[發(fā)明專(zhuān)利]基于動(dòng)電耦合的水力壓裂裂縫監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210287011.3
• 申請(qǐng)日: 2012-08-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102768370A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱凱光;李亭亭;林君;賈正森;王佳;邱春玲;李雪濤;李振峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01V3/26
• 分類(lèi)號(hào): G01V3/26
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 2201
• 代理人: 王立文

1.一種基于動(dòng)電耦合的水力壓裂裂縫監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，是由校準(zhǔn)模塊、接地電阻測(cè)量模塊和信號(hào)通道分別與MUX連接，MUX經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊、ADC、FIFO和微控制器與上位機(jī)連接，上位機(jī)經(jīng)功能選擇模塊與MUX連接，微控制器經(jīng)CPLD與ADC連接，CPLD與FIFO連接，校準(zhǔn)模塊經(jīng)開(kāi)關(guān)和DAC與微控制器連接，或者信號(hào)調(diào)理模塊經(jīng)開(kāi)關(guān)和DAC與微控制器連接構(gòu)成。

2.一種基于動(dòng)電耦合的水力壓裂裂縫的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、測(cè)試前的準(zhǔn)備工作，根據(jù)監(jiān)測(cè)井井場(chǎng)條件、周邊環(huán)境、壓裂井射孔分布方式確定布極半徑和布極個(gè)數(shù)：布極個(gè)數(shù)通常是：布極個(gè)數(shù)＝360°/(2*測(cè)量角度誤差)計(jì)算設(shè)定；

布極半徑通常以井深的1/2-1/3作為假設(shè)半徑，根據(jù)下述公式計(jì)算各通道動(dòng)電耦合電位，將動(dòng)電耦合電位滿足儀器分辨率的最大半徑定為實(shí)際布極半徑R：

x方向電場(chǎng)：ex(t)=-I0dz′v4πσ∫0Δ(2A(α,β,τ)(x-xi(τ))2r5-B(α,β,τ)(z-z′)2+y2r5)dτ]]>

y方向電場(chǎng)：ey(t)=-I0dz′v4πσ∫0Δ(x-xi(τ))yr5-(2A(α,β,τ)+B(α,β,τ))dτ]]>

總場(chǎng)幅值：e(t)=ex(t)2+ey(t)2,]]>總場(chǎng)相位：θ=argtan(ey(t)ex(t)),]]>

布極半徑：探測(cè)點(diǎn)與橫軸夾角：

動(dòng)電耦合電位：

其中：A(β,t)={Re[e-βt-iαβ1/2(1+iαβ1/2)×erfc(α2t1/2-i(βt)1/2)]+2π1/2(α2t1/2)e-α2/4t}u(t),]]>

B(β,t)={Re[e-βt-iαβ1/2(1+iαβ1/2-βα2)×erfc(α2t1/2-i(βt)1/2)]+]]>

2π1/2[(α2t1/2)+2(α2t1/2)3]e-α2/4t}u(t)]]>

α²＝σμ₀r²，r=(x-xi)2+(y-yi)2+(z-z′)2]]>是動(dòng)電耦合場(chǎng)源(即壓裂裂開(kāi)處)(x_i，y_i，z′)到觀測(cè)點(diǎn)(x，y，z)的距離，探測(cè)點(diǎn)在地面即z＝0。

β＝1/(σμ₀r²)，σ為壓裂液的電導(dǎo)率，I₀d_z′為動(dòng)電耦合產(chǎn)生的電流源，v為注入壓裂液速度，μ₀為真空磁導(dǎo)率，Δ為裂縫開(kāi)裂時(shí)刻。

b、監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)布置，根據(jù)監(jiān)測(cè)井周?chē)鷮?shí)際環(huán)境，以壓裂井為中心，選定某一方向?yàn)榈谝煌ǖ溃褂肎PS定位逆時(shí)針等角度徑向鋪設(shè)一圈接收電極(1)，在井口布置一個(gè)參考電極(2)，并將所有的電極分別通過(guò)電纜與監(jiān)測(cè)裝置(5)相連，完成現(xiàn)場(chǎng)布置；

c、自檢，在監(jiān)測(cè)前由監(jiān)測(cè)裝置的微控制器控制功能選擇模塊，將校準(zhǔn)模塊接入監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，之后檢測(cè)信號(hào)接收電極(1)和參考電極(2)的接地是否良好，以確保所有電極與大地耦合良好；

d、設(shè)置監(jiān)測(cè)裝置參數(shù)，根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)選取的監(jiān)測(cè)方式及監(jiān)測(cè)要求進(jìn)行監(jiān)測(cè)裝置參數(shù)設(shè)置，包括采樣率、采集時(shí)間、存儲(chǔ)路徑參數(shù)，參數(shù)設(shè)置完畢，監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)入采集狀態(tài)，等待注水壓裂；

e、開(kāi)始監(jiān)測(cè)，上位機(jī)通過(guò)監(jiān)測(cè)裝置的主控模塊和采集模塊同時(shí)進(jìn)行各通道的動(dòng)電耦合電位數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與存儲(chǔ)，微控制器通過(guò)USB將采集到的數(shù)據(jù)送到上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)解釋?zhuān)?/p>

f、數(shù)據(jù)解釋?zhuān)瑢⒏魍ǖ绖?dòng)電耦合電位數(shù)據(jù)記為上位機(jī)根據(jù)電位數(shù)據(jù)自動(dòng)繪制出數(shù)據(jù)曲線，之后根據(jù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)判斷壓裂裂縫開(kāi)裂時(shí)刻、持續(xù)時(shí)間和裂縫方向；

具體判斷依據(jù)為：某一通道或某幾通道動(dòng)電耦合電位數(shù)據(jù)開(kāi)始下降的時(shí)刻為裂縫開(kāi)裂時(shí)刻，裂縫開(kāi)裂時(shí)刻至所有通道動(dòng)電耦合電位數(shù)據(jù)都開(kāi)始下降時(shí)刻為裂縫持續(xù)時(shí)間，數(shù)據(jù)曲線的尖峰明顯的通道初步判定為裂縫方向，在此基礎(chǔ)上通過(guò)正演計(jì)算各個(gè)通道數(shù)據(jù)(i=1，2，……18)，并與實(shí)測(cè)動(dòng)電耦合電位曲線擬合，當(dāng)滿足≤擬合誤差時(shí)的理論模型的裂縫方向?yàn)檎鎸?shí)的裂縫方向。