一种检测井下煤层气水力压裂效果的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种水力压裂效果的检测方法及系统，属于煤炭开采技术领域，具体是涉及一种检测井下煤层气水力压裂效果的方法及系统。该方法及系统利用单钻孔孔中瞬变电磁探测技术在压裂前后分别对钻孔径向介质电性信息进行三分量探测对比，以精细描绘钻孔压裂形成的裂缝。

A Method and System for Detecting Hydraulic Fracturing Effect of Coalbed Gas in Underground Mine

【技术实现步骤摘要】
一种检测井下煤层气水力压裂效果的方法及系统
本专利技术涉及一种水力压裂效果的检测方法及系统，属于煤炭开采
，具体是涉及一种检测井下煤层气水力压裂效果的方法及系统。
技术介绍
煤矿井下为开采煤层气，往往需要对目标煤层布设长钻孔并沿钻孔进行水力压裂，以期在煤层中形成大量裂缝，从而增加煤层气产量。水力压裂则是指将高压流体(液体或气体)注入目标岩层，从而产生裂缝或使天然裂缝重启的过程，通过改造岩层结构，形成裂缝网络系统，达到增加资源采出率等工业目的。水力压裂效果与岩体物理力学性质、岩体结构、地应力等地质力学条件，掘进巷道和工作面开采引起的采动应力分布状态，及压裂钻孔布置、压裂参数等众多因素有关。只有充分了解压裂对象、压裂裂缝扩展形态与特征，提出合理的压裂方案，才能取得较好的压裂效果。压裂裂缝的扩展形态、方向和距离对压裂效果影响显著，因此，应采用有效手段监测裂缝的扩展状况。最简单的方法是在距离压裂孔不同位置打设监测孔，监测裂缝的扩展半径。另外，通过分析压裂过程中水压变化曲线，也可初步判断裂缝扩展形态。但这些办法都只能对压裂效果做定性分析，很难直观看出裂缝发育形态。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。本专利技术主要的目的是解决现有技术中所存在的上述的技术问题，提供了一种检测井下煤层气水力压裂效果的方法，该方法及系统利用单钻孔孔中瞬变电磁探测技术在压裂前后分别对钻孔径向介质电性信息进行三分量探测对比，以精细描绘钻孔压裂形成的裂缝。为解决上述问题，本专利技术的方案是：一种检测井下煤层气水力压裂效果的方法，包括：施工测量步骤，通过钻机将测量探头送入未压裂的煤层气钻孔中，连续测量送入过程中的瞬变电磁二次场数据和测斜数据，并记录上新钻杆时段的起点和终点时间；压裂测量步骤，对钻孔进行水力压裂，压裂后静置一段时间(如8小时)后通过钻机将测量探头送入压裂后的煤层气钻孔中，连续测量送入过程中的瞬变电磁二次场数据和测斜数据，并记录上新钻杆时段的起点和终点时间；数据重构步骤，用于对压裂前后的二次场数据进行重构以得到不受金属钻杆影响的重构总场数据；数据解释步骤，基于重构总场数据对压裂效果进行解释和判断。其中，所述数据重构步骤中对压裂前的数据重构包括：用压裂前测量的所有Z分量数据减去所述金属钻杆响应，可以得到压裂前的地质响应异常场，如下式所示：VZ压裂前地质异常＝VZ压裂前实测总场-VZ压裂前趋势法求取的钻杆影响式中，Vz压裂前地质异常表示压裂前的地质异常电动势，Vz压裂前实测总场表示压裂前实测总场的感应电动势，Vz压裂前趋势法求取的钻杆影响表示压裂前趋势法求取的钻杆影响的感应电动势；通过正演模拟得出一个符合当地地层情况的背景场数据，将所述异常场数据附加上去，获得压裂前的不受金属钻杆影响的重构总场数据：VZ压裂前重构数据＝VZ模拟背景场+VZ压裂前地质异常Vz压裂前重构数据表示压裂前重构数据电动势，Vz模拟背景场表示模拟背景场的感应电动势。其中，所述数据重构步骤中对压裂后的数据重构包括：用压裂后测量的所有Z分量数据减去所述金属钻杆响应，可以得到压裂后的地质响应异常场，如下式所示：VZ压裂后地质异常＝VZ压裂后实测总场-VZ压裂后趋势法求取的钻杆影响式中，Vz压裂后地质异常表示压裂后的地质异常电动势，Vz压裂后实测总场表示压裂后实测总场的感应电动势，Vz压裂后趋势法求取的钻杆影响表示压裂后趋势法求取的钻杆影响的感应电动势；通过正演模拟得出一个符合当地地层情况的背景场数据，将所述异常场数据附加上去，获得压裂后的不受金属钻杆影响的重构总场数据：VZ压裂后重构数据＝VZ模拟背景场+VZ压裂后地质异常Vz压裂后重构数据表示压裂后重构数据电动势，Vz模拟背景场表示模拟背景场的感应电动势。其中，所述数据重构步骤中使用多项式拟合方法求取趋势，并分析各测点与趋势的偏差，将偏差大于预设阈值的测点剔除，重新求取趋势，反复多次直至参与趋势运算的测点与趋势的偏差均小于预设阈值，将得到的趋势值作为压裂后施工用于推送的金属钻杆的响应。其中，所述数据解释步骤包括：裂隙发育判断子步骤，对两次重构后的Z分量数据进行全期视电阻率成像计算，将两次计算得到的视电阻率按对应测点进行差值运算，得到的差值成等值线图，解释裂隙发育二维展布情况，并标记出主要裂缝的分布范围。其中，所述数据解释步骤包括：异常体方位角确定子步骤，具体为：对压裂后的水平分量数据校正到指定的坐标系下，指定坐标系为指向钻孔钻进方向为Z轴正方向，指向孔口水平面右侧为X轴正方向，指向孔口水平面下侧为Y轴正方向；逐一从压裂后的两组水平分量数据中剔除主要裂缝分布范围内的测量数据，并使用Hermit插值方法补充该区域内数据作为水平分量背景场；用压裂后的校正水平分量减去所述背景场，求取水平分量异常场，并根据同一区域两组水平分量异常场形态判断该组裂缝所在的坐标系象限。其中，所述数据解释步骤包括：根据同一区域两组水平分量异常场幅值之间的三角函数关系，计算出该组裂缝在该象限内的偏转角度：再根据Vx异常、Vy异常的正负，即异常体中心所在象限，求出方位角α。其中，还压裂效果展示步骤，利用Suffer软件提取主要裂缝视电阻率异常的平面空间坐标，结合水平分量定位结果计算得出其立体空间坐标，并利用Voxler软件绘制压裂主要裂缝的立体分布图，实现压裂效果三维展示。一种检测井下煤层气水力压裂效果的系统，包括：收发装置，所述收发装置包括发射线圈，接收线圈；其中，所述接收线圈为两个以上且相互串联，对称设置于所述发射线圈前后两端。其中，接收线圈为三分量接收探头，线圈采用直径0.3mm漆包线制作，Z分量匝数大于500匝，X、Y分量匝数相同，均大于80匝。因此，本专利技术的技术效果是：可以充分反映水力压裂造成的影响范围和电性影响效果，并清晰地对产生的主要大裂缝的发育形态、长度、宽度和延展方向做出三维立体成像，有利于煤层气产量的准确估算和抽采效率提升。附图说明并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本专利技术的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本专利技术的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。图1为本专利技术的工作装置示意图；图2为压裂前、后钻孔径向全期视电阻率成像结果图；图3为压裂前后钻孔径向全期视电阻率差值成像结果图；图4为异常中心所在象限判断依据图；图5为压裂主要裂缝水平分量异常场形态组合图；图6为异常中心偏转角度计算依据图；图7为压裂主要裂缝的立体分布图；将参照附图描述本专利技术的实施例。具体实施方式实施例本实施例，首先提供了一种检测井下煤层气水力压裂效果的系统。该系统结构如图1所示，在接收装置外壳中部绕制多匝发射线圈，线圈采用直径1mm漆包线制作，匝数大于25匝。在2个铁氧体磁芯外侧的线圈骨架上绕制指向钻孔钻进垂直方向、孔口水平面左右方向和孔口水平面上下方向的多匝线圈，制作孔中三分量接收探头，线圈采用直径0.3mm漆包线制作，Z分量匝数大于500匝，X、Y分量匝数相同，均大于80匝；将2个接收探头串联后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测井下煤层气水力压裂效果的方法，其特征在于，包括：施工测量步骤，通过钻机将测量探头送入未压裂的煤层气钻孔中，连续测量送入过程中的瞬变电磁二次场数据和测斜数据，并记录上新钻杆时段的起点和终点时间；压裂测量步骤，对钻孔进行水力压裂，通过钻机将测量探头送入压裂后的煤层气钻孔中，连续测量送入过程中的瞬变电磁二次场数据和测斜数据，并记录上新钻杆时段的起点和终点时间；数据重构步骤，用于对压裂前后的二次场数据进行重构以得到不受金属钻杆影响的重构总场数据；数据解释步骤，基于重构总场数据对压裂效果进行解释和判断。

【技术特征摘要】
1.一种检测井下煤层气水力压裂效果的方法，其特征在于，包括：施工测量步骤，通过钻机将测量探头送入未压裂的煤层气钻孔中，连续测量送入过程中的瞬变电磁二次场数据和测斜数据，并记录上新钻杆时段的起点和终点时间；压裂测量步骤，对钻孔进行水力压裂，通过钻机将测量探头送入压裂后的煤层气钻孔中，连续测量送入过程中的瞬变电磁二次场数据和测斜数据，并记录上新钻杆时段的起点和终点时间；数据重构步骤，用于对压裂前后的二次场数据进行重构以得到不受金属钻杆影响的重构总场数据；数据解释步骤，基于重构总场数据对压裂效果进行解释和判断。2.根据权利要求1所述的一种检测井下煤层气水力压裂效果的方法，其特征在于，所述数据重构步骤中对压裂前的数据重构包括：用压裂前测量的所有Z分量数据减去所述金属钻杆响应，可以得到压裂前的地质响应异常场，如下式所示：VZ压裂前地质异常＝VZ压裂前实测总场-VZ压裂前趋势法求取的钻杆影响式中，Vz压裂前地质异常表示压裂前的地质异常电动势，Vz压裂前实测总场表示压裂前实测总场的感应电动势，Vz压裂前趋势法求取的钻杆影响表示压裂前趋势法求取的钻杆影响的感应电动势；通过正演模拟得出一个符合当地地层情况的背景场数据，将所述异常场数据附加上去，获得压裂前的不受金属钻杆影响的重构总场数据：VZ压裂前重构数据＝VZ模拟背景场+VZ压裂前地质异常Vz压裂前重构数据表示压裂前重构数据电动势，Vz模拟背景场表示模拟背景场的感应电动势。3.根据权利要求1所述的一种检测井下煤层气水力压裂效果的方法，其特征在于，所述数据重构步骤中对压裂后的数据重构包括：用压裂后测量的所有Z分量数据减去所述金属钻杆响应，可以得到压裂后的地质响应异常场，如下式所示：VZ压裂后地质异常＝VZ压裂后实测总场-VZ压裂后趋势法求取的钻杆影响式中，Vz压裂后地质异常表示压裂后的地质异常电动势，Vz压裂后实测总场表示压裂后实测总场的感应电动势，Vz压裂后趋势法求取的钻杆影响表示压裂后趋势法求取的钻杆影响的感应电动势；通过正演模拟得出一个符合当地地层情况的背景场数据，将所述异常场数据附加上去，获得压裂后的不受金属钻杆影响的重构总场数据：VZ压裂后重构数据＝VZ模拟背景场+VZ压裂后地质异常Vz压裂后重构数据表示压裂后重构数据电动势，Vz模拟背景场表示模拟背景场的感应电动势。4.根据权利要求1所述的一种检测井下煤...

【专利技术属性】
技术研发人员：范涛，燕斌，赵兆，赵睿，刘彦君，王继矿，李博凡，刘磊，张仲礼，石亚丁，蒋齐平，王艳波，李文刚，代凤强，王冰纯，房哲，贾茜，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61