本發(fā)明屬于巖體工程和油氣資源開發(fā)，涉及一種基于泵注曲線波動頻率的水力裂縫監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

1、非常規(guī)油氣資源的高效開發(fā)對緩解世界能源供求矛盾關(guān)系、優(yōu)化世界能源結(jié)構(gòu)具有重要意義，同時也是工業(yè)快速發(fā)展的重要支撐。一般而言非常規(guī)油氣主要指頁巖油氣、致密油氣、煤層氣、水合物、重油、油砂等。加大非常規(guī)低品位資源有效動用和效益開發(fā)已成為油氣行業(yè)發(fā)展的重要保障之一。由于致密油氣、頁巖油氣等非常規(guī)油氣資源具有低孔隙度、低滲透率等特征，不經(jīng)過特殊儲層改造措施無法實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)能，如何通過人工儲層改造技術(shù)降低非常規(guī)油氣在儲層中的滲流阻力是非常規(guī)油氣開發(fā)的重點問題之一。

2、水力壓裂是一種用于提高低滲透率儲層資源采收率的關(guān)鍵技術(shù)。隨著煤炭開采深度的增加，水力壓裂在管理堅硬頂板災(zāi)害、預(yù)防煤與瓦斯突出、控制巖爆壓力和提取煤層氣等方面得到了更廣泛的應(yīng)用(chao?lü等的electrical?resistivity?evolution?andbrittle?failure?of?sandstone?after?exposure?to?different?temperatures；qingshan?ren等的cdem-based?simulation?of?the?3d?propagation?of?hydraulicfractures?in?heterogeneous?coalbed?methane?reservoirs)。水力壓裂技術(shù)極大地促進了煤炭資源的綠色、安全和高效開采。然而，無法準確評估水力壓裂的范圍和有效性可能會導(dǎo)致盲區(qū)。這可能導(dǎo)致巖爆壓力和煤與瓦斯突出災(zāi)害，給煤炭開采帶來重大安全風險。因此，準確監(jiān)測水力壓裂的影響范圍、評估其有效性，并幫助工程師調(diào)整壓裂方案以實現(xiàn)高效資源開采(coulibaly?yaya等的numerical?analysis?and?geophysical?monitoring?forstability?assessment?of?the?northwest?tailings?dam?at?westwood?mine)已成為當前工程實踐中的一個重大挑戰(zhàn)。

3、在實驗室環(huán)境中，水力壓裂通常使用示蹤劑方法、聲發(fā)射、ct掃描和裂縫的目視觀察等技術(shù)進行評估(jesse?hampton等的acoustic?emission?characterization?ofmicrocracking?in?laboratory-scale?hydraulic?fracturing?tests；w.g.p.kumari等的hydraulic?fracturing?under?high?temperature?and?pressure?conditions?withmicro?ct?applications:geothermal?energy?from?hot?dry?rocks；fanhui?zeng等experimental?and?modeling?investigation?of?fracture?initiation?from?open-holehorizontal?wells?in?permeable?formations)。然而，示蹤劑方法和ct掃描僅限于提供實驗后最終裂縫的描述，無法提供裂縫擴展的實時監(jiān)測。聲發(fā)射方法雖然有效定位裂縫，但無法捕捉水含量或壓裂過程中裂縫動力學(xué)的變化，且這些技術(shù)很難應(yīng)用于工程實際。目前壓裂現(xiàn)場最常用的檢測方法是微震監(jiān)測：利用安裝在地下或地表的高靈敏度地震傳感器來捕捉微小的地震波，通過分析這些波形信號，可以獲得震源位置、震級、發(fā)生時間等信息，實時成像水力裂縫。li等的hydraulic?fracturing?shear/tensile/compressive?crackinvestigation?using?micro-seismic?data中利用微地震震源機制來跟蹤原位應(yīng)力并評估高頻裂縫效應(yīng)，旨在優(yōu)化儲層改造和提高產(chǎn)量。mohamed?adel?gabry等的advanced?deeplearning?for?microseismic?events?prediction?for?hydraulic?fracture?treatmentvia?continuous?wavelet?transform中使用小波變換來監(jiān)測動態(tài)裂縫事件，并訓(xùn)練了一個包含微地震事件的深度學(xué)習(xí)模型來預(yù)測每次水力壓裂操作中的裂縫。然而，微地震監(jiān)測設(shè)備受環(huán)境因素影響較大，導(dǎo)致較大的監(jiān)測誤差，同時儀器成本較高，難以大規(guī)模推廣使用。

4、因此，針對水力壓裂現(xiàn)場裂縫實時監(jiān)測上存在的監(jiān)測成本高和受環(huán)境影響大的問題，本發(fā)明提出基于泵注曲線波動頻率的水力裂縫監(jiān)測方法。在本發(fā)明方法的基礎(chǔ)上，通過分析壓裂過程中采集到的泵注曲線波動程度，從而初步判斷水力裂縫的起裂和擴展情況，為壓裂效果評估和非常規(guī)油氣開采設(shè)計提供指導(dǎo)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于泵注曲線波動頻率的水力裂縫監(jiān)測方法，以解決現(xiàn)場水力壓裂工程中裂縫監(jiān)測成本高和環(huán)境敏感性強的不足。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：

3、一種基于泵注曲線波動頻率的水力裂縫監(jiān)測方法，步驟如下：

4、在壓裂現(xiàn)場采集非常規(guī)油氣儲層的地表露頭巖石樣品，將采集的地表露頭巖石樣品經(jīng)過切割，打磨制作成立方體試樣；基于水力壓裂相似性準則和現(xiàn)場壓裂數(shù)據(jù)，確定井筒的直徑和長度，射孔簇布設(shè)方式(射孔長度、寬度、數(shù)量和間距)，壓裂段布設(shè)方式(壓裂段數(shù)量和間距)及壓裂液的流量和粘度；

5、在試樣中心鉆取井筒，在井筒內(nèi)壁開挖環(huán)形割縫用以模擬射孔簇，一條環(huán)形割縫代表一簇射孔；井筒中分為壓裂區(qū)段和密封段，密封段將各壓裂區(qū)段分隔開；其中，每個壓裂段內(nèi)包含多簇射孔，利用環(huán)氧樹脂構(gòu)成密封段來阻止各壓裂段間的壓裂液溝通；在壓裂段處設(shè)置多個注水管，且注水管分別連接水壓泵和水壓監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)多個壓裂段的獨立泵壓監(jiān)測；在試樣表面施加對應(yīng)非常規(guī)油氣儲層的原位應(yīng)力，待試樣在該原位應(yīng)力下保持穩(wěn)定后，在試樣表面安裝聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備，將聲發(fā)射探頭粘貼到試樣表面；最后，在井筒內(nèi)部連續(xù)注入壓裂液模擬壓裂過程，同時監(jiān)測多個壓裂段壓裂過程中泵注曲線的動態(tài)變化過程；

6、對壓裂后的試樣進行剖切，觀察試樣內(nèi)部的水力裂縫宏觀擴展情況，同時利用af-ra方法對聲發(fā)射監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理判斷水力微裂縫擴展程度和裂縫類型(剪切裂縫：由剪應(yīng)力誘發(fā)的裂縫和拉伸裂縫：由拉應(yīng)力誘發(fā)的裂縫)；使用origin可視化泵注曲線的波動程度，提取泵注曲線頻率和幅值的動態(tài)變化特征；單一射孔簇處泵注曲線波動程度與水力裂縫擴展過程中剪切裂縫的占比成正比，所以通過泵注曲線的波動程度能反應(yīng)當前非常規(guī)油氣儲層水力裂縫的宏細觀擴展情況。為此在現(xiàn)場壓裂過程中，通過實時監(jiān)測的現(xiàn)場泵注曲線與試驗泵注曲線的波動程度相對比，初步判斷儲層中水力裂縫的擴展程度和裂縫類型。

7、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明在對現(xiàn)場水力裂縫擴展監(jiān)測過程中，通過物理模擬試驗探索非常規(guī)油氣儲層泵注壓力的波動程度，水力裂縫擴展的劇烈程度及裂縫類型，這些數(shù)據(jù)可以作為現(xiàn)場壓裂中泵注曲線波動程度與水力裂縫擴展間關(guān)系的判斷依據(jù)；然后，通過現(xiàn)場壓裂獲得現(xiàn)場泵注曲線；最后，對比現(xiàn)場壓裂泵注曲線和試驗泵注曲線的波動程度，判定儲層中壓裂的水力裂縫擴展情況。通過本發(fā)明方法所得到的泵注曲線波動程度與水力裂縫間的對應(yīng)關(guān)系，可以經(jīng)濟高效地判定壓裂現(xiàn)場中水力裂縫的擴展程度和裂縫類型，解決了以往壓裂工程中裂縫監(jiān)測所遇到的受環(huán)境影響大和成本高的問題。因此，本方法可以降低水力裂縫現(xiàn)場監(jiān)測的時間和經(jīng)濟成本，為非常規(guī)油氣開采設(shè)計與評價提供參考。