屯、为中屯、，W圆环 或者数条W井筒中屯、为起点的射线布设的测点。 当待测井是斜井压裂时，所述地面测量电极系统是指W压裂射孔点位置在地面投影为 中屯、，W圆环或者数条W井筒中屯、为起点的射线布设的测点； 步骤3,可W根据步骤2得到的测量值获得每个压裂时刻的裂缝方位、长度和宽度。2. 根据权利要求1所述的稳定电场水平井压裂裂缝监测方法，其特征在于： 步骤3中，压裂长度L油每个时刻电位差值计算，计算公式为:Δ?ΜΛ賊二^的-^如-審'去. , 公式中:Μ为测试点，Uma指地面某一测点Μ与供电井筒A之间的测量电位差，U为t时刻裂缝的 发育长度，h为测试点距裂缝前端的竖直距离； W地面测点与供电井筒A之间的测量电位差作为纵坐标，W平行于水平井井筒水平段 地面投影的测点点号为横坐标做出若干测点的测试曲线图，每个时刻的曲线的峰值连线就 指明了裂缝的发育方向；曲线的峰值宽度也就是网状裂缝的宽度。3. 根据权利要求1所述的稳定电场水平井压裂裂缝监测方法，其特征在于:所述充电系 统产生稳定电压的方波直流电，给供电井筒A和供电井筒B充电，供电过程中形成稳定的充 电电场。4. 根据权利要求1所述的稳定电场水平井压裂裂缝监测方法，其特征在于：当待测井是 水平井压裂时，需要布设2条W上测线，布设的测点数根据压裂井段长度和射孔簇数来设 计;测点间距离一般距离在2-lOm间。5. 根据权利要求1所述的稳定电场水平井压裂裂缝监测方法，其特征在于：当待测井是 直井压裂或斜井压裂时，一般两个测点的夹角为7.5°或者15°，也就是每个圆环上布置48测 点或者24个测点。6. 根据权利要求1所述的稳定电场水平井压裂裂缝监测方法，其特征在于:所述井筒电 位测量电极和地面测量电极系统的测点间距离可W是等距，也可W是不等距。
【文档编号】E21B43/26GK105840185SQ201610196964
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】王爱国, 单桂栋, 张胜传, 余洲, 张金成, 曾晓辉
【申请人】大港油田集团有限责任公司