一种基于电磁阵列的压裂监测系统及方法与流程

本发明涉及压裂监测，尤其涉及一种基于电磁阵列的压裂监测系统及方法

背景技术：

1、在石油领域，压裂是指采油或采气过程中，利用地面高压泵，通过井筒向地层挤注大量具有较高粘度、含有支撑剂并呈低阻特性的压裂液，迫使地层压力升高，岩石破裂产生裂缝。裂缝产生过程中，压裂液沿裂缝推进，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以充填裂缝并支撑裂缝使其不至于闭合，在油层中留下一条或多条形态不一的裂缝，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。

2、常规方案采用的监测方法包括井下微地震法以及地面电磁法。井下微地震法是根据流体注入可诱发微地震事件的原理，利用返回的波场对储气层裂缝的响应特征，进行波场响应分析，可监测该破裂事件的位置和程度；而充填低阻压裂液的裂缝空间通电后，可形成电流发射源，利用电磁法监测技术可监测压裂液波及体的形态及大小。压力增大可在远端产生一些应力破裂，地震波信号可反应并定位该破裂事件，但该破裂事件引起的远端缝是否与主裂缝空间连通或者有压裂液注入未知，如未连通或充满压裂液，则为无效缝，微地震监测技术无法判断该情况，另外，因地震波在地层中传播时信号会不断衰减、井筒环境噪音大、泵压及泵速等原因，不能十分有效直观地描绘通过压裂液压裂改造储层的裂缝的生长过程、几何形状和空间展布。而地面电磁法对油气储层的孔隙度、渗透率和饱和度等参数反应灵敏，具有效率高、成本低、适应复杂地表能力强等优点，电磁监测技术基于压裂液波及体的空间展布特征，但是地面电场信号难以确定该压裂液波及体的准确位置，若定位不准，将影响空间展布特征的解释准确度。因此仅靠微地震监测技术，无法判断有效改造体积范围；而仅靠电磁监测技术，压裂液波及体形态及大小的解释准确度有所降低，即利用任意单一方法均难以准确监测压裂作业的有效改造体积范围。

3、中国专利公开号cn108983298a公开了一种油气压裂四维实时电磁监测方法和系统，方法包括：每个压裂段施工过程中，沿压裂导眼井方向发射不同频率的电磁波激励信号，获取压裂导眼井监测范围内若干监测点处在压裂前的电场信号和压裂过程中的电场信号；基于压裂前的电场信号和压裂过程中的电场信号得到各个监测点的残差电场，并根据残差电场得到电场残差度；基于每个监测点的电场残差度获取压裂裂缝在空间的展布范围和压裂效果，通过发射电磁波激励信号并同时接收反馈的电场信号，利用电场信号在空间和时间上的变化特征来监测压裂段横向、纵向分布裂缝展布范围；利用连续观测获得电场信号随时间的变化曲线特征来分析裂缝特征，判断裂缝是主大裂缝还是均匀缝网。

4、由此可见，上述发明存在以下问题：仅依据电场信号难以确定压裂段的准确位置，若定位不准，将影响空间展布特征的解释准确度。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于电磁阵列的压裂监测系统及方法，用以克服现有技术中仅依据电场信号对压裂效果进行监测准确性不高且不能根据实时监测结果改变压裂方式的问题。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供一种基于电磁阵列的压裂监测系统，包括：

3、压裂控制模块，用以控制压裂液的注入量以及注入压力；

4、数据采集模块，其包括设置在监测区域用以持续监测当前压裂区域的电磁信号的电磁传感器阵列，以及设置在监测区域且非电磁传感器阵列位置的用以持续监测当前压裂区域的微地震信号的微地震传感器阵列；

5、数据分析模块，其分别与所述压裂控制模块以及所述数据采集模块相连，用以根据所述电磁传感器阵列检测到的电磁信号以及所述微地震传感器阵列检测到的微地震信号进行数据分析以获取当前压裂区域的压裂范围，并根据电磁信号的变化情况以及压裂液的注入量确定压裂范围内的裂缝形态以及裂缝生长情况；

6、控制调整模块，其分别与所述数据分析模块以及所述压裂控制模块相连，用以根据所述裂缝形态以及裂缝生长情况进行调整；

7、其中，判断所述裂缝形态以及裂缝生长情况是否符合预期标准；

8、若不符合，则根据所述裂缝形态以及裂缝生长情况确定压裂调整方式，包括第一调整方式、第二调整方式以及第三调整方式；

9、在所述第一调整方式下，舍弃当前压裂区域，并停止压裂液注入；

10、在所述第二调整方式下，将压裂液暂停注入，且暂停时间为第一预设时间；

11、在所述第三调整方式下，根据电磁信号的变化情况确定压裂液的注入压力的调整量；

12、若符合，则根据所述裂缝形态以及裂缝生长情况对未来目标时间段内的压裂情况进行预测，并根据预测结果调整所述压裂液的注入量以及注入压力。

13、进一步地，所述数据分析模块根据持续监测到的电磁信号确定异常电磁平面分布，根据持续监测到的微地震信号确定微地震异常点分布，并根据异常电磁平面分布和微地震异常点分布确定当前压裂区域的压裂范围。

14、进一步地，所述数据分析模块根据压裂前检测到的电磁信号与当前时刻检测到的电磁信号的变化情况，确定压裂范围内的裂缝形态。

15、进一步地，所述数据分析模块根据持续检测到的电磁信号的变化情况，以及压裂液的注入量与压裂液初始注入量对比确定压裂范围内的裂缝生长情况。

16、进一步地，所述控制调整模块中所述预期标准为所述裂缝形态为第一预设裂缝形态且裂缝生长情况为第一预设生长情况。

17、进一步地，所述控制调整模块根据所述裂缝形态以及裂缝生长情况确定压裂调整方式，

18、其中，

19、若所述裂缝形态为第二预设裂缝形态，则确定压裂调整方式为所述第一调整方式；

20、若所述裂缝形态为第一预设裂缝形态且裂缝生长情况为第二预设生长情况，则确定压裂调整方式为所述第二调整方式；

21、若所述裂缝形态为第一预设裂缝形态且裂缝生长情况为第三预设生长情况，则确定压裂调整方式为所述第三调整方式。

22、进一步地，在所述第三调整方式下，所述控制调整模块根据压裂前检测到的电磁信号与当前时刻检测到的电磁信号的电磁信号幅度变化量确定压裂液的注入压力的调整量。

23、进一步地，所述数据采集模块中所述电磁传感器阵列中的各电磁传感器以水平井为轴线，在监测区域内成网格状均匀分布；所述微地震传感器阵列中的各微地震传感器以监测区域中心向外以等距离辐射状分布。

24、进一步地，所述第一预设裂缝形态为均匀网缝，所述第二预设裂缝形态为主大裂缝；所述第一预设生长情况为裂缝生长速度大于第一预设生长速度且小于第二预设生长速度，所述第二预设生长情况为裂缝生长速度不小于第二预设生长速度，所述第三预设生长情况为裂缝生长速度不大于第一预设生长速度；其中，第一预设生长速度小于第二预设生长速度。

25、另一方面，本发明还提供一种压裂监测方法，包括：

26、步骤s1，获取压裂液的初始注入量以及初始注入压力；

27、步骤s2，获取当前压裂区域关键时间段内的若干电磁信号以及若干微地震信号；

28、步骤s3，根据若干所述电磁信号以及若干所述微地震信号确定当前压裂区域的压裂范围，并根据电磁信号的变化情况以及压裂液的初始注入量确定压裂范围内的裂缝形态以及裂缝生长情况；

29、步骤s4，根据所述裂缝形态以及裂缝生长情况进行调整；

30、其中，判断所述裂缝形态以及裂缝生长情况是否符合预期标准；

31、若不符合，则根据所述裂缝形态以及裂缝生长情况确定压裂调整方式，包括第一调整方式、第二调整方式以及第三调整方式；

32、在所述第一调整方式下，舍弃当前压裂区域，并停止压裂液注入；

33、在所述第二调整方式下，将压裂液暂停注入，且暂停时间为第一预设时间；

34、在所述第三调整方式下，根据电磁信号的变化情况确定压裂液的注入压力的调整量；

35、若符合，则根据所述裂缝形态以及裂缝生长情况对未来目标时间段内的压裂情况进行预测，并根据预测结果调整所述压裂液的注入量以及注入压力。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过设置压裂控制模块控制压裂液的注入量以及注入压力，并能够根据监测情况实时调整。通过设置数据采集模块，根据设置在监测区域的电磁传感器阵列和微地震传感器阵列持续监测当前压裂区域的电磁信号和微地震信号，能够为后续确定当前压裂区域的压裂范围提供数据基础，通过电磁传感器阵列和微地震传感器阵列结合对压裂区域进行监测可以提高压裂监测的准确性。通过设置数据分析模块对数据采集模块采集的电磁信号和微地震信号进行数据分析，以获取当前压裂区域的压裂范围，压裂后注入压裂液会改变压裂区域的电磁信号，故而根据电磁信号的变化情况以及压裂液的注入量可以确定压裂范围内的裂缝形态以及裂缝生长情况。通过控制调整模块根据裂缝形态以及裂缝生长情况确定压裂调整方式以及压裂液的注入量和注入压力，能够有效提高后续阶段的压裂质量。

37、进一步地，本发明数据分析模块通过微地震传感器阵列监测压裂过程中地层破裂产生的微地震信号以及电磁传感器阵列监测到的压裂液渗入裂缝中引起的电磁信号变化，能够确定当前压裂区域的压裂范围，通过两种方式结合判断，能够提高确定的压裂范围的准确性。

38、进一步地，由于压裂后压裂液渗入裂缝与压裂前地层监测到的电磁信号存在差异，数据分析模块根据压裂前检测到的电磁信号与当前时刻检测到的电磁信号的变化情况，能够确定压裂范围内的裂缝形态，可以提高确定裂缝形态的准确性和效率。

39、进一步地，本发明数据分析模块通过持续检测到的电磁信号的变化情况，结合压裂液的注入量与压裂液初始注入量对比确定压裂范围内的裂缝生长情况，能够提高确定压裂范围内的裂缝生长情况的准确性。

40、进一步地，本发明控制调整模块根据裂缝形态以及裂缝生长情况确定压裂调整方式，能够提高后续压裂效果，并且能够减少资源浪费，提高生产质量。

41、进一步地，由于裂缝形态不同会影响压裂液渗入量，从而影响电磁信号的幅度变化，故而可根据压裂前检测到的电磁信号与当前时刻检测到的电磁信号的电磁信号幅度变化量确定压裂液的注入压力的调整量，能够提高后续压裂效果。