一种油气压裂四维电磁多分量实时监测方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种油气压裂四维电磁多分量实时监测系统和方法，包括：电磁波激励源，所述电磁波激励源包括电偶极子，所述电偶极子用于在平行或垂直于水平井方向设定距离外向压裂目标层发射不同频率的电磁波激励信号；电场或磁场信号监测装置，用于获取压裂监测范围内若干监测点处在压裂前的电场信号和/或磁场信号和压裂过程中的电场信号和/或磁场信号；所述电场信号或磁场信号包括所述电偶极子垂直于或平行于水平井时，平行和垂直于所述电磁波激励信号发射源的电场信号或磁场信号的水平分量。

【技术实现步骤摘要】
一种油气压裂四维电磁多分量实时监测方法和系统
本专利技术涉及勘查地球物理领域的油气开发
，更具体地，涉及一种油气压裂四维电磁多分量实时监测方法和系统。
技术介绍
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。压裂是人为地使地层产生裂缝，改善油在地下的流动环境，使油井产量增加，对改善油井井底流动条件、减缓层间和改善油层动用状况可起到重要的作用。压裂的方法分水力压裂和高能气体压裂两大类，水力压裂是靠地面高压泵车车组将流体高速注入井中，借助井底憋起的高压，使油层岩石破裂产生裂缝。为防止泵车停止工作后，压力下降，裂缝又自行合拢，在地层破裂后的注入液体中，混入比地层密度大数倍的砂子，同流体一并进入裂缝，并永久停留在裂缝中，支撑裂缝处于开启状态，使油流环境长期得以改善。当前水力压裂技术已经非常成熟，油井增产效果明显，早已成为人们首选的常用技术。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。现有技术中的监测方法要有：井下微地震、直接近井筒裂隙监测、分布式声感器。井下微地震监测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，得出相应压裂的监测反应结果；微地震监测是页岩气储层水力压裂改造过程中的配套技术，但目前由于微地震监测技术限制，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水力压裂改造储层的裂缝的生长过程、几何形状和空间展布；直接近井筒裂隙监测法原理：监测技术是通过测井压裂后页岩气井的流体物理特性，反演近井筒范围裂缝参数信息，主要包括同位素示踪剂法、温度测井等等；但直接近井筒裂隙监测法不具备实时监测功能，监测范围小，通常只能作为补充手段；分布式声传感监测方法是利用光纤作为声音传感传输介质实时监测光纤沿线的声音分布情况，进而获取裂缝信息；分布式声感器监测法对裂缝的倾角、方位有很好的反应，但不能有效反应复杂裂缝的缝宽、缝高等数据。用于油气压裂四维实时电磁多分量监测方法，是目前国内外最先进的电磁勘探方法。该电磁监测方法相对于传统的可控源音频大地电磁法(ControlledSourceAudio-FrequencyMagnetoTellurics，CSAMT)和地面电磁波法Melos具有颠覆性的优势；CSAMT法采用人工场源，克服了大地电磁法(Magneto-telluric，MT)法场源的随机性和信号微弱的缺点，但是它沿用在远区测量的一对正交电分量、磁分量，按远区近似公式计算视电阻率的做法，又限制了它的适用范围；远区测量的信号微弱，背离了采用人工源使信号强大的初衷；如果在近一些的地方测量，确实能增大信号强度，可是远区近似公式又难以成立，出现了新的矛盾；Melos方法突破了“远区”的限制，大大拓展了频率域电磁法的观测范围；与CSAMT法相比，它本来是可以取得一定优势的，但是它把非远区的测量结果“校正”到远区去的做法，付出了增加野外和室内工作量的代价，得不偿失。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种油气压裂四维电磁多分量实时监测系统和方法，监测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/或磁场信号和压裂过程中的电场信号和/或磁场信号，为监测压裂段的压裂效果在空间和时间上提供了数据支撑。根据本专利技术的一个方面，提供一种油气压裂四维电磁多分量实时监测系统，其特征在于，包括：电磁波激励源，所述电磁波激励源包括电偶极子，所述电偶极子用于在平行或垂直于水平井方向设定距离外向压裂目标层发射不同频率的电磁波激励信号；电场或磁场信号监测装置，用于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/或磁场信号和压裂过程中的电场信号和/或磁场信号；所述电场信号包括所述电偶极子垂直和平行于水平井时，平行和垂直于所述电磁波激励信号源的电场信号水平分量；所述磁场信号包括所述电偶极子垂直于水平井时，与所述电偶极子垂直和平行的磁场信号水平分量，及所述磁场信号包括所述电偶极子平行于水平井时，与所述电偶极子垂直和平行的磁场信号水平分量。本专利技术提出一种油气压裂四维电磁多分量实时监测系统和方法，监测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/或磁场信号和压裂过程中的电场信号和/或磁场信号，为监测压裂段的压裂效果在空间和时间上提供了数据支撑；通过发射电磁波激励信号并同时接收反馈的电场或者磁场信号，利用电场或者磁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；油气压裂理想效果是压裂施工后形成均匀的缝网，利用连续观测获得电场或者磁场信号随时间的变化曲线特征来分析裂缝特征，可以推断压裂所形成的裂缝是主大裂缝还是均匀缝网；能够高效的、经济的、有效的对油气资源的压裂进行实时监测，获得压裂目标区四维(x、y、z、t)的电场、磁场、电阻率参数，对压裂井各压裂段进行压裂效果评价，有效的指导压裂作业施工，优化钻井参数，大大的降低压裂监测成本、提高压裂监测效果，从而提高单井的产量，对我国油气资源开发过程当中单井产量的提高具有重要的作用。附图说明图1为根据本专利技术实施例的油气压裂四维电磁多分量实时监测系统示意图；图2为根据本专利技术实施例的油气压裂四维电磁多分量实时监测方法示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术提供了一种油气压裂四维电磁多分量实时监测系统，包括：电磁波激励源，所述电磁波激励源包括电偶极子，所述电偶极子用于在平行或垂直于水平井方向设定距离外向压裂目标层发射不同频率的电磁波激励信号；电场或磁场信号监测装置，用于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/或磁场信号和压裂过程中的电场信号和/或磁场信号；所述电场信号包括所述电偶极子垂直和平行于水平井时，平行和垂直于所述电磁波激励信号源的电场信号水平分量；所述磁场信号包括所述电偶极子垂直于水平井时，与所述电偶极子垂直和平行的磁场信号水平分量，及所述磁场信号包括所述电偶极子平行于水平井时，与所述电偶极子垂直和平行的磁场信号水平分量。具体的，在本实施例中，还包括电流监测装置，所述电流监测装置连接所述电磁波激励源，用于记录不同频率的电磁波激励信号对应的电流强度。具体的，在本实施例中，所述电磁波激励源包括在平行或垂直于水平井方向设定距离外布置的包括若干主频及谐波的信号发射源，所述信号发射源包括电磁波激励信号激发源，所述电磁波激励信号激发源连接所述电偶极子。具体的，在本实施例中，平行于所述电偶极子的电场信号水平分量为：垂直于所述电偶极子的电场信号水平分量为：式中，I为电磁波激励源供电电流，dL为电偶极子长度；i为纯虚数；θ为电磁波激励信号方向和电偶极子中点到电场信号监测装置矢径之间的夹角；r为收发距，即电场信号监测装置距电偶极子中心的距离；ρ为均匀大地电阻率；为均匀大地的波数；η为均匀大地导磁率；ε为均匀大地介电常数；I0，I1，k0和k1分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油气压裂四维电磁多分量实时监测系统，其特征在于，包括：电磁波激励源，所述电磁波激励源包括电偶极子，所述电偶极子用于在平行或垂直于水平井方向设定距离外向压裂目标层发射不同频率的电磁波激励信号；电场或磁场信号监测装置，用于获取压裂监测范围内若干监测点处在压裂前的电场信号和/或磁场信号和压裂过程中的电场信号和/或磁场信号；所述电场信号或磁场信号包括所述电偶极子垂直和平行于水平井时，平行和垂直于所述电偶极子的电场信号或磁场信号的水平分量。

【技术特征摘要】
1.一种油气压裂四维电磁多分量实时监测系统，其特征在于，包括：电磁波激励源，所述电磁波激励源包括电偶极子，所述电偶极子用于在平行或垂直于水平井方向设定距离外向压裂目标层发射不同频率的电磁波激励信号；电场或磁场信号监测装置，用于获取压裂监测范围内若干监测点处在压裂前的电场信号和/或磁场信号和压裂过程中的电场信号和/或磁场信号；所述电场信号或磁场信号包括所述电偶极子垂直和平行于水平井时，平行和垂直于所述电偶极子的电场信号或磁场信号的水平分量。2.根据权利要求1所述的油气压裂四维电磁多分量实时监测系统，其特征在于，还包括电流监测装置，所述电流监测装置连接所述电磁波激励源，用于记录不同频率的电磁波激励信号对应的电流强度。3.根据权利要求1所述的油气压裂四维电磁多分量实时监测系统，其特征在于，所述电磁波激励源包括在平行或垂直于水平井方向设定距离外布置的包括若干主频及谐波的信号发射源，所述信号发射源包括电磁波激励信号激发源，所述电磁波激励信号激发源连接所述电偶极子。4.根据权利要求3所述的油气压裂四维电磁多分量实时监测系统，其特征在于，平行于所述电偶极子的电场信号水平分量为：垂直于所述电偶极子的电场信号水平分量为：式中，I为电磁波激励源供电电流，dL为电偶极子长度；i为纯虚数；θ为电磁波激励信号方向和电偶极子中点到电场信号监测装置矢径之间的夹角；r为收发距，即电场信号监测装置距电偶极子中心的距离；ρ为均匀大地电阻率；为均匀大地的波数；η为均匀大地导磁率；ε为均匀大地介电常数；I0，I1，k0和k1分别为以ik1r/2为变量的0阶、1阶，第一类、第二类修正贝塞尔函数。5.根据权利要求3所述的油气压裂四维电磁多分量实时监测系统，其特征在于，电偶极子垂直于水平井时，与所述电偶极子垂直的磁场信号水平分量为：所述电偶极子平行于水平井时，与所述电偶极子平行的磁场信号水平分量为：式中，I为电磁波激励源供电电流，dL为电偶极子长度；i为纯虚数；θ为电磁波激励信号方向和电偶极子中点到电场信号监测装置矢径之间的夹角；r为收发距，即电场信号监测装置距电偶极子中心的距离；ρ为均匀大地电阻率；为均匀大地的波数；η为均匀大地导磁率；ε为均匀大地介电常数；I0，I1，k0和k1分别为以ik1r/2为变量的0阶、1阶，第一类、第二类修正贝塞尔函数。6.根据权利要求1所述的油气压裂四维电磁多分量实时监测系统，其特征在于，所述电场或磁场信号监测装置包括若干电场...

【专利技术属性】
技术研发人员：何继善，李建华，
申请(专利权)人：湖南继善高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43