[發(fā)明專利]一種新的頁巖氣井壓裂裂縫監(jiān)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210419924.6
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN102900425A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 康忠健;龔大健;史永宏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種監(jiān)測頁巖氣井壓裂裂縫的方法，應(yīng)用磁致伸縮換能器方法監(jiān)測頁巖氣井壓裂裂縫。

背景技術(shù)

頁巖氣是指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁巖及其夾層中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣，成分以甲烷為主，近幾年，美國頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)突破，產(chǎn)量快速增長，實現(xiàn)其“天然氣革命”，對國際天燃?xì)馐袌黾笆澜缒茉锤窬之a(chǎn)生重大影響，世界主要資源國都加入了對頁巖氣的勘探開發(fā)力度。

我國富有機(jī)質(zhì)頁巖分布廣泛，南方地區(qū)、華北地區(qū)和新疆塔里木盆地等發(fā)育海相頁巖，華北地區(qū)、準(zhǔn)噶爾盆地、吐哈盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地和松遼盆地等廣泛發(fā)育陸相頁巖，具備頁巖氣成藏條件，資源潛力較大。相關(guān)部門預(yù)測，頁巖氣可采資源量為25萬億立方米，超過常規(guī)天然氣資源。

由于頁巖氣儲層具有低孔、低滲透率的物性特征，只有少數(shù)天然裂縫特別發(fā)育的頁巖氣井可以直接投入生產(chǎn)，但多數(shù)頁巖氣井需要進(jìn)行壓裂改造才能得到理想的產(chǎn)量。頁巖氣井經(jīng)過壓裂改造后，利用裂縫監(jiān)測技術(shù)可以有效地評價壓裂效果。通過裂縫監(jiān)測

1、可以了解壓裂施工，獲得裂縫大致尺寸，判斷壓裂是否產(chǎn)生了多裂縫；

2、可以了解壓裂后產(chǎn)量情況，判斷裂縫是否覆蓋了目的層，分析裂縫和天然裂縫是否交叉；

3、進(jìn)行壓裂優(yōu)化和產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)評價，隨施工規(guī)模的增加可以獲得多少的裂縫長度和高度增長，獲得最優(yōu)的壓裂設(shè)計。

目前主要的壓裂裂縫監(jiān)測方法有：直接近井筒裂縫檢測、井下微地震監(jiān)測方法、測斜儀檢測和分布式聲傳感檢測等。

鐵磁材料和亞鐵磁材料磁化狀態(tài)的改變導(dǎo)致其長度發(fā)生微小的變化，這一現(xiàn)象被稱為磁致伸縮效應(yīng)；也存在磁致伸縮逆效應(yīng)，即當(dāng)材料受到壓力或張力作用而使材料長度發(fā)生變化時，材料內(nèi)部的磁化狀態(tài)也隨之改變。磁致伸縮換能器能夠把大功率的電能轉(zhuǎn)化為很強(qiáng)的次聲波振動，因而可利用所產(chǎn)生的高強(qiáng)度次聲波；磁致伸縮傳感器則用來檢測微弱的機(jī)械振動并將其轉(zhuǎn)化為電信號。

整個裝置分為地上部分和井下部分，地上部分主要包括：電源系統(tǒng)，主控制單元，顯示部分；井下部分，主要由磁致伸縮換能器、磁致伸縮傳感器、換能器控制器組成。利用磁致伸縮換能器發(fā)射大功率的次聲波，磁致伸縮傳感器則用來檢測微弱的機(jī)械振動并將其轉(zhuǎn)化為電信號。通常，磁致伸縮傳感器所檢測的信號正是磁致伸縮換能器發(fā)出的反射信號。所以，磁致伸縮換能器和磁致伸縮傳感器是同一器件，按照時間分割原理工作。

井下部分換能器所用的電源由地面提供，由于井下共裝設(shè)3組磁致伸縮換能器裝置，每組由多個換能器組成，構(gòu)成環(huán)形結(jié)構(gòu)，磁致伸縮換能器和磁致伸縮傳感器是同一器件。工作時，按照從上到下的順序，先由一組換能器發(fā)出超聲波，然后3組磁致伸縮傳感器同時對反射波進(jìn)行檢測，依次按從上到下的順序按這種方式進(jìn)行工作。所以共有3組電源下到井下，井下控制器將傳感器的信號采集后，通過高速的總線傳送到地面的主控制單元，在對信號進(jìn)行分析處理，得到井下裂縫的位置、長度和寬度等信息，并進(jìn)行顯示。

?????發(fā)明原理：

磁致伸縮原理

磁體在磁化狀態(tài)下，其體積和形狀發(fā)生的變化。體伸縮指體積的相對變化ΔV/V，線伸縮指長度的相對變化ΔL/L。強(qiáng)磁體自發(fā)磁化時，由于磁性原子間的相互作用，點(diǎn)陣發(fā)生自發(fā)畸變，磁疇發(fā)生自發(fā)形變，稱為自發(fā)磁致伸縮，包括自發(fā)的體磁致伸縮及線伸縮。前者主要來源于交換作用，后者與磁晶各向異性密切相關(guān)。強(qiáng)磁體受到外磁場磁化時，由于磁疇結(jié)構(gòu)的變化和相應(yīng)的磁疇自發(fā)形變的變化，出現(xiàn)了整個物體的線磁致伸縮（簡稱磁致伸縮）。由強(qiáng)磁體交變磁化狀態(tài)引起交變磁致伸縮或其逆效應(yīng)導(dǎo)致磁聲效應(yīng)，已用于超聲換能器等技術(shù)中。磁致伸縮與技術(shù)磁化性能有密切關(guān)系。在單晶體中磁致伸縮是各向異性的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)圖；

具體實施方式

將3組磁致伸縮換能器（傳感器）按照上中下的順序裝設(shè)，每組由多個換能器（傳感器）組成，每組的電源由地面的電源系統(tǒng)提供，每組磁致伸縮換能器（傳感器）的控制器由運(yùn)算速度快的DSP構(gòu)成，通過高速總線與地面的主控制器進(jìn)行通信和指令的傳輸，主控制器也采用的是DSP，運(yùn)算后的結(jié)果由液晶顯示裝置顯示，并可以傳送到上位機(jī)。?