一种油气压裂裂缝高度确定方法、系统及存储介质与流程

1.本发明属于油气压裂监测领域，具体涉及一种油气压裂裂缝高度确定方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.在石油领域，压裂是指采油或采气过程中，利用水力作用，使油气层形成裂缝的一种方法，又称水力压裂。水力压裂的原理就是利用地面高压泵，通过井筒向油层挤注具有较高粘度的压裂液。当注入压裂液的速度超过油层的吸收能力时，则在井底油层上形成很高的压力，当这种压力超过井底附近油层岩石的破裂应力时，油层将被压开并产生裂缝。这时，继续不停地向油层挤注压裂液，裂缝就会继续向油层内部扩张。为了保持压开的裂缝处于张开状态，接着向油层挤入带有支撑剂(通常石英砂)的携砂液，携砂液进入裂缝之后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的裂缝，使其不至于闭合。再接着注入顶替液，将井筒的携砂液全部顶替进入裂缝，用石英砂将裂缝支撑起来。最后，注入的高粘度压裂液会自动降解排出井筒之外，在油层中留下一条或多条长、宽、高不等的裂缝，使油层与井筒之间建立起一条新的流体通道。压裂之后，油气井的产量一般会大幅度增长。
3.油气井实施压裂改造措施后，需要有效的监测方法来确定压裂作业效果，获取压裂诱导裂缝导流能力、几何形态、复杂性及其方位等诸多信息，以改善页岩气藏压裂增产作业效果以及气井产能，并提高页岩气采收率。而其中，得到裂缝高度信息更是重中之重。而获取压裂高度信息，不仅需要专业的监测系统完成检测工作(例如：可以通过监测地表震动信号完成检测，或者通过检测地表的电场信号完成检测)，同时，在得到准确的数据后也需要相应的方法从采集得到的数据中获取到有用的参数，来进行后续的裂缝形态的分析。而现在该领域中基于电法监测来进行裂缝高度确定的方法。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种油气压裂裂缝高度确定方法，所述油气压裂裂缝高度确定方法能够有效且准确的完成对压裂裂缝的高度信息确定。本发明还提出了一种油气压裂裂缝高度确定系统和一种用于存储上述油气压裂裂缝高度确定方法的计算机可执行指令的存储介质。
5.根据本发明第一方面实施例的油气压裂裂缝高度确定方法，包括以下步骤：
6.获取一组电位差信号，每组所述电位差信号皆由电位测线采集得到，所述电位测线包括多个依次布置于压裂井上方地表的信号检测单元，每个所述信号检测单元皆用于在发射系统发射交流激励信号时采集所述信号检测单元与所述压裂井的井筒之间的电位差信号；
7.根据多个所述电位差信号获取对应的初始特征数据，所述初始特征数据包括多个依次存储的初始特征参数，多个所述初始特征参数与多个所述电位差信号一一对应；
8.对所述初始特征数据中多个所述初始特征参数进行预处理，以得到多个梯度异常特征参数，多个梯度异常特征参数皆用于表征对应所述信号检测单元所在位置的压裂液波及体的裂缝高度；
9.根据多个梯度异常特征参数确定对应所述电位测线所监测区域的所述压裂井形成的压裂液波及体的高度信息。
10.根据本发明实施例的油气压裂裂缝高度确定方法，至少具有如下技术效果：通过布设电位测线，可以采集裂缝所对应地面上的多个连续位置的电位差信号，进而可以根据这些电位差信号来得到受裂缝形态影响的多个初始特征参数，并通过对初始特征参数的进一步预处理，得到能够准确对应裂缝高度的梯度异常特征参数，最后利用梯度异常特征参数快速的完成对裂缝的高度信息的确定。本发明实施例的油气压裂裂缝高度确定方法可以快速的确定裂缝高度信息，从而为实时裂缝监测提供了基础，能够为现场尤其开采工作提供有效的指导。
11.根据本发明的一些实施例，将所述压裂液波及体等效为第一等效电阻和第一等效电容串联构成的第一微型电阻电容模型；将所述压裂液波及体的上表面和地面之间的地层等效为第二微型电阻电容模型，所述第二微型电阻电容模型包括串联的第二等效电阻和第二等效电容，以及与所述第二等效电阻并联的第三等效电容；所述第一微型电阻电容模型和所述第二微型电阻电容模型串联构成压裂监测电学模型；
12.所述根据多个梯度异常特征参数确定对应所述电位测线所监测区域的所述压裂井形成的压裂液波及体的高度信息，包括以下步骤：
13.基于所述压裂监测电学模型，根据每个所述梯度异常特征参数确认对应所述信号检测单元所处位置的裂缝高度，其中，所述梯度异常特征参数与所述裂缝高度成反比关系。
14.根据本发明的一些实施例，所述根据多个所述电位差信号获取对应的初始特征数据，包括以下步骤：
15.对每个所述信号检测单元采集的电位差信号进行信号调理，并将信号调理之后的每个所述电位差信号皆转换为数字信号；
16.去除每个所述数字信号的尖峰脉冲，并对去除尖峰脉冲后的每个所述数字信号进行数字滤波处理；
17.对数字滤波后的每个所述数字信号和所述交流激励信号执行反卷积算法，以得到多个变化数据集；
18.根据多个所述变化数据集计算出对应的多个初始特征参数。
19.根据本发明的一些实施例，所述信号调理至少包括阻抗变换、带通滤波、程控放大。
20.根据本发明的一些实施例，所述根据多个所述变化数据集计算出对应的多个初始特征参数，包括以下步骤：
21.对每个所述变化数据集进行绝对值积分，并对绝对值积分后的数值进行求平均，以得到对应的所述初始特征参数。
22.根据本发明的一些实施例，所述对所述初始特征数据中多个所述初始特征参数进行预处理，包括以下步骤：
23.对所述初始特征数据中多个所述初始特征参数进行归一化处理，以得到对应的归
一特征数据，所述归一特征数据包括与多个所述初始特征参数一一对应的多个归一特征参数；
24.确定所述归一特征数据中最小的归一特征参数，并记作最小归一特征参数；
25.将所述归一特征数据中每个所述归一特征参数减去对应预设的背景特征参数，以得到净异常特征数据，所述净异常特征数据包括与多个所述归一特征参数一一对应的多个净异常特征参数；
26.使所述净异常特征数据中每个所述净异常特征参数减去对应的所述最小归一特征参数，以得到中间特征数据，所述中间特征数据包括与多个所述净异常特征参数一一对应的多个中间特征参数；
27.根据所述中间特征数据确定与所述中间特征数据对应的梯度异常数据，所述梯度异常数据用于表征所述压裂井形成的压裂波集体的裂缝形态。
28.根据本发明的一些实施例，所述对所述初始特征数据中多个所述初始特征参数进行归一化处理，包括以下步骤：
29.对每一个所述初始特征参数，利用归一电流值做归一化处理，以得到多个所述归一特征参数，其中，所述归一电流值为与所述初始特征参数对应的所述电位差信号被采集时，所述发射系统发射的交流激励信号的电流值。
30.根据本发明的一些实施例，所述背景特征参数由以下步骤得到：
31.获取压裂开始前所述电位测线采集的多个背景电位信号；
32.根据多个所述背景电位信号得到多个所述背景特征参数，多个所述背景特征参数与多个所述初始特征数据一一对应。
33.根据本发明的一些实施例，所述根据所述中间特征数据确定与所述中间特征数据对应的梯度异常数据，包括以下步骤：
34.每组所述中间特征数据中每个所述中间特征参数与前一个所述中间特征参数做差，得到一个梯度异常特征参数，将得到的多个所述梯度异常特征参数记作所述梯度异常数据。
35.根据本发明第二方面实施例的油气压裂裂缝高度确定系统，包括：
36.电位数据获取单元，用于获取一组电位差信号，每组所述电位差信号皆由电位测线采集得到，所述电位测线包括多个依次布置于压裂井上方地表的信号检测单元，每个所述信号检测单元皆用于在发射系统发射交流激励信号时采集所述信号检测单元与所述压裂井的井筒之间的电位差信号；
37.特征参数获取单元，用于根据多个所述电位差信号获取对应的初始特征数据，所述初始特征数据包括多个依次存储的初始特征参数，多个所述初始特征参数与多个所述电位差信号一一对应；
38.预处理单元，用于对所述初始特征数据中多个所述初始特征参数进行预处理，以得到多个梯度异常特征参数，多个梯度异常特征参数皆用于表征对应所述信号检测单元所在位置的压裂液波及体的裂缝高度；
39.裂缝高度确定单元，用于根据多个梯度异常特征参数确定对应所述电位测线所监测区域的所述压裂井形成的压裂液波及体的高度信息。
40.根据本发明实施例的油气压裂裂缝高度确定系统，至少具有如下技术效果：通过
布设电位测线，可以采集裂缝所对应地面上的多个连续位置的电位差信号，进而可以根据这些电位差信号来得到受裂缝形态影响的多个初始特征参数，并通过对初始特征参数的进一步预处理，得到能够准确对应裂缝高度的梯度异常特征参数，最后利用梯度异常特征参数快速的完成对裂缝的高度信息的确定。本发明实施例的油气压裂裂缝高度确定系统可以快速的确定裂缝高度信息，从而为实时裂缝监测提供了基础，能够为现场尤其开采工作提供有效的指导。
41.根据发明第三方面实施例的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行上述的油气压裂裂缝高度确定方法。
42.根据本发明实施例的计算机可读存储介质，至少具有如下有益效果：通过存储介质可以便于计算机可执行指令的存储和转移。
43.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
44.本发明的上述或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
45.图1是本发明实施例的油气压裂裂缝高度确定方法的流程框图；
46.图2是本发明实施例提取初始特征参数的流程框图；
47.图3是本发明实施例提取梯度异常数据的系统框图；
48.图4是本发明实施例的压裂检测系统的布局示意图；
49.图5是本发明实施例的压裂液波及体形成的电场曲线示意图；
50.图6是本发明实施例的电位测线的布局示意图(水平井)；
51.图7是本发明实施例的发射系统发出的交流激励信号的波形图；
52.图8是本发明实施例的信号检测单元采集的电位差信号的波形图；
53.图9是本发明实施例的交流激励信号与信号检测单元采集的电位差信号的重叠信号波形示意图；
54.图10是本发明实施例的压裂液波及体的等效示意图；
55.图11是反卷积算法的示意图；
56.图12是本发明实施例的油气压裂裂缝高度确定系统的系统框图。
具体实施方式
57.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
58.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
59.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、
小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
60.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
61.为了更好的描述本发明实施例的油气压裂裂缝高度确定方法，这里对用于执行本发明实施例的油气压裂裂缝高度确定方法的监测系统进行一个简述。
62.如图4所示，图4为监测系统布局示意图，发射系统包括两个发射极a、b，发射极a与压裂井井筒的井口连接，发射极b与无穷远连接(可以理解为接地)，发射极a向井口发射交流激励信号之后，发射极a可以通过大地与发射极b构成回路，从而完成向井筒中交流激励信号的发送。接收系统包括一个公共电极n、多个信号检测单元(例如，可以采用铜棒等导电性较好的金属棒)以及用于接收信号检测单元信号的数据采集单元、存储单元以及处理器单元，多个信号检测单元即图4中所示m1、m2、
……
、m2n等测点，接收系统的公共电极n连接到井筒的井口处，从而可以与多个信号检测单元形成回路并保证各个信号检测单元检测的电位差信号可以有同一个基准，在发射系统向井筒发射测试交流电后，每一个信号检测单元都可以检测到电位差信号，之后便可以利用电位差信号完成对裂缝形态的分析。
63.参考图5，图5中椭圆实线为压裂液波及体，椭圆虚线为电场分布示意曲线，地面上方的曲线为电位测线采集的多个电位差信号构成的电场分布曲线。图6中黑色实心点有两纵两横，四条线皆为电位测线，图5中的曲线则可以视作根据任一电位测线测得到的电场分布曲线图。参考图7至图9，这里对初始特征参数进行一个说明，以便对后续步骤进行理解。图7、图9中方波信号为发射系统向井筒发送的交流激励信号，图8、图9中带有弯曲度的信号为信号检测单元接收到的电位差信号，且随着裂缝形态的变化，图8、图9中信号的弯曲度也会发生变化，因此，参考图9，只需要确定交流激励信号与信号检测单元接收到的电位差信号之间的面积，便可以根据这一面积来确定出不同的裂缝形态带来的信号变化，因此，这里将这一面积确定为初始特征参数。但是初始特征中可能存在其他干扰因素带来的影响，因此需要消除这些因素的影响才能得到尽可能准确的参数来确定裂缝形态，即得到梯度异常参数，最终可以根据多个梯度异常参数来确定电位测线对应区域的压裂液波及体的高度信息。
64.下面根据图1至图11描述本发明第一方面实施例的油气压裂裂缝高度确定方法。油气压裂裂缝高度确定方法包括以下步骤：
65.获取一组电位差信号，每组电位差信号皆由电位测线采集得到，电位测线包括多个依次布置于压裂井上方地表的信号检测单元，每个信号检测单元皆用于在发射系统发射交流激励信号时采集信号检测单元与压裂井的井筒之间的电位差信号；
66.根据多个电位差信号获取对应的初始特征数据，初始特征数据包括多个依次存储的初始特征参数，多个初始特征参数与多个电位差信号一一对应；
67.对初始特征数据中多个初始特征参数进行预处理，以得到多个梯度异常特征参数，多个梯度异常特征参数皆用于表征对应信号检测单元所在位置的压裂液波及体的裂缝高度；
68.根据多个梯度异常特征参数确定对应电位测线所监测区域的压裂井形成的压裂液波及体的高度信息。
69.参考图1至图11，电位测线通常包括了多个等间隔布置的信号检测单元，且电位测线布置的长度通常也会足够长，以保证能够完成的检测到整个压裂液波及体。在对压裂井进行压裂时，会通过发射系统持续向压裂井发射交流激励信号，并通过每一个信号检测单元持续采集电位差信号。采集到电位差信号后，会从每个电位差信号中获取到仅因为裂缝变化引起的初始特征参数。但是，此时提取的初始特征参数还包含着众多干扰因素的影响，从而需要对初始特征参数进行预处理，以得到仅包净异常的梯度特征参数。初始特征参数消除了影响因素后，仅包含与裂缝变化对应的净异常值，最终可以利用多个梯度异常特征参数确定多个高度信息，多个高度信息对应着不同检测单元所在区域的压裂液波及体的高度。在实际工程中，通过利用数量众多的电位测线完成更多的电位差信号的检测，可以有效的确定完整个压裂井所形成裂缝的高度信息。需要说明的是，对于压裂波及体的面积的确定可以采用较为简单的方式，例如，对于同一区域有裂缝和无裂缝时的电场存在极大的差别，因此，可以直接通过确定多个电位测线电场分布的区域，便可以压裂液波及体的范围。
70.根据本发明实施例的油气压裂裂缝高度确定方法，通过布设电位测线，可以采集裂缝所对应地面上的多个连续位置的电位差信号，进而可以根据这些电位差信号来得到受裂缝形态影响的多个初始特征参数，并通过对初始特征参数的进一步预处理，得到能够准确对应裂缝高度的梯度异常特征参数，最后利用梯度异常特征参数快速的完成对裂缝的高度信息的确定。本发明实施例的油气压裂裂缝高度确定方法可以快速的确定裂缝高度信息，从而为实时裂缝监测提供了基础，能够为现场尤其开采工作提供有效的指导。
71.在本发明的一些实施例中，将压裂液波及体等效为第一等效电阻和第一等效电容串联构成的第一微型电阻电容模型；将压裂液波及体的上表面和地面之间的地层等效为第二微型电阻电容模型，第二微型电阻电容模型包括串联的第二等效电阻和第二等效电容，以及与第二等效电阻并联的第三等效电容；第一微型电阻电容模型和第二微型电阻电容模型串联构成压裂监测电学模型；
72.根据多个梯度异常特征参数确定对应电位测线所监测区域的压裂井形成的压裂液波及体的高度信息，包括以下步骤：
73.基于压裂监测电学模型，根据每个梯度异常特征参数确认对应信号检测单元所处位置的裂缝高度，其中，梯度异常特征参数与裂缝高度成反比关系。
74.参考图4，第二微型电阻电容模型等效的是地层部分(压裂液波及体与地面之间)，理论上，在压裂过程中，第二等效电阻和第二等效电容的值本身不会发生变化，可视作静态背景(即作为一个较大的常数处理即可)；将压裂液波及体等效为第一等效电阻和第一等效电容串联构成的第一微型电阻电容模型，而压裂液波及体的上表面和下表面可以等效于第一等效电容的上极板和下极板，当向压裂井的井筒中注入压裂液后，随着压裂液波及体的体积的不断变化，等效于第一等效电容的上极板和下极板之间的距离及极板面积在不断变化，故第一等效电阻和第一等效电容的值也在发生变化，因此，基于压裂监测电学模型的基础，采集到的电势差信号也会发生相应的变化，而这种变化也是由于第一微型电阻电容模型的变化带来的。而不同监测点检测到的电势差信号不同，从而可以基于压裂监测电学模型对监测点采集的电势差信号进行解析，以得到监测点检测所在位置对应的裂缝的形态数
据，形态数据可以具体为裂缝的高度和面积数据。
75.这里对原理进行进一步叙述。参考图10，平板电容是由两个平行极板所组成，两极板的面积均为s，两极板间距为d，两极板之间充满导电介质，导电介质的介电常数为ε，根据平板电容的容值公式：
[0076][0077]
可知，平板电容的容值与极板的面积s成正比，与极板间距d成反比。
[0078]
压裂监测电学模型将压裂液波及体等效的看作是第一等效电阻和第一等效电容的等效模型。如图10所示，将压裂液波及体的上顶板看作是平板电容a极板，下顶板看作是平板电容b极板，压裂液看作是两极板之间的导电介质。那么，压裂监测的压裂液波及体的裂缝高度h即可等效为平板电容的两极板间距d，即
[0079]
h＝d。
[0080]
而得到的梯度异常特征参数uc在此模型下可以等效为uc＝τ＝rc，那么可以得到：
[0081][0082]
令定义β为工程校正系数，则：
[0083][0084]
进而可求出压裂监测的裂缝高度h：
[0085][0086]
可以看到，压裂监测的裂缝高度h与平板电容的极板面积s成正比，与监测特征参数uc成反比。
[0087]
需要说明的是，通过面积剖分法确定压裂液波及体的波及面积，即，在运用上述公式进行高度推导式，可以作为常数处理。对于工程校正系数β，则可以通过模型测定得到(例如实验环境下构建等比模型，从而测定出β)，即对于不同的特征参数uc可以对应一组β值，进而可以在某一状态下将β作为常数来处理。
[0088]
在本发明的一些实施例中，根据多个电位差信号获取对应的初始特征数据，包括以下步骤：
[0089]
对每个信号检测单元采集的电位差信号进行信号调理，并将信号调理之后的每个电位差信号皆转换为数字信号；
[0090]
去除每个数字信号的尖峰脉冲，并对去除尖峰脉冲后的每个数字信号进行数字滤波处理；
[0091]
对数字滤波后的每个数字信号和交流激励信号执行反卷积算法，以得到多个变化数据集；
[0092]
根据多个变化数据集计算出对应的多个初始特征参数。
[0093]
在获取到信号检测单元读取的电势差信号后，信号存在较多的干扰且信号本身的强度较弱，因此，需进行信号调理，调理完成后再将模拟信号准换为数字信号，从而可以被模数转换模块读取并进行存储，进而可以便于对数据进行处理。考虑到信号检测单元以及
公共电极与大地之间会存在感应耦合，即在阶跃信号的上升沿和下降沿均存在“尖峰脉冲”干扰(如图8所示)，这种干扰会一定程度上影响测量的稳定性，因此需要对这种尖峰脉冲的干扰进行滤波或“斩波去耦”处理。消除尖峰脉冲的数据进行数据滤波之后便基本消除了干扰因素的影响，此时，则可以开始正式提取特征参数。
[0094]
参考图11，将交流激励信号看成输入量x，将信号检测单元采集到的电势差信号看成是经过线性时不变系统c后的响应输出量y，将引起这个变化的整个压裂特征参数系统可以看成该线性时不变系统c。那么根据反卷积理论，将模数转换模块转换后的数字信号作为y(t)，将发射系统发出的交流激励信号的波形数据集作为x(t)，通过反卷积算法即可解算出交流激励信号经过压裂目标层系统后所产生的变化数据集c(t)，对该数据集进行绝对值积分并求取均值后即可得到特征参数。
[0095]
在本发明的一些实施例，信号调理至少包括阻抗变换、带通滤波、程控放大。通过阻抗变换、带通滤波、程控放大可以减少杂波干扰、并且让数据更好被模数转换模块完成数模转换。
[0096]
在本发明的一些实施例，数字滤波处理至少采用fir滤波、iir滤波、滑动平均滤波中一种。fir滤波、iir滤波、滑动平均滤波可以实现较好的滤波效果，滤除杂波影响。
[0097]
在本发明的一些实施例中，根据多个变化数据集计算出对应的多个初始特征参数，包括以下步骤：对每个变化数据集进行绝对值积分，并对绝对值积分后的数值进行求平均，以得到对应的初始特征参数。基于绝对值积分的方式，即可快速的得到初始特征参数(即图9中方波与弯形波之间的面积)。
[0098]
在本发明的一些实施例中，去除数字信号的尖峰脉冲，包括以下步骤：将数字信号中阶跃信号的上升沿的尖峰脉冲和下降沿后的尖峰脉冲通过指数函数拟合进行滤波或直接归为0值，以去除尖峰脉冲。通过指数函数拟合进行滤波可以完成对尖峰脉冲的消除，在一些情况下，也可以直接在确定尖峰脉冲位置归0即可消除。
[0099]
在本发明的一些实施例中，对初始特征数据中多个初始特征参数进行预处理，包括以下步骤：
[0100]
对初始特征数据中多个初始特征参数进行归一化处理，以得到对应的归一特征数据，归一特征数据包括与多个初始特征参数一一对应的多个归一特征参数；
[0101]
确定归一特征数据中最小的归一特征参数，并记作最小归一特征参数；
[0102]
将归一特征数据中每个归一特征参数减去对应预设的背景特征参数，以得到净异常特征数据，净异常特征数据包括与多个归一特征参数一一对应的多个净异常特征参数；
[0103]
使净异常特征数据中每个净异常特征参数减去对应的最小归一特征参数，以得到中间特征数据，中间特征数据包括与多个净异常特征参数一一对应的多个中间特征参数；
[0104]
根据中间特征数据确定与中间特征数据对应的梯度异常数据，梯度异常数据用于表征压裂井形成的压裂波集体的裂缝形态。
[0105]
每一根电位测线会间隔一定的时间采集依次电位差信号，并根据这组电位差信号得到一组初始特征数据，采集多次后，即可形成一个二维参数表，具体如表1所示。表1中，p1至pn为一条电位测线的多个信号检测单元，t1至tm为不同的时刻。
[0106]
表1
[0107] p1p2p3……
pn最小值
t1u
t1-1ut1-2ut1-3 u
t1-nut1min
t2u
t2-1ut2-2ut2-3 u
t2-nut2min
t3u
t3-1ut3-2ut3-3 u
t3-nut3min
t4u
t4-1ut4-2ut4-3 u
t4-nut4min
……………………ꢀ…………
tmu
tm-1utm-2utm-3 u
tm-nutmmin
[0108]
在得到初始特征数据后，会对初始特征数据中多个初始特征参数进行归一化处理，以消除发射系统电流变化带来的误差，需要说明的是，对于不同时刻采集的初始特征数据会使用与之对应发射系统的电流数据来进行归一化。同时，在归一化处理后，会确定归一特征数据中数值最小的归一特征参数，并将其记作最小归一特征参数，以便后续消除直流偏置使用。
[0109]
得到归一化特征数据后，则需要消除背景场(非裂缝区域产生的电位差信号)本身产生的电位信号变化，以得到裂缝本身带来的净异常变化。对油气压裂而言，在未形成裂缝之前整个压裂层位、环境干扰、人文干扰等处于“相对静态”，那么可以利用此时电位测线测得的电位差信号(即背景电位信号)来构建多个背景特征参数，且多个背景特征参数与电位测线中多个信号检测单元一一对应。获取背景特征参数的过程可以世界套用获取初始特征数据的过程。需要说明的是，对于背景场数据获取而言，为了保证背景场数据获取的质量，电位测线会采集多个时刻的电位差信号，并对每个信号检测单元采集的多个电位差信号进行中值滤波处理，提出异常数据点。
[0110]
利用多个背景特征参数从归一化特征数据中提取出净异常特征数据后，则需要利用最小归一化特征参数来对净异常特征数据中每一个净异常特征参数进行减法运算，从而消除直流偏执的影响。消除直流偏执后则可以得到中间特征数据，中间特征数据同样会包括多个中间特征参数。之后确定多个中间特征参数之间的梯度异常，并形成梯度异常数据，达到消除压裂过程中的稳态干扰的目的。最终输出的梯度异常数据则可以更好的体现裂缝变化引起的信号变化。需要说明的是，经历本发明实施例的油气压裂裂缝监测数据处理方法后得到的梯度异常数据虽然在真实大小上与最初的信号大小存在差值，但是能够更好的反应裂缝变化引起的信号变化，且因为运算过程是固定变化过程，所以在得到梯度异常数据后，可以通过引进比例系数或者增补常数等等方式来进行比例放大等处理皆可。因此，利用梯度异常数据可以实现对裂缝形态的确定。
[0111]
在本发明的一些实施例中，对初始特征数据中多个初始特征参数进行归一化处理，包括以下步骤：
[0112]
对每一个初始特征参数，利用归一电流值做归一化处理，以得到多个归一特征参数，其中，归一电流值为与初始特征参数对应的电位差信号被采集时，发射系统发射的交流激励信号的电流值。
[0113]
归一电流值即用于获取初始特征参数时所用到的一组电位差信号的采集时刻，发射系统发射的交流激励信号的电流值。利用该归一电流值进行归一化处理后，可以消除电流变化带来的误差。
[0114]
在本发明的一些实施例中，归一特征参数，由以下公式计算得到：
[0115]
u＝v/i，
[0116]
式中，u为归一特征参数，v为初始特征参数，i为归一电流值。
[0117]
利用归一电流值进行归一化处理的方式较为简单，直接使用上述公式对初始特征数据中每一个初始特征参数进行运算皆可，从而可以得到对应的多个归一特征参数。
[0118]
在本发明的一些实施例中，背景特征参数由以下步骤得到：
[0119]
获取压裂开始前电位测线采集的多个背景电位信号；
[0120]
根据多个背景电位信号得到多个背景特征参数，多个背景特征参数与多个初始特征数据一一对应。
[0121]
压裂监测工程应用时会在压裂开始前约半小时开始采集数据，这段时间由于未进行压裂，压裂层位、环境干扰、人文干扰等处于“相对静态”，此时，电位测线采集的多个背景电位信号则可以用作背景场使用，后续在压裂开始后采集的电位差信号必然会包含这一部分，而只需消除了背景场的影响，则可以得到净异常数据。在电位测线采集到多个背景电位信号后，可以采用与获得初始特征参数相同的方法来来对多个背景电位信号进行处理，并对得到参数进行归一化处理，最终得到多个背景特征参数。需要说明的是，为了保证背景场的准确性，会通过中位值滤波等手段来消除异常数据的影响。
[0122]
在本发明的一些实施例中，根据中间特征数据确定与中间特征数据对应的梯度异常数据，包括以下步骤：
[0123]
每组中间特征数据中每个中间特征参数与前一个中间特征参数做差，得到一个梯度异常特征参数，将得到的多个梯度异常特征参数记作梯度异常数据。
[0124]
将每个中间特征参数减去前一个中间特征参数即可得到梯度异常特征参数。需要说明的是，对于环形的电位测线而言，每一条电位测线因为是环形布置的，因此，每一个中间特征参数都可以找到与之对应的前一个，对于井字形布局的多条电位测线而言，每一条电位测线都存在端点，必然会存在有一个端点无法找到对应的前一个中间特征参数的问题，但是考虑在实际检测中，接近电位测线两端的电位差信号本身不会存在过多变化，因此，可以直接剔除该数据或者使用相邻位置的数据进行填补即可。
[0125]
在本发明的一些实施例中，每间隔预设的处理时间根据采集的电位差信号获取一次初始特征数据，并根据初始特征数据确认一组梯度异常数据。每间隔一段时间执行一次，则可以实现对整个裂缝变化引起的梯度异常数据变化进行动态监测，从而可以利用梯度异常数据来确定裂缝的动态变化，有利用对现场压裂情形进行实时监控。
[0126]
根据本发明第二方面实施例的油气压裂裂缝高度确定系统，包括：电位数据获取单元、特征参数获取单元、预处理单元、裂缝高度确定单元。
[0127]
电位数据获取单元，用于获取一组电位差信号，每组电位差信号皆由电位测线采集得到，电位测线包括多个依次布置于压裂井上方地表的信号检测单元，每个信号检测单元皆用于在发射系统发射交流激励信号时采集信号检测单元与压裂井的井筒之间的电位差信号；
[0128]
特征参数获取单元，用于根据多个电位差信号获取对应的初始特征数据，初始特征数据包括多个依次存储的初始特征参数，多个初始特征参数与多个电位差信号一一对应；
[0129]
预处理单元，用于对初始特征数据中多个初始特征参数进行预处理，以得到多个梯度异常特征参数，多个梯度异常特征参数皆用于表征对应信号检测单元所在位置的压裂
液波及体的裂缝高度；
[0130]
裂缝高度确定单元，用于根据多个梯度异常特征参数确定对应电位测线所监测区域的压裂井形成的压裂液波及体的高度信息。
[0131]
参考图1至图12，电位测线通常包括了多个等间隔布置的信号检测单元，且电位测线布置的长度通常也会足够长，以保证能够完成的检测到整个压裂液波及体。在对压裂井进行压裂时，会通过发射系统持续向压裂井发射交流激励信号，并通过每一个信号检测单元持续采集电位差信号。采集到电位差信号后，会从每个电位差信号中获取到仅因为裂缝变化引起的初始特征参数。但是，此时提取的初始特征参数还包含着众多干扰因素的影响，从而需要对初始特征参数进行预处理，以得到梯度特征参数，初始特征参数消除了影响因素，仅包含与裂缝变化对应的特征值，最终可以利用多个梯度异常特征参数确定多个高度信息，多个高度信息对应着不同检测单元所在区域的压裂液波及体的高度。在实际工程中，通过利用数量众多的电位测线完成更多的电位差信号的检测，可以有效的确定完整个压裂井所形成裂缝的高度信息。需要说明的是，对于压裂波及体的面积的确定可以采用较为简单的方式，例如，对于同一区域有裂缝和无裂缝时的电场存在极大的差别，因此，可以直接通过确定多个电位测线电场分布的区域，便可以压裂液波及体的范围。
[0132]
根据本发明实施例的油气压裂裂缝高度确定系统，通过布设电位测线，可以采集裂缝所对应地面上的多个连续位置的电位差信号，进而可以根据这些电位差信号来得到受裂缝形态影响的多个初始特征参数，并通过对初始特征参数的进一步预处理，得到能够准确对应裂缝高度的梯度异常特征参数，最后利用梯度异常特征参数快速的完成对裂缝的高度信息的确定。本发明实施例的油气压裂裂缝高度确定系统可以快速的确定裂缝高度信息，从而为实时裂缝监测提供了基础，能够为现场尤其开采工作提供有效的指导。
[0133]
根据发明第三方面实施例的计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行上述的油气压裂裂缝高度确定方法。
[0134]
根据本发明实施例的计算机可读存储介质，通过存储介质可以便于计算机可执行指令的存储和转移。
[0135]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0136]
尽管上述结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。