一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展过程的实验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展的实验方法，应用于监测水力压裂裂缝扩展过程中产生的电磁信号，尤其是实时监测裂缝尖端处的电磁信号强度，同时解释了信号产生的机制，以及裂缝扩展过程中电磁场的分布情况。
【背景技术】
[0002]水力压裂过程中，裂缝在储层中扩展延伸时，尤其是含离子溶液高储层，裂缝尖端储层中的离子不断的溶解到压裂液中形成电流，从而产生电磁信号，直至储层和压裂液之间达到电平衡状态，即裂缝形成之后，裂缝壁面储层与压裂液流体之间不再产生离子交换，无电流产生，因此不再产生电磁信号。由于目前现场压裂工况复杂，监测成本高，因此并没有成功应用的实施案例。因此有必要通过实验模拟监测裂缝扩展过程中电磁信号的过程，探究水力裂缝扩展过程中电磁信号产生机制。假设裂缝是均匀扩展，试件为各向同性介质，电磁信号的强度为缝内的流体压力剖面的函数。由于电磁信号与发射源的性质有关，同时其在不同介质中传播的速度不一样，其电磁信号的强度随着距离也发生变化。通过监测记录水力裂缝内电磁信号从而获得水力裂缝的特征信息，为将来通过电磁信号监测现场水力压裂裂缝扩展提供理论支持。
[0003]目前现场中主要通过微地震监测裂缝的扩展，通过P波和S波反演裂缝形态，通过倾斜仪监测地表的变形从而得到裂缝的几何形态(长度、高度、倾角)和走向，综合运用微地震、井下测量工具和表面倾斜仪是当今唯一监测现场水力压裂的手段，但是该方法无法监测拉伸破坏形成的水力裂缝，并且通过测量得到的裂缝形态与微地震测量的结果不相符。同时由于滤失区域也存在大量的声发射信号，所测裂缝规模往往要大于实际的裂缝形态规模。而室内实验不能准确的监测三轴压力下的声发射信号，尤其是无法监测拉伸破坏产生的裂缝。本发明提供了一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展过程的实验方法，监测水力裂缝扩展过程中产生的电磁信号，探究电磁信号产生的机制，以此指导现场通过电磁信号监测水力压裂裂缝扩展过程。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展过程的实验方法，通过电磁信号探头监测裂缝尖端离子放电所产生的电磁信号，从而对水力裂缝的产生及扩展过程进行监测。
[0005]为此，本发明所采用的技术方案是:
[0006]本发明提供了一种通过电磁信号检测水力裂缝扩展过程的室内实验方法，该方法包括以下步骤:(a)制作圆柱形的人工试件或天然试件，在试件的轴线中间位置预制井筒，将准备好的试件放置在NaCl溶液中进行饱和处理；(b)待试件饱和处理完后，在试件表面粘贴电磁信号探头；(C)将所述试件置于普通三轴实验架上施加围压，使用清水作为压裂液，开启压裂液注入栗将压裂液以恒定的速率注入试件内部；(d)注入压裂液的同时开启电磁信号检测器，记录电磁信号强度，监测裂缝的扩展过程。
[0007]进一步地，在步骤(a)中，所述人工试件为水泥试件，制作水泥试件时，在水泥灰中添加NaCl或KCl ；
[0008]进一步地，在步骤(a)中，所述试件，对于人工试件，在制作水泥试件时将井筒预制进水泥中；对于天然试件，首先在天然试件的中间位置钻孔，然后用植筋胶将井筒固定在钻孔中；
[0009]进一步地，在步骤(a)中，所述人工试件或天然试件为均质、各向同性试件；
[0010]进一步地，在步骤(a)中，所述圆柱体试件也可以为长方体试件；
[0011]进一步地，在步骤(a)中，所述NaCl溶液也可以为KCl溶液；
[0012]进一步地，在步骤(a)中，所述饱和试件测量其电导率，直至试件的导电率不变，试件才达到实验要求，不再对其进行饱和处理；
[0013]进一步地，在步骤(b)中，所述试件表面套有热缩管，电磁信号探头粘贴在热缩管的外表面上；
[0014]进一步地，在步骤(b)中，所述电磁信号探头的个数根据不同类型的试件而不同；
[0015]进一步地，在步骤(C)中，所述三轴实验架可以为真三轴实验架；
[0016]进一步地，在步骤(C)中，所述清水压裂液中添加红色染剂；
[0017]进一步地，在步骤(C)中，所述恒定的注入速率，注入速率值为2mL/min;
[0018]进一步地，在步骤(c)中，所述的恒定速率可以为不同数值；
[0019]进一步地，在步骤(c)中，所述的开启压裂液注入栗的同时监测记录注入压裂液的压力；
[0020]进一步地，在步骤(d)中，所述监测裂缝的扩展过程，结合注入压力曲线判断水力裂缝是否满足实验要求。
[0021]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0022]本发明在实验室条件下，假设裂缝处于各向同性的介质中均匀扩展，且电磁信号强度为裂缝内部压裂液的流体压力剖面的函数，解释了水力裂缝扩展过程中电磁信号的产生机制，提出了监测水力裂缝扩展的方法。现场通过微地震监测水力裂缝的扩展，同时结合井下工具和表面倾斜仪测得结果进行综合分析，所测裂缝形态往往要超过实际的裂缝形态，大部分监测结果与实际结果不相符，而室内声发射也无法准确的监测三轴压力条件下的水力裂缝形态，尤其是无法准确监测拉伸破坏产生的水力裂缝。
[0023]本发明克服了以前压裂实验中无法通过声发射准确监测水力裂缝的缺点，提供了一种通过电磁信号监测水力裂缝扩展过程的实验方法，探究水力裂缝扩展过程中的电磁信号产生的机制及电磁场的分布，以此指导现场通过电磁信号监测水力压裂过程。
【附图说明】
[0024]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
[0025]图1为本发明实施例水力裂缝尖端电磁场幅值分布图；