一种微地震监测模拟系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种微地震监测模拟系统，属于微振动生成及监测领域。所述微地震监测模拟系统包括模拟实验压裂装置、微地震信号检测装置和微地震模拟采集装置；所述模拟实验压裂装置用于产生压裂缝，发出微地震信号；所述微地震信号检测装置用于检测所述微地震信号并将微地震信号转换为模拟电信号；所述微地震模拟采集装置用于对所述模拟实验压裂装置进行控制，并对微地震信号检测装置产生的模拟电信号进行处理。本发明解决了常规微地震模拟监测系统存在的模拟准确度不高和精度不高的问题，能比较逼真地模拟野外油井压裂三维微地震监测过程，对实际微地震勘探有一定的指导作用。
【专利说明】一种微地震监测模拟系统
【技术领域】
[0001]本发明属于微振动生成及监测领域，具体涉及一种微地震监测模拟系统，能在室内条件下使用微压裂方式产生微地震信号并进行检测，用于模拟油气井水压裂产生微地震信号和对微地震信号的检测过程。
【背景技术】
[0002]目前我国多数大型油气田已进入开采后期，低渗油气田的油气资源有望成为未来能源和经济发展的动力，而这些致密储层中的油气需要通过压裂才能够实现经济开采。压裂就是用压力将地层压开一条或几条水平或垂直的裂缝，并用支撑剂将裂缝支撑起来，减少油气水的流动阻力，沟通油气水的流通通道，从而达到增产增注的效果。其中的支撑剂又称为压裂液，其是在流体矿(如气、汽、油、淡水、盐水、热水等)在开采过程中，为了获得高产而借用液体传导力(如水力等)来压裂流体层时所用的液体。对压裂液的性能要求是:黏度高，润滑性好，滤失量小，对被压裂的流体层无堵塞及损害，对流体矿无污染。压裂液可分为:A水基压裂液(稠化水压裂液，水冻胶压裂液，水包油压裂液，水基泡沫压裂液)出油基压裂液(稠化油压裂液，油冻胶压裂液，油包水压裂液，油基泡沫压裂液)。
[0003]水力压裂是油气井增产的一项重要技术措施。它不仅广泛应用于低渗透油气藏，而且在中、高渗油气藏的增产改造中取得了很好的效果。它是利用地面高压泵将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压。当此压力大于附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近产生裂缝。岩石等脆性材料的破坏过程中，一般伴随着声、电磁和变形等物理现象，其中声发射是一种常见的物理现象。当岩石受外力或内力作用产生变形或断裂时，就以弹性波形式释放出应力应变能，这一现象被称为微地震现象，其已被广泛应用于岩石、混凝土等材料的破坏失稳机理研究。
[0004]我国在五十年代起已开始进行压裂技术的研究，迄今为止已取得了很好的技术成就与较高的经济效益。为了监测压裂效果，近几年来微地震压裂监测技术得到了较快发展。微地震信号监测就是通过观测、分析生产活动中产生的小地震信号来监测生产活动的影响效果及地下状况的地球物理技术，其基础是声发射学和地震学。
[0005]微地震压裂监测技术是监测压裂过程中地下岩石破裂所产生的微地震信号，通过数据处理和解释，描述压裂过程中裂缝产生的几何形状和空间展布，绘制裂缝发育的方向、变化和发育程度，为油气和非常规气开发提供科学依据。其原理如图10所示，微地震传感器可以放置在微地震检测井中，也可放置在压裂作业井口附近的地面上。
[0006]在压裂现场，强烈的机械噪音和其他环境噪音干扰使得微地震信号难以检测。由于压裂所产生的裂缝实际形态难于直接观察，人们往往只能借助于建立在种种假设和简化条件基础上的数值模型进行间接分析。数值模型是重要的，但常常因对压裂裂缝扩展机理认识的局限而带来较大的误差。压裂模拟实验是认识裂缝扩展机制的重要手段。通过在室内模拟压裂实验，可以对裂缝扩展的实际物理过程进行监测，并且对形成的裂缝进行直接观察，从而得到裂缝微地震信号真实的特性。这对于正确认识特定层位水力裂缝扩展的机理，并在此基础上建立更贴近实际的数值模型具有重要的意义。
[0007]目前，现有的进行水力压裂模拟实验的微地震模拟系统存在仿真度较低的问题，其表现为下面几点:
[0008]①模型本身仿真度低。
[0009]现有的压裂实验模型一般采用体积较小的单一物质圆柱体材料(或岩石)，其压裂原理如图1所示。如圆筒内径R1，外径R2，圆筒内液压P1，受压物体径向应力为:
[0010]P1R12 (1-R2Vr2)/(RZ-R12),
[0011]切向压力为:
[0012]P1R12 (1+^7^)/(?2-?2),
[0013]当外加压裂液体P1达到起裂压力时，通过小孔使孔壁产生裂缝。如果继续加压，则被测物体最终会彻底破裂。因此，这种模型孔位比较固定，不能多次钻孔，一般不能模拟较大裂缝的产生过程并且不能多次使用。另外由于野外实际地层往往有多层多种岩石组成，因此，这种模型不能反映真实的地层情况。
[0014]②不能模拟三维微地震
[0015]由于模型较小，模型上能放置的振动传感器少(一般不大于六个)，检测、定位精度较差。进行压裂时，在射孔位置，当压力超过岩石抗压强度，岩石遭到破坏，形成裂缝。裂缝扩展时，必将产生一系列向四周传播的微地震波，如图2所示。
[0016]通过布置在模型面上的多个传感器收到微地震波的到时差，会形成一系列的方程组:
【权利要求】
1.一种微地震监测模拟系统，其特征在于:所述微地震监测模拟系统包括模拟实验压裂装置、微地震信号检测装置和微地震模拟采集装置； 所述模拟实验压裂装置用于产生压裂缝，发出微地震信号； 所述微地震信号检测装置用于检测所述微地震信号并将微地震信号转换为模拟电信号; 所述微地震模拟采集装置用于对所述模拟实验压裂装置进行控制，并对微地震信号检测装置产生的模拟电信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的微地震监测模拟系统，其特征在于:所述模拟实验压裂装置包括压裂控制装置和套管，所述套管的入口与所述压裂控制装置连接，所述套管的出口设置在被测模型的内部；所述压裂控制装置将压裂液通过套管输出到被测模型的内部。
3.根据权利要求2所述的微地震监测模拟系统，其特征在于:所述被测模型是立方体或者横截面为正方形的长方体，在其一个侧面的上部或中部或下部开有套管孔；所述套管孔一直伸入被测模型的内部，其位于被测模型内部的一端做成光滑的半球形；所述套管嵌入到所述套管孔内，其出口位于套管孔的所述半球形处；所述套管的外表面固定在所述套管孔的孔壁上； 所述套管的出口端面上蒙有胶皮，所述胶皮将所述套管的出口密封住。
4.根据权利要求3所述的微地震监测模拟系统，其特征在于:在所述被测模型的四个侧面均装有侧钢板，所述侧钢板采用液压方式固定住；其中一个侧钢板上开有孔，所述套管从该孔中穿入被测模型上的套管孔中； 在所述被测模型的上端面装有盖板，所述盖板通过螺栓固定在被测模型的上端面上；在所述盖板上打有至少十七个检测孔。
5.根据权利要求4所述的微地震监测模拟系统，其特征在于:所述压裂控制装置包括输出阀、注入泵和活塞容器，所述压裂液装在活塞容器内；注入泵的出口接入活塞容器的输入端，所述活塞容器的输出端通过输出阀与所述套管的入口连接。
6.根据权利要求5所述的微地震监测模拟系统，其特征在于:在所述输出阀与套管的入口之间的管路上装有过压阀和压力传感器。
7.根据权利要求6所述的微地震监测模拟系统，其特征在于:所述微地震信号检测装置包括加速度传感器、激光多普勒测振仪和放大器；所述加速度传感器安装在被测模型的上端面上，其通过所述检测孔与所述被测模型直接接触； 所述激光多普勒测振仪安装在所述被测模型上端面的上方，其探头发射出的激光光线穿过所述检测孔对所述被测模型进行直接测量； 所述加速度传感器和激光多普勒测振仪对微地震信号进行实时连续检测，并将微地震信号转换成模拟电信号输出，输出的模拟电信号传送给所述放大器进行放大后，再传送给微地震模拟采集装置。
8.根据权利要求7所述的微地震监测模拟系统，其特征在于:所述加速度传感器的频率范围是1Ηζ-20ΚΗζ ； 所述激光测振仪的频率范围ΙΗζ-ΙΜΗζ。
9.根据权利要求8所述的微地震监测模拟系统，其特征在于:所述微地震模拟采集装置包括16道24位采集卡和计算机；将十六个加速度传感器和一台激光多普勒测振仪作为一组，在所述被测模型上安装至少一组； 在每组内，每个加速度传感器与一个放大器连接，所有放大器均接入16道24位采集卡; 所述16道24位采集卡上装有模数转换器；所述16道24位采集卡再接入计算机；所述激光多普勒测振仪的输出接入计算机中； 所述压力传感器采集到的压力信号传送给计算机，计算机对所述注入泵、输出阀进行控制。
10.根据权利要求9所述的微地震监测模拟系统，其特征在于:在所述计算机上装有快速大容量硬盘，所述快速大容量硬盘采用容量为IT的S D D固态硬盘； 所述模数转换器采用16道24位/200K Hz模数转换器。
【文档编号】G01V1/40GK103513280SQ201210208523
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月19日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】宗遐龄, 虞立, 王跃, 黄德娟, 王辉明 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院